JPH0660918A - 発電装置 - Google Patents

発電装置

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JPH0660918A
JPH0660918A JP4215308A JP21530892A JPH0660918A JP H0660918 A JPH0660918 A JP H0660918A JP 4215308 A JP4215308 A JP 4215308A JP 21530892 A JP21530892 A JP 21530892A JP H0660918 A JPH0660918 A JP H0660918A
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water
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Tadahiro Omi
忠弘 大見
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 化石燃料を殆ど使用せず地球環境を汚染せ
ず、大電力を低コストで実現可能であり、火力発電に代
わり得る発電装置を提供することを目的とする。 【構成】 自己自身は解離しない溶媒に、該溶媒中にお
いて解離する物質を添加してなる溶液を、耐食性、絶縁
性を有する内表面を有する容器の内部に収納し、該溶液
に、仕事関数の小さなアノード電極と、仕事関数が大き
なカソード電極とを対向させて浸漬してなることを特徴
とする。 耐食性と絶縁性を有する内表面を有する容器
と、該容器の内部に大気から遮断されて収納された、無
水フッ化水素液に水を添加してなる溶液と、該溶液に、
相互に対向して浸漬された、耐食性を有し、仕事関数が
小さな材料からなるアノード電極と、耐食性を有し、仕
事関数の大きな材料からなるカソード電極と、熱付与手
段とを有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発電装置に係り、より
詳細には、化石燃料をほとんど全く消費せず、同時に地
球の環境を汚染することもなく、大きな電力を低コスト
で得ることが可能な発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、発電装置は、火力発電装置、水力
発電装置、原子力発電装置、太陽発電装置等に分類され
る。
【０００３】しかし、現在の電力発生の主力である火力
発電装置は、ＣＯ2ガスの発生を伴うため現在地球の温
暖化を招く大きな原因とされており、また、化石燃料で
ある石油や石炭を大量に燃焼させることにに伴う大気汚
染を防止するために多大の公害防止設備を必要としてい
る。
【０００４】水力発電装置は、大気汚染等の問題は有し
ていないが、ダム建設等に多大の用地を要するばかりで
なく、経済的に立地条件の優れたところにはすでに適地
がほとんど存在しないのが実情である。
【０００５】原子力発電装置は、例えば、チェルノブイ
ニにおける事故発生に見られるように、一旦事故が発生
した場合には、環境・人体への影響が極めて大きい。同
時にその原料となるウランも化石燃料の一種であり埋蔵
量は有限である。
【０００６】太陽電池発電装置は、クリーンな電力が得
られるが、コストが高い、装置の寿命が短い、大電力発
電が難しい、という問題を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、化石燃料を
殆ど使用せず地球の環境を汚染することなく、大きな電
力を低コストで得ることが可能な発電装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の発電装置は、自己自身は解離しない溶媒に、
該溶媒中において解離する物質を添加してなる溶液を、
該溶液に対耐食性と電気的な絶縁性を有する内表面を有
する容器の内部に収納し、該容器の内部に収納された前
記溶液に、仕事関数の大きなアノード電極と、仕事関数
が小さなカソード電極とを対向させて浸漬し、かつ、該
溶液に対して、所定の熱を付与する熱付与手段を設けた
ことを特徴とする。
【０００９】ここで、上記溶媒が備えるべき要件は下記
のようになる。
【００１０】液体状態で存在する温度範囲が広く、室
温に近い状態で液体状態で存在すること。
【００１１】解離する物質が添加されない超高純度状
態では、可能な限り電気抵抗率が大きいこと。
【００１２】添加された物質を可能な限り高い割合で
解離して正、負のイオンを発生させ、そのイオン濃度が
可能な限り高くできて、電気抵抗率が小さくできるこ
と。
【００１３】溶媒の循環を効率よく行うため、その粘
性が可能な限り低いこと。
【００１４】溶媒が引火性、可燃性、爆発性を持たな
いこと。
【００１５】さらに、添加する物質に要求される条件は
下記のようになる。
【００１６】上記溶媒中で可能な限り高濃度まで理想
状態に近く解離すること。
【００１７】発生したイオンが、腐食性、反応性を持
たず、アノード電極、カソード電極と電子の授受を行っ
た後に、電極表面に析出吸着せず、ガスまたは液体にな
るものであること。
【００１８】また、カソード電極としては、溶媒中に発
生した正のイオンに可能な限り効率よく電子を与えるた
めに、その仕事関数が可能な限り小さいことが要求され
る。
【００１９】アノード電極としては、溶媒中に発生した
負のイオンから可能な限り効率よく電子を奪うために、
その仕事関数が可能な限り大きいことが要求される。
【００２０】さらに具体的には、本発明の発電装置は、
水分を含むフッ化水素に対する耐食性と電気的な絶縁性
を有する内表面を有する容器と、該容器の内部に大気か
ら遮断されて収納された、無水フッ化水素液に水を添加
してなる溶液と、該溶液に、相互に対向して浸漬され
た、水分を含むフッ化水素に対して耐食性を有し、仕事
関数が大きな材料からなるアノード電極と、水分を含む
フッ化水素に対して耐食性を有し、仕事関数の小さな材
料からなるカソード電極と、該溶液に対して所定の熱を
付与するための熱付与手段と、を少なくとも有すること
を特徴とする。
【００２１】
【作用】以下に本発明の作用を本発明の実施態様例とと
もに説明する。
【００２２】図１に本発明の原理図を示す。
【００２３】なお、作用の説明として、溶媒としてフッ
化水素液、それに添加する物質として水を代表例として
取り上げるが、本発明はかかるものに限定されるわけで
はなく、以下に述べる本発明の原理が適用可能な他の物
質についても本発明範囲に含まれる。
【００２４】図１に示すように、仕事関数が大きな材料
からなるアノード電極１１と、小さな材料からなるカソ
ード電極１２を所定の間隔をあけて対向して配置する。
負荷１０を介してカソード電極１２とアノード電極１１
とを接続し、電極間に水分を含むフッ化水素を満たす
と、電極間にはカソード電極とアノード電極の仕事関数
の差に対応した電位差が発生する。
【００２５】また、フッ化水素に溶解した水は解離し、
Ｈ+とＯＨ-となる。
【００２６】Ｈ+イオンとＯＨ-イオンはそれぞれカソー
ド及びアノード電極側に移動し、 ４Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2 （１） ４ＯＨ-→Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ＋４ｅ- （２） なる反応のもと、水素ガスと酸素ガスを発生するととも
に負荷に電流が流れることになる。すなわち、カソード
電極では、Ｈ+イオンに電子を与えてＨ2を発生させ、ア
ノード電極ではＯＨ-イオンから電子を奪ってＯ2を発生
させる。アノードにおいて発生した ところで、一般的に水自体は、液状態においてＨ+、Ｏ
Ｈ-に解離する。しかし、その解離度は小さく、例えば
中性の水では、Ｈ+、ＯＨ-のイオン濃度は、１０ -7ｍｏ
ｌ／ｌと非常に小さい。従って、かかる水に電極を浸漬
したとしても得られる電流はごく微量でありとても実用
化できるものではない。また、液体塩化水素中に水を添
加した場合は、フッ化水素中に水を添加した場合とは全
く異なる。すなわち、液体塩化水素中に水を添加したと
してもその水はほとんど解離しない。この点をもってし
ても、溶媒としてフッ化水素液を用い、物質として水を
用いることが非常に好ましいことがわかる。
【００２７】しかるに、本発明者は、大気圧で−８３．
５℃から＋１９．５℃の間で液体となるフッ化水素液中
において、水のイオン解離度と水の濃度との関係を調べ
たところ、フッ化水素液中では、水は他の溶液中の場合
とは全く異なり、その解離度は極めて高いことを見いだ
した。その関係をフッ化水素溶液を０℃に保った場合に
ついて図２に示す。
【００２８】図２に示すように、３００ｐｐｍ以下の場
合は、水はＨ+とＯＨ-とに１００％解離することがわか
る。
【００２９】今、水３００ｐｐｍを含むフッ化水素を考
える。このフッ化水素に含まれる水をモル数に換算する
と、 １０００（ｃｍ3）×１．００２（ｇ／ｃｍ3）×３００
×１０-6／１８＝０．０１６７（ｍｏｌ）、 となる。
【００３０】すなわち、１．６７×１０-2（ｍｏｌ／
ｌ）となり、この水は１００％解離しているため、Ｈ+
＝ＯＨ-＝ １．６７×１０-2（ｍｏｌ／ｌ）となる。こ
れは、水溶液系の１０-7（ｍｏｌ／ｌ）に比べ極めて大
きな値であり、本発明の発電装置の大きな特徴となって
いる。
【００３１】次に、本発明の発電装置のシステム例を図
３に示す。
【００３２】図３において、１は発電部であり、内表面
を絶縁処理した容器１３に、アノード電極１１及びカソ
ード電極１２を取り付け、発生した電流を外部に取り出
すための引き出し配線１４，１５が各電極に取り付けて
ある。
【００３３】２は、発電部１で発生するＨ2，Ｏ2ガスを
再び水とするための触媒を有する反応容器である。この
反応容器内に、顆粒化あるいは粉末化したＰｄあるいは
Ｐｄ合金を充填すればよい。また、触媒を顆粒化あるい
は粉末化する代わりに、この反応容器内に、例えば、Ｐ
ｄあるいはＰｄ合金（例えば、Ｐｄ−１０Ａｇ−１０Ａ
ｕ）からなる管を束ね断面をハニカム状として収納して
もよい。この時、Ｈ2との接触面積を大きくするため細
管が好ましく、例えば、内径１．０〜１．５ｍｍ、肉厚
約８０μｍ、長さ７０ｃｍ程度のものをハニカム状に束
ねたものが用いられる。
【００３４】３は、熱交換器（加熱・冷却機能を備え
る）、４は、水を含むフッ化水素の溶液を循環させるた
めの循環ポンプ（圧送手段）、５は内表面を絶縁処理し
た配管である。
【００３５】図３のシステムの内部に、所定の濃度の水
を含むフッ化水素の溶液を加圧状態で入れる。このとき
の圧力は１〜１０ｋｇ／ｃｍ2程度である。安全性確保
のために装置全体は７０ｋｇ／ｃｍ2程度の耐圧構造に
することが好ましい。理由は、フッ化水素溶液の臨界温
度が１８８℃、臨界圧力６６．１６ｋｇ／ｃｍ2である
ことによる。
【００３６】その後、フッ化水素を、加熱冷却器３で冷
却し液温を１９．５℃〜−３０℃程度の所定の温度に保
つ。フッ化水素酸の導電率の温度変化を図４に示す。直
線Ａ，Ｂ，Ｃは、水分量がそれぞれ１０ｐｐｍ，３５ｐ
ｐｍ，１３５ｐｐｍの場合の温度変化を示す。図４から
わかるように、温度が下がると液の抵抗率は上昇するた
め動作温度の下限は−３０℃程度が好ましい。この状態
で、引き出し配線間に負荷を接続すると、前述した通
り、電極反応が起こり、負荷にカソード電極からアノー
ド電極に向かって電流が流れる。負荷に発生する電圧
は、アノード電極の仕事関数Ｗaとカソード電極の仕事
関数Ｗbの差［Ｗa−Ｗb］から０．５Ｖ程度減少した値
になる。
【００３７】発電部１で発生したＨ2，Ｏ2ガスはフッ化
水素溶液とともに反応容器２に流れ込み反応容器内で触
媒と接触し、次式で表されるようにＨ2分子が水素ラジ
カル（Ｈ*）となる。
【００３８】 Ｐｄ＋Ｈ2→Ｐｄ＋２Ｈ* （３） この水素ラジカルが酸素分子と反応して水を生成する。
【００３９】 １／２Ｏ2＋２Ｈ*→Ｈ2Ｏ （４） 生成したＨ2Ｏはフッ化水素中ですぐさまイオンに解離
する。
【００４０】 Ｈ2Ｏ→Ｈ+＋ＯＨ- −Ｑ （５） （Ｑは反応熱） 上式に示すように、水の解離は吸熱反応であるため、フ
ッ化水素液から熱が奪われ、循環を繰り返すにつれ液温
は低下する。液温が低下するとフッ化水素の電気伝導度
は低下し、発電部１で得られる電流は減少してします。
そこで、熱交換器３（フッ化水素液に熱を付与するため
の熱付与手段）により熱を加えて液温を前記所定の温度
に保つようにする。
【００４１】図３では、液の加熱と冷却をともに行える
加熱・冷却機能を有する熱交換器を用いたが、加熱器と
冷却器を一体とする必要はなく、別々に設けてもよい。
なお、例えば、フッ化水素液に圧力を加えておけば、沸
点が上昇するため、必ずしも冷却機能を必要としない。
【００４２】フッ化水素溶液の各温度における蒸気圧を
表１に示す。圧力をそれぞれ２．８ｋｇ／ｃｍ2，１
０．８ｋｇ／ｃｍ2以上加えておけば、液温５０℃、１
００℃になってもフッ化水素は液体状態になっている。
【００４３】
【表１】 なお、冷却器は、システムの稼働初期にのみ必要なもの
であるため、特に専用のものを設置する必要はない。ま
た、加熱付与手段により付与する熱のエネルギー源とし
ては、太陽エネルギー、地熱エネルギー、焼却炉の廃熱
エネルギーのほか、動作温度が低いため海水等の熱エネ
ルギーを利用することが可能である。
【００４４】図３のシステムにおいて例えば、アノード
電極にＰｔ、カソード電極にＬａＢ 6を用いると、Ｐ
ｔ，ＬａＢ6の仕事関数がそれぞれ５．６４〜５．９３
ｅＶ及び２．６６〜２．７６ｅＶであるため、仕事関数
差は、２．９８〜３．２７ｅＶ程度となり、カソード電
極・アノード電極間の起電圧を、２．０〜２．５Ｖ程度
にすることが可能となる。
【００４５】従って、電極電位及びフッ化水素の抵抗損
失を差し引いても、２Ｖまたはそれ以上の起電力を得る
ことが可能である。
【００４６】また、３００ｐｐｍの水を含むフッ化水素
の流量を毎秒１ｃｍ3とし、Ｈ+及びＯＨ-の電極反応を
１００％となるように発電部を設計すると、１ｃｍ3の
フッ化水素溶液中に含まれるイオン量は、 Ｈ+＝ＯＨ-＝９×１０18イオン／ｃｍ3 であるため、毎秒 ９×１０18（電子／ｃｍ3）×１．６×１０-19クーロン
／電子＝１．４４クーロン の電子が負荷を流れることになり、１．４４Ａの電流が
得られる。
【００４７】従って、電力として、（起電圧は、電圧の
損失を見込んで、２Ｖとする） ２Ｖ×１．４４Ａ＝２．８８Ｗ が得られる。
【００４８】この値は、水分含有量３００ｐｐｍのフッ
化水素の流量が１ｃｍ3／秒の場合であり、フッ化水素
の流量を１ｍ3／秒、１０００ｍ3／秒のシステムを製造
すれば、２，８８０ｋＷ，２８８万ｋＷの大容量発電装
置とすることが可能である。フッ化水素中の水の含有量
を増加すれば、発電量はさらに増加する。
【００４９】アノード電極とカソード電極との間隔Ｗと
面積Ｓについて触れておく。
【００５０】３００ｐｐｍの水分を含有するフッ化水素
溶液の０℃における電気抵抗率ρ1は、１２５Ω・ｃｍ
程度である。水分を殆ど全く含まないフッ化水素溶液の
電気抵抗率ρ0は未だ決定されていないが、図２から１
０7Ω・ｃｍ程度以上となると考えられる。一方、アノ
ード電極、カソード電極におけるイオン反応を殆ど１０
０％程度に効率よく起こそうとすると、電流密度Ｊ（Ａ
／ｃｍ2）は１０ｍＡ／ｃｍ2から１００Ａ／ｃｍ2とす
ることが望ましい。水を含むフッ化水素溶液の抵抗率を
ρ1（Ω・ｃｍ）とすると、アノード電極・カソード電
極間の電圧降下ΔＶは、 ΔＶ＝ρ1ＷＪ（Ｖ） で与えられる。ρ1＝１２５Ω・ｃｍ、Ｊ＝１０ｍＡ／
ｃｍ2〜１０００ｍＡ／ｃｍ2とすると、 ΔＶ＝１．２５Ｗ（Ｖ）〜１２．５Ｗ（Ｖ） となる。Ｗ＝１×１０-2ｃｍ＝１００μｍとすると、 ΔＶ＝０．０１２５Ｖ〜０．１２５Ｖ となり、起電力２Ｖ程度に比べて無視できる。
【００５１】Ｗ＝１ｍｍとすると、 ΔＶ＝０．１２５Ｖ〜１．２５Ｖ となり、電流密度Ｊが大きくなると、アノード電極、カ
ソード電極間の電圧降下が大きくなりすぎて、外部に大
きな起電力を発生することができなくなる。電流密度を
大きくとるときには、アノード電極、カソード電極間隔
Ｗを狭くし、かつ、フッ化水素溶液中の水分含有量を、
１，０００ｐｐｍ〜１０，０００ｐｐｍと多くすること
が求められる。電極面におけるイオン反応効率、電流密
度は、間隔Ｗと液の流速を変えて制御する。フッ化水素
溶液中の水分量が低くなると、液の抵抗率ρ1が高くな
り、流せる電流密度が小さくなって、アノード電極・カ
ソード電極の面積を大きくせざるを得なくなり、効率的
でない。
【００５２】カソード電極とアノード電極が一対設けら
れた図３の例では、発電システムの出力電圧が２Ｖ程度
となり、このままではその後の電力変換システムでの損
失の割合が大きくなるため効率が悪くなる。従って、図
５に示すように発電部の電極を多段にし、発電部での出
力電圧を予め数１０Ｖから数万Ｖ程度とすることが好ま
しい。もちろん始めから数十万Ｖ、数百万Ｖとしてもよ
いことはいうまでもないが、電力変換システムとの整合
性で決めればよい。
【００５３】図５において、容器内は、絶縁性の仕切板
（例えば、テフロン、ＰＦＡ等のフッ素樹脂）５１，５
１’、５１”、・・・、５２、５２’，５２”，・・
・，５３，５４及び電極で区切られており、１つの部屋
が１つの単位セルを構成している。図面上左端の電極１
１は仕事関数の大なる電極（例えば、Ｐｔ，Ｐｄ，Ａ
ｕ，Ｎｉ）、、右端の電極１２は仕事関数の小さな電極
（例えば、ＬａＢ6，ＴｉＮ）であり、間に設けられた
電極はＰｔ（１１’，１１’’，１１’’’・・・）と
ＬａＢ6（１２’，１２’’，１２’’’・・・）を貼
り合わせた電極である。また、ステンレス等の金属の表
裏にＰｔとＬａＢ6をコーテイングまたは貼り付けたも
のを用いてもよいことはいうまでもない。各セルが全く
同一に構成され、同じ量のフッ化水素溶液が流れるよう
にすれば、図面上右端のカソード電極と左端のアノード
電極の間に発生する起電力は、１セルの場合の段数倍さ
れた値になる。流れる電流は１セルの場合と同じであ
る。
【００５４】仕切板５２，５２’・・のフッ化水素溶液
の流れの方向の長さは、電極の大きさ、電極間距離、フ
ッ化水素の抵抗率、流速、段数等と関連して設計される
が、各セル間の電流のリークを防ぐために略々電極長さ
以上とすることが好ましい。また、仕切板５１，５
１，’・・・は、フッ化水素中の電極反応によりＨ+及
びＯＨ-がＨ2，Ｏ2に変換されるため、仕切板５２，５
２’，・・・より短く設計する。
【００５５】多段にする方法としては、図５の他に、単
位セルを図５に示すと同じように複数個接続して単位ユ
ニット６とし、図６（ａ），（ｂ）に示すように、単位
ユニット６１の入口６０同士を主入口管６３で接続し、
出口６５同士を主出口管６４で接続する。そして、主入
口管６３と主出口管６４とを反応容器（図示せず）と圧
送手段（図示せず）を介して閉じた循環系（クローズト
システム）とする。かかる構成とすれば、さらに高い出
力電圧を得ることができる。なお、アースに対して正の
電圧を得るときには、図６（ａ）に示すように左端のア
ノード電極を接地すればよいし、負の電圧を得るときに
は、右端のカソード電極６６を接地すればよい。出力電
圧として絶対値が等しい正及び負の電圧が必要な時は、
図６（ｂ）に示すように中点を接地すればよい。こうし
ておくと、直流交流変換が極めて容易に行える。
【００５６】図６において、ｎは段数、Ｖ0は単位ユニ
ットで発生する起電力である。
【００５７】なお、主入口管６３への導入口６８を、例
えば、図６（ａ）に示すように図面上において左側に設
けた場合には、主出口管６４の排出口６９は図６（ａ）
に示すように図面における右側に設けることが各単位ユ
ニット６１に均一に溶液を供給する上から好ましい。
【００５８】また、各単位ユニット６１を、主入口管６
３、主出口管６４に着脱自在に取り付けておけば、単位
ユニットのいずれか一つが故障した場合、系全体の運転
を停止することなく故障した単位ユニットのみを取り外
して修理することができる。その際、修理する単位ユニ
ットの両隣の単位ユニットの電極が自動的に接続さえる
ような回路（図示せず）を設けておけばよい。なお、各
単位ユニット６１の入口６０、出口６５に、分岐バルブ
（三方バルブ）を設けておけば、各単位ユニット６１中
の溶液の取り出し、交換を容易に行うことができる。ま
た入口６０、出口６５上に流量計等を設けておいてもよ
い。
【００５９】図５のシステムは、例えば、図７に示すよ
うにして、各種用途用の電源として用いることができ
る。
【００６０】図７おいて、７１は、図５に示したシステ
ムであり、引き出し端子を、直流・交流変換器７２に接
続し、発電システムの直流電力を所要の周波数の交流に
変換する。直流・交流変換器７２の出力はトランス７３
により所望の電圧に昇圧され、交流・直流変換器７４で
再び直流に変換され、電気装置・電気機器等に供給され
る。ここで、交流の周波数としては、変換効率の点から
１ＫＨｚ〜１０ＭＨｚとすることが好ましい。
【００６１】同一の電力に対するトランスの大きさは、
略々交流電力の周波数が高くなると周波数の平方根の逆
数に比例して小さくなり、小型軽量化される。取り扱う
電力が、比較的小電力の個別の電力発生の場合には、直
流交流変換器、交流直流変換器に使われる半導体電力交
換回路の周波数特性が優れており、１００ＫＨｚ〜１０
ＭＨｚ程度の周波数とすることが望ましい。
【００６２】従来の発電所における使用の場合には、既
設の送電網等をそのまま使用するために、直流交流変換
器で５０Ｈｚ／６０Ｈｚとすればよい。直流送電網が普
及した場合は、所定の送電電圧に昇圧するために最適な
周波数に変換してトランスにより昇圧し、交流直流変換
器により直流に戻して、送電網に乗せればよい。
【００６３】
【実施態様例】
（溶媒、添加物質）本発明における溶媒は、自己自身は
解離しない溶媒であり、この溶媒に添加する物質は、該
溶媒中において解離する物質である。
【００６４】かかる組み合わせとしては、例えば、溶媒
としてのフッ化水素、添加物質としての水の組み合わせ
があげられる。
【００６５】添加物質の濃度は、具体的な溶媒と添加物
質の組み合わせによって変わるが、例えば、フッ化水素
と水との組み合わせの場合は、水の添加量は、１％以下
が好ましい。一方、図２より抵抗率があまり大きくなら
ないように１０ｐｐｍ以上が必要である。
【００６６】すなわち、無水フッ化水素自体は、腐食性
は、強くはないが、水が添加されると腐食性が増し、水
の添加量が１％を越えると後述するアノード電極あるい
はカソード電極を腐食する。従って、腐食を防止する上
からは１％以下とすることが好ましいことになる。一
方、１０ｐｐｍ以下の場合は、添加した水は１００％解
離するがイオン濃度が少なくなるため、フッ化水素溶液
の電気抵抗率が数ｋΩ・ｃｍ以上と高くなりすぎて効率
のよい発電システムが組めなくなる。
【００６７】なお、本発明において、溶媒として自己自
身が解離しないものを用いるのは次の理由に基づく。す
なわち、発電装置として、大きな電力を得るためには、
図５に示すように、電極を多段に配置することが好まし
い。しかるに、溶媒が解離してしまうと、解離により生
成したイオン自身が電荷の運び手となり、他の電極との
間で電流を流してしまう。これは、電力損失となる。さ
らに、溶媒自身が電離して、電極におけるイオン反応に
よりガスに変わるということでは、安定な電力発生が維
持できないからである。
【００６８】なお、添加する水としては、下記の水質を
有するものを用いることが好ましい。
【００６９】 抵抗率（ＭΩ・ｃｍ ２５℃） ＞１８ パーテイクル（ｐｓ／ｃｃ）＞０．１μｍ ＜２０ ＴＯＣ（μｇＣ／ｌ） ＜５０ 溶存酸素（μｇＯ／ｌ） ＜１００ （電極）本発明で用いるアノード電極及びカソード電極
は、その仕事関数の差が大きければ大きい程好ましい。
外部に発生する起電圧を大きくできるからである。た
だ、前述したように水分を含むフッ化水素は腐食性が高
いため、それに対する耐食性を有していなければならな
い。かかる材料としては、例えば、アノード電極として
は、Ｐｔ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｄ等があげられる。特に、Ｐ
ｄをアノード電極として使用する場合には、電極でＨ2
が発生するとともにＨ*となるため容器内で水に戻る効
果が期待され、装置のより小型化が可能となる。かかる
観点からはＰｄが好ましく使用される。
【００７０】また、カソード電極としては例えば、Ｌａ
Ｂ6，ＴｉＮ，ＮｂＣ，Ｗ2Ｃ，ＺｒＮ，ＺｒＣあるいは
Ｃｓ等があげられる。もちろん水分を含むフッ化水素溶
液と接触する部分がかかる材料から構成されていればよ
く、従って、適宜の材料を母材としてその表面をかかる
材料で被覆して電極としてもよい。
【００７１】ただ、一般的にかかる材料表面には、ごく
薄いとはいえ酸化膜等が形成されていたり、不純物が付
着している。かかる酸化膜あるいは不純物の存在は、電
極表面における反応を妨げる。しかるに、本発明では、
溶液として、水分を含むフッカ水素を用いているため、
電極をこの溶液に浸漬するだけで、かかる酸化膜あるい
は不純物を除去することができ、ひいては、電極の活性
な表面を露出させることができる、という大きな利点を
有している。このように、本発明において水分を含むフ
ッカ水素溶液を用いることが好ましい理由の一つがここ
にある。
【００７２】また、対向する電極間の距離は、できるだ
け小さいほうが好ましい。距離が大きいと、電極間にお
ける水分を含むフッ化水素溶液の有する電気的抵抗のた
め得られる電圧が減少してしまうためである。具体的に
は１ｃｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下がより好ましい。
下限は、溶液を循環させる場合の圧損あるいは製造の困
難性等を勘案して適宜決定すればよいが、好ましくは、
０．１ｍｍ〜０．３ｍｍである。
【００７３】なお、参考のため、各電極の仕事関数値を
下記に示す。
【００７４】・アノード電極 Ａｕ ５．１〜５．４７ｅＶ Ｎｉ ５．０４〜５．３５ｅＶ Ｐｔ ５．６４〜５．９３ｅＶ Ｐｄ ５．５５ｅＶ ・カソード電極 ＬａＢ6 ２．６６〜２．７６ｅＶ ＴｉＮ ２．９２ｅＶ ＮｂＣ ２．２４〜４．１ｅＶ Ｗ２Ｃ ２．６〜４．５８ｅＶ ＺｒＮ ２．９２ｅＶ ＺｒＣ ２．１８〜４．２２ｅＶ Ｃｓ １．９５ｅＶ なお、仕事関数の値に幅があるものは、結晶構造、製造
方法に依存するためである。
【００７５】（容器）本発明では、水分を含むフッ化水
素溶液を収納する容器として、その内部（すなわち、フ
ッ化水素溶液を収納する部分）が大気から遮断されたも
のを用いる。フッ化水素液は大気と接触すると大気から
水分を吸収する。従って、それを防止するために大気か
ら遮断する。
【００７６】なお、容器の材料としては、水分を含むフ
ッ化水素に対する耐食性を有する材料であればよい。例
えば、フッ素系樹脂（より具体的例としては、テフロ
ン：デユポン社の登録商標、あるいはＰＦＡ等）を用い
ればよい。もちろん水分を含むフッ化水素溶液と接触す
る部分のみを例えば、テフロンにより構成すればよく、
従って、例えば、ステンレス鋼の内表面にテフロンある
いはＰＦＡをライニングしてもよい。そのほか、例え
ば、化学量論比を略満足するフッ化不動態膜を表面に形
成した金属材料により構成してもよい。さらに、化学量
論比を略満足するフッ化不動態膜を表面に形成した金属
材料表面にフッ素系樹脂をライニングしたものを用いる
ことが最も好ましい。なお、フッ化不動態膜を形成する
母材となる金属材料としては、純鉄あるいはステンレス
鋼（特にＳＵＳ３１６Ｌ）やアルミニウム合金、マグネ
シウム合金を用いることが好ましい。これらの金属材料
上に形成されるフッ化不動態膜（ＦｅＦ2，ＡｌＦ3，Ｍ
ｇＦ2）は極めて緻密であり、水分を含むフッ化水素に
対しても極めて高い耐食性を示すと共に電気的絶縁性に
も優れている。なお、かかるフッ化不動態膜は、例え
ば、特開平２−２７０９６４号公報に示される形成技術
を用いればよい。
【００７７】なお、フッ化水素の沸点は、１９．６℃で
あり、常温では、気体に変わる可能性がある。そこで、
気化を防止するために圧力を加えておけば良い。例え
ば、１１ｋｇ／ｃｍ2程度の圧力を加えておけば、温度
が１００℃となったとしても気化を防止することができ
る。この点は作用の欄において前述した通りである。
【００７８】その際、圧力に対する強度をもたすため
に、上記したように下地に金属を用いその上にテフロ
ン、ＰＦＡ等を内貼りした材料を用いたり、化学量論比
を略満足するフッ化不動態膜を表面に形成した金属材料
の表面にテフロン、ＰＦＡ等をコーテイング、ライニン
グを用いることが好ましい。また、コストの低減とな
る。
【００７９】（循環系・・クローズトシステム）本発明
では、電極における反応により水素と酸素が発生する。
この水素と酸素は系外に取り出し、例えば、燃料電池の
原料としてもよい。その場合には、消費された水の補給
を行う。
【００８０】ただ、取り出した場合には、消費された水
の補給を行わなければならず、その為の管理のわずらわ
しさが伴う。また、補給時にフッ化水素を大気に晒すこ
とともなりかねない。
【００８１】そこで、本発明では、この水素と酸素を再
度系内に戻すクローズトシステムとすることが好まし
い。すなわち、容器に入口及び出口を設けておき、この
入口と出口とを、容器内の溶液を圧送するための圧送手
段を介して配管で接続する。そして、配管途中には水素
と酸素とを反応させるためのＰｄ等の触媒を含む反応容
器を設けておく。
【００８２】このような構成としておけば、Ｈ2，Ｏ2ガ
スは反応容器内で触媒と接触し、次式で表されるように
Ｈ2分子がラジカル（Ｈ*）となる。
【００８３】 Ｐｄ＋Ｈ2→Ｐｄ＋２Ｈ* （６） この水素ラジカルが酸素分子と反応して水を生成する。
【００８４】 １／２Ｏ2＋２Ｈ*→Ｈ2Ｏ （７） 生成したＨ2Ｏはフッ化水素に導入されすぐさまイオン
に解離する。
【００８５】 Ｈ2Ｏ→Ｈ+＋ＯＨ- −Ｑ （８） （Ｑは反応熱） なお、かかる構成の場合フッ化水素液の循環に伴う圧損
が危惧されるが、フッ化水素の粘性は他の溶液に比べて
極めて小さく（なお、表２にフッ化水素と水の特性値を
示す）、従って、得られる電力に比べると溶液圧送に要
する電力は極めて少ない。このように、循環系とする場
合、溶媒としてフッ化水素を用いることが極めて有利で
あり、上記循環系は、フッ化水素のかかる特性を巧みに
利用しているものである。また、外部から補給を必要と
するものは熱だけであり、メインテナンスがきわめて容
易である。
【００８６】
【表２】
【００８７】
【実施例】
（実施例１）図３に示す構成のシステムを用い本発明の
第１の実施例を説明する。
【００８８】図３において、１は発電部であり、表面を
テフロン（デユポン社の登録商標）でライニング加工し
たステンレス容器１３に、Ｐｔのアノード電極１１及び
ＬａＢ6のカソード電極１２が取り付けてある。電極
は、長さ１５×幅１０ｃｍ、電極感覚は１００μｍとし
た。１４，１５は電流を取り出すための引き出し配線で
ある。２は内径１．３ｍｍ、肉厚８０μｍ、長さ３５ｃ
ｍのＰｄ（８０）−Ａｇ（１０）−Ａｕ（１０）の管を
３０本ハニカム状に詰めた内表面をテフロンでライニン
グ加工したステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）製の容器であ
る。
【００８９】３は恒温槽である。４は、発電部１、容器
２、恒温槽３及び配管中にフッ化水素溶液を循環させる
ためのポンプである。６は温度測定器である。
【００９０】無水フッ化水素（純度９９．９９％）に３
００ｐｐｍの水を添加したフッ化水素溶液を導入した。
【００９１】まず、フッ化水素溶液を、１ｃｃ／秒の流
量で循環しながら、温度測定器６の出力を恒温槽にフィ
ードバックし、フッ化水素溶液を常に０℃に保つように
した。
【００９２】この状態で、引き出し配線１４，１５の間
に抵抗を介して接続し、電位差を測定したところ、２．
０Ｖの電圧が得られた。また、１．４Ａの電流が得られ
た。
【００９３】（実施例２）図８は本発明の第２の実施例
を示す図である。
【００９４】発電部の電極を２組設け、高い起電力を発
生するための装置である。
【００９５】図の１１はＰｔ電極、１２はＬａＢ6、１
６は、図面上左側がＬａＢ6１１’、右側がＰｔ１２’
とした電極である。８１，８２はセルと分離する絶縁性
の仕切板であり、本実施例ではテフロンを用いた。他の
番号は図３と同様である。
【００９６】電極の大きさは１５×１０ｃｍ、電極間距
離は１００μｍとし、仕切板８１，８２の長さをそれぞ
れ５ｃｍ，１５ｃｍとした。
【００９７】実施例１と同様にして、無水フッ化水素に
３００ｐｐｍの水を含む溶液を系内に導入し、２ｃｍ3
／秒の流量で水分を含むフッ化水素溶液を循環した。こ
のとき、引き出し先１４と１５の端子間電圧は４．０Ｖ
を示し、得られた電流は１．４Ａであった。
【００９８】
【発明の効果】本発明によれば、化石燃料を殆ど全く使
用せず、地球の環境を汚染することなく、大きな電力を
低コストで得ることが可能な発電装置を提供することが
できる。
【００９９】すなわち、火力発電、原子力発電等の現在
主力をなしている発電装置にも代わり得る電力量の発電
が可能であり、また、環境問題等の発生もないクリーン
なエネルギーを得ることが可能な発電装置を提供するこ
とができる。
【０１００】もちろん本発明の発電装置は、電極の数に
より小型化あるいは逆に大型化も可能であるため、例え
ば、自家発電用としても容易かつ安価に各家庭に備え付
けることも可能であり、自動車等にも使用できる。さら
に、人工衛星に搭載し、現在使用している太陽電池に代
替することも可能である。
【０１０１】また、例えば、懐中電灯用等の小型電池と
しての利用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明するための原理概念図であ
る。
【図２】フッ化水素中における水の濃度と解離度との関
係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例を示す発電装置の概念図であ
る。
【図４】水を含むフッ化水素の導電率と温度との関係を
示すグラフである。
【図５】本発明の変形例を示す発電装置の概念図であ
る。
【図６】本発明の他の変形例を示す発電装置の概念図で
ある。
【図７】本発明の発電装置を用いた各種用途用電源の構
成例を示す概念図である。
【図８】本発明の他の実施例を示す発電装置の概念図で
ある。
【符号の説明】 １ 発電装置、 ２ 反応容器、 ３ 加熱冷却器（熱付与手
段）、 ４ ポンプ、 ５ 配管、 ６ 温度測定器、 １１，１１’，１１’’ アノード電極、 １２，１２’，１２’’ カソード電極、 １０ 負荷、 １３ 容器、 １４，１５ 引出し配線、 ５１，５１’，５１’’、５２，５２’，５２’’
仕切板、 ６０ 入口、 ６１ 単位ユニット、 ６３ 主入口管、 ６４ 主出口管、 ６５ 出口、 ６６ アノード電極、 ６７ カソード電極、 ６８ 導入口、 ６９ 排出口、 ７１ 発電装置、 ７２ 直流交流交換器、 ７３ トランス、 ７４ 交流直流交換器、 ８１，８２ 仕切板。
【手続補正書】
【提出日】平成４年９月３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 発電装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発電装置に係り、より
詳細には、化石燃料をほとんど全く消費せず、同時に地
球の環境を汚染することもなく、大きな電力を低コスト
で得ることが可能な発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、発電装置は、火力発電装置、水力
発電装置、原子力発電装置、太陽発電装置等に分類され
る。
【０００３】しかし、現在の電力発生の主力である火力
発電装置は、ＣＯ2ガスの発生を伴うため現在地球の温
暖化を招く大きな原因とされており、また、化石燃料で
ある石油や石炭を大量に燃焼させることにに伴う大気汚
染を防止するために多大の公害防止設備を必要としてい
る。
【０００４】水力発電装置は、大気汚染等の問題は有し
ていないが、ダム建設等に多大の用地を要するばかりで
なく、経済的に立地条件の優れたところにはすでに適地
がほとんど存在しないのが実情である。
【０００５】原子力発電装置は、例えば、チェルノブイ
ニにおける事故発生に見られるように、一旦事故が発生
した場合には、環境・人体への影響が極めて大きい。同
時にその原料となるウランも化石燃料の一種であり埋蔵
量は有限である。
【０００６】太陽電池発電装置は、クリーンな電力が得
られるが、コストが高い、装置の寿命が短い、大電力発
電が難しい、という問題を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、化石燃料を
殆ど使用せず地球の環境を汚染することなく、大きな電
力を低コストで得ることが可能な発電装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の発電装置は、自己自身は解離しない溶媒に、
該溶媒中において解離する物質を添加してなる溶液を、
該溶液に対耐食性と電気的な絶縁性を有する内表面を有
する容器の内部に収納し、該容器の内部に収納された前
記溶液に、仕事関数の小きなアノード電極と、仕事関数
が大さなカソード電極とを対向させて浸漬し、かつ、該
溶液に対して、所定の熱を付与する熱付与手段を設けた
ことを特徴とする。
【０００９】ここで、上記溶媒が備えるべき要件は下記
のようになる。
【００１０】液体状態で存在する温度範囲が広く、室
温に近い状態で液体状態で存在すること。
【００１１】解離する物質が添加されない超高純度状
態では、可能な限り電気抵抗率が大きいこと。
【００１２】添加された物質を可能な限り高い割合で
解離して正、負のイオンを発生させ、そのイオン濃度が
可能な限り高くできて、電気抵抗率が小さくできるこ
と。
【００１３】溶媒の循環を効率よく行うため、その粘
性が可能な限り低いこと。
【００１４】溶媒が引火性、可燃性、爆発性を持たな
いこと。
【００１５】さらに、添加する物質に要求される条件は
下記のようになる。
【００１６】上記溶媒中で可能な限り高濃度まで理想
状態に近く解離すること。
【００１７】発生したイオンが、腐食性、反応性を持
たず、アノード電極、カソード電極と電子の授受を行っ
た後に、電極表面に析出吸着せず、ガスまたは液体にな
るものであること。
【００１８】また、カソード電極としては、溶媒中に発
生した正のイオンに可能な限り効率よく電子を与えるた
めに、その仕事関数が可能な限り大きいことが要求され
る。
【００１９】アノード電極としては、溶媒中に発生した
負のイオンから可能な限り効率よく電子を奪うために、
その仕事関数が可能な限り小さいことが要求される。
【００２０】さらに具体的には、本発明の発電装置は、
水分を含むフッ化水素に対する耐食性と電気的な絶縁性
を有する内表面を有する容器と、該容器の内部に大気か
ら遮断されて収納された、無水フッ化水素液に水を添加
してなる溶液と、該溶液に、相互に対向して浸漬され
た、水分を含むフッ化水素に対して耐食性を有し、仕事
関数が小さい材料からなるアノード電極と、水分を含む
フッ化水素に対して耐食性を有し、仕事関数の大きな材
料からなるカソード電極と、該溶液に対して所定の熱を
付与するための熱付与手段と、を少なくとも有すること
を特徴とする。
【００２１】
【作用】以下に本発明の作用を本発明の実施態様例とと
もに説明する。
【００２２】図１に本発明の原理図を示す。
【００２３】なお、作用の説明として、溶媒としてフッ
化水素液、それに添加する物質として水を代表例として
取り上げるが、本発明はかかるものに限定されるわけで
はなく、以下に述べる本発明の原理が適用可能な他の物
質についても本発明範囲に含まれる。
【００２４】図１に示すように、仕事関数が小さな材料
からなるアノード電極１１と、大きな材料からなるカソ
ード電極１２を所定の間隔をあけて対向して配置する。
負荷１０を介してカソード電極１２とアノード電極１１
とを接続し、電極間に水分を含むフッ化水素を満たす
と、電極間には仕事関数の小さなアノード電極から仕事
関数の大きなカソード電極へ負荷を介して電子が流れよ
うとするから、電位差が発生する。
【００２５】また、フッ化水素に溶解した水は解離し、
Ｈ+とＯＨ-となる。
【００２６】Ｈ+イオンとＯＨ-イオンはそれぞれカソー
ド及びアノード電極側に移動し、 ４Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2 （１） ４ＯＨ-→Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ＋４ｅ- （２） なる反応のもと、水素ガスと酸素ガスを発生するととも
に負荷に電流が流れることになる。すなわち、カソード
電極では、Ｈ+イオンに電子を与えてＨ2を発生させ、ア
ノード電極ではＯＨ-イオンから電子を奪ってＯ2を発生
させる。アノードにおいて発生したＨ２Ｏは、フッ化水
素溶液中で再び熱エネルギーを得て、Ｈ＋，ＯＨ−イオ
ンに解離する。
【００２７】ところで、一般的に水自体は、液状態にお
いてＨ+、ＯＨ-に解離する。しかし、その解離度は小さ
く、例えば中性の水では、Ｈ+、ＯＨ-のイオン濃度は、
１０ -7ｍｏｌ／ｌと非常に小さい。従って、かかる水に
電極を浸漬したとしても得られる電流はごく微量であり
とても実用化できるものではない。また、液体塩化水素
中に水を添加した場合は、フッ化水素中に水を添加した
場合とは全く異なる。すなわち、液体塩化水素中に水を
添加したとしてもその水はほとんど解離しない。この点
をもってしても、溶媒としてフッ化水素液を用い、物質
として水を用いることが非常に好ましいことがわかる。
【００２７】しかるに、本発明者は、大気圧で−８３．
５℃から＋１９．５℃の間で液体となるフッ化水素液中
において、水のイオン解離度と水の濃度との関係を調べ
たところ、フッ化水素液中では、水は他の溶液中の場合
とは全く異なり、その解離度は極めて高いことを見いだ
した。その関係をフッ化水素溶液を０℃に保った場合に
ついて図２に示す。
【００２８】図２に示すように、Ｈ２Ｏ濃度１８０ｐｐ
ｍ，１，８００ｐｐｍ，１８，０００ｐｐｍ（１．８
％）でそれぞれフッ化水素液の電気伝導度が５×１０-3
ｓ・ｃｍ-1，３×１０-2ｓ・ｃｍ-1，１×１０-1ｓ・ｃ
ｍ-1となっている。特に、Ｈ２Ｏ濃度が３００ｐｐｍ以
下の場合は、水はＨ+とＯＨ-とに１００％解離すること
がわかる。
【００２９】今、水３００ｐｐｍを含むフッ化水素を考
える。このフッ化水素に含まれる水をモル数に換算する
と、 １０００（ｃｍ3）×１．００２（ｇ／ｃｍ3）×３００
×１０-6／１８＝０．０１６７（ｍｏｌ）、 となる。
【００３０】すなわち、１．６７×１０-2（ｍｏｌ／
ｌ）となり、この水は１００％解離しているため、Ｈ+
＝ＯＨ-＝ １．６７×１０-2（ｍｏｌ／ｌ）となる。こ
れは、水溶液系の１０-7（ｍｏｌ／ｌ）に比べ極めて大
きな値であり、本発明の発電装置の大きな特徴となって
いる。水の濃度をさらに高めれば、Ｈ＋，ＯＨ−濃度は
さらに高くなる。
【００３１】次に、本発明の発電装置のシステム例を図
３に示す。
【００３２】図３において、１は発電部であり、内表面
を絶縁処理した容器１３に、アノード電極１１及びカソ
ード電極１２を取り付け、発生した電流を外部に取り出
すための引き出し配線１４，１５が各電極に取り付けて
ある。
【００３３】２は、発電部１で発生するＨ2，Ｏ2ガスを
再び水とするための触媒を有する反応容器である。この
反応容器内に、顆粒化あるいは粉末化したＰｄあるいは
Ｐｄ合金を充填すればよい。また、触媒を顆粒化あるい
は粉末化する代わりに、この反応容器内に、例えば、Ｐ
ｄあるいはＰｄ合金（例えば、Ｐｄ−１０Ａｇ−１０Ａ
ｕ）からなる管を束ね断面をハニカム状として収納して
もよい。この時、Ｈ2との接触面積を大きくするため細
管が好ましく、例えば、内径１．０〜１．５ｍｍ、肉厚
約８０μｍ、長さ７０ｃｍ程度のものをハニカム状に束
ねたものが用いられる。
【００３４】３は、熱交換器（加熱・冷却機能を備え
る）、４は、水を含むフッ化水素の溶液を循環させるた
めの循環ポンプ（圧送手段）、５は内表面を絶縁処理し
た配管である。
【００３５】図３のシステムの内部に、所定の濃度の水
を含むフッ化水素の溶液を加圧状態で入れる。このとき
の圧力は１〜１０ｋｇ／ｃｍ2程度である。安全性確保
のために装置全体は７０ｋｇ／ｃｍ2程度の耐圧構造に
することが好ましい。理由は、フッ化水素溶液の臨界温
度が１８８℃、臨界圧力６６．１６ｋｇ／ｃｍ2である
ことによる。
【００３６】その後、フッ化水素を、加熱冷却器３で冷
却し液温を４０℃〜−３０℃程度の所定の温度に保つ。
フッ化水素酸の導電率の温度変化を図４に示す。直線
Ａ，Ｂ，Ｃは、水分量がそれぞれ１０ｐｐｍ，３５ｐｐ
ｍ，１３５ｐｐｍの場合の温度変化を示す。図４からわ
かるように、温度が下がると液の抵抗率は上昇するため
動作温度の下限は−３０℃程度が好ましい。この状態
で、引き出し配線間に負荷を接続すると、前述した通
り、電極反応が起こり、負荷にカソード電極からアノー
ド電極に向かって電流が流れる。負荷に発生する電圧
は、水の濃度が高いほど、また、電極間隔が狭いほど高
くできる。
【００３７】発電部１で発生したＨ2，Ｏ2ガスはフッ化
水素溶液とともに反応容器２に流れ込み反応容器内で触
媒と接触し、次式で表されるようにＨ2分子が水素ラジ
カル（Ｈ*）となる。
【００３８】 Ｐｄ＋Ｈ2→Ｐｄ＋２Ｈ* （３） この水素ラジカルが酸素分子と反応して水を生成する。
【００３９】 １／２Ｏ2＋２Ｈ*→Ｈ2Ｏ （４） 生成したＨ2Ｏはフッ化水素中ですぐさまイオンに解離
する。
【００４０】 Ｈ2Ｏ→Ｈ+＋ＯＨ- −Ｑ （５） （Ｑは反応熱） 上式に示すように、水の解離は吸熱反応であるため、フ
ッ化水素液から熱が奪われ、循環を繰り返すにつれ液温
は低下する。液温が低下するとフッ化水素の電気伝導度
は低下し、発電部１で得られる電流は減少する。そこ
で、熱交換器３（フッ化水素液に熱を付与するための熱
付与手段）により熱を加えて液温を前記所定の温度に保
つようにする。
【００４１】図３では、液の加熱と冷却をともに行える
加熱・冷却機能を有する熱交換器を用いたが、加熱器と
冷却器を一体とする必要はなく、別々に設けてもよい。
なお、例えば、フッ化水素液に圧力を加えておけば、沸
点が上昇するため、必ずしも冷却機能を必要としない。
【００４２】フッ化水素溶液の各温度における蒸気圧を
表１に示す。圧力をそれぞれ２．８ｋｇ／ｃｍ2，１
０．８ｋｇ／ｃｍ2以上加えておけば、液温５０℃、１
００℃になってもフッ化水素は液体状態になっている。
【００４３】
【表１】 なお、冷却器は、システムの稼働初期にのみ必要なもの
であるため、特に専用のものを設置する必要はない。ま
た、加熱付与手段により付与する熱のエネルギー源とし
ては、太陽エネルギー、地熱エネルギー、焼却炉の廃熱
エネルギーのほか、動作温度が低いため海水等の熱エネ
ルギーを利用することが可能である。
【００４４】図３のシステムにおいて例えば、アノード
電極にＬａＢ６、カソード電極にＰｔを用いると、Ｐ
ｔ，ＬａＢ6の仕事関数がそれぞれ５．６４〜５．９３
ｅＶ及び２．６６〜２．７６ｅＶであるため、仕事関数
差は、２．９８〜３．２７ｅＶ程度となり、カソード電
極・アノード電極間の起電圧を、０．８〜１．０Ｖ程度
にすることが可能となる。
【００４５】従って、電極電位及びフッ化水素の抵抗損
失を差し引いても、０．８〜１．０Ｖまたはそれ以上の
起電力を得ることが可能である。
【００４６】また、１％程度の水を含むフッ化水素の流
量を毎秒１ｃｍ3とし、Ｈ+及びＯＨ -の電極反応を１０
０％となるように発電部を設計し、１ｃｍ3のフッ化水
素溶液中に含まれるイオン量 Ｈ+＝ＯＨ-＝９×１０18イオン／ｃｍ3 が、電極に流れ込むようにすると、その電荷量は、 ９×１０18（電子／ｃｍ3）×１．６×１０-19クーロン
／電子＝１．４４クーロン となり、これだけの電荷が毎秒負荷を流れることにな
り、１．４４Ａの電流が得られる。
【００４７】その時の電圧は、０．８Ｖとなるから、電
力として、 ０．８Ｖ×１．４４Ａ＝１．１５Ｗ が得られる。
【００４８】この値は、水分含有量１％程度のフッ化水
素の流量が１ｃｍ3／秒の場合であり、フッ化水素の流
量を１ｍ3／秒、１０００ｍ3／秒のシステムを製造すれ
ば、１，１５２ｋＷ，１１５万ｋＷの大容量発電装置と
することが可能である。フッ化水素中の水の含有量を増
加すれば、発電量はさらに増加する。
【００４９】アノード電極とカソード電極との間隔Ｗと
面積Ｓについて触れておく。
【００５０】３００ｐｐｍ及び１．８％の水分を含有す
るフッ化水素溶液の０℃における電気抵抗率ρ1は、そ
れぞれ１２５Ω・ｃｍ，１０Ω・ｃｍ程度である。水分
を殆ど全く含まないフッ化水素溶液の電気抵抗率ρ0は
未だ決定されていないが、図２から１０7Ω・ｃｍ程度
以上となると考えられる。一方、アノード電極、カソー
ド電極におけるイオン反応を殆ど１００％程度に効率よ
く起こそうとすると、電流密度Ｊ（Ａ／ｃｍ2）は１０
ｍＡ／ｃｍ2から１００Ａ／ｃｍ2とすることが望まし
い。水を含むフッ化水素溶液の抵抗率をρ1（Ω・ｃ
ｍ）とすると、アノード電極・カソード電極間の電圧降
下ΔＶは、 ΔＶ＝ρ1ＷＪ（Ｖ） で与えられる。ρ1＝１２５Ω・ｃｍ、Ｊ＝１０ｍＡ／
ｃｍ2〜１０００ｍＡ／ｃｍ2とすると、 ΔＶ＝１．２５Ｗ（Ｖ）〜１２．５Ｗ（Ｖ） となる。Ｗ＝１×１０-2ｃｍ＝１００μｍとすると、 ΔＶ＝０．０１２５Ｖ〜０．１２５Ｖ となり、起電力０．８Ｖ程度に比べて無視できる。
【００５１】Ｗ＝１ｍｍとすると、 ΔＶ＝０．１２５Ｖ〜１．２５Ｖ となり、電流密度Ｊが大きくなると、アノード電極、カ
ソード電極間の電圧降下が大きくなりすぎて、外部に大
きな起電力を発生することができなくなる。電流密度を
大きくとるときには、アノード電極、カソード電極間隔
Ｗを狭くし、かつ、フッ化水素溶液中の水分含有量を、
１，０００ｐｐｍ〜２０，０００ｐｐｍと多くすること
が求められる。電極面におけるイオン反応効率、電流密
度は、間隔Ｗと液の流速を変えて制御する。フッ化水素
溶液中の水分量が低くなると、液の抵抗率ρ1が高くな
り、流せる電流密度が小さくなって、アノード電極・カ
ソード電極の面積を大きくせざるを得なくなり、効率的
でない。
【００５２】カソード電極とアノード電極が一対設けら
れた図３の例では、発電システムの出力電圧が０．８〜
１．０Ｖ程度となり、このままではその後の電力変換シ
ステムでの損失の割合が大きくなるため効率が悪くな
る。従って、図５に示すように発電部の電極を多段に
し、発電部での出力電圧を予め数１０Ｖから数万Ｖ程度
とすることが好ましい。もちろん始めから数十万Ｖ、数
百万Ｖとしてもよいことはいうまでもないが、電力変換
システムとの整合性で決めればよい。
【００５３】図５において、容器内は、絶縁性の仕切板
（例えば、テフロン、ＰＦＡ等のフッ素樹脂）５１，５
１’、５１”、・・・、５２、５２’，５２”，・・
・，５３，５４及び電極で区切られており、１つの部屋
が１つの単位セルを構成している。図面上左端の電極１
１は仕事関数の小さな電極（例えば、ＬａＢ６，Ｔｉ
Ｎ）、右端の電極１２は仕事関数の大きな電極（例え
ば、Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｎｉ）であり、間に設けられた
電極はＬａＢ６（１１’，１１’’，１１’’’・・
・）とＰｔ（１２’，１２’’，１２’’’・・・）を
貼り合わせた電極である。また、ステンレス等の金属の
表裏にＰｔとＬａＢ6をコーテイングまたは貼り付けた
ものを用いてもよいことはいうまでもない。各セルが全
く同一に構成され、同じ量のフッ化水素溶液が流れるよ
うにすれば、図面上右端のカソード電極と左端のアノー
ド電極の間に発生する起電力は、１セルの場合の段数倍
された値になる。流れる電流は１セルの場合と同じであ
る。
【００５４】仕切板５２，５２’・・のフッ化水素溶液
の流れの方向の長さは、電極の大きさ、電極間距離、フ
ッ化水素の抵抗率、流速、段数等と関連して設計される
が、各セル間の電流のリークを防ぐために略々電極長さ
以上とすることが好ましい。また、仕切板５１，５
１，’・・・は、フッ化水素中の電極反応によりＨ+及
びＯＨ-がＨ2，Ｏ2に変換されるため、仕切板５２，５
２’，・・・より短く設計する。
【００５５】多段にする方法としては、図５の他に、単
位セルを図５に示すと同じように複数個接続して単位ユ
ニット６とし、図６（ａ），（ｂ）に示すように、単位
ユニット６１の入口６０同士を主入口管６３で接続し、
出口６５同士を主出口管６４で接続する。そして、主入
口管６３と主出口管６４とを反応容器（図示せず）と圧
送手段（図示せず）を介して閉じた循環系（クローズト
システム）とする。かかる構成とすれば、さらに高い出
力電圧を得ることができる。なお、アースに対して正の
電圧を得るときには、図６（ａ）に示すように左端のア
ノード電極を接地すればよいし、負の電圧を得るときに
は、右端のカソード電極６６を接地すればよい。出力電
圧として絶対値が等しい正及び負の電圧が必要な時は、
図６（ｂ）に示すように中点を接地すればよい。こうし
ておくと、直流交流変換が極めて容易に行える。
【００５６】図６において、ｎは段数、Ｖ0は単位ユニ
ットで発生する起電力である。
【００５７】なお、主入口管６３への導入口６８を、例
えば、図６（ａ）に示すように図面上において左側に設
けた場合には、主出口管６４の排出口６９は図６（ａ）
に示すように図面における右側に設けることが各単位ユ
ニット６１に均一に溶液を供給する上から好ましい。
【００５８】また、各単位ユニット６１を、主入口管６
３、主出口管６４に着脱自在に取り付けておけば、単位
ユニットのいずれか一つが故障した場合、系全体の運転
を停止することなく故障した単位ユニットのみを取り外
して修理することができる。その際、修理する単位ユニ
ットの両隣の単位ユニットの電極が自動的に接続さえる
ような回路（図示せず）を設けておけばよい。なお、各
単位ユニット６１の入口６０、出口６５に、分岐バルブ
（三方バルブ）を設けておけば、各単位ユニット６１中
の溶液の取り出し、交換を容易に行うことができる。ま
た入口６０、出口６５上に流量計等を設けておいてもよ
い。
【００５９】図５のシステムは、例えば、図７に示すよ
うにして、各種用途用の電源として用いることができ
る。
【００６０】図７おいて、７１は、図５に示したシステ
ムであり、引き出し端子を、直流・交流変換器７２に接
続し、発電システムの直流電力を所要の周波数の交流に
変換する。直流・交流変換器７２の出力はトランス７３
により所望の電圧に昇圧され、交流・直流変換器７４で
再び直流に変換され、電気装置・電気機器等に供給され
る。ここで、交流の周波数としては、変換効率の点から
１ＫＨｚ〜１０ＭＨｚとすることが好ましい。
【００６１】同一の電力に対するトランスの大きさは、
略々交流電力の周波数が高くなると周波数の平方根の逆
数に比例して小さくなり、小型軽量化される。取り扱う
電力が、比較的小電力の個別の電力発生の場合には、直
流交流変換器、交流直流変換器に使われる半導体電力交
換回路の周波数特性が優れており、１００ＫＨｚ〜１０
ＭＨｚ程度の周波数とすることが望ましい。
【００６２】従来の発電所における使用の場合には、既
設の送電網等をそのまま使用するために、直流交流変換
器で５０Ｈｚ／６０Ｈｚとすればよい。直流送電網が普
及した場合は、所定の送電電圧に昇圧するために最適な
周波数に変換してトランスにより昇圧し、交流直流変換
器により直流に戻して、送電網に乗せればよい。
【００６３】
【実施態様例】 （溶媒、添加物質）本発明における溶媒は、自己自身は
解離しない溶媒であり、この溶媒に添加する物質は、該
溶媒中において解離する物質である。
【００６４】かかる組み合わせとしては、例えば、溶媒
としてのフッ化水素、添加物質としての水の組み合わせ
があげられる。
【００６５】添加物質の濃度は、具体的な溶媒と添加物
質の組み合わせによって変わるが、例えば、フッ化水素
と水との組み合わせの場合は、水の添加量は、２％程度
以下が好ましい。２％程度を超えると無水フッ化水素溶
液に水を添加した液ということにならなくなる。一方、
図２より抵抗率があまり大きくならないように１０ｐｐ
ｍ以上が必要である。
【００６６】すなわち、無水フッ化水素自体は、腐食性
は、強くはないが、水が添加されると腐食性が増し、水
の添加量が２％程度を超えると後述するアノード電極あ
るいはカソード電極を腐食する。従って、腐食を防止す
る上からは１％以下とすることが好ましいことになる。
一方、１０ｐｐｍ以下の場合は、添加した水は１００％
解離するがイオン濃度が少なくなるため、フッ化水素溶
液の電気抵抗率が数ｋΩ・ｃｍ以上と高くなりすぎて効
率のよい発電システムが組めなくなる。
【００６７】なお、本発明において、溶媒として自己自
身が解離しないものを用いるのは次の理由に基づく。す
なわち、発電装置として、大きな電力を得るためには、
図５に示すように、電極を多段に配置することが好まし
い。しかるに、溶媒が解離してしまうと、解離により生
成したイオン自身が電荷の運び手となり、他の電極との
間で電流を流してしまう。これは、電力損失となる。さ
らに、溶媒自身が電離して、電極におけるイオン反応に
よりガスに変わるということでは、安定な電力発生が維
持できないからである。
【００６８】なお、添加する水としては、下記の水質を
有するものを用いることが好ましい。
【００６９】 抵抗率（ＭΩ・ｃｍ ２５℃） ＞１８ パーテイクル（ｐｓ／ｃｃ）＞０．１μｍ ＜２０ ＴＯＣ（μｇＣ／ｌ） ＜５０ 溶存酸素（μｇＯ／ｌ） ＜１００ （電極）本発明で用いるアノード電極及びカソード電極
は、その仕事関数の差が大きければ大きい程好ましい。
外部に発生する起電圧を大きくできるからである。た
だ、前述したように水分を含むフッ化水素は腐食性が高
いため、それに対する耐食性を有していなければならな
い。かかる材料としては、例えば、カソード電極として
は、Ｐｔ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｄ等があげられる。特に、Ｐ
ｄをカソード電極として使用する場合には、電極でＨ2
が発生するとともにＨ*となるため容器内で水に戻る効
果が期待され、装置のより小型化が可能となる。かかる
観点からはＰｄが好ましく使用される。
【００７０】また、アノード電極としては例えば、Ｌａ
Ｂ6，ＴｉＮ，ＮｂＣ，Ｗ2Ｃ，ＺｒＮ，ＺｒＣあるいは
Ｃｓ等があげられる。もちろん水分を含むフッ化水素溶
液と接触する部分がかかる材料から構成されていればよ
く、従って、適宜の材料を母材としてその表面をかかる
材料で被覆して電極としてもよい。
【００７１】ただ、一般的にかかる材料表面には、ごく
薄いとはいえ酸化膜等が形成されていたり、不純物が付
着している。かかる酸化膜あるいは不純物の存在は、電
極表面における反応を妨げる。しかるに、本発明では、
溶液として、水分を含むフッ化水素を用いているため、
電極をこの溶液に浸漬するだけで、かかる酸化膜あるい
は不純物を除去することができ、ひいては、電極の活性
な表面を露出させることができる、という大きな利点を
有している。このように、本発明において水分を含むフ
ッ化水素溶液を用いることが好ましい理由の一つがここ
にある。
【００７２】また、対向する電極間の距離は、できるだ
け小さいほうが好ましい。距離が大きいと、電極間にお
ける水分を含むフッ化水素溶液の有する電気的抵抗のた
め得られる電圧が減少してしまうためである。具体的に
は１ｃｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下がより好ましい。
下限は、溶液を循環させる場合の圧損あるいは製造の困
難性等を勘案して適宜決定すればよいが、好ましくは、
０．１ｍｍ〜０．３ｍｍである。
【００７３】なお、参考のため、各電極の仕事関数値を
下記に示す。
【００７４】・カソード電極 Ａｕ ５．１〜５．４７ｅＶ Ｎｉ ５．０４〜５．３５ｅＶ Ｐｔ ５．６４〜５．９３ｅＶ Ｐｄ ５．５５ｅＶ ・アノード電極 ＬａＢ6 ２．６６〜２．７６ｅＶ ＴｉＮ ２．９２ｅＶ ＮｂＣ ２．２４〜４．１ｅＶ Ｗ２Ｃ ２．６〜４．５８ｅＶ ＺｒＮ ２．９２ｅＶ ＺｒＣ ２．１８〜４．２２ｅＶ Ｃｓ １．９５ｅＶ なお、仕事関数の値に幅があるものは、結晶構造、製造
方法に依存するためである。
【００７５】（容器）本発明では、水分を含むフッ化水
素溶液を収納する容器として、その内部（すなわち、フ
ッ化水素溶液を収納する部分）が大気から遮断されたも
のを用いる。フッ化水素液は大気と接触すると大気から
水分を吸収する。従って、それを防止するために大気か
ら遮断する。
【００７６】なお、容器の材料としては、水分を含むフ
ッ化水素に対する耐食性を有する材料であればよい。例
えば、フッ素系樹脂（より具体的例としては、テフロ
ン：デユポン社の登録商標、あるいはＰＦＡ等）を用い
ればよい。もちろん水分を含むフッ化水素溶液と接触す
る部分のみを例えば、テフロンにより構成すればよく、
従って、例えば、ステンレス鋼の内表面にテフロンある
いはＰＦＡをライニングしてもよい。そのほか、例え
ば、化学量論比を略満足するフッ化不動態膜を表面に形
成した金属材料により構成してもよい。さらに、化学量
論比を略満足するフッ化不動態膜を表面に形成した金属
材料表面にフッ素系樹脂をライニングしたものを用いる
ことが最も好ましい。なお、フッ化不動態膜を形成する
母材となる金属材料としては、純鉄あるいはステンレス
鋼（特にＳＵＳ３１６Ｌ）やアルミニウム合金、マグネ
シウム合金を用いることが好ましい。これらの金属材料
上に形成されるフッ化不動態膜（ＦｅＦ2，ＡｌＦ3，Ｍ
ｇＦ2）は極めて緻密であり、水分を含むフッ化水素に
対しても極めて高い耐食性を示すと共に電気的絶縁性に
も優れている。なお、かかるフッ化不動態膜は、例え
ば、特開平２−２７０９６４号公報に示される形成技術
を用いればよい。
【００７７】なお、フッ化水素の沸点は、１９．６℃で
あり、常温では、気体に変わる可能性がある。そこで、
気化を防止するために圧力を加えておけば良い。例え
ば、１１ｋｇ／ｃｍ2程度の圧力を加えておけば、温度
が１００℃となったとしても気化を防止することができ
る。この点は作用の欄において前述した通りである。
【００７８】その際、圧力に対する強度をもたすため
に、上記したように下地に金属を用いその上にテフロ
ン、ＰＦＡ等を内貼りした材料を用いたり、化学量論比
を略満足するフッ化不動態膜を表面に形成した金属材料
の表面にテフロン、ＰＦＡ等をコーテイング、ライニン
グを用いることが好ましい。また、コストの低減とな
る。
【００７９】（循環系・・クローズトシステム）本発明
では、電極における反応により水素と酸素が発生する。
この水素と酸素は系外に取り出し、例えば、燃料電池の
原料としてもよい。その場合には、消費された水の補給
を行う。
【００８０】ただ、このように、取り出した場合には、
消費された水の補給を行わなければならないため、管理
のわずらわしさが伴う。また、補給時にフッ化水素を大
気に晒すことともなりかねない。
【００８１】そこで、本発明では、この水素と酸素を再
度系内に戻すクローズトシステムとすることが好まし
い。すなわち、容器に入口及び出口を設けておき、この
入口と出口とを、容器内の溶液を圧送するための圧送手
段を介して配管で接続する。そして、配管途中には水素
と酸素とを反応させるためのＰｄ等の触媒を含む反応容
器を設けておく。
【００８２】このような構成としておけば、Ｈ2，Ｏ2ガ
スは反応容器内で触媒と接触し、次式で表されるように
Ｈ2分子がラジカル（Ｈ*）となる。
【００８３】 Ｐｄ＋Ｈ2→Ｐｄ＋２Ｈ* （６） この水素ラジカルが酸素分子と反応して水を生成する。
【００８４】 １／２Ｏ2＋２Ｈ*→Ｈ2Ｏ （７） 生成したＨ2Ｏはフッ化水素に導入されすぐさまイオン
に解離する。
【００８５】 Ｈ2Ｏ→Ｈ+＋ＯＨ- −Ｑ （８） （Ｑは反応熱） なお、かかる構成の場合フッ化水素液の循環に伴う圧損
が危惧されるが、フッ化水素の粘性は他の溶液に比べて
極めて小さく（なお、表２にフッ化水素と水の特性値を
示す）、従って、得られる電力に比べると溶液圧送に要
する電力は極めて少ない。このように、循環系とする場
合、溶媒としてフッ化水素を用いることが極めて有利で
あり、上記循環系は、フッ化水素のかかる特性を巧みに
利用しているものである。また、外部から補給を必要と
するものは熱だけであり、メインテナンスがきわめて容
易である。
【００８６】
【表２】
【００８７】
【実施例】 （実施例１）図３に示す構成のシステムを用い本発明の
第１の実施例を説明する。
【００８８】図３において、１は発電部であり、表面を
テフロン（デユポン社の登録商標）でライニング加工し
たステンレス容器１３に、ＬａＢ６のアノード電極１１
及びのＰｔのカソード電極１２が取り付けてある。電極
は、長さ１５×幅１０ｃｍ、電極間隔は１００μｍとし
た。１４，１５は電流を取り出すための引き出し配線で
ある。２は内径１．３ｍｍ、肉厚８０μｍ、長さ３５ｃ
ｍのＰｄ（８０）−Ａｇ（１０）−Ａｕ（１０）の管を
３０本ハニカム状に詰めた内表面をテフロンでライニン
グ加工したステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）製の容器であ
る。
【００８９】３は恒温槽である。４は、発電部１、容器
２、恒温槽３及び配管中にフッ化水素溶液を循環させる
ためのポンプである。６は温度測定器である。
【００９０】無水フッ化水素（純度９９．９９％）に１
％程度の水を添加したフッ化水素溶液を導入した。
【００９１】まず、フッ化水素溶液を、１ｃｃ／秒の流
量で循環しながら、温度測定器６の出力を恒温槽にフィ
ードバックし、フッ化水素溶液を常に０℃に保つように
した。
【００９２】この状態で、引き出し配線１４，１５の間
に抵抗を介して接続し、電位差を測定したところ、０．
８Ｖの電圧が得られた。また、１．４Ａの電流が得られ
た。
【００９３】（実施例２）図８は本発明の第２の実施例
を示す図である。
【００９４】発電部の電極を２組設け、高い起電力を発
生するための装置である。
【００９５】図の１１はＬａＢ６電極、１２はＰｔ電
極、１６は、図面上左側がＰｔ１１’、右側がＬａＢ６
１２’とした電極である。８１，８２はセルと分離する
絶縁性の仕切板であり、本実施例ではテフロンを用い
た。他の番号は図３と同様である。
【００９６】電極の大きさは１５×１０ｃｍ、電極間距
離は１００μｍとし、仕切板８１，８２の長さをそれぞ
れ５ｃｍ，１５ｃｍとした。
【００９７】実施例１と同様にして、無水フッ化水素に
１％程度の水を含む溶液を系内に導入し、２ｃｍ3／秒
の流量で水分を含むフッ化水素溶液を循環した。このと
き、引き出し先１４と１５の端子間電圧は１．６Ｖを示
し、得られた電流は１．４Ａであった。
【００９８】
【発明の効果】本発明によれば、化石燃料を殆ど全く使
用せず、地球の環境を汚染することなく、大きな電力を
低コストで得ることが可能な発電装置を提供することが
できる。
【００９９】すなわち、火力発電、原子力発電等の現在
主力をなしている発電装置にも代わり得る電力量の発電
が可能であり、また、環境問題等の発生もないクリーン
なエネルギーを得ることが可能な発電装置を提供するこ
とができる。
【０１００】もちろん本発明の発電装置は、電極の数に
より小型化あるいは逆に大型化も可能であるため、例え
ば、自家発電用としても容易かつ安価に各家庭に備え付
けることも可能であり、自動車等にも使用できる。さら
に、人工衛星に搭載し、現在使用している太陽電池に代
替することも可能である。
【０１０１】また、例えば、懐中電灯用等の小型電池と
しての利用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明するための原理概念図であ
る。
【図２】フッ化水素中における水の濃度と解離度との関
係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例を示す発電装置の概念図であ
る。
【図４】水を含むフッ化水素の導電率と温度との関係を
示すグラフである。
【図５】本発明の変形例を示す発電装置の概念図であ
る。
【図６】本発明の他の変形例を示す発電装置の概念図で
ある。
【図７】本発明の発電装置を用いた各種用途用電源の構
成例を示す概念図である。
【図８】本発明の他の実施例を示す発電装置の概念図で
ある。
【符号の説明】 １ 発電装置、 ２ 反応容器、 ３ 加熱冷却器（熱付与手
段）、 ４ ポンプ、 ５ 配管、 ６ 温度測定器、 １１，１１’，１１’’ カソード電極、 １２，１２’，１２’’ アノード電極、 １０ 負荷、 １３ 容器、 １４，１５ 引出し配線、 ５１，５１’，５１’’、５２，５２’，５２’’
仕切板、 ６０ 入口、 ６１ 単位ユニット、 ６３ 主入口管、 ６４ 主出口管、 ６５ 出口、 ６６ カソード電極、 ６７ アノード電極、 ６８ 導入口、 ６９ 排出口、 ７１ 発電装置、 ７２ 直流交流交換器、 ７３ トランス、 ７４ 交流直流交換器、 ８１，８２ 仕切板。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 自己自身は解離しない溶媒に、該溶媒中
    において解離する物質を添加してなる溶液を、該溶液に
    対する耐食性と電気的な絶縁性を有する内表面を有する
    容器の内部に収納し、 該容器の内部に収納された前記溶液に、仕事関数の大き
    なアノード電極と、仕事関数が小さなカソード電極とを
    対向させて浸漬してなることを特徴とする発電装置。
  2. 【請求項２】 水分を含むフッ化水素に対する耐食性と
    電気的な絶縁性を有する内表面を有する容器と、 該容器の内部に大気から遮断されて収納された、無水フ
    ッ化水素液に水を添加してなる溶液と、 該溶液に、相互に対向して浸漬された、水分を含むフッ
    化水素に対して耐食性を有し、仕事関数が大きな材料か
    らなるアノード電極と、水分を含むフッ化水素に対して
    耐食性を有し、仕事関数の小さな材料からなるカソード
    電極と、 該溶液に対して所定の熱を付与するための熱付与手段
    と、を少なくとも有することを特徴とする請求項１記載
    の発電装置。
  3. 【請求項３】 前記水の濃度は１％以下であることを特
    徴とする請求項２記載の発電装置。
  4. 【請求項４】 前記水の濃度は３００ｐｐｍ以下である
    ことを特徴とする請求項２または３に記載の発電装置。
  5. 【請求項５】 前記容器に入口及び出口を設け、該入口
    と該出口とを、前記容器内の溶液を圧送するための圧送
    手段を介して配管で接続するとともに、該配管途中に水
    素と酸素とを反応させるための触媒を含む反応容器を設
    けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項
    に記載の発電装置。
  6. 【請求項６】 前記触媒は、パラジウムまたはパラジウ
    ム合金であることを特徴とする請求項５記載の発電装
    置。
  7. 【請求項７】 前記触媒は、顆粒状または粉末状であ
    り、反応容器内に充填されていることを特徴とする請求
    項５または６記載の発電装置。
  8. 【請求項８】 前記触媒は、細管を束ねて断面ハニカム
    状に形成され、反応容器内に収納されていること特徴と
    する請求項５または６記載の発電装置。
  9. 【請求項９】 アノード電極とカソード電極を貼り合わ
    せ、該貼り合わせた電極を、そのアノード電極面とカソ
    ード電極面とを対向せしめて多段状に配置したことを特
    徴とする請求項１ないし８のいずれか１項記載の発電装
    置。
  10. 【請求項１０】 アノード電極は、Ｐｔ，Ａｕ，Ｎｉま
    たはＰｄからなることを特徴とする請求項１ないし９の
    いずれか１項に記載の発電装置。
  11. 【請求項１１】 カソード電極はＬａＢ6，ＴｉＮ，Ｎ
    ｂＣ，Ｗ2Ｃ，ＺｒＮ，ＺｒＣあるいはＣｓからなるこ
    とを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項記載
    の発電装置。
  12. 【請求項１２】 アノード電極は、金属材料の表面にＰ
    ｔ，Ａｕ，ＮｉまたはＰｄを被覆してなることを特徴と
    する請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の発電装
    置。
  13. 【請求項１３】 カソード電極は、金属材料の表面にＬ
    ａＢ6，ＴｉＮ，ＮｂＣ，Ｗ2Ｃ，ＺｒＮ，ＺｒＣあるい
    はＣｓを被覆してなることを特徴とする請求項１ないし
    １２のいずれか１項に記載の発電装置。
  14. 【請求項１４】 対向する電極間の距離を１ｃｍ以下と
    したことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１
    項に記載の発電装置。
  15. 【請求項１５】 対向する電極間の距離を０．１ｍｍ以
    上としたことを特徴とする請求項１４記載の発電装置。
  16. 【請求項１６】 前記容器は、フッ素系樹脂からなるこ
    とを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記
    載の発電装置。
  17. 【請求項１７】 前記容器は、金属材料の表面にフッ素
    系樹脂をライニングしたものからなることを特徴とする
    請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の発電装置。
  18. 【請求項１８】 前記容器は、略化学量論比を満足する
    フッ化不動態膜が表面に形成された金属材料からなるこ
    とを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項記載
    の発電装置。
  19. 【請求項１９】 前記容器は、略化学量論比を満足する
    フッ化不動態膜が表面に形成された金属材料にフッ素系
    樹脂をライニングした材料からなることを特徴とする請
    求項１ないし１５のいずれか１項記載の発電装置。
  20. 【請求項２０】 請求項１７、１８、１９の金属材料は
    純鉄またはステンレス鋼であることを特徴とする発電装
    置。
  21. 【請求項２１】 水分を含むフッ化水素に対する耐食性
    と電気的な絶縁性を有する内表面を有するとともに、入
    口及び出口を有する容器と、 該容器の内部に大気から遮断されて収納された、無水フ
    ッ化水素液に水を添加してなる溶液と、 該容器内の該溶液に、相互に対向して浸漬された、水分
    を含むフッ化水素に対して耐食性を有し、仕事関数が大
    きな材料からなるアノード電極と、水分を含むフッ化水
    素に対して耐食性を有し、仕事関数の小さな材料からな
    るカソード電極と、 を有する単位ユニットを、その入口同士を主入口管で接
    続し、出口同士を主出口管で接続するとともに、容器内
    の溶液を圧送するための圧送手段及び水素と酸素とを反
    応させるための触媒を含む反応容器を介して主入口管と
    主出口管を接続し、かつ、各単位ユニットの電極に設け
    られた取り出し配線同士を直列に接続して配置し、 該溶液に対して所定の熱を付与するための熱付与手段を
    設けたことを特徴とする発電装置。
  22. 【請求項２２】 アノード電極とカソード電極を接合
    し、該接合した電極を、そのアノード電極面とカソード
    電極面とを対向せしめて多段状に配置したことを特徴と
    する請求項２１記載の発電装置。
  23. 【請求項２３】 複数配置された単位ユニットの中点に
    おいて取り出し線を接地したことを特徴とする請求項２
    １または２２記載の発電装置。
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