(57)【要約】【解決手段】  水電解槽22は、陽極主電極と陰極主電極をそれぞれ兼ねる一対の端板1,2 と、これらの端板の間に直列に積層状に配され、かつ一方を陽極側ガス発生室、他方を陰極側ガス発生室としてなる複数の単位セル3 と、一対の端板の外周に設けられた複数の孔を貫通し複数の単位セルを両側から締め付けるボルト・ナット18,18´とから主として構成されている。水電解槽22は水中に沈められる。一対の端板間に締め付けられている複数の単位セルの外周に、湖沼の水を電解用の水に浄化するイオン交換樹脂充填層5 が設置され、イオン交換樹脂充填層の外周を覆うように、イオン交換樹脂の流出を防止する金属メッシュ6 が設けられている。【効果】  湖沼の水を純水あるいは電気伝導度の低いのイオン交換水に浄化し、これを水電界の原料水として用いることができる。また、金属メッシュによってイオン交換樹脂が水電解装置から漏出するのを防止するだけでなく、湖沼のゴミや藻等の汚物が水電解装置内に侵入するのを防止することができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に沈められる水電解槽であって、陽極主電極と陰極主電極をそれぞれ兼ねる一対の端板と、これらの端板の間に直列に積層状に配され、かつ一方を陽極側ガス発生室、他方を陰極側ガス発生室としてなる複数の単位セルと、一対の端板の外周に設けられた複数の孔を貫通し複数の単位セルを両側から締め付けるボルト・ナットとから構成された水電解槽において、
一対の端板間に締め付けられている複数の単位セルの外周に設置され、湖沼の水を電解用の水に浄化するイオン交換樹脂充填層と、
イオン交換樹脂充填層の外周を覆い、イオン交換樹脂の流出を防止する金属メッシュとを備えたことを特徴とする湖沼浄化および水素製造用水電解装置。
【請求項２】
水中に沈められる水電解槽であって、両端に配された陽極主電極および陰極主電極と、これらの主電極の間に直列に積層状に配され、かつ一方を陽極側ガス発生室、他方を陰極側ガス発生室としてなる複数の単位セルと、陽極主電極−複数の単位セル−陰極主電極の組み合わせを両側から挟む一対の端板と、一対の端板の外縁部に開けられた複数の孔を貫通し、かつ上記組み合わせを両側から締め付けるボルト・ナットとから構成された水電解槽において、
一対の端板間に締め付けられている上記組み合わせの外周に設置され、湖沼の水を電解用の水に浄化するイオン交換樹脂充填層と、
イオン交換樹脂充填層の外周を覆い、イオン交換樹脂の流出を防止する金属メッシュとを備えたことを特徴とする湖沼浄化および水素製造用水電解装置。
【請求項３】
陽極側ガス発生室はイオン交換樹脂充填層を介して水中と連通し、陰極側ガス発生室はイオン交換樹脂樹脂層とシールされ、かつ水電解槽に設けられた水素ヘッダを介して水素取出し管と連通していることを特徴とする請求項１または２記載の湖沼浄化および水素製造用水電解装置。
【請求項４】
船または浮体構造物上に太陽発電装置または風力発電装置が設置される共に船または浮体構造物上から水電解槽が水中に吊り下げられ、太陽発電装置または風力発電装置は被覆ケーブルを介して水電解槽と接続し、太陽発電装置または風力発電装置で発電された出力が水電解槽に供給されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の湖沼浄化および水素製造用水電解装置。
【請求項５】
水素取出し管が圧縮機を介して水素貯留用タンクに接続されて、水電解槽で生成された水素が同様にタンクに貯留されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の湖沼浄化および水素製造用水電解装置。
【請求項６】
水素が水素タンクから燃料電池または水素エンジンに供給され、これにより得られた動力源で船が自走することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の湖沼浄化および水素製造用水電解装置。
【請求項７】
金属メッシュがステンレス鋼、チタンまたは銅で構成され、数ｍｍ以下の開き目を持つことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の湖沼浄化および水素製造用水電解装置。
【請求項８】
圧力容器内で水中に沈められる水電解槽であって、陽極主電極と陰極主電極をそれぞれ兼ねる一対の端板と、これらの端板の間に直列に積層状に配され、かつ一方を陽極側ガス発生室、他方を陰極側ガス発生室としてなる複数の単位セルと、一対の端板の外周に設けられた複数の孔を貫通し複数の単位セルを両側から締め付けるボルト・ナットとから構成された水電解槽において、
一対の端板間に締め付けられている複数の単位セルの外周に設置され、湖沼の水を電解用の水に浄化するイオン交換樹脂充填層と、
イオン交換樹脂充填層の外周を覆い、イオン交換樹脂の流出を防止する金属メッシュとを備えたことを特徴とする水中浸漬用水電解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湖沼、河川や貯水池等の水中溶存酸素濃度を高めて水を浄化すると同時に水素を製造する装置に関する。特許請求の範囲および明細書全体を通して「湖沼」とは、湖、沼のほかに河川や貯水池等を含む意味である。
【背景技術】
【０００２】
通常、水電解装置では、ポンプなどの補機類を用いて純水を水電解槽へ供給している。電解原料水として湖沼の水を用いる場合は、水を湖沼からポンプにより吸い上げた後、イオン交換樹脂を充填したイオン交換器を介して水電解槽へ供給している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記技術ではポンプ類を安定的に運転しなければならない。しかし、陸地から離れている湖沼中央部においては陸地からの送電が困難であり、ポンプの電源として太陽電池などを用いるとポンプが安定駆勤しないという問題がある。
【０００４】
補機動力を電解に供することで効率的に水素と酸素を発生することができることなどから、水電解装置を湖沼に沈めることが考えられる。
【０００５】
しかし、ゴミ等の汚物や汚水が水電解装置に侵入し、水の電気分解に悪影響を与えるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記問題を解決すべく工夫されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、水中に沈められる水電解槽であって、陽極主電極と陰極主電極をそれぞれ兼ねる一対の端板と、これらの端板の間に直列に積層状に配され、かつ一方を陽極側ガス発生室、他方を陰極側ガス発生室としてなる複数の単位セルと、一対の端板の外周に設けられた複数の孔を貫通し複数の単位セルを両側から締め付けるボルト・ナットとから構成された水電解槽において、
一対の端板間に締め付けられている複数の単位セルの外周に設置され、湖沼の水を電解用の水に浄化するイオン交換樹脂充填層と、
イオン交換樹脂充填層の外周を覆い、イオン交換樹脂の流出を防止する金属メッシュとを備えたことを特徴とする湖沼浄化および水素製造用水電解装置である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、水中に沈められる水電解槽であって、両端に配された陽極主電極および陰極主電極と、これらの主電極の間に直列に積層状に配され、かつ一方を陽極側ガス発生室、他方を陰極側ガス発生室としてなる複数の単位セルと、陽極主電極−複数の単位セル−陰極主電極の組み合わせを両側から挟む一対の端板と、一対の端板の外縁部に開けられた複数の孔を貫通し、かつ上記組み合わせを両側から締め付けるボルト・ナットとから構成された水電解槽において、
一対の端板間に締め付けられている上記組み合わせの外周に設置され、湖沼の水を電解用の水に浄化するイオン交換樹脂充填層と、
イオン交換樹脂充填層の外周を覆い、イオン交換樹脂の流出を防止する金属メッシュとを備えたことを特徴とする湖沼浄化および水素製造用水電解装置である。
【０００９】
請求項３記載の発明は、陽極側ガス発生室はイオン交換樹脂充填層を介して水中と連通し、陰極側ガス発生室はイオン交換樹脂樹脂層とシールされ、かつ水電解槽に設けられた水素ヘッダを介して水素取出し管と連通していることを特徴とする請求項１または２記載の湖沼浄化および水素製造用水電解装置である。
【００１０】
請求項４記載の発明は、船または浮体構造物上に太陽発電装置または風力発電装置が設置される共に船または浮体構造物上から水電解槽が水中に吊り下げられ、太陽発電装置または風力発電装置は被覆ケーブルを介して水電解槽と接続し、太陽発電装置または風力発電装置で発電された出力が水電解槽に供給されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の湖沼浄化および水素製造用水電解装置である。
【００１１】
請求項５記載の発明は、水素取出し管が圧縮機を介して水素貯留用タンクに接続されて、水電解槽で生成された水素が同様にタンクに貯留されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の湖沼浄化および水素製造用水電解装置である。
【００１２】
請求項６記載の発明は、水素が水素タンクから燃料電池または水素エンジンに供給され、これにより得られた動力源で船が自走することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の湖沼浄化および水素製造用水電解装置である。
【００１３】
請求項７記載の発明は、金属メッシュがステンレス鋼、チタンまたは銅で構成され、数ｍｍ以下の開き目を持つことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の湖沼浄化および水素製造用水電解装置である。
【００１４】
請求項８記載の発明は、圧力容器内で水中に沈められる水電解槽であって、陽極主電極と陰極主電極をそれぞれ兼ねる一対の端板と、これらの端板の間に直列に積層状に配され、かつ一方を陽極側ガス発生室、他方を陰極側ガス発生室としてなる複数の単位セルと、一対の端板の外周に設けられた複数の孔を貫通し複数の単位セルを両側から締め付けるボルト・ナットとから構成された水電解槽において、
一対の端板間に締め付けられている複数の単位セルの外周に設置され、湖沼の水を電解用の水に浄化するイオン交換樹脂充填層と、
イオン交換樹脂充填層の外周を覆い、イオン交換樹脂の流出を防止する金属メッシュとを備えたことを特徴とする水中浸漬用水電解装置である。
【００１５】
本発明による水電解装置において、水電解槽は円柱状のものであっても角柱状例えば直方体状のものであってもよい。
【００１６】
湖沼には船の代わり筏や桟橋等の浮体構造物を浮かべてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１または２記載の発明によれば、水電解槽の主体をなす複数の単位セルの周りがイオン交換樹脂充填層で覆われているので、湖沼の水を純水あるいは電気伝導度の低い（例えば１μＳ／ｃｍ以下）のイオン交換水に浄化し、これを水電界の原料水として用いることができる。したがって、ポンプなどの補機類を用いて純水を水電解槽へ供給する必要がない。
【００１８】
また、イオン交換樹脂充填層の外周が金属メッシュで覆われているので、金属メッシュによってイオン交換樹脂が水電解装置から漏出するのを防止するだけでなく、湖沼のゴミや藻等の汚物が水電解装置内に侵入するのを防止することができる。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、陽極側ガス発生室はイオン交換樹脂充填層を介して水中と連通しているので、水電解で生成された酸素は水中に放出され、水中の溶存酸素を増加することで水が浄化される。
【００２０】
また、陰極側ガス発生室は水素ヘッダを介して水素取出し管と連通しているので、水電解で生成された水素を容易に取出すことができる。。
【００２１】
請求項４記載の発明によれば、船上に設けられた太陽発電装置または風力発電装置で発電された出力を水電解槽に供給することで、陸地から離れている湖沼中央部などでも支障なく本発明による湖沼浄化および水素製造用水電解装置を稼働することができる。
【００２２】
請求項５記載の発明によれば、水電解槽で生成された水素を水素貯留用タンクに蓄えることで、この貯蔵水素を水素燃料として用いることができる。
【００２３】
請求項６記載の発明によれば、水電解槽で生成された水素を用いて燃料電池、水素エンジンにより動力源を得て船を自走させることができる。
【００２４】
請求項７記載の発明によれば、ステンレス鋼、チタンまたは銅で構成された金属メッシュを用いることで、イオン交換樹脂の漏出および汚物の侵入を一層効果的に防止することができる。
【００２５】
請求項８記載の発明によれば、イオン交換樹脂充填層で覆われた水電解槽を湖沼以外に圧力容器内にて水に沈めることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
つぎに、本発明を具体的に説明するために、本発明の実施例を示す。
【００２７】
実施例１
図１において、水電解槽(22)は、陽極主電極と陰極主電極をそれぞれ兼ねる一対の端板(1)(2)と、これらの端板の間に直列に積層状に配され、かつ一方を陽極側ガス発生室、他方を陰極側ガス発生室としてなる複数の単位セル(3) と、一対の端板に亘って設けられ端板の外周部の貫通孔に通されて複数の単位セルを両側から縮め付けるボルト(4) ・ナット(14)とから主として構成されている。
【００２８】
端板(1)(2)の貫通孔内面とボルト(4) との間にはそれぞれ円筒状絶縁シート(13)が介在され、端板(1)(2)の外面とナット(14)との間にはそれぞれドーナツ状絶縁シート(19)が介在されている。これら絶縁シート(13)(19)は例えばテフロン（登録商標）等の絶縁材料からなる。
【００２９】
単位セル(3) は、複極板(7) の陽極側、陽極給電体(8) 、電極接合体膜(9) 、陰極給電体(10)、および隣の複極板(7) の陰極側から主として構成されている。
【００３０】
一対の端板(1)(2)間に締め付けられている複数の単位セル(3) には、その外周を覆い、かつ湖沼の水を電解用の水に浄化するイオン交換樹脂層(5) と、イオン交換樹脂層の外周を覆い、かつイオン交換樹脂の流出を防止する金属メッシュ(6) とが設けられている。
【００３１】
水中の様々なイオン種は、イオン交換樹脂のＯＨイオンおよびＨイオンと交換してイオン交換樹脂に吸着され、交換されたＯＨイオンとＨイオンは結合してＨ  ０になる。電解用の水としては、電気伝導度（その水の電流の通し易さの程度）の低い（例えば１μＳ／ｃｍ以下）の水が必要である。
【００３２】
金属メッシュ(6) は水電解装置からのイオン交換樹脂の漏出および水電解装置内へのゴミや藻などの汚物の侵入を防止するために設けられており、その材質はステンレス鋼材、チタン、銅が望ましい。メッシュの開き目は好ましくは１〜３ｍｍである。
【００３３】
水電解槽(22)の中央には複数の単位セル(3) を貫通する水素ヘッダ(11)が設けられている。
【００３４】
陽極側ガス発生室（図示せず）は電極接合体膜(9) の陽極側表面に水を供給し、水電解により陽極側表面で発生した陽極側ガスすなわち酸素を複極板(7) の陽極側に設けられた流路に送る機能を持つ。
【００３５】
陰極側ガス発生室（図示せず）は水電解により発生した陰極側ガスすなわち水素を電極接合体膜(9) を通って複極板(7) の陰極側に設けられた流路に送る機能を持つ。
【００３６】
陽極主電極を兼ねる端板(1) に陽極給電端子(17)が上記ボルト(4) ・ナット(14)で取付けられている。陽極給電端子(17)に、陽極電源(15)から来る被覆ケーブル(16)の端子(34)がボルト・ナット(18)で接続されている。被覆ケーブル(16)の接続部は樹脂層(33)でコーティングされ、耐水処理されている。
【００３７】
陰極主電極を兼ねる端板(2) に陰極給電端子(17´)がボルト(4) ・ナット(14)で取付けられている。陰極給電端子(17´)に、陰極電源(15´)から来る被覆ケーブル(16´)の端子(34´)がボルト・ナット(18´)で接続されている。被覆ケーブル(16´)の接続部は樹脂層(33´)でコーティングされ、耐水処理されている。
【００３８】
被覆ケーブル(16)(16´)のケーブル材質は好ましくは銅であり、耐水処理されている。
【００３９】
陽極側被覆ケーブル(16)は、太陽発電装置(21)の陽極側と、陽極主電極を兼ねる端板(1) に取付けられた陽極給電端子(17)とを接続し、陰極側被覆ケーブル(16´)は、太陽発電装置(21)の陰極側と、陰極主電極を兼ねる端板(2) に取付けられた陰極給電端子(17´)とを接続している。
【００４０】
上記のような構成の水電解槽(22)は、図３に示すように、船上から湖沼の水中に吊り下げられている。陽極側ガス発生室はイオン交換樹脂を介して湖沼の水中と連通し、イオン交換樹脂周囲の水の出入りおよび酸素の排出が自由にできるようになされている。
【００４１】
陰極側ガス発生室は水電解槽の中央にて複数の単位セル(3) を貫通している水素ヘッダ(11)と連通し、陰極側ガス発生室で発生した水素は水素ヘッダ(11)から一方の端板に取り付けられている水素取出しロ(12)およびこれに接続された水素取出し管(36)を経て船上まで送られる。水素ヘッダ(11)と陽極給電体(8) の貫通孔内面との間にはゴム製のシール部材(20)が介在されている。
【００４２】
水電解槽を吊り下げている船には、甲板上の太陽発電装置(21)と、水電解槽(22)からの水素を圧縮する圧縮機(23)と、圧縮水素を蓄える水素タンク(24)と、水素タンクからの水素を利用して発電する燃料電池(25)と、燃料電池で得られた電力を利用して駆動するモータ(26)と、モータによって回転駆動されるスクリュー(27)が設置されている。太陽発電装置(21)と水電解槽(22)は陽極側および陰極側の被覆ケーブル(31)(32)で接続されている。
【００４３】
太陽発電装置(21)で得られた発電出力は直流電力であって、これが太陽発電装置(21)から被覆ケーブル(31)(32)で直接に水電解槽(22)に供給される。
【００４４】
水電解槽(22)で生成された水素は、水素取出し管(36)を経て船上の圧縮機(23)へ次いで水素タンク(24)に送られる。なお、圧縮機なしで水素を直接に水素タンク(24)に供給することも可能である。
【００４５】
上記のように構成された湖沼浄化および水素製造用水電解装置の操作を説明する。
【００４６】
太陽発電装置(21)で得られた電力は、電解電力として陽極側および陰極側の被覆ケーブル(31)(32)を通って湖沼に沈めている水電解槽(22)に供給される。これと同時に、湖沼中の汚水はイオン交換樹脂充填層(5) に流入して電気伝導率の低い水に浄化されて陽極側ガス発生室に供給され、水の電気分解が行われる。水電解により生成された酸素は、陽極ガス発生室からイオン交換樹脂充填層(5) を通過して湖沼の水中に放出され、水中の溶存酸素を増加させ、湖沼水の浄化に寄与する。水電解により生成された水素は、陰極ガス発生室から水素ヘッダ(11)に出て、そこから水素取出し管(36)を通って、水素タンク(24)に送られ、これに貯蔵される。この所蔵水素は、水素タンク(24)から燃料電池(25)に供給して動力源とすることで、船が自走する。
【００４７】
実施例２
図２において、この実施例では陽極主電極および陰極主電極が一対の端板(1) (2) とは別体に設けられている。すなわち、陽極主電極(40)と陰極主電極(41)が両端に配され、陽極主電極(40)に陽極給電端子(17)が、陰極主電極(41)に陰極給電端子(17´)がそれぞれ接続されている。陽極主電極(40)と陰極主電極(41)の間に、一方を陽極側ガス発生室、他方を陰極側ガス発生室とした複数の単位セル(3) が直列に積層状に配され、陽極主電極(40)−複数の単位セル(3) −陰極主電極(41)の組み合わせが一対の端板(1) (2) で両側から挟まれ、一対の端板の外縁部に開けられた複数の孔を貫通したボルト(4) ・ナット(14)で上記組み合わせが両側から締め付けられている。
【００４８】
その他の構成は図１に示す実施例１のものと同じである。
【００４９】
実施例３
図４は風力発電を用いる場合を示すものである。この場合、太陽発電装置の代わりに風力発電装置(29)が設置され、必要に応じて風力発電装置(29)と水電解槽(22)の間にＡＣ／ＤＣ変換装置(30)が設置される。その他の構成は太陽発電の場合と同じである。
【００５０】
風力発電装置(29)で得られた発電出力が交流電力である場合、風力発電装置(29)で得られた交流電力がＡＣ／ＤＣ変換装置(30)により直流電力に変換され、これが水電解槽(22)に供給される。風力発電装置(29)で得られた発電出力が直流電力である場合は、風力発電装置(29)から直接に水電解槽(22)に電力が供給される。
【００５１】
甲板上には太陽発電装置と風力発電装置のいずれか一方を設置しても良いし、両方を設置しても良い。
【００５２】
その他の構成は実施例１のものと同じである。
【００５３】
実施例４
図５は、水素を利用してスクリューを回転駆動させる装置の変形例を示すものである。
【００５４】
この例では、水電解槽(22)から水素取出し管(36)を経て来る水素を圧縮する圧縮機(23)と、圧縮水素を蓄える水素タンク(24)と、水素タンクからの水素を利用して駆動する水素エンジン(35)と、水素エンジンによって回転駆動されるスクリュー(27)が設置されている。実施例５
図６において、水電解槽(22)は圧力容器(37)内に設置され、同容器内の水中に沈められている。圧力容器の底板(38)は水電解槽の陰極を兼ねている端板として働く。
【００５５】
このように構成されている圧力容器収納型水電解装置において、水供給口(39)から圧力容器(37)内に水を導入し、さらにイオン交換樹脂充填層にて純水に交換した後、得られた純水を水電解槽内に供給する。水電解槽において、水電解により各陽極側ガス発生室に発生した酸素は同伴水と共に水電解槽から圧力容器内に出て、ここで気液分離され、酸素取出しロ(28)から容器外へ取り出される。水電解槽の各陰極側ガス発生室に発生した水素は水素ヘッダ(11)で回収され、水素取出しロ(12)から同伴水と共に容器外へ取り出される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施例１による水電解装置を示す垂直縦断面図である。
【図２】実施例２による水電解装置を示す垂直縦断面図である。
【図３】実施例１による水電解装置の船からの設置状態を示す概略図である。
【図４】実施例３による水電解装置の船からの設置状態を示す概略図である。
【図５】実施例４による水電解装置の船からの設置状態を示す概略図である。
【図６】実施例５による水電解装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５７】
(1)(2)：端板
(3) ：単位セル
(4) ：ボルト
(5) ：イオン交換樹脂層
(6) ：金属メッシュ
(7) ：複極板
(8) ：陽極給電体
(9) ：電極接合体膜
(10)：陰極給電体
(11)：水素ヘッダ
(12)：水素取出しロ
(13)：円筒状絶縁シート
(14)：ナット
(15)：陽極電源
(15´)：陰極電源
(16)(16´)：被覆ケーブル
(17)：陽極給電端子
(17´)：陰極給電端子
(18)(18´)：ボルト・ナット
(19)：ドーナツ状絶縁シート
(20)：シール部材
(21)：太陽発電装置
(22)：水電解槽
(23)：圧縮機
(24)：水素タンク
(25)：燃料電池
(26)：モータ
(27)：スクリュー
(28)：酸素取出しロ
(29)：風力発電装置
(30)：ＡＣ／ＤＣ変換装置
(31)(32)：被覆ケーブル
(33)(33´)：樹脂層
(34)(34´)：端子
(35)：水素エンジン
(36)：水素取出し管
(37)：圧力容器
(38)：底板
(39)：水供給口
(40)：陽極主電極
(41)：陰極主電極
【図１】
2007044640.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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