燃料电池用燃料、燃料电池及利用燃料电池的发电方法

摘要

一种燃料电池，由单电池或层压该单电池形成的叠堆构成，所述单电池包括燃料极、空气极、及介于它们之间的电解质层或中空层，用于提供氢系—氧系混合气体的供给口设置在燃料极侧，所述氢系—氧系混合气体通过对电解液在振动搅拌下进行电解、收集来获得，并且提供氢系—氧系混合气体的侧的燃料极为透气性，氢系—氧系混合气体含有H、H

说明书

技术领域

本发明涉及到一种在振动搅拌下通过电解电解液而获得的新的氢系—氧系混合气体及氢系气体、由它们构成的燃料电池用燃料、使用该燃料电池用燃料的发电方法及燃料电池。

背景技术

现有技术中，利用燃料电池的发电通过将氢提供到燃料极(通常为负极)而将氧或空气提供到空气极(通常为正极)来进行。其原因在于考虑到，如果不向燃料极仅提供氢，则无法推进

的反应，并且如果不向空气极提供氧或空气这样的含有氧的气体，则不会发生

的反应。

作为相关技术，特开2002-348694号公报中记载有将布朗气体(Brown gas)作为燃料电池的燃料使用的方法。但这种情况下，由于需要分离氢和氧的分离器，成为导致燃料气体成本上升的重要原因。如果考虑到如上所述的反应，当然会认为氢和氧的分离是不可避免的。

并且在目前为止的燃料电池中，在燃料电池内设置电解质层是必不可少的，燃料电池的类型决定了形成电解质层的电解质的种类。例如，碱性水溶液型燃料电池中的电解质为氢氧化钾，酸性水溶液型燃料电池中的电解质为磷酸，熔融碳酸盐型燃料电池中的电解质为碳酸锂或碳酸钾，固体氧化物燃料电池中的电解质为稳定化氧化锆，固体高分子型燃料电池中的电解质为离子交换膜，电解质层的使用是必不可少的，实际上这些电解质层的存在阻碍了燃料电池的小型化及低价格化的实现。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种可作为燃料电池用燃料使用的新的氢系—氧系混合气体或氢系气体。

本发明的第二目的在于提供一种由新的氢系—氧系混合气体或氢系气体构成的燃料电池用燃料。

本发明的第三目的在于提供一种不具有电解质层的新的燃料电池。

本发明的第四目的在于提供一种将新的氢系—氧系混合气体或氢系气体作为燃料使用的发电方法及燃料电池。

即，根据本发明，作为实现上述目的的手段，提供一种以含有H、H₂、H₃和/或HD、OH、¹⁶O、O₂为特征的氢系—氧系混合气体。在本发明的一个方式下，上述氢系—氧系混合气体含有：

H₂：55-70摩尔％

H：0.12-0.45摩尔％

H₃及HD共计：0.03-0.14摩尔％

OH：0.3-1.2摩尔％

¹⁶O：1.0-4.2摩尔％

O₂：5-27摩尔％

在本发明的一个方式下，上述氢系—氧系混合气体通过使用以下装置的氢系—氧系混合气体生成装置而获得：

(A)用于容纳电解液的电解槽，

(B)电解装置，包括：电极对，由阳极部件及阴极部件构成，该阳极部件及阴极部件配置成与该电解槽内容纳的电解液接触；和电源，向上述阳极部件及阴极部件之间施加电压，

(C)用于振动搅拌上述电解槽中容纳的电解液的振动搅拌装置，以及

(D)气体收集装置，用于收集通过上述电解装置对上述电解槽内容纳的电解液进行电解所形成的氢系气体和氧系气体。

并且，根据本发明，作为实现上述目的的手段，提供一种由上述氢系—氧系混合气体构成的燃料电池用燃料。

进一步，根据本发明，作为实现上述目的的手段，提供一种以含有H、H₂、H₃和/或HD、OH为特征的氢系气体。在本发明的一个方式下，上述氢系气体通过使用具有以下装置的氢系气体生成装置而获得：

(A)用于容纳电解液的电解槽，

(B)电解装置，包括：电极对，由阳极部件及阴极部件构成，该阳极部件及阴极部件配置成与该电解槽内容纳的电解液接触；和电源，向上述阳极部件及阴极部件之间施加电压，

(C)用于振动搅拌上述电解槽中容纳的电解液的振动搅拌装置，以及

(D)气体收集装置，用于收集通过上述电解装置对上述电解槽内容纳的电解液进行电解所形成的氢系气体。

并且，根据本发明，作为实现上述目的的手段，提供一种由上述氢系气体构成的燃料电池用燃料。

进一步，根据本发明，作为实现上述目的的手段，提供一种燃料电池，其特征在于，由单电池或层压该单电池形成的叠堆构成，上述单电池包括燃料极、空气极、及介于它们之间的中空层。

进一步，根据本发明，作为实现上述目的的手段，提供一种燃料电池，由单电池或层压该单电池形成的叠堆构成，上述单电池包括燃料极、空气极、及介于它们之间的电解质层或中空层，该燃料电池的特征在于，将用于提供氢系气体的供给口设置在燃料极侧，且使提供上述氢系气体的侧的燃料极为透气性，上述氢系气体通过使用具有以下装置的氢系气体生成装置而获得：

(A)用于容纳电解液的电解槽，

(B)电解装置，包括：电极对，由阳极部件及阴极部件构成，该阳极部件及阴极部件配置成与该电解槽内容纳的电解液接触；和电源，向上述阳极部件及阴极部件之间施加电压，

(C)用于振动搅拌上述电解槽中容纳的电解液的振动搅拌装置，以及

(D)气体收集装置，用于收集通过上述电解装置对上述电解槽内容纳的电解液进行电解所形成的氢系气体。

进一步，根据本发明，作为实现上述目的的手段，提供一种燃料电池，由单电池或层压该单电池形成的叠堆构成，上述单电池包括燃料极、空气极、及介于它们之间的电解质层或中空层，该燃料电池的特征在于，将用于提供氢系—氧系混合气体的供给口设置在燃料极侧或燃料极侧和空气极侧两方，且使提供上述氢系—氧系混合气体的侧的极为透气性，上述氢系—氧系混合气体通过使用具有以下装置的氢系—氧系混合气体生成装置而获得：

(A)用于容纳电解液的电解槽，

(B)电解装置，包括：电极对，由阳极部件及阴极部件构成，该阳极部件及阴极部件配置成与该电解槽内容纳的电解液接触；和电源，向上述阳极部件及阴极部件之间施加电压，

(C)用于振动搅拌上述电解槽中容纳的电解液的振动搅拌装置，以及

(D)气体收集装置，用于收集通过上述电解装置对上述电解槽内容纳的电解液进行电解所形成的氢系—氧系混合气体。

在本发明的一个方式下，上述振动搅拌装置包括至少一个振动生成装置、和振动搅拌部件，该振动搅拌部件包括与该振动生成装置连接的至少一个振动棒、及安装在该振动棒上的至少一个振动叶片。

进一步，根据本发明，作为实现上述目的的手段，提供一种利用燃料电池的发电方法，其特征在于，利用变换器使振动电机以10-500Hz振动，将该振动通过振动应力分散装置传递到振动棒，使一段或多段固定在该振动棒上的振动叶片以振幅0.01-30.0mm及振动数500-30000次/分进行振动，从而在振动搅拌电解液的同时电解得到氢系气体，并将所获得的氢系气体提供给燃料电池。

进一步，根据本发明，作为实现上述目的的手段，本发明提供一种利用燃料电池的发电方法，其特征在于，利用变换器使振动电机以10-500Hz振动，将该振动通过振动应力分散装置传递到振动棒，使一段或多段固定在该振动棒上的振动叶片以振幅0.01-30.0mm及振动数500-30000次/分进行振动，从而在振动搅拌电解液的同时电解得到氢系—氢系混合气体，并将所获得的氢系—氢系混合气体提供给燃料电池。

进一步，根据本发明，作为实现上述目的的手段，本发明提供一种利用燃料电池的发电方法，其特征在于，利用变换器使振动电机以10-500Hz振动，将该振动通过振动应力分散装置传递到振动棒，使一段或多段固定在该振动棒上的振动叶片以振幅0.01-30.0mm及振动数500-30000次/分进行振动，从而在振动搅拌电解液的同时电解得到氢系—氢系混合气体，并将所获得的氢系—氢系混合气体作为燃料提供给燃料电池的透气性燃料极侧或透气性燃料极侧与透气性空气极侧两方而进行发电，所述燃料电池由单电池或层压该单电池形成的叠堆构成，所述单电池包括燃料极、空气极、及介于它们之间的中空层。

根据如上所述的本发明，可获得以下效果。

(1)本发明的氢系—氧系混合气体或者氢系气体作为燃料电池用燃料使用时，与现有的使用氢气的情况相比，具有惊人的高能效率(可产生2-3.5倍的电力)。这是因为其组分中含有OH、以及含有H、H₃和/或HD而引起的。

(2)本发明的氢系—氧系混合气体或者氢系气体与通常的布朗气体相比是极为安全的，可进行实际的贮存，气体组分也至少可保持1-2个月不变化，其结果，可保持与刚制成气体相同的发电能力。

(3)通常的布朗气体危险性较高，因此无法进行压缩，而本发明的氢系—氧系混合气体或者氢系气体压缩到100-300kg/cm²左右时也是安全的，并且可在此状态下进行贮存。

(4)本发明的氢系—氧系混合气体或者氢系气体直接作为现有技术中所使用的燃料电池的燃料使用时，也可获得使用现有的氢气时的2-3.5倍的电力。

(5)当使用本发明氢系—氧系混合气体或者氢系气体时，也可不设置在现有的燃料电池中作为必要条件的电解质层，作为替代，仅具有使燃料极和空气极不发生短路的中空层即可，因此不需要电解质，从而相应地降低成本。

(6)本发明的不需要电解质层的燃料电池可使构造简单化，降低制造成本、修理成本，同时可降低故障概率。

(7)在利用现有的氢气的燃料电池中，需要将供给气体加温到80℃左右以促进氢和氧的反应，并且为了防止凝露需要保温于80℃。但是使用本发明的氢系气体、氢系—氧系混合气体时，完全无需加温。

附图说明

图1是表示本发明的氢系—氧系混合气体生成装置的一个例子的截面图。

图2是图1的氢系—氧系混合气体生成装置的平面图。

图3是图1的气体生成装置的侧面图。

图4是表示本发明的氢系—氧系混合气体生成装置的另一例子的截面图。

图5是图4的气体生成装置的平面图。

图6是图4的气体生成装置的截面图。

图7是图1或图4的气体生成装置的部分放大截面图。

图8A是电极组构造的透视图。

图8B是电极组构造的正面图。

图9A是构成电极组的绝缘体框的正面图。

图9B是构成电极组的电极的正面图。

图10是图4的气体生成装置的部分放大平面图。

图11是向图1或图4的气体生成装置的振动部件安装振动棒的安装部的放大截面图。

图12是向振动部件安装振动棒的安装部的变形例的放大截面图。

图13是向图1或图4的气体生成装置的振动棒安装振动叶片的安装部的放大截面图。

图14是表示振动叶片的长度和挠曲度的关系的图表。

图15是振动搅拌装置的变形例的截面图。

图16是振动搅拌装置的变形例的截面图。

图17是振动搅拌装置的变形例的截面图。

图18是振动搅拌装置的变形例的截面图。

图19是振动搅拌装置的变形例的截面图。

图20是构成本发明的氢系—氧系混合气体生成装置的振动搅拌装置向电解槽安装的方式的截面图。

图21是图20所示的振动搅拌装置的截面图。

图22是图20所示的振动搅拌装置的平面图。

图23A-图23C是层压体的平面图。

图24A及图24B是层压体引起电解槽闭塞的情况的截面图。

图25A-图25E是层压体的截面图。

图26是表示振动搅拌装置的变形例的截面图。

图27是表示本发明的氢系—氧系混合气体生成装置的一个例子的截面图。

图28是图27的气体生成装置的截面图。

图29是图27的气体生成装置的平面图。

图30是表示振动棒的电绝缘区域的附近的部分放大截面图。

图31是振动棒的电绝缘区域的透视图。

图32是振动棒的电绝缘区域的平面图。

图33是绝缘式振动搅拌装置的侧面图。

图34是绝缘式振动搅拌装置的截面图。

图35是绝缘式振动搅拌装置的截面图。

图36是振动叶片的附近的截面图。

图37是表示电极用辅助叶片的图。

图38是绝缘式振动搅拌装置的截面图。

图39是绝缘式振动搅拌装置的截面图。

图40是表示本发明的氢系—氧系混合气体生成装置的一个例子的截面图。

图41是图40的气体生成装置的截面图。

图42是图40的气体生成装置的平面图。

图43是本发明的氢系—氧系混合气体生成装置的一个例子的部分截面图。

图44是图43的气体生成装置的截面图。

图45是表示绝缘式振动搅拌装置的一个例子的示意图。

图46是表示绝缘式振动搅拌装置的一个例子的示意图。

图47是表示绝缘式振动搅拌装置的一个例子的示意图。

图48是表示绝缘式振动搅拌装置的一个例子部分截面图。

图49是图48的振动搅拌装置的部分侧面图。

图50是表示绝缘式振动搅拌装置的一个例子的部分侧面图。

图51是表示本发明的氢系—氧系混合气体生成装置的一个例子的截面图。

图52是表示本发明的氢系—氧系混合气体生成装置的一个例子的截面图。

图53是图52的气体生成装置的截面图。

图54是表示本发明的氢系—氧系混合气体生成装置的一个例子的截面图。

图55是图54的气体生成装置的截面图。

图56是构成电极部件的圆柱状钛网箱的透视图。

图57是电极部件的正面图。

图58A-图58E是表示振动生成装置和振动搅拌部件的连接方式的示意图。

图59是本发明的氢系—氧系混合气体生成装置的气体收集装置的一部分的图。

图60是表示从本发明的氢系—氧系混合气体生成装置向燃料电池的燃料极传送氢系—氧系混合气体时的安全装置的一个例子的图。

图61是表示盖部件的变形例的透视图。

图62是通过本发明的发电方法实施的燃料电池的示意图。

图63是表示通过氢系—氧系混合气体(原气体)的质量分析所获得的数据的一部分的图。

图64是通过氢系—氧系混合气体(处理气体)的质量分析所获得的数据的一部分的图。

图65是本发明的氢系—氧系混合气体生成装置的另一例的截面图。

图66是图65的气体生成装置的截面图。

图67是图65的气体生成装置的部分放大图。

图68是表示振动棒部分的密封(气密化)装置的一个例子的截面图。

图69是小型固体高分子型燃料电池的构造图。

图70是组装了图69的构造的燃料电池的外观图。

图71是通过本发明的氢系—氧系混合气体的燃烧所获得的火焰光谱图。

图72是表示使用本发明的氢系—氧系混合气体时的安全装置的一个例子的图。

图73是表示固体高分子电解质型燃料电池的一个例子的构成图。

图74是模型化表示燃料电池的构造的图。

图75是甲醇型燃料电池的概要图。

图76是单室型固体氧化物型燃料电池的概要图。

图77是图76的燃料电池的部分放大透视图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的具体实施方式进行说明。此外在附图中，对具有相同功能的部件或部分赋予相同的标号。

图1-图3是表示本发明的氢系—氧系混合气体的制造中所使用的氢系—氧系混合气体生成装置的一个具体例子的构造的图。其中图1是截面图，图2是平面图，图3是侧面图。并且，图4-图6是表示本发明的氢系—氧系混合气体的制造中所使用的氢系—氧系混合气体生成装置的其他具体例子的构造的图。其中图1是截面图，图2是平面图，图3是截面图。图4-图6的具体例与图1-图3的具体例具有在本质上相同的功能，以下的说明主要参照图1-图3，其同样适用于图4-图6。

在这些图中，10A是电解槽，在该电解槽中容纳有电解液14。16是振动搅拌装置。该振动搅拌装置16具有：在与电解槽10A另行配置的支持台100上通过防振橡胶安装的基台16a、将下端固定在该基台上的作为振动吸收部件的线圈弹簧16b、固定在该线圈弹簧的上端的振动部件16c、安装在该振动部件上的振动电机16d、将上端安装在振动部件16c上的振动棒(振动传递杆)16e、在该振动棒的下半部的浸渍于电解液14中的位置上不可旋转且多段地安装的振动叶片16f。振动生成装置的构造包括振动电机16d及振动部件16c，该振动生成装置与振动棒16e连接。并且，振动搅拌部件的构造包括振动棒16e及振动叶片16f，振动搅拌装置的构造包括该振动搅拌部件和上述振动生成部件。在线圈弹簧16b内如下述图16等所示，可配置棒状的引导部件。

并且，振动搅拌装置的振动生成装置中，作为振动生成源除了使用一般的机械式振动电机的装置外，也可使用利用了磁振动电机、空气振动电机等的装置。

振动电机16d例如通过利用下述图15所示的变换器35的控制，例如以10-500Hz、优选10-200Hz、进一步优选10-120Hz、特别优选20-60Hz进行振动。通过振动电机16d产生的振动通过振动部件16c及振动棒16e传递到振动叶片16f。振动叶片16f，其顶端边缘在电解液14中以所需的振动数振动。该振动的产生为振动叶片16f从振动棒16e上的安装部分开始向顶端边缘“挠曲”而进行。该振动的振幅及振动数与振动电机16d不同，其取决于振动传递路径的力学特性及与电解液14的相互作用特性等，在本发明中，通常振幅为0.01-30mm、优选为0.1-10mm，振动数为600-30000次/分，优选为600-12000次/分，进一步优选为600-7200次/分，特别优选为1200-3600次/分。

图11是振动棒16e向振动部件16c安装的安装部111的放大截面图。在振动棒16e的上端形成的外螺纹部上，从振动部件16c的上侧通过振动应力分散部件16g及垫圈16h配合有螺母16i，从振动部件16c的下侧通过振动应力分散部件16g配合有螺母16i。振动应力分散部件16g作为振动应力分散装置使用，例如由橡胶构成。振动应力分散部件16g例如可由较硬的天然橡胶、较硬的合成橡胶、合成树脂等肖氏A硬度80-120、优选90-100的硬质弹性体构成。特别是，肖氏A硬度90-100的硬质聚氨酯橡胶在耐久性、耐化学腐蚀性上较为优选。通过使用振动应力分散装置，可防止振动应力集中到振动部件16c和振动棒16e的结合部分附近，振动棒16e不易于弯折。特别是当振动电机16d的振动频率高达150Hz以上时，或者流体粘度高时，有显著的防止振动棒16e弯折的效果。

图12是表示振动棒16e向振动部件16c安装的安装部111的变形例的放大截面图。该变形例与图11的安装部的不同点仅在于，在振动部件16c的上侧不配置振动应力分散部件16g，以及在振动部件16c和振动应力分散部件16g之间设置球面衬垫16x，其他均相同。

图13是振动叶片16f向振动棒16e安装的安装部的放大截面图。在各个振动叶片16f的上下两侧配置有振动叶片固定部件16j。在相邻的振动叶片16f之间通过固定部件16j配置有用于设定振动叶片16f的间隔的隔离环16k。并且，在最上部的振动叶片16f的上侧及最下部的振动叶片16f的下侧，如图1所示，通过或不通过隔离环16k配置有与振动棒16e上形成的外螺纹相配合的螺母16m。如图13所示，在各振动叶片16f和固定部件16j之间配置由氟系树脂、氟系橡胶等构成的作为振动应力分散装置的弹性部件薄片16p，从而可防止振动叶片16f的破损。弹性部件薄片16p，为了进一步提高振动叶片16f的防破损效果，优选从固定部件16j略微露出配置。如图所示，上侧的固定部件16j的下表面(挤压面)为凸状面，下侧的固定部件16j的上表面(挤压面)为对应的凹状面。由此，通过固定部件16j从上下方向被挤压的振动叶片16f的部分弯曲，振动叶片16f的顶端部分相对于水平面呈α角。该角度α例如可以是-30°以上30°以下，优选为-20°以上20°以下。特别优选角度α为-30°以上-5°以下或者5°以上30°以下，进一步优选为-20°以上-10°以下或10°以20°以下。当固定部件16j的挤压面为平面时，角度α为0°。角度α不必对所有振动叶片16f相同，例如可以使下方的1-2个振动叶片16f为负值(即朝下：图13所示的方向)，其之外的振动叶片16f为正值(即朝上：与图13所示方向相反的方向)。当振动叶片朝下时，由电解所生成的活性气体不易于逃逸到上部，有利于溶留、溶解于液体中，因此优选。

振动叶片16f可以使用具有弹性的金属板、合成树脂板或者橡胶板等。振动叶片16f的厚度由于振动条件、电解液14的粘度等，其优选范围不同，在振动搅拌装置16进行动作时，为使振动叶片不弯折，并提高振动搅拌的效率，振动叶片16f的顶端部分被设定为呈“振动现象”(波动的状态)。当振动叶片16f由不锈钢板等金属板构成时，其厚度可以为0.2-2mm。并且，当振动叶片16f由合成树脂板、橡胶板构成时，其厚度可以是0.5-10mm。也可使用振动叶片16f和固定部件16j一体成形的结构。这种情况下，可以避免如下的问题：电解液14浸入到振动叶片16f和固定部件16j的结合部，固形成分粘固导致清洗耗时。

作为金属制的振动叶片16f的材质，可举出钛、铝、铜、钢铁、不锈钢、磁性钢等磁性金属、及它们的合金。作为合成树脂制的振动叶片16f的材质可举出聚碳酸酯、聚氯乙烯系树脂、聚丙烯等。振动叶片也可以是向塑料部件的表面通过镀覆等进行了导电处理的构成。

电解液14内的随着振动叶片16f的振动而产生的振动叶片的“振动现象”的程度根据振动电机16d的振动频率、振动叶片16f的长度(从固定部件16j的顶端边缘开始到振动叶片16f的顶端边缘为止的尺寸，即下述图36的D2)、厚度、及电解液14的粘度、比重等而变化。在所提供的频率中可以选择最容易“挠曲”的振动叶片16f的长度和厚度。当使振动电机16d的振动频率和振动叶片16f的厚度保持一定，而改变振动叶片16f的长度时，振动叶片的挠曲程度如图14所示。即可以发现重复如下所示的关系，即随着长度m变大，挠曲程度F到某阶段为止变大，但当超过该阶段时其变小，在某个长度时挠曲几乎消失，当进一步加长振动叶片时，挠曲再次变大。

振动叶片的长度优选选择表示第一次的峰值的长度L₁、或表示第二次的峰值的长度L₂。选择L₁还是L₂可根据是要加强系统的振动还是要加强流动来进行适当的选择。

振动频率为37-60Hz、75kW的振动电机中对不锈钢(SUS304)制的振动叶片的各种厚度的结构求得L1及L2时，获得如下所示的结果。

  厚度  L1  L2  0.10mm  0.20mm  0.30mm  0.40mm  0.50mm  约15mm  约25mm  约45mm  约50mm  约55mm   -  约70mm  110-120mm  140-150mm  约170mm

并且在该实验中，从振动棒16e的中心开始到固定部件的顶端为止的距离是27mm，振动叶片16f的倾斜角度α为朝上15°(+15°)。

作为如上所述的振动搅拌装置16可以使用以下文献(这些是与本发明人的发明的专利申请相关的文献)及本作为申请人的专利申请的特愿2001-135528、特愿2001-338422中所述的振动搅拌机(振动搅拌装置)：

特开平3-275130号公报(特许第194198号)

特开平6-220697号公报(特许第2707530号)

特开平6-312124号公报(特许第2762388号)

特开平8-281272号公报(特许第2767771号)

特开平8-173785号公报(特许第2852878号)

特开平7-126896号公报(特许第2911350号)

特开平9-40482号公报(特许第2911393号)

特开平11-189880号公报(特许第2988624号)

特开平7-54192号公报(特许第2989440号)

特开平6-330395号公报(特许第2992177号)

特开平6-287799号公报(特许第3035114号)

特开平6-280035号公报(特许第3244334号)

特开平6-304461号公报(特许第3142417号)

特开平10-43569号公报(特许第3320984号)

特开平10-309453号公报

特开平11-253782号公报(特许第3196890号)

特开2000-282293号公报(特许第3046594号)

特开2000-317295号公报

特开2002-053999号公报

特开2002-121699号公报

特开2002-146597号公报

WO 02/090621A1

WO 03/000395A1

WO 03/048424A1

在本发明中，振动搅拌装置16如图1所示，可配置在电解槽的两个端部，也可只配置在一个端部上。并且，作为振动叶片如果使用两侧对称延伸的结构，则可将振动搅拌装置16配置在电解槽的中央，在其两侧配置下述电极组。

并且在本发明中，通过使用特开平6-304461号公报中所述的振动叶片存在于电解槽的底部的类型的振动搅拌装置，电解槽内的电极组的配置空间变大，可提高电解槽的单位容积内的气体生成量，同时当沿着上下方向配置电极时，具有无需使用下述多孔性结构作为电极的优点。

再度参照图1-图3。在本发明的氢系—氧系混合气体生成装置的具体例中，在电解槽10A的两个端部分别配置如上所述的振动搅拌装置16。在电解槽10A的中央部，构成电极对的板状的阳极部件2x及板状的阴极部件2y互相平行地配置。一个振动搅拌装置16配置为与阳极部件2x的表面(主面)相对，另一个振动搅拌装置16配置得与阴极部件2y的表面(主面)相对。

作为阴极部件2x及阴极部件2y的材料，可以使用通常的水的电解中所使用的材料。例如，作为阳极部件可使用二氧化铅、四氧化三铁、铁素体、石墨、铂、Pt-Ir合金、钛合金、包覆贵重金属的钛(例如包覆铂的钛)等，作为阴极部件例如有铑、镍、镍合金(Ni-Mo₂、Ni-Co、Ni-Fe、Ni-Mo-Cd、Ni-S_x、兰尼镍等)、钛合金等贵重金属。阳极和阴极之间的距离例如为5mm-400mm。

由于阳极部件2x和阴极部件2y是板状体，通过将其做成多孔性的结构，如图1所示，在为阻断因振动搅拌装置16的振动叶片16f的振动搅拌所产生的电解液14的流动，大致垂直于朝向振动叶片16f的方向而设置的情况下，电解液14也可通过小孔顺畅地流动。小孔的形状可以是圆形的，也可以是多边形的，没有特别的限定。并且，小孔的大小、数量优选考虑电极原来的目的及做成多孔性的目的的两者之间的平衡，进行适当的设定。电极中的小孔的面积比率，优选在有效面积(即与电解液14接触的面积)中，电极面积占50％以上。多孔性电极可以是网状或笼状。

阳极部件2x及阴极部件2y分别与未图示的阳极主母线及阴极主母线连接，这些阳极主母线及阴极主母线与图1所示的电源(例如整流器)34连接。该电源34和阳极部件2x及阴极部件2y构成电解装置。

为了将多个电极、即阳极部件2x及阴极部件2y以一定的间隔安装到电解槽内，优选以绝缘体框/电极/绝缘体框/……电极/绝缘体框的形式组装电极组。图8A表示这种基本组合的绝缘体框70和电极71的组合方式。图9A是绝缘体框的平面图，图9B是电极的平面图，图8B是在图9A的绝缘体框70后重叠图9B的电极时的平面图。由于电极是板状体，因此如图1及图2所示，在垂直于朝向振动搅拌装置的方向设置电极板时，需要使电极板为多孔的材料。另一方面，如果与朝向振动搅拌装置的方向平行地设置电极板，则不一定需要使电极板为多孔。并且这种情况下，电极板可配置在上下方向及水平方向任意一个方向上。作为形成上述绝缘体框的绝缘体，可以使用天然橡胶、合成橡胶、合成树脂等。

电源34只要是可生成直流电的电源即可，可以是通常的平滑的直流，但可使用其他各种波形的电流。这种电解电流的波形例如记载在「電気化学」第24卷398-403页、449-456页，1996年4月15日全国镀覆材料连合会发行的「めつき技術ガイド」378-385页，昭和58年6月15日(株)广信社发行的「表面技術総覧」301-302页、517-527页、1050-1053页，昭和46年7月25日日刊工业新闻社发行的「めつき技術便覧」365-369页、618-622页等。

在本发明中，特别是从提高能源效率的角度出发，在脉冲波形中优选使用方波脉冲波形。这种电源(电源装置)可用交流电压形成方波状电压，这种电源例如具有利用了晶体管的整流电路，作为脉冲电源装置而被公知。这种电源装置或整流器可以使用晶体管调整式电源、滴管式电源(ドロツパ一方式の電源)、开关电源、硅整流器、SCR型整流器、高频型整流器、变换器数字控制方式的整流器(例如(株)中央制作所制造的Power Master(注册商标))、(株)三社电机制作所制造的KTS系列、四国电机株式会社制造的RCV电源、由开关调节式电源和晶体管开关构成，通过晶体管开关的ON-OFF提供方波状的脉冲电流的装置、高频开关电源(通过二极管将交流变换为直流后，用功率晶体管将20-30KHz的高频加到变压器上并进行再次整流，平滑化后输出)、PR式整流器、高频控制方式的高速脉冲PR电源(例如HiPR系列(株)千代田)等。

施加到阳极部件和阴极部件之间的电压与通常的水的电解时一样。

电解液14是含有电解质的水。这里的电解质可以使用水溶性的碱金属氢氧化物(KOH、NaOH等)或者碱土类金属氢氧化物(例如Ba(OH)₂、Mg(OH)₂、Ca(OH)₂等)、或者季烷基铵等、或者磷酸、硫酸等现有的公知物质。其中优选使用KOH。电解液中的电解质的含量优选为5-30％。并且电解液的pH优选为7-10。但是NaCl、HCl这种通过电解会生成卤素气体的物质，需要装置的耐化学腐蚀性等，并且在大量使用时从防止环境污染的角度出发，需要排气处理。

如图1-图3所示，在电解槽10A的上部设有盖部件10B。该盖部件中设有氢系—氧系混合气体取出口10B’，用于回收因电解而生成的氢系—氧系混合气体。氢系—氧系混合气体采取管10B”连接到该取出口10B’上。盖部件10B及氢系—氧系混合气体采取管10B”构成氢系—氧系混合气体收集装置。

在该具体例中，氢系气体和氧系气体作为均匀混合这两种气体而得到的氢系—氧系混合气体被回收。该氢系—氧系混合气体与通过未伴随振动流动搅拌的电解所获得的氢系—氧系混合气体(爆鸣气体)不同，即使加压也不会发生爆炸，可在加压状态、减压状态、或者常压状态下保存在槽及高压储气瓶等容器中。并且，在电解槽10A的内部，设有将上部空间划分为阳极部件侧空间和阴极部件侧空间的分离壁，通过设置分别与阳极部件侧空间及阴极部件侧空间连通的氢系气体采取管及氧系气体采取管，还可分别分离氢系气体和氧系气体并回收。

电解槽10A及盖部件10B的材质例如包括不锈钢、铜、向其他金属进行了绝缘包覆的材质、或者聚碳酸酯等合成树脂。并且，电解槽10A上连接有用于调整内部的电解液14的液面的配管10A’。

振动搅拌装置16的振动棒16e在上下方向上贯通盖部件10B并延伸。该贯通如图7及图10所示，可以具有如下结构：在设置在盖部件10B上的开口的内端边缘上的固定部件10D与设置在振动棒16e的外表面的固定部件10E之间，通过橡胶板等柔性部件10C气密性地进行密封。或者，气密密封的装置也可以是如下结构：将支持轴承的内轮安装在振动棒16e上，将该支持轴承的外轮安装在盖部件10B的开口的内端边缘，相对于外轮，内轮可在适当的冲程范围内进行上下移动。在设置在盖部件10B的开口上，也可设置仅在振动棒16e通过的部分开口的橡胶板或者其层压体等气密密封装置。该密封装置例如可使用橡胶，特别是变形性良好的柔软的橡胶。振动棒上下振动的振幅通常为20mm以下，优选为10mm以下，特别优选为5mm以下，其下限例如为0.1mm以上，优选为0.5mm以上程度，因此通过使用橡胶等作为密封部件，可以进行追随，可以实现较少发生摩擦热量的良好的气密状态。

此外，作为可进一步实现完全密封的装置，有图68所示的类型。在该箱体中，为使振动棒和填料之间的密封更加安全可靠，例如使用硅树脂类的润滑性密封剂。即，设置在振动棒16e所贯通的盖部件10B的部分上的密封装置具有：安装在盖部件10B上的轴支持轮毂部10H、及通过合成橡胶制填料10J安装在其上下的合成树脂制的密封部件10K，在密封部件部分和振动棒部分之间，填充有硅树脂10L。这样一来，可获得极为优异的密封性能。

电解优选在液温20-100℃、电流密度7-40A/dm²下进行。通过电解生成的氢系—氧系混合气体如图59所示，经过与气体采取管10B”连接的密封罐10B被取出。密封罐10B也构成气体收集装置。图60是表示将通过气体生成装置制造的氢系—氧系混合气体提供到燃料电池的路径中所使用的安装装置的一个例子的图。氢系—氧系混合气体经过所需容量的储气槽、除湿器及防火槽，并提供到燃料电池的氢系—氧系混合气体供给口。

并且，也可将使上述图59及图60的装置一体化的图72的装置作为安全装置来使用。其中储气槽与构成氢系—氧系混合气体生成装置的电解槽连接。氢系—氧系混合气体可经过密封罐例如提供到燃料电池的燃料极，也可贮存在高压储气瓶中。

图15是振动搅拌装置的一个变形例的截面图。在该例中，基台16a通过振动吸收部件41固定在安装台40上，该安装台40安装在电解槽10A的上部。并且，安装台40上固定有在垂直方向上向上方延伸的棒状的引导部件43，该引导部件43位于线圈弹簧16b内。在振动电机16d和用于驱动它的电源136之间，设有用于控制振动电机16d的振动频率的晶体管变换器35。电源136例如为200V。这种振动电机16d的驱动装置在上述其他本发明的具体例中也可使用。

图16是表示振动搅拌装置的一个变形例的截面图。在该例中，在振动部件16c上固定有在垂直方向上向下延伸的棒状的上侧引导部件144，在安装台40上固定有在垂直方向上向上延伸的棒状的下侧引导部件145，这些引导部件144、145位于线圈弹簧16b内。在上侧引导部件144的下端和下侧引导部件145的上端之间，形成可容许振动部件16c振动的适度的间隙。

图17是振动搅拌装置的一个变形例的截面图。在该例中，振动电机16d安装在附加振动部件16c’的下侧，其中附加振动部件16c’附加设置在振动部件16的上侧。并且，振动棒16e在电解槽10A内分支为两个部分134，该两个杆部分134之间架设安装有振动叶片16f。

图18及图19是表示振动搅拌装置的一个变形例的截面图。在该例中，最靠下侧的振动叶片16f向下倾斜，其他振动叶片16f向上倾斜。这样一来，靠近电解槽10A的底部部分的电解液的14可以充分进行振动搅拌，可防止在电解槽底部发生滞留。并且，可以使振动叶片16f全部向下倾斜。

图20及图21是振动搅拌装置安装到电解槽的其他方式的截面图，图22是其平面图。图20及图21分别相当于图22的X-X’截面及Y-Y’截面。

在该方式下，作为振动吸收部件，使用橡胶板2和金属板1、1’的层压体3，以取代上述线圈弹簧16b。即，层压体3通过如下方式形成：通过防振橡胶112安装在固定到电解槽10A的上端边缘部的安装部件118上的金属板1’，通过螺栓131固定，在该金属板1’上配置橡胶板2，在该橡胶板2上配置金属板1，并通过螺栓116及螺母17将它们一体化。

振动电机16d通过支持部件115由螺栓132固定在金属板1上。并且，振动棒16e的上端部通过橡胶环119安装到层压体3上，特别是安装到金属板1和橡胶板2上。即，上侧金属板1也具有图1、图4等所述的具体例的振动部件16c的功能，下侧金属板1’也具有图1、图4等所述的具体例的基台16a的功能。并且，包括这些金属板1、1’的层压体3(主要是橡胶板2)具有和图1、图4等所述的线圈弹簧16b同样的振动吸收功能。

图23A-23C表示层压体3的平面图。在与图20-22的方式对应的图23A的例子中，在层压体3上形成用于通过振动棒16e的贯通孔5。并且，在图23B的例子中，层压体3由被通过贯通孔5的分割线分割为二的两个部分3a、3b构成，这样一来，在装置组装时可容易地通过振动棒16e。并且，在图23C的例子中，层压体3呈与电解槽10A的上端边缘部对应的环状，在中央部形成开口部6。

在图23A、23B的例子中，电解槽10A的上部由层压体3塞住，由此起到与上述盖部件10B同样的功能。

图24A、24B是表示利用这种层压体3闭塞(密封)电解槽的情况的截面图。在图24A的方式下，橡胶板2在贯通孔5中与振动棒16e抵接，形成密封。并且，在图24B的方式下，在层压体3的开口部6中，设有安装在该层压体3和振动棒16e上并塞住它们之间的空隙的柔性密封部件136’。

图25A-25E表示作为振动吸收部件的层压体3的例子。图25B的例子是上述图20-22的具体例子。在图25A的例子中，层压体3由金属板1和橡胶板2构成。在图25C的例子中，层压体3由上侧金属板1、上侧橡胶板2、下侧金属板1’、下侧橡胶板2’构成。在图25D的例子中，层压体3由上侧金属板1、上侧橡胶板2、中间金属板1”、下侧橡胶板2’、下侧金属板1’构成。层压体3中的金属板、橡胶板的数量例如可以是1-5。并且在本发明中，也可仅由橡胶板构成振动吸收部件。

金属板1、1’、1”的材质可以使用不锈钢、钛、铁、铜、铝、其他适当的合金。金属板的厚度例如是10-40mm。但对于层压体以外的部件，不直接固定的金属板(例如上述中间金属板1”)可以为0.3-10mm。

作为橡胶板2、2’的材质，可以使用合成橡胶或天然橡胶的加硫物，优选JIS K6386所规定的防振橡胶，并且优选静剪切弹性模量为4-22kfg/cm²，进一步优选为5-10kgf/cm²、延伸率250％以上的材料。作为合成橡胶例如有氯丁二烯橡胶、丁腈橡胶、丁腈—氯丁二烯橡胶、苯乙烯—氯丁二烯橡胶、丙烯腈—丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、乙烯—丙烯—二烯共聚物橡胶、环氧氯丙烷类橡胶、氧化烯类橡胶、氟橡胶、硅橡胶、聚氨酯类橡胶、聚硫橡胶、磷腈氟橡胶。橡胶板的厚度例如为5-60mm。

在图25E的例子中，层压体3由上侧金属板1、橡胶板2及下侧金属板1’构成，橡胶板2由上侧固体橡胶层2a、海绵橡胶层2b和下侧固体橡胶层2c构成。可以去除固体橡胶层2a、2c中的一个，也可以是层压多个固体橡胶层和多个海绵橡胶层的结构。

图26是表示振动搅拌装置16的变形例的图。在该例中，振动电机16d位于电解槽10A的侧方，振动部件16c向电解槽10A的上方水平延伸。并且，在该振动部件16c上安装有振动棒16e。根据该构造，上述盖部件10B易于相对电解槽10A进行装卸，高度变低稳定性增强，可防止传送时振动引起的弹簧的左右摇摆。并且，图26仅表示了位于电解槽10A一侧的振动搅拌装置16，也可在电解槽10A的两侧配置振动搅拌装置16。

在以上具体例中，对振动搅拌装置的振动搅拌部件进行配置，使之与阴极部件及阴极部件的至少一方的表面相对，因此即使阳极部件或阴极部件有一个，根据其高气体生成效率也可得到每个装置的高气体生成量。

图27-图29是表示本发明的氢系—氧系混合气体生成装置的一个具体例子的构造的图。其中图27-图28是截面图，图29是平面图。

在本具体例中，作为振动搅拌装置使用了绝缘式的装置。即，作为绝缘式振动搅拌部件使用了包括以下部分的振动棒16e.将上端安装在振动部件16c上的振动棒上部16e’、安装有振动叶片的振动棒下部16e、介于振动棒上部16e’的下端及振动棒下部16e的上端之间的绝缘区域16e”。

在振动电机16d和用于驱动它的未图示的电源(例如200V)之间，设有用于控制振动电机16d的振动频率的晶体管变换器。这种振动电机16d的驱动装置在其他本发明的具体例中也可以使用。振动电机16d通过利用变换器进行的控制，与上述具体例一样以10-500Hz振动。由振动电机16d所产生的振动通过振动部件16c及振动棒16e传递到振动叶片16f。

图30是表示振动棒的电绝缘区域16e”附近的部分放大截面图。并且图31表示电绝缘区域16e”的透视图，图32是其平面图。

电绝缘区域16e”例如可以由合成树脂或橡胶形成。电绝缘区域16e”构成振动棒16e，因此优选不会因振动而破损，可高效地传递振动电机的振动并可充分发挥绝缘性的材料。从这一角度出发硬质橡胶是最好的。作为一个例子，例如硬质聚氨酯橡胶。此外，仅由这种绝缘材料构成的部件强度不充分时，在不损坏绝缘性的范围内，对仅由绝缘部件构成的部件周边等例如由金属等进行加强，可获得所需的机械强度。

绝缘区域16e”具体而言，例如由图示的硬质橡胶制的圆柱状绝缘部件(多边形等任意的形状)构成，在其中央的上部及下部，设有用于分别使振动棒上部16e’及振动棒下部16e嵌合的嵌合用孔124、125。这些嵌合用孔未上下贯通，因此这些嵌合用孔之间的非贯通部分作为绝缘部而发挥作用。

当贯通了上下的嵌合用孔时，为使振动棒16e’和振动棒下部16e不接触，在与上述非贯通部分对应的地方填充绝缘材料，或者设置用于绝缘的充分的空间。圆柱状绝缘部件的嵌合用孔124、125的用于振动棒上部16e’和振动棒下部16e的接合。接合可以是螺纹固定(例如如图所示，在振动棒上部16e’的下端和振动棒下部16e的上端切出外螺纹，在嵌合用孔124、125上切出内螺纹，使两者结合，并根据需要在其上设置垫圈，进行螺丝固定)，也可以是通过粘合剂进行接合。无论是哪一种，这些部分的构造只要可实现充分生成气体的目的，可以是其他任意的构造。

例如，当振动棒的直径为13mm时，绝缘区域16e”中，长度(高度)L例如为100mm，外径r₂例如是40mm，嵌合用孔124、125的内径r₁为13mm。

如图30及图27-图28所示，在振动棒下部16e的上部，在绝缘区域16e”的下面连接有通电电线127。通电电线127连接到电源34。其中，如图27所示，一个绝缘式振动搅拌装置16(靠近阳极部件2x的一个)的通电电线127连接到电源的正极，另一个绝缘式振动搅拌装置16(靠近阴极部件2y的一个)的通电电线127连接到电源的负极。阳极部件2x及阴极部件2y分别通过图29所示的阳极主母线201及阴极主母线202连接到电源34。

振动棒下部16e、固定部件16j及振动叶片16f由导电性部件、例如金属构成。因此一个绝缘式振动搅拌装置的振动棒下部16e、固定部件16j及振动叶片16f也可以作用阳极部件使用，另一个绝缘式振动搅拌装置的振动棒下部16e、固定部件16j及振动叶片16f也可以作为阴极部件使用，进行通电并进行电解。进一步，也可以去除阳极部件及阴极部件中的至少一个而进行电解。

将振动叶片16f作为阳极部件或阴极部件使用时，特别是在不使用与其不同的阳极部件或阴极部件的情况下，当电极面积不足时，优选尽量增加振动叶片的面积。因此振动叶片的长度可以选择如图14所示的表示第二次的峰值的长度L₂、或表示第三次的峰值的长度L₃。并且，也可将进行振动搅拌的振动叶片和流过电流的电极用辅助叶片设置在同一轴上(参照下述图33、40、43等)。

在本具体例中，通过将振动叶片作为阳极部件或阴极部件使用，可使氢系—氧系混合气体生成装置小型化。并且在本具体例中，通过绝缘式振动搅拌装置一边对电解液14进行振动搅拌一边进行电解，因此与使用非绝缘式的振动搅拌装置时一样，即使将阳极部件和阴极部件之间的距离设置为例如20-400mm时也不会短路，而可进行电解处理。

在本具体例中，振动棒上部16e’通过绝缘区域16e”与振动棒下部16e电绝缘，因此经由振动棒下部16e的通电的影响不会波及到振动电机16d。并且在本具体例中，由于绝缘区域16e”具有热绝缘性，因此振动棒上部16e’与振动棒下部16e热绝缘，电解液14的温度影响很少波及到振动电机16d。

并且，在本具体例中，不将绝缘式振动搅拌装置的振动叶片作为阳极部件或阴极部件利用而进行电解时，由于存在绝缘区域16e”，因此具有电解液14内的通电影响不会波及到振动电机16d的优点。

图33是表示绝缘式振动搅拌装置的其他具体例的侧面图。该具体例在以下方面和图27-图29的示例不同：在振动棒下部16e上除了振动叶片16f外，还安装与其交替配置的电极用辅助叶片16f’。电极用辅助叶片16f’具有导电性，与振动棒下部16e电连接，作为向电解液14通电时的一个电极起作用，因此振动搅拌功能不是必须的。使用电极用辅助叶片16f’的目的在于增加电极面积及降低该电极和相反一侧电极之间的间隔，因此电极用辅助叶片16f’的大小(面积)优选比振动叶片16f大，并且如图所示，辅助叶片16f’的顶端边缘(右端边缘)优选比振动叶片16f的顶端边缘(右端边缘)更向右方突出。

电极用辅助叶片16f’优选以位于振动叶片和振动叶片之间的方式安装在振动棒上，但不限定于此，只要不会显著地降低振动搅拌效果，还可以接近上下一方的振动叶片而配置。电极用辅助叶片16f’向振动棒下部16e的安装可以与振动叶片16f的安装同样进行。

电极用辅助叶片16f’的材质，只要是可作为电极使用的材料均可，但由于其是随着振动棒的振动而振动的部件，因此要求是可耐振动的材质，例如可以使用可作为振动叶片使用的的导电体、例如金属中的钛(可向表面镀铂)或者不锈钢(可向表面镀铂)。并且，当使用电极用辅助叶片16f’时，振动叶片16f不一定由导电性材料构成，也可使用合成树脂制的部件。由于振动叶片16f的角度是一定的，因此可使振动叶片固定部件16以一定的角度与振动棒16e一体组装而成。

图34及图35是表示绝缘式振动搅拌装置的其他具体例的截面图。在本具体例中，在两个振动棒上安装有各振动叶片。

图36是表示振动叶片16f的附近的截面图。振动叶片16f中，从固定部件16j露出的部分有助于振动流动的生成，该露出部分宽为D₁，长为D₂。在本具体例中，因在多个振动棒上安装有各振动叶片，因此可使各振动叶片的面积足够大。因此可获得较大的振动流动，并且可放大作为电极使用的面积。

虽在本具体例中没有图示，但使用了在图27-图29中所说明的电解装置的电源34。在本具体例中与图33的具体例一样，可使用电极用辅助叶片。

图38是表示绝缘式振动搅拌装置的一个具体例的截面图。在本具体例的绝缘式振动搅拌装置16中，振动电机16d配置在电解槽10A外，振动部件16c向电解槽10A一方延伸。在本具体例中没有图示，但使用了在图27-图29中所说明的电解装置的电源34。在本具体例中与图33的具体例一样，可使用电极用辅助叶片。并且，在图中，绝缘式振动搅拌装置仅配置在电解槽的一侧，也可在另一侧配置同样的绝缘式振动搅拌装置。

图39是表示绝缘式振动搅拌装置的其他具体例的截面图。在本具体例中，与图38的具体例相同的振动电机16d、振动部件16c、振动棒16e及绝缘区域16e”所组成的组配置在电解槽10A的两侧。并且，振动棒16e呈“コ”字状，它的两个垂直部分与两个绝缘区域16e”分别对应配置。这两个垂直部分的上端分别通过绝缘区域16e”而分别与两个振动棒16e连接。振动叶片16f与振动棒16e的水平部分大致垂直地被安装。在图中振动叶片16f向上方突出，但也可向下方突出。并且，与上述情况一样，振动叶片16f相对于垂直方向倾斜配置。

可将图示的绝缘式振动搅拌装置的上方突出的振动叶片作为阳极部件使用，其他的绝缘式振动搅拌装置的下方突出的振动叶片作为阴极部件使用，而进行电解处理。这种情况下，如下述图43的相关说明所述，可以是使两个绝缘式振动搅拌装置的振动叶片彼此互相组合的方式。

如本具体例所示，振动棒不一定要在上下方向上配置，可根据电解槽的形状等而适用适当的形状及配置。

虽在本具体例中没有图示，但使用了在图27-图29中所说明的电解装置的电源34。在本具体例中与图33的具体例一样，可使用电极用辅助叶片。

图40-图42是表示氢系—氧系混合气体生成装置的一个具体例的图。其中图40-图41是截面图，图42是平面图。本具体例相当于在图27-图29的具体例中追加使用了电极用辅助叶片16f’。

图43-图44是表示氢系—氧系混合气体生成装置的一个具体例的图。其中图43是部分截面图，图44是截面图。

在本具体例中，两个绝缘式振动搅拌装置配置在电解槽10A内，在与一个绝缘式振动搅拌装置相邻的电极用辅助叶片16f’之间，存在另一个绝缘式振动搅拌装置的电极用辅助叶片16f’。因此通过使两个绝缘式振动搅拌装置中的一个作为阳极侧使用且将另一个作为阴极侧使用，可使大面积的阳极部件和阴极部件互相接近配置，从而可显著提高电流密度。这种以非接触方式互相组入的阳极部件和阴极部件的配置，在两个绝缘式振动搅拌装置的振动叶片之间也可同样进行。

在本具体例中，可使互相在上下方向上接近配置的阳极部件(振动叶片或电极用辅助叶片)和阴极部件(振动叶片或电极用辅助叶片)的距离例如为5-50mm。在本具体例中，为防止两个绝缘式振动搅拌装置的电极用辅助叶片16f’之间接触而产生短路，如图37所示，优选使电极用辅助叶片16f’的两个面的外周部等通过绝缘带16fa等的粘贴、绝缘涂料的涂敷等，而成为绝缘部。作为电极部件使用的振动叶片16f之间也同样交错配置，这种情况下也可形成同样的绝缘部。或者为了获得同样的绝缘效果，也可配置具有同等形状的塑料制绝缘板。

图45-图47是表示绝缘式振动搅拌装置的一个例子的示意图。在这些例子中，共同的振动部件16c上连接有多个振动棒。与各振动棒下部16e连接的通电电线127分别与电源的图示的一个极连接，但不限于此，可进行适当变更。

在以上具体例中，通过将绝缘式振动搅拌部件的一部分(例如振动叶片、电极用辅助叶片)作为阳极部件或阴极部件使用，即使没有绝缘式振动搅拌部件以外的阳极部件或阴极部件，根据其高气体生成效率也可得到每个装置的高气体生成量。

图48是表示绝缘式振动搅拌装置的其他具体例的构造的部分截面图，图49是其部分侧面图。在本具体例中，将机械性连接两个振动棒16e而安装的振动叶片16f及固定部件16j分为两个组，第一组与一个振动棒16e电连接，第二组与另一个振动棒16e电连接，通过在这两个组之间施加电压，向电解液14通电，并进行电解处理。

即，在图48中，从上侧开始奇数个的振动叶片16f及固定部件16j与右侧的振动棒16e电连接，而通过绝缘衬套16s及绝缘垫圈16t与左侧的振动棒16e安装，从而与其电绝缘。另一方面，从上侧开始偶数个的振动叶片16f及固定部件16j与左侧的振动棒16e电连接，而通过绝缘衬套16s及绝缘垫圈16t与右侧的振动棒16e安装，从而与其电绝缘。因此，将从上侧开始奇数个的振动叶片16f及固定部件16j作为第一组，将从上侧开始偶数个的振动叶片16f及固定部件16j作为第二组，在与左侧的振动棒16e连接的通电电线127和与右侧的振动棒16e连接的通电电线127之间，用未图示的处理用电源施加所需的电压，从而可在第一组(阳极部件)和第二组(阴极部件)之间向电解液14通电。并且，在图49中省略了绝缘衬套16s及绝缘垫圈16t的图示。

在本具体例中，绝缘区域16e”设置在振动棒16e和构成振动生成装置的振动部件16c之间。即，在此，绝缘区域16e”兼备上述具体例中的振动棒16e向振动部件16c安装的安装部111的功能。

在本具体例中，成为阳极侧的振动叶片16f优选使用向钛表面镀铂的材料，成为阴极侧的振动叶片16f优选使用钛。

根据本具体例，可以仅通过对绝缘式振动搅拌装置供电来进行电解处理，因此可使装置紧凑化。并且，振动叶片16f可分别兼用作阳极部件及阴极部件，因此从这一点出发也可实现装置的紧凑化。

图50是表示绝缘式振动搅拌装置的其他具体例的构造的部分侧面图。在本具体例中，取代图48及图49的具体例中从上侧开始偶数个的振动叶片16f，而使用阳极部件(电极用辅助叶片)16f”。该阳极部件16f”不用于振动搅拌，仅向图的右侧延伸。作为阳极部件16f”例如优选使用钛制板条网(表面镀铂的材料)。另一方面，对于从上侧开始奇数个的振动叶片16f，通过衬垫16u追加设置阴极部件(电极辅助叶片)16f。该阴极部件16f也不用于振动搅拌，而仅向图的右侧延伸。作为阴极部件16f优选使用钛板。此外，与阴极部件一样，也可与阳极部件同时安装振动叶片。在本具体例中，与振动叶片16f不同，使用作为电极部件的阳极部件16f”及阴极部件16f，因此电极材料的选择自由度增加。如图50所示，阳极部件、阴极部件与振动叶片向相反方向延伸，因此不必担心其与振动叶片接触，因此可进一步缩小阳极部件和阴极部件的间隔及振动叶片和阳极部件或阴极部件的间隔。

图51是表示氢系—氧系混合气体生成装置的一个具体例的构造的截面图。本具体例使用了两个图48-图49的绝缘式振动搅拌装置。

在以上具体例中，将阳极部件及阴极部件两者安装到绝缘式振动搅拌部件上，在其之间通过电解液14进行通电，从而进行电解处理，因此可实现装置的小型化，并且根据其高气体生成效率可得到每个装置的高气体生成量。

图52-图53是表示氢系—氧系混合气体生成装置的一个具体例的截面图。在本具体例中，作为振动搅拌装置使用非绝缘式的装置，作为由阳极部件及阴极部件构成的电极对，使用与图48-图49的绝缘式振动搅拌装置类似的构造体。即，在上下方向上互相平行排列的两个导电性棒状体116e上，将阳极部件116f”及阴极部件116f与图48-图49的绝缘式振动搅拌装置的第一组的振动叶片及第二组的振动叶片一样地安装，将各导电性棒状体116e根据需要连接到电源的正极及负极。

图54及图55是表示氢系—氧系混合气体生成装置的一个具体例的截面图。在本具体例中，将绝缘式振动搅拌装置16的振动叶片16f作为阴极部件使用，作为阳极部件86使用图56所示的在圆柱状钛网盒体内填充了多个金属球的结构，使用使网盒体保持在水平方向上的结构。阳极部件86的保持装置82例如是阳极母线。

作为阳极部件例如可以使用由钛制板条网(优选表面镀铂的材料)构成的部件。图57表示板条网阳极部件84的正面图。在上部设有用于悬吊的两个孔，从中央部开始到下部为网状部，该网状部浸渍在电解液中。

图58A-图58E是表示振动生成装置和振动搅拌装置的连接方式的例子的示意图。在图58A的例子中，振动搅拌部件的振动棒16e直接连接于振动生成装置的振动部件16c。与之相对，在图58B-图58E的例子中，振动部件16c上安装有中间部件16cc，振动棒16e连接到该中间部件16cc上。

用于在电解槽内产生的氢系气体及氧系气体均匀混合的氢系—氧系混合气体的形态下收集氢系气体及氧系气体，或者分别收集氢系气体及氧系气体的收集装置如在上述图1-3的具体例的相关说明所述，包括覆盖电解槽上方的盖部件、设置在该盖部件上的气体取出口及与该气体取出口连接的气体采取管。在用于说明本发明的振动搅拌装置的具体例等的附图中，省略了用于高效收集所生成的气体的上述盖部件等，而实际上气体生成装置的电解槽上必须附有盖部件。

图61表示盖部件10B的变形例。在该例中，盖部件10B仅在图1所示的电极组2x、2y的上方部分中，附设在电解槽10A上。并且，该盖部件10B的两个端部上附设有向下延伸的包围部件63。在该包围部件63上，在浸渍到其下部的电解液中的部分上形成用于使该电解液可以流通的开口65。可将用于遮盖该开口65的上部区域的一部分的遮盖板64可上下调节位置地安装到包围部件63上。为进行该上下位置调节，在遮盖板64上形成上下方向的长孔66，通过该长孔，可使螺栓配合于包围部件63上形成的螺纹孔68。

当使用该盖部件时，振动搅拌装置的振动棒16e不贯通盖部件，但从提高氢系—氧系混合气体的回收效率、防止电解液飞散等角度出发，优选做成如上所述的密封构造。

当把生成的氢系—氧系混合气体通过盖部件和包围部件密封时，该部分的气体压力上升。具有一定程度的气体压力有利于之后的气体处理。通过调节遮盖板64的上下位置，可调节电极组2x、2y的上方部分的液位，进一步可调节气体压力。

但是，如果可同时设置调节气体压力的装置会更好。作为气体压力调节装置的一个例子，例如有图59所示的系统。密封罐中例如加入了由80％的水、20％的甲醇(着色料)构成的。并且，如图60所示，在燃料电池的氢系—氧系混合气体供给口和气体生成装置或者储气槽之间优选设置防火槽(炎止めタンク)、フレ一ムアスレタ一，以防止火焰的逆流。此外，当直接连接到燃料电池时不一定需要密封罐。本发明的氢系—氧系混合气体为了安全性及可肉眼可察看到气体，用密封罐处理气体，但如果用其他手段可确保安全性能，则不进行气体处理，在原气体的状态下提供给电池的做法，由于不会在处理液中失去氢的一部分，因而是有利的。

设置在电解槽内的阳极部件和阴极部件通常优选均为电极板。这种情况下，在不利用振动搅拌装置的现有技术下，电极间隔最短也需要50mm左右的间隔。因为如果不设置该程度以上的间隔，就会变为过电流从而有发生事故的危险。而在本发明中，通过使用振动搅拌装置，可使电极间距离靠近到1-20mm左右，这样一来可大幅提高电流效率。然而当进一步靠近时，会变为过电流从而发生短路。在本发明中，从实用性而言，优选电极间距离为5-400mm。并且具体内容在同一申请人的申请WO 03/000395A1中有详细记载。

在本发明中，有时利用绝缘式振动搅拌装置，使振动叶片、电极用辅助叶片作为电极发挥作用。这一例子如图33、38-51、54、55所示。在本发明中，例如如图40所示，包括如下各种方式：除了电极对(2x、2y)外将绝缘式振动搅拌装置的振动叶片(16f)和电极用辅助叶片(16f’)也作为电极使用，或者例如从图43、图47所看到的一样，仅以绝缘式振动搅拌装置的振动叶片、电极用辅助叶片作为电极。这些情况下的采用了振动叶片和/或电极用辅助叶片的形式的电极和电极之间的距离通常为3-50mm，优选为5-20mm。

在本发明中，作为用于制造氢系—氧系混合气体的上述电解液是含有5-50重量％、优选5-30重量％的电解质的水溶液，使用液温为20-100℃、优选20-90℃且pH7-10的电解液，以电流密度5-100Adm²、优选5-50A/dm²进行上述电解液的电解，从而可生成氢系—氧系混合气体。

上述电解质例如有水溶性的碱金属氢氧化物、碱土类金属氧化物、季烷基铵等、或者硫酸、磷酸等无机酸、有机酸等。

本发明中电解液所使用的水优选为蒸馏水，也可以使用井水、工业用水、自来水、江河水、池水等。

本发明的振动搅拌装置的基本形态是由至少一个振动生成装置及振动搅拌部件构成的振动搅拌装置，其中上述振动搅拌部件与该振动生成装置相连而在上述电解槽内振动的至少一个振动棒、及安装在该振动棒上的至少一个振动叶片构成。

并且，本发明的振动搅拌部件的其他基本形态是由至少一个振动生成装置和绝缘式振动搅拌部件构成的绝缘式振动搅拌装置，其中，上述绝缘式振动搅拌部件包括：与该振动生成装置连接而在上述电解槽内振动的至少一个振动棒；安装在该振动棒上的至少一个振动叶片；和在上述振动棒和上述振动生成装置的连接部分、或者在比上述振动棒上安装振动叶片的部分靠近上述连接部的部分设置的电绝缘区域。并且，本发明中的搅拌装置优选绝缘式振动搅拌装置。

在绝缘式振动搅拌装置中的绝缘式振动搅拌部件的振动棒上，除了振动叶片外还可以安装与通电电线电连接的电极用辅助叶片。并且电极用辅助叶片优选与上述振动叶片交替排列地安装在振动棒上。并且电极用辅助叶片优选具有比振动叶片大的面积，且比振动叶片的顶端部更突出。

振动搅拌装置或者绝缘式振动搅拌装置的生成装置包括振动电机，振动搅拌装置优选与变换器同时使用，上述变换器用于控制振动电机，使其以10Hz-500Hz、优选10Hz-200Hz、特别优选20Hz-60Hz的振动数进行振动。

通过在上述绝缘式振动搅拌装置中的比振动棒的电绝缘区域靠振动叶片侧的位置连接通电电线，可将振动叶片、振动辅助叶片作为用于进行电解的电极、即作为阳极部件或阴极部件使用。

这种情况下，例如如图50所示，振动叶片同时兼备振动搅拌液体的功能和作为电极的功能，电极用辅助叶片几乎或完全不具备振动搅拌流体的功能，而专门作为电极发挥作用。

绝缘式振动搅拌装置例如可与图52中的电极对同时使用，也可利用绝缘式振动搅拌装置替代上述电极对。这种情况下如图47所示，可将一个绝缘式振动搅拌装置作为阳极使用，将另一个绝缘式搅拌装置作为阴极使用。并且，即使只有一台绝缘式振动搅拌装置，也可如图48所示一样，只要是具有两个振动棒的结构，则可将一个振动棒侧作为阳极，另一个振动棒侧作为阴极而使用。

在如上所述的本发明中，通过振动搅拌装置的振动叶片使电解液中产生强大的振动流动，因此电解液以非常良好的均匀性且以充足的供给量与电极接触。因此即使将阳极和阴极之间的距离设置得明显比现有技术中的距离小，也可在其之间充分地提供电解所需的离子，并且可将电极中生成的电解热迅速地放出。因此，可以以较高的电流密度进行电解，并以较高的效率制造氢系—氧系混合气体。并且，通过如上所述减小阳极和阴极的距离，可充分提高单位容积内配置的电极的有效表面积，因此即使小型化后也可制造充足的量的氢系—氧系混合气体。

特别是同时利用如上所述的振动搅拌装置所进行的电解液的振动搅拌而进行电解时，电极所产生的原子状氢、原子状氧在电极间不形成气泡，而分散在液体中，因此在电解液中生成的氢、氧不会作为气泡附着到电极表面而增加电阻。因此，如上所述，可以轻易地实现较高的电流密度的电解，可以比现有方法更多地生成氢系—氧系混合气体。

通过本发明的氢系—氧系混合气体生成装置生成的氢系—氧系混合气体与作为所谓布朗气体而公知的气体不同，是含有H、H₂、H₃和/或HD、OH、¹⁶O、O₂的气体，特别是含有：

H₂：55-70摩尔％

H：0.12-0.45摩尔％

H₃及HD共计：0.03-0.14摩尔％

OH：0.3-1.2摩尔％

¹⁶O：1.0-4.2摩尔％

O₂：5-27摩尔％。

该氢系—氧系混合气体在以下方面与作为所谓布朗气体而公知的气体不同。即，当同时使用振动搅拌装置时，即使减小阳极部件和阴极部件的间隔也可以进行良好的电解，特别是电解液以较高的均匀性和较高的流速与阳极部件及阴极部件接触，因此电解所需的离子供给充足，电解液中氢系—氧系混合气体不会起泡，电阻不会变大。因此通过本发明所获得的氢系—氧系混合气体中，接近于变为H₂、O₂前的生成期的氢、氧等状态的活性成分(活性氢、活性氧)的含有率较高。

即，使利用振动搅拌装置获得的氢系—氧系混合气体燃烧，并通过光谱分析器测定光谱时，如图71所示，在620nm附近确认有表示作为活性成分的OH基存在的峰值，并且在630nm附近确认有表示作为活性成分的原子状氢H α存在的峰值。在现有技术中，通过电解获得的这种气体中完全无法确认活性的OH或原子状氢的存在，与之相对，令人吃惊的是，本发明的氢系—氧系混合气体或氢系气体中存在OH和原子状氢，这是通过测定火焰的亮度光谱(在距火口15mm处测定时、在距火口20mm处测定时都在同一波长处发现峰值)而得以确认的。

并且，该OH和原子状氢的存在的确认，在利用本发明的振动搅拌装置进行电解而产生氢系—氧系混合气体后马上测量的情况下，及将氢系—氧系混合气体在储气槽中贮存12小时左右后测定的情况下，其结果基本相同。因此制造所得的气体中，OH、原子状氢并不是仅存在瞬间。可以认为这是在氢系—氧系混合气体燃烧时，产生高温的重要原因。

在现有的布朗气体中无法确认这种峰值的存在。并且，虽其原因尚未充分查明，但可以认为正是因为这个不同点，利用本发明的振动搅拌装置所获得的氢系—氧系混合气体或者氢气作为燃料电池的燃料使用时，可获得现有的燃料电池所无法获得的高的发电效率。

本发明人对利用了振动搅拌装置的水的电解所获得的气体(在本说明书中将该气体称为氢系—氧系混合气体)，利用电子科学株式会社制造的质量分析计(双聚焦质谱计)(商品名EMD-O5SK)按照以下条件进行了分析。

离子加速电压：1200V

离子化方式：电压冲击型

分解能：500

离子飞行距离：26cm

真空度：5×10-7Torr

最大标定值：5V

用于该分析的氢系—氧系混合气体通过以下方式获得：将设置了振动搅拌装置的电解槽所生成的气体贮存在图72的储气槽中，一个是通过图72的密封罐而获得的处理气体，另一个是未通过上述密封罐而获得的原气体。上述密封罐用于对气体着色以便于处理，在密封罐内填充有由30％甲醇和70％水构成的醇水溶液，把原气体提供给密封罐后，原气体在上述甲醇水溶液中变为泡状并通过。因此所获得的处理气体的成分与原气体的数据有微妙的差异。

通过质量分析所获得的数据(图表)的一部分如图63(原气体)及图64(处理气体)所示。在处理气体中，除了原气体的构成成分之外，含有被认为是源自甲醇的质量较高的成分。无论哪一种，从这些图表可以发现，本发明的气体与现有的气体相比，其一个较大的特征在于含有H、H₃和/或HD、OH、¹⁶O。

但图63及图64中的高度并不是全部在同一条件下测定而表示的，图示的GAIN对于(1)的质量表示实际高度的100倍的高度，图示的GAIN对于(2)的质量表示实际高度的10倍的高度，图示的GAIN对(3)的质量表示实际的高度。即，对于GAIN(2)及GAIN(3)的质量，由于对应的气体成分量太少，因此进行放大后测定。

根据该图所求得的气体组成如下表1所示。

表1

  气体成分         原气体(摩尔％)           处理气体(摩尔％)  (A)  (B)  (C)  (a)  (b)  (c)  H₂  60  55  57  58  54  55  H  0.2  0.28  0.42  0.2  0.2  0.42  H₃，HD  0.05  0.07  0.04  0.05  0.045  0.03  OH  0.8  0.9  0.35  0.9  0.9  0.3 ¹⁶O  2.5  3.5  1.6  3.9  3.9  1.4  H₂O  3.0  3.5  1.3  3.3  3.3  0.8  N₂，CO  2.8  4.8  0.7  6.7  6.7  1.0  O₂  18  21  6.8  23  23  5.8  CO₂  0.12  0.12  0.02  0.13  0.13  0.08  有机物  2.0

(A)，(a)：采取到橡胶性容器中；测定时真空度为8×10^-7Torr；气体采取后第0.5小时测定。

(B)，(b)：采取到橡胶性容器中；测定时真空度为8×10^-7Torr；气体采取后第24小时测定。

(C)，(c)：采取到橡胶性容器中；测定时真空度为5×10^-7Torr；气体采取后第1小时测定。

图62表示实施本发明的发电方法的燃料电池的示意构造。在与现有的燃料电池相同的燃料极及空气极之间介入配置中空层或电解质层。第一气体从气体供给口供给到燃料极侧的第一气室中，第二气体从气体供给口供给到空气极侧的第二气室。

作为中空层或电解质层，可使用与现有的燃料电池中所使用的电解质层相同的结构。例如，作为构成电解质层的电解质可以使用作为碱水溶液型燃料电池中的电解质的氢氧化钾、作为酸水溶液型燃料电池中的电解质的磷酸、作为熔融碳酸盐型燃料电池中的电解质的碳酸锂或碳钾、作为固体氧化物燃料电池中的电解质的稳定化氧化锆，作为固体高分子型燃料电池中的电解质的离子交换膜(阳离子交换膜)。

作为中空层或电解质层，除此之外还可使用例如仅有空气的空隙层、或者向其中填充了金属网、玻璃网、碳网、滤纸、精密过滤膜、超滤膜、NF膜、逆浸透膜、气体分离膜、高分子凝胶、无机凝胶、高分子薄膜、石墨片等的多孔的中空层(即象纤维层、透气性陶瓷层一样具有可使气体流通的功能的层)。

朝向燃料极及空气极的气室一侧的表面与气体的接触面积较大，因此优选做成由多个沟并列而形成的凹凸状表面。

作为第一气体可以使用本发明的上述氢系—氧系混合气体或氢系气体。并且，作为第二气体例如有空气、氧气、上述氧系气体、或者本发明的上述氢系—氧系混合气体。

将现有的氢气作为燃料的燃料电池中，为了在燃料极中形成质子且使其在空气极中与氧反应以进行发电，电解质层是不可缺少的。在本发明中，作为第一气体使用上述氢系—氧系混合气体或者氢系气体，从而可用中空层取代电解质层。且在这种情况下，燃料极是透气性的。中空层仅在不使燃料极和空气极之间短路时是必需的。并且在本发明中，作为第一气体及第二气体，两者均可使用上述氢系—氧系混合气体，此时，空气极也是透气性的。本发明的燃料电池的一个较大的特征在于不需要电解质层，具有可简化单元构造、无需电解质层的维护的优点。并且其他方面可利用现有的燃料电池的构造及材料等。

当从设置在燃料电池的燃料极侧的气体供给口提供氢系—氧系混合气体时，氢向燃料极提供电子，同时通过透气性的燃料极进入到电解质层或中空层。为了具有透气性，燃料极例如为多孔的构造。

并且在本发明中，由于也可不要电解质层，因此可将该部分做成中空的状态(也可为多孔性塑料层、多孔性陶瓷层)，作为上述中空层。该部分只要可隔离燃料极和空气极即可。一般情况下，中空层的厚度范围为1μm到10cm左右。

例如，作为电解质使用了固体高分子电解质时，当以阳离子交换膜为电解质时，发生如下所示的电池反应。

空气极(阳极)：          (1)

燃料极(阴极)：                   (2)

全部反应：                    (3)

并且，当以阴离子交换膜为电解质时，发生如下所示的电池反应。

空气极(阳极)：          (4)

燃料极(阴极)：            (5)

全部反应：                    (6)

为了使固体高分子电解质为透气性，通过使成为电解质的固体高分子为纤维状，使其成织布或无纺布的形态来实现。此外在本发明中，由于电解质层也可是中空层，因此这种情况下，纤维状物质也可使用不是固体高分子电解质的单纯的纤维状物质，将含有其的层作为中空层。

因此，作为反应生成物的水需要从电解质层或中空层的预定处排出，并且如果考虑到存在未反应的气体的情况，为使气体的流动顺畅，优选在电解质层或中空层设置气体排出口。也可将未反应气体和作为反应生成物的水同时从一个排出口排出到系统外。

燃料电池根据其使用的电解质的种类分为各种类型。例如包括碱型燃料电池、固体氧化物型燃料电池(SOFC)、燃料溶解型燃料电池、磷酸型燃料电池(PAFC)、固体高分子电解质型燃料电池(PEFC/PEM)、熔融碳酸盐型燃料电池等，本发明可用于任意一种类型的燃料电池，但优选适用于磷酸型燃料电池、固体高分子电解质型燃料电池、固体氧化物型燃料电池或甲醇直接型燃料电池(当然在本发明中不是使用甲醇作为燃料，而使用本发明的氢系—氧系混合气体)，特别优选适用于固体高分子电解质型燃料电池、固体氧化物型燃料电池。

在本发明中，可以用中空层取代电解质层，当然中空层从成本角度出发是最有利的。

固体高分子电解质型燃料电池使用固体高分子电解质，作为该固体高分子电解质例如有各种高分子离子交换膜，例如包括平成5年3月15日株式会社オ一ム发行的「燃料電池発電システム」的第100-103页、特别是第101页表-1所述的“苯酚磺酸树脂”、“聚苯乙烯磺酸”、“聚三氟苯乙烯磺酸”、“(聚)全氟化碳磺酸”等。特别是“(聚)全氟化碳磺酸”使用下式所示的构造(x根据共聚程度而变化)：

此外，m≥1、n＝2的物质以商品名Nafion，m＝0、n＝2的物质以商品名DOW膜分别在市场上有售，其物理性质记载在2001年1月30日由コロナ社发行的「燃料電池発電」第116-128页、特别是第120页的表6，1中。

并且，这种固体高分子电解质型燃料电池的构造记载在昭和62年9月30日(株)サイエンスフオ一ラム发行的「燃料電池設計技術」的第102页的图2、图3，及「燃料電池発電」第118页、第122页，及2001年6月29日由日经BP社发行的「日経メカニカル別冊」第46-47页。

以下列举实施例对本发明进行说明，但本发明不受其任何限定。

(实施例1)

在本实施例中，作为图65-67的氢系—氧系混合气体生成装置使用了以下装置。

(A)振动搅拌装置

日本テクノ(株)生产，商品名为超振动α-搅拌机α-1型(一种绝缘式振动搅拌机，在电解液中流动的电流不会流到振动电机)。

振动电机：75W×200V×3相

(株)村上精机制作所制造的低频振动电机

商品名为ュ一ラスバイブレ一タ一

振动棒：SUS304制直径16mm 2个

振动叶片：SUS304制厚度6mm 4个

固定部件：SUS304制

弹性部件片：商品名为テフロン(注册商标)的片

(B)固定电极

正极：钛板镀铂27个

负极：钛板24个

(C)变换器：富士电机(株)制造，商品名FVR-E11S

调整到45Hz使用。

(D)整流器(振动电机用)：中央制作所制造的Power Master(注册商标)200V

(E)电解槽：SUS304制(内表面覆盖氯乙烯树脂)

内径为220mm×320mm×400mm(H)

盖部件为SUS304。

(F)盖部件和振动棒之间的密封(参照图68)

通过填充硅进行充分密封，即使振动电机的振动轴振动时也不会发生漏气。

(G)将氢系—氧系混合气体从电解槽引导到燃料电池时，使用图59、图60的安全装置，但在本实施例中使用了同时利用图59和图60的安全装置的类型的图72的系统。

(H)电解液：在蒸馏水中溶解20重量％的KOH的液体

在55℃、pH10下进行电解，补充必要的水。

在本实施例中，在100安培、3V下可制造出约1000升/分的氢系—氧系混合气体。

(I)燃料电池的构造和使用方法：

使用本发明的氢系—氧系混合气体，并利用市场销售的小型固体高分子型燃料电池进行发电。该电池的各配件的构造如图69所示，将其组装后的燃料电池的截面图如图70所示。从图70左侧的开口部(该市场销售的装置通过该开口部提供氢气)提供氢系—氧系混合气体，右侧的开口部(该市场销售的装置从该开口部提供含氧气体，例如空气)密封。

在图69的市场销售的小型固体高分子型燃料电池的构造中，带外周橡胶圈的盘中，膜/电极结合体、即MEA(参照2001年8月20日株式会社日本实业出版社发行、池田宏之助编著的「燃料電池のすべて」第146-147页)是单电池的功能部分，其构造是，用负极和正极将对作为固体高分子电解质的Nafion(商品名)夹在中间，在该结构的外周用橡胶圈覆盖。在本发明中，氢系—氧系混合气体如图69所示，从图69中的图的上部存在的中央孔来供给，位于图69的图的下部的孔(原来空气供给用的孔)通过橡胶塞密封。

将该电池作为单电池，用市场销售的小型固体高分子型燃料电池原来的使用方法进行发电时(现有例)，其输出为0.6-0.7V、0.15-0.2W，实施例1中的输出为0.6V、0.5W，输出是原来的2.5倍。

并且，用现有的使用方法进行发电时，当长时间使用时，发热至100℃左右，因此难于长时间使用，而在该实施例中，不太发热，可进行长时间的使用。

如图70所示，将其作为单电池使用时，将连接端子1作为燃料极，将连接端子3作为空气极而使用，当作为双电池使用时，将连接端子3作为燃料极，将连接端子2作为空气极使用，当作为三电池使用时，将连接端子1作为燃料极，将连接端子2作为空气极使用。

并且，该电池中的电解质层相当于图69的带外周橡胶圈的盘，该层是浸含有水的多孔高分子(通常是将磷酸三乙酯作为增塑剂的聚全氟化碳磺酸的多孔膜；デュポン社的Nafion(商品名))，氢和氧反应所生成的反应水从此渗出并排出到外部。

并且，去掉上述电解质层，将该部分作为中空层，也就是作为空气层，通过透气性的极板而导入本发明的氢系—氧系混合气体时，可能是混合气体中含有的水分(H₂O)起到电解质的作用，总之令人吃惊的是，虽然没有电解质层，但是和有电解质层一样进行着发电。当使用中空层时，作为燃料电池的电极，除了Ni外，也可使用Pt、Rd。

将实施例1所得的氢系—氧系混合气体用上述分析方法进行分析的结果也和上述表1的处理气体的数据几乎相同。特别是其特征在于含有H、H₃、HD、OH，认为这些物质的存在是活性提高、产生高能的原因。并且，其特征还在于氢和氧的比例不是2.1，而是氢多些。

具有这种成分的氢系—氧系混合气体或氢系气体仅在采用振动搅拌装置时得以确认，在此以外的方法下获得的氢气、氧气、氢系—氧系混合气体中未得到确认。

虽然以前认为上述含有成分非常不稳定，但利用本发明的振动搅拌装置获得的氢系—氧系混合气体或氢系气体的中这些成分可在密闭容器中、或压力容器中连续保存1-2个月。

(实施例2)

不象实施例1一样，将电解槽所生成的气体通过安全装置并直接输送到燃料电池，而是将电解槽所生成的实施例1中的氢系—氧系混合气体贮存在储气槽中，放置一天后，不通过图59的密封罐及图60的防火槽，而将上述氢系—氧系混合气体(原气体)直接供给到实施例1的燃料电池的氢气供给口，可获得与实施例1同样的效果。并且，对该原气体进行和上述一样的分析，其结果是可获得与上述原气体的分析结果几乎一样的数据。特别是确认了在几乎含有同等程度的H、H₃、HD、OH这一点上是相同的。

(实施例3)

在本实施列中，利用了图50的振动搅拌装置的氢系—氧系混合气体生成装置，使用了以下装置。

(A)振动搅拌装置(绝缘式振动搅拌装置)

日本テクノ(株)制造，商品名为超振动α-搅拌机(α-2型)

振动电机：150W×200V×3相

振动棒：SUS304制直径16mm、2个

振动叶片：SUS304制厚度6mm、5个

电极用辅助叶片

极板负极侧：SUS304制3个

极板正极侧：SUS304制镀铂(厚10μm)2个

(B)变换器：富士电机(株)制造，商品名为FVR-E11S

调整到55Hz使用。

(C)整流器：中央制造所制造的Hi-Mini、200V

(D)电解槽：SUS304制

内径为220mm×320mm×400mm(H)

内表面覆盖氯乙烯树脂

盖部件为SUS304。

(E)盖部件和振动棒之间的密封(参照图68)

通过填充硅进行充分密封，即使振动电机的振动轴振动时也不会发生漏气。

(F)将氢系—氧系混合气体从电解槽引导到燃料电池时，使用图59、图60的安全装置，但在本实施例中使用同时利用了图59和图60的安全装置的类型的图72的系统。

(G)使用电解液：向蒸馏水中溶解20重量％的KOH的液体

在55℃、pH10下进行电解，补充必要量的水。即使液体不冷却也不会出现温度上升。

在本实施例中，在100安培、3V下可制造出约1000升/分的氢系—氧系混合气体。

利用以上装置生成的氢系—氧系混合气体通过上述分析方法进行分析的结果与上述表1的处理气体具有几乎同样的分析结果，可确认在几乎含有同等程度的H、H₃、HD、H₂O、OH这一点上是相同的。将该氢系—氧系混合气体提供到图73所示的固体高分子电解质型燃料电池。并且在该燃料电池中，将氢系—氧系混合气体供给到燃料极外侧，未反应的气体成分和反应生成物从空气极外侧排出。燃料极、空气极均是透气性的铂催化剂负载的电极，固体高分子电解质膜使用了在デュポン社的Nafion(商品名)(聚全氟化碳磺酸)中浸含水的通气性材料。

其结果是可获得与实施例1同等程度的发电效果。

并且，除了从图73所示的固体高分子电解质型燃料电池中去掉高分子系电解质膜，将该部分作为中空层(空气层)以外，进行同样的试验时，可获得几乎同样的发电效果。

(实施例4)

除了在实施例1中作为燃料电池使用图74所示的燃料电池外，重复实施例1。

固体电解质膜是透气性的离子导电性薄膜(500nm以下)，夹在铂制的透气性负极和铂制的正极之间，负极为透气性的。

作为上述透气性的离子导电性薄膜，使用了相当于上述聚全氟化碳磺酸的Nafion(商品名)。并且，上述透气性负极使用了将粉末状铂涂敷到多孔性的较薄的导电性碳纸上并固定的材料。

在该实施例中，令人惊异的是，与市场销售的将氢气瓶作为氢气燃料使用的燃料电池相比，可获得几乎同样的电力，这是使用振动搅拌装置而获得的氢系—氧系混合气体的特性。

并且，除了从图74所示的燃料电池，使高分子系电解质膜为中空层以外，其他重复实施例4，可获得几乎同样的发电效果。

(实施例5)

将实施例1中的振动电机变更为高频振动电机ハイフレュ一ラスKHE2-2T(商品名)，除了变换器以120Hz振动以外，其他重复实施例1。可获得与实施例几乎一样的结果。

(实施例6)

在本实施例中，作为图35的氢系—氧系混合气体生成装置使用了以下所示装置。图48中，振动叶片等的个数不同，表示振动叶片等安装到振动棒的安装状态，图50表示其侧面图。振动叶片和电极用辅助叶片(阴极部件)的数量如下述(A)所述。

(A)振动搅拌装置

日本テクノ(株)制造，商品名为绝缘式超振动α-搅拌机α-2型

振动电机：150W×200V×3相

(株)村上精机制作所制造的低频振动电机

商品名ュ一ラスバイブレ一タ一

振动棒：SUS304制直径16mm、2个

振动叶片：SUS304制厚度6mm、5个

电极用辅助叶片(电极部件)：

阴极部件：SUS304、3个

阳极部件：向SUS304镀10μm铂、2个

固定部件：SUS304制

弹性部件片：商品名为テフロン(注册商标)的片

(B)变换器：富士电机(株)制造，商品名为FVR-E11S-2

调整到55Hz使用。

(C)整流器(振动电机用)：中央制作所制造Power Master、200V

(D)电解槽：SUS304制(内表面覆盖氯乙烯树脂)

内径为220mm×320mm×400mm(H)

盖部件为SUS304。

(E)盖部件和振动棒之间的密封(参照图68)

通过填充硅进行充分密封，即使振动电机的振动轴振动时也不会发生漏气。

(F)将氢系—氧系混合气体从电解槽引导到燃料电池时，使用图59、图60的安全装置，但在本实施例中使用了同时利用图59和图60的安全装置的类型的图72的系统。

(G)使用电解液：向蒸馏水中溶解20重量％的KOH的液体(由于不会升温到约55℃以上，因此无需冷却电解液)。

在55℃、pH10下进行电解，补充必要量的水。

(H)氢系—氧系混合气体的组成

用上述分析方法分析的结果，和上述实施例一样，可获得与上述表1的处理气体数据几乎相同的结果。

(I)燃料电池的构造和使用方法

利用了图73所示的燃料电池的构造物(参照2001年6月29日由日经BP社发行的日経メカニカル別冊、「燃料電池開発最前線」图3-1-1及图3-1-2)。

图73所示的高分子固体电解质膜是上述Nafion(商品名)。电极是是炭黑的微粒子上负载有铂类催化剂的结构，是将铂类催化剂分散到高分子电解质聚合物中，将其丝网印刷到炭黑上而获得的。在该电极之间夹有上述Nafion，将热压接形成MEA(膜/电极接合体)的材料作为一个单位的电池，层压20个该电池后即成为图73的下部显示的叠堆。

从图73所示的燃料极(阴极)导入本发明的氢系—氧系混合气体，从排出口排出反应残渣。并且，在本实施例中，空气极侧的空气口密封使用(图73的结构的原来的使用方法是分别将氢供给到燃料极、将空气供给到空气极，因此在燃料极侧和空气极侧分别存在供给口，但在本发明中，由于向燃料极侧供给氢系—氧系混合气体，因此无需向空气极侧供给空气、也就是氧)。

在本实施例中，即使不进行水冷，在保持在80℃以下的状态下，可连续二天进行发电，而根据图73的原来的使用方法，如果不进行冷却，电池会发热到100℃以上，高分子膜被破坏。并且在发电效率方面，本发明和原来的使用方法相比，可提高30-40％。

(实施例7)

和实施例6一样，通过把辅助叶片设置在与振动叶片相反的一侧，具有即使极间的距离减小也不会互相接触这样的大的优点。

并且，通过使用这种类型的辅助叶片和振动叶片，可省略实施例1、2那样的设置固定电极的空间，因此可在实施例6的电解槽的两端设置振动搅拌电极。

利用这样的氢系—氧系混合气体生成装置，使用实施例6的燃料电池进行发电。

本实施例的氢系—氧系混合气体也和上述表1所示的处理气体一样，具有同样的组成和特征。

(比较例1)

通过市场销售的氢气瓶向实施例6的燃料电池供给氢气，从该燃料电池的空气口供给空气，进行发电。

实施例6、7和比较例1的发电情况如下表2所示。

(表2)

  燃料气体压送量  (升/分)  电压(V)  生成电流(A)  比较例1  1.2-1.3  24  2-3  实施例6  1.2-1.3  24  2.5-4.5  实施例7  2.0-2.5  24  5.0-9.0

(实施例8)

除了在实施例1中作为燃料电池使用图74所示的燃料电池以外，其他重复实施例1。

图74所示构造的燃料电池是[Nature]vol.343，8February 1990，第547-548页中记载的电池。

固体电解质膜是透气性的离子导电性薄膜(500nm以下)，由铂制的透气性燃料极和铂制的空气极夹持，燃料极是透气性的。

作为上述透气性的离子导电性薄膜，使用具有Al₂O₃ 2H₂O的组成的低密度勃姆石型(γ-AlOOH)无机材料。并且，上述透气性燃料极使用了将粉末状铂涂敷到多孔性的较薄的导电性碳纸上并固定的材料。

在该实施例中，令人惊异的是，与上述Nature记载的燃料电池相比，可获得约3-3.5倍的电力，这是利用了振动搅拌装置所得到的氢系—氧系混合气体的特性。

并且，用陶瓷电解质层替代中空层(空气层)进行实验，也可获得几乎同样的发电效率。

(实施例9)

使用了2001年6月29日由日经BP社发行的日経メカニカル別冊、「燃料電池開発最前線」的「自動車、携带機器、家庭電源ガ替る」的第68-69页，特别是图44所示的Manhattan Scientifics社的「Micro Fuel Cell」。其构造如图75所示。用本发明的氢系—氧系混合气体(在原气体和处理气体两种情况下实施)取代甲醇提供到该电池的甲醇供给口，密封空气供给口，使燃料电池作用。

其结果，与将甲醇作为燃料使用时相比，可获得更加良好的发电效果。

并且，用电解质层替代中空层(空气层)进行实验，可获得几乎同样的效果。

(实施例10)

本实施例，通过用本发明的氢系—氧系混合气体(在原气体和处理气体两种情况下实施)取代碳氢化合物和空气的混合气体，供给到特开2002-280015号公报中记载的单室型固体电解质型燃料电池来进行，可获得0.5W/cm²的电力。

该单室型固体电解质型燃料电池的构造如上述特开2002-280015号公报所述，对其进行如下说明。

该单室型固体电解质型燃料电池如图76及图77所示，是在圆盘状的氧离子传导性固体电解质的同一个面上分别具有空气极及燃料极的构造。并且，本单室型固体电解质型燃料电池容纳在氧化铝管中，在甲烷和空气的混合气体在该氧化铝管中流通的状态下使用。

氧离子传导性固体电解质使用了La_1-zSr_zGa_1-wMg_wO_3-δ或者Ce_1-γLn_γO_2-δ。并且，空气极是掺杂了锶的Ln_1-zSr_zCoO_3±δ(上述Ln是希土类元素，特别是La、Sm、Gd或者Yb)，特别是使用了Sm_0.5Sr_0.5CoO_3±δ。并且，燃料极是向掺杂了镍、钐的氧化铈的混合物(Ce_1-γSm_γO_2-δ)添加1质量％的钯的电极。掺杂了钐的氧化铈的混合物使用了Ce_0.8Sm_0.2O_1.9(SDC)。并且，Ni和SDC的混合比以重量比计为7∶3。并且，空气极及燃料极如图77所示，为了具有预定的空隙，空开一定间隔进行设置。

该单室型固体电解质型燃料电池通过如下方法制造。首先，在氧离子传导性固体电解质的表面形成燃料极。以规定量称量氧化镍粉末和SDC粉末，在用适当的有机溶剂混合粉碎后，加入规定量的氧化钯粉末进行混合粉碎，调制成胶状的电极材料。将其丝网印刷到氧离子传导性固体电解质上，在1400℃下进行烧结处理。

接着，在和氧离子传导性固体电解质中形成燃料极的面相同的一侧，与燃料极空开规定的间隙而形成空气极。将Ln_1-zSr_zCoO_3±δ(在此使用了Sm_0.5Sr_0.5CoO_3±δ)溶解到有机溶剂中进行粉碎，并调制成胶状的电极材料。将其丝网印刷到与氧离子传导性固体电解质的燃料极同侧的面上，在900℃下进行烧结处理。

电极的间隔为3×10^-3m。并且，燃料极的Pd添加量为5重量％，氧离子传导性固体电解质使用了7×10^-3m见方、厚0.3×10^-3m、表面粗糙度Ra为0.06×10^-6m的材料。

(实施例11)

利用实施例1中所使用的氢系—氧系混合气体生成装置，对所生成的氢系—氧系混合气体采用氧分离器分离为氧系气体和氢系气体，从实施例6中使用的燃料电池的燃料极侧供给上述氢系气体，从空气极侧提供上述氧系气体而进行发电。并且，在电解槽内的负极和正极之间设置隔膜，将生成的以负极一侧的氢为主要成分的气体成分即以氢系气体、和正极一侧的氧为主要成分的气体成分即氧系气体从生成阶段开始进行分离、收集，将该氢系气体提供到燃料电池的燃料极，将氧系气体提供到燃料电极的空气极以进行发电，也可获得完全同样的结果。其结果，与利用市场销售的氢气瓶和氧气瓶进行同样的发电的情况相比，发电效率提高约五成。这无疑是因为以氢气为主要成分的气体成分、即氢系气体中存在H、H₃、HD及OH。

(实施例12)

在本实施例中，作为图65-67的氢系—氧系混合气体生成装置使用了以下装置。

(A)振动搅拌装置

日本テクノ(株)制造，商品名为绝缘式超振动α-搅拌机α-3型

将(图49所示的)二台设置在电解槽中，使振动叶片分别相对

振动电机：250W×200V×3相

(株)村上精机制作所制造的低频振动电机

商品名为ュ一ラスバイブレ一タ一

振动棒：SUS304制直径16mm、2个

振动叶片：SUS304制厚度6mm、7个

固定部件：SUS304制

弹性部件片：商品名テフロン(注册商标)片

将上述绝缘式超振动α-搅拌机的一个作为正极、另一个作为正极使用，在两者之间设置隔膜，分别采取以氢气为主要成分的气体成分即氢系气体、以及以氧气为主要成分的气体成分即氧系气体。并且，只要振动叶片作为正极使用，就向SUS板上设置铂镀层。

(B)变换器：(株)中央制作所制造

调整到50Hz使用。

(C)整流器(振动电机用)：富士电机(株)制造，商品名为FVR-C9S、200V

(D)电解槽：SUS304制(内表面覆盖氯乙烯树脂)

内径为700mm×500mm×500mm(H)

盖部件为SUS304。

(E)盖部件和振动棒之间的密封(参照图68)

通过填充硅进行充分密封，即使振动电机的振动轴振动时也不会发生漏气。

(F)将氢系—氧系混合气体从电解槽引导到燃料电池时，分离以氢气为主要成分的气体成分即氢系气体、及以氧气为主要成分的气体成分即氧系气体，气体均通过图59的安全装置，以氢气为主要成分的气体成分即氢系气体提供到实施例6的燃料电池的燃料极侧、以氧气为主要成分的气体成分即氧系气体提供到实施例6的燃料电池的空气极侧以进行发电。

另一方面，为了进行比较，将市场销售的氢气瓶的氢气供给到实施例6的燃料电池的燃料极侧，将空气供给到空气极侧进行了发电。

与比较例相比，本实施例的发电效率约提高了50％。

这是因为本发明的气体具有以下特征(从分析结果来看)：本实施例所得到的以氢气为主要成分的气体成分即氢系气体含有微量的H、H₃、HD及OH。

并且，将各单电池中的电解质层转换为中空层进行了实验，可获得几乎同样的发电效果。

(实施例13)

在本实施例中，作为图52-53的氢系—氧系混合气体生成装置使用了以下所示装置。

(A)振动搅拌装置

振动电机：75W×200V×3相

(株)村上精机工作所制造

ュ一ラスバイブレ一タ一2极型KEE-1-2B

振动棒：钛制造直径16mm、2个

振动叶片：钛制厚度6mm、4个

叶片的角度为从水平面向下倾斜15°

(B)固定电极

正极：向不锈钢板镀铂的材料、8个

负极：不锈钢板、9个

(C)变换器：富士电机(株)制造，商品名为FVR-C9S、在42Hz下工作

(D)整流器(振动电机用)：中央制作所制造Power Master、200V

(E)电解槽：SUS304制(内表面覆盖聚碳酸酯)

内径为320mm×220mm×400mm(H)

(使用密闭盖)

(F)盖部件和振动棒之间的密封(参照图68)

上下用合成橡胶包装，间隙之间通过填充硅来密封。

(G)将氢系—氧系混合气体从电解槽引导到燃料电池时，使用了图72的系统。并且为了测定生成气体，一部分未通过图72的系统而作为原气体回收，另一部分作为通过了图72的系统的处理气体而被回收以供分析。

(H)使用电解液：向蒸馏水中加入KOH，作为20重量％的水溶液使用。在40℃下进行电解，逐次补给消耗的水。所获得的气体的分析结果如上述表1所示。

(I)燃料电池的构造和使用方法

直接使用了实施例1中所使用的燃料电池。可获得与实施例1基本相同的结果。

(实施例14)

在本实施例中，使用图65-67的氢系—氧系混合气体生成装置，和实施例13一样进行水的电解，制造出本发明的氢系—氧系混合气体。对获得的混合气体进行分析，其结果和上述表1的组成基本相同。