JP2614172B2 - 溶存炭酸ガス供給装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水中の植物、動物植物
細胞の培養液、飲料水等への溶存炭酸ガスの供給に利用
できる。

【０００２】

【従来の技術】溶存炭酸ガスを連続的に供給する必要の
ある系としては植物の光合成反応や動物細胞培養があ
る。従来これらの目的には炭酸ガスボンベ等の外部から
のガスを供給源として気液接触によって溶存炭酸ガスを
供給している。しかしこの方法ではガス供給速度が気液
接触面積または炭酸ガス分圧でしか制御できない。また
ボンベが空になると交換しなければならないが、その保
守も煩雑である。観賞魚中の水草への炭酸ガス供給では
下端を水中に開放し、上端を閉じた筒に炭酸ガスを封
じ、下端から入る水を筒中の炭酸ガスと接触させて炭酸
ガスを溶解させるが、筒中への炭酸ガスの封じ込めを１
日１回程度の頻度で行わなければならず、手間がかか
る。また、光源を止めても炭酸ガスは供給されてしま
い、供給量の制御がしにくい。一方、炭素を陽極にして
水を電気分解すると発生した酸素が電極と反応して電極
を消耗することが知られている。

【０００３】

【本発明が解決するための手段】本発明はガスボンベ等
の外部からのガス供給によらず電気分解によって溶存炭
酸ガスを供給する溶存炭酸ガス供給装置及び対象液体中
で炭素を陽極として水の電気分解することによりその液
体に溶存する炭酸ガスを供給する方法を提案するもの
で、溶存炭酸ガスを供給しようとする液体中で炭素を陽
極としてその水の電気分解することを特徴とする。この
際、陽極の炭素を通水性の膜で覆うことによって炭素の
液中への脱落や拡散を防止する溶存炭酸ガス供給装置も
提案する。さらにこの陽極炭素が直径２ｍｍ以下の粉末
又は粒子でもよい。陽極は集電体とそれをとりまく炭素
粒の集合で構成されるのがよい。陽極で水の電気分解に
よって酸素が発生し、この酸素の一部が陽極の炭素と結
合して炭酸ガスが発生する。この方法で炭酸ガス供給量
と速度を電解電流で制御できる。

【０００４】

【実施例１】図１は本発明を水草への炭酸ガス供給に応
用した実施例の模式断面図を示す。円柱状炭素電極１は
ねじ２によってリード線３に接続され、接続部はゴムカ
バー４によって密閉されている。電極はゴムバンド５及
びこれと一体となっている吸盤６によって水槽壁７に固
定されている。この電極２本を水中に配置し、電極間に
電流を流す。直流でも交流でもよい。電流密度を上げる
と酸素ガスの発生比率が増えるので適当な電流に調節す
る必要がある。電極は炭素棒、繊維状炭素等各種の炭素
が利用できるが耐酸化性の高い材質例えばグラファイト
化した炭素は目的にあわないことがある。直径２０ｍ
ｍ、液中への浸漬部長さ１００ｍｍ液中部の重量約５０
ｇの炭素棒を陽極として水道水中で２０ｍＡ流したとこ
ろ、陰極からはガス発生があるが、陽極からのガス発生
は全く見られなかった。陽極をステンレスに換えるとガ
スが発生する。これはステンレス陽極の場合酸素が発生
し、炭素陽極の場合炭酸ガスが発生して、ガス化せずに
溶解していることは明らかで、この電流密度では１００
％近くの変換効率と考えられる。この実施例では電極を
水中に配置したが、水の一部を循環し、その循環流路中
に配置すると発生した炭酸ガスがすぐ電極近傍からなく
なるので電流密度を上げうる。

【０００５】

【実施例２】本発明の実施例２の模式断面図を図２に示
す。実施例１の陽極を長期間使用すると炭素粉が脱落し
たり、液中に拡散するので陽極を通水性膜で覆ってこれ
らを防止する機能もつけてある。陰極はステンレスの穴
あきパイプ８で形成され、上部には穴のないステンレス
パイプ９が一体になっている。陽極１は炭素棒で接液部
を通水性の膜１０で覆っている。その下端はゴムリング
１２で接触しないように分離されており、防水キャップ
４内への水の侵入も防いでいる。ゴムリング１２に接し
ている部分の炭素棒は電極反応しないので、炭酸ガス供
給によって接液部の炭素棒が細くなっても防水機能に支
障はない。陽極で生成した炭酸ガスはステンレスパイプ
の複数の穴１３から液に供給されると共に、ステンレス
パイプ内部で発生した水素も穴１３を通って放散され
る。危険防止のため水素はステンレス内筒にたまらない
構造となっている。炭素陽極は通水性膜１０で覆われ炭
素が液中に脱落したり、拡散しないようになっている。
通水性膜１０はゴムバンドまた熱収縮チューブ１４で炭
素棒１に固定されている。通水性膜は透析膜、濾過膜、
布など水を透過し得る限り各種の孔径の膜が使用でき、
炭素の粉末粒径との関係で適当な孔径を選択することが
望ましい。

【０００６】

【実施例３】本発明の実施例３の模式断面図を図３に示
す。前記実施例１及び２では炭素棒を陽極としたが、直
径２ｍｍ以下の炭素粉または炭素粒でもよく、以下の実
施例３に詳細を説明する。通水性の膜１０例えば通水化
した多孔性塩化ビニル膜で形成したチューブの下端に栓
１５を接着して作った袋の中に炭素粉や粒１６を入れ、
炭素棒で形成された陽極集電体１７を挿入してある。集
電体１７の長手方向上半部は絶縁体１８で被覆してあ
る。これは陽極炭素が消耗して減少、袋の下部におちた
時なるべく集電体が露出しないためで、集電体が露出す
ると集電体から酸素が発生するので、これを防ぐためで
ある。集電体の炭素は陽極炭素とは異なり、陽極酸化を
受けにくい導電材であればよく、白金等の貴金属でもよ
い。ここに使用する炭素は集電体と接触面積が大きくな
ければならないので直径２ｍｍ以下がよい。また炭素粉
や粒でも陽極反応すると崩壊して微細化するので通水性
の膜の孔径は５μｍ以下が望ましい。炭素としては活性
炭、グラシーカーボン、黒鉛等も使用しうる。本実施例
の電極からのリード線の出し方や、シール方法は常法通
り行う。

【０００７】

【本発明の他の適用】本発明に係る電極材質は蒸気殺菌
にも耐えうるので動植物の細胞培養にも利用できる。電
流密度を上げれば酸素発生の比率が上がるので、酸素と
炭酸ガスの発生装置ともなりうる。また、炭酸ガス供給
によってＰＨが下がるので細胞培養のＰＨコントローラ
ーとしても利用できる。また、飲料水への炭酸ガス供給
にも利用できる。

【０００８】

【本発明の効果】本発明によって、溶存炭酸ガス供給速
度を電流で制御できる。電極はボンベと同様消耗するが
その交換は容易である。通常２００ｌの観賞用水槽の水
草に供給する炭酸ガスは１日当たり５０〜５００ｍｌ程
度だが、これは炭素量では０．０３〜０．３ｇに相当す
る。３０ｇの炭素電極を消耗するには１００日以上を要
することになり、従来の１日１回程度と比して保守の頻
度が極端に少なくてすむ。設備もボンベに比して簡単で
あり、ボンベのように高圧を扱う危険もない。

【０００９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の模式断面図である。

【図２】本発明の実施例２の模式断面図である。

【図３】本発明の実施例３の模式断面図である。

【符号の説明】

１ 炭素電極 ７ 水槽壁 １０ 通水性膜 １６ 炭素粉末または粒子

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水を含有する液体中に溶存炭酸ガスを供
   給する装置であって、陰極と、炭素を電極材料とする陽
   極と、これら両極間に電流を供給する手段とを備えるこ
   とを特徴とする溶存炭酸ガス供給装置。
2. 【請求項２】 上記陰極が筒状をなし、この筒状陰極の
   中に、上記陽極がこの筒状陰極の内壁と接触しない状態
   で収容されて成ることを特徴とする請求項１記載の溶存
   炭酸ガス供給装置。
3. 【請求項３】 上記筒状陰極の側壁部に穴を設けて成る
   ことを特徴とする請求項２記載の溶存炭酸ガス供給装
   置。
4. 【請求項４】 上記陽極が通水性の膜で被覆されて成る
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記
   載の溶存炭酸ガス供給装置。
5. 【請求項５】 上記陽極が、炭素粉末又は炭素粒子を集
   電体に接触させて成ることを特徴とする請求項１〜４の
   いずれか１つの項に記載の溶存炭酸ガス供給装置。
6. 【請求項６】 上記陽極が、炭素粉末又は炭素粒子を通
   水性のチューブに充填して成ることを特徴とする請求項
   １〜３のいずれか１つの項に記載の溶存炭酸ガス供給装
   置。
7. 【請求項７】 上記炭素粉末又は炭素粒子の直径が２ｍ
   ｍ以下であることを特徴とする請求項５又は６記載の溶
   存炭酸ガス供給装置。
8. 【請求項８】 対象液体中で炭素を陽極として水の電気
   分解をすることにより、その液体に溶存する炭酸ガスを
   供給する方法。