(57)【要約】【課題】電解液、特には水の電気分解又は光分解によって各々の電極において生成される生成物、特には酸素及び水素のガスを、イオン交換膜等を用いずに電解液の流れの制御のみによって容易に分離して回収することができる電解液分解装置を提供すること。【解決手段】本発明による電解液分解装置は、筐体と、その筐体に配設された、電解液が流入する流入部と該電解液が吐出するように開口された開口部とを有する中空軸と、第１回転電極部と、その第１回転電極部に対して離間して配設される第２回転電極部と、その電解液の少なくとも一部分が流出する第１流出部と、その電解液の少なくとも一部分が流出する第２流出部と、を備える電解液分解装置であって、その筐体内を第１空間と第２空間とに仕切る隔壁を備えて、その第１空間がその第１流出部に面し、その第２空間がその第２流出部に面することを特徴とする。【選択図】図１
2012214837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
該筐体に配設された、
電解液が流入する流入部と該電解液が吐出するように開口された開口部とを有する中空軸と、
第１回転電極部と、
該第１回転電極部に対して離間して配設される第２回転電極部と、
該電解液の少なくとも一部分が流出する第１流出部と、
該電解液の少なくとも一部分が流出する第２流出部と、
を備える電解液分解装置であって、
該筐体内を第１空間と第２空間とに仕切る隔壁を備えて、該第１空間が該第１流出部に面し、該第２空間が該第２流出部に面することを特徴とする、電解液分解装置。
【請求項２】
前記第１回転電極部が前記開口部から吐出した前記電解液の少なくとも一部分を通過させて前記第１流出部が前記第１回転電極部を通過した前記電解液の少なくとも一部分を流出させ、
かつ、前記第２回転電極部が前記開口部から吐出した前記電解液の少なくとも一部分を通過させて前記第２流出部が前記第２回転電極部を通過した前記電解液の少なくとも一部分を流出させることを特徴とする、請求項１に記載の電解液分解装置。
【請求項３】
前記隔壁の少なくとも一方の端部が、前記電解液の少なくとも一部分を流出部に流れるようにする偏向部を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電解液分解装置。
【請求項４】
前記隔壁が流れ制御板であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の電解液分解装置。
【請求項５】
前記中空軸と前記第１回転電極部と前記第２回転電極部とが前記筐体内の中央部に配設され、
前記第１流出部と前記第２流出部と、前記筐体内を前記第１空間と前記第２空間とに仕切る隔壁である第１隔壁とが前記筐体内の第１側壁部に配設され、
さらに、前記筐体内であって該第１側壁部に対して反対側の第２側壁部に配設された、
前記電解液の少なくとも一部分が流出する第３流出部と、
前記電解液の少なくとも一部分が流出する第４流出部と、
前記筐体内を第３空間と第４空間とに仕切る第２隔壁とを備えて、
該第３空間が該第３流出部に面し、該第４空間が該第４流出部に面することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の電解液分解装置。
【請求項６】
前記第１回転電極部が前記開口部から吐出した前記電解液の少なくとも一部分を通過させて前記第３流出部が前記第１回転電極部を通過した前記電解液の少なくとも一部分を流出させ、
かつ、前記第２回転電極部が前記開口部から吐出した前記電解液の少なくとも一部分を通過させて前記第４流出部が前記第２回転電極部を通過した前記電解液の少なくとも一部分を流出させることを特徴とする、請求項５に記載の電解液分解装置。
【請求項７】
前記第１側壁部に配設された前記第１隔壁の端部に対して反対側の前記第１隔壁の端部及び／又は前記第２側壁部に配設された前記第２隔壁の端部に対して反対側の前記第２隔壁の端部が前記電解液の少なくとも一部分を流出部に流れるようにする偏向部を備えることを特徴とする、請求項５又は６に記載の電解液分解装置。
【請求項８】
前記第１隔壁及び／又は前記第２隔壁が流れ制御板であることを特徴とする、請求項５から７のいずれか１項に記載の電解液分解装置。
【請求項９】
前記第１回転電極部と前記第２電極部とが前記中空軸に取り付けられていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の電解液分解装置。
【請求項１０】
前記第１回転電極部と前記第２回転電極部とが同軸上である、請求項９に記載の電解液分解装置。
【請求項１１】
前記中空軸が回転する中空回転軸であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の電解液分解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解液を分解する電解液分解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
装置内に回転体等を設けて電解液、特には水を、回転運動をさせることによって電気分解又は光分解（光化学分解とも言う。）を行うことが知られている。例えば、特許文献１には、電極を配置した反応室で水素・酸素混合物もしくはブラウンガスを発生させるためのガス発生器を備えたエネルギー変換装置であって、反応室が軸心に関して回転対称に形成されており、反応室の内側境界面が当該反応室の外周の領域で少なくとも部分領域的にガス発生器の電極の内側電極面によって形成されていることを特徴とする、エネルギー変換装置が提案されている。特許文献１によると、ガス発生器の反応室を回転対称に形成することにより電界と回転運動が同時に作業媒質に作用できるようにし、その結果としてブラウンガス又は水素・酸素混合物の生成もしくはその生成率を増すことによって、より高い効率を達成できると記載されている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１による装置では、近年需要が高まっている水素と酸素とを容易に分離して回収することができない。電解液、特には水の電気分解又は光分解によって各々の電極において生成される生成物、特には酸素と水素とを容易に分離して回収することができる電解液分解装置が求められているのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５０８４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、電解液、特には水の電気分解又は光分解によって各々の電極において生成される生成物、特には酸素及び水素のガスを、イオン交換膜等を用いずに電解液の流れの制御のみによって容易に分離して回収することができる電解液分解装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための手段は、以下の第（１）項〜第（１１）項である。
（１）筐体と、その筐体に配設された、電解液が流入する流入部と該電解液が吐出するように開口された開口部とを有する中空軸と、第１回転電極部と、その第１回転電極部に対して離間して配設される第２回転電極部と、その電解液の少なくとも一部分が流出する第１流出部と、その電解液の少なくとも一部分が流出する第２流出部と、を備える電解液分解装置であって、その筐体内を第１空間と第２空間とに仕切る隔壁を備えて、その第１空間がその第１流出部に面し、その第２空間がその第２流出部に面することを特徴とする、電解液分解装置。
（２）その第１回転電極部がその開口部から吐出したその電解液の少なくとも一部分を通過させてその第１流出部がその第１回転電極部を通過したその電解液の少なくとも一部分を流出させ、かつ、その第２回転電極部がその開口部から吐出したその電解液の少なくとも一部分を通過させてその第２流出部がその第２回転電極部を通過したその電解液の少なくとも一部分を流出させることを特徴とする、第（１）項に記載の電解液分解装置。
（３）その隔壁の少なくとも一方の端部が、その電解液の少なくとも一部分を流出部に流れるようにする偏向部を備えることを特徴とする、第（１）項又は第（２）項に記載の電解液分解装置。
（４）その隔壁が流れ制御板であることを特徴とする、第（１）項〜第（３）項のいずれか１項に記載の電解液分解装置。
（５）その中空軸とその第１回転電極部とその第２回転電極部とがその筐体内の中央部に配設され、その第１流出部とその第２流出部と、その筐体内をその第１空間とその第２空間とに仕切る隔壁である第１隔壁とがその筐体内の第１側壁部に配設され、さらに、その筐体内であってその第１側壁部に対して反対側の第２側壁部に配設された、その電解液の少なくとも一部分が流出する第３流出部と、その電解液の少なくとも一部分が流出する第４流出部と、その筐体内を第３空間と第４空間とに仕切る第２隔壁とを備えて、その第３空間がその第３流出部に面し、その第４空間がその第４流出部に面することを特徴とする、第（１）項〜第（４）項のいずれか１項に記載の電解液分解装置。
（６）その第１回転電極部がその開口部から吐出したその電解液の少なくとも一部分を通過させてその第３流出部がその第１回転電極部を通過したその電解液の少なくとも一部分を流出させ、かつ、その第２回転電極部がその開口部から吐出したその電解液の少なくとも一部分を通過させてその第４流出部がその第２回転電極部を通過したその電解液の少なくとも一部分を流出させることを特徴とする、第（５）項に記載の電解液分解装置。
（７）その第１側壁部に配設されたその第１隔壁の端部に対して反対側のその第１隔壁の端部及び／又はその第２側壁部に配設されたその第２隔壁の端部に対して反対側のその第２隔壁の端部がその電解液の少なくとも一部分を流出部に流れるようにする偏向部を備えることを特徴とする、第（５）項又は第（６）項に記載の電解液分解装置。
（８）その第１隔壁及び／又はその第２隔壁が流れ制御板であることを特徴とする、第（５）項〜第（７）項のいずれか１項に記載の電解液分解装置。
（９）その第１回転電極部とその第２電極部とがその中空軸に取り付けられていることを特徴とする、第（１）項〜第（８）項のいずれか１項に記載の電解液分解装置。
（１０）その第１回転電極部とその第２回転電極部とが同軸上である、第（９）項に記載の電解液分解装置。
（１１）その中空軸が回転する中空回転軸であることを特徴とする、第（１）項〜第（１０）項のいずれか１項に記載の電解液分解装置。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電解液の流れを制御して、電解液、特には水の電気分解又は光分解によって各々の電極において生成される生成物、特には酸素及び水素のガスを容易に分離して回収することができる電解液分解装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の電解液分解装置の１つである、電解液分解装置１００の態様を示す側面断面図である。
【図２】図２は、本発明の電解液分解装置の１つである、電解液分解装置２００の態様を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（１）電解液分解装置
本発明による電解液分解装置は、筐体と、筐体に配設された、電解液が流入する流入部と電解液が吐出するように開口された開口部とを有する中空軸と、第１回転電極部と、第１回転電極部に対して離間して配設される第２回転電極部と、電解液の少なくとも一部分が流出する第１流出部と、電解液の少なくとも一部分が流出する第２流出部と、を備え、筐体内を第１空間と第２空間とに仕切る隔壁を備えて、第１空間が第１流出部に面し、第２空間が第２流出部に面することを特徴とする。本発明による電解液分解装置によれば、電解液、特には水の電気分解又は光分解によって各々の電極において生成される生成物、特には酸素及び水素のガスを、イオン交換膜等を用いずに電解液の流れの制御のみによって容易に分離して回収することができる。本発明による電解液分解装置において用いられる電解液は、イオン性物質を水等の極性溶媒に溶解させて作製した電気伝導性を有する溶液であれば、特に限定されることはなく、例えば、水（Ｈ2Ｏ）、重金属等の金属含有水溶液（金属廃液）が挙げられるが、水（Ｈ2Ｏ）であることが好ましい。また、本発明の電解液分解装置は、電解液の分解として電気分解を実施する場合に用いられてもよいし、光分解を実施する場合に用いられてもよい。
【００１０】
本発明による電解液分解装置は、第１回転電極部が開口部から吐出した電解液の少なくとも一部分を通過させて、第１流出部が第１回転電極部を通過したその電解液の少なくとも一部分を流出させることが好ましい。さらに、本発明による電解液分解装置は、第２回転電極部が開口部から吐出した電解液の少なくとも一部分を通過させて、第２流出部が第２回転電極部を通過した電解液の少なくとも一部分を流出させることが好ましい。
【００１１】
以下、図１を参照しながら、本発明による電解液分解装置について更に詳細に説明をする。なお、本発明の電解液分解装置は、本発明の目的及び主旨を逸脱しない範囲で、図１又は図２の本発明の実施の形態に限定されるものではない。図１は、本発明の実施の形態に係る電解液分解装置の１態様（電解液分解装置（１００））を示す側面断面図である。本発明の実施の形態に係る電解液分解装置（１００）は、筐体（１０）と、筐体（１０）に配設された、電解液が流入する流入部（２０）と電解液が吐出するように開口された開口部（２１）とを有する中空回転軸（２２）と、第１回転電極部（３１）と、第１回転電極部（３１）に対して離間して配設される第２回転電極部（３２）と、電解液の少なくとも一部分が流出する第１流出部（４１）と、電解液の少なくとも一部分が流出する第２流出部（４２）と、を備え、第１空間（５１）が第１流出部（４１）に面し、第２空間（５２）が第２流出部（４２）に面する。そして、本発明の実施の形態に係る電解液分解装置（１００）は、中空回転軸（２２）と第１回転電極部（３１）と第２回転電極部（３２）とが筐体（１０）内の中央部に同軸上に取り付けられて配設され、第１流出部（４１）と第２流出部（４２）と、筐体（１０）内を第１空間（５１）と第２空間（５２）とに仕切る隔壁である流れ制御板の第１隔壁（６１）とが筐体（１０）内の第１側壁部（１１）に配設される。さらに、本発明の実施の形態に係る電解液分解装置（１００）は、筐体(１０)内であって第１側壁部（１１）に対して反対側の第２側壁部（１２）に配設された、電解液の少なくとも一部分が流出する第３流出部（４３）と、電解液の少なくとも一部分が流出する第４流出部（４４）と、筐体（１０）内を第３空間（５３）と第４空間（５４）とに仕切る流れ制御板の第２隔壁（６２）とを備えて、第３空間（５３）が第３流出部（４３）に面し、第４空間（５４）が第４流出部（４４）に面する。
【００１２】
図１による本発明の実施の形態に係る電解液分解装置（１００）において、第１回転電極部（３１）が開口部（２１）から吐出した電解液の少なくとも一部分を通過させて、第１流出部（４１）と第３流出部（４３）とが第１回転電極部（３１）を通過した電解液の少なくとも一部分を流出させ、さらに、第２回転電極部（３２）が開口部（２１）から吐出した電解液の少なくとも一部分を通過させて、第２流出部（４２）と第４流出部（４４）とが第２回転電極部（３２）を通過した電解液の少なくとも一部分を流出させる。
【００１３】
電解液が、例えば水（Ｈ2Ｏ）であると、開口部（２１）から吐出した少なくとも一部分の水（Ｈ2Ｏ）が第１回転電極部（３１）を通過して、光（３００）照射による光化学反応によって光触媒膜（３３）上で酸素（Ｏ2）が生成される。一方、開口部（２１）から吐出した少なくとも一部分の水（Ｈ2Ｏ）が第２回転電極部（３２）を通過すると。第２回転電極部（３２）のカウンター電極の表面で水素（Ｈ2）が生成される。
【００１４】
上記のような酸素（Ｏ2）及び水素（Ｈ2）の分離回収は、回転する第１回転電極部（３１）及び第２回転電極部（３２）の間の電解液の流れを利用したものである。中空回転軸（２２）を中空パイプとしてその中に電解液が流入し、中空回転軸（２２）に設けられた開口部（２１）から電解液が筐体（１０）内に流入し、第１回転電極部（３１）の上部、第１回転電極部（３１）及び第２回転電極部（３２）の間、並びに第２回転電極部（３２）の下部における電解液の流れは、回転する第１回転電極部（３１）と第２回転電極部（３２）との摩擦遠心力により筐体（１０）内の外側へ向き、第１回転電極部（３１）の光触媒膜（３３）側で生成した酸素（Ｏ2）の気泡は電解液の流れと同伴して筐体（１０）の上部に向かい、第２回転電極部（３２）のカウンター電極から生成した水素（Ｈ2）の気泡は電解液の流れと同伴して筐体（１０）の下部に向かう。そして、流れ制御板である第１隔壁（６１）及び第２隔壁（６２）により、酸素（Ｏ2）及び水素（Ｈ2）の気泡はそれぞれ分離されて、酸素（Ｏ2）は第１流出部（４１）及び第３流出部（４３）に流れ出し、一方、水素（Ｈ2）は第２流出部（４２）及び第４流出部（４４）に流れ出す。結果として、酸素（Ｏ2）及び水素（Ｈ2）のガスのそれぞれを効率的に回収することができる。
【００１５】
また、図２に示される本発明の電解液分解装置（２００）において、筐体（１０）に好適に配設された偏向部を備える第１隔壁（６３）と偏向部を備える第２隔壁（６４）とによって、筐体（１０）内の上部に向かう電解液の流れ（６５）及び（６６）と筐体（１０）内の下部に向かう電解液の流れ（６７）及び（６８）とは分離される。酸素（Ｏ2）の気泡は、上部に向かう電解液の流れ（６５）及び（６６）と同伴して第１流出部（４１）及び第３流出部（４３）に流れ出し、一方、水素（Ｈ2）の気泡は、下部に向かう電解液の流れ（６７）及び（６８）と同伴して第２流出部（４２）及び第４流出部（４４）に流れ出し、酸素（Ｏ2）及び水素（Ｈ2）ガスのそれぞれを、更に効率的に回収することができる。なお、偏向部の形状は、上述のように電解液の流れを制御できれば任意の形状でよいが、例えば、断面がひし形である形状が挙げられる。
【００１６】
図には示されていないが、第１回転電極部と第２回転電極部とが、筐体に固定した状態で配設された中実軸に取り付けられて、電解液供給路としての中空軸が別個独立に筐体に配設されていてもよい。中空軸は、第１回転電極部と第２回転電極部との回転と連動するような回転軸でなくてよい。
【００１７】
図１に示される、本発明の実施の形態に係る電解液分解装置（１００）が備える第１回転電極部（３１）は、光触媒膜（３３）と、電極基板（３４）とから構成されてよい。光触媒膜（３３）は、特に限定されることはないが、例えば、二酸化チタン、酸化タングステン、三酸化二鉄等が挙げられるが、バイアスを与えることにより酸素を選択的に生成可能である光触媒が好ましい。電極基板（３４）は、電流（電子）が電解液等の媒体に流れ込んだり、電解液等の媒体から流れ出たりするために通過可能な構造の導体であれば、特に限定されることはないが、例えば、パンチングメタル、金属製メッシュ、金属製不織布、発泡金属板等が挙げられ、触媒担持の点からパンチングメタルが好ましい。第１回転電極部の形状は図１に示される第１回転電極部（３１）の形状に限定されるものではなく、本発明の目的及び主旨を逸脱しない範囲で、例えば、円盤形状等の任意の形状でよい。なお、図１に示される第１回転電極部（３１）は、光分解を実施するので光触媒膜（３３）を備えるが、電気分解を実施する場合は、第１回転電極部は導電性の電極でよい。
【００１８】
図１に示される、本発明の実施の形態に係る電解液分解装置（１００）が備える第２回転電極部（３２）は、カウンター電極から構成されてよい。カウンター電極は、特に限定されることはないが、例えば、メッシュ状のもの、発泡材、棒状のもの、不織布状のもの、金属製の織物状のもの、Ｐｔ、Ｎｉ、貴金属をめっきしたもの等が挙げられ、Ｐｔが好ましい。第２回転電極部の形状は図１に示される第２回転電極部（３２）の形状に限定されるものではなく、本発明の目的及び主旨を逸脱しない範囲で、例えば、円盤形状等の任意の形状でよい。なお、図１には示されていないが、第２回転電極部は、光触媒膜を備えてもよい。
【００１９】
図１に示す本発明の実施の形態に係る電解液分解装置（１００）においては、本発明の実施の形態に係る電解液分解装置（１００）が備える透明窓部（１３）を通して第１回転電極部（３１）に照射される光（３００）によって電解液を分解する。電解液が例えば水（Ｈ2Ｏ）の場合には、第１回転電極部（２１）では、酸素（Ｏ2）が発生し、第２回転電極部（３２）では、水素（Ｈ2）が発生する。なお、図１には示されていないが、第２回転電極部（３２）側にも透明窓部を設けて、第２回転電極部（３２）に光触媒膜を設けて光を照射して電解液を分解してもよい。透明窓部（１３）の材料は、光を透過すれば任意のものでよく、例えば、特に限定されることはないが、ガラス状のもの、プラスチック状のもの等が挙げられる。また、透明窓部の形状は図１に示される透明窓部（１３）の形状に限定されるものではなく、本発明の目的及び主旨を逸脱しない範囲で、任意の形状でよい。
【００２０】
電解液が例えば水（Ｈ2Ｏ）の場合の酸素（Ｏ2）及び水素（Ｈ2）の発生機構は、第１回転電極部及び第２回転電極部における、電気化学反応又は光化学反応によって、第１回転電極部に正孔（＋）が提供されて、電解液分子（Ｈ2Ｏ）から酸素（Ｏ2）及び水素イオン（Ｈ+）が生成されて、一方で第２回転電極部に電子（−）が提供されて、水素イオン（Ｈ+）から水素（Ｈ2）が生成される。分解する電解液（水：Ｈ2Ｏ）の中に水素イオン（Ｈ+）よりも水酸化物イオン（ＯＨ-）が多く含まれる場合には、第１回転電極部に正孔（＋）が提供されて、水酸化物イオン（ＯＨ-）から水分子（Ｈ2Ｏ）及び酸素（Ｏ2）（２）が生成されて、一方で第２回転電極部に電子（−）が提供されて、分解する電解液（水：Ｈ2Ｏ）から水素（Ｈ2）及び水酸化物イオン（ＯＨ-）が生成される。
【００２１】
本発明の電解液分解装置で光化学反応により電解液を分解する場合、第１回転電極部及び第２回転電極部の両方が光照射を受けるようにされている必要はなく、第１回転電極部又は第２回転電極部のどちらか一方のみが、光照射を受けるようにされていてもよい。図１においては、透明窓部（１３）を通して第１電極部（３１）のみに光（３００）が照射される。
【００２２】
なお、電解液が水（Ｈ2Ｏ）の場合であって、第１電極部及び第２電極部の一方のみが光照射を受けるようにされている場合、酸素を発生させる第１電極部が光照射を受けるようにされていることが好ましい。これは、電解液（水：Ｈ2Ｏ）の分解では、酸素と水素との発生量の比が１：２であり、酸素のほうが少ないので、酸素を発生させる第１電極部では、気泡によって反射される光の割合が比較的少なく、また気泡の存在によって第１電極部と電解液（水）との接触面積が減少する割合が比較的少ないことによる。
【００２３】
筐体（１０）は、図１に示される筐体（１０）の形状に限定されるものではなく、本発明の目的及び主旨を逸脱しない範囲であれば任意の形状でよい。また、筐体の材料も、本発明の目的及び主旨を逸脱しない範囲であれば任意の材料でよい。
【符号の説明】
【００２４】
１０    筐体
１１    第１側壁部
１２    第２側壁部
１３    透明窓部
２０    流入部
２１    開口部
２２    中空回転軸
２３    モーター
３１    第１回転電極部
３２    第２回転電極部
３３    光触媒膜
３４    電極基板
４１    第１流出部
４２    第２流出部
４３    第３流出部
４４    第４流出部
５１    第１空間
５２    第２空間
５３    第３空間
５４    第４空間
６１    第１隔壁
６２    第２隔壁
６３    偏向部を備える第１隔壁
６４    偏向部を備える第２隔壁
６５    第１隔壁の偏向部による上部に向かう電解液の流れ
６６    第２隔壁の偏向部による上部に向かう電解液の流れ
６７    第１隔壁の偏向部による下部に向かう電解液の流れ
６８    第２隔壁の偏向部による下部に向かう電解液の流れ
１００    本発明の電解液分解装置
２００    本発明の電解液分解装置
３００    光
【図１】
2012214837.tif 000003
【図２】
2012214837.tif 000004