JP2018104771A - Electrochemical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気化学装置に関する。 The present invention relates to an electrochemical device.
従来より、電気化学装置としては、単極発電機を風力で回して発電させ、その電力を用いて単極発電機とは別に設置した電解装置の電解液を電気分解して水素ガス及び酸素ガスを得るものが知られている(例えば特許文献1)。単極発電機は、図3に示すように、磁石の磁束を横切るように非磁性導体製の回転板を回転させることにより、回転板の中心側と外周側との間に起電力を発生させるものである。この単極発電機は、磁石を静止させ回転板を回転させる場合のほか、磁石と回転板とを同時に回転させても起電力が発生するが、回転板を静止させ磁石を回転させた場合には起電力は発生しない。単極発電機の起電力を取り出すには、回転板の中心側及び外周側のそれぞれにブラシを接触させ、各ブラシを介して起電力を外部に取り出す。ブラシと回転板との接点は摺動接点であり摩耗劣化する。この摩耗劣化の問題を解決するため、特許文献2では、回転板に設けた環状溝形の液溜め部に液体金属を配置し、この液体金属と接触する接触子により起電力を取り出すように構成している。 Conventionally, as an electrochemical device, a unipolar generator is rotated by wind power to generate electricity, and the electrolytic solution of the electrolytic device installed separately from the unipolar generator is electrolyzed using the electric power to generate hydrogen gas and oxygen gas. Is known (for example, Patent Document 1). As shown in FIG. 3, the monopolar generator generates an electromotive force between the center side and the outer peripheral side of the rotating plate by rotating a rotating plate made of a non-magnetic conductor so as to cross the magnetic flux of the magnet. Is. In addition to rotating the rotating plate with the magnet stationary, this monopolar generator generates electromotive force even when the magnet and the rotating plate are rotated at the same time, but when the rotating plate is stationary and the magnet is rotated. No electromotive force is generated. In order to extract the electromotive force of the monopolar generator, a brush is brought into contact with each of the center side and the outer peripheral side of the rotating plate, and the electromotive force is taken out through each brush. The contact between the brush and the rotating plate is a sliding contact and wears down. In order to solve the problem of wear deterioration, in Patent Document 2, a liquid metal is disposed in an annular groove-shaped liquid reservoir provided on a rotating plate, and an electromotive force is taken out by a contactor that contacts the liquid metal. doing.
しかしながら、特許文献1では、単極発電機と電解装置とを別々に設置しているため、小型化に向かないという問題があった。また、特許文献2では、単極発電機の摺動接点の代わりに液体金属を利用しているが、液体金属としては水銀しか考えられないため、生物に対して毒性が高いという問題があった。 However, in patent document 1, since the single pole generator and the electrolysis apparatus were installed separately, there existed a problem that it was not suitable for size reduction. Moreover, in patent document 2, although the liquid metal is utilized instead of the sliding contact of a monopolar generator, since only mercury was considered as a liquid metal, there existed a problem that it was highly toxic with respect to a living body. .
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、摺動接点をなくすと共に小型化に適した電気化学装置を提供することを主目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and has as its main object to provide an electrochemical device that eliminates sliding contacts and is suitable for miniaturization.
本発明の第1の電気化学装置は、
回転軸を回転可能に支持するハウジングと、
前記ハウジングの内部にて前記回転軸と一体化され、イオン含有水を貯蔵可能なセル容器と、
前記セル容器の底面を貫く磁界を発生させる磁石と、
一端が前記セル容器に非接触な状態で前記セル容器内のイオン含有水に浸漬され、他端が前記ハウジングに固定された第1筒状電極と、
前記第1筒状電極よりも大きな径を有し、一端が前記セル容器に非接触な状態で前記セル容器内のイオン含有水に浸漬され、他端が前記ハウジングに固定された第2筒状電極と、
前記ハウジングに固定され、前記第1筒状電極と前記第2筒状電極との間の空間を内周側空間と外周側空間に分割する筒状仕切り部材と、
前記セル容器内のイオン含有水を前記第1筒状電極の側と前記第2筒状電極の側とに分け、前記筒状仕切り部材と微小間隔を空けて対向して設けられた筒状隔膜と、
前記セル容器から離間した位置で前記第1筒状電極と前記第2筒状電極とを電気的に接続する接続部材と、
前記内周側空間のガスを前記ハウジングの外へ取り出す内周側ガス通路と、
前記外周側空間のガスを前記ハウジングの外へ取り出す外周側ガス通路と、
を備えたものである。
The first electrochemical device of the present invention comprises:
A housing that rotatably supports the rotation shaft;
A cell container integrated with the rotary shaft inside the housing and capable of storing ion-containing water;
A magnet for generating a magnetic field penetrating the bottom surface of the cell container;
A first cylindrical electrode having one end immersed in ion-containing water in the cell container in a non-contact state with the cell container and the other end fixed to the housing;
A second cylindrical shape having a larger diameter than the first cylindrical electrode, one end immersed in the ion-containing water in the cell container in a non-contact state with the cell container, and the other end fixed to the housing Electrodes,
A cylindrical partition member fixed to the housing and dividing a space between the first cylindrical electrode and the second cylindrical electrode into an inner space and an outer space;
A cylindrical diaphragm provided by separating the ion-containing water in the cell container into the first cylindrical electrode side and the second cylindrical electrode side, and facing the cylindrical partition member with a minute gap therebetween. When,
A connecting member for electrically connecting the first cylindrical electrode and the second cylindrical electrode at a position spaced from the cell container;
An inner peripheral gas passage for taking out gas in the inner peripheral space out of the housing;
An outer peripheral side gas passage for taking out gas in the outer peripheral side space out of the housing;
It is equipped with.
この電気化学装置では、セル容器の底面を貫く磁界を発生させた状態で、イオン含有水を貯蔵したセル容器を回転軸と共に回転させる。すると、単極発電機の原理によって、イオン含有水(非磁性導体円盤として機能する)の中心側と外周側との間に起電力が発生する。イオン含有水の中心側には第1筒状電極が配置され、外周側には第2筒状電極が配置されている。そのため、第1筒状電極と第2筒状電極との間には電位差が発生し、水の電気分解が進行する。その結果、第1及び第2筒状電極の一方で水素ガスが発生し、他方で酸素ガスが発生する。第1筒状電極と第2筒状電極との間の空間は筒状仕切り部材によって内周側空間と外周側空間とに分割されている。また、イオン含有水は筒状隔膜によって第1筒状電極の側と第2筒状電極の側に分けられている。そのため、第1筒状電極で発生したガスは、内周側空間及び内周側ガス通路を通ってハウジングの外へ取り出される。また、第2筒状電極で発生したガスは、外周側空間及び外周側ガス通路を通ってハウジングの外へ取り出される。ここで、単極発電機を構成する磁石及びセル容器も、電解装置を構成するセル容器、第1及び第2筒状電極も、1つのハウジングに収納されている。そのため、小型化に適している。また、第1及び第2筒状電極は、いずれも、一端がセル容器に非接触な状態でセル容器内のイオン含有水に浸漬され、他端がハウジングに固定されている。そのため、セル容器が回転軸と共に回転したとしても、摩耗劣化するような摺動接点がないことから装置の寿命が長くなる。 In this electrochemical device, a cell container storing ion-containing water is rotated together with a rotating shaft in a state where a magnetic field penetrating the bottom surface of the cell container is generated. Then, an electromotive force is generated between the central side and the outer peripheral side of the ion-containing water (functioning as a nonmagnetic conductor disk) by the principle of the monopolar generator. The 1st cylindrical electrode is arrange | positioned at the center side of ion-containing water, and the 2nd cylindrical electrode is arrange | positioned at the outer peripheral side. Therefore, a potential difference is generated between the first cylindrical electrode and the second cylindrical electrode, and water electrolysis proceeds. As a result, hydrogen gas is generated at one of the first and second cylindrical electrodes, and oxygen gas is generated at the other. A space between the first cylindrical electrode and the second cylindrical electrode is divided into an inner peripheral space and an outer peripheral space by a cylindrical partition member. The ion-containing water is divided into a first cylindrical electrode side and a second cylindrical electrode side by a cylindrical diaphragm. Therefore, the gas generated in the first cylindrical electrode is taken out of the housing through the inner circumferential space and the inner circumferential gas passage. Further, the gas generated in the second cylindrical electrode is taken out of the housing through the outer peripheral side space and the outer peripheral side gas passage. Here, the magnet and cell container constituting the monopolar generator, the cell container constituting the electrolysis apparatus, and the first and second cylindrical electrodes are also housed in one housing. Therefore, it is suitable for downsizing. Moreover, as for the 1st and 2nd cylindrical electrode, as for all, one end is immersed in the ion containing water in a cell container in the non-contact state, and the other end is being fixed to the housing. For this reason, even if the cell container rotates with the rotating shaft, the life of the apparatus is extended because there is no sliding contact that deteriorates wear.
なお、磁石は、セル容器と一緒に回転するように構成されていてもよいし、セル容器と一緒に回転しないように構成されていてもよい。 The magnet may be configured to rotate with the cell container, or may be configured not to rotate with the cell container.
本発明の第1の電気化学装置において、前記磁石は、前記セル容器の底面側に配置されたドーナッツ形状磁石であり、中央孔に前記回転軸が挿通されていてもよい。このようなトーナッツ形状磁石を採用すれば、セル容器の底面を貫く磁界を発生させやすい。 In the first electrochemical device of the present invention, the magnet may be a donut-shaped magnet disposed on the bottom surface side of the cell container, and the rotating shaft may be inserted through a central hole. If such a tonut-shaped magnet is employed, it is easy to generate a magnetic field that penetrates the bottom surface of the cell container.
本発明の第1の電気化学装置において、前記回転軸は、風車又は水車のプロペラ軸と連結されていてもよい。こうすれば、風力や水力といった再生可能エネルギーを水素ガスや酸素ガスに変換することができる。 In the first electrochemical device of the present invention, the rotating shaft may be connected to a propeller shaft of a wind turbine or a water turbine. In this way, renewable energy such as wind power or hydraulic power can be converted into hydrogen gas or oxygen gas.
本発明の第2の電気化学装置は、
回転軸を回転可能に支持するハウジングと、
前記ハウジングの内部にて前記回転軸と一体化された非磁性導体製の円盤と、
前記非磁性導体円盤を貫く磁界を発生させる磁石と、
前記磁石から離間した位置に設けられ、イオン含有水を貯蔵可能なセル容器と、
一端が前記セル容器に非接触な状態で前記セル容器内のイオン含有水に浸漬され、他端が前記円盤に固定された第1筒状電極と、
前記第1筒状電極よりも大きな径を有し、一端が前記セル容器に非接触な状態で前記セル容器内のイオン含有水に浸漬され、他端が前記円盤に固定された第2筒状電極と、
前記円盤に固定され、前記第1筒状電極と前記第2筒状電極との間の空間を内周側空間と外周側空間に分割する筒状仕切り部材と、
前記セル容器内のイオン含有水を前記第1筒状電極の側と前記第2筒状電極の側とに分け、前記筒状仕切り部材と微小間隔を空けて対向して設けられた筒状隔膜と、
前記内周側空間のガスを前記ハウジングの外へ取り出す内周側ガス通路と、
前記外周側空間のガスを前記ハウジングの外へ取り出す外周側ガス通路と、
を備えたものである。
The second electrochemical device of the present invention comprises:
A housing that rotatably supports the rotation shaft;
A disk made of a non-magnetic conductor integrated with the rotating shaft inside the housing;
A magnet for generating a magnetic field penetrating the non-magnetic conductor disk;
A cell container provided at a position spaced from the magnet and capable of storing ion-containing water;
A first cylindrical electrode having one end immersed in the ion-containing water in the cell container in a non-contact state with the cell container, and the other end fixed to the disk;
A second cylindrical shape having a larger diameter than the first cylindrical electrode, one end immersed in the ion-containing water in the cell container in a non-contact state with the cell container, and the other end fixed to the disk Electrodes,
A cylindrical partition member fixed to the disk and dividing a space between the first cylindrical electrode and the second cylindrical electrode into an inner circumferential space and an outer circumferential space;
A cylindrical diaphragm provided by separating the ion-containing water in the cell container into the first cylindrical electrode side and the second cylindrical electrode side and facing the cylindrical partitioning member with a small gap therebetween. When,
An inner peripheral gas passage for taking out gas in the inner peripheral space out of the housing;
An outer peripheral side gas passage for taking out gas in the outer peripheral side space out of the housing;
It is equipped with.
この電気化学装置では、非磁性導体製の円盤を貫く磁界を発生させた状態で、円盤を回転軸と共に回転させる。すると、単極発電機の原理によって、円盤の中心側と外周側との間に起電力が発生する。円盤の中心側には第1筒状電極が固定され、外周側には第2筒状電極が固定されている。そのため、第1筒状電極と第2筒状電極との間には電位差が発生する。また、第1及び第2筒状電極は、セル容器に非接触な状態でセル容器内のイオン含有水に浸漬されている。そのため、水の電気分解が進行し、第1及び第2筒状電極の一方で水素ガスが発生し、他方で酸素ガスが発生する。第1筒状電極と第2筒状電極との間の空間は筒状仕切り部材によって内周側空間と外周側空間とに分割されている。また、イオン含有水は筒状隔膜によって第1筒状電極の側と第2筒状電極の側に分けられている。そのため、内周側空間で発生したガスは、内周側ガス通路を通ってハウジングの外へ取り出される。外周側空間で発生したガスは、外周側ガス通路を通ってハウジングの外へ取り出される。ここで、単極発電機を構成する磁石及び円盤も、電解装置を構成するセル容器、第1及び第2筒状電極も、1つのハウジングに収納されている。そのため、小型化に適している。また、第1及び第2筒状電極は、いずれも、一端がセル容器に非接触な状態でセル容器内のイオン含有水に浸漬され、他端が円盤に固定されている。そのため、円盤が回転軸と共に回転したとしても、摩耗劣化するような摺動接点がないことから装置の寿命が長くなる。 In this electrochemical device, the disk is rotated together with the rotating shaft in a state where a magnetic field penetrating the disk made of nonmagnetic conductor is generated. Then, an electromotive force is generated between the center side and the outer peripheral side of the disk due to the principle of the monopolar generator. A first cylindrical electrode is fixed to the center side of the disk, and a second cylindrical electrode is fixed to the outer peripheral side. Therefore, a potential difference is generated between the first cylindrical electrode and the second cylindrical electrode. Moreover, the 1st and 2nd cylindrical electrode is immersed in the ion containing water in a cell container in the non-contact state in a cell container. Therefore, electrolysis of water proceeds, hydrogen gas is generated on one of the first and second cylindrical electrodes, and oxygen gas is generated on the other. A space between the first cylindrical electrode and the second cylindrical electrode is divided into an inner peripheral space and an outer peripheral space by a cylindrical partition member. The ion-containing water is divided into a first cylindrical electrode side and a second cylindrical electrode side by a cylindrical diaphragm. Therefore, the gas generated in the inner peripheral space is taken out of the housing through the inner peripheral gas passage. The gas generated in the outer peripheral space is taken out of the housing through the outer peripheral gas passage. Here, the magnet and the disk constituting the monopolar generator, the cell container constituting the electrolysis apparatus, and the first and second cylindrical electrodes are also accommodated in one housing. Therefore, it is suitable for downsizing. Moreover, as for the 1st and 2nd cylindrical electrode, as for all, one end is immersed in the ion containing water in a cell container in the non-contact state, and the other end is being fixed to the disk. For this reason, even if the disk rotates together with the rotating shaft, the life of the apparatus is extended because there is no sliding contact that deteriorates wear.
なお、磁石は、円盤と一緒に回転するように構成されていてもよいし、円盤と一緒に回転しないように構成されていてもよい。また、セル容器は、円盤と一緒に回転しないように構成されていることが好ましい。 The magnet may be configured to rotate with the disk, or may be configured not to rotate with the disk. Moreover, it is preferable that the cell container is configured not to rotate together with the disk.
本発明の第2の電気化学装置において、前記磁石は、前記円盤に対向するドーナッツ形状磁石であり、中央孔に前記回転軸が挿通されていてもよい。このようなトーナッツ形状磁石を採用すれば、円盤を貫く磁界を発生させやすい。 In the second electrochemical device of the present invention, the magnet may be a donut-shaped magnet facing the disk, and the rotating shaft may be inserted through a central hole. If such a tonut-shaped magnet is employed, it is easy to generate a magnetic field that penetrates the disk.
本発明の第2の電気化学装置において、前記回転軸は、風車又は水車のプロペラ軸と連結されていてもよい。こうすれば、風力や水力といった再生可能エネルギーを水素ガスや酸素ガスに変換することができる。 In the second electrochemical device of the present invention, the rotating shaft may be connected to a propeller shaft of a wind turbine or a water turbine. In this way, renewable energy such as wind power or hydraulic power can be converted into hydrogen gas or oxygen gas.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1の電気化学装置の一実施形態(第1実施形態)の概略断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of one embodiment (first embodiment) of the first electrochemical device of the present invention.
電気化学装置10は、単極発電機の原理を用いて発電させた電力を利用して水を電気分解することにより水素ガス及び酸素ガスを発生させる装置である。電気化学装置10は、ハウジング12と、セル容器16と、磁石18と、第1及び第2筒状電極21,22と、筒状仕切り部材26と、筒状隔膜28と、内周側及び外周側ガス通路33,34とを備えている。
The
ハウジング12は、上面及び下面が円形で側面が円筒形の中空筒体である。ハウジング12は、上面及び下面を貫通する回転軸14を回転可能に支持している。ハウジング12は、例えば塩化ビニル樹脂のような非磁性絶縁材料で作製されている。回転軸14は、風車のプロペラ軸40に連結されている。
The
セル容器16は、有底筒状の容器であり、回転軸14と一体化されている。セル容器16は、イオン含有水Wを貯蔵可能である。イオン含有水Wとしては、例えば水酸化ナトリウム水溶液や硫酸水溶液などの電解液が挙げられる。イオン含有水Wは、導電率が調整されている。セル容器16は、例えば塩化ビニル樹脂のような非磁性絶縁材料で作製されている。なお、セル容器16には、ハウジング12の外部とセル容器16の内部とを繋ぐ水の給排経路(図示せず)を介してイオン含有水Wが供給・排出される。
The
磁石18は、ドーナッツ形状磁石であり、中央孔18aに回転軸14が非接触な状態で挿通されている。そのため、回転軸14が回転したとしても磁石18は回転しない。磁石18は、セル容器16の底面を貫く磁界を発生させる。こうした磁石18は、ネオジム磁石やフェライト磁石などであってもよいし、超電導磁石であってもよい。
The
第1筒状電極21は、回転軸14と同軸に形成されている。第1筒状電極21の下端21aは、セル容器16に非接触な状態でセル容器16内のイオン含有水Wに浸漬されている。第1筒状電極21の上端21bは、ハウジング12の天井裏面に固定されている。第1筒状電極21の中央孔には、回転軸14が非接触な状態で挿通されている。
The first
第2筒状電極22は、第1筒状電極21よりも大きな径を有し、回転軸14と同軸に形成されている。第2筒状電極22の下端22aは、セル容器16に非接触な状態でセル容器16内のイオン含有水Wに浸漬されている。第2筒状電極22の上端22bは、ハウジング12の天井裏面に固定されている。第1筒状電極21と第2筒状電極22とは、セル容器16から上方に離間した位置(ここではハウジング12の天井裏面に近い位置)で銅線24により電気的に接続されている。そのため、銅線24は磁石18の影響を受けにくい。銅線24は筒状仕切り部材26を貫通している。
The second
筒状仕切り部材26は、第1筒状電極21と第2筒状電極22の中間の径を有し、回転軸14と同軸に形成されている。筒状仕切り部材26の上端26bは、ハウジング12の天井裏面に固定されている。筒状仕切り部材26の下端26aは、セル容器16のやや上方に位置している。この筒状仕切り部材26は、第1筒状電極21と第2筒状電極22との間の空間を内周側空間31と外周側空間32とに分割している。筒状仕切り部材26は、例えば塩化ビニル樹脂のような非磁性絶縁材料で作製されている。
The
筒状隔膜28は、筒状仕切り部材26と同軸、同径に形成されている。筒状隔膜28は、セル容器16内のイオン含有水Wを第1筒状電極21の側と第2筒状電極22の側とに分割している。筒状隔膜28の下端28aは、セル容器16に固定されている。筒状隔膜28の上端28bは、筒状仕切り部材26の下端26aと微小間隔を空けて対向している。筒状隔膜28は、例えば高分子のポーラス膜(イオン交換膜)で作製されている。微小間隔は、筒状隔膜28の上端28bと筒状仕切り部材26の下端26aとを非接触な状態に維持可能で、且つ、内周側空間31と外周側空間32とのガスの流通がほとんどない大きさに設定されている。
The
内周側ガス通路33は、内周側空間31のガスをハウジング12の外へ取り出すための通路である。この内周側ガス通路33は、内周側空間31を経てハウジング12の天井に設けられた穴33aに達している。外周側ガス通路34は、外周側空間32のガスをハウジング12の外へ取り出すための通路である。この外周側ガス通路34は、外周側空間32を経てハウジング12の天井に設けられた穴34aに達している。
The inner peripheral
次に、電気化学装置10の使用例について説明する。ここでは、単極発電機の原理を用いて発電させた電力を利用して水を電気分解することにより水素ガス及び酸素ガスを発生させる場合について説明する。まず、セル容器16の底面を貫く磁界を磁石18にて発生させる。この状態で、風車によって回転軸14を回転させることにより、回転軸14と一体化されたセル容器16を回転させる。すると、単極発電機の原理によって、セル容器16内のイオン含有水W(非磁性導体円盤として機能する)のイオンが力を受け、イオン含有水Wの中心側と外周側との間に起電力が発生する。イオン含有水Wの中心側には第1筒状電極21が配置され、外周側には第2筒状電極22が配置されている。そのため、第1筒状電極21と第2筒状電極22との間に電位差が発生し、水の電気分解が進行する。その結果、第1及び第2筒状電極21,22の一方で水素ガスが発生し、他方で酸素ガスが発生する。第1筒状電極21と第2筒状電極22との間の空間は筒状仕切り部材26によって内周側空間31と外周側空間32とに分割されている。また、イオン含有水Wは筒状隔膜28によって第1筒状電極21の側と第2筒状電極22の側に分けられている。そのため、第1筒状電極21で発生したガスは、内周側ガス通路33を通ってハウジング12の外へ取り出される。また、第2筒状電極22で発生したガスは、外周側ガス通路34を通ってハウジング12の外へ取り出される。なお、イオン含有水Wの中心側が+極で外周側が−極になるか、イオン含有水Wの中心側が−極、外周側が+極になるかは、回転軸14の回転方向によって決まる。
Next, a usage example of the
以上説明した電気化学装置10によれば、単極発電機を構成する磁石18及びセル容器16内のイオン含有水Wも、電解装置を構成するセル容器16内のイオン含有水W、第1及び第2筒状電極21,22も、1つのハウジング12に収納されている。そのため、小型化に適している。また、第1及び第2筒状電極21,22は、いずれも、下端21a,22aがセル容器16に非接触な状態でセル容器16内のイオン含有水Wに浸漬され、上端21b,22bがハウジング12に固定されている。そのため、セル容器16が回転軸14と共に回転したとしても、摩耗劣化するような摺動接点がないことから装置の寿命が長くなる。
According to the
また、磁石18としてドーナッツ形状磁石を採用したため、セル容器16の底面を貫く磁界を発生させやすい。
Further, since a donut-shaped magnet is employed as the
更に、回転軸14は、風車のプロペラ軸40と連結されているため、再生可能エネルギーを水素ガスや酸素ガスに変換することができる。
Furthermore, since the rotating
[第2実施形態]
図2は、本発明の第2の電気化学装置の一実施形態(第2実施形態)の概略断面図である。
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of one embodiment (second embodiment) of the second electrochemical device of the present invention.
電気化学装置60も、単極発電機の原理を用いて発電させた電力を利用して水を電気分解することにより水素ガス及び酸素ガスを発生させる装置である。電気化学装置60は、ハウジング62と、円盤63と、磁石65と、セル容器66と、第1及び第2筒状電極71,72と、筒状仕切り部材76と、上部仕切り部材77と、筒状隔膜78と、内周側及び外周側ガス通路85,86とを備えている。
The
ハウジング62は、上面及び下面が円形で側面が円筒形の中空筒体である。ハウジング62は、上面及び下面を貫通する回転軸64を回転可能に支持している。ハウジング62は、例えば塩化ビニル樹脂のような非磁性絶縁材料で作製されている。回転軸64は、風車のプロペラ軸40に連結されている。
The
円盤63は、ハウジング62の上方に配置され、中心を貫通する回転軸64と一体化されている。円盤63は、非磁性導体(例えば銅)で作製されている。
The
磁石65は、ドーナッツ形状磁石であり、中央孔に回転軸64が非接触な状態で挿通されている。磁石65は、円盤63の上面に一体化されている。そのため、回転軸64が回転すると、磁石65は円盤63と共に回転する。磁石65は、円盤63を貫く磁界を発生させる。こうした磁石65は、ネオジム磁石やフェライト磁石などであってもよいし、超電導磁石であってもよい。
The
セル容器66は、有底筒状のドーナッツ形状の容器であり、ハウジング62の底面(磁石65から離間した位置)に固定されている。そのため、セル容器66内のイオン含有水Wは磁石65の影響を受けにくい。セル容器66の中央孔には、回転軸64があそびをもって挿通されている。そのため、回転軸64が回転したとしてもセル容器66は停止したままである。セル容器66は、イオン含有水Wを貯蔵可能である。イオン含有水Wとしては、例えば水酸化ナトリウム水溶液や硫酸水溶液など電解液が挙げられる。イオン含有水Wは、導電率が調整されている。セル容器66は、例えば塩化ビニル樹脂のような非磁性絶縁材料で作製されている。なお、セル容器66には、ハウジング62の外部とセル容器66の内部とを繋ぐ水の給排経路(図示せず)を介してイオン含有水Wが供給・排出される。
The
第1筒状電極71は、回転軸64と同軸に形成されている。第1筒状電極71の下端71aは、セル容器66に非接触な状態でセル容器66内のイオン含有水Wに浸漬されている。第1筒状電極71の上端71bは、円盤63の裏面に固定されている。第1筒状電極71の中央孔には、回転軸64が非接触な状態で挿通されている。
The first
第2筒状電極72は、第1筒状電極71よりも大きな径を有し、回転軸64と同軸に形成されている。第2筒状電極72の下端72aは、セル容器66に非接触な状態でセル容器66内のイオン含有水Wに浸漬されている。第2筒状電極72の上端72bは、円盤63の裏面に固定されている。
The second
筒状仕切り部材76は、第1筒状電極71と第2筒状電極72の中間の径を有し、回転軸64と同軸に形成されている。筒状仕切り部材76は、第1筒状電極71と第2筒状電極72との間の空間を内周側空間81と外周側空間82とに分割している。筒状仕切り部材76は、例えば塩化ビニル樹脂のような非磁性絶縁材料で作製されている。筒状仕切り部材76の上端76bは円盤63の裏面に固定されている。筒状仕切り部材76の下端76aは、セル容器66のやや上方に位置している。
The
上部仕切り部材77は、筒状仕切り部材76と同軸、同径に形成されている。上部仕切り部材77は、ハウジング62の内部のうち磁石65よりも上方の空間を内周側空間83と外周側空間84とに分割している。上部仕切り部材77の上端77bはハウジング62の天井裏面に固定され、下端77bは磁石65の上面のやや上方に位置している。
The
筒状隔膜78は、筒状仕切り部材76と同軸、同径に形成されている。筒状隔膜78は、セル容器66内のイオン含有水Wを第1筒状電極71の側と第2筒状電極72の側とに分割している。筒状隔膜78の下端78aは、セル容器66に固定されている。筒状隔膜78の上端78bは、筒状仕切り部材76の下端76aと微小間隔を空けて対向している。筒状隔膜78は、例えば高分子のポーラス膜(イオン交換膜)である。微小間隔は、筒状隔膜78の上端78bと筒状仕切り部材76の下端76aとを非接触な状態に維持可能で、且つ、内周側空間81と外周側空間82とのガスの流通がほとんどない大きさに設定されている。
The
内周側ガス通路85は、内周側空間81のガスをハウジング62の外へ取り出すための通路である。この内周側ガス通路85は、内周側空間81から第1筒状電極71に設けられた穴85a、円盤63の中心付近に設けられた穴85b、内周側空間83を経てハウジング62の天井に設けられた穴85cへ達している。外周側ガス通路86は、外周側空間82のガスをハウジング62の外へ取り出すための通路である。この外周側ガス通路86は、外周側空間82から第2筒状電極72に設けられた穴86a、外周側空間84を経てハウジング62の天井に設けられた穴86bへ達している。
The inner
次に、電気化学装置60の使用例について説明する。ここでは、単極発電機の原理を用いて発電させた電力を利用して水を電気分解することにより水素ガス及び酸素ガスを発生させる場合について説明する。まず、円盤63を貫く磁界を磁石65にて発生させる。この状態で、風車によって回転軸64を回転させることにより、回転軸64と一体化された円盤63及び磁石65を回転させる。すると、単極発電機の原理によって、円盤63の中心側と外周側との間に起電力が発生する。円盤63の中心側には第1筒状電極71が固定され、外周側には第2筒状電極72が固定されている。そのため、第1筒状電極71と第2筒状電極72との間には電位差が発生する。また、第1及び第2筒状電極71,72は、セル容器66に非接触な状態でセル容器66内のイオン含有水Wに浸漬されている。そのため、水の電気分解が進行する。その結果、第1及び第2筒状電極71,72の一方で水素ガスが発生し、他方で酸素ガスが発生する。第1筒状電極71と第2筒状電極72との間の空間は筒状仕切り部材76によって内周側空間81と外周側空間82に分割されている。また、イオン含有水Wは筒状隔膜78によって第1筒状電極71の側と第2筒状電極72の側に分けられている。そのため、第1筒状電極71で発生したガスは、内周側ガス通路85を通ってハウジング62の外へ取り出される。また、第2筒状電極72で発生したガスは、外周側ガス通路86を通ってハウジング62の外へ取り出される。なお、イオン含有水Wの中心側が+極で外周側が−極になるか、イオン含有水Wの中心側が−極、外周側が+極になるかは、回転軸64の回転方向によって決まる。
Next, a usage example of the
以上説明した電気化学装置60によれば、単極発電機を構成する磁石65及び円盤63も、電解装置を構成するセル容器66、第1及び第2筒状電極71,72も、1つのハウジング62に収納されている。そのため、小型化に適している。また、第1及び第2筒状電極71,72は、いずれも、一端がセル容器66に非接触な状態でセル容器66内のイオン含有水Wに浸漬され、他端が円盤63に固定されている。そのため、円盤63及び磁石65が回転軸64と共に回転したとしても、摩耗劣化するような摺動接点がないことから装置の寿命が長くなる。
According to the
また、磁石65としてドーナッツ形状磁石を採用したため、円盤63を貫く磁界を発生させやすい。
In addition, since a donut-shaped magnet is adopted as the
更に、回転軸64は、風車のプロペラ軸40と連結されているため、再生可能エネルギーを水素ガスや酸素ガスに変換することができる。
Furthermore, since the rotating
[その他の実施形態]
本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
[Other Embodiments]
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes as long as they belong to the technical scope of the present invention.
例えば、上述した第1実施形態において、回転軸14が回転したとしても磁石18は回転しないようにしたが、磁石18を回転軸14と共に回転するようにしてもよい。その場合、磁石18とセル容器16内のイオン交換水Wとは一緒に回転することになるが、単極発電機の原理に基づき発電する。
For example, in the first embodiment described above, the
上述した第2実施形態において、磁石65は円盤63と一緒に回転するようにしたが、磁石65をハウジング62に固定して回転軸14が回転したとしても回転しないようにしてもよい。その場合でも、単極発電機の原理に基づき発電する。
In the second embodiment described above, the
上述した第1及び第2実施形態において、回転軸14,64に風車のプロペラ軸40を連結する代わりに水車のプロペラ軸を連結してもよい。こうしても、再生可能エネルギーを水素ガスや酸素ガスに変換することができる。
In the first and second embodiments described above, the propeller shaft of the turbine may be connected to the
10,60 電気化学装置、12,62 ハウジング、14,64 回転軸、16,66 セル容器、18,65 磁石、18a 中央孔、21,71 第1筒状電極、21a,71a 下端、21b,71b 上端、22,72 第2筒状電極、22a,72a 下端、22b,72b 上端、24 銅線、26,76 筒状仕切り部材、26a,76a 下端、26b,76b 上端、28,78 筒状隔膜、28a,78a 下端、28b,89b 上端、31,81,83 内周側空間、32,82,84 外周側空間、33,85 内周側ガス通路、33a,85a〜85c 穴、34,86 外周側ガス通路、34a,86a,86b 穴、40 風車のプロペラ軸、63 円盤、77 上部仕切り部材、77b 下端、77b 上端。 10, 60 Electrochemical device, 12, 62 Housing, 14, 64 Rotating shaft, 16, 66 Cell container, 18, 65 Magnet, 18a Central hole, 21, 71 First cylindrical electrode, 21a, 71a Lower end, 21b, 71b Upper end, 22, 72 second cylindrical electrode, 22a, 72a lower end, 22b, 72b upper end, 24 copper wire, 26, 76 cylindrical partition member, 26a, 76a lower end, 26b, 76b upper end, 28, 78 cylindrical diaphragm, 28a, 78a Lower end, 28b, 89b Upper end, 31, 81, 83 Inner side space, 32, 82, 84 Outer side space, 33, 85 Inner side gas passage, 33a, 85a to 85c holes, 34, 86 Outer side Gas passage, 34a, 86a, 86b hole, 40 wind turbine propeller shaft, 63 disc, 77 upper partition member, 77b lower end, 77b upper end.
Claims (6)
前記ハウジングの内部にて前記回転軸と一体化され、イオン含有水を貯蔵可能なセル容器と、
前記セル容器の底面を貫く磁界を発生させる磁石と、
一端が前記セル容器に非接触な状態で前記セル容器内のイオン含有水に浸漬され、他端が前記ハウジングに固定された第1筒状電極と、
前記第1筒状電極よりも大きな径を有し、一端が前記セル容器に非接触な状態で前記セル容器内のイオン含有水に浸漬され、他端が前記ハウジングに固定された第2筒状電極と、
前記ハウジングに固定され、前記第1筒状電極と前記第2筒状電極との間の空間を内周側空間と外周側空間に分割する筒状仕切り部材と、
前記セル容器内のイオン含有水を前記第1筒状電極の側と前記第2筒状電極の側とに分け、前記筒状仕切り部材と微小間隔を空けて対向して設けられた筒状隔膜と、
前記セル容器から離間した位置で前記第1筒状電極と前記第2筒状電極とを電気的に接続する接続部材と、
前記内周側空間のガスを前記ハウジングの外へ取り出す内周側ガス通路と、
前記外周側空間のガスを前記ハウジングの外へ取り出す外周側ガス通路と、
を備えた電気化学装置。 A housing that rotatably supports the rotation shaft;
A cell container integrated with the rotary shaft inside the housing and capable of storing ion-containing water;
A magnet for generating a magnetic field penetrating the bottom surface of the cell container;
A first cylindrical electrode having one end immersed in ion-containing water in the cell container in a non-contact state with the cell container and the other end fixed to the housing;
A second cylindrical shape having a larger diameter than the first cylindrical electrode, one end immersed in the ion-containing water in the cell container in a non-contact state with the cell container, and the other end fixed to the housing Electrodes,
A cylindrical partition member fixed to the housing and dividing a space between the first cylindrical electrode and the second cylindrical electrode into an inner space and an outer space;
A cylindrical diaphragm provided by separating the ion-containing water in the cell container into the first cylindrical electrode side and the second cylindrical electrode side and facing the cylindrical partitioning member with a small gap therebetween. When,
A connecting member for electrically connecting the first cylindrical electrode and the second cylindrical electrode at a position spaced from the cell container;
An inner peripheral gas passage for taking out gas in the inner peripheral space out of the housing;
An outer peripheral side gas passage for taking out gas in the outer peripheral side space out of the housing;
Electrochemical device with
請求項1に記載の電気化学装置。 The magnet is a donut-shaped magnet disposed on the bottom side of the cell container, and the rotation shaft is inserted through a central hole.
The electrochemical device according to claim 1.
請求項1又は2に記載の電気化学装置。 The rotating shaft is connected to a propeller shaft of a windmill or a water turbine,
The electrochemical device according to claim 1 or 2.
前記ハウジングの内部にて前記回転軸と一体化された非磁性導体製の円盤と、
前記非磁性導体円盤を貫く磁界を発生させる磁石と、
前記磁石から離間した位置に設けられ、イオン含有水を貯蔵可能なセル容器と、
一端が前記セル容器に非接触な状態で前記セル容器内のイオン含有水に浸漬され、他端が前記円盤に固定された第1筒状電極と、
前記第1筒状電極よりも大きな径を有し、一端が前記セル容器に非接触な状態で前記セル容器内のイオン含有水に浸漬され、他端が前記円盤に固定された第2筒状電極と、
前記円盤に固定され、前記第1筒状電極と前記第2筒状電極との間の空間を内周側空間と外周側空間に分割する筒状仕切り部材と、
前記セル容器内のイオン含有水を前記第1筒状電極の側と前記第2筒状電極の側とに分け、前記筒状仕切り部材と微小間隔を空けて対向して設けられた筒状隔膜と、
前記内周側空間のガスを前記ハウジングの外へ取り出す内周側ガス通路と、
前記外周側空間のガスを前記ハウジングの外へ取り出す外周側ガス通路と、
を備えた電気化学装置。 A housing that rotatably supports the rotation shaft;
A disk made of a non-magnetic conductor integrated with the rotating shaft inside the housing;
A magnet for generating a magnetic field penetrating the non-magnetic conductor disk;
A cell container provided at a position spaced from the magnet and capable of storing ion-containing water;
A first cylindrical electrode having one end immersed in the ion-containing water in the cell container in a non-contact state with the cell container, and the other end fixed to the disk;
A second cylindrical shape having a larger diameter than the first cylindrical electrode, one end immersed in the ion-containing water in the cell container in a non-contact state with the cell container, and the other end fixed to the disk Electrodes,
A cylindrical partition member fixed to the disk and dividing a space between the first cylindrical electrode and the second cylindrical electrode into an inner circumferential space and an outer circumferential space;
A cylindrical diaphragm provided by separating the ion-containing water in the cell container into the first cylindrical electrode side and the second cylindrical electrode side and facing the cylindrical partitioning member with a small gap therebetween. When,
An inner peripheral gas passage for taking out gas in the inner peripheral space out of the housing;
An outer peripheral side gas passage for taking out gas in the outer peripheral side space out of the housing;
Electrochemical device with
請求項4に記載の電気化学装置。 The magnet is a donut-shaped magnet facing the disk, and the rotation shaft is inserted through a central hole.
The electrochemical device according to claim 4.
請求項4又は5に記載の電気化学装置。 The rotating shaft is connected to a propeller shaft of a windmill or a water turbine,
The electrochemical device according to claim 4 or 5.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2016253147A JP2018104771A (en) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | Electrochemical device |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP2016253147A JP2018104771A (en) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | Electrochemical device |
Publications (1)
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Family
ID=62787047
Family Applications (1)
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JP2016253147A Pending JP2018104771A (en) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | Electrochemical device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2018104771A (en) |
-
2016
- 2016-12-27 JP JP2016253147A patent/JP2018104771A/en active Pending
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