(57)【要約】【課題】アルカリ水を効率よく生成させることができ、同時に外部負荷にも電圧が安定した電流供給を行うことができる、アルカリ水生成方法、及びアルカリ水生成装置を提供する。【解決手段】電解質水溶液に浸漬された正極及び負極を有する電気化学槽１０と、一端充放電用容量２３ａ、２３ｂ、２３ｃと、四極スイッチ２４ａ、２４ｂ、２４ｃとを有し、互いに並列接続されている充放電部２５ａ、２５ｂ、２５ｃと、外部接続端子２２ａ、２２ｂと、放電用抵抗２６とを備えるアルカリ水生成装置において、四極スイッチを、位相をずらしながら切り替え、前記充放電部の一組を電気化学槽で発生した電荷によって充電する充電モードとし、前記充放電部の別の一組を前記外部接続端子を介して前記外部負荷に通電する負荷通電モードとし、前記充放電部の更に別の一組を前記放電用抵抗を介して放電する放電モードとして、負荷通電しながら、アルカリ水を生成させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質水溶液に浸漬された正極及び負極を有する電気化学槽と、
一端が前記正極又は前記負極のいずれか一方に配線接続されている充放電用容量、及び前記充放電用容量の他端に接続され前記充放電用容量の接続先を切り替え可能な四極スイッチを有し、前記充放電用容量の一端が前記負極に配線接続されているならば前記四極スイッチの接続先の一つは前記正極とされ、前記充放電用容量の一端が前記正極に配線接続されているならば前記四極スイッチの接続先の一つは前記負極とされるように構成された、前記充電用容量と前記四極スイッチとの組からなり、互いに並列接続されている複数組の充放電部と、
外部負荷に接続可能な、一対の外部接続端子と、
前記充放電部の放電電流を制限する放電用抵抗と、
前記四極スイッチの切り替えを制御する制御部と、
を備えるアルカリ水生成装置を用いて、
前記複数組の充放電部のそれぞれに備わる前記四極スイッチを、位相をずらしながら切り替え、前記充放電部の少なくとも一組を前記電気化学槽で発生した電荷によって充電する充電モードとし、前記充放電部の別の少なくとも一組を前記外部接続端子を介して前記外部負荷に通電する負荷通電モードとし、前記充放電部の更に別の少なくとも一組を前記放電用抵抗を介して放電する放電モードとして、負荷通電しながら、アルカリ水を生成させることを特徴とするアルカリ水生成方法。
【請求項２】
前記制御部は、前記充放電部を充電する充電電流が予め設定された閾値以下となった時に、前記四極スイッチを切り替える請求項１記載のアルカリ水生成方法。
【請求項３】
前記制御部は、予め設定された時間間隔で、前記四極スイッチを切り替る請求項１又は２記載のアルカリ水生成方法。
【請求項４】
電解質水溶液に浸漬された正極及び負極を有する電気化学槽と、
一端が前記正極又は前記負極のいずれか一方に配線接続されている充放電用容量、及び前記充放電用容量の他端に接続され前記充放電用容量の接続先を切り替え可能な四極スイッチを有し、前記充電用容量と前記四極スイッチとの組からなり、互いに並列接続されている複数組の充放電部と、
外部負荷に接続可能な、一対の外部接続端子と、
前記充放電部の放電電流を制限する放電用抵抗と、
前記四極スイッチの切り替えを制御する制御部と、
を備えるアルカリ水生成装置において、
前記四極スイッチの第１の端子は、開放端子になっており、
前記四極スイッチの第２の端子は、前記充放電用容量の一端が前記負極に配線接続されているならば前記正極に配線接続されており、前記充放電用容量の一端が前記正極に配線接続されているならば前記負極に配線接続されており、
前記四極スイッチの第３の端子は、前記充放電用容量に配線接続されている外部接続端子と対をなす、もう一方の外部接続端子に配線接続されており、
前記四極スイッチの第４の端子は、前記充放電用容量の一端が前記負極に接続されているならば放電用抵抗を介して前記負極に接続され、前記充放電用容量の一端が前記正極に接続されているならば放電用抵抗を介して前記正極に接続されていることを特徴とするアルカリ水生成装置。
【請求項５】
前記電気化学槽と前記四極スイッチの第２の端子とを接続する配線の途中に、電流計を配置した、請求項４記載のアルカリ水生成装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記電流計によって計測される電流が予め設定された電流値以下となった時に、前記四極スイッチを切り替えるように構成されている請求項５記載のアルカリ水生成装置。
【請求項７】
前記制御部は、タイマーを備え、予め設定された時間間隔で、前記四極スイッチを切り替えるように構成されている、請求項４又は５記載のアルカリ水生成装置。
【請求項８】
前記外部接続端子の対の間には、平滑容量が接続されている請求項４〜７のいずれかに記載のアルカリ水生成装置。
【請求項９】
前記充放電用容量及び前記平滑容量は、電気二重層キャパシタである請求項４〜８のいずれかに記載のアルカリ水生成装置。
【請求項１０】
前記電気化学槽の正極と負極との間に、単極スイッチが配線接続されている請求項４〜９のいずれかに記載のアルカリ水生成装置。
【請求項１１】
請求項４〜１０に記載されたアルカリ水生成装置を備え、前記アルカリ水をスクラバに循環させて排ガスに含まれる酸を中和することを特徴とする排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ水を生成しながら、外部負荷に負荷通電できる、アルカリ水生成方法、及びアルカリ水生成装置、該アルカリ水生成装置が組み込まれた排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気化学反応によって生成したアルカリ水を利用する電気化学装置としては、例えば、下記の引用文献１、２が知られている。
【０００３】
引用文献１には、マグネシウムで形成した第１電極に正の電圧を印加し、マグネシウムまたは他の導電性金属で形成した第２電極に負の電圧を印加して、第１電極から浴水にＭｇ2+イオンを溶解させて浴水をアルカリ性に改質する浴水改質装置が開示されている。
【０００４】
また、引用文献２には、エンジンで発生する排気ガスを水中で放出して水の中を通してから外部へ排出するバブリング槽と、該バブリング槽の水を通して水の中に捕集された粒子状物質を濾過するフィルタと、該フィルタを通過した水を貯留する中和槽と、該中和槽の中に設けられ、少なくともマグネシウム材の電極を含む複数の電極板からなる電極列とを備え、前記電極列の両端電極間に電圧を印加することにより、前記排気ガス中の窒素酸化物や硫黄酸化物が溶け込んで酸性となった水をマグネシウムとの電解反応により中性もしくはアルカリ性に改質する排気ガス浄化装置が開示されている。
【０００５】
一方で、マグネシウム電極には、マグネシウム燃料電池という産業上の利用分野がある。例えば、下記の引用文献３には、マグネシウム合金からなる負極材と、正極材としての空気（酸素）に電子を供給する正極集電体と、負極材と正極集電体との間に配置されるセパレータと、負極で発生したマグネシウムイオンを溶出させるための電解液と、電解液を貯留しておくための電解液槽とを備えるマグネシウム燃料電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１４９９４０号公報
【特許文献２】特開２００３−３０１７１４号公報
【特許文献３】特開２０１２−２３４７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１、２に記載された電気化学装置では、マグネシウム電極からマグネシウムイオンを溶出させてアルカリ水を得るために、外部から電力を供給する必要がある。
【０００８】
一方、特許文献３に記載されたマグネシウム燃料電池では、電極間に負荷を接続し、直流電源として利用できるが、高抵抗の負荷を接続すると、負荷電流が少ししか流れず、マグネシウムの溶出速度もこれに応じたものとなり、アルカリ水を生成する装置としては不向きであった。
【０００９】
よって、本発明の目的は、アルカリ水を効率よく生成させることができ、同時に外部負荷にも電圧が安定した電流供給を行うことができる、アルカリ水生成方法、及びアルカリ水生成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明のアルカリ水生成方法は、電解質水溶液に浸漬された正極及び負極を有する電気化学槽と、一端が前記正極又は前記負極のいずれか一方に配線接続されている充放電用容量、及び前記充放電用容量の他端に接続され前記充放電用容量の接続先を切り替え可能な四極スイッチを有し、前記充放電用容量の一端が前記負極に配線接続されているならば前記四極スイッチの接続先の一つは前記正極とされ、前記充放電用容量の一端が前記正極に配線接続されているならば前記四極スイッチの接続先の一つは前記負極とされるように構成された、前記充電用容量と前記四極スイッチとの組からなり、互いに並列接続されている複数組の充放電部と、外部負荷に接続可能な、一対の外部接続端子と、前記充放電部の放電電流を制限する放電用抵抗と、前記四極スイッチの切り替えを制御する制御部と、を備えるアルカリ水生成装置を用いて、前記複数組の充放電部のそれぞれに備わる前記四極スイッチを、位相をずらしながら切り替え、前記充放電部の少なくとも一組を前記電気化学槽で発生した電荷によって充電する充電モードとし、前記充放電部の別の少なくとも一組を前記外部接続端子を介して前記外部負荷に通電する負荷通電モードとし、前記充放電部の更に別の少なくとも一組を前記放電用抵抗を介して放電する放電モードとして、負荷通電しながら、アルカリ水を生成させることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、充放電用容量を電気化学槽に接続して充電した後に、制御部から送られる制御信号によって四極スイッチを切り替え、充放電用容量を外部負荷に接続して負荷通電するようにしたので、負荷抵抗の高い外部負荷を接続した場合であっても、電気化学槽に大電流を流すことが可能になり、アルカリ水を効率よく生成させ、同時に外部負荷にも電圧が安定した電流供給を行うことができる。
【００１２】
本発明のアルカリ水生成方法において、前記制御部は、前記充放電部を充電する充電電流が予め設定された電流値以下となった時に、前記四極スイッチを切り替えることが好ましい。
【００１３】
上記態様によれば、充放電用容量が充電されて前記電気化学槽に電流が流れ難くなる前に、充電電流を直接計測して、四極スイッチを切り替えるので、アルカリ水を効率よく生成させることができ、同時に外部負荷にも電圧が安定した電流供給を行うことができる。
【００１４】
本発明のアルカリ水生成方法において、前記制御部は、予め設定された時間間隔で、前記四極スイッチを切り替ることが好ましい。
【００１５】
上記態様によれば、充放電用容量が充電されて前記電気化学槽に電流が流れ難くなる前に、充電電流の低下予測に基づく所定の時間間隔で、四極スイッチを切り替えるので、アルカリ水を効率よく生成させることができ、同時に外部負荷にも電圧が安定した電流供給を行うことができる。
【００１６】
本発明のアルカリ水生成装置は、電解質水溶液に浸漬された正極及び負極を有する電気化学槽と、一端が前記正極又は前記負極のいずれか一方に配線接続されている充放電用容量、及び前記充放電用容量の他端に接続され前記充放電用容量の接続先を切り替え可能な四極スイッチを有し、前記充電用容量と前記四極スイッチとの組からなり、互いに並列接続されている複数組の充放電部と、外部負荷に接続可能な、一対の外部接続端子と、前記充放電部の放電電流を制限する放電用抵抗と、前記四極スイッチの切り替えを制御する制御部と、を備えるアルカリ水生成装置において、前記四極スイッチの第１の端子は、開放端子になっており、前記四極スイッチの第２の端子は、前記充放電用容量の一端が前記負極に配線接続されているならば前記正極に配線接続されており、前記充放電用容量の一端が前記正極に配線接続されているならば前記負極に配線接続されており、前記四極スイッチの第３の端子は、前記充放電用容量に配線接続されている外部接続端子と対をなす、もう一方の外部接続端子に配線接続されており、前記四極スイッチの第４の端子は、前記充放電用容量の一端が前記負極に接続されているならば放電用抵抗を介して前記負極に接続され、前記充放電用容量の一端が前記正極に接続されているならば放電用抵抗を介して前記正極に接続されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、前記制御部から送られる制御信号によって、前記四極スイッチの第１の端子に接続して前記充放電用容量の電荷を保持する保持モード、前記四極スイッチの第２の端子に接続して前記充放電用容量を充電する充電モード、前記四極スイッチの第３の端子に接続して外部負荷に通電する負荷通電モード、前記四極スイッチの第４の端子に接続して前記充放電用容量を放電する放電モードに切り替えることができる。
【００１８】
本発明のアルカリ水生成装置において、前記電気化学槽と前記四極スイッチの第２の端子とを接続する配線の途中に、電流計を配置することが好ましい。
【００１９】
上記態様によれば、電気化学槽から充放電用容量への充電電流、言い換えれば電気化学槽において単位時間に発生する電荷量を計測することができる。
【００２０】
本発明のアルカリ水生成装置において、前記制御部は、前記電流計によって計測される電流が予め設定された電流値以下となった時に、前記四極スイッチを切り替えるように構成されていることが好ましい。
【００２１】
上記態様によれば、充放電用容量が充電されて前記電気化学槽に電流が流れ難くなる前に、充電電流を直接計測して、四極スイッチを切り替えることができるので、アルカリ水を効率よく生成させることができ、同時に外部負荷にも電圧が安定した電流供給を行うことができる。
【００２２】
本発明のアルカリ水生成装置において、前記制御部は、タイマーを備え、予め設定された時間間隔で、前記四極スイッチを切り替えるように構成されていることが好ましい。
【００２３】
上記態様によれば、充放電用容量が充電されて前記電気化学槽に電流が流れ難くなる前に、充電電流の低下予測に基づく所定の時間間隔で、四極スイッチを切り替えることができるので、アルカリ水を効率よく生成し、また外部負荷にも電圧が安定した電流供給を行うことができる。
【００２４】
本発明のアルカリ水生成装置において、前記外部接続端子の対の間には、平滑容量が接続されていることが好ましい。
【００２５】
上記態様によれば、電圧変動の小さい電力を、外部負荷に供給することができる。
【００２６】
本発明のアルカリ水生成装置において、前記充放電用容量及び前記平滑容量は、電気二重層キャパシタであることが好ましい。
【００２７】
上記態様によれば、充放電用容量、平滑容量に用いられるキャパシタを小型化できる。
【００２８】
本発明のアルカリ水生成装置において、前記電気化学槽の正極と負極との間に、単極スイッチが配線接続されていることが好ましい。
【００２９】
上記態様によれば、負荷通電しない場合であっても、電気化学槽の正極と負極との間に電流を流し、アルカリ水を製造することができる。
【００３０】
本発明の排ガス処理装置は、上記アルカリ水生成装置を備え、前記アルカリ水をスクラバーに循環させて排ガスに含まれる酸を中和することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、充放電用容量を電気化学槽に接続して充電した後に、制御部から送られる制御信号によって四極スイッチを切り替え、充放電用容量を外部負荷に接続して負荷通電するようにしたので、負荷抵抗の高い外部負荷を接続した場合であっても、電気化学槽に大電流を流すことが可能になり、アルカリ水を効率よく生成させ、同時に外部負荷にも電圧が安定した電流供給を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るアルカリ水生成装置の一実施形態をあらわす概略図である。
【図２】同装置の回路部を示す図面である。
【図３】本発明に係るアルカリ水生成装置の他の実施形態をあらわす回路部を示す図面である。
【図４】同装置による負荷通電時の回路動作をあらわすタイムチャートである。
【図５】本発明に係る排ガス浄化装置の一実施形態をあらわす概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照しながら、アルカリ水生成方法及びアルカリ水生成装置ついて具体的に説明する。
【００３４】
図１には、本発明に係るアルカリ水生成装置の一実施形態が示されている。アルカリ水生成装置１００は、電気化学槽１０と回路部２０とを有し、電気化学槽１０は、電解質水溶液１１を溜める電気化学槽本体１２と、電解質水溶液１１に浸漬され電池を構成する正極１３及び負極１４とを備え、回路部２０は、電極接続端子２１ａ、２１ｂと、外部接続端子２２ａ、２２ｂとを備え、正極１３と負極１４は、回路部２０の電極接続端子２１ａ、２１ｂにそれぞれ接続されていて回路部２０に直流電流を供給し、回路部２０は、外部接続端子２２ａ、２２ｂを介して外部負荷Ｒに負荷通電し、且つ電解質水溶液１１は、正極１３で生成する水酸化物イオンによって、高アルカリ度のアルカリ水となるように構成されている。
【００３５】
まず、電池を構成する、電解質水溶液１１、正極１３、負極１４について説明する。
【００３６】
本発明に用いられる電解質水溶液１１は、特に限定されず、電気伝導性を有する水溶液、例えばナトリウム、カリウム等の陽イオンを含む水溶液、又は海水を原料として使用することができる。アルカリ水生成装置１００が、沿岸部の工場や船舶に設置されている場合は、海水を利用すると、運転コストを節約することができる。
【００３７】
本発明に用いられる正極１３及び負極１４の電極活物質は、特に限定されず、例えば正極１３の電極活物質として空気（酸素）、負極１４の電極活物質としてマグネシウムを用いることができる。この場合は、下記式で表される電極反応によって、正極１３と負極１４との間に起電力が生じるため、電気化学槽１０を電池として利用することができる。また、正極１３では水酸化物イオンが生成され、電解質水溶液１１は水酸イオンを含む高アルカリ度のアルカリ水となり、例えば排ガス浄化装置などの処理水として利用することができる。
【００３８】
正極：（１／２）Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→２ＯＨ−  ・・・（１）
負極：  Ｍｇ→Ｍｇ２＋＋２ｅ−  ・・・（２）
【００３９】
負極１４から溶出したＭｇ２＋は、陽イオンとして電解質水溶液１１中に溶解しているが、Ｍｇ２＋の濃度が高まると、正極１３において生成したＯＨ−の一部と結合し、Ｍｇ（ＯＨ）２となって、電気化学槽１０の底に沈殿する。よって、電解質水溶液１１のｐＨは、電解質水溶液１１中に残されたＯＨ−の濃度によって定まり、本発明における電解質水溶液１１は、ｐＨ１０〜１２のアルカリ水となる。
【００４０】
正極１３は、例えば、導電性の多孔性担体と多孔性担体に担持された触媒とから構成される正極本体と、正極本体に隣接して配置され正極本体に酸素を含む気体、例えば空気を供給するガス供給部（図示せず）とからなり、触媒と協動して、酸素と水から水酸イオンを生成する。上記多孔性担体としては、例えば、多孔質のカーボン材料、具体的にはアセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、活性炭等の導電性カーボン粒子が挙げられる。また、気相法炭素繊維、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー等の炭素繊維を用いることもできる。一方、上記触媒としては、例えば、白金、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、銀、ルテニウム、イリジウム、モリブデン、マンガン、これらの金属化合物、およびこれらの金属の２種以上を含む合金からなる微粒子が挙げられる。この合金は、白金、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも２種以上を含有する合金が好ましく、たとえば、白金−鉄合金、白金−コバルト合金、鉄−コバルト合金、コバルト−ニッケル合金、鉄−ニッケル合金等、鉄−コバルト−ニッケル合金が挙げられる。
【００４１】
負極１４としては、地球上に豊富にあり、環境負荷が小さく、イオン化傾向の大きいマグネシウムが好適であるが、他に好ましい材料としてはナトリウム、亜鉛、アルミニウム等の卑金属が挙げられる。
【００４２】
外部負荷Ｒとしては、特に限定されず、例えば直流でも使用できる照明機器、ヒーター、簡易的な計測器（温度、水質、流量）などが挙げられる。あるいは、外部負荷Ｒを、直流を交流に変換するインバーター回路としてもよく、インバーター回路によって交流変換した交流電力は、一般の電気機器でも使用できる。
【００４３】
なお、図１に示されるアルカリ水生成装置１００は、電気化学槽１０を複数個を備え、それらが、直列又は並列接続されていてもよい。直列接続して電圧を高めると、後述する回路部２０で用いられるキャパシタが、容量の小さいキャパシタであっても、電荷を多く蓄えることができる。言い換えれば、回路部２０を小型化することができる。
【００４４】
次に、図２を参照しながら、回路部２０について詳細に説明する。回路部２０は、電気化学槽１０の正極１３に接続される電極接続端子２１ａと、負極１４に接続される電極接続端子２１ｂと、外部負荷Ｒに接続される一対の外部接続端子２２ａ、２２ｂと、充放電用容量２３ａと四極スイッチ２４ａとの組からなる充放電部２５ａ、充放電用容量２３ｂと四極スイッチ２４ｂとの組からなる充放電部２５ｂ、充放電用容量２３ｃと四極スイッチ２４ｃとの組からなる充放電部２５ｃと、これら充放電部の放電電流を制限する放電用抵抗２６と、電極接続端子２１ａに接続されている電流計２７と、外部接続端子２２ａと２２ｂとの間に配線接続されている平滑容量２８及び電圧計２９と、電極接続端子２１ａと２１ｂとの間に配線接続されている単極スイッチ３０と、四極スイッチ２４ａ、２４ｂ、２４ｃのそれぞれを制御信号ａ、ｂ、ｃによって切り替え、単極スイッチ３０を制御信号ｄによってＯＮ／ＯＦＦできる制御部３１と、を備える。
【００４５】
充放電用容量２３ａ、２３ｂ、２３ｃの一方の端子は、電極接続端子２１ｂを介して電気化学槽１０の負極１４に配線接続されており、もう一方の端子は、それぞれ四極スイッチ２４ａの端子２４ａ０、四極スイッチ２４ｂの端子２４ｂ０、四極スイッチ２４ｃの端子２４ｃ０に配線接続されている。
【００４６】
四極スイッチ２４ａ、２４ｂ、２４ｃは、充放電用容量２３ａ、２３ｂ、２３ｃのそれぞれの接続先を切り替える切替スイッチになっている。より詳細には、四極スイッチの第１の端子２４ａ１、２４ｂ１、２４ｃ１は開放端子になっており、四極スイッチの第２の端子２４ａ２、２４ｂ２、２４ｃ２は電流計２７、電極接続端子２１ａを介して電気化学槽１０の正極１３に接続されており、四極スイッチの第３の端子２４ａ３、２４ｂ３、２４ｃ３は外部接続端子２２ａに接続されており、四極スイッチの第４の端子２４ａ４、２４ｂ４、２４ｃ４は放電用抵抗２６を介して、電極接続端子２１ｂに接続されている。
【００４７】
よって、充放電部２５ａ、２５ｂ、２５ｃは、互いに並列接続されている。
【００４８】
充放電用容量２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び平滑容量２８は、大容量で充放電の速いキャパシタならば特に制限されず、例えば電気二重層キャパシタを好適に用いることができる。
【００４９】
四極スイッチ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び単極スイッチ３０は、電気信号で操作可能で、内部抵抗が小さく大電流を流せるスイッチならば特に限定されず、リレー式でもよく半導体式でもよい。
【００５０】
放電用抵抗２６は、充放電用容量２３ａ、２３ｂ、２３ｃを放電する時に放電電流を制限する抵抗であって、放電時に発熱するので、冷却機構を備えることが好ましい。
【００５１】
電流計２７は、特に限定されないが、配線接続しない電流計、例えば配線をクランプしホール効果を利用して電流を測定するクランプ電流計が好ましい。クランプ電流計は、抵抗を挿入し電圧降下から電流を読み取る電流計とは異なり、回路に流れる電流を妨げないため、回路部２０に大電流を流すことができる。
【００５２】
平滑容量２８は、四極スイッチの切り替えの際に生じる急激な電圧変動を緩和することができる。
【００５３】
図３には、アルカリ水生成装置１００の回路部を回路部２０ａとする、他の実施形態が示されている。回路部２０ａの充放電用容量２３ａ、２３ｂ、２３ｃの一方の端子は、電流計２７、電極接続端子２１ａを介して電気化学槽１０の正極１３に接続されており、もう一方の端子は、それぞれ四極スイッチ２４ａの端子２４ａ０、四極スイッチ２４ｂの端子２４ｂ０、四極スイッチ２４ｃの端子２４ｃ０に配線接続されている。また、四極スイッチの第１の端子２４ａ１、２４ｂ１、２４ｃ１は開放端子になっており、四極スイッチの第２の端子２４ａ２、２４ｂ２、２４ｃ２は電極接続端子２１ｂを介して電気化学槽１０の負極１４に配線接続されており、四極スイッチの第３の端子２４ａ３、２４ｂ３、２４ｃ３は外部接続端子２２ｂに接続されており、四極スイッチの第４の端子２４ａ４、２４ｂ４、２４ｃ４は放電用抵抗２６を介して、電極接続端子２１ａに接続されている。
【００５４】
次に、本発明のアルカリ水生成装置を用いる、アルカリ水の生成方法について説明する。
【００５５】
図４には、アルカリ水生成装置１００の回路部２０に負荷Ｒを接続して負荷通電した時の回路動作をあらわす、タイムチャートが示されている。より詳細には、同図（ａ）充放電用容量２３ａの端子間の電圧、同図（ｂ）には充放電用容量２３ｂの端子間の電圧、同図（ｃ）には充放電用容量２３ｃの端子間の電圧、同図（ｄ）には単極スイッチ３０を流れる電流、同図（ｅ）電流計２７によって測定される電流、（ｆ）電圧計２９によって測定される外部接続端子間の電圧が、各スイッチの状態と共に示されている。
【００５６】
まず、電流計２７を流れる電流が、予め設定された電流閾値Ｉｔｈ以下となった時に四極スイッチを切り替える方式について説明する。
【００５７】
時刻ｔ０において、充放電用容量２３ａ、２３ｂ、２３ｃは電荷が蓄積されていない初期状態にされており、四極スイッチ２４ａ、２４ｂ、２４ｃはいずれも第１の端子２４ａ１、２４ｂ１、２４ｃ１のそれぞれに接続されていて、充放電部２５ａ、２５ｂ、２５ｃは電気的に開放されており、よって外部接続端子２２ａと２２ｂとの間の電圧出力（電圧計２９の電圧）はゼロになっている。しかしながら、単極スイッチ３０はＯＮにされているので、電流が正極１３から、電極接続端子２１ａ、電流計２７、単極スイッチ３０、電極接続端子２１ｂを経由して、負極１４に流れ、電気化学槽１０では電流量Ｉ０に応じ水酸化物イオンが生成される。
【００５８】
時刻ｔ１において、単極スイッチ３０をＯＦＦし、四極スイッチ２４ａを第２端子２４ａ２に切替えて充電モードにする。充放電用容量２３ａが正極１３に接続されて充電が始まり、充放電用容量２３ａの端子間電圧が次第に高くなっていくが、電流を駆動する電位差は逆に小さくなっていくため、電流計２７を流れる電流はＩ０から減少していく。
【００５９】
時刻ｔ２において、電流計２７を流れる電流が、予め設定された閾値Ｉｔｈまで減少したことを検知し、四極スイッチ２４ａを第３端子２４ａ３に切替えて負荷通電モードにし、四極スイッチ２４ｂを第２端子２４ｂ２に切替えて充電モードにする。電流Ｉｔｈの時に電圧Ｖ１まで充電されていた充放電用容量２３ａが、外部接続端子２２ａに接続されることによって、電圧Ｖ１を初期値とする外部負荷Ｒへの負荷通電が始まる。その後、充放電用容量２３ａからの電荷の流出にともなって、充放電用容量２３ａの端子間電圧は次第にＶ１から低下していく。一方、電流計２７を流れる電流は、充放電用容量２３ｂの充電が始まるために、Ｉ０まで一時的に回復する。その後、充放電用容量２３ｂの端子間電圧が次第に高くなっていくと、電流を駆動する電位差は逆に小さくなっていくため、電流計２７を流れる電流は再びＩ０から減少していく。
【００６０】
時刻ｔ３において、電流計２７を流れる電流が、再び閾値Ｉｔｈまで減少したことを検知し、四極スイッチ２４ａを第４端子２４ａ４に切替えて放電モードにし、四極スイッチ２４ｂを第３端子２４ｂ３に切替えて負荷通電モードにし、四極スイッチ２４ｃを第２端子２４ｃ２に切替えて充電モードにする。充放電用容量２３ａの端子間電圧は、時刻ｔ３において負荷通電によりすでにＶ２まで低下していたが、充放電用容量２３ａが放電用抵抗２６を介して放電されることにより、充放電用容量２３ａの端子間電圧は急激にゼロまで低下する。一方、電圧計２９の電圧は、電圧Ｖ２まで低下していたが、電圧Ｖ１まで充電された充放電用容量２３ｂに接続されることにより、電圧Ｖ１を回復し、負荷通電を継続することができる。その後、充放電用容量２３ｂからの電荷の流出にともなって、充放電用容量２３ｂの端子間電圧及び電圧計２９の電圧は次第にＶ１から低下していく。また、充放電用容量２３ｃで充電が始まり、電流計２７を流れる電流は再びＩ０まで回復するが、充放電用容量２３ｃの端子電圧が次第に高くなっていくと、電流を駆動する電位差は小さくなっていくため、電流計２７を流れる電流はＩ０から減少していく。
【００６１】
時刻ｔ４において、電流計２７を流れる電流が、再び閾値Ｉｔｈまで減少したことを検知し、四極スイッチ２４ａを第２端子２４ａ２に切替えて充電モードにし、四極スイッチ２４ｂを第４端子２４ｂ４に切替えて放電モードにし、四極スイッチ２４ｃを第３端子２４ｃ３に切替えて負荷通電モードにする。充放電用容量２３ａが正極１３に接続されることにより充電が始まり、充放電用容量２３ａの端子間電圧が次第に高くなっていくが、電流を駆動する電位差は逆に小さくなっていくため、電流計２７を流れる電流はＩ０から減少していく。
【００６２】
時刻ｔ５において、電流計２７を流れる電流が、再び閾値Ｉｔｈまで減少したことを検知し、四極スイッチ２４ａを第３端子２４ａ３に切替えて負荷通電モードにし、四極スイッチ２４ｂを第２端子２４ｂ２に切替えて充電モードにし、四極スイッチ２４ｃを第４端子２４ｃ４に切替えて放電モードにする。
【００６３】
時刻ｔ６において、電流計２７を流れる電流が、再び閾値Ｉｔｈまで減少したことを検知し、四極スイッチ２４ａを第４端子２４ａ４に切替えて放電モードにし、四極スイッチ２４ｂを第３端子２４ｂ３に切替えて負荷通電モードにし、四極スイッチ２４ｃを第２端子２４ｃ２に切替えて充電モードにする。
【００６４】
以降は、３つの四極スイッチを、位相をずらしながら切り替え、充放電部の少なくとも一組を電気化学槽１０で発生した電荷によって充電する充電モードとし、充放電部の別の一組を外部接続端子２２ａ、２２ｂを介して外部負荷Ｒに通電する負荷通電モードとし、充放電部の更に別の一組を放電用抵抗２６を介して放電する放電モードとし、このサイクルを繰り返すことにより、負荷通電しながら、アルカリ水を生成させることができる。
【００６５】
なお、四極スイッチの切り替えは、制御部３１がタイマーを備えており、予め設定された時間間隔で、切り替えるようにしてもよい。ただし、上記サイクルを周期的に繰り返すためには、放電用抵抗２６の抵抗値を調節して、放電モードにおける放電速度を充電モードにおける充電速度よりも速くし、充電モードに入る前に放電モードが終了させるようにして、充放電用容量の端子間電圧をゼロにリセットする必要がある。また、四極スイッチを切り替える時間間隔を長くすれば、図４（ｅ）を参照して分かるように、平均電流を低下させることができ、アルカリ水の生成量を減らすことができる。
【００６６】
なお、本発明において、充放電部は３組以上を備えてもよい。例えば、５組の場合は、充電モードと負荷通電モードとの間に、四極スイッチを第１の端子に切替えて電荷を保持する電荷保持モードを２組挿入し、充電モード→電荷保持モード→電荷保持モード→負荷通電モード→放電モードのサイクルで運転してもよい。負荷が一時的に急増した場合は、電荷保持モードの２組の充放電部を負荷通電モードに切り替えて、負荷通電量を確保する方法であってもよい。
【００６７】
また、負荷通電は、ヒーターなどに直接通電する方法であってもよいが、ＤＣ−ＤＣ変換器を介して直流電圧を昇圧又は降圧してから負荷通電する方法であってもよい。あるいは、インバータ回路によって交流に変換して負荷通電する方法であってもよい。電力変換することによって、電力用途を拡げることができる。
【００６８】
また、アルカリ水生成装置１００は、四極スイッチを開放状態とし、単極スイッチ１００をＯＮして、負荷通電しないでアルカリ水を生成する方法であってもよい。
【００６９】
次に、上述したアルカリ水生成装置１００を組み込んだ、排ガス処理装置の一実施形態について説明する。
【００７０】
図５には、本発明に係る排ガス浄化装置１０００の概略が示されている。排ガス処理装置１０００は、アルカリ水を噴射して排ガスに含まれる酸を中和する排ガス吸収塔２００と、アルカリ水を生成するアルカリ水生成装置１００と、アルカリ水に含まれる沈殿物等のスカムを分離除去する固液分離部３００と、アルカリ水の水質を分析する水質分析部４００、分析されたアルカリ水の水質に基づいて、アルカリ水生成装置１００を制御する制御部５００と、アルカリ水生成装置１００に海水を供給するポンプ６００を備える。
【００７１】
排ガス吸収塔２００は、排ガス吸収塔本体２００ａの側面に配置され排ガスを導入する排ガス導入口２００ｂと、排ガス吸収塔本体２００ａの上部に配置され浄化された排ガスを排気する排気ダクト２００ｃと、アルカリ水を噴霧する噴射ノズル２００ｄと、排ガスからミストを除くためのデミスタ２００ｅとを備え、排ガス導入口２００ｂから導入された排ガスは、噴射ノズル２００ｄから噴射されるアルカリ水と接触し、浄化されて、排気ダクト２００ｃから排気される。一方、アルカリ水は、噴射ノズル２００ｄから噴射され、排ガスと接触し、排ガスに含まれる酸を吸収かつ中和し、排ガス吸収塔２００の底部に溜まる。排ガス吸収塔２００の底部に溜まったアルカリ水ＡＷは、排ガスに含まれる酸を中和する過程で、アルカリ水に含まれる水酸イオンが消費されアルカリ度が低下している。
【００７２】
そこで、アルカリ度が低下したアルカリ水ＡＷを配管Ｌ１を通してアルカリ水生成装置１００に送液し、アルカリ水生成装置１００において水酸化物イオンの濃度を高め、配管Ｌ３を通して噴射ノズル２００ｄに送液し、噴射ノズル２００ｄから噴射させることによって循環使用する。アルカリ水生成装置１００から噴射ノズル２００ｄに送られるアルカリ水の水質は、配管Ｌ３の途中に設けられた水質分析部４００によって、例えばｐＨが測定される。水質分析部４００が測定したｐＨの値は、制御部５００に送られる。制御部５００は、アルカリ水生成装置１００を制御してアルカリ水のアルカリ度を調節することができる。
【００７３】
例えば、アルカリ水生成装置１００の回路部２０に組み込まれた四極スイッチを切り替える時間間隔を長くして、平均電流を低下させ、アルカリ水の生成量を減らすことができる。
【００７４】
なお、排ガスに含まれていた油脂や微粒子等は、アルカリ水によって捕捉され、アルカリ水に含まれる、マグネシウムイオンや水酸イオンと結合して沈殿物となるため、アルカリ水生成装置１００からアルカリ水の一部を抜き取り、配管Ｌ４を通して、固液分離部３００に送液し、固液分離部３００によって固液分離されたアルカリ水は配管Ｌ６を通って、配管Ｌ３と合流し、排ガス吸収塔２００の噴射ノズル２００ｄへ送られる。固液分離部３００によって固液分離された固形分は配管Ｌ５を通って排出されスカムとなる。アルカリイオン水の一部は、排ガス及びスカムと共に、排ガス処理装置１０００の外に排出されるので、持ち出しになったアルカリイオン水を補充するために、制御部５００によって流量制御されるポンプ６００によって、配管Ｌ２を通して、原料となる海水をアルカリ水生成装置１００に供給することができる。
【００７５】
また、アルカリ水生成装置１００の回路部２０に設けられた外部接続端子２２ａ，２２ｂに外部負荷Ｒを接続し、アルカリ水生成と共に発生した電力を利用することができる（図１参照）。外部負荷としては、特に限定されず、例えば照明機器（電球）や簡易的な計測器（温度、水質、流量）などを接続することができる。あるいは、外部負荷Ｒを、直流を交流に変換するインバーター回路としてもよく、インバーター回路によって交流変換した交流電力は、一般の電気機器でも使用できる。
【符号の説明】
【００７６】
１０  電気化学槽
１１  電解質水溶液（アルカリ水ともいう）
１２  電気化学槽本体
１３  正極
１４  負極
２０、２０ａ  回路部
２１ａ，２１ｂ  電極接続端子
２２ａ，２２ｂ  外部接続端子
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ  充放電用容量
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ  四極スイッチ
２４ａ０，２４ｂ０，２４ｃ０  充放電用容量に接続されている端子
２４ａ１，２４ｂ１，２４ｃ１  四極スイッチの第１の端子
２４ａ２，２４ｂ２，２４ｃ２  四極スイッチの第２の端子
２４ａ３，２４ｂ３，２４ｃ３  四極スイッチの第３の端子
２４ａ４，２４ｂ４，２４ｃ４  四極スイッチの第４の端子
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ  充放電部
２６  放電用抵抗
２７  電流計
２８  平滑容量
２９  電圧計
３０  単極スイッチ
３０ａ，３０ｂ  単極スイッチの端子
３１  制御部
１００  アルカリ水生成装置
２００  排ガス吸収塔
２００ａ  排ガス吸収塔本体
２００ｂ  排ガス導入口
２００ｃ  排気ダクト
２００ｄ  噴射ノズル
２００ｅ  デミスタ
３００  固液分離部
４００  水質分析部
５００  制御部
６００  ポンプ
１０００  排ガス処理装置
ＡＷ  アルカリ水
Ｌ１〜Ｌ６  配管
Ｒ  外部負荷
ａ、ｂ、ｃ  制御信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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