JPS627365A - 電磁流体装置用電極ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、通電するだけで電気伝導性流体を移動させ
ること、または移動している電気伝導性流体の運動エネ
ルギーを電気エネルギーに変換することのできる電磁流
体装置用電極に関し、電極部分から発生する気体を電気
伝導性流体中には放出させないで、電極部分から系外へ
排出させるようにした電磁筐体装置用電極を提供するも
のである。

従来の技術 従来、電気伝導性流体を移送させる場合には種々の形式
のポンプが知られている。これらのポンプは電気エネル
ギーをモーター等で機械的エネルギーに変換し、電気伝
導性流体を移動させている。

一方、電気エネルギーを直接運動エネルギーとして電気
伝導性流体に与える装とが電磁流体力学的に考えられて
いる。例えば、超電導リニアモーター船である。逆に運
動エネルギーから電気エネルギーを得るものがＭＨＤ発
ＴＬ機であり、センサーとして電磁流量計がある。

しかしながら上記装置においては、電気伝導性流体中に
直接電流を流す電極に白金等の板状電極を用いていたた
め、電極表面から反応ガスが生成する欠点があった。た
とえば超電導リニアモーター船では海水を電気分解して
塩素と水素が発生し、公害問題を発生してしまう、さら
に発生ガスが電極を覆うために高電流密度で運転できな
い。

発明が解決しようとする問題点 したがってこの従来例は、電極に板状白金を用いるため
装置が高価になるという欠点があった。

また、上記のような電磁流体装置の電極においては、第
６図に示すように、電流を通すために電気分解が必要で
エネルギーロスが大きい。さらに電極部分から発生する
気体が電気伝導性流体中に人ってしまう。発生する気体
が電極表面を覆ってしまうため、電流密度を上げにくい
という欠点がある。

本発明は従来例の上記欠点を解消したもので、電気伝導
性流体中に電気分解した気体を放出させずに、電極間に
通電させることのできる安価な電磁流体装置用電極を提
供するものである。

問題点を解決するための手段 すなわち本発明は、咲来例の上記欠点を解消するため、
第１図および第２図に示すように、電源（１１）に電気
的に接続され、電気伝導性流体（１）の通路（１２）に
面して所定間隔で設けられた一対の電極（２）と、電極
（２）と同様に電気伝導性流体（１）の通路に面して設
けられ、この電極（２）間に配設された一対の磁石（３
）とを有する電磁流体装置用電極である。このような電
磁流体装置用電極において、本発明は電極（２）をｌｐ
ｍ以下の穴径を持つ気体透過性と液体被透過性を有する
撥水性多孔質担体（４）で構成したものである。そして
特に、撥水性多孔質担体（４）の電気伝導性流体（１）
との接触面側に、撥水性および親水性の両方の性質を持
つ多孔膜（５）を形成し、これらを導電性とすることも
できる。さらに多孔膜（５）の表面に親木性多孔膜（６
）を形成しても良い。

そして、一方の電極（２）の撥水性多孔質担体（０から
放出される気体を循環させて、この気体を他方の電極（
２）の撥水性多孔質担体（０から電気伝導性流体（１）
中に供給することが望ましい。

−］二記撥水性多孔質担体（４）は、またクヌーセン拡
散膜であることが望ましい、そうすることによって気体
の透過効率を上げたり、強度を向−ヒさせたりすること
ができる。

また、撥水性および親木性の両方の性質を持つ多孔膜（
５）は、撥水性を有する部分と親木性を有する部分とが
微細な網目状をなしているものを使用することが望まし
い。

さらに上記親水性多孔膜（６）に、触媒として白金等の
微粒子を分散させて使用するため、白金等の電極触媒の
使用値は著しく低下させることができる。

作用 この発りｊの電磁透体装置用電極は以−にのように構成
しであるので、電源（１１）から電気伝導性流体（１）
の通路に面して設けられた電極（２）に通電すると、電
気伝導性流体（１）を通してｉｔ流が一方の電極（２）
から他方の電極（２）へ流れる。

また、電極（２）と同様に電気伝導性流体（１）の通路
に面して設けられた磁石（３）からの磁界の作用で、電
気伝導性流体（１）は矢印Ａ方向への推進力を受ける。

そのとき、電気伝導性流体（１）が硫酸水溶液の場合に
は、一方の電極（２）の表面からは水素イオン（Ｈ＋）
が結合してできた水素ガス（Ｈ２）が発生する。しかし
ながら電極（２）はＩｇ、ｍ以下の穴径を持つ撥水性多
孔質担体（０と、この撥水性多孔質担体（４）の電気伝
導性流体（１）との接触面側に形成した撥水性および親
水性の両方の性質を持つ多孔Ｈ（５）とで構成されてい
るため、水圧等の作用により水素ガス（Ｈ２）は撥水性
多孔質担体（０部分から排出される。

実施例 以下この発明の電ｌａ流体装置用電極を図面に基づいて
詳細に説明する。

第１図ないし第３図において、１は電気伝導性流体で、
電源１１に電気的に接続され、かつ所定間隔で一対設け
られた電極２と、この電極２間に配設されたＮ極および
Ｓ極からなる一対の磁石３とで構成された、筒状の通路
を進行する。

上記の電気伝導性流体ｌの通路に面して設けられた電極
２は、それぞれＩＢｍ以下の穴径を持って気体透過性と
液体被透過性を有する撥水性多孔質担体４と、この撥水
性多孔質担体４の電気伝導性流体ｌとの接触面側に形成
した撥水性および親水性の両方の性質を持つ多孔膜５と
で構成され、かつ導電性を付与されている。

すなわち、Ｉ＃Ｌｍ以下の穴径を持つ気体透過性と液体
被透過性を有する撥水性多孔質担体４は、導電性のある
カーボンブラックを５０％以上含有し、ポリテトラフロ
ロエチレン等のフッソ樹脂によりｌルｍ以下の穴径を持
つよう結着されている。

他方、この撥水性多孔質担体４の電気伝導性流体１との
接触面側に形成した、撥水性および親水性の両方の性質
を持つ多孔膜５は、導電性でかつ撥水性のあるカーボン
ブラックをポリテトラフロロエチレン等のフッソ樹脂に
より結着したものと、導電性でかつ親水性のあるカーボ
ンブラックに白金等の触媒金属を担持し、ポリテトラフ
ロロエチレン等のフッソ樹脂により結着したものとを、
微細な網目状を有するように結合したものである。

この撥水性多孔質担体４ないし多孔膜５は、導電性また
は触媒作用を持たせるため、と述のカーボンブラー、り
のほか、グラファイト化カーボン。

Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏまたは白金族金属もしくはその合金、
またはこれらの酸化物や炭化物のような導電性金属の微
粒子を有することもできる。

また、撥水性多孔質担体（４）および／または撥水性お
よび親水性の両方の性質を持つ多孔膜（５）は、Ｎｉ、
Ｔｉまたは白金族金属、カーボン、炭化物、窒化物、酸
化物、ツー２化物の微粒子を有することもできる。

ここで使用される白金族金属としてはＰｔ、Ｐｄ　、Ｉ
　ｒ　、Ｒｈ、Ｒｕ等がある。またカーボンとしては、
アセチレンブラックや黒鉛化カーボンブラック等がある
。炭化物としては、ＳｉＣやＷＣがある。窒化物として
は、窒化シリコンや窒化タングステンがある。酸化物と
しては、Ｆｅ２Ｏ。

やＰｄＯ２、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＴｉＯ，ＮｉＯ，５
ｉ０２　、Ａｌ２Ｏ３、ｚｎｏ２がある。さらにフッ化
物としてはＣｎＦｍ（フッ化カーボン）がある。

このような多層膜の機能を第３図に基づいて説明すると
、撥水性および親水性の両方の性質を持つ多孔膜５が電
気伝導性流体１と接触すると、その親木性を有する部分
には電気伝導性流体ｌが浸入する一方、撥水性を有する
部分には電気伝導性流体１が浸入しない、したがって、
親木性を有する部分では触媒反応を受は易い。触媒反応
により発生した気体は、電気伝導性流体ｌ偶の水圧を受
けて、撥水性を有する部分から撥水性多孔質担体４を通
って排出される。なお多孔膜５の表面に親水性多孔ｌ！
２６を形成しておけば、水圧を掛けないでも発生した気
体は、多孔膜５の撥水性を有する部分から撥水性多孔質
担体４を通って排出され、′電気伝導性流体ｌ側に戻る
ことはない。７は一例として、撥水性多孔負担体４と親
木性多孔膜６との間に配設した集電板である。

なお、一対の電極２間を送気管で連結し、一方の電極２
の撥水性多孔質担体４から放出される気体を循環させて
、他方の電極２の撥水性多孔質担体４から電気伝導性流
体１中に供給することが望ましい。

この場合、一方の電極２からは種々の気体が発生するよ
うに構成することが可俺であるが、他方の電極２で消費
させるため、白金や酸化ルテニウム等の触媒により１次
のような組合せが使用できる。

イ、水素ガス発生−水素ガス消費 ロ９塩素ガス発生−塩東ガス消費 ハ、酸素ガス発生−酸素ガス消費 また、電極２の一方を本発明の電極２で゛、他方を金属
電極で構成しておくこともできる。

さらに、燃料電池と同様に外部から水素と酸素（大気）
を供給し、発電を行なう形式も可使である。

二、水素ガス消費−酸素ガス（大気）消費ホ、水素ガス
消費−塩素ガス消費 へ、水素ガス消費−臭素ガス消費 本発明の電極（水素発生−水素消費）の性壱を従来の電
極と比較した場合を、第７図のグラフに、また別の例（
水素発生−酸素消費）の性能比較を第８図に示す、なお
−上記撥木性多孔賀担体４は、気体透過性と液体被透過
性を有するクヌーセン拡散膜とすることができる。そう
することによって気体の透過効率を上げたり、強度を向
」二させたりすることができる。ちなみにこの場合、耐
水圧を３０　ｋｇ／ｃｒｎ’以上とすることができる。

この発明の電磁流体装置用電極は上述の実施例のように
構成したので、まず第１に電磁流体装置用電極側を可動
状態に保持しておけば、電極に通電することによりこの
電気エネルギーを連動エネルギーに変換して電８１流体
装置用電極側を駆動することができる。

例えばこれを船の推進装置として使用すると、リニアモ
ータと同様に作用する。例えばこのような原理について
は神戸商船大学紀要　第二類　第２６号、北野　社外２
侶著「超電導マグネットによる電磁推進の２！礎理論」
に詳述されている。

この場合、電源１１から電気伝導性流体ｌ、すなわち海
水の通路に面して設けられた電極２に通１にすると、海
水を通して電流が一方の電極２から他方の電極２へ流れ
る。

また、電極２と同様に海水の通路に面して設けられた磁
石３からの磁界の作用で、海水は矢印Ａ方向への推進力
を受ける。このようにして船は海水の放出による反作用
で推進される。また通電の方向を変えること等により、
前進や停止等の切換えも容易にできる。

そのとき一方の電極２の表面からは水素イオン（Ｈ＋）
が結合してできた水素ガス（Ｈ２）が発生する。しかし
ながら電極２はＩＢｍ以下の穴径を持つ撥水性多孔質４
１１休４と、この撥水性多孔負担体４の海水との接触面
側に形成した撥水性および親水性の両方の性質を持つ多
孔膜５とで構成されているため、水圧を受けて水素ガス
（Ｈ２）は撥水性多孔質担体４部分から排出される。勿
論、この気体を循環させて系外への漏洩を防止すること
は望ましいことである。

この発明の電磁流体装置用電極は、第４図に示すように
磁石３を挟んでその両側に電極２を配設した平面状とす
ることもできる。このようにすれば、船の両側の船腹に
平面状に一対設けることができ、筒状の海水の通路を設
ける必要がない。

なお、第５図に示すように電極２の表面に添って、精製
した電気伝導性流体１の通路を設け、電極２の前面部分
にはフィルターまたはイオン交換膜８等を取付けておく
ことができる。このようにし、ておけば、海水等の中で
も電極２が不純物等で触媒の不活性化および電極２の目
詰まり等をおこしたりする心配がなく、耐久性が大幅に
向上する。

しかもエネルギーの変換効率は上述の場合とほとんど変
わることがない。

一方、電磁流体装置用電極側を固定状態に保持して電気
伝導性流体ｌの通路に電気伝導性流体１を通せば、電磁
誘導によりこの運動エネルギーを電気エネルギーに変換
して、所定の起電力を得ることができる。

この場合にも、一方の電極２からは種々の気体が発生す
るように構成することが可能であるが、白金や酸化ルテ
ニウム等の触媒により、次のような組合せが使用できる
。

イ、水素ガス消費−水素ガス発生 ロ、塩素ガス消費−塩素ガス発生 ハ、酸素ガス消費−酸素ガス発生 また、電極２の一方を本発明の電極２で、他方を金属電
極で構成しておくこともできる。

さらに、燃料電池と同様に外部から水素と酸素（大気）
を供給し、発電を行なう形式も可能である。

二６水素ガス消費−酸素ガス（大鉢）消費ホ、水素ガス
消費−塩素ガス消費 へ。水素ガス消費−臭素ガス消費 例えばこれは電磁流体発電機として、ＭＨＤ発電用や潮
流発電用に使用することができる。

また同様の原理で電磁流量計等のセンサとしても使用す
ることができる。

いずれにしても、この発明においては電気エネルギーを
運動エネルギーに変換したり、運動エネルギーを電気エ
ネルギーに変換することのできる電磁流体装置用として
、変換効率の非常に優れた電極を得ることができる。

発明の効果 以上のように、この発明に係る電磁流体装置用電極によ
れば、電極部分から消費する気体が電極部分の表面に泡
となって放出されることがなく。

非常に高い電流密度を得ることができる。

また有害な気体を系外へ放出することが防止できるため
、公害問題等の消費を確実に解消することができる。

さらに多孔質電極中に電極触媒を微粒子で分散させてい
るため、白金等の貴金属の使用量を大幅に低減できる。

したがって安価な電極を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の電磁流体装置用゛電極の一実施例を
使用した斜視図、第２図はその断面図、第３図はその要
部拡大断面図、第４図は全体を上板状とした他の実施例
の平面図、第５図はさらに別の実施例を示す拡大断面図
、第６図は従来例の電極部分を示す断面図、第７図は本
発明の電極（水素発生−水素消費）の性能を従来の電極
と比較した場合を示すグラフ、第８図は別の例（水素消
費−酸素消費）の性能比較を示すグラフである。 １・・・電気伝導性流体　　？・・・電極３・・・磁石
　　　　　　　４・・・撥水性多孔質担体５・・・多孔
膜　　　　　　６・・・親木性多孔膜１１・・・電源 特　　許　　出　　願　　人　　　古　　屋　　　長　
　−特　　許　　出　願　人　　　木　尾　　　　　哲
′了−・−・Ｉ 代　理　人　弁理士　　士　橘　　博　司、−，１，１
第１図 第３図 第４図 第５図 第６図 海水 第７図 田 第８図 一識習反　八／ｄｍ−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電源（１１）に電気的に接続され、電気伝導性流体
   （１）の通路（１２）に面して所定間隔で設けられた一
   対の電極（２）と、電極（２）と同様に電気伝導性流体
   （１）の通路に面して設けられ、この電極（２）間に配
   設された磁石（３）とを有する電気伝導性流体移動用電
   極において、電極（２）が導電性を付与された、１μｍ
   以下の穴径を持つ気体透過性と液体被透過性を有する撥
   水性多孔質担体（４）からなることを特徴とする電磁流
   体装置用電極。 ２、電極（２）が、電極（２）部分で発生した気体を上
   記電気伝導性流体（１）中へ排出せず、電極背面から排
   出可能としてなる特許請求の範囲第１項記載の電磁流体
   装置用電極。 ３、電極（２）が、電極（２）背面から気体を上記電気
   伝導性流体（１）中へ供給可能としてなる特許請求の範
   囲第１項記載の電磁流体装置用電極。 ４、電極（２）が、電気伝導性流体（１）との接触面側
   に撥水性および親水性の両方の性質を持つ多孔膜（５）
   を有する特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか
   に記載の電磁流体装置用電極。 ５、撥水性および親木性の両方の性質を持つ多孔膜（５
   ）が、撥水性を有する部分と親水性を有する部分とが微
   細な網目状をなすよう形成されている特許請求の範囲第
   ４項記載の電磁流体装置用電極。 ６、電極（２）が、撥水性および親水性の両方の性質を
   持つ多孔膜（５）の外面に親水性多孔膜（６）を有する
   特許請求の範囲第４項または第５項記載の電磁流体装置
   用電極。 ７、一対の電極（２）が、撥水性多孔質担体（４）の外
   面で連結して一方の電極（２）の気体透過性と液体被透
   過性を有する撥水性多孔質担体（４）から放出される電
   極反応で発生した気体を循環させ、これを他方の電極（
   ２）の撥水性多孔質担体（４）を通し、電極反応により
   電気伝導性流体（１）中に消費するようにしてなる特許
   請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の電磁
   流体装置用電極。 ８、撥水性多孔質担体（４）および／または撥水性およ
   び親水性の両方の性質を持つ多孔膜（５）が、電極触媒
   としてＮｉ、Ｍｎ、Ｃｏまたは白金族金属、もしくはそ
   の合金、またはこれらないしＦｅ、Ｗ、Ｔｉの酸化物、
   炭化物の微粒子を有してなる特許請求の範囲第４項また
   は第５項記載の電磁流体装置用電極。 ９、撥水性多孔質担体（４）および／または撥水性およ
   び親水性の両方の性質を持つ多孔膜（５）が、Ｎｉ、Ｔ
   ｉまたは白金族金属、カーボン、炭化物、窒化物、酸化
   物、フッ化物の微粒子を有してなる特許請求の範囲第４
   項または第５項記載の電磁流体装置用電極。 １０、撥水性多孔質担体（４）および／または撥水性お
   よび親水性の両方の性質を持つ多孔膜（５）に含まれる
   撥水性を与えるための材料が、ポリテトラフロロエチレ
   ン等のフッ化物、ポリエチレン、ポリプロピレン等の有
   機合成材料、これらの有機合成材料のフッ素化処理した
   物、ないしこれらの有機合成材料で作成した多孔体を撥
   水剤で処理した物を有してなる特許請求の範囲第４項ま
   たは第５項記載の電磁流体装置用電極。 １１、電極（２）が、電気伝導性の網状体、穴開き板、
   溝付き板を集電体として付設された特許請求の範囲第１
   項記載の電磁流体装置用電極。