(57)【要約】【課題】  電極の消耗部材を自動供給し、人手を煩わせることなく、長時間使用することができる電気化学装置を提供する。【解決手段】  電解質水溶液１に浸漬された第１電極３と第２電極４が導体６によって接続されており、第２電極４の少なくとも一部が電解質水溶液１に溶解する消耗部材４ａをなし、消耗部材４ａが溶解することによって、第１電極３と第２電極４との間に電流が流れる電気化学装置１００において、消耗部材４ａの消耗量を測定するために電流を測定する電流計７ａと、消耗量が予め設定された閾値に達した時に、消耗部材４ａの自動供給を指示する制御８部と、制御部８の制御信号を受けて、第２電極４に消耗部材４ａを自動供給する供給部９とを備える。【選択図】図１
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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第１電極と第２電極が導体によって接続されており、前記第２電極の少なくとも一部が前記電解質水溶液に溶解する消耗部材をなし、該消耗部材が溶解することによって、前記第１電極と前記第２電極との間に電流が流れる電気化学装置において、
前記第２電極の消耗部材の消耗量を測定する測定部と、前記消耗量が予め設定された閾値以上となった時に、前記消耗部材の自動供給を指示する制御部と、前記制御部の制御信号を受けて、前記第２電極に前記消耗部材を自動供給する供給部とを備えていることを特徴とする電気化学装置。
【請求項２】
前記消耗部材は、ブロック形状をなし、
前記供給部は、前記消耗部材を少なくとも１つ以上ストックするストック部を有し、前記ストック部の消耗部材を前記制御信号により第２電極に供給するように構成されている請求項１記載の電気化学装置。
【請求項３】
前記ストック部は、前記第２電極へ前記消耗部材の投下を制止する開閉可能なストッパを有し、
前記ストッパは、前記制御信号により開くことで前記消耗部材を投下するように構成されている請求項２記載の電気化学装置。
【請求項４】
前記測定部は、前記第１電極と前記第２電極との間を流れる電流量から前記消耗部材の消耗量を測定し、該消耗量を前記制御部に知らせるように構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気化学装置。
【請求項５】
前記測定部は、前記消耗部材の重量から前記消耗部材の消耗量を測定し、該消耗量を前記制御部に知らせるように構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気化学装置。
【請求項６】
前記第２電極は、前記消耗部材よりもイオン化傾向が小さく、且つアルカリ性で不動態被膜を形成しない、導電性の材料からなり、前記第２電極の消耗部材が前記電解質水溶液に溶解する時に放出する電子を集める集電部と、前記消耗部材を収容し前記電解質水溶液を通過させる開口部を有する収容部と、前記集電部又は前記収容部の少なくとも一部を移動させて前記消耗部材を前記集電部に密着させる押圧部材と、を備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気化学装置。
【請求項７】
前記第２電極の消耗部材は、金属マグネシウムである請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気化学装置。
【請求項８】
前記第１電極と前記第２電極とを接続する導体の途中に、電流を外部に取出すことが可能な負荷接続端子を備える請求項１〜７のいずれか一項に記載の電気化学装置。
【請求項９】
前記第１電極は、少なくとも前記電解質水溶液に接する表面が多孔質のカーボン材料によって構成されており、前記第１電極に酸素を含む気体を供給して水を酸化し、水酸化物イオンを含むアルカリ水を生成させる請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気化学装置。
【請求項１０】
請求項９に記載された電気化学装置を備え、該電気化学装置が生成した水酸化物イオンを含む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、電極材料の自動供給可能な電気化学装置、及び該電気化学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】
マグネシウムは、地球上に豊富に存在する物質であって、低コストで環境負荷も小さいことから、電気化学装置の電極材料としての利用拡大が期待されている。
【０００３】
例えば、下記の引用文献１には、絶縁フィルム上にマグネシウム箔を帯状に形成し、直角方向または斜め方向に置いた絶縁パターンで分割して、お互いに絶縁されたブロックとし、マグネシウム箔の一方の面には、負電極を接触させ、他方には、セパレータおよび活性炭素および良導体を重ねた正電極を接触させ、両電極のマグネシウム箔との接触点を、１つのブロックから、隣のブロックに移動することで、自由に発電を開始／停止することを特徴とするマグネシウム電池が開示されている。
【０００４】
また、下記の引用文献２には、マグネシウムで形成した第１電極及び第２電極を対向させて改質槽内に配設し、第１電極に正の電圧を印加し第２電極に負の電圧を印加する第１通電モードと、第１電極に負の電圧を印加し第２電極に正の電圧を印加する第２通電モードとを交互に切換え、マグネシウムの消耗を均等にして、燃焼により排出される排気ガスを中性もしくはアルカリ性に改質するようにした排水改質装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−８９９０４号公報
【特許文献２】特開２００２−２３３８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、引用文献１に記載されたマグネシウム電池では、マグネシウム箔を形成した絶縁フィルムが、マグネシウム消耗後は廃材となるために、コストや環境負荷の面では問題があった。
【０００７】
また、引用文献２に記載された排水改質装置では、電極を構成するマグネシウムが排水に溶解し電極の形態をなさなくなると、電極交換のため、排水改質装置全体を停止させていた。大型装置では電極数が多く、交換作業は大きな負担になっていた。
【０００８】
よって、本発明の目的は、電極の消耗部材を自動供給し、人手を煩わせることなく、長時間使用することができる電気化学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の電気化学装置は、電解質水溶液に浸漬された第１電極と第２電極が導体によって接続されており、前記第２電極の少なくとも一部が前記電解質水溶液に溶解する消耗部材をなし、該消耗部材が溶解することによって、前記第１電極と前記第２電極との間に電流が流れる電気化学装置において、前記第２電極の消耗部材の消耗量を測定する測定部と、前記消耗量が予め設定された閾値以上となった時に、前記消耗部材の自動供給を指示する制御部と、前記制御部の制御信号を受けて、前記第２電極に前記消耗部材を自動供給する供給部とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、測定部により第２電極の消耗量を測定し、前記消耗量が予め設定された閾値に到達した時に、供給部により消耗部材を自動供給できるので、人手を煩わせることなく、電気化学装置を長時間使用することができる。
【００１１】
本発明の電気化学装置において、前記消耗部材は、ブロック形状をなし、前記供給部は、前記消耗部材を少なくとも１つ以上ストックするストック部を有し、前記ストック部の消耗部材を前記制御信号により第２電極に供給するように構成されていることが好ましい。
【００１２】
上記態様によれば、消耗部材をブロック形状にし、供給部から消耗部材を所定個数ずつ第２電極に投入できるようにしたので、消耗部材の供給をスムーズに行うことができる。
【００１３】
本発明の電気化学装置において、前記ストック部は、前記第２電極へ前記消耗部材の投下を制止する開閉可能なストッパを有し、前記ストッパは、前記制御信号により開くことで前記消耗部材を投下するように構成されていることが好ましい。
【００１４】
上記態様によれば、簡易な構造によって、第２電極への消耗部材の供給が可能となる。
【００１５】
本発明の電気化学装置において、前記測定部は、前記第１電極と前記第２電極との間を流れる電流量から前記消耗部材の消耗量を測定し、該消耗量を前記制御部に知らせるように構成されていることが好ましい。
【００１６】
上記態様によれば、消耗部材の消耗量を正確に計量することができる。
【００１７】
本発明の電気化学装置において、前記測定部は、前記消耗部材の重量から前記消耗部材の消耗量を測定し、該消耗量を前記制御部に知らせるように構成されていることが好ましい。
【００１８】
上記態様によれば、消耗部材の消耗量を正確に計量することができる。
【００１９】
本発明の電気化学装置において、前記第２電極は、前記消耗部材よりもイオン化傾向が小さく、且つアルカリ性で不動態被膜を形成しない、導電性の材料からなり、前記第２電極の消耗部材が前記電解質水溶液に溶解する時に放出する電子を集める集電部と、前記消耗部材を収容し前記電解質水溶液を通過させる開口部を有する収容部と、前記集電部又は前記収容部の少なくとも一部を移動させて前記消耗部材を前記集電部に密着させる押圧部材と、を備えることが好ましい。
【００２０】
上記態様によれば、収容部に収容された消耗部材を押圧部材によって集電部に密着させることができるので、消耗部材が電解質水溶液に溶解する時に放出する電子を集電部によって効率よく集めることができる。また、消耗部材と集電部との間の電気的接触を向上させて、抵抗成分による出力低下を防止することができる。更に、収容部は、電解質水溶液を通過させる開口部を有するので、収容部内への電解質水溶液の流通を良好にし、消耗部材から溶出したイオンによって高濃度化した電解質水溶液を希釈し、濃度過電圧を低減することができる。
【００２１】
本発明の電気化学装置において、前記第２電極の消耗部材は、金属マグネシウムであることが好ましい。
【００２２】
上記態様によれば、地球上に豊富に存在するマグネシウムを利用することができるので、運転コストを節減し、環境負荷を軽減することができる。
【００２３】
本発明の電気化学装置において、前記第１電極と前記第２電極とを接続する導体の途中に、電流を外部に取出すことが可能な負荷接続端子を備えることが好ましい。
【００２４】
上記態様によれば、電気化学装置によってつくられる電流を長時間に亘り安定した電力として利用することができる。
【００２５】
本発明の電気化学装置において、前記第１電極は、少なくとも前記電解質水溶液に接する表面が多孔質のカーボン材料によって構成されており、前記第１電極に酸素を含む気体を供給して水を酸化し、水酸化物イオンを含むアルカリ水を生成させることが好ましい。
【００２６】
上記態様によれば、アルカリ水を長時間に亘り安定的に供給することができる。
【００２７】
本発明の排ガス浄化装置は、上記電気化学装置を備え、該電気化学装置が生成した水酸化物イオンを含む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。
【００２８】
上記態様によれば、排ガス処理装置を長時間に亘り安定的に運転することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、測定部により電極の消耗量を測定し、前記消耗量が予め設定された閾値以上となった時に、供給部により消耗部材を自動供給できるので、人手を煩わせることなく、電気化学装置を長時間使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る電気化学装置の一実施形態をあらわす概略図である。
【図２】本発明に係る電気化学装置の他の実施形態をあらわす概略図である。
【図３】本発明に係る電気化学装置のさらに他の実施形態をあらわす概略図である。
【図４】図１に示される電気化学装置において、第１電極と第２電極との間に流れる電流量の時間変化と、消耗部材の自動供給を指示するタイミングとの関係をあらわす図面である。
【図５】図２に示される電気化学装置において、消耗部材の重量の時間変化と、消耗部材の自動供給を指示するタイミングとの関係をあらわす図面である。
【図６】本発明に係る電気化学装置を組み込んだ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】
【００３１】
以下、図面を参照しながら、本発明の電気化学装置について具体的に説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。
【００３２】
［実施形態１］
図１には、本発明に係る電気化学装置の一実施形態が示されている。電気化学装置１００は、電解質水溶液１を溜める電気化学槽２と、電解質水溶液１に浸漬された第１電極３及び第２電極４と、負荷５を有し第１電極３と第２電極４とを接続する導体６と、消耗部材４ａの消耗量を測定する測定部７と、前記消耗量が予め設定された閾値に到達した時に、消耗部材４ａの自動供給を指示する制御部８と、制御部８の制御信号を受けて、第２電極４に消耗部材４ａを自動供給する供給部９とを備え、電池として機能する。
【００３３】
まず、電池として機能する、電解質水溶液１、第１電極３、第２電極４について説明する。
【００３４】
本発明に用いられる電解質水溶液１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。電気化学装置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。
【００３５】
本発明に用いられる第１電極３及び第２電極４の電極活物質は、特に限定されず、例えば第１電極３の電極活物質として空気（酸素）、第２電極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、第１電極３と第２電極４との間に起電力が生じるため、電気化学装置１００を電池として利用することができる。また、第１電極において水酸化物イオンが生成されるため、電解質水溶液１は水酸化物イオンを含むアルカリ水となり、電気化学装置１００をアルカリ水供給装置として利用することができる。
【００３６】
第１電極：（１／２）Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→２ＯＨ−  ・・・（１）
第２電極：  Ｍｇ→Ｍｇ２＋＋２ｅ−                  ・・・（２）
【００３７】
第２電極から溶出したＭｇ２＋は、陽イオンとして電解質水溶液１中に溶解しているが、Ｍｇ２＋の濃度が高まると、第１電極３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２の底に沈殿する。よって、電解質水溶液１のｐＨは、電解質水溶液１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１は、ｐＨ１０〜１２のアルカリ水となる。
【００３８】
以下は、第１電極３を電池の正極、第２電極４を電池の負極として説明する。
【００３９】
第１電極３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第１電極本体と、第１電極本体に隣接して配置され第１電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、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。
【００４０】
第２電極４は、反応によって消費される消耗部材４ａと、消耗部材４ａに密着し、消耗部材４ａが電解質水溶液１に溶解する時に放出される電子を集める、集電部４ｂと、集電部４ｂと対向して配置される収容部４ｄを備え、消耗部材４ａは集電部４ｂと収容部４ｄとの間に収容される。
【００４１】
消耗部材４ａの材質としては、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。また、消耗部材４ａの形状は、特に限定されないが、ブロック形状であることが好ましく、具体的には直方体もしくは立方体のブロックであることが好ましい。消耗部材４ａは、図１に示されるように、第２電極４に縦積みされて収容されているが、電解質水溶液１に徐々に溶解して薄くなり、終には消滅してしまう。最下段の消耗部材４ａが消滅すると、下から２段目に置かれた消耗部材４ａが支えを失って落下し最下段の位置を占める。そうすると、２段目が空き空間になるので、３段目に置かれた消耗部材４ａが支えを失って落下し２段目の位置を占める。このようにして、第２電極４に収納された消耗部材４ａは一段づつ下方に移動し、最上段に消耗部材４ａを新たに受け入れる空き空間がつくられる。そして、そこに新しい消耗部材４ａを補給することができる。このような態様によれば、消耗部材４ａをブロック形状にしたことによって、供給部９から消耗部材４ａを所定個数ずつ第２電極に投入でき、消耗部材の供給をスムーズに行うことができる。
【００４２】
集電部４ｂは、例えば、第２電極４に収容されている消耗部材４ａの一つひとつに対応するように消耗部材４ａと同数に分割されており、一端が集電部枠体４ｃに固定されている押圧部材４ｅによって付勢されて移動し、消耗部材４ａに押し付けられて、消耗部材４ａに密着するようになっている。ただし、集電部４ｂと収容部４ｄとによって挟まれる空間が潰れて消耗部材４ａが挿入できなくなる事態を避けるために、集電部４ｂのストロークが制限されている。あるいは、新しい消耗部材４ａを受け入れる時に、一時的に後退して間口を広げる機構を備えていてもよい。そして、集電部４ｂの消耗部材４ａに接する側の面は、上端部近くにおいて滑らかな凸面形状になっていて開口部が拡がっており、上方から移動してくる消耗部材４ａを受け入れ易くしている。一方、集電部４ｂの材質は、消耗部材４ａよりもイオン化傾向が小さく、且つアルカリ性で不動態被膜を形成しない導電性の材料であれば、特に限定されず、例えば銅、銅合金、銀、金、ステンレス等が適する。上記態様によれば、すべての消耗部材４ａについて、消耗部材４ａと集電部４ｂとの間の電気的接触を向上させて、抵抗成分による出力低下を防止することができる。
【００４３】
収容部４ｄは、導電材料である必要はないが、押圧部材４ｅによって付勢された集電部４ｂと協働して消耗部材４ａを強く挟み付けつけるために弾性を備え、電解質水溶液とは反応しない不活性な材料であることが好ましい。よって、収容部４ｄの材質は、特に限定されないが、硬質の樹脂部材、セラミックスであってもよい。ただし、収容部４ｄは、電解質水溶液１を通過させる開口部を有し、収容部内への電解質水溶液の流通を良好であることが好ましい。電極反応は、収容部４ｄによって遮蔽されている面では遅くなるので、開口部の開口率は、強度を低下させない範囲で、大きければ大きいほどよい。上記態様によれば、消耗部材４ａから溶出したイオンによって高濃度化した電解質水溶液１を希釈し、濃度過電圧を低減することができる。なお、第１電極３と第２電極４の対向面は、平坦かつ平行であることが好ましく、収容部４ｄは、開口部を有する平板であって、ここに消耗部材４ａが押し付ける態様を好適とする。このような態様によれば、電解質水溶液１に中に電極に平行なポテンシャル面が形成され、言い換えれば電流密度に偏りがなくなり、消耗部材４ａが面内一様に消費される。
【００４４】
押圧部材４ｅは、特に限定されず、例えばつるまきバネ、板バネ、空気バネ、空気シリンダ、油圧シリンダなどが挙げられる。
【００４５】
なお、第２電極４に関して、下記の変形例を補足する。
【００４６】
第２電極４の他の形態では、消耗部材４ａを押圧する押圧部材４ｅを、消耗部材４ａと収容部４ｄとの間に配置して、消耗部材４ａを集電部枠体４ｃの内面に直接押し付けて集電させてもよい（この場合は集電部４ｂが不要になる）。
【００４７】
もしくは、集電部枠体４ｃと収容部４ｄとの間に、収縮するバネを取付けて、消耗部材４ａを集電部枠体４ｃと収容部４ｄとによって挟み付ける方法であってもよい。
【００４８】
また、第１電極３と第２電極４の複数枚を交互に配置し、同じ種類の電極を並列接続する態様であってもよい。この場合、第１電極３に対向する、集電部枠体４ｃの外側の面も、平坦であって、第１電極３と互いに平行になっていることが好ましい。
【００４９】
次に、測定部７、制御部８、供給部９について説明する。
【００５０】
測定部７は、本実施形態においては、第１電極３と負荷５とを接続する導体６に配置された、電流計７ａのことである（負荷５と第２電極４との間に配置してもよい）。この態様では、後述する方法にしたがって、導体６に流れる電流量から消耗部材４ａの消耗量を知ることできる。電流計７ａは、特に限定されないが、配線接続しない電流計、例えば導体６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ので、大電流を流すことができる。
【００５１】
制御部８は、電流計７ａが測定した電流値を測定信号ａとして受けとり、消耗部材４ａの消耗量を判定し、消耗部材４ａの自動供給を指示する制御信号ｂを、供給部９に送るように構成されている。
【００５２】
供給部９は、消耗部材４ａをストックするストック部９ａと、ストックした消耗部材４ａの投下を制止する開閉可能なストッパ９ｂとを備える。例えば、図１に示されるように、ストック部９ａは、断面が矩形の角パイプであって、その内側にはブロック形状の消耗部材４ａが縦積みされている。ストック部９ａの下端の開口部には、消耗部材４ａの落下を防ぐために、引き込み可能な突起状の爪からなるストッパ９ｂが配置されており、消耗部材４ａの自動供給を指示する制御信号ｂを受けてストッパ９ｂが引き込まれ制止が解除されると、消耗部材４ａは、破線矢印に向かって落下し、供給部９の下方に配置された第２電極４の集電部４ｂと収容部４ｄとの間の収容空間に落とし込まれて供給される。ひとつの制御信号ｂについて、供給部９から供給される消耗部材４ａの個数は、１個に限定されず、複数個であってもよい。また、供給部９の態様は、ストッパ９ｂによる制止が解除された時に消耗部材４ａが落下する形態ならば、上記の一例に限定されない。
【００５３】
電気化学装置１００は、第１電極３と第２電極４とを接続する導体６の途中に電流を外部に取出すことが可能な負荷接続端子（図示しない）を備えることできる。例えば負荷５に対して、外部負荷が並列接続となるように負荷接続端子を設けてもよく、更には負荷接続端子を設けた後、負荷５を取り外してもよい。このようによれば、電気化学装置によってつくられる電流を長時間に亘り安定した電力として利用することができる。
【００５４】
次に、消耗部材４ａの消耗を検知して、供給部９から消耗部材４ａを自動供給する機能の詳細について説明する。
【００５５】
図４に示されているタイムチャートの上段は、電流計７ａによって測定される電流値の時間変化をあらわしている。また、タイムチャートの下段は、消耗部材４ａの供給を指示する制御信号ｂが送られるタイミングを示している。
【００５６】
まず、電流値の時間変化について説明する。第２電極４には、所定個数の消耗部材４ａが収容されており、消耗部材４ａの第１電極３に対向する面では、電気化学反応によって、消耗部材４ａを構成する材料が電解質水溶液１に溶出するために、消耗部材４ａは横方向に薄くなっていく。ただし、消耗部材４ａの縦寸法が変わらなければ、第１電極３に対向する対向面の面積は変わらず、第１電極３と第２電極４の間に流れる電流も一定である。更に消耗が進むと、第２電極４の最下段に収容された消耗部材４ａでは、縦方向の寸法も短くなっていく。すると、第１電極３に対向する対向面の面積も減少するので、第１電極３と第２電極４の間に流れる電流も減少していく。
【００５７】
電流計７ａは、第１電極３と第２電極４の間に流れる電流を測定し、測定信号ａによって電流測定値を制御部８に逐次知らせている。制御部８には、判定の閾値として電流値の下限が予め入力されており、電流測定値が低下して閾値以下になった時に、制御信号ｂ（矩形パルス）を供給部９に送る（例えば、第２電極４の最下段に収容された消耗部材４ａが完全に消失するタイミングを見計らって制御信号ｂを送る）。供給部９では、制御信号ｂを受けて、ストッパ９ｂによる制止が解除され、消耗部材４ａが落下し、第２電極４の収容部の最上段に落とし込まれて供給される。
【００５８】
上記のようにして消耗部材４ａが供給されると、第２電極４の第１電極３に対向する対向面の面積が回復するので、電流も回復する。以降は、その繰り返しである。このようにして、電気化学装置１００の運転を中断することなく、継続することができる。
【００５９】
［実施形態２］
本発明に係る電気化学装置の他の態様について説明する。
【００６０】
図２には、電気化学装置１０１の概要が示されている。電解質水溶液１、電気化学槽２、第１電極３、第２電極４、供給部９については、電気化学装置１００の構成を参照できるので、説明は省略する。
【００６１】
電気化学装置１０１において、消耗部材４ａの消耗を検知する測定部７は、第２電極４の重量を測定する重量計７ｂのことである。制御部８は、重量計７ｂが測定した重量を測定信号ａとして受けとり、消耗部材４ａの消耗量を判定し、消耗部材４ａの自動供給を指示する制御信号ｂを、供給部９に送ることができる。
【００６２】
図５に示されているタイムチャートの上段は、重量計７ｂによって消耗部材４ａの重量の時間変化をあらわしている。また、タイムチャートの下段は、消耗部材４ａの供給を指示する制御信号ｂが送られるタイミングを示している。第２電極４には、所定個数の消耗部材４ａが収容されており、消耗部材４ａの第１電極３に対向する面では、電気化学反応によって、消耗部材４ａを構成する材料が電解質水溶液１に溶出するために、消耗部材４ａは横方向に薄くなっていく。消耗部材４ａの縦寸法が変わらなければ、第１電極３に対向する対向面の面積は変わらず、第１電極３と第２電極４の間に流れる電流も一定であるが、重量は、消耗部材４ａが消耗された分だけ軽くなっていく。消耗部材４ａの消耗が許容できなくなった時の重量を閾値と定め、測定重量が減少して閾値以下になった時に、消耗部材４ａの供給を指示する制御信号ｂを送る。
【００６３】
［実施形態３］
図３には、水の電気分解槽として機能する、電気化学装置１０２の一実施形態が示されている。電気化学装置１０２は、電解質水溶液１を溜める電気化学槽２と、電解質水溶液１に浸漬された第１電極３及び第２電極４と、直流電源１０を有し第１電極３と第２電極４とを接続する導体６と、消耗部材４ａの消耗量を測定する重量計７ｂと、前記消耗量が予め設定された閾値に到達した時に、消耗部材４ａの自動供給を指示する制御部８と、制御部８の制御信号を受けて、第２電極４に消耗部材４ａを自動供給する供給部９とを備え、電気分解槽として機能する。
【００６４】
電解質水溶液１は、電気伝導性を有する水溶液ならば、特に限定されない。
【００６５】
第１電極３は、電解質水溶液１に浸漬しても不動態被膜を形成せず、第２電極４の消耗部材４ａと同じ材料であるか、消耗部材４ａよりもイオン化傾向が小さい材料ならば、特に限定されない。また、第１電極３の形状も、特に限定されず、例えば平板でもよい。
【００６６】
第２電極４は、実施形態１で説明した第２電極４と同じ構造のものを用いることができる。
【００６７】
例えば、電解質水溶液１を海水、第１電極３をマグネシウム、第２電極３の消耗部材４ａもマグネシウムとし、直流電源を用いて、第１電極３に負の電圧、第２電極４に正の電圧を印加した場合には、下記の電気化学反応が起こる。
【００６８】
第１電極：  ２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→Ｈ２＋２ＯＨ−  ・・・（３）
第２電極：  Ｍｇ→Ｍｇ２＋＋２ｅ−            ・・・（４）
【００６９】
第１電極３では、式（３）によって、ＯＨ−が生成され、電解質水溶液１は、アルカリ水となる。第２電極４では、式（４）によって、Ｍｇ２＋が電解質水溶液１に溶出し、消耗部材４ａが消耗される。重量計７ｂで第２電極４の重量を測定して、消耗部材４ａの消耗を検知し、予め設定した閾値に達した時に、供給装置９から第２電極４に消耗部材４ａを供給することができる。
【００７０】
［実施形態４］
実施形態１で説明した電気化学装置１００を組み込んだ、排ガス浄化装置の一実施形態について説明する。なお、下記の説明において、電気化学装置１００は、より具体的に、アルカリ水生成装置１００と呼ぶことにする。
【００７１】
図６には、本発明に係る排ガス浄化装置１０００の概要が示されている。排ガス浄化装置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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
具体的には、アルカリ水生成装置１００の内部に配置された、第１電極３と第２電極４を接続する導体６の途中に設けられた負荷５の抵抗を増減させることによって、電流を増減させ、第１電極３において、式（１）の反応によって生成する水酸イオンの生成量を制御する。アルカリ水生成装置１００の内部に配置された負荷５としては、可変抵抗、パワートランジスタ等を用いることができる。また、アルカリ水生成装置１００の第２電極４においては、式（２）の反応によって消耗部材４ａが消耗されるが、本発明によれば、消耗部材４ａは、供給装置９から自動供給されるので、アルカリ水生成装置１００を連続運転することができ、これによって排ガス処理装置１０００を長時間に亘り安定的に運転することができる。
【００７５】
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、排ガス浄化装置１０００の外に排出されるので、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。
【符号の説明】
【００７６】
１  電解質水溶液（アルカリイオン水ともいう）
２  電気化学槽
３  第１電極
４  第２電極
４ａ  消耗部材
４ｂ  集電部
４ｃ  集電部枠体
４ｄ  収容部
４ｅ  押圧部材
５  負荷
６  導体
７  測定部
７ａ  電流計
７ｂ  重量計
８  制御部
９  供給部
９ａ  ストック部
９ｂ  ストッパ
１０  直流電源
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
１００、１０１、１０２  電気化学装置（例えばアルカリ水生成装置）
１０００  排ガス処理装置
ａ  測定信号
ｂ  制御信号
ＡＷ  アルカリ水
Ｌ１〜Ｌ６  配管
【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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【図６】
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