(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜の両面に金属電極を形成してなる水電解膜によって隔てられた陽極室と陰極室とを有する水電解セルと、
前記水電解セルに純水を供給する純水供給手段と、
前記水電解セル内の水電解膜の金属電極に直流電流を供給するための水電解用直流電源手段と、
前記水電解セルの陽極室において純水の電気分解により発生した酸素と純水との混合物を、酸素ガスと純水とに分離するための第１の気液分離装置と、
前記水電解セルの陰極室において純水の電気分解により発生した水素と純水との混合物を、水素ガスと純水とに分離するための第２の気液分離装置、
とを有してなる高純度水素・酸素ガス発生装置において；
前記第１の気液分離装置および第２の気液分離装置は、それぞれ水素ガスもしくは酸素ガスと純水との混合物が流入して上部に分離したガスを溜める分離室と、その分離室の底部から純水を排出するための排水弁と、分離室の上部からガスを外部へ導くためのガス導出配管とを備えており、
しかも各分離室の内部には、純水の水位の変動に伴なって上下動するフロートが配設され、かつ各フロートには永久磁石が設けられ、前記各分離室の外部には、前記各永久磁石との間の磁気力によって前記各永久磁石とともに上下動する第２の永久磁石が設けられるとともに、その第２の永久磁石の磁気を検知してフロートの上下方向の位置を検出する検出手段が設けられており、さらにその検出手段からの検出信号に応じて前記各排水弁を制御する水位制御手段を備えていることを特徴とする、高純度水素・酸素ガス発生装置。
【請求項２】
固体高分子電解質膜の両面に金属電極を形成してなる水電解膜によって隔てられた陽極室と陰極室とを有する水電解セルと、
前記水電解セルに純水を供給する純水供給手段と、
前記水電解セル内の水電解膜の金属電極に直流電流を供給するための水電解用直流電源手段と、
前記水電解セルの陽極室において純水の電気分解により発生した酸素と純水との混合物を、酸素ガスと純水とに分離するための第１の気液分離装置と、
前記水電解セルの陰極室において純水の電気分解により発生した水素と純水との混合物を、水素ガスと純水とに分離するための第２の気液分離装置、
とを有してなる高純度水素・酸素ガス発生装置において；
前記第１の気液分離装置および第２の気液分離装置は、それぞれ水素ガスもしくは酸素ガスと純水との混合物が流入して上部に分離したガスを溜める分離室と、その分離室の底部から純水を排出するための排水弁と、分離室の上部からガスを外部へ導くためのガス導出配管とを備えており、
しかも各分離室の内部には、純水の水位の変動に伴なって上下動するフロートが配設され、かつ各フロートには永久磁石が設けられ、さらに前記各分離室の外部には、前記各永久磁石の磁気力によって永久磁石とともに上下動する表示部材と、表示部材の上下方向の位置を検出する検出手段とが設けられており、さらにその検出手段からの検出信号に応じて前記排水弁を制御する水位制御手段を備えていることを特徴とする、高純度水素・酸素ガス発生装置。
【請求項３】
請求項２に記載の高純度水素・酸素ガス発生装置において、
前記分離室内に上下方向に沿ってガイド管が挿入されており、そのガイド管の外側を前記フロートの永久磁石が取囲む構成とされており、さらに前記表示部材が、ガイド管内に上下方向に移動可能に収容されている、高純度水素・酸素ガス発生装置。
【請求項４】
固体高分子電解質膜の両面に金属電極を形成してなる水電解膜によって隔てられた陽極室と陰極室とを有する水電解セルと、
前記水電解セルに純水を供給する純水供給手段と、
前記水電解セル内の水電解膜の金属電極に直流電流を供給するための水電解用直流電源手段と、
前記水電解セルの陽極室において純水の電気分解により発生した酸素と純水との混合物を、酸素ガスと純水とに分離するための第１の気液分離装置と、
前記水電解セルの陰極室において純水の電気分解により発生した水素と純水との混合物を、水素ガスと純水とに分離するための第２の気液分離装置、
とを有してなる高純度水素・酸素ガス発生装置において；
前記第１の気液分離装置および第２の気液分離装置は、それぞれ水素ガスもしくは酸素ガスと純水との混合物が流入して上部に分離したガスを溜める分離室と、その分離室から純水を排出するための少なくとも一つの排水口と、その分離室の上部からガスを外部へ導くためのガス導出配管とを備えており、
しかも各分離室の内部には、純水の水位の変動に伴なって上下動するフロートが配設され、かつ前記排水口はその少なくとも一つは分離室の内面のうち垂直な壁面に形成されており、前記フロートにはその垂直壁面の排水口を遮蔽し得る遮蔽部が形成されていることを特徴とする、高純度水素・酸素ガス発生装置。
【請求項５】
請求項４に記載の高純度水素・酸素ガス発生装置において、
前記フロートにさらに永久磁石が設けられ、また排水口として、前記垂直壁面の排水口のほかに分離室底部に別に排水口が設けられていて、その排水口に開閉弁が接続されており、また分離室の外部には前記永久磁石に感応してその永久磁石の位置を検出する検出手段が設けられており、さらにその検出手段からの検出信号に応じて前記排水弁を制御する水位制御手段を備えていることを特徴とする、高純度水素・酸素ガス発生装置。
【請求項６】
固体高分子電解質膜の両面に金属電極を形成してなる水電解膜によって隔てられた陽極室と陰極室とを有する水電解セルと、
前記水電解セルに純水を供給する純水供給手段と、
前記水電解セル内の水電解膜の金属電極に直流電流を供給するための水電解用直流電源手段と、
前記水電解セルの陽極室において純水の電気分解により発生した酸素と純水との混合物を、酸素ガスと純水とに分離するための第１の気液分離装置と、
前記水電解セルの陰極室において純水の電気分解により発生した水素と純水との混合物を、水素ガスと純水とに分離するための第２の気液分離装置、
とを有してなる高純度水素・酸素ガス発生装置において；
前記第１の気液分離装置に、酸素ガスリーク弁および酸素ガス遮断弁と酸素ガス圧力検知器が設けられ、また前記第２の気液分離装置に水素ガスリーク弁および水素ガス圧力検知器が設けられ、さらに前記酸素ガス圧力検知器と水素ガス圧力検知器との差分圧力信号に応じて前記酸素ガスリーク弁および酸素ガス遮断弁を制御するための水素−酸素ガス差圧制御手段を備えていることを特徴とする、高純度水素・酸素ガス発生装置。
【請求項７】
固体高分子電解質膜の両面に金属電極を形成してなる水電解膜によって隔てられた陽極室と陰極室とを有する水電解セルと、
前記水電解セルに純水を供給する純水供給手段と、
前記水電解セル内の水電解膜の金属電極に直流電流を供給するための水電解用直流電源手段と、
前記水電解セルの陽極室において純水の電気分解により発生した酸素と純水との混合物を、酸素ガスと純水とに分離するための第１の気液分離装置と、
前記水電解セルの陰極室において純水の電気分解により発生した水素と純水との混合物を、水素ガスと純水とに分離するための第２の気液分離装置、
とを有してなる高純度水素・酸素ガス発生装置において；
前記第１の気液分離装置にガス導出配管を介して酸素ガスタンクが接続され、また前記第２の気液分離装置の水素ガス導出口に、ガス導出配管を介して水素ガスタンクが接続され、前記酸素側のガス導出配管には、第１の気液分離装置内のガス圧力が設定圧力を越えれば開放されかつ設定圧力以下で閉じる第１の保圧弁が設けられ、前記水素側のガス導出配管には、前記第１の保圧弁と同じ設定圧に予め設定された第２の保圧弁が設けられていることを特徴とする、高純度水素・酸素ガス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、純水を直接電気分解することにより高純度の水素ガスおよび酸素ガスを発生させる水素ガス・酸素ガス発生装置に関するものであり、特に半導体製造過程においてシリコン酸化膜や各種ＣＶＤ膜、エピタキシャル成長膜などの薄膜、厚膜を生成させるための各種成膜工程、あるいは熱処理工程、さらには原子力発電装置の冷却水配管系の腐食防止や火力発電装置冷却用、また窯業やファインセラミック工業、そのほか各種工業において必要とされる高純度の水素ガスおよび酸素ガスを発生させるための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に水素ガスは、石油化学工業やソーダ工業で発生する副成ガスから精製して、ガス圧縮機によりガスボンベに高圧充填したり、冷却・液化したりして輸送や貯蔵を行ないやすい形態とし、半導体製造設備などに供給して使用するのが通常であった。しかしながら、水素ガスを高圧充填したガスボンベは、充填圧力そのものが危険であるばかりでなく、輸送時や貯蔵時に漏洩して引火、爆発する危険性がある。
【０００３】
一方酸素ガスは、空気を冷却して深冷分離し、液体酸素として精製し、その液体酸素の状態のままで半導体製造工程等の消費場所に輸送し、そのまま液体状態で貯蔵して、使用時に気化してガス状態で使用したり、あるいはガスボンベに高圧充填された状態で輸送、貯蔵、消費したりするのが通常である。この場合酸素は、水素とは異なり、それ自体で燃焼、爆発するものではないが、強い支燃性があるため、鉄等の金属をも燃焼させ、また可燃物と混合されれば強力な爆発物となったりするため、輸送時や貯蔵、使用時に水素と同様な危険性がある。
【０００４】
前述のような高圧充填した高圧水素ガスボンベや液体酸素、高圧酸素ガスボンベの輸送、貯蔵に関しては、最近では人口密集地を通ってこのような危険物を輸送したり人口密集地に貯蔵したりすることに対して住民の危険意識が強くなり、また実際に事故に対するリスクは極めて大きなものとなっており、また輸送コストも年々高くなっている。そこで輸送上の危険がなくかつ輸送コストも削減できるような、高純度水素ガスや高純度酸素ガスの安定供給設備を開発することが強く求められている。
【０００５】
ところで、前述のような問題の解決策としては、水素ガスや酸素ガスを消費する工場内に、水の電気分解によって水素ガスおよび酸素ガスを発生させる水電解装置を設置することが従来から考えられており、また一部では実施されている。この場合、工場内で必要な時に必要な量だけ水素ガス、酸素ガスを発生させることができるため、貯蔵や輸送の必要がなく、したがってそれに伴なう危険性を回避することができる。
【０００６】
しかしながら従来の一般的な水電解装置では、ＫＯＨ等の電解質を純水に溶解させて電気抵抗を下げる必要があり、これらのＫＯＨ等の電解質が不純物として発生ガス中に混入するため、各種機器の腐食や製品劣化等の問題があり、したがって水の電気分解による水素・酸素ガス発生装置は余り普及していないのが実情であった。例えば半導体製造工業においては、アルカリ不純物が製品の素子の電気特性の劣化要因となっているから、ＫＯＨ等のアルカリ電解質で汚染されたガスは半導体製造工業では不適当とされていた。
【０００７】
ところで最近に至り、固体高分子電解質膜の両面に金属電極を形成した水電解膜によって水電解セル内を陽極室と陰極室とに仕切り、陽極室に外部から純水を導入して、純水を直接電気分解するようにした高純度水素・酸素ガス発生装置が開発されている。この種の固体高分子電解質膜を用いた装置では、ＫＯＨ等のアルカリ電解質による汚染の問題を解消することは可能となった。しかしながら、固体高分子電解質膜を用いた水電解膜は、薄くかつ脆弱であってその耐圧が低いため、水電解膜によって仕切られた陽極室側の酸素ガスと陰極室側の水素ガスとの差圧によって水電解膜が破壊されるおそれがある。そのため固体高分子電解質膜を水電解膜に用いた水素・酸素ガス発生装置は、その信頼性が低くならざるを得ず、また大型化することが困難であった。
【０００８】
ここで、水電解セル内の陽極室側と陰極室側との差圧は、陽極室側で発生する酸素ガスと陰極室側で発生する水素ガスの使用状況によって変化する。すなわち、水の電気分解で発生する水素ガスと酸素ガスの容積比は２：１であるが、実際の使用状況下では、２：１の割合で使用されることは稀であって、いずれかのガスが余分となるかまたはいずれかのガスが不足することとなるのが通常である。その場合一般には酸素ガスを捨て、水素ガスの使用量に合せて水素・酸素ガス発生装置を作動させる方法が適用されることが多いが、この場合消費される側のガス圧が低下し、捨てる側のガス圧は高くなるから、これらのガス圧力に大きな差が生じ、その圧力の差が水電解セルの陽極室と陰極室とを隔てる水電解膜に差圧として作用して、薄くて脆弱な水電解膜を破壊するおそれがあったのである。
【０００９】
そしてまた、一般に水の電気分解で発生する水素ガスと酸素ガスとは、それぞれ水に混合された状態となっているから、その気液混合物を酸素ガス側、水素ガス側の各気液分離装置においてガスと水とに分離する必要があるが、この場合気液分離装置において分離された水を排水する際には、排水された水が占めていた容積分だけ、ガスが占めている部分の容積が大きくなるから、その分ガス圧力が低下することになる。各気液分離装置は、水電解セルの陽極室もしくは陰極室に連通しているから、陽極室に連通している酸素側の気液分離装置の酸素ガス圧力と、陰極室に連通している水素側の気液分離室の水素ガス圧力とのうち、いずれか一方が気液分離装置からの排水によって大きく低下すれば、それが水電解セル内の陽極室と陰極室とを隔てる水電解膜に大きな差圧として作用してしまう。したがって水素ガス側、酸素ガス側の各気液分離装置の排水を適切に行なわなければ、水電解セルの陽極室と陰極室とを隔てる水電解膜に作用する差圧が大きくなってしまい、薄くて脆弱な水電解膜を破壊してしまうおそれがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように固体高分子電解質膜からなる水電解膜を用いて純水を直接電気分解させて高純度の水素ガスと酸素ガスを発生させる装置では、水電解セル内の陽極室と陰極室とを隔てる水電解膜が薄くて脆弱であるため、陽極室側と陰極室側との差圧によって水電解膜が破壊するおそれがある。その差圧が発生する原因としてはいくつかのものがあるが、大きな原因としては前述のように気液分離装置における排水の問題がある。また発生した水素ガス、酸素ガスの使用量のばらつきも差圧発生の原因となっている。
【００１１】
この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、固体高分子電解質膜からなる水電解膜を用いて純水を直接電気分解することにより高純度の水素ガス、酸素ガスを発生する装置において、水電解膜に作用する差圧を可及的に少なくし得るように制御できる構成とし、これによって薄くて脆弱な固体高分子電解質膜からなる水電解膜の差圧による破壊の発生を防止し、安全性、信頼性を高めるとともに、大型化も可能にした高純度水素・酸素ガス発生装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、この発明では、陽極室で発生した酸素ガスと純水との混合物を酸素ガスと純水とに分離するための気液分離装置、および陰極室で発生した水素ガスと純水との混合物を水素ガスと純水とに分離するための気液分離装置のそれぞれにおいて、排水を適切に制御し得るようにして、水電解セル内の陽極室と陰極室とを隔てる水電解膜に大きな差圧が生じないように構成した。またこの発明は、発生した水素ガス、酸素ガスの使用量のばらつきにともなう圧力変動が水電解セル内の水電解膜に差圧として可及的に作用しないように構成した。
【００１３】
具体的には、請求項１の発明の高純度水素・酸素ガス発生装置は、固体高分子電解質膜の両面に金属電極を形成してなる水電解膜によって隔てられた陽極室と陰極室とを有する水電解セルと、前記水電解セルに純水を供給する純水供給手段と、前記水電解セル内の水電解膜の金属電極に直流電流を供給するための水電解用直流電源手段と、前記水電解セルの陽極室において純水の電気分解により発生した酸素と純水との混合物を、酸素ガスと純水とに分離するための第１の気液分離装置と、前記水電解セルの陰極室において純水の電気分解により発生した水素と純水との混合物を、水素ガスと純水とに分離するための第２の気液分離装置、とを有してなる高純度水素・酸素ガス発生装置において、前記第１の気液分離装置および第２の気液分離装置は、それぞれ水素ガスもしくは酸素ガスと純水との混合物が流入して上部に分離したガスを溜める分離室と、その分離室の底部から純水を排出するための排水弁と、分離室の上部からガスを外部へ導くためのガス導出配管とを備えており、しかも各分離室の内部には、純水の水位の変動に伴なって上下動するフロートが配設され、かつ各フロートには永久磁石が設けられ、前記各分離室の外部には、前記各永久磁石との間の磁気力によって前記各永久磁石とともに上下動する第２の永久磁石が設けられるとともに、その第２の永久磁石の磁気を検知してフロートの上下方向の位置を検出する検出手段が設けられており、さらにその検出手段からの検出信号に応じて前記各排水弁を制御する水位制御手段を備えていることを特徴とするものである。
【００１５】
そして請求項２の発明の高純度水素・酸素ガス発生装置は、固体高分子電解質膜の両面に金属電極を形成してなる水電解膜によって隔てられた陽極室と陰極室とを有する水電解セルと、前記水電解セルに純水を供給する純水供給手段と、前記水電解セル内の水電解膜の金属電極に直流電流を供給するための水電解用直流電源手段と、前記水電解セルの陽極室において純水の電気分解により発生した酸素と純水との混合物を、酸素ガスと純水とに分離するための第１の気液分離装置と、前記水電解セルの陰極室において純水の電気分解により発生した水素と純水との混合物を、水素ガスと純水とに分離するための第２の気液分離装置、とを有してなる高純度水素・酸素ガス発生装置において、前記第１の気液分離装置および第２の気液分離装置は、それぞれ水素ガスもしくは酸素ガスと純水との混合物が流入して上部に分離したガスを溜める分離室と、その分離室の底部から純水を排出するための排水弁と、分離室の上部からガスを外部へ導くためのガス導出配管とを備えており、しかも各分離室の内部には、純水の水位の変動に伴なって上下動するフロートが配設され、かつ各フロートには永久磁石が設けられ、さらに前記各分離室の外部には、前記各永久磁石の磁気力によって永久磁石とともに上下動する表示部材と、表示部材の上下方向の位置を検出する検出手段とが設けられており、さらにその検出手段からの検出信号に応じて前記排水弁を制御する水位制御手段を備えていることを特徴とするものである。
【００１６】
また請求項３の発明は、請求項２に記載の高純度水素・酸素ガス発生装置において、前記分離室内に上下方向に沿ってガイド管が挿入されており、そのガイド管の外側を前記フロートの永久磁石が取囲む構成とされており、さらに前記表示部材が、ガイド管内に上下方向に移動可能に収容されているものである。
【００１７】
さらに請求項４の発明の高純度水素・酸素ガス発生装置は、固体高分子電解質膜の両面に金属電極を形成してなる水電解膜によって隔てられた陽極室と陰極室とを有する水電解セルと、前記水電解セルに純水を供給する純水供給手段と、前記水電解セル内の水電解膜の金属電極に直流電流を供給するための水電解用直流電源手段と、前記水電解セルの陽極室において純水の電気分解により発生した酸素と純水との混合物を、酸素ガスと純水とに分離するための第１の気液分離装置と、前記水電解セルの陰極室において純水の電気分解により発生した水素と純水との混合物を、水素ガスと純水とに分離するための第２の気液分離装置、とを有してなる高純度水素・酸素ガス発生装置において、前記第１の気液分離装置および第２の気液分離装置は、それぞれ水素ガスもしくは酸素ガスと純水との混合物が流入して上部に分離したガスを溜める分離室と、その分離室から純水を排出するための少なくとも一つの排水口と、その分離室の上部からガスを外部へ導くためのガス導出配管とを備えており、しかも各分離室の内部には、純水の水位の変動に伴なって上下動するフロートが配設され、かつ前記排水口はその少なくとも一つは分離室の内面のうち垂直な壁面に形成されており、前記フロートにはその垂直壁面の排水口を遮蔽し得る遮蔽部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
また請求項５の発明は、請求項４に記載の高純度水素・酸素ガス発生装置において、前記フロートにさらに永久磁石が設けられ、また排水口として、前記垂直壁面の排水口のほかに分離室底部に別に排水口が設けられていて、その排水口に開閉弁が接続されており、また分離室の外部には前記永久磁石に感応してその永久磁石の位置を検出する検出手段が設けられており、さらにその検出手段からの検出信号に応じて前記排水弁を制御する水位制御手段を備えていることを特徴とするものである。
【００１９】
さらに請求項６の発明の高純度水素・酸素ガス発生装置は、固体高分子電解質膜の両面に金属電極を形成してなる水電解膜によって隔てられた陽極室と陰極室とを有する水電解セルと、前記水電解セルに純水を供給する純水供給手段と、前記水電解セル内の水電解膜の金属電極に直流電流を供給するための水電解用直流電源手段と、前記水電解セルの陽極室において純水の電気分解により発生した酸素と純水との混合物を、酸素ガスと純水とに分離するための第１の気液分離装置と、前記水電解セルの陰極室において純水の電気分解により発生した水素と純水との混合物を、水素ガスと純水とに分離するための第２の気液分離装置、とを有してなる高純度水素・酸素ガス発生装置において、前記第１の気液分離装置に、酸素ガスリーク弁および酸素ガス遮断弁と酸素ガス圧力検知器が設けられ、また前記第２の気液分離装置に水素ガスリーク弁および水素ガス圧力検知器が設けられ、さらに前記酸素ガス圧力検知器と水素ガス圧力検知器との差分圧力信号に応じて前記酸素ガスリーク弁および酸素ガス遮断弁を制御するための水素−酸素ガス差圧制御手段を備えていることを特徴とするものである。
【００２０】
さらにまた請求項７の発明の高純度水素・酸素ガス発生装置は、固体高分子電解質膜の両面に金属電極を形成してなる水電解膜によって隔てられた陽極室と陰極室とを有する水電解セルと、前記水電解セルに純水を供給する純水供給手段と、前記水電解セル内の水電解膜の金属電極に直流電流を供給するための水電解用直流電源手段と、前記水電解セルの陽極室において純水の電気分解により発生した酸素と純水との混合物を、酸素ガスと純水とに分離するための第１の気液分離装置と、前記水電解セルの陰極室において純水の電気分解により発生した水素と純水との混合物を、水素ガスと純水とに分離するための第２の気液分離装置、とを有してなる高純度水素・酸素ガス発生装置において、前記第１の気液分離装置にガス導出配管を介して酸素ガスタンクが接続され、また前記第２の気液分離装置の水素ガス導出口に、ガス導出配管を介して水素ガスタンクが接続され、前記酸素側のガス導出配管には、第１の気液分離装置内のガス圧力が設定圧力を越えれば開放されかつ設定圧力以下で閉じる第１の保圧弁が設けられ、前記水素側のガス導出配管には、前記第１の保圧弁と同じ設定圧に予め設定された第２の保圧弁が設けられていることを特徴とするものである。
【００２１】
【作用】
請求項１の発明の高純度水素・酸素ガス発生装置では、純水の電気分解によって水電解セルの陽極室で発生した酸素ガスは純水とともに第１の気液分離装置に流入し、その第１の気液分離装置の分離室内において酸素ガスが純水から分離されて分離室の上部に溜まる。また同様に水電解セルの陰極室で発生した水素ガスは純水とともに第２の気液分離装置に流入し、その第２の気液分離装置の分離室内において水素ガスが純水から分離されて分離室の上部に溜まる。一方各気液分離装置で酸素ガスもしくは水素ガスと分離された純水は、各分離室の底部側に溜まり、水位制御手段によって制御される排水弁を介して排出されることになる。
【００２２】
ここで、各気液分離装置における分離室中の純水にはフロートが浮かんでおり、このフロートは純水の水面の変動とともに上下動する。そして、フロートに設けられた永久磁石に連動して、分離室外部の第２の永久磁石が上下動し、その第２の永久磁石の位置が、同じく分離室外部の検出手段によって検出され、その検出手段からの検出信号に応じて水位制御手段により排水弁が制御される。すなわち、第２の永久磁石の位置は分離室内の水面位置に対応するから、水面位置に応じて排水弁が制御されることになる。したがって例えば水面位置が常時一定の位置あるいは予め定めた小さい範囲内の位置を維持するように排水を制御することが可能となり、その結果、排水に起因して分離室内の水面が大きく変動しないことになるから、水面上のガスが占める部分の容積も大きく変動することがなくなる。そのため排水に起因して水電解セルの陽極室と陰極室とを隔てている水電解膜に加わる差圧が大きくなることを防止できる。
【００２３】
ここで、第２の永久磁石は分離室の外部に位置するため、この第２の永久磁石の位置によって目視によっても分離室内の水面位置を確認することができる。すなわち第２の永久磁石は、目視確認用の水面位置表示部材を兼ねることになる。
【００２４】
一方請求項２の発明の装置の場合も、フロートとともに上下動する表示部材によって、目視によってフロートの位置、すなわち分離室内の水面位置を確認することができ、同時にその表示部材の位置が検出手段によって検出されて、請求項１の発明の場合と同様に分離室内の水面位置に応じて排水弁を制御することができる。
【００２５】
なお請求項３の発明の装置の場合、表示部材はガイド管の管壁を介してフロート側の永久磁石によって囲まれるため、永久磁石の磁力により表示部材を非接触の状態で上下に浮動させることができる。
【００２６】
さらに請求項４の発明の装置の場合は、フロートに設けられている遮蔽部が、排水口（分離室の内面のうち垂直な壁面に形成されている排水口）を遮蔽し得るように構成されている。したがって分離室内の水面の変動に伴なってフロートが上下動すれば、それに伴なって遮蔽部材により上記排水口が開放もしくは閉塞されたり、あるいは排水口の開口度が変化して、排水を直接的に制御することができる。すなわち、排水弁の制御によらずに、水面位置がほぼ一定の位置に維持されるように、直接的に排水を制御することができる。
【００２７】
一方請求項５の発明の場合は、請求項４の発明の装置と基本的には同じであるが、より安全度を高めるため、請求項１の発明と同様な排水弁の制御も行なうことができる。すなわち、何らかの異常でフロートの遮蔽部による排水口の開閉、開口部調整が円滑に行なわれない場合、水面位置の変動をフロートに設けられた永久磁石および検出手段によって検出して、水面位置制御手段によって排水弁の制御を行なうことができる。
【００２８】
さらに請求項６の発明の装置の場合、第１の気液分離装置の酸素ガス圧力、第２の気液分離装置の水素ガス圧力がそれぞれ検出され、その検出圧力の差（差圧）によって第１の気液分離装置のガス遮断弁、ガスリーク弁が制御されるから、第１の気液分離装置の酸素ガス圧力と第２の気液分離装置の水素ガス圧力が常にほぼ等しい圧力となるように制御することができる。したがって前記同様に、差圧によって水電解膜が破壊されることを防止できる。
【００２９】
また請求項７の発明の装置の場合、各気液分離装置から酸素ガスタンク、水素ガスタンクに至る流路に保圧弁が設けられており、かつそれらの保圧弁の設定圧力が同じ圧力に設定されているため、水素ガスもしくは酸素ガスの消費量が水電解セルにおける各ガス発生量を上廻った場合でも、各気液分離装置内のガス圧力が設定圧力より低下することを防止でき、その結果大きな差圧が発生することを防止して水電解膜の破壊を防止することができる。
【００３０】
【実施例】
図１にはこの発明の一実施例の高純度水素・酸素ガス発生装置の全体構成を示す。
【００３１】
図１において、符号１は純水を水素ガスと酸素ガスとに電解分離するための水電解セルであって、その内部については図示しないが、両面に金属電極を設けた固体高分子電解質膜からなる水電解膜によって陽極室と陰極室とが区画形成されている。この水電解セルの各電極には、直流電源２からの電源線３Ａ，３Ｂが接続されている。直流電源２は、商用電源入力４からの商用交流電流を直流電流に変換し、電源制御装置５による制御に応じて直流電流を水電解セル１に与える。また前記水電解セル１には、その水電解セル１内の陽極室に純水を供給するための純水供給手段として、純水製造装置６が純水供給配管７を介して接続されている。
【００３２】
一方水電解セル１の上部には、純水の電気分解によりその水電解セル１の陽極室において発生した酸素ガスと純水との混合物を、酸素ガスと純水とに分離するための第１の気液分離装置８が、酸素側配管９を介して接続され、また水電解セル１の陰極室において発生した水素ガスと純水との混合物を、水素ガスと純水とに分離するための第２の気液分離装置１０が、水素側配管１１を介して接続されている。
【００３３】
前記第１の気液分離装置８は、その内部に後述する分離室が形成されたものであって、その分離室の上部には分離された酸素ガスが溜まり、底部側に分離された純水が溜まる。この第１の気液分離装置８の上部には、酸素ガス導出配管１２が接続されており、この酸素ガス導出配管１２は酸素ガスタンク１３に導かれている。そして酸素ガス導出配管１２の中途には、第１の気液分離装置８の側から順にガス乾燥器１４、ガス遮断弁１５、保圧弁１６が設けられている。また同じく第１の気液分離装置８の上部には分離室内の酸素ガス圧力を検出するための圧力検出器１７が設けられるとともに、酸素ガスを放出するためのガスリーク弁１８が設けられている。前記圧力検出器１７の圧力検出信号は、水素−酸素ガス差圧制御手段としての差圧制御装置２０に導かれるようになっている。一方ガス遮断弁１５およびガスリーク弁１８は、前記差圧制御装置２０によって制御されるようになっている。
【００３４】
さらに前記第１の気液分離装置８の下部には、分離室内に溜った純水を排出するための排水弁（水リーク弁）２１，２２が接続されており、これらの排水弁２１，２２は、排水配管２３を介して前述の純水製造装置６に接続されている。なおこれらの排水弁２１，２２は、後述する水位制御装置２４によってその開閉が制御されるようになっている。
【００３５】
一方第２の気液分離装置１０も、その内部に後述する分離室が形成されたものであって、その分離室の上部に分離された水素ガスが溜まり、底部側に分離された純水が溜まる。この第２の気液分離装置１０の上部には、水素ガス導出配管２５が接続されており、この水素ガス導出配管２５は水素ガスタンク２６に導かれている。そして水素ガス導出配管２５の中途には、ガス乾燥器２７および保圧弁２８が設けられている。また同じく第２の気液分離装置１０の上部には、分離室内の水素ガス圧力を検出するための圧力検出器２９が設けられている。この圧力検出器２９の圧力検出信号は、水素−酸素ガス差圧制御手段としての前記差圧制御装置２０に導かれる。
【００３６】
さらに第２の気液分離装置１０の下部には、分離室内に溜った純水を排出するための排水弁３０，３１が接続されており、これらの排水弁３０，３１は、排水配管３２を介して前述の純水製造装置６に接続されている。これら排水弁３０，３１も、排水弁２１，２２と同様に水位制御装置２４によってその開閉が制御される。
【００３７】
前記酸素ガスタンク１３および水素ガスタンク２６には、それぞれ圧力検出器３３，３４が設けらてれおり、これらの圧力検出器３３，３４の圧力検出信号線４２，４３は中央制御装置３５に接続されている。また酸素ガスタンク１３の出口側は、減圧弁３６を介して外部へ酸素ガスを供給するための酸素ガス供給口３７に導かれており、水素ガスタンク２６の出口側は、減圧弁３８を介して外部へ水素ガスを供給するための水素ガス供給口３９に導かれている。なお前記水位制御装置２４から水位警報信号を発生する水位警報信号線４０は、前述の中央制御装置３５に接続されている。この中央制御装置３５は、電源制御線４４を介して前述の電源制御装置５に接続されている。
【００３８】
図１に示されるような実施例の高純度水素−酸素ガス発生装置において、純水製造装置６から純水供給配管７を介して水電解セル１に純水を供給し、直流電源２から直流電流を水電解セル１内の電極間に供給すれば、水電解セル１内において純水が電気分解される。この電気分解により陽極室で発生した酸素ガスは、純水と混合された状態で酸素側配管９を介して第１の気液分離装置８に導かれて、純水と酸素ガスとに分離される。一方陰極室で発生した水素ガスは、純水と混合された状態で水素側配管１１を介して第２の気液分離装置１０に導かれて、純水と水素ガスとに分離される。
【００３９】
第１の気液分離装置８において分離された純水は、水位制御装置２４によって制御される排水弁２１，２２、排水配管２３を通って純水製造装置６に回収され、また第２の気液分離装置１０において分離された純水は、同じく水位制御装置２４によって制御される排水弁３０，３１、排水配管３２を通って純水製造装置６に回収される。このように第１の気液分離装置８、第２の気液分離装置１０で分離された純水は、純水製造装置６に回収されて、再処理され、再び純水供給配管７を介して水電解セル１へ送られる。
【００４０】
一方第１の気液分離装置８で分離された酸素ガスは、酸素ガス導出配管１２のガス乾燥器１４、ガス遮断弁１５、保圧弁１６を介して酸素ガスタンク１３へ導かれ、また第２の気液分離装置１０で分離された水素ガスは、水素ガス導出配管２５のガス乾燥器２７、保圧弁２８を介して水素ガスタンク２６へ導かれる。ここで保圧弁１６，２８はいずれもガス圧力が予め設定した設定圧力以上となったときに開放されるものであり、酸素ガス側の保圧弁１６の設定圧力と水素ガス側の保圧弁２８とはその設定圧力が等しくなるように設定される。したがって第１の気液分離装置８、第２の気液分離装置１０の酸素ガス圧力、水素ガス圧力が各々保圧弁１６，２８の設定圧力以上となれば、保圧弁１６，２８が開放され、酸素ガス、水素ガスがそれぞれ酸素ガスタンク１３、水素ガスタンク２６に流入することになる。
【００４１】
酸素ガスタンク１３および水素ガスタンク２６の各ガスの圧力は、圧力検出器３３，３４によって検出され、その圧力検出信号が圧力検出信号線４２，４３を介して中央制御装置３５に送られて、各圧力が常時監視される。また水素ガスタンク２６の圧力検出信号は、中央制御装置３５から電源制御線４４を経て電源制御装置５に送られ、この電源制御装置５は、水素ガスタンク２６内の圧力が予め定められた水素圧力になるように直流電源２の出力電流を制御する。また中央制御装置３５は、圧力検出器３３，３４で検出された酸素ガス圧力および水素ガス圧力が予め設定されている異常圧力値以上の圧力となった場合に、電源制御線４４を通じて電源制御装置５に直流電源２の出力を零にする信号を送り、これによって水の電気分解を直ちに停止させ、水素または酸素ガス圧力が予め設定した異常圧力値よりも高くなってしまうことを防止する。
【００４２】
ここで、水の電気分解においては、発生する水素ガスと酸素ガスの体積比は常に２：１であるから、水素側の第２の気液分離装置１０の水素ガスが占める部分の容積と酸素側の第１の気液分離装置８の酸素ガスが占める部分の容積との比をほぼ２：１とするとともに、いずれも大気圧とした状態で、水電解セル１への直流電流の印加を開始し、水の電気分解を開始させたとすれば、水素側の第２の気液分離装置１０の水素ガス圧力と酸素側の第１の気液分離装置８の酸素ガス圧力は、ほぼ同じ圧力を保った状態でそれらのガス圧が上昇する。したがって水電解セル１内の陰極室側の水素ガス圧力と陽極室側の酸素ガス圧力とが常に等しい圧力となり、陽極室と陰極室とを隔離している水電解膜に水素ガスと酸素ガスとの差圧が作用しないことになるから、差圧によって水電解膜が破壊されることを防止できる。
【００４３】
そして前述のように酸素側の第１の気液分離装置８内の酸素ガス圧力および水素側の第２の気液分離装置１０内の水素ガス圧力が保圧弁１６または２８の設定圧力を越えれば、酸素ガスタンク１３および水素ガスタンク２６にそれぞれ酸素ガス、水素ガスが流入し、酸素ガス供給口３７、水素ガス供給口３９からガス消費設備への酸素ガス、水素ガスの供給が可能となる。ここで、水電解セル１におけるガス発生能力を上廻って酸素ガス供給口３７または水素ガス供給口３９からガス消費設備へ酸素ガスまたは水素ガスが供給された場合でも、保圧弁１６または２８の機能により、酸素側の第１の気液分離装置８内の酸素ガス圧力および水素側の第２の気液分離装置１０内の水素ガス圧力が保圧弁１６または２８の設定圧力より低下することが回避されるから、固体高分子電解質膜からなる水電解膜に酸素ガス圧力と水素ガス圧力との差圧が作用して破壊されこるとが防止される。
【００４４】
さらに、酸素側の第１の気液分離装置８の酸素ガス圧力、水素側の第２の気液分離装置１０の水素ガス圧力は圧力検出器１７，２９によって検出されるが、これらの圧力検出器１７，２９で検出された圧力信号は差圧制御装置２０に伝送され、水素ガスの圧力が酸素ガスの圧力よりも高くなれば、ガス遮断弁１５が閉となって第１の気液分離装置８内の酸素ガスの圧力を高めるように作用し、逆に水素ガスの圧力が酸素ガスの圧力よりも低くなると、ガスリーク弁１８が開となって酸素ガスの放出により第１の気液分離装置８内の酸素ガス圧力を下げるように作用し、これによって水素ガスと酸素ガスの圧力が常にほぼ等圧になるように制御される。このようにして、第１、第２の気液分離装置８，１０の酸素ガス、水素ガスの圧力は常にほぼ等しくなるように調整され、これによって水電解セル１内の固体高分子電解質膜よりなる水電解膜に作用する差圧を小さくして、その水電解膜の破壊を防ぐことが可能となる。
【００４５】
なお水の電気分解では、水素と酸素の発生量の比が２：１の割合であるが、実際の使用状態では、水素と酸素が２：１の割合で消費されることは期待できないから、いずれかを捨てるか、いずれかの使用量を制限するかする必要がある。この実施例では、水素ガスの使用を主にして、酸素ガスの方を捨てるかまたは酸素ガスの使用量を制限するかするようにしているが、逆に酸素ガスを主にすることも可能である。なおまた、この実施例での保圧弁１６，２８の設定圧力は４Ｋｇ／ｃｍ２  程度とすることが望ましく、またこの場合、圧力検出器３３または３４の検出圧力が４．５Ｋｇ／ｃｍ２  に達すると電源制御装置５からの制御信号によって直流電源２の出力電流を零として、水の電気分解を停止させ、それ以上の圧力上昇が起らないように設定することが望ましい。
【００４６】
図２には、この発明の高純度水素・酸素ガス発生装置に用いられる第１、第２の気液分離装置８，１０の具体的な第１の構成例を示す。なお酸素側の第１の気液分離装置８と水素側の第２の気液分離装置１０とは別のものであるが、それぞれの具体的な構成は同様であれば良いから、図２では一括して示している。
【００４７】
図２において、気液分離装置８（１０）は、それぞれ内部に分離室５１を形成した中空円筒槽状の分離槽本体５０によって構成されている。この分離槽本体５０は、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）等の合成樹脂あるいはステンレス鋼等の非磁性材料によって作られている。その分離槽本体５０の底部には、前述の水電解セル１の陽極室または陰極室から酸素ガスもしくは水素ガス（以下これを単にガスと記す）と純水との混合物が酸素側配管９または水素側配管１１を介して導入される気液入口５２が形成されるとともに、その混合物から分離された純水を排出するための純水排出口５３，５４が形成されている。これらの純水排出口５３，５４には、前述の排水弁（遮断バルブ）２１，２２（３０，３１）が接続されている。なお排水弁２２（３１）と純水排出口５４との間にはニードルバルブ５５が設けられている。排水弁２１，２２（３０，３１）は、既に図１について述べたように、水位制御装置２４によって制御されるようになっている。なおこの水位制御装置２４は、水位警報信号線４０を介して中央制御装置３５（図１参照）に接続されている。一方分離槽本体５０の上部には、前述のガス導出配管１２（２５）に連通するガス出口５６が形成されている。
【００４８】
さらに分離槽本体５０の分離室５１内における内壁面近くの位置には、垂直に支柱５７が立設されており、この支柱５７には合成樹脂等の比重が１に近い材料からなるフロート５８が上下に移動可能に取付けられており、かつそのフロート５８の側面側には第１の永久磁石５９が配設されている。この第１の永久磁石５９は分離室５１の垂直な内壁面に沿うように位置している。一方分離槽本体５０の外面側には、前記第１の永久磁石５９に対応する位置に、第２の永久磁石６０が配設されている。この第２の永久磁石６０は、図示しないガイド部材によって分離槽本体５０の外面に上下方向へ摺動可能に取付けられている。さらに分離槽本体５０の外部でかつ第２の永久磁石６０に対向する位置には、リードリレー固定用支柱６１が垂直に設けられており、このリードリレー固定用支柱６１には、第２の永久磁石６０の磁気に感応して動作する４個のリードリレー６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄが上下に間隔を置いて固定されている。これらのリードリレー６２Ａ〜６２Ｄは、永久磁石５９，６０の上下方向の位置を検出する検出手段を構成するものであって、上方からＨＨレベル検出用リードリレー６２Ａ、Ｈレベル検出用リードリレー６２Ｂ、Ｌレベル検出用リードリレー６２Ｃ、ＬＬレベル検出用リードリレー６２Ｄとされている。これらのリードリレー６２Ａ〜６２Ｄの各検出信号出力線６３Ａ〜６３Ｄは、前述の水位制御装置２４に接続されている。
【００４９】
図２に示される気液分離装置８（１０）において、分離室５１内の上部には分離されたガスが溜まり、底部側には純水が溜まる。そして純水の水面６４の変動に伴なってフロート５８が上下に動き、そのフロート５８に取付けられた第１の永久磁石５９も水位変動に伴なって上下に動くことになる。ここで、分離槽本体５０は前述のように非磁性材料によって作られているから、第１の永久磁石５９の磁気は分離槽本体５０の壁を透過して、第２の永久磁石６０を吸引するから、水位の変動によって第１の永久磁石５９がフロート５８とともに上下に変動すれば、それに伴なって第２の永久磁石６０も上下に動く。そして第２の永久磁石６０は、水面の位置を外部に表示するとともに、リードリレー６２Ａ〜６２Ｄを作動させ、これによって水面の位置がリードリレー６２Ａ〜６２Ｄによって検出される。これらのリードリレー６２Ａ〜６２Ｄの検出信号は、水位制御装置２４に送られ、検出された水位に応じて水位制御装置２４が排水弁２１（３０）、排水弁２２（３１）の開閉を制御して、水面６４の水位がある一定の小さい範囲内に維持されるように制御することが可能となる。そしてこのように気液分離装置８（１０）の水面が、ほぼ一定の位置に維持される結果、水面上のガスが占める部分の容積が排水に伴なって大きく変動することが防止され、既に述べたように気液分離装置８（１０）での排水に起因してガス圧力が大きく変動して、水電解セルの陽極室のガス圧力と陰極室のガス圧力との差が大きくなること、すなわち水電解膜に作用する差圧が大きくなることを防止できる。
【００５０】
ここで、第１の永久磁石５９の重さや、第１および第２の永久磁石５９，６０の磁力の大きさを選択することにより、フロート５８の上下方向の動きに対する抵抗成分の大きさを調整できるから、これらを適切に設定することによって、水面６４に発生する波に起因するフロート５８の上下方向の変動を少なくすることができ、そのため波による誤差要因が排除されて、フロート５８が常に平均的な水面に安定に留まるようになるから、正確な水位制御が可能となってガス圧力の変動をより少なくすることができる。
【００５１】
さらに、ニードルバルブ５５の開度を調整して、排水弁２２（３１）へ導かれる純水の流量が気液入口５２から流入する液量に比べてわずかに多い程度となるように調整しておけば、排水弁２１（３０），２２（３１）の開閉の頻度を少なくでき、その結果これらの排水弁の寿命を飛躍的に延長することができるとともに信頼性の高い運転が可能となり、ひいてはガス圧力の変動を少なくして差圧による水電解膜の破壊を防止できる。
【００５２】
なお図２の例においてはリードリレー６２Ａ〜６２Ｄは第２の永久磁石６０の磁気に感応して動作する構成としているが、場合によっては第２の永久磁石６０を省略するとともに、各リードリレー６２Ａ〜６２Ｄを分離槽本体５０の外面に直接取付け、各リードリレー６２Ａ〜６２Ｄが永久磁石５９の磁気を直接検知するように構成することも可能である。
【００５３】
図３には、この発明の高純度水素・酸素ガス発生装置に用いられる第１、第２の気液分離装置８，１０の具体的な第２の構成例を示す。なお図３において、図２に示される要素と同一の要素については図２と同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００５４】
図３において、分離槽本体５０の分離室５１には上方から垂直に有底円筒状のガイド管６５が挿入されている。このガイド管６５は、ＰＥＥＫやステンレス鋼などの非磁性材料によって作られている。一方フロート５８は環状に作られていて、このフロート５８は前記ガイド管６５に上下移動可能となるように外挿されており、さらにこのフロート５８には、ガイド管６５を囲むように環状の永久磁石５９が固定されている。この環状の永久磁石５９は、上下方向に磁化されている。ガイド管６５内には、軟鉄等の軟質磁性材料からなる軟磁性円板６６が配設されており、この軟磁性円板６６上には、軽量な合成樹脂等からなる長板状の表示部材６７が取付けられており、これら軟磁性円板６６、表示部材６７は上下方向に移動可能となっている。なお表示部材６７は、分離槽本体５０の上端に設けたスリット板６８を上下に移動可能に貫通している。さらに表示部材６７には、上下方向に沿って上端レベルの異なる２種のスリット６９Ａ，６９Ｂが形成されており、また前記スリット板６８の上方には、表示部材６７のスリット６９Ａ，６９Ｂを検出する光センサ７０Ａ，７０Ｂが配設されている。これらの光センサ７０Ａ，７０Ｂは、光源と受光器からなるものであって、表示部材６７の上下方向の位置を検出するための検出手段を構成している。そして光センサ７０Ａ，７０Ｂの検出信号線７１Ａ，７１Ｂは水位制御装置２４に接続されている。
【００５５】
以上のような図３に示される気液分離装置８（１０）において、ガイド管６５は非磁性材料によって構成されているため、永久磁石５９の磁気はガイド管６５内に磁束を生じさせて、軟磁性円板６６を永久磁石５９の近傍で浮上させる。ここで、永久磁石５９の磁化方向が上下方向となっているため、軟磁性円板６６は永久磁石５９の中央の位置に保持された状態でガイド管６５内で浮上しており、しかもガイド管６５に対して非接触の状態となる。したがって分離室５１内の水面６４の上下方向への変動に伴なってフロート５８が上下に変動し、永久磁石５９が上下に変動すれば、ガイド管６５内の軟磁性円板６６もそれに対応して上下方向へ動く。そして軟磁性円板６６に取付けられた表示部材６７が上下に動く。このように水面６４の上下変動に伴なって表示部材６７が上下すかるら、この表示部材６７によって水面６４の位置を目視により確認することができる。
【００５６】
さらに、表示部材６７のスリット６９Ａ，６９Ｂの位置が光センサ７０Ａ，７０Ｂによって検出される。すなわち、水面位置に対応する表示部材６７の位置が検出される。光センサ７０Ａ，７０Ｂの検出信号は水位制御装置２４に送られ、排水弁２１，２２（３０，３１）の開閉を制御する。したがって図２に示される例と同様に、水面６４の水位がある一定の範囲内となるように排水を制御することができる。なおこの場合も、軟磁性円板６６の重さを調整することにより、水面６４の波に起因するフロート５８の変動を少なくすることができ、より正確な水面制御が可能となって、圧力変動の少ない水面制御を実現することができる。
【００５７】
図４には、この発明の高純度水素・酸素ガス発生装置に用いられる第１、第２の気液分離装置８，１０の具体的な第３の構成例を示す。なおこの図４においても、図２に示される要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００５８】
図４において、分離槽本体５０の分離室５１内には、下方から上方に向けて垂直に支柱７２が設けられており、この支柱７２の外側はガイド管７３によって取囲まれている。さらにこのガイド管７３の下部、すなわち分離室５１の底部付近に相当する部分は、排水ガイド管７４によって取囲まれている。この排水ガイド管７４はその下端部が前述の排水弁２２（３１）に連通されており、また排水ガイド管７４における分離室５１内の垂直な壁面には排水口７５が形成されている。一方フロート５８は、全体として円筒状をなすように作られていて、前記ガイド管７３の上部に外挿され、そのガイド管７３に沿って上下動可能となっている。そしてこのフロート５８にはガイド管７３の外周面に対向する環状の永久磁石５９が固定されている。そして支柱７２には、永久磁石５９の磁気に感応して作動するリードリレー６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃが上下に間隔を置いて取付けられている。これらのリードリレー６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃは、検出信号線６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃを介して水位制御装置２４に接続されている。さらに前記フロート５８の下端部内周面は、前述の排水ガイド管７４の排水口７５を覆い得るような遮蔽部７７とされている。
【００５９】
以上のような図４に示される気液分離装置８（１０）において、水面６４の変動によってフロート５８が上下動すれば、排水口７５がフロート５８の遮蔽部７７によって覆われる度合（開閉度）が変化し、それに伴なって排水口７５から流出する水量が変化する。したがって分離室５１内の水面６４は、気液入口５２から流入する水量と排水口７５から流出する排水の量とがバランスする水位に自動的に調整され、そのためガス圧力変動の少ない水面制御が実現される。
【００６０】
またここで平常時は、排水弁２２（３１）は開の状態、排水弁２１（３０）は閉の状態となっているが、何らかの異常によって水面６４が上昇すれば、フロート５８が上昇して、永久磁石５９が最上端のリードリレー６２Ａの位置に至れば、これをリードリレー６２Ａが検出して水位制御装置２４に検出信号が送られ、排水弁２１（３０）が開状態となるとともに、水位警報信号線４０に警報信号が出力される。このようにして排水弁２１（３０）が開けば、排水量が多くなるため水面６４が低下する。そしてフロート５８の下降に伴なってリードリレー６２Ｂが永久磁石５９を検出すれば、その検出信号が水位制御装置２４に送られ、排水弁２１（３０）が閉状態に戻る。このような機能によって、常に安定して分離室５１内の水位を制御することができ、ガス圧力変動を小さくして、前述のような水電解膜に作用する差圧を小さくすることができるのである。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１〜請求項５の発明によれば、水電解セルの陽極室で発生した酸素ガスと純水との混合物を酸素ガスと純水とに分離するための第１の気液分離装置および陰極室で発生した水素ガスと純水との混合物を水素ガスと純水とに分離するための第２の気液分離装置のそれぞれにおいて、排水に伴なって水面の大幅な変動が生じないように、常にほぼ一定の水面を維持する制御を行なうことができ、その結果、排水に伴なう各気液分離装置のガス占有部分の容積の大幅な変動の発生を防止できるから、排水に伴なうガス圧力変動によって水電解膜に大きな差圧が作用することを防止でき、したがって薄くて脆弱な固体高分子膜からなる水電解膜を用いながらも、差圧による水電解セルの破壊を防止し、装置の信頼性、安全性を高めることができると同時に、装置の大型化を図ることが可能となった。
【００６２】
また請求項６、請求項７の発明によれば、水素ガス、酸素ガスの使用量のばらつきや消費量の変動などがあっても、各気液分離装置内のガス圧力をほぼ一定に維持でき、そのため大きな差圧が水電解膜に作用することを防止し、水電解膜の差圧による破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の高純度水素・酸素ガス発生装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の高純度水素・酸素ガス発生装置に用いられる気液分離装置の第１の具体例を示す略解図である。
【図３】この発明の高純度水素・酸素ガス発生装置に用いられる気液分離装置の第２の具体例を示す略解図である。
【図４】この発明の高純度水素・酸素ガス発生装置に用いられる気液分離装置の第３の具体例を示す略解図である。
【符号の説明】
１    水電解セル
２    直流電源
５    電源制御装置
７    純水供給配管
８    第１の気液分離装置
１０  第２の気液分離装置
１２  酸素ガス導出配管
１３  酸素ガスタンク
１５  ガス遮断弁
１６  保圧弁
１７  圧力検出器
１８  ガスリーク弁
２１  排水弁
２２  排水弁
２４  水位制御装置
２６  水素ガスタンク
２８  保圧弁
２９  圧力検出器
３０  排水弁
３１  排水弁
５１  分離室
５８  フロート
５９  永久磁石
６０  第２の永久磁石
６２Ａ〜６２Ｄ  リードリレー
６５  ガイド管
６６  軟磁性円板
６７  表示部材
７０Ａ，７０Ｂ  光センサ
７５  排水口
７７  遮蔽部
【図１】
0003596558.tif 000002
【図２】
0003596558.tif 000003
【図３】
0003596558.tif 000004
【図４】
0003596558.tif 000005