(57)【要約】      （修正有）【課題】アルカリ水溶液を用いて水を電気分解して、酸素ガスと水素ガスを発生させ、それらを混合状態で取り出すようにした酸水素混合ガス発生装置において、効率および信頼性の高い酸水素ガス発生装置を提供すること。【解決手段】水の電気分解を行なう電解槽の構造が、両端がゴム製パッキング３を介してステンレス円板蓋４で封じられたフランジ付き円筒ステンレスであり、その内部が複数のステンレス電極円板５で複数室に区切られ、それらの周囲とステンレス円筒１とは耐アルカリ性プラスチック６にて電気的に絶縁されており、さらに各ステンレス電極円板５はリング状の帯状耐アルカリ性プラスチック７に挟まれて固定され、電気的に絶縁されるようにした酸水素ガス発生装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ水溶液を用いて水を電気分解して、酸素ガスと水素ガスを発生させ、それらを混合状態で取り出すようにした酸水素混合ガス発生装置において、水の電気分解を行なう電解槽の構造が、両端がゴム製パッキングを介して電気的に絶縁されてステンレス円板蓋で封じられたフランジ付き円筒ステンレスであり、その内部が複数のステンレス電極円板で複数室に区切られ、それらの周囲とステンレス円筒内面とは円筒状耐アルカリ性プラスチックにて電気的に絶縁されており、さらに各ステンレス電極円板はリング状の帯状耐アルカリ性プラスチックに挟まれて固定され、電気的に絶縁されていることを特徴とする酸水素ガス発生装置。
【請求項２】
請求項１における電解槽の電極構成において、耐アルカリ性プラスチックとして、ポリプロピレンもしくはテフロンを用いたことを特徴とする酸水素ガス発生装置。
【請求項３】
請求項１における電解槽の電極構成において、ステンレス電極円板の両側表面に穴あきステンレス円板を、間隙を設けて接続し、両端ステンレス円板蓋には穴あきステンレス円板を内側のみに接続していることを特徴とする酸水素ガス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、水を電気分解して酸素ガスと水素ガスを発生させ、それらを混合状態で取り出すようにした酸水素混合ガス発生装置の構成と構造に関するものである。そのガスを燃焼させて、溶接や溶断、溶射加工などを行なうことができる。
【背景技術】
【０００２】  水を電気分解して水素と酸素を発生させる方法としては、それぞれのガスを分離した状態で発生させる方法と、それぞれのガスを混合した形態で発生させる方法がある。本発明は、後者の水素と酸素を混合した形態で発生させる酸水素ガス発生装置に関する。【０００３】  水素と酸素との混合ガス発生装置としては、従来から、電解槽内部に複数の電極板を積層し、その間にゴム質の絶縁部材を挿入介在させて、それぞれの電極板の間を隔離絶縁した構造のものが広く使用されている。ところが、この電極板相互間の絶縁材料としてゴム質のものを使用することによって、時間の経過とともに、電解液と熱により、ゴム質が劣化し変形して電解液の漏れを生じたり、絶縁不良が発生する等の問題が生じる。また、電解槽の構造上、電極板相互間の間隔が３ｍｍ程度と狭く、ゴム質の劣化によって電解液の電気分解効率が落ちるだけでなく、発熱が激しく、また、電力損失が大きくなり、長時間稼動が不可能となる問題もある。【０００４】  また、角型電解槽を用いる場合も多く見られるが、その製作において溶接部が多くなり、信頼性や製作費の点で不利な上、発生させるガス圧力に対して変形しやすいという欠点がある。また電解室内部の寸法精度が悪くなりやく、電極板絶縁支持枠部分の絶縁性に問題が生じやすく、発熱の原因となり、水の電気分解の効率低下を招きやすくなる。また、エポキシ樹脂製の電極板絶縁支持枠を用いる場合もあるが、加工性が悪く、複数部品を組み合わせて作ると、接続部分に隙間を生じやすくなり、漏れ電流が発生しやすく、電気絶縁性に問題を生じ、性能を確保しようとすると電極板絶縁支持枠の加工精度を高くする必要があり、複雑かつ高価となる欠点がある。
【特許文献１】特開２００５−１４６３０２号公報
【特許文献２】特開平１１−００１７９０号公報
【特許文献３】特開平０６−１９２８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  本発明は、従来の水素と酸素との混合ガス発生装置におけるこのような問題を解消して、水素・酸素混合ガスを安定的で効率的に発生できる酸水素ガス発生装置を提供するものである。【０００６】  従来では、角型電解槽を用い、電解槽内部に複数の電極板を積層し、その間にゴム質の絶縁部材を挿入介在させて、それぞれの電極板の間を隔離絶縁した構造のものが使用されている。エポキシ樹脂製の電極板絶縁支持枠を用いる場合もあるが、加工性が悪く、複数部品を組み合わせて作ると、電気絶縁性に問題を生じやすく、性能を確保しようとすると高価となる欠点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明では、アルカリ水溶液を電気分解して酸素ガスと水素ガスを発生させ、それらを混合状態で取り出すようにした酸水素混合ガス発生装置において、水の電気分解を行なう電解槽の構造が、両端がゴム製パッキングを介してステンレス電極円板で封じられたフランジ付き円筒ステンレスであり、その内部がステンレス電極円板で複数室に区切られ、その周囲とステンレス円筒内面とは円筒状耐アルカリ性プラスチックにて電気的に絶縁されており、さらに各ステンレス電極円板はリング状の帯状耐アルカリ性プラスチックに挟まれて密着性よく固定され、電気的に絶縁されていることを特徴とし、これにより効率および信頼性の高い酸水素ガス発生装置を提供するものである。【０００８】  酸水素ガス発生装置は水を電気分解し、水素ガスと酸素ガスの混合ガスを発生させる装置である。水の電気分解は電解液（電解質水溶液・ＫＯＨ、ＮａＯＨ、等）に電気を流すことにより起きる電気化学反応である。陽極（＋）では水酸イオンＯＨ−が反応、電子を電極に放出して酸素分子Ｏ２と水分子が発生する。陰極（−）では水分子が電子を受け取って水酸イオンＯＨ−と水素分子Ｈ２が発生する。この様に水が電気によって水素と酸素に分解され、気体（ガス）として取り出される。本装置での酸水素ガス発生装置は、酸素ガスと水素ガスを分離しないで混合ガス状態として燃料ガスとして取り出される。電解液の電解質は電気を流し易くし、水の電気分解を促進する役割をしている。全体としては水（Ｈ２Ｏ）だけが電気分解によりガスとなって消費され、電解質は分解されることなく残るので、水のみを補給すればよい。商用電源で水を電気分解し酸素と水素を連続的に発生させる装置であるので、わずらわしいガスボンベ等一切不要となり、電源投入ですぐに燃料などに利用できる。酸水素ガス発生装置は水を電気分解し、完全燃焼に必要な酸素自体を含む水素ガス２：酸素ガス１の混合ガスを発生させる装置であり、ガス貯蔵部を設けず、発生させたガスを直ちに利用するので、環境への影響なく、また爆発の危険性なく、安心して使用することができる。【０００９】  本発明の実施例として、電解槽の構造を図１に示す。電解液として水酸化カリウム水溶液（２０−３０ｗｔ％程度）を用いている。図１Ａはその断面図であり、１はステンレス製円筒管（ＳＵＳ３０４）であり、本実施例では、内径４９８ｍｍ、管の厚さ５ｍｍであり、両端にフランジ２が溶接で取り付けられている。両端部において、３はゴムパッキング（ネオプレンゴム）、４はステンレス円板蓋（ＳＵＳ３０４、厚さ１５ｍｍ）であり、絶縁円筒スリーブを有するボルト、ナットでゴムパッキングを介して電気的に絶縁されて取り付けられている。５はステンレス円板電極（ＳＵＳ３１６、厚さ１ｍｍ）であり、図では４枚のみ描かれ他は省略されているが、この例では１９枚あり、電解槽が２０室に分けられている。６はステンレス円筒内部の電解液とステンレスとを絶縁するためのプラスチック絶縁円筒であり、この例ではポリプロピレンを採用した。７は各ステンレス電極円板の位置を固定し、かつ各ステンレス電極円板を電気的に絶縁するための電極板絶縁支持枠であり、幅１５ｍｍ、厚さ５ｍｍの帯状のポリプロピレンをリング状にして用いている。その斜視図を図１Ｂに示している。ポリプロピレンは耐アルカリ性に優れ、耐熱性も実用上十分である。ポリプロピレンの代わりにテフロン（フッ化炭素樹脂）を用いることもできる。このような構成を採用することにより、電極板絶縁支持枠部において隙間なく、容易に絶縁性の良い電解槽を実現できる。電解液は上部５分の１を残す程度に満たされている。この図には明示されていないが、各ステンレス電極円板の上部には径１５ｍｍ程度の穴、下部の斜め下には各ステンレス円板には隣同士左右互い違いに径１５ｍｍ程度の穴が設けられている。上部の穴は発生したガスの取り出し用であり、下部の穴は電解液の導入用である。各ステンレス電極円板の下部の穴が隣同士互い違いであるのは、電解液中を流れる電流がバイパスしないようにするためである。【００１０】  直流電源が左右のステンレス円板蓋に接続される。左右のステンレス円板蓋が陽極、陰極の役割を果たす。このようにすると各ステンレス電極円板で区切られた電解室が直列接続され、各ステンレス電極円板の表裏が各電解室の陽極と陰極として作用することになる。水の電気分解では各電解室に必要な電圧は２Ｖ程度なので、本実施例の２０室構成では、４０Ｖ−５０Ｖ程度の電圧が必要である。このとき２００Ａ程度の電流が流れ、２４００リットル毎時程度の酸水素ガスが発生する。【００１１】  図１Ｃは一方のステンレス円板蓋の正面図であって、酸水素ガスの取り出し口１１、電解液の液面計１２、水の補給口１３、電解液の排出口１４、直流電源の接続端子１５が設けられている。他方のステンレス円板蓋には直流電源の接続端子が設けられている。【００１２】  電極板の表面積を増せば、同一電圧ならば、電流がそれに比例して増加し、発生する酸水素ガスが増加する。また、電流を一定に保てば、電圧が減少し、水電気分解の効率が向上する。電極表面積の増加方法として、表面に凹凸をつける、網目状のものを付加するなどが考えられるが、簡単構造で信頼性を確保できる方法として、図２に示すように、５ｍｍ程度の穴を１０ｍｍ程度の間隔で多数設けた構造の穴あきステンレス円板５Ａを、２−３ｍｍの間隙を設けて、溶接などの方法で電極板の両面に固定することが有効である。最両端の電極（ステンレス円板蓋）はもちろん片側のみに付加する。このようにすることにより、約３倍の電極表面積を実現できる。各電極板に複数枚の穴あきステンレス板を付加すれば、電極表面積をさらに増加させることができる。【００１３】  図３は、酸水素ガス発生装置の全体を示す。図３Ａは平面図、図３Ｂは正面図である。図３Ａの３１は電解槽であり、発生した酸水素ガスは、ガスホース配管により、水式の逆火防止器３２および水滴フィルター兼乾式逆火防止器３３を経て、ガス出力３４となる。３５は消費した水を補給するための水タンクであり、圧力ポンプ３６により電解槽３１に水が補給される。電解槽３１の液面モニターを用いることのより、自動給水とすることもできる。３７は電解槽や直流電源の発熱に対する冷却ファンである。３８は商用電源２００Ｖ，３相、５０Ａへの接続端子である。  図３Ｂの３９は直流電源であり、スイッチング電源方式のものを採用しており、容量５０Ｖ��２００Ａのものを用いている。スイッチング電源方式のものは、小型、軽量で大容量という長所がある。この電源は定電圧定電流制御方式であり、一定ガス発生条件に対しては定電流動作モードを適用でき、使いやすい。４０は制御盤であり、電源のＯＮ，ＯＦＦの操作および電解槽３１内のガス圧力をモニターして、設定ガス圧力を維持するように直流電源３９を制御する。圧力０−０．５ＭＰａで制御できるようにした。また、電解槽には安全弁を設け、さらに電解槽の温度を監視し、安全動作を確保するようにしている。
【発明の効果】
【００１４】  以上説明したように、本発明では、アルカリ水溶液を電気分解して酸素ガスと水素ガスを発生させ、それらを混合状態で取り出すようにした酸水素ガス発生装置において、水の電気分解を行なう電解槽の構造が、両端がゴム製パッキングを介してステンレス円板蓋で封じられたフランジ付き円筒ステンレスであり、その内部がステンレス電極円板で複数室に区切られ、その周囲とステンレス円筒とは耐アルカリ性プラスチックにて電気的に絶縁され、さらに各ステンレス電極円板はリング状の帯状耐アルカリ性プラスチックに挟まれて固定されて電気的に絶縁されていることを特徴し、これらにより、効率および信頼性の高い酸水素ガス発生装置を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明酸水素ガス発生装置の一実施例を示す電解槽の断面図および正面図である。
【図２】本発明酸水素ガス発生装置における電解槽の電極構成一実施例の断面図である。
【図３】本発明酸水素ガス発生装置の一実施例の平面図および正面図である。
【符号の説明】
【００１６】１  ステンレス円筒
２  ステンレス円筒フランジ
３  ゴムパッキング
４  ステンレス円板蓋
５  ステンレス電極円板
５Ａ  穴あきステンレス円板
６  プラスチック絶縁円筒
７  電極板絶縁支持枠
１１  酸水素ガスの取り出し口
１２  電解液の液面計
１３  水の補給口
１４  電解液の排出口
１５  直流電源の接続端子
３１  電解槽
３２  水式の逆火防止器
３３  水滴フィルター兼乾式逆火防止器
３４  ガス出力
３５  水タンク
３６  圧力ポンプ
３７  冷却ファン
３８  電源２００Ｖ，３相への接続端子
３９  直流電源
４０  制御盤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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