(57)【要約】【課題】  アノード極で金属製品を酸化処理し、カソード極で発生する水素はアノード極からの酸素と分離して捕集することで、陽極酸化処理工程に際して副次的に発生する水素を効率よく回収する。【解決手段】  表面処理されるアルミニウム等の金属製品Ｓをアノード極２として電解溶液Ｌに浸漬し、カソード極３との間に電圧を加え、アノード極２において、金属製品Ｓを還元してイオン化し、この還元された金属製品Ｓを酸素で酸化してその表面に酸化皮膜を生成し、カソード極３において、電気分解で生成された水素イオンを還元して水素ガスを生成し、この水素ガスをアノード極において発生する酸素ガスと分離して捕集する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面処理される金属製品（Ｓ）をアノード極（２）として電解溶液（Ｌ）に浸漬し、カソード極（３）との間に電圧を加え、
前記アノード極（２）において、前記金属製品（Ｓ）を還元してイオン化し、この還元された金属製品（Ｓ）を酸素で酸化してその表面に酸化皮膜を生成し、
前記カソード極（３）において、電気分解で生成された水素イオンを還元して水素ガスを生成し、該水素ガスを前記アノード極（２）において発生する酸素ガスと分離して捕集する、ことを特徴とする陽極酸化処理の際に生じる水素の回収方法。
【請求項２】
前記電解溶液は硫酸である、ことを特徴とする請求項１の陽極酸化処理の際に生じる水素の回収方法。
【請求項３】
前記硫酸浴濃度が１０〜３０Ｖ／Ｖ％である、ことを特徴とする請求項２の陽極酸化処理の際に生じる水素の回収方法。
【請求項４】
前記電解溶液は蓚酸である、ことを特徴とする請求項１の陽極酸化処理の際に生じる水素の回収方法。
【請求項５】
前記電解溶液は苛性ソーダである、ことを特徴とする請求項１の陽極酸化処理の際に生じる水素の回収方法。
【請求項６】
表面処理されるアルミニウム製品（Ｓ）をアノード極（２）として硫酸溶液に浸漬し、アルミニウム板をカソード極（３）として電圧を加え、
前記アノード極（２）において、アルミニウム製品（Ｓ）を還元してイオン化し、この還元されたアルミニウム製品（Ｓ）を酸素で酸化して、その表面に酸化皮膜を生成し、
前記カソード極（３）において、水の電気分解で生成された水素イオンを還元して水素ガスのみを捕集する、ことを特徴とする陽極酸化処理の際に生じる水素の回収方法。
【請求項７】
表面処理されるマグネシウム製品をアノード極として硫酸溶液に浸漬し、マグネシウム板をカソード極として電圧を加え、
前記アノード極において、マグネシウム製品を還元してイオン化し、この還元されたマグネシウム製品を酸素で酸化して、その表面に酸化皮膜を生成し、
前記カソード極において、前記水の電気分解で生成された水素イオンを還元して水素ガスのみを捕集する、ことを特徴とする陽極酸化処理の際に生じる水素の回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を生成する技術に係り、特に金属製品について表面処理する際に、副次的に生じる水素を回収することができる陽極酸化処理の際に生じる水素の回収方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に用いる燃料は加圧水素が最も有力であるとされている。水を電気分解する方法で水素と酸素を得る方法では、エネルギー収支の観点から、燃料電池で発生するエネルギーより大きいエネルギーを使用して水の電気分解で水素を生成しても、化石燃料を消費するという問題の解決にはならない。そこで、エネルギーを使わずに効率的に水素を得るための方法が種々提案されている。
【０００３】
例えば、めっき処理工程において副次的に発生した水素を利用する手段が提案されている。例えば特許文献１の特開２００１−２３４３９８公報「電気めっき設備及びその設備への電力供給方法」のように、めっき液における電気分解により発生した酸素及び/ 又は金属溶解槽で発生した水素を燃料電池に再利用することにより、資源の効率化及び省エネルギー化を図る方法が提案されている。
【０００４】
この方法では、図４に示すように、酸素回収手段５１が電気めっき槽５２内のめっき液における電気分解により発生する酸素を回収し、水素回収手段５３が金属溶解槽で発生する水素を回収し、酸素回収手段５１で回収された酸素は燃料電池の酸化剤として、及び水素回収手段５３で回収された水素は、燃料電池の燃料として再利用され、その燃料電池を発電させる。発電された電力は、燃料電池に併設された電源装置の電力とともに電気めっき設備に供給されるか、あるいは他の用途に利用される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２３４３９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のめっき処理水槽は、めっき製品を浴槽に入れ、処理後にその製品を取り出す作業工程が必要であるため、この処理水槽を開放する構造にしていた。そこで、めっき処理の際に発生していた水素はそのまま大気に放出していたので、この発生した水素を効率よく回収することができなかった。
【０００７】
一方、アルミニウムの陽極酸化（アルマイト）皮膜の製造では、アルミニウム製品をアノード（陽極）にして、カソード（陰極）にアルミニウム板などを用い、硫酸や蓚酸、またはアルカリ液の中で電解酸化が行われている。その際、アルミニウムなどのカソード板の溶解はほとんどなく、水の電気分解によってアノード極板から水素が発生し、電流を消耗していた。
【０００８】
同様に、マグネシウムの陽極酸化工程においても大量の水素がカソードから発生する。これらの何れの処理工程で発生した水素は、ミストと共に廃棄ダクトに送られ、気液分離された後に大気中へ放出廃棄されていた。これらの発生した水素を効率よく回収することができないだけではなく、引火しやすいという問題を有していた。
【０００９】
そこで、本発明の発明者らは、陽極酸化処理工場において、水素を得るためにわざわざ水の電気分解を行うのではなく、陽極酸化処理工程など企業の生産活動の中で副反応としておこる水の電気分解で発生し、現在は放出・廃棄されている水素を効率的に回収し、燃料電池の燃料として利用することに着目した。
【００１０】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、アノード極で金属製品を酸化処理し、カソード極で発生する水素はアノード極からの酸素と分離して捕集することで、陽極酸化処理工程に際して副次的に発生する水素を効率よく回収することができる陽極酸化処理の際に生じる水素の回収方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、表面処理される金属製品（Ｓ）をアノード極（２）として電解溶液（Ｌ）に浸漬し、カソード極（３）との間に電圧を加え、前記アノード極（２）において、前記金属製品（Ｓ）を還元してイオン化し、この還元された金属製品（Ｓ）を酸素で酸化してその表面に酸化皮膜を生成し、前記カソード極（３）において、電気分解で生成された水素イオンを還元して水素ガスを生成し、該水素ガスを前記アノード極において発生する酸素ガスと分離して捕集する、ことを特徴とする陽極酸化処理の際に生じる水素の回収方法が提供される。
前記電解溶液は硫酸である。この硫酸浴濃度は１０〜３０Ｖ／Ｖ％が好ましい。
前記電解溶液を蓚酸又は苛性ソーダすることができる。
【００１２】
例えば、表面処理されるアルミニウム製品（Ｓ）をアノード極（２）として硫酸溶液に浸漬し、アルミニウム板をカソード極（３）として電圧を加え、前記アノード極（２）において、アルミニウム製品（Ｓ）を還元してイオン化し、この還元されたアルミニウム製品（Ｓ）を酸素で酸化して、その表面に酸化皮膜を生成し、前記カソード極（３）において、水の電気分解で生成された水素イオンを還元して水素ガスのみを捕集する、ことができる。
【００１３】
また、表面処理されるマグネシウム製品をアノード極として硫酸溶液に浸漬し、マグネシウム板をカソード極として電圧を加え、前記アノード極において、マグネシウム製品を還元してイオン化し、この還元されたマグネシウム製品を酸素で酸化して、その表面に酸化皮膜を生成し、前記カソード極において、前記水の電気分解で生成された水素イオンを還元して水素ガスのみを捕集する、ことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、水素ガスを得るために意図的に水を電気分解するのではなく、表面処理しようとする金属製品を陽極酸化処理する際に、二次的副産物として発生し、現状大気に排気されている水素ガスを分離捕集して回収するものである。特に、カソード極から発生する水素ガスをアノード極から発生する酸素と分離して効率よく回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、表面処理される金属製品をアノード極として電解溶液に浸漬し、カソード極との間に電圧を加え、アノード極において、金属製品を還元してイオン化し、この還元された金属製品を酸素で酸化してその表面に酸化皮膜を生成し、カソード極において、電気分解で生成された水素イオンを還元して水素ガスを生成し、この水素ガスをアノード極において発生する酸素ガスと分離して捕集することで、陽極酸化処理工程に際して副次的に発生する水素を効率よく回収する方法である。
【実施例１】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の水素の回収方法を実施するためにアルミニウムを陽極酸化処理する工程を示す工程図である。
アルミニウムの陽極酸化皮膜を生成する標準的な加工工程を説明する。先ず、表面加工するアルミニウム製品等の金属製品を脱脂洗浄、バフ研磨、脱脂洗浄、電解研磨及び水洗いといった前処理を施す。次に、アルミニウム製品をアノード（陽極）にして、カソード（陰極）にアルミニウム板などを用い、硫酸や蓚酸またはアルカリ液の中で電解酸化処理を行う。この陽極酸化被膜は、その生成機構上、多孔質でそのままでは耐食性が十分でない。そこで、水洗の後に封孔処理を行い、耐食性を向上させる。本発明はこの陽極酸化処理に生成する水素のみを捕集するものである。
【００１７】
図２は本発明の陽極酸化処理の際のアノード極とカソード極それぞれにおける反応状態の説明図である。
陽極酸化処理するために、表面処理される金属製品をアノード極として電解溶液に浸漬し、カソード極との間に電圧を加える。このときアノード極においては、反応化学式を化１に示すように、金属製品を還元してイオン化し、この還元された金属製品を酸素で酸化してその表面に酸化皮膜を生成する。この酸化皮膜が金属製品の耐久性に寄与できるものである。
一方、カソード極においては、電気分解で生成された水素イオンを還元して水素ガスを生成する。本発明ではこの水素ガスをアノード極において発生する酸素ガスと分離して捕集することで、陽極酸化処理工程に際して副次的に発生する水素を効率よく回収する。
なお、アノード極においては、副反応物として硫酸アルミニウムが生成する。
【００１８】
【化１】
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【００１９】
図３は本発明の水素の回収方法を実施する際に使用する陽極酸化処理設備の一構成図である。
水素を回収することができる陽極酸化処理設備の一構成例について説明する。本発明の水素の回収方法に使用する陽極酸化処理設備は、酸化処理槽１内にアルミニウム製品Ｓをアノード極２に吊り下げ、カソード極３にアルミニウム板を吊り下げて硫酸の電解液で電解酸化処理する。このとき、アノード極２のアルミニウム製品Ｓを酸化処理し、アルミニウム板のカソード極３は溶解せず、水の電気分解によってカソード極３から水素Ｈ2が発生する。なお、本発明の水素の回収方法は、カソード極３から水素Ｈ2が発生する陽極酸化処理設備であれば図示例の構成に限定されない。
【００２０】
本発明の水素の回収方法では、酸化処理槽１におけるカソード極３から発生する水素ガスＨ2を、アノード極２において発生する酸素ガスＯ2と分離して捕集し、効率的に回収するようになっている。例えば、従来の装置のように開放した状態で配置するのではなく、このカソード極３とアノード極２とを隔膜４で区画する方法がある。この隔膜４としては、例えば水素ガスＨ2は透過しないが、電子（ｅ-）を通すことができる素焼きの板を用いることができる。この隔膜４の上端縁からカソード極４側へ水素ガスＨ2を捕集するための水素回収口５を密封するように設け、この水素回収口５から減圧ポンプ（図示していない）で水素ガスＨ2を回収する。
【００２１】
あるいは、板状の隔膜４に代えて、カソード極３を包むように筒状の隔膜（図示していない）に入れる方法もある。この筒状の隔膜でも、その上部には水素ガスＨ2を捕集するための水素回収口を密封するように設けて、この水素回収口から水素ガスＨ2を回収することができる。
【００２２】
同様に、マグネシウムの陽極酸化工程においても大量の水素がカソード極から発生する。また、電解液Ｌは、硫酸に代えて蓚酸を用いることができる。更に、電解酸化できるものであれば、アルカリ液の電解液を用いることも可能である。
【００２３】
なお、本発明は上述した発明の実施の形態に限定されず、陽極酸化処理工程に際して副次的にカソード極で発生する水素を効率よく回収することができる方法であれば、図示したような構成に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の陽極酸化処理の際に生じる水素の回収方法は、燃料電池のような高圧水素として利用できるだけでなく、水素ガスを原材料とする様々な用途に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の水素の回収方法を実施するためにアルミニウムを陽極酸化処理する工程を示す工程図である。
【図２】本発明の陽極酸化処理の際のアノード極とカソード極における反応状態の説明図である。
【図３】本発明の水素の回収方法を実施する際に使用する陽極酸化処理設備の一構成図である。
【図４】従来の電気めっき設備を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  酸化処理槽
２  アノード極
３  カソード極
４  隔膜体（素焼きの筒体）
５  水素回収口
Ｓ  製品（アルミニウム製品）
Ｌ  電解液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年3月30日(2004.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面処理される金属製品（Ｓ）をアノード極（２）として電解溶液（Ｌ）に浸漬し、カソード極（３）との間に電圧を加え、
前記アノード極（２）において、前記金属製品（Ｓ）を酸素で酸化してその表面に酸化皮膜を生成し、
前記カソード極（３）において、電気分解で生成された水素イオンを還元して水素ガスを生成し、該水素ガスを前記アノード極（２）において発生する酸素ガスと分離して捕集する、ことを特徴とする陽極酸化処理の際に生じる水素の回収方法。
【請求項２】
前記電解溶液は硫酸である、ことを特徴とする請求項１の陽極酸化処理の際に生じる水素の回収方法。
【請求項３】
前記硫酸浴濃度が１０〜３０Ｖ／Ｖ％である、ことを特徴とする請求項２の陽極酸化処理の際に生じる水素の回収方法。
【請求項４】
前記電解溶液は蓚酸である、ことを特徴とする請求項１の陽極酸化処理の際に生じる水素の回収方法。
【請求項５】
前記電解溶液は苛性ソーダである、ことを特徴とする請求項１の陽極酸化処理の際に生じる水素の回収方法。
【請求項６】
表面処理されるアルミニウム製品（Ｓ）をアノード極（２）として硫酸溶液に浸漬し、アルミニウム板をカソード極（３）として電圧を加え、
前記アノード極（２）において、アルミニウム製品（Ｓ）を酸素で酸化して、その表面に酸化皮膜を生成し、
前記カソード極（３）において、水の電気分解で生成された水素イオンを還元して水素ガスのみを捕集する、ことを特徴とする陽極酸化処理の際に生じる水素の回収方法。
【請求項７】
表面処理されるマグネシウム製品をアノード極としてアルカリ溶液に浸漬し、マグネシウム板をカソード極として電圧を加え、
前記アノード極において、マグネシウム製品を酸素で酸化して、その表面に酸化皮膜を生成し、
前記カソード極において、前記水の電気分解で生成された水素イオンを還元して水素ガスのみを捕集する、ことを特徴とする陽極酸化処理の際に生じる水素の回収方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明によれば、表面処理される金属製品（Ｓ）をアノード極（２）として電解溶液（Ｌ）に浸漬し、カソード極（３）との間に電圧を加え、前記アノード極（２）において、前記金属製品（Ｓ）を酸素で酸化してその表面に酸化皮膜を生成し、前記カソード極（３）において、電気分解で生成された水素イオンを還元して水素ガスを生成し、該水素ガスを前記アノード極において発生する酸素ガスと分離して捕集する、ことを特徴とする陽極酸化処理の際に生じる水素の回収方法が提供される。
前記電解溶液は硫酸である。この硫酸浴濃度は１０〜３０Ｖ／Ｖ％が好ましい。
前記電解溶液を蓚酸又は苛性ソーダにすることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
例えば、表面処理されるアルミニウム製品（Ｓ）をアノード極（２）として硫酸溶液に浸漬し、アルミニウム板をカソード極（３）として電圧を加え、前記アノード極（２）において、アルミニウム製品（Ｓ）を酸素で酸化して、その表面に酸化皮膜を生成し、前記カソード極（３）において、水の電気分解で生成された水素イオンを還元して水素ガスのみを捕集する、ことができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、表面処理されるマグネシウム製品をアノード極としてアルカリ溶液に浸漬し、マグネシウム板をカソード極として電圧を加え、前記アノード極において、マグネシウム製品を酸素で酸化して、その表面に酸化皮膜を生成し、前記カソード極において、前記水の電気分解で生成された水素イオンを還元して水素ガスのみを捕集する、ことができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明は、表面処理される金属製品をアノード極として電解溶液に浸漬し、カソード極との間に電圧を加え、アノード極において、金属製品を酸素で酸化してその表面に酸化皮膜を生成し、カソード極において、電気分解で生成された水素イオンを還元して水素ガスを生成し、この水素ガスをアノード極において発生する酸素ガスと分離して捕集することで、陽極酸化処理工程に際して副次的に発生する水素を効率よく回収する方法である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
図２は本発明の陽極酸化処理の際のアノード極とカソード極それぞれにおける反応状態の説明図である。
陽極酸化処理するために、表面処理される金属製品をアノード極として電解溶液に浸漬し、カソード極との間に電圧を加える。このときアノード極においては、反応化学式を化１に示すように、金属製品を酸素で酸化してその表面に酸化皮膜を生成する。この酸化皮膜が金属製品の耐久性に寄与できるものである。
一方、カソード極においては、電気分解で生成された水素イオンを還元して水素ガスを生成する。本発明ではこの水素ガスをアノード極において発生する酸素ガスと分離して捕集することで、陽極酸化処理工程に際して副次的に発生する水素を効率よく回収する。
なお、アノード極においては、副反応物として硫酸アルミニウムが生成する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
電解液Ｌは、硫酸に代えて蓚酸を用いることができる。更に、電解酸化できるものであれば、アルカリ液の電解液を用いることも可能である。
また、マグネシウムの陽極酸化工程においても大量の水素がカソード極から発生するので、これを捕集することができる。例えば、マグネシウム製品をアノード極として、苛性カリ、苛性ソーダ、アンモニア等のアルカリ溶液に浸漬し、マグネシウム板をカソード極として電圧を加え、アノード極において、マグネシウム製品を酸素で酸化して、その表面に酸化皮膜を生成し、カソード極において、水の電気分解で生成された水素イオンを還元して、上述した方法で水素ガスのみを捕集することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2005248289.tif 000008