(57)【要約】  水の電気分解により水素と酸素の可燃性混合物を製造するための方法および手段は、電極間に電圧を印加しながら、電極にパルス状の水を加え、電気分解を行う際に電極間を流れる水の中に電極を浸漬しない。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性液体の電気分解により水素と酸素の可燃性混合物を製造する方法であって、１個の実質的に水平で平らな電極上に前記水性液体を計量供給し、液体と前記電極の接触を維持させながら、電解質を過剰供給して流し、前記１個の電極から絶縁された別の実質的に水平で平らな電極と十分に接触させること、前記電極間に電位を印加し、前記電極間の水性液体の流れが前記電極間に電気回路を完結し、それによって前記電極対の反対の電極で水素および酸素を発生させる方法。
【請求項２】
垂直な支柱上に連続的に配置された複数の前記電極対を使用する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電極への水性液体の計量供給が、前記電極から可燃性混合物を発生させる速度に応じて制御される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記電極を含む容器から余剰の水性液体が除去され、前記可燃性混合物を発生させる際に、前記電極が液体中に浸漬されるのを阻止する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記除去された水性液体が計量供給のために循環され、前記可燃性混合物を発生させる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
水溶液の前記電極への供給を制御し、前記水性液体の電気分解により発生した水素と酸素の消費速度に応じて、必要時に水素および酸素を発生させる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
水溶液から水素および酸素を製造するための電解槽であって、複数の反対の極性を有する電極対（各電極は実質的に平であり、実質的に水平の向きに配置されている）、各電極対の一方の電極上への水溶液の流れを制御する計量供給手段を含み、前記溶液が各対の一方の電極から他方の電極に流れ、前記電解槽を使用している時、含まれる量の溶液の表面下に前記電極が浸漬されていない、電解槽。
【請求項８】
前記電極が、水溶液を前記電極から離れる様に向けるための出口を有する容器の中に配置され、前記容器内における前記溶液の蓄積による前記電極の浸漬が防止される、請求項７に記載の電解槽。
【請求項９】
前記容器が、前記容器内で発生したガスのための出口を有する分離可能な蓋を含んでなる、請求項８に記載の電解槽。
【請求項１０】
前記蓋が前記容器上に気密に押し込まれ、前記容器内のガスの蓄積が予め決められた圧力で前記蓋を外す様に設計されている、請求項９に記載の電解槽。
【請求項１１】
水溶液の前記電極への供給速度を制御するための制御手段を含む、請求項７〜９のいずれか一項に記載の電解槽。
【請求項１２】
水溶液の供給速度が、前記電解槽から吐出される水素および酸素の消費速度に応じて制御される、請求項１１に記載の電解槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンバー中での水素および酸素の電解的製造に関するものである。特に、水素および酸素を、必要時に爆鳴気混合物として取り出すことができる。
【０００２】
本明細書ですべての先行技術に関連する事項は、その先行技術がオーストラリアで共通の一般的知識の一部を形成することを承認または示唆するものではない。
【０００３】
以下に記載する本明細書および請求項全体を通して、他に指示がない限り、「含んでなる」の語および「含んでなる」の変形は、記載された全体または段階または全体および段階の群を包含するが、他の全体または段階または全体および段階の群を排除するものではない。
【背景技術】
【０００４】
電気分解による水素と酸素の製造の目的および利点は、良く知られており、例えば米国特許第４１２４４６３号、第４４４２８０１号、第４４５００６０号、第５２１７５０７号、第５２３１９５４号、第５３９９２５１号、および第６２５７１７５号、および国際特許公開第９８／５１８４２号各明細書から公知である。
【０００５】
本発明は、電気分解により水素と酸素の可燃混合物を製造するための方法および装置に関する米国特許第４１２４４６３号明細書の開示に由来する。
【０００６】
米国特許第４１２４４６３号明細書の図面に示されている一般的な形態の電解槽を使用する際、陽極および陰極を含むケーシングの氾濫により、反応時間が遅くなり、かなりの電気入力が必要になり、そのために液体が沸騰することが分かっている。さらに、ケーシング中の水位が最上部の電極板より下に下がると、爆発の機会が増加し、大量の沸騰液体がケーシングから放出されることがある。
【０００７】
上記の先行技術の機構を考え、それに関連する問題は、電解槽への水および電解質の計量供給を、好ましくは、容器を溢れさせて、または満たして陽極および陰極を水および電解質の中に完全に沈めることなく、パルス様式で制御することにより、軽減できる。この方法により、発生した水素および酸素ガスが電極をパルス様式で浄化し、これによって最大限の有効面積が電解質および印加された電圧に露出され、電解作用の効率が著しく改良されることが分かった。
【０００８】
電解槽容器は、中の液体が連続的に保持タンクに排出されるので、水および電解質溶液のための貯蔵部としては機能せず、電解槽により形成された水素および酸素が気泡を形成する。この気泡が、それぞれの結合した気泡と系のアースの間で導電体を効率的に形成する。気泡を通して電気的に接地することにより、静電気スパークおよび可燃性混合物の引火の危険性が緩和され、安全性のレベルが向上する。
【０００９】
水素および酸素の気泡は電解槽容器の最上部から排出され、次いでスクラッバータンクを通過し、気泡の結合を壊し、取り込まれていた水素および酸素ガスが放出される。次いで、放出されたガスはスクラッバータンクから乾燥タンク中に送られ、その可燃性混合物を必要とする機構により即使用できる様になる。
【００１０】
典型的には、本発明の実施態様は、水素と酸素ガスの可燃性混合物を、例えば内燃機関または外燃機関もしくは他の装置で使用できる様に、必要に応じて発生させるのに好適である。
【００１１】
本発明の別の態様では、水溶液から水素および酸素を製造するための電解槽であって、該電解槽が反対の極性を有する複数の電極対（各電極は実質的に平らであり、実質的に水平な向きに配置されている）、各電極対の一方の電極上への水溶液の流れを制御する計量供給手段を含み、溶液は各対の一方の電極から他方の電極に流れ、電解槽を使用している時、電極は含まれる量の溶液の表面下に浸漬されていない電解槽が提供される。
【００１２】
本発明のこの態様の一実施態様では、米国特許第４１２４４６３号明細書に記載されている電解槽の全体的な概観を有するが、操作が異なっている電解槽であって、広い間隔を置いて配置された陽極および陰極の対が、該対の中央支柱に沿って間隔を置いて配置された単位として形成されている電解槽が提供される。
【００１３】
この電解槽の別の実施態様では、溶液が各陰極−陽極対の最下部の対に流れ落ちる様に、ある量の水および電解質溶液を各陰極−陽極対の最上部の対の上に供給するための、計量供給手段、および好ましくはパルス化する手段、および液体を電解槽の底部から除去する手段、および発生した水素および酸素ガスおよび／または水素と酸素を含む泡または気泡を電解槽から供給する手段がある。
【００１４】
さらに別の実施態様では、電解槽を取り囲む容器が蓋を備えており、その蓋が容器本体の上に気密に押し込まれ、容器内の圧力が予め決められた限界を超えた時に容器の本体から分離させることができる。
【００１５】
別の実施態様では、電解槽からの水素および酸素の吐出速度は、必要に応じて制御する手段により制御される。その様な手段の例は、米国特許第４４４２８０１号および第４１２４４６３号各明細書に開示されている。
【００１６】
以下に添付の図面を参照しながら、本発明を例として説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１で、容器１０は、円筒形ハウジング１１、底部キャップ１２および蓋１３を含んでなる。蓋１３は、ハウジング１１内の圧力蓄積下で持ち上がる様に、ハウジング１１の上に気密に押し込まれる。
【００１８】
蓋１３の上には、水および電解質溶液の入口１４、およびハウジング１０内で電解槽により発生したガスおよびそれらのガスを含む泡および気泡のための出口１５がある。底部キャップ１２に取り付けた液体排出口１６は、過剰の水および電解質を容器１０内から循環用の戻し貯蔵タンクに供給する。
【００１９】
図２に示される様に、ハウジング１０の中で中央支柱１７が電解槽の部品を取り付けている。陽極支柱１９および陰極支柱２０が蓋１３から突き出ている。
【００２０】
図３および４に示す内部電解槽組立構造は、図８に示す様な４個の陰極−陽極対２１を含んでなる。電解質溶液入口１４は計量供給オリフィス２２に供給し、そのオリフィスを通して、液体供給管２３中に流れる電解質溶液にパルス運動が与えられる。管２２の基部にあるリード弁２４は、過剰パルス圧下で開き、底部キャップ１２の中に放出し、出口１６を経由して貯蔵タンクに戻す。
【００２１】
陰極接続部２５が陰極２６を支柱２０に、陽極接続部２７が陽極２８を支柱１９にそれぞれ接続する。各陰極−陽極対２６、２８（中央支柱１７の上にあるが、その支柱から、またはその支柱により絶縁されている）の間に、皿またはカップ状の部品２９から構成される中間部品が位置し、皿またはカップ状の部品２９は各陰極２６の下で、各陽極２８の上に、および中央部品３０の上または下に位置し、その中央部品３０は、中央接合部品３３により接続された単一のカップ３１およびディスク３２の形態を有する。陰極−陽極対２１の部品間には、電気的に絶縁する座金３４が取り付けられている。この実施態様では、部品２９および３０は、陰極２６および陽極２８と同様に導電性材料から形成されており、好ましくはその材料はステンレス鋼である。
【００２２】
各陰極２６は、逆円錐形の断面を有する様に形成されているので、上方向への傾斜が、陰極にある程度の構造的剛性を与えるのみならず、電解の際に各陰極の表面上で気泡が発生した時に、その気泡を上方向で、外方向に除去し易く、または流し易くする。各カップ状の陽極も同様に、構造的剛性を与え、電解の際に気泡を容易に除去する様に作用する。
【００２３】
電解質溶液が各陰極２６の上表面上にパルス状に供給されると、溶液は一杯になり、溢れてカップ２９の上に流れ落ち、中間の中央部品３０および各陰極−陽極対２１の最も下側のカップ２９を経由して陽極２８に流れ下る。各陰極−陽極対２１の陰極２６と陽極２８の間の電気回路は、電解質溶液が陰極から下方にカップ２９、中央部品３０およびカップ２９を経由して陽極２８に流れる落ちる時に、その溶液により完結する。電解作用が一度開始し、電解質が泡を形成すると、各気泡の互いに接触する表面を形成する電解質溶液により、各対の陰極と陽極の間の電気的通路が維持されると考えられる。各陰極２６の上表面に電解質溶液を導入するパルス作用により、陰極に付着する気泡も容易に除去される。パルス作用させない場合、電解槽中で電解質溶液が過熱される場合があることも分かった。
【００２４】
中央支柱１７は、電気的に絶縁性の材料で、または図に示す実施態様に示す様に、電気的絶縁性の材料３５でシースされた導電性材料で形成される。
【００２５】
各陰極−陽極対の組立構造２１の間および支柱１７の最上部および底部に、絶縁ブロック３６が配置されている。支柱ストラップ３７が、この実施態様ではステンレス鋼製である中央支柱１７を蓋１３上の支柱１８に、供給管２３の側面を介して接続されている。
【００２６】
図５に図式的に示される回路図は、電解質溶液の循環、および内燃機関などで燃焼させる燃料として使用する混合された水素および酸素の吐出を示すものである。
【００２７】
図５の回路図において、電解質水溶液は、空気抜き４１を有するタンク４０の中に貯蔵されている。ポンプ４２は、タンク４０から粒子フィルター４３を通して溶液を取り出し、図１〜４および７〜９に示される形態の電極を含むハウジング１０に配送し、それらの電極が溶液に作用して水素および酸素を製造する。過剰の溶液は、ハウジング１０から出口１６を経由し、熱交換機４４を通して冷却された後、タンク４０に戻される。気体状の水素および酸素はハウジング１０からポンプ４５を経由して吸引され、スクラッバー４６を通過し、液体および気体混合物中に含まれるすべての固体不純物が除去される。スクラッバー４６から、気体混合物は乾燥室４７を通り、必要な時に４８で取り出され、使用される。
【００２８】
図６に図式的に示される回路図は、図５に示される配置の操作を制御するための電力継電器のレイアウトを示すものである。継電器は、支柱２０の一方または両方にそれぞれ電圧を印加することにより、半または全モードで電解槽を交互に操作する様に設定される。
【００２９】
図６の回路図において、継電器５２を経由して電気変調器５１に接続されたＤＣ電源５０が示される。出力ＤＣは、継電器５３を経由して容器１０の中に収容された電解槽のすべての陰極に、または継電器５４を経由してこれらの陰極の一部に印加される。
【００３０】
継電器５５は、ポンプ４２の運転を制御し、継電器５６はポンプ４５を起動する。必要に応じて継電器５２〜５６の操作が制御され、ライン４８を経由する吸引速度の変化に応じて、水素および酸素を確実に発生させ、供給することができる。
【００３１】
最後に、本発明の概念は、そのいずれの態様においても、多くの様々な構造に取り入れることができ、上記の説明の一般性が添付図面の特殊性により制限されることはない。本発明の精神または範囲から離れることなく、様々な変形、修正および／または追加を、様々な構造および部品の配置に取り入れることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施態様による電解槽構造を収容する容器の平面および側方立面図。
【図２】図１の容器の、本発明の一実施態様の内部電解槽の位置を透視して示す全体図。
【図３】図１のIII-IIIで見た縦方向断面図。
【図４】図３と類似しているが、図１の平面IV-IVに沿って見た断面図。
【図５】水素および酸素の清浄な乾燥混合物を、例えば内燃機関に供給するための、本発明の電解槽を含む回路の一実施態様を図式的に示す回路図。
【図６】図５に示す配置による電解槽回路の出力を制御する電力継電器の実施態様を図式的に示す回路図。
【図７】図３および４に示す電解槽の透視図。
【図８】図８に示す実施態様の陽極−陰極対の分解組立図。
【図９】図８に示す組立構造の平面および側方立面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年8月28日(2003.8.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性液体の電気分解により水素と酸素の可燃性混合物を製造する方法であって、１個の実質的に水平で平らな電極上に前記水性液体のパルス状の流れを計量供給し、液体と前記１個の電極の接触を維持させながら、電解質を過剰供給して流し、前記１個の電極から絶縁された別の実質的に水平で平らな電極と十分に接触させること、前記電極間に電位を印加し、前記電極間の水性液体の流れが前記電極間に電気回路を完結し、それによって前記電極対の反対の電極で水素および酸素を発生させ、さらに前記液体から水素および酸素を発生させる電解作用の際に、前記電極が前記液体中に浸漬されない、方法。
【請求項２】
垂直な支柱上に連続的に配置された複数の前記電極対を使用する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電極への水性液体の計量供給が、前記電極から可燃性混合物を発生させる速度に応じて制御される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記電極を含む容器から余剰の水性液体が除去され、前記可燃性混合物を発生させる際に、前記電極が液体中に浸漬されるのを阻止する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記除去された水性液体が、パルス状に計量供給するために循環され、前記可燃性混合物を発生させる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
水溶液の前記電極への供給を制御し、前記水性液体の電気分解により発生した水素と酸素の消費速度に応じて、必要時に水素および酸素を発生させる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
水溶液から水素および酸素を製造するための電解槽であって、複数の反対の極性を有する電極対（各電極は実質的に平であり、実質的に水平の向きに配置されている）、各電極対の一方の電極上への水溶液のパルス状の流れを制御する計量供給手段を含み、前記溶液が各対の一方の電極から他方の電極に流れ、前記電解槽を使用している時、含まれる量の溶液の表面下に前記電極が浸漬されていない、電解槽。
【請求項８】
前記電極が、水溶液を前記電極から離れる様に向けるための出口を有する容器の中に配置され、前記容器内における前記溶液の蓄積による前記電極の浸漬が防止される、請求項７に記載の電解槽。
【請求項９】
前記容器が、前記容器内で発生したガスのための出口を有する分離可能な蓋を含んでなる、請求項８に記載の電解槽。
【請求項１０】
前記蓋が前記容器上に気密に押し込まれ、前記容器内のガスの蓄積が予め決められた圧力で前記蓋を外す様に設計されている、請求項９に記載の電解槽。
【請求項１１】
水溶液の前記電極への供給速度を制御するための制御手段を含む、請求項７〜９のいずれか一項に記載の電解槽。
【請求項１２】
水溶液の供給速度が、前記電解槽から吐出される水素および酸素の消費速度に応じて制御される、請求項１１に記載の電解槽。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記の先行技術の機構を考え、それに関連する問題は、電解槽への水および電解質の計量供給を、容器を溢れさせて、または満たして陽極および陰極を水および電解質の中に完全に沈めることなく、パルス様式で制御することにより、軽減できる。この方法により、発生した水素および酸素ガスが電極をパルス様式で浄化し、これによって最大限の有効面積が電解質および印加された電圧に露出され、電解作用の効率が著しく改良されることが分かった。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の別の態様では、水溶液から水素および酸素を製造するための電解槽であって、該電解槽が反対の極性を有する複数の電極対（各電極は実質的に平らであり、実質的に水平な向きに配置されている）、各電極対の一方の電極上への水溶液のパルス状の流れを制御する計量供給手段を含み、溶液は各対の一方の電極から他方の電極に流れ、電解槽を使用している時、電極は含まれる量の溶液の表面下に浸漬されていない電解槽を提供する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
この電解槽の別の実施態様では、溶液が各陰極−陽極対の最下部の対に流れ落ちる様に、ある量の水および電解質溶液を各陰極−陽極対の最上部の対の上に供給するための、水の流れを計量供給する手段、およびパルス化する手段、および液体を電解槽の底部から除去する手段、および発生した水素および酸素ガスおよび／または水素と酸素を含む泡または気泡を電解槽から供給する手段がある。


【国際調査報告】
2005509745.tif 000012
2005509745.tif 000013