碳纤维电极及由该碳纤维电极构成的电解槽的制作方法

本实用新型涉及碳纤维电极，即在制造用于向内燃机供应的汽油、轻油或重油液体燃料或混合了燃气气体燃料和HHO气体微细气泡的混合燃料时，可在电解槽产生大量HHO气体微细气泡的碳纤维电极。

背景技术：

氢原子和氧原子以2比1的混合比混合的混合气体被称作HHO气体或布朗气体，其作为内燃机混合燃料备受关注。作为产生HHO气体的装置，公知的有利用电解的HHO气体生成装置。

为了将混合了HHO气体微细气泡的混合燃料用作内燃机燃料，需要耗电少，且需要大量HHO气体。这是因为若与耗电相比所生成的HHO气体量较少，则可有效利用的能量比低，损失较大，因此无法实现能量变换效率的提升。另外，为了汽车上搭载HHO气体生成装置，也需要使电解槽小型化。

以往在水电解中，若把不锈钢等金属电极用于电极，则存在能量变换效率低或发热的问题，另外，若把石墨碳电极用于电极，则能量变换效率虽然有所改善，但存在电极或水溶液发热、电极折损或电极溶解等问题。

为了提高能量变换效率，提出有如下的结构：电极上具备具有钛(Ti)的基材，该基材表面上具备具有铱(Ir)的触媒层，且该触媒层上形成石墨层，电解槽由绝缘体隔壁构件划分为多个电解室(参照专利文献1)。

但在该方法中，由于能量变换效率提升不充分，存在电极或水发热也未得到解决的问题。

若加大电极表面积，则可促进电解化学反应，因此提出了可挠性优良的碳纤维在塑料等网上卷成螺旋状来形成电极阴极的结构(参照专利文献2)。

在先技术文献

专利文献

[专利文献1]：日本专利申请公开2012-122383号公报

[专利文献2]：日本专利申请公开2010-059530号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

本实用新型是为解决上述问题而做出的，其目的在于提供一种如下的碳纤维电极：在水电解时，即使长时间连续使用，耗电也较少，增加HHO气体生成量，HHO气体生成扩散不降低，与石墨碳电极相比，可挠性优良，电极不会溶解。即，以大幅提高能量变换效率为其目的。

另外，假定将HHO气体生成装置搭载于汽车上，以改善电解槽内电极配置及构成，进行小型化、轻量化为其目的。

课题解决方案

本实用新型的碳纤维电极，是通过水电解生成HHO气体的电极，其特征为：所述电极的由碳纤维所成的基材是由混合了导电性赋予剂的热固化性树脂进行固化的，所述导电性赋予剂中，相对于与所述热固化性树脂全体的重量比，混合了10％～50％碳纳米管。

一种由所述碳纤维电极构成的电解槽，其特征为，具有：电解槽，用于收容水；以及多个正电极与多个负电极，配置于所述电解槽内而电解所述水，并生成HHO气体，所述正电极与所述负电极的由碳纤维构成的基材是用混合了所述导电性赋予剂的所述热固化性树脂进行固化的，所述导电性赋予剂中，相对于所述热固化性树脂全体的重量比，混合了10％～50％碳纳米管。

一种电解槽，其特征为向所述正电极和负电极供应脉冲状直流电流。

所述碳纤维电极的素材，使用导电性优良、轻量的、通常市售的碳纤维。优选尺寸稳定性、热传导率、耐摩耗性或耐热性、耐酸性、导电性方面显示优良特性的等向性沥青基碳纤维中厚度为0.2mm左右的。

所述电解槽，其特征为，所述多个正电极与多个负电极彼此约以1.5mm间隔并行配置多个，且彼此不电连接。

所述电解槽，其特征为，电源向所述多个正电极与多个负电极施加的脉冲波直流电流的值是2A～20A。

所述电解槽，其特征为，所述直流电流的频率是1000kHz～4000kHz。

发明效果

碳纤维电极与金属电极相比，耗电少，HHO气体产生量增加，且在水电解时发热量低，因此可抑制水溶液发热，从而大幅提升能量变换效率。

作为具体例，在碳纤维电极与金属电极为同一面积的情况下，验证到每耗电1W生成的氢、氧气增加到3倍的15cc，而耗电亦则从1/3降低到1/5。

另外，金属电极在使用中产生焦耳热，所以电解槽从50℃温度上升至60℃，但碳纤维电极可维持电解槽的使用环境温度。这表示即使将电解槽配置于隔离室中的情况下也无需冷却。

通过本实用新型生成的HHO气体是微细气泡，所以与气体燃料(例如，LP气体)的匹配性佳，因此可期待内燃机的燃费削减。

由于碳纤维的可挠性优良，因此可确保表面积较大，可通过自由设计进行制造，且可进行大量生产。另外，由于可加以小型化、轻量化，可简单处理内燃机的燃料装置上的安装。

附图说明

图1是显示将本实用新型的碳纤维电极浸渍于电解槽中的状态的侧视图。

图2是显示本实用新型的碳纤维电极的构造例的俯视图。

图3是显示使用本实用新型的碳纤维电极的电解槽的内部构造例的侧视图。

图4是将脉冲状直流电流供应给电极板的示意图。

图5显示在具有本实用新型的碳纤维电极的电解槽中测定的HHO气体排出量与耗电的关系。

图6显示在具有本实用新型的碳纤维电极的电解槽中测定的水温变化。

其中，附图标记说明如下：

1：阳极，2：阴极，3：水溶液，4：碳纤维电极，5：导电螺丝，6：绝缘棒，7：绝缘体，8：螺帽，9：电源

具体实施方式

＜碳纤维电极及其制造方法＞

本实施方式的制造具有超导性的碳纤维电极基材的方法，包括：导电性赋予剂中，相对于热固化性树脂全体的重量比，混合10％～50％碳纳米管来制造热固化性树脂的粘接剂的第一工序；重叠多层碳纤维，浸含及涂敷所述热固化性树脂的粘接剂的第二工序；照射红外线而使碳纤维固化的第三工序；以及将固化的碳纤维放入高温炉，在300℃以上温度，30Mpa以上的压力下加热5～6小时而完全碳化并固化的第四工序。

具体来说，碳纤维电极的素材，采用导电性优良、轻量的、通常市售的碳纤维。优选尺寸稳定性、热传导率、耐摩耗性或耐热性、耐酸性、导电性方面显示出优良特性的等向性沥青基碳纤维中厚度为0.2mm左右的。

为了制作硬质的碳纤维电极，制造具有超导性的热固化性树脂的粘接剂。在作为粘接剂原料的热固化性树脂中混合导电性高的导电性赋予剂。

导电性赋予剂，相对于热固化性树脂全体的重量比，混合10％～50％碳纳米管来制造热固化性树脂的粘接剂。通过混合导电性赋予剂，可廉价地制造接近于超导的热固化性树脂。

多层重叠可挠性优良的碳纤维，浸含及涂敷具有超导性的混合了导电性赋予剂的热固化性树脂粘接剂，并照射红外线而使碳纤维固化。

将固化的碳纤维放入高温炉中，在300℃以上温度，30Mpa以上压力下加热5～6小时，以使其完全碳化并固化。固化后，进行表面研磨，制作碳纤维电极的结合聚合体。

＜利用碳纤维电极的电解槽的构造＞

利用本实用新型的碳纤维电极，提供一种向导电性佳的水溶液施加微弱电力来进行电解，从而高效生成HHO气体，能够大幅提高能量变换效率的电解装置。

下面，参照附图说明用于实施本实用新型的实施方式。图1是显示本实用新型的实施方式的碳纤维电极的构成例的说明图。将碳纤维电极的阳极1和阴极2浸渍配置于电解槽的水溶液3中，阳极1和阴极2电连接到电源。

通过电源对导电性佳的水溶液3内的阳极1和阴极2接通直流电源，从阳极1生成氧气，同时从阴极2生成氢气。结果，生成由氧气和氢气构成的HHO气体。

图2是显示从正上方观察的由多个碳纤维电极4构成的构造例的俯视图。

将碳纤维电极4彼此约以1.5mm间隔并行配置多个，使用绝缘棒6、绝缘体7、螺帽8形成为各碳纤维电极4不会相互接触。碳纤维电极4彼此构成为不电连接。

在碳纤维电极4的一端，使用导电螺丝5结合多个碳纤维电极4与负电极并进行电连接。另外，在碳纤维电极4的另一端，使用导电螺丝5结合了多个碳纤维电极4与正电极并进行电连接。因此，邻接的碳电极4彼此正负交替地形成多个正电极与负电极。

图3是显示电解槽的内部构造例的侧视图。

在电解槽中收容水溶液3，将多个碳纤维电极4浸渍配置于水溶液3中，正电极和负电极电连接到电源9。该电源9，例如是直流24V的电源。

如图4所示，电源9能够将矩形波脉冲状直流电流供给至碳纤维电极4的正电极与负电极。所供给的电流值是2A～20A。当直流电流较2A小时，因水电解效率下降，从而HHO气体产生量降低，而当直流电流较20A大时，因HHO气体产生量增加，但耗电变大，故而不佳。

脉冲状直流电流频率是1000kHz～4000kHz的范围内为佳，若小于00kHz，则耗电变大，若大于4000kHz，则电流量变大而不佳。碳纤维的固有振动数的n倍，或n分之1的频率(n是正整数)的能量变换效率最佳。

与供给一定直流电流的情况相比，当供给脉冲波直流电流时，可大幅提高电解槽内的水温上升。因此，在电解槽中无需设置冷却装置。

＜实验资料＞

图5是显示使用本实用新型的碳纤维电极4的情况和使用金属电极(Ti+Ir)的情况下的必要电流和HHO气体产生量的图表。各电极是10cm×18cm的同一尺寸。

如图表所示，碳纤维电极4能够以较少耗电产生较多HHO气体。

图6是显示使用本实用新型的碳纤维电极4的情况和使用金属电极(Ti+Ir)及金属电极(不锈钢)的情况下的必要电流和HHO气体产生量的图表。各电极尺寸相同，但所供给的直流电流值是碳纤维电极4为4A，金属电极(Ti+Ir)为10A，金属电极(不锈钢)为18A。

从该此实验数据考察，使用碳纤维电极4时，可大幅提高电解槽内的水温，且耗电最少。

工业实用性

由于可在电化学电池或所有的燃料机关中展开应用，可在工业中有效用作燃料改质装置。另外，由于是高导电性碳纤维电极，还可用作燃料电池用电基板。