本實(shí)用新型涉及碳纖維電極，即在制造用于向內(nèi)燃機(jī)供應(yīng)的汽油、輕油或重油液體燃料或混合了燃?xì)鈿怏w燃料和HHO氣體微細(xì)氣泡的混合燃料時(shí)，可在電解槽產(chǎn)生大量HHO氣體微細(xì)氣泡的碳纖維電極。

背景技術(shù)：

氫原子和氧原子以2比1的混合比混合的混合氣體被稱作HHO氣體或布朗氣體，其作為內(nèi)燃機(jī)混合燃料備受關(guān)注。作為產(chǎn)生HHO氣體的裝置，公知的有利用電解的HHO氣體生成裝置。

為了將混合了HHO氣體微細(xì)氣泡的混合燃料用作內(nèi)燃機(jī)燃料，需要耗電少，且需要大量HHO氣體。這是因?yàn)槿襞c耗電相比所生成的HHO氣體量較少，則可有效利用的能量比低，損失較大，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)能量變換效率的提升。另外，為了汽車上搭載HHO氣體生成裝置，也需要使電解槽小型化。

以往在水電解中，若把不銹鋼等金屬電極用于電極，則存在能量變換效率低或發(fā)熱的問(wèn)題，另外，若把石墨碳電極用于電極，則能量變換效率雖然有所改善，但存在電極或水溶液發(fā)熱、電極折損或電極溶解等問(wèn)題。

為了提高能量變換效率，提出有如下的結(jié)構(gòu)：電極上具備具有鈦(Ti)的基材，該基材表面上具備具有銥(Ir)的觸媒層，且該觸媒層上形成石墨層，電解槽由絕緣體隔壁構(gòu)件劃分為多個(gè)電解室(參照專利文獻(xiàn)1)。

但在該方法中，由于能量變換效率提升不充分，存在電極或水發(fā)熱也未得到解決的問(wèn)題。

若加大電極表面積，則可促進(jìn)電解化學(xué)反應(yīng)，因此提出了可撓性優(yōu)良的碳纖維在塑料等網(wǎng)上卷成螺旋狀來(lái)形成電極陰極的結(jié)構(gòu)(參照專利文獻(xiàn)2)。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

[專利文獻(xiàn)1]：日本專利申請(qǐng)公開(kāi)2012-122383號(hào)公報(bào)

[專利文獻(xiàn)2]：日本專利申請(qǐng)公開(kāi)2010-059530號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

本實(shí)用新型是為解決上述問(wèn)題而做出的，其目的在于提供一種如下的碳纖維電極：在水電解時(shí)，即使長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用，耗電也較少，增加HHO氣體生成量，HHO氣體生成擴(kuò)散不降低，與石墨碳電極相比，可撓性優(yōu)良，電極不會(huì)溶解。即，以大幅提高能量變換效率為其目的。

另外，假定將HHO氣體生成裝置搭載于汽車上，以改善電解槽內(nèi)電極配置及構(gòu)成，進(jìn)行小型化、輕量化為其目的。

課題解決方案

本實(shí)用新型的碳纖維電極，是通過(guò)水電解生成HHO氣體的電極，其特征為：所述電極的由碳纖維所成的基材是由混合了導(dǎo)電性賦予劑的熱固化性樹(shù)脂進(jìn)行固化的，所述導(dǎo)電性賦予劑中，相對(duì)于與所述熱固化性樹(shù)脂全體的重量比，混合了10％～50％碳納米管。

一種由所述碳纖維電極構(gòu)成的電解槽，其特征為，具有：電解槽，用于收容水；以及多個(gè)正電極與多個(gè)負(fù)電極，配置于所述電解槽內(nèi)而電解所述水，并生成HHO氣體，所述正電極與所述負(fù)電極的由碳纖維構(gòu)成的基材是用混合了所述導(dǎo)電性賦予劑的所述熱固化性樹(shù)脂進(jìn)行固化的，所述導(dǎo)電性賦予劑中，相對(duì)于所述熱固化性樹(shù)脂全體的重量比，混合了10％～50％碳納米管。

一種電解槽，其特征為向所述正電極和負(fù)電極供應(yīng)脈沖狀直流電流。

所述碳纖維電極的素材，使用導(dǎo)電性優(yōu)良、輕量的、通常市售的碳纖維。優(yōu)選尺寸穩(wěn)定性、熱傳導(dǎo)率、耐摩耗性或耐熱性、耐酸性、導(dǎo)電性方面顯示優(yōu)良特性的等向性瀝青基碳纖維中厚度為0.2mm左右的。

所述電解槽，其特征為，所述多個(gè)正電極與多個(gè)負(fù)電極彼此約以1.5mm間隔并行配置多個(gè)，且彼此不電連接。

所述電解槽，其特征為，電源向所述多個(gè)正電極與多個(gè)負(fù)電極施加的脈沖波直流電流的值是2A～20A。

所述電解槽，其特征為，所述直流電流的頻率是1000kHz～4000kHz。

發(fā)明效果

碳纖維電極與金屬電極相比，耗電少，HHO氣體產(chǎn)生量增加，且在水電解時(shí)發(fā)熱量低，因此可抑制水溶液發(fā)熱，從而大幅提升能量變換效率。

作為具體例，在碳纖維電極與金屬電極為同一面積的情況下，驗(yàn)證到每耗電1W生成的氫、氧氣增加到3倍的15cc，而耗電亦則從1/3降低到1/5。

另外，金屬電極在使用中產(chǎn)生焦耳熱，所以電解槽從50℃溫度上升至60℃，但碳纖維電極可維持電解槽的使用環(huán)境溫度。這表示即使將電解槽配置于隔離室中的情況下也無(wú)需冷卻。

通過(guò)本實(shí)用新型生成的HHO氣體是微細(xì)氣泡，所以與氣體燃料(例如，LP氣體)的匹配性佳，因此可期待內(nèi)燃機(jī)的燃費(fèi)削減。

由于碳纖維的可撓性優(yōu)良，因此可確保表面積較大，可通過(guò)自由設(shè)計(jì)進(jìn)行制造，且可進(jìn)行大量生產(chǎn)。另外，由于可加以小型化、輕量化，可簡(jiǎn)單處理內(nèi)燃機(jī)的燃料裝置上的安裝。

附圖說(shuō)明

圖1是顯示將本實(shí)用新型的碳纖維電極浸漬于電解槽中的狀態(tài)的側(cè)視圖。

圖2是顯示本實(shí)用新型的碳纖維電極的構(gòu)造例的俯視圖。

圖3是顯示使用本實(shí)用新型的碳纖維電極的電解槽的內(nèi)部構(gòu)造例的側(cè)視圖。

圖4是將脈沖狀直流電流供應(yīng)給電極板的示意圖。

圖5顯示在具有本實(shí)用新型的碳纖維電極的電解槽中測(cè)定的HHO氣體排出量與耗電的關(guān)系。

圖6顯示在具有本實(shí)用新型的碳纖維電極的電解槽中測(cè)定的水溫變化。

其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下：

1：陽(yáng)極，2：陰極，3：水溶液，4：碳纖維電極，5：導(dǎo)電螺絲，6：絕緣棒，7：絕緣體，8：螺帽，9：電源

具體實(shí)施方式

＜碳纖維電極及其制造方法＞

本實(shí)施方式的制造具有超導(dǎo)性的碳纖維電極基材的方法，包括：導(dǎo)電性賦予劑中，相對(duì)于熱固化性樹(shù)脂全體的重量比，混合10％～50％碳納米管來(lái)制造熱固化性樹(shù)脂的粘接劑的第一工序；重疊多層碳纖維，浸含及涂敷所述熱固化性樹(shù)脂的粘接劑的第二工序；照射紅外線而使碳纖維固化的第三工序；以及將固化的碳纖維放入高溫爐，在300℃以上溫度，30Mpa以上的壓力下加熱5～6小時(shí)而完全碳化并固化的第四工序。

具體來(lái)說(shuō)，碳纖維電極的素材，采用導(dǎo)電性優(yōu)良、輕量的、通常市售的碳纖維。優(yōu)選尺寸穩(wěn)定性、熱傳導(dǎo)率、耐摩耗性或耐熱性、耐酸性、導(dǎo)電性方面顯示出優(yōu)良特性的等向性瀝青基碳纖維中厚度為0.2mm左右的。

為了制作硬質(zhì)的碳纖維電極，制造具有超導(dǎo)性的熱固化性樹(shù)脂的粘接劑。在作為粘接劑原料的熱固化性樹(shù)脂中混合導(dǎo)電性高的導(dǎo)電性賦予劑。

導(dǎo)電性賦予劑，相對(duì)于熱固化性樹(shù)脂全體的重量比，混合10％～50％碳納米管來(lái)制造熱固化性樹(shù)脂的粘接劑。通過(guò)混合導(dǎo)電性賦予劑，可廉價(jià)地制造接近于超導(dǎo)的熱固化性樹(shù)脂。

多層重疊可撓性優(yōu)良的碳纖維，浸含及涂敷具有超導(dǎo)性的混合了導(dǎo)電性賦予劑的熱固化性樹(shù)脂粘接劑，并照射紅外線而使碳纖維固化。

將固化的碳纖維放入高溫爐中，在300℃以上溫度，30Mpa以上壓力下加熱5～6小時(shí)，以使其完全碳化并固化。固化后，進(jìn)行表面研磨，制作碳纖維電極的結(jié)合聚合體。

＜利用碳纖維電極的電解槽的構(gòu)造＞

利用本實(shí)用新型的碳纖維電極，提供一種向?qū)щ娦约训乃芤菏┘游⑷蹼娏?lái)進(jìn)行電解，從而高效生成HHO氣體，能夠大幅提高能量變換效率的電解裝置。

下面，參照附圖說(shuō)明用于實(shí)施本實(shí)用新型的實(shí)施方式。圖1是顯示本實(shí)用新型的實(shí)施方式的碳纖維電極的構(gòu)成例的說(shuō)明圖。將碳纖維電極的陽(yáng)極1和陰極2浸漬配置于電解槽的水溶液3中，陽(yáng)極1和陰極2電連接到電源。

通過(guò)電源對(duì)導(dǎo)電性佳的水溶液3內(nèi)的陽(yáng)極1和陰極2接通直流電源，從陽(yáng)極1生成氧氣，同時(shí)從陰極2生成氫氣。結(jié)果，生成由氧氣和氫氣構(gòu)成的HHO氣體。

圖2是顯示從正上方觀察的由多個(gè)碳纖維電極4構(gòu)成的構(gòu)造例的俯視圖。

將碳纖維電極4彼此約以1.5mm間隔并行配置多個(gè)，使用絕緣棒6、絕緣體7、螺帽8形成為各碳纖維電極4不會(huì)相互接觸。碳纖維電極4彼此構(gòu)成為不電連接。

在碳纖維電極4的一端，使用導(dǎo)電螺絲5結(jié)合多個(gè)碳纖維電極4與負(fù)電極并進(jìn)行電連接。另外，在碳纖維電極4的另一端，使用導(dǎo)電螺絲5結(jié)合了多個(gè)碳纖維電極4與正電極并進(jìn)行電連接。因此，鄰接的碳電極4彼此正負(fù)交替地形成多個(gè)正電極與負(fù)電極。

圖3是顯示電解槽的內(nèi)部構(gòu)造例的側(cè)視圖。

在電解槽中收容水溶液3，將多個(gè)碳纖維電極4浸漬配置于水溶液3中，正電極和負(fù)電極電連接到電源9。該電源9，例如是直流24V的電源。

如圖4所示，電源9能夠?qū)⒕匦尾}沖狀直流電流供給至碳纖維電極4的正電極與負(fù)電極。所供給的電流值是2A～20A。當(dāng)直流電流較2A小時(shí)，因水電解效率下降，從而HHO氣體產(chǎn)生量降低，而當(dāng)直流電流較20A大時(shí)，因HHO氣體產(chǎn)生量增加，但耗電變大，故而不佳。

脈沖狀直流電流頻率是1000kHz～4000kHz的范圍內(nèi)為佳，若小于00kHz，則耗電變大，若大于4000kHz，則電流量變大而不佳。碳纖維的固有振動(dòng)數(shù)的n倍，或n分之1的頻率(n是正整數(shù))的能量變換效率最佳。

與供給一定直流電流的情況相比，當(dāng)供給脈沖波直流電流時(shí)，可大幅提高電解槽內(nèi)的水溫上升。因此，在電解槽中無(wú)需設(shè)置冷卻裝置。

＜實(shí)驗(yàn)資料＞

圖5是顯示使用本實(shí)用新型的碳纖維電極4的情況和使用金屬電極(Ti+Ir)的情況下的必要電流和HHO氣體產(chǎn)生量的圖表。各電極是10cm×18cm的同一尺寸。

如圖表所示，碳纖維電極4能夠以較少耗電產(chǎn)生較多HHO氣體。

圖6是顯示使用本實(shí)用新型的碳纖維電極4的情況和使用金屬電極(Ti+Ir)及金屬電極(不銹鋼)的情況下的必要電流和HHO氣體產(chǎn)生量的圖表。各電極尺寸相同，但所供給的直流電流值是碳纖維電極4為4A，金屬電極(Ti+Ir)為10A，金屬電極(不銹鋼)為18A。

從該此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)考察，使用碳纖維電極4時(shí)，可大幅提高電解槽內(nèi)的水溫，且耗電最少。

工業(yè)實(shí)用性

由于可在電化學(xué)電池或所有的燃料機(jī)關(guān)中展開(kāi)應(yīng)用，可在工業(yè)中有效用作燃料改質(zhì)裝置。另外，由于是高導(dǎo)電性碳纖維電極，還可用作燃料電池用電基板。