(57)【要約】【課題】供給電力に対して発生するガスの量を増加させることができるガス発生装置を提供すること。【解決手段】電解質溶液を電気分解してガスを発生させるガス発生装置であって、電気エネルギを放電する電源手段と、前記電源手段から放電された電気エネルギを用いて前記電解質溶液を電気分解し、前記ガスを生成するガス生成手段と、前記ガス生成手段の気体生成量を検出する検出手段とを有し、前記電源手段は、交流を直流に変換するとともにパルス状電流にする整流回路と、前記パルス状電流の電流パルスを急峻化するパルス急峻化回路と、前記整流回路及び前記パルス急峻化回路の動作を制御する制御部とを備える、ことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質溶液を電気分解してガスを発生させるガス発生装置であって、
電気エネルギを放電する電源手段と、
前記電源手段から放電された電気エネルギを用いて前記電解質溶液を電気分解し、前記ガスを生成するガス生成手段と、
前記ガス生成手段の気体生成量を検出する検出手段と
を有し、
前記電源手段は、交流を直流に変換するとともにパルス状電流にする整流回路と、前記パルス状電流の電流パルスを急峻化するパルス急峻化回路と、前記整流回路及び前記パルス急峻化回路の動作を制御する制御部とを備える、
ことを特徴とするガス発生装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記検出手段で検出した前記気体生成量に基づいて、前記整流回路が変換する前記パルス状電流の周波数及び前記パルス急峻化回路が急峻化する電流パルスの最大振幅を制御する、
ことを特徴とする、請求項１に記載のガス発生装置。
【請求項３】
前記制御部は、予め設定された周波数に前記整流回路が変換する前記パルス状電流の周波数を制御し、且つ、予め設定された最大振幅に前記パルス急峻化回路が急峻化する電流パルスの最大振幅を制御した後に、前記検出手段で検出した前記気体生成量に基づいて前記パルス状電流の周波数及び／又は前記電流パルスの最大振幅を変更し、
前記ガス生成手段は、前記制御部が変更した前記パルス状電流の周波数及び／又は前記電流パルスの最大振幅に対応する前記気体生成量で前記ガスを生成する、
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のガス発生装置。
【請求項４】
前記整流回路は、前記電解質溶液のインダクタンスＬ及びキャパシタンスＣで決定される共振周波数ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））に前記周波数を変換する、ことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のガス発生装置。
【請求項５】
前記パルス急峻化回路は、前記整流回路で得られたパルス状電流のデューティー比を低くするＰＷＭ回路と、キャパシターと、前記キャパシターの充放電を制御するキャパシターコントローラとを更に備える、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のガス発生装置。
【請求項６】
前記パルス急峻化回路は、昇電圧して前記電流パルスの最大振幅を増加するＤＣＤＣコンバータを更に有する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のガス発生装置。
【請求項７】
前記ガス生成手段で生成した前記ガスを液体に混合することによって、前記液体を気体混合液体に改質する気体混合手段を更に備える、ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のガス発生装置。
【請求項８】
前記検出手段は、前記気体生成手段が生成した前記気体で変動する圧力を検出することによって前記気体生成量を検出する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のガス発生装置。
【請求項９】
前記電解質溶液は、水であり、
前記ガスは、水素ガスと酸素ガスである、
ことを特徴とする、ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のガス発生装置。
【請求項１０】
前記電解質溶液は、アルカリ水溶液であり、
前記ガスは、酸水素ガスである、
ことを特徴とする、ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のガス発生装置。
【請求項１１】
パルス状電流を生成する整流回路と、前記パルス状電流の電流パルスを急峻化するパルス急峻化回路と、前記整流回路及び前記パルス急峻化回路の動作を制御する制御部とを備える電源手段を用いて、電解質溶液を電気分解してガスを発生させるガス生成方法であって、
前記電源手段から電気エネルギを供給する電源供給ステップと、
前記電源供給ステップで供給された電気エネルギを用いて前記電解質溶液を電気分解し、前記ガスを生成するガス生成ステップと、
前記ガス生成ステップで生成した気体生成量を検出する検出ステップと
を含み、
前記電源供給ステップは、前記整流回路を用いて交流を直流に変換するとともにパルス状電流にする整流ステップと、前記パルス急峻化回路を用いて前記整流ステップで変換した前記パルス状電流の電流パルスを急峻化する急峻化ステップと、前記制御部を用いて前記整流回路及び前記パルス急峻化回路の動作を制御する制御ステップとを更に含む、
ことを特徴とするガス生成方法。
【請求項１２】
前記制御ステップは、予め設定された周波数に前記整流回路が変換する前記パルス状電流の周波数を制御し、且つ、予め設定された最大振幅に前記パルス急峻化回路が急峻化する電流パルスの最大振幅を制御した後に、前記検出手段で検出した前記気体生成量に基づいて前記パルス状電流の周波数及び／又は前記電流パルスの最大振幅を変更し、
前記ガス生成ステップは、前記制御ステップが変更した前記パルス状電流の周波数及び／又は前記電流パルスの最大振幅に対応する前記気体生成量で前記ガスを生成する、
ことを特徴とする、請求項１１に記載のガス生成方法。
【請求項１３】
請求項１１又は請求項１２に記載のガス生成方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス発生装置及びガス生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水を電気分解して得られるガス（例えば酸水素ガス）は、エネルギ効率が良く、安価でありかつクリーンなエネルギ源として注目されている。このようなガスを発生させる装置としては、特許文献１〜３に記載されたものが知られている。
【０００３】
特許文献１〜３の装置では、アルカリ水溶液を電解器で電解して酸水素ガスを発生させ、発生した酸水素ガスを消泡器に供給して脱泡し、脱泡された酸水素ガスを得ている。
【０００４】
このようなガス発生装置においては、特許文献２，３に記載されているように、電解装置の電極に給電する際には、直流を直接印加するか、交流電源からの交流を、サイリスタを含む整流回路で整流してパルス化してから給電する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−９２７８０号公報
【特許文献２】特開平１０−７７４８８号公報
【特許文献３】特開２００５−２８１８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１〜３では、電解装置や発生したガスの処理等に注目してはいるが、供給電力に対してガスの発生量を多くするための技術が記載されていない。すなわち供給電力に対して一層効率的にガスを発生させる点にさらなる検討の余地が残されている。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、供給電力に対して発生するガスの量を増加させることができるガス発生装置を提供することを課題とする。特許文献１では、循環系内の不活性ガス中に水素と酸素を供給して燃焼させ、その発生熱を動力とする循環型動力システムにおいて、水素及び酸素濃度に基づいて酸素供給量を制御することにより、少なくともシステムの起動時には循環系内に酸素が過剰になるように制御し、燃焼器の出口側温度に基づいて凝縮器の冷却能力の調整を行うことにより凝縮器の出口温度を制御し、それによって循環系内に残存する水蒸気濃度を制御して、燃焼器での燃焼温度を制御する技術を開示している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の一つの実施形態は、電解質溶液を電気分解してガスを発生させるガス発生装置であって、電気エネルギを放電する電源手段と、前記電源手段から放電された電気エネルギを用いて前記電解質溶液を電気分解し、前記ガスを生成するガス生成手段と、前記ガス生成手段の気体生成量を検出する検出手段とを有し、前記電源手段は、交流を直流に変換するとともにパルス状電流にする整流回路と、前記パルス状電流の電流パルスを急峻化するパルス急峻化回路と、前記整流回路及び前記パルス急峻化回路の動作を制御する制御部とを備える、ことを特徴とするガス発生装置を提供する。
【０００９】
前記制御部は、前記検出手段で検出した前記気体生成量に基づいて、前記整流回路が変換する前記パルス状電流の周波数及び前記パルス急峻化回路が急峻化する電流パルスの最大振幅を制御する、ことを特徴とするガス発生装置であってもよい。また、前記制御部は、予め設定された周波数に前記整流回路が変換する前記パルス状電流の周波数を制御し、且つ、予め設定された最大振幅に前記パルス急峻化回路が急峻化する電流パルスの最大振幅を制御した後に、前記検出手段で検出した前記気体生成量に基づいて前記パルス状電流の周波数及び／又は前記電流パルスの最大振幅を変更し、前記ガス生成手段は、前記制御部が変更した前記パルス状電流の周波数及び／又は前記電流パルスの最大振幅に対応する前記気体生成量で前記ガスを生成する、ことを特徴とするガス発生装置であってもよい。
【００１０】
前記整流回路は、前記電解質溶液のインダクタンスＬ及びキャパシタンスＣで決定される共振周波数ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））に前記周波数を変換する、ことを特徴とする上記のいずれか一つのガス発生装置であってもよい。
【００１１】
前記パルス急峻化回路は、前記整流回路で得られたパルス状電流のデューティー比を低くするＰＷＭ回路と、キャパシターと、前記キャパシターの充放電を制御するキャパシターコントローラとを更に備える、ことを特徴とする上記のいずれか一つのガス発生装置であってもよい。また、前記パルス急峻化回路は、昇電圧して前記電流パルスの最大振幅を増加するＤＣＤＣコンバータを更に有する、ことを特徴とする上記のいずれか一つのガス発生装置であってもよい。
【００１２】
前記ガス生成手段で生成した前記ガスを液体に混合することによって、前記液体を気体混合液体に改質する気体混合手段を更に備える、ことを特徴とする上記のいずれか一つのガス発生装置であってもよい。
【００１３】
前記検出手段は、前記気体生成手段が生成した前記気体で変動する圧力を検出することによって前記気体生成量を検出する、ことを特徴とする上記のいずれか一つのガス発生装置であってもよい。
【００１４】
前記電解質溶液は、水であり、前記ガスは、水素ガスと酸素ガスである、ことを特徴とする、ことを特徴とする上記のいずれか一つのガス発生装置であってもよい。また、前記電解質溶液は、アルカリ水溶液であり、前記ガスは、酸水素ガスである、ことを特徴とする、ことを特徴とする上記のいずれか一つのガス発生装置であってもよい。
【００１５】
本発明の他の実施形態は、パルス状電流を生成する整流回路と、前記パルス状電流の電流パルスを急峻化するパルス急峻化回路と、前記整流回路及び前記パルス急峻化回路の動作を制御する制御部とを備える電源手段を用いて、電解質溶液を電気分解してガスを発生させるガス生成方法であって、前記電源手段から電気エネルギを供給する電源供給ステップと、前記電源供給ステップで供給された電気エネルギを用いて前記電解質溶液を電気分解し、前記ガスを生成するガス生成ステップと、前記ガス生成ステップで生成した気体生成量を検出する検出ステップとを含み、前記電源供給ステップは、前記整流回路を用いて交流を直流に変換するとともにパルス状電流にする整流ステップと、前記パルス急峻化回路を用いて前記整流ステップで変換した前記パルス状電流の電流パルスを急峻化する急峻化ステップと、前記制御部を用いて前記整流回路及び前記パルス急峻化回路の動作を制御する制御ステップとを更に含む、ことを特徴とするガス生成方法を提供する。
【００１６】
前記制御ステップは、予め設定された周波数に前記整流回路が変換する前記パルス状電流の周波数を制御し、且つ、予め設定された最大振幅に前記パルス急峻化回路が急峻化する電流パルスの最大振幅を制御した後に、前記検出手段で検出した前記気体生成量に基づいて前記パルス状電流の周波数及び／又は前記電流パルスの最大振幅を変更し、前記ガス生成ステップは、前記制御ステップが変更した前記パルス状電流の周波数及び／又は前記電流パルスの最大振幅に対応する前記気体生成量で前記ガスを生成する、ことを特徴とするガス生成方法であってもよい。
【００１７】
また、本発明の他の実施形態は、上記のガス生成方法のいずれか一つをコンピュータに実行させるためのプログラムであってもよい。
【００１８】
また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、パルス急峻化回路により、整流回路で得られたパルス状電流の電流パルスの面積を増大することなくそのピークを高くして急峻化することができるので、単位
電力当たりのガス発生量を多くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るガス発生装置を示す概略構成図である。
【図２】ガス発生装置に用いるガス生成手段の本体部を示す斜視図である。
【図３】ガス生成手段の本体部における電極の配列状態を説明するための図である。
【図４】ガス生成手段の本体部に用いる電極を示す平面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るガス発生装置に用いる電源手段を示すブロック図である。
【図６】電源手段に用いるパルス急峻化回路の具体例を示すブロック図である。
【図７】電源手段に用いるパルス急峻化回路の他の具体例を示すブロック図である。
【図８】電源手段に用いるパルス急峻化回路のさらに他の具体例を示すブロック図である。
【図９】ＡＣ／ＤＣ変換器（整流回路）で整流した後の矩形パルス状電流を示す模式図である。
【図１０】矩形パルス状電流を電極に印加した際の電流パルスを示す模式図である。
【図１１】ＡＣ／ＤＣ変換器（整流回路）で整流した後パルス急峻化回路で急峻化したパルス状電流を示す模式図である。
【図１２】周波数に対応するガス生成量を説明する図である。
【図１３】ピーク電流値に対応するガス生成量を説明する図である。
【図１４】ガス生成方法を説明するフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るガス発生装置を示す概略構成図である。なお、本発明は、以後に説明するガス発生装置に限定されるものではない。本発明は、以後に説明するガス発生装置以外でも、電気分解で気体を生成するもの（装置、機械、部品、システム、アプリケーションなど）であれば、いずれのものにも用いることができる。また、図１に示すガス発生装置の構成の例は一例であり、本発明は図１に示すガス発生装置に限定されるものではない。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態に係るガス発生装置１００は、電気エネルギを放電する電源手段４と、電源手段４から放電された電気エネルギを用いてガスを生成するガス生成手段１と、ガス生成手段１の気体生成量を検出する検出手段７とを有する。また、ガス発生装置１００の電源手段４は、交流を直流に変換するとともにパルス状電流にする整流回路（後述する図５の６２）と、パルス状電流の電流パルスを急峻化するパルス急峻化回路（後述する図５の６４）と、整流回路及びパルス急峻化回路の動作を制御する制御部５とを備える。制御部５は、検出手段７で検出した気体生成量（ガス発生量）に基づいて、整流回路が変換するパルス状電流の周波数及びパルス急峻化回路が急峻化する電流パルスの最大振幅を制御する。また、制御部５は、予め設定された周波数に整流回路が変換するパルス状電流の周波数を制御し、且つ、予め設定された最大振幅にパルス急峻化回路が急峻化する電流パルスの最大振幅を制御した後に、検出手段７で検出した気体生成量に基づいてパルス状電流の周波数及び／又は電流パルスの最大振幅を変更する。ガス生成手段１は、制御部５が変更したパルス状電流の周波数及び／又は電流パルスの最大振幅に対応する気体生成量でガスを生成する。これにより、本発明に係るガス発生装置１００は、所望の量のガスを生成することができる。なお、検出手段７は、気体生成手段１が生成した気体で変動する圧力を検出することによって気体生成量を検出してもよい。ガス発生装置は、ガス生成手段１を用いて例えばＫＯＨやＮａＯＨ等のアルカリ水溶液を電解し、気体混合手段２を用いてガス生成手段１で生成したガス（例えば酸水素ガス）を液体に混合して気体混合液体に改質する。なお、ガス発生装置１００は、本実施形態では、ガス生成手段１に水を供給するための水供給部としての純水供給部３と、ガス発生装置１００の動作状態を表示する表示部６とを有する。
【００２３】
ガス生成手段１は、本体部１１と、本体部１１の上方に設けられた複数の冷却ファン１２とを有している。本体部１１は、図２に示すように、ケーシング１３内に収容されており、例えばステンレス薄鋼板からなる複数の電極１４が所定の間隔に配列されて構成されている。図３に示すように、本実施形態では、隣接する電極１４の間にはガスケット１５が介装されており、これらガスケット１５によって、隣接する電極１４間に空間１６が形成され、空間１６内に電解液としてのアルカリ水溶液、例えば３〜１５％（好ましくは１０％）のＫＯＨ溶液が満たされることにより、電解槽が形成される。電極１４は、図４に示すように、正方形状をなしており、表面にガスケット１５が嵌め込まれる凹部１７が形成され、凹部１７の内側部分の上部には電解液および発生したガスが通過する貫通孔１８が形成されている。また、四隅には連結ボルト２０（図２参照）が挿入される挿入口１９が形成されている。そして、所定の電極１４間に電圧を印加することにより、空間１６内に充填された電解液が電気分解されてガスが発生する。
【００２４】
ガス生成手段１の本体部１１には、例えば高濃度のＫＯＨやＮａＯＨ等のアルカリ水溶液を補充するためのアルカリ溶液補充ライン２１、生成したガス（例えば酸水素ガス）を取り出すガスライン２２、ドレイン配管２３が接続されている。
【００２５】
ガス処理部２は、本実施形態では、ガス生成手段１で発生したガスを冷却する冷却器３１と、冷却器３１で冷却されたガスをフィルタリングする第１フィルタータンク３２、第２フィルタータンク３３、およびラストフィルター３４と、フィルタリングされたガスをエンジン・バーナー等の負荷設備（燃焼部）へ導く配管３５とを有する。
【００２６】
純水供給部３は、本実施形態では、ＲＯ（逆浸透膜）純水装置４１と、ＲＯ純水装置４１で製造した純水を貯蔵する純水タンク４２と、ＲＯ純水装置４１から純水タンク４２に純水を導く第１配管４３と、第１配管４３に設けられた第１ポンプ４４と、純水タンク４２から第１フィルタータンク３２へ純水を導く第２配管４５と、第２配管に設けられた第２ポンプ４６とを有する。第１ポンプ４４は純水タンク４２に設けられた液面センサの検出値に基づいて供給量が制御される。また、第２ポンプ４６は、第１フィルタータンク３２に設けられた液面センサに基づいて供給量が制御される。
【００２７】
制御部５は、例えばＣＰＵ及びメモリで構成される演算装置を用いることができる。制御部５は、ガス発生装置１００外部から入力される情報に基づいて、ガス発生装置１００の動作を制御してもよい。電源手段４の電源は、二次電池、蓄電池及びその他公知の技術を用いることができる。ガス生成手段１は、例えば電解質溶液に水を用いた場合に、水素ガス及び酸素ガスを生成することができる。なお、ガス生成手段１は、電気分解する方法として、公知の技術を用いることができる。気体混合手段２は、ガス生成手段１の下流側に配置される。気体混合手段２は、ガス生成手段１が気体を生成することによって発生する圧力エネルギを用いて、気体を燃料に混合してもよい。気体混合手段２は、例えばエジクター式マイクロナノバブル発生装置、ループ流式マイクロナノバブル発生装置、噴流式微細気泡発生装置及びその他公知の技術を用いることができる。検出手段７は、ガス生成手段１の下流側の流路に配置される。検出手段７は、気体生成によるガス生成手段１の下流側の流路の圧力変化又は流速変動を検出する。なお、検出手段１４は、圧力計又は流量計を用いることができる。
【００２８】
水として井水・水道水などを用いられるが、その水の不純物が装置の安定運転に影響を与える場合があった。水中には、例えばシリカ、アルミナ、カルシア、マグネシア等あるいはそれらの水和物などが５０〜５００ｍｇ／リットル程度は含まれている。それらの不純物がガス発生経過とともに電解槽内に蓄積する場合がある。その場合これら蓄積物を取り除くために電解槽の分解・清掃が必要となる。それを避けるために純水を購入し、槽内に装入して用いることもあったが、純水の購入費は高く、結果的に製造されるガスの製造コストを上昇させ、その有用性を損なう点にも検討の余地が残されていた。そこで、本発明に係る実施形態では、純水供給部３にＲＯ純水装置４１を用い、ＲＯを用いて井水・水道水などから純水を製造する。これにより非常に安価に純水を製造することができる。すなわち、通常の精製水を用いる場合にはそれ自体が高価なものであり、生成されるガスが高価なものにならざるを得ないが、その点、ＲＯ純水装置は、ガス生成のために必要な純度を満たしつつ、精製水の１／１０以下のコストで純水を製造することができる。ＲＯ純水装置４１は、プレフィルターおよび逆浸透膜を有し、これらにより井水・水道水などから純水を製造する。
【００２９】
ガス処理部２の第１フィルタータンク３２には、純水供給部３からの純水が充填されるとともに、その上部に多孔質セラミックスからなる第１セラミックスフィルター５１が設けられている。そして、第１セラミックフィルター５１の側面には冷却器３１で冷却されたガスが供給されるガス供給ライン５２が接続され、第１セラミックフィルター５１では、ガスから泡および水分が取り除かれる。第１フィルタータンク３２の上部には、第１セラミックフィルター５１を通過したガスを第２フィルタータンク３３に導く第１ガス配管５３が接続されている。
【００３０】
第２フィルタータンク３３は、連結管５４により第１フィルタータンク３２と繋がっており、連結管５４を介して第１フィルタータンク３２から純水が供給されるようになっている。また、第２フィルタータンク３３の上部には第２セラミックスフィルター５５が設けられている。そして、第２セラミックフィルター５５の側面には上記第１ガス配管５３が接続されており、第１フィルタータンク３２の第１セラミックフィルター５１を経たガスが第２セラミックスフィルター５５に供給され、さらに泡および水分が取り除かれる。第２フィルタータンク３３の上部には、第２セラミックフィルター５５を通過したガスをラストフィルター３４に導く第２ガス配管５６が接続されている。なお、第２フィルタータンク３３にガソリン等の富化剤を入れて、第２フィルタータンク３３において富化剤で富化された富化ガス（例えば酸水素ガス）を生成してもよい。
【００３１】
ラストフィルター３４には、第３セラミックフィルター５７が設けられている。第３セラミックフィルター５７の側面には上記第２ガス配管５６が接続されており、第２フィルタータンク３３の第２セラミックフィルター５５を経たガスが第３セラミックフィルター５７に供給されてさらに泡および水分が取り除かれ乾燥したガスとなる。ラストフィルター３４の側壁には、第１フィルタータンク３２および第２フィルタータンク３３の底部から延びる第１純水配管５８が接続され、ラストフィルター３４の底部には第２純水配管５９が接続されている。第２純水配管５９は、電解槽１１に接続されている。これにより純水供給部３からの純水が、第１および第２フィルタータンク３２，３３、第１および第２純水配管５８，５９を経て電解槽１１に供給される。また、ラストフィルター３４の上部には、上記配管３５が接続されている。
【００３２】
そして、ガス生成手段１で発生したガスは、本実施形態では、冷却器３１を通って冷却された後、第１フィルタータンク３２、第２フィルタータンク３３およびラストフィルター３４で泡が取り除かれるとともに水分が除去され、乾燥したガスとして配管３５を経てエンジン・バーナー等の負荷設備（燃焼部）６０へ導かれ、ガスエネルギーとして利用される。
【００３３】
電源手段４は、図５に示すように、商用の１００Ｖまたは２００Ｖの交流電源６１と、交流を整流してパルス状の直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換器（整流回路）６２と、周波数を変換する周波数変換回路６３と、パルス急峻化回路６４とを有する。
【００３４】
パルス急峻化回路６４は、例えば図６で示すような、ＡＣ／ＤＣ変換器６２で整流され、周波数変換回路６３で所定の周波数に変換された電流パルスのパルス幅を調整して低デューティー比にするＰＷＭ回路６５と、昇電圧して電流パルスのピーク電流値を高めるＤＣＤＣコンバータ６６と、パルス電流の周波数をアルカリ水溶液のインダクタンスＬ・キャパシタンスＣで決定される共振周波数ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））に調整する周波数調整回路６７とを有するものを挙げることができる。周波数調整回路６７は、共振機能により電流パルスを急峻化することができる。ＤＣＤＣコンバータ６６は必須ではないが、より高いピークを得るためには設けたほうが好ましい。また、周波数調整回路６７は、電流パルスの周波数をアルカリ水溶液の共振周波数に自動追随する機能を有することが好ましい。
【００３５】
また、パルス急峻化回路６４は、図７に示すように、図６の構成において、周波数調整回路６７の代わりに、キャパシターコントローラ６８およびキャパシター６９を設けたものであってもよい。なお、符号７０は蓄電池である。図７のパルス急峻化回路６４では、電流パルスが、キャパシターコントローラ６８に入力され、キャパシターコントローラ６８がキャパシター６９に充電・放電の量とタイミングを指示し、電流パルスを急峻化することができる。
【００３６】
さらに、パルス急峻化回路６４は、図８に示すように、図６の構成に、キャパシターコントローラ６８およびキャパシター６９を加えたものであってもよい。これにより、周波数調整回路６７により急峻化した電流パルスを、キャパシターコントローラ６８がキャパシター６９によりさらに急峻化することができる。
【００３７】
制御部５は、本実施形態では、電源手段４を制御する電源制御部、圧力監視部、温度監視部等を有する。また、表示部６は、電源スイッチ（図示せず）および電源をオンにした際に点灯するパワーオンのランプ、電力指示計（いずれも図示せず）を有している。また、圧力メータースイッチ７３および温度メータースイッチ７４を有しており、第１フィルタータンク３２から送出される、第１セラミックフィルター５１でフィルタリングされた後のガスの圧力およびガス生成手段１に設けられた温度センサ７１が検出した温度を表示するようになっている。そして、制御部５は、これらの圧力および温度が所定値より高くなった場合に、警報を出し、装置を停止する機能を有している。また、制御部５は、ガス供給ライン５２に設けられた圧力スイッチ７２を制御するようになっている。
【００３８】
なお、電源手段４は、その中の電気装置を過電圧と短絡（ショート）から保護する自動入力スイッチ（図示せず）を有し、電源手段４がスイッチオンされると、スターターが駆動されるとともに、各部に設けられたファン（図示外）が回り、また、コントロールパワーブリッジ（図示せず）に電力が供給されるとともに、表示部６の電力指示計が点灯される。
【００３９】
このように構成されたガス発生装置においては、電源手段４からパルス状の直流電圧がガス生成手段１の電極１４に印加され、電極１４の間の空間に保持された電解液を分解してガスを発生させ、発生したガスを、冷却器３１で冷却し、第１フィルタータンク３２、第２フィルタータンク３３、ラストフィルター３４でフィルタリングし、ラストフィルター３４を経たガスが配管３５を経てエンジン・バーナー等の負荷設備６０に供給され、ガスエネルギーとして利用される。
【００４０】
このとき、ガス生成手段１に電流パルスが与えられることにより、電解液が分解してガスが発生するが、本発明者は、このときのガスの発生量（気体生成量）が、電流パルスの高さのみで決まることを見出した。すなわち、従来は、ガスの発生量を増加させるためには、供給電力（電流）を増加させる必要があると考えられていたが、本発明者の知見によれば、ガスの発生量（気体生成量）は、電流パルスの面積を増大させずに電流パルスの高さを高くすることにより、供給電力を増加させることなく、増大させることができることを新たに見出した。すなわち、電流パルスを極力急峻化することにより、単位電力当たりのガス発生量（気体生成量）を飛躍的に増大できることを見出した。
【００４１】
そこで、本実施形態では、ＡＣ／ＤＣ変換器（整流回路）６２で整流し、周波数変換回路６３で周波数を変換した後のパルス状電流を、パルス急峻化回路６４で急峻化する。すなわち、ＡＣ／ＤＣ変換器（整流回路）６２で整流された際の電流波形は図９に示すような矩形波であり、それを電極に印加すると図１０に示す模式図のように先尖りの電流パルスとなるが、従来は電圧が低く比較的なだらかな形状をしていた。このような状況において、ガス発生量（気体生成量）を増加させるためには、この波高を維持したままデューティー比を上げ、電流値を増加させるしかなく、結果的に供給電力（すなわち消費電力）の増大をともなっていた。しかし、本実施形態では、パルス急峻化回路６４を用いることにより、デューティー比を下げることで、図１１に示す模式図のように、電流パルスの半値幅を小さくしつつピーク高さを高くすることにより、電流パルスの面積を増大させることなく、つまり電力消費量を増大させることなく、ガス発生量（気体生成量）を増大させることができる。なお、図９〜１１の電流パルスの波形は模式的に示したものであり、実際の波形は多少異なる形状を有する。
【００４２】
そして、パルス急峻化回路６４として、図６に示すようなものを用いることにより、ＰＷＭ回路６５によりデューティー比を低く（望ましくは０．２以下に）し、好ましくはＤＣＤＣコンバータ６６で昇電圧した後、さらに、周波数調整回路６７により、パルス電流の周波数をアルカリ水溶液のインダクタンスＬ・キャパシタンスＣで決定される共振周波数ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））に調整することにより、周波数調整回路６７の共振機能により、電流パルスを著しく急峻化することができ、単位電力当たりのガス発生量（気体生成量）を増大させることができる。
【００４３】
また、パルス急峻化回路６４として、図８に示すようなものを用いることにより、ＰＷＭ回路６５によりデューティー比を低く（望ましくは０．２以下に）し、好ましくはＤＣＤＣコンバータ６６で昇電圧した後、電流パルスが、キャパシターコントローラ６８に入力され、キャパシターコントローラ６８がキャパシター６９に充電・放電の量とタイミングを指示し、電流パルスを急峻化することができ、単位電力当たりのガス発生量（気体生成量）を増大させることができる。
【００４４】
さらに、パルス急峻化回路６４として、図７に示すようなものを用いることにより、周波数調整回路６７と、キャパシターコントローラ６８およびキャパシター６９との相乗効果により、より一層電流パルスを急峻化することができ、単位電力当たりのガス発生量（気体生成量）をより一層増大することができる。
【００４５】
また、本実施形態のガス発生装置は、アルカリ水溶液、例えば３〜１５％（好ましくは１０％）のＫＯＨ溶液を電解水として使用し、１００Ｖ商用電源を利用してこれを電気分解し、発生するガスをフィルターにより脱泡・脱水して、ガス成分のみを取り出し、これをそのまま、または必要に応じてガソリン等の富化剤で富化して燃料ガスにするので、低圧下においても燃料ガスを生成することができ、通常のプロパン等の燃料に代えて使用できるガスエネルギーを得ることができる。
【００４６】
さらに、ガスは、水を電解分解によって得られたものであるので、無公害、低コストで得ることができる。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、富化剤はガソリンに限らず、例えば灯油等他の燃料を用いることができる。また、ガスを含む燃料ガスをエンジン・バーナー以外の他の負荷設備に供給してもよい。
【実施例】
【００４８】
実施例に係るガス発生装置を用いて、本発明を説明する。なお、本発明は、以後に説明するガス発生装置以外でも、電気分解で気体を生成するもの（装置、機械、部品、システム、アプリケーションなど）であれば、いずれのものにも用いることができる。
【００４９】
（実施例１）
本実施例においては、実施形態に係るガス発生装置１００を用いて、以下の生成条件で酸水素ガスを生成した。
０）電極：ステンレス薄鋼板（ＳＵＳ３１６Ｌ）
１）電源：商用電源交流１００Ｖ、パルス周波数５０−３００Ｈｚ
２）供給電流：１０Ａ−５０Ａ
３）電解液：１０％ＫＯＨ
４）水溶液ミキサー：容積  ３．８リットル
【００５０】
この条件で、ＡＣ／ＤＣ変換器（整流回路）で整流したのみのもの、およびさらに図８に示すパルス急峻化回路で電流ピークを２倍に高めたものについて、実際に酸水素ガスの発生量を比較した。その結果、前者では３００リットル／時／ｋＷであったが、後者では倍の６００リットル／時／ｋＷであった。
【００５１】
図１２（ａ）に周波数に対応するガス生成量の実験結果（１００Ｖ、５Ａ）の一例を示す。図１２（ｂ）に周波数ｆに対応するガス生成量Ｑｇの実験結果（１００Ｖ、１０Ａ）の一例を示す。図１２（ａ）および図１２（Ｂ）に示すように、パルス電流の周波数ｆｇがアルカリ水溶液のインダクタンスＬ・キャパシタンスＣで決定される共振周波数ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））付近（例えば本実験では１２５Ｈｚ）であるときに、ガス生成量Ｑｇが最大となった。また、図１２（ａ）および図１２（Ｂ）に示すように、パルス電流の周波数ｆｇがアルカリ水溶液のインダクタンスＬ・キャパシタンスＣで決定される共振周波数ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））付近（例えば本実験では１２５Ｈｚ）であるときに、ガス生成量Ｑｇが急激増加する極大値となった。すなわち、本発明に係るガス発生装置（酸水素ガス発生装置）によれば、パルス急峻化回路（図５）を用いて整流回路（図５）で得られたパルス状電流の電流パルスの面積を増大することなくそのピークを高くして急峻化することができるので、パルス電流の周波数ｆｇを制御して単位電力当たりのガス発生量Ｑｇを増加することができる。
【００５２】
図１３に、ピーク電流値Ｉｇに対応するガス生成量Ｑｇの実験結果の一例を示す。図１３に示すように、ガス発生装置は、パルス急峻化回路（図５）を用いて整流回路（図５）で得られたパルス状電流の電流パルスのピーク電流値Ｉｇを変更することによって、ガス発生量Ｑｇを調整することができる。すなわち、本発明に係るガス発生装置（酸水素ガス発生装置）によれば、パルス急峻化回路を用いて整流回路で得られたパルス状電流の電流パルスのピーク電流値Ｉｇを変更することによってガス発生量Ｑｇを調整することができるので、生成するガスを使用状況に応じて、所望の量のガスを生成することができる。また、本発明に係るガス発生装置（酸水素ガス発生装置）によれば、パルス状電流の電流パルスのピーク電流値Ｉｇを変更することによってガス発生量Ｑｇを調整することができるので、高応答性の制御が可能であり、ガスの貯蔵装置（高圧ガスボンベ・ガス貯蔵合金、その他気体貯蔵装置など）を必要とせず、必要な時に必要な量のガスを生成することができる。
【００５３】
（実施例２）
（ガス生成方法、ガス生成方法のプログラム及びそのプログラムを記録した記録媒体）
図１４を用いて、ガス発生装置１００（図１）がガスを生成する動作（ガス生成方法）を説明する。ここで、図１４は、本発明に係るガス生成方法を説明するフローチャート図である。なお、図１４に示すガス発生装置の動作は一例であり、本発明は図１４に示すガス発生装置の動作に限定されるものではない。
【００５４】
図１４に示すように、ガス発生装置１００は、ステップＳ１４０１において、先ず、制御部５（図１）を用いて、ガスを生成する動作を開始する（制御ステップ）。制御部５は、例えばガス発生装置１００の外部から入力された情報に応じて、ガスを生成する動作を開始することができる。その後、ガス発生装置１００は、ステップＳ１４０２に進む。
【００５５】
次に、ステップＳ１４０２において、ガス発生装置１００は、電源手段４（図１）を用いて、電気エネルギをガス生成手段１（図１）に供給する（電源供給ステップ）。ここで、制御部５は、整流回路６２（図５）を用いて交流を直流に変換するとともにパルス状電流に変換し（整流ステップ）、且つ、パルス急峻化回路６４（図５）を用いて変換したパルス状電流の電流パルス（例えば図１１）を急峻化する（急峻化ステップ）。その後、ガス発生装置１００は、ステップＳ１４０３に進む。
【００５６】
次いで、ステップＳ１４０３において、ガス発生装置１００は、ガス生成手段１を用いて、電源手段４から供給される電気エネルギを用いて、電解質溶液を電気分解する（ガス生成ステップ）。その後、ガス発生装置１００は、ステップＳ１４０４に進む。
【００５７】
ステップＳ１４０４において、ガス発生装置１００は、検出手段７を用いて、ガス生成手段１が生成したガスの気体発生量を検出する（検出ステップ）。その後、ガス発生装置１００は、ステップＳ１４０５に進む。
【００５８】
ステップＳ１４０５において、ガス発生装置１００は、制御部５を用いて、ガス生成手段１が生成するガスの気体生成量を調整する。ここで、制御部５は、整流回路６２及びパルス急峻化回路６４の動作を制御して、気体生成量を調整する。具体的には、制御部５は、検出手段７で検出した気体生成量に基づいてパルス状電流の周波数ｆｇ（例えば図１２）及び／又は電流パルスの最大振幅（例えば図１３）を変更する。その後、ガス発生装置１００は、ステップＳ１４０６に進む。
【００５９】
ステップＳ１４０６において、ガス発生装置１００は、制御部５を用いて、ステップＳ１４０５で検出された検出結果に基づいて、ガスを生成する動作を繰り返すか否かを判断する（制御ステップ）。制御部５は、例えばガス発生装置１００の外部から入力された情報を更に用いて、ガスを生成する動作を繰り返すか否かを判断することができる。これにより、ガス発生装置１００は、所望の量のガスを生成することができる。その後、生成する動作を繰り返すと判断した場合には、ガス発生装置１００は、ステップＳ１４０２に戻る。生成する動作を終了すると判断した場合には、ガス発生装置１００は、図中の「ＥＮＤ」に進み、動作を終了する。
【００６０】
以上のとおり、本実施例に係るガス生成方法は、実施形態に係るガス発生装置１００と同様に、パルス急峻化回路により、整流回路で得られたパルス状電流の電流パルスの面積を増大することなくそのピークを高くして急峻化することができるので、単位電力当たりのガス発生量を多くすることができる。
【００６１】
（ガス生成方法、ガス生成方法のプログラム及びそのプログラムを記録した記録媒体）
本発明に係るガス生成方法のプログラムは、パルス状電流を生成する整流回路と、前記パルス状電流の電流パルスを急峻化するパルス急峻化回路と、前記整流回路及び前記パルス急峻化回路の動作を制御する制御部とを備える電源手段を用いて、電解質溶液を電気分解してガスを発生させるガス生成方法であって、前記電源手段から電気エネルギを供給する電源供給ステップと、前記電源供給ステップで供給された電気エネルギを用いて前記電解質溶液を電気分解し、前記ガスを生成するガス生成ステップと、前記ガス生成ステップで生成した気体生成量を検出する検出ステップとを含み、前記電源供給ステップは、前記整流回路を用いて交流を直流に変換するとともにパルス状電流にする整流ステップと、前記パルス急峻化回路を用いて前記整流ステップで変換した前記パルス状電流の電流パルスを急峻化する急峻化ステップと、前記制御部を用いて前記整流回路及び前記パルス急峻化回路の動作を制御する制御ステップとを更に含む、ことを特徴とするガス生成方法を実行する。また、本発明に係るガス生成方法のプログラムにおいて、前記制御ステップは、予め設定された周波数に前記整流回路が変換する前記パルス状電流の周波数を制御し、且つ、予め設定された最大振幅に前記パルス急峻化回路が急峻化する電流パルスの最大振幅を制御した後に、前記検出手段で検出した前記気体生成量に基づいて前記パルス状電流の周波数及び／又は前記電流パルスの最大振幅を変更し、前記ガス生成ステップは、前記制御ステップが変更した前記パルス状電流の周波数及び／又は前記電流パルスの最大振幅に対応する前記気体生成量で前記ガスを生成する、ことを特徴とするガス生成方法を実行してもよい。
【００６２】
上記のプログラムによれば、本発明の実施形態に係るガス発生装置１００（前述）と同等の効果が得られる。また、本発明は、上記のプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体としてもよい。記録媒体には、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、及び、メモリーカード等、コンピュータ読み取り可能な媒体を利用することができる。更に、本発明は、上記のプログラムをインターネット等のネットワークを介して送信することが可能な伝送可能媒体であってもよい。
【００６３】
以上のとおり、本発明に係る実施形態及び実施例について説明したが、本発明は上記の実施形態及び実施例に限定されるものではない。すなわち、本発明は、特許請求の範囲に記載の内容に基づいて、様々に変形、変更又はその他任意に改変され得る。
【符号の説明】
【００６４】
１００  ガス発生装置
１  ガス生成手段（電解装置など）
２  気体混合手段（酸水素ガス処理部など）
３  純水供給部
４  電源手段（電源装置など）
５  制御部
６  表示部
７  検出手段
１１  本体部
１２  冷却ファン
１３  ケーシング
１４  電極
１５  ガスケット
１６  空間
１８  貫通孔
２０  連結ボルト
２１  アルカリ溶液補充ライン
２２  ガスライン
２３  ドレイン配管
３１  冷却器
３２  第１フィルタータンク
３３  第２フィルタータンク
３４  ラストフィルター
３５  配管
４１  ＲＯ純水装置
４２  純水タンク
５１  第１セラミックフィルター
５２  ガス供給ライン
５３  第１ガス配管
５５  第２セラミックフィルター
５６  第２ガス配管
５７  第３セラミックフィルター
６０  負荷設備（燃焼部）
６１  交流電源
６２  ＡＣ／ＤＣ変換器（整流回路）
６４  パルス急峻化回路
６５  ＰＷＭ回路
６６  ＤＣＤＣコンバータ
６７  周波数調整回路
６８  キャパシターコントローラ
６９  キャパシター
【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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【図１０】
2015134959.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2015134959.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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