(57)【要約】【課題】イオン交換膜を備えたケーシングを電解槽から着脱可能に構成し、イオン交換膜の交換コストを低く抑えることができる酸素水素ガス発生装置を提供すること。【解決手段】酸素水素ガス発生装置Ａは、電源１０と、内部に電解液を充填する電解槽２０と、電源１０から直流電流が供給されて前記電解槽２０に充填された電解液を酸素ガスと水素ガスに電気分解するイオン交換膜部材３０と、前記電解槽２０に連結され、前記電解槽２０内で電気分解される電解液を供給する電解液供給手段４０と、前記電解槽２０に連結され、前記電解槽２０内で発生する酸素ガス及び水素ガスを貯蔵するためのガス貯蔵手段５０とを備えて構成されている。【選択図】　　　　　　図１
2004143508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に電解液を収容する電解槽と、
電源から直流電流が供給され、前記電解槽に充填された電解液をイオン交換膜を用いて酸素ガスと水素ガスに電気分解する電気分解手段と、
前記電解槽に連結され、前記電解槽内で電気分解される電解液を供給する電解液供給手段と、を備えた酸素水素ガス発生装置において、
上記電気分解手段は、電解槽に設けられた収容部内に収容可能なほぼ矩形状のカード型に形成されたケーシング内にイオン交換膜を配設し、このイオン交換膜の両側面部に電極を配設し、電解液をイオン交換膜に接触可能に構成するとともに、
このカード型のケーシングを電解槽に着脱可能に保持する保持手段を設けたことを特徴とする酸素水素ガス発生装置。
【請求項２】
前記電解槽は、電解液供給手段から供給される電解液を流入する流入口を備え、
上記流入口をイオン交換膜を備えた電気分解手段のケーシングの着脱に連動させて開閉制御する開閉弁を備えたことを特徴とする請求項１に記載の酸素水素ガス発生装置。
【請求項３】
上記イオン交換膜の表面に、イオン交換膜を加湿保護する保護部材を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の酸素水素ガス発生装置。
【請求項４】
保護部材は、シート状に形成されたシート部材の表面に保水剤を塗布して形成されることを特徴とする請求項３に記載の酸素水素ガス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素ガスと水素ガスを発生する酸素水素ガス発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、酸素水素混合ガス発生装置は、水が電気分解されて得られる生成物である酸素ガス、水素ガスを生産するための装置として陽極及び陰極が設置された電解槽内に少量の電解物質が添加された水を供給し直流電圧を印加して無公害のエネルギー源である酸素ガスと水素ガスを発生させるものである。
【０００３】
例えば、この種の酸素水素ガス発生装置は、電解槽内に、複数の電極板が電気的に互いに離れた宙吊りの状態で並列的に支持されて構成されており、この電解槽内に充填された電解液を電気分解することにより、酸素ガス、水素ガスが発生する。
【０００４】
また、これとは別に、従来より固体高分子型電解質膜を用いた酸素水素ガス発生装置が提供されている。
この固体高分子型電解質膜を用いた酸素水素ガス発生装置は、固体高分子型電解質膜をイオン交換膜として用い、このイオン交換膜の両側にアノードとカソードを設け、水を電気分解し、酸素ガス、水素ガスを発生させるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記酸素水素ガス発生装置は、電解槽内に配設されるイオン交換膜を備えたケーシングが、電解槽と一体に形成されており、このイオン交換膜の寿命が尽きた際には電解槽ごと交換する必要があり、コスト高になるという問題があった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、イオン交換膜を備えたケーシングを電解槽から着脱可能に構成し、イオン交換膜の交換コストを低く抑えることができる酸素水素ガス発生装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、
内部に電解液を収容する電解槽と、
電源から直流電流が供給され、前記電解槽に充填された電解液をイオン交換膜を用いて酸素ガスと水素ガスに電気分解する電気分解手段と、
前記電解槽に連結され、前記電解槽内で電気分解される電解液を供給する電解液供給手段と、を備えた酸素水素ガス発生装置において、
上記電気分解手段は、電解槽に設けられた収容部内に収容可能なほぼ矩形状のカード型に形成されたケーシング内にイオン交換膜を配設し、このイオン交換膜の両側面部に電極を配設し、電解液をイオン交換膜に接触可能に構成するとともに、
このカード型のケーシングを電解槽に着脱可能に保持する保持手段を設けたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の酸素水素ガス発生装置において、
前記電解槽は、電解液供給手段から供給される電解液を流入する流入口を備え、
上記流入口をイオン交換膜を備えた電気分解手段のケーシングの着脱に連動させて開閉制御する開閉弁を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の酸素水素ガス発生装置において、
上記イオン交換膜の表面に、イオン交換膜を加湿保護する保護部材を設けたことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載の酸素水素ガス発生装置において、
保護部材は、シート状に形成されたシート部材の表面に保水剤を塗布して形成されることを特徴とする。
【０００９】
【作用】
請求項１の発明によれば、保持手段によりカード型のケーシング内に配設されたイオン交換膜を着脱可能に電解槽に保持する構成とすることにより、このイオン交換膜により電解液を酸素ガスと水素ガスに電気分解するとともに、イオン交換膜を設けたケーシングを電解槽とは別個独立して存在させ、電解槽に装着、或いは電解槽から取り外す。
請求項２の発明によれば、イオン交換膜を備えたケーシングの着脱に連動して、開閉弁により電解液の流入口の開閉制御を行うことにより電解液供給手段からの電解液の供給を制御する。
【００１０】
請求項３の発明によれば、保護部材によりイオン交換膜の表面を保護し、その耐久性を高める。
また、請求項４の発明によれば、シート状に形成されたシート部材の表面に塗布された保水剤により、イオン交換膜の湿度を適当に保持して傷みを少なくし、耐久性を高める。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の酸素水素ガス発生装置の一実施形態について図面を用いて説明する。
本発明の酸素水素ガス発生装置Ａは、図１に示すように、電源１０と、内部に電解液を充填する電解槽２０と、電源１０から直流電流が供給されて前記電解槽２０に充填された電解液を酸素ガスと水素ガスに電気分解するイオン交換膜部材３０と、前記電解槽２０に連結され、前記電解槽２０内で電気分解される電解液を供給する電解液供給手段４０と、前記電解槽２０に連結され、前記電解槽２０内で発生する酸素ガス及び水素ガスを貯蔵するためのガス貯蔵手段５０とを備えて構成されている。
なお、上記電解槽１０に充填される電解液は水を含むものである。また、上記イオン交換膜部材３０が電気分解手段を構成している。
【００１２】
上記電解槽２０は、図２に示すように、内部にイオン交換膜部材３０を収容するための中空の収容空間を有する電解槽ケーシング本体２１と、この電解槽ケーシング本体２１の上端部に設けられ、この電解槽ケーシング本体２１の収容空間内に収容されるイオン交換膜部材３０のカード型のケーシング３１（後述する）を電解槽２０に着脱可能に保持する保持部材２２と、を備えて構成されている。
【００１３】
電解槽ケーシング本体２１は、本実施形態においては、ほぼ直方体形状に形成され、その上端部が開口して内部の収容空間に連通してイオン交換膜部材３０を収容する箱形状に形成されている。
【００１４】
また、この電解槽ケーシング本体２１には、電解槽２０内で電気分解される電解液を供給する電解液供給手段４０と連結される連結口２３と、電解槽２０内で発生する酸素ガス及び水素ガスを貯蔵するためのガス貯蔵手段５０と連結される連結口２４及び連結口２５が設けられている。
【００１５】
図３は、上記連結口２３及び連結口２４、連結口２５を説明するための電解槽ケーシング本体２１を平面からみた断面図である。
同図に示すように、上記連結口２３は、電解槽ケーシング本体２１の長手方向の側面部に設けられており、電解槽ケーシング本体２１に設けられた電解液の流入口２１ｂと連通している。
この連結口２３は、実際にチューブ等が連結される凸状に形成された連結口部２３ａ及びこの連結口部２３ａから流入する電解液の流入口２１ｂを開閉する開閉弁２３ｂとを備えて構成されている。
【００１６】
また、連結口２４は、電解槽ケーシング本体２１の幅方向の側面に設けられており、電解槽ケーシング本体２１に設けられた酸素ガスの流出口２１ｃと連通して形成されている。
この連結口２４は、実際にチューブ等が連結される凸状に形成された連結口部２４ａ及びこの連結口部２４ａから流出する酸素ガスの流出口２１ｃを開閉する開閉弁２４ｂとを備えて構成されている。
【００１７】
さらにまた、連結口２５は、連結口２４と同様に電解槽ケーシング本体２１の幅方向の側面に設けられており、電解槽ケーシング本体２１に設けられた水素ガスの流出口２１ｄと連通して形成されている。
この連結口２５は、実際にチューブ等が連結される凸状に形成された連結口部２５ａ及びこの連結口部２５ａから流出する水素ガスの流出口２１ｄを開閉する開閉弁２５ｂとを備えて構成されている。
【００１８】
図４は、上述した連結口２３の開閉弁２３ｂの開閉動作を説明するための図である。
まず、同図（ｂ）に示すように、電解槽ケーシング本体２１の収容空間内にイオン交換膜部材３０のカード型のケーシング３１が収容されていない状態においては、開閉弁２３ｂは、バネ２３ｃにより電解槽ケーシング本体２１の電解液の流入口２１ｂを塞ぐ方向に付勢されている。
【００１９】
そして、この電解槽ケーシング本体２１の中空の収容空間内にイオン交換膜部材３０のカード型のケーシング３１が収容されると、このカード型のケーシング３１の外壁面が開閉弁２３ｂの先端部に接触し、図４（ａ）に示すように、開閉弁２３ｂが電解液の流入口２１ｂを開く図中矢印方向に押し込まれる。
【００２０】
これにより、イオン交換膜部材３０のカード型のケーシング３１を電解槽ケーシング本体２１の収容空間に収容した状態においては、チューブが連結された連結口部２３ａを介して電解液供給手段４０から供給される電解液が電解液の流入口２１ｂを介して電解槽２０の電解槽ケーシング本体２１内に流入する構成となっている。
【００２１】
また、電解槽ケーシング本体２１の幅方向の両側面部に設けられた連結口２４も、上記連結口２３と同様に、イオン交換膜部材３０のカード型のケーシング３１を電解槽ケーシング本体２１の収容空間に収容した状態においては、その開閉弁２４ｂが酸素ガスの流出口２１ｃを開く方向に押し込まれ、チューブが連結された連結口部２４ａを介して電解槽２０内で発生した酸素ガスをガス貯蔵手段５０の酸素ガス貯蔵部に流出する構成となっている。
【００２２】
さらにまた、連結口２５も、上記連結口２４と同様に、イオン交換膜部材３０のカード型のケーシング３１を電解槽ケーシング本体２１の収容空間に収容した状態においては、その開閉弁２５ｂが水素ガスの流出口２１ｄを開く方向に押し込まれ、チューブが連結された連結口部２５ａを介して電解槽２０内で発生した水素ガスをガス貯蔵手段５０の水素ガス貯蔵部に流出する構成となっている。
【００２３】
つぎに、電解槽２０の保持部材２２について説明する。
この保持部材２２は、電解槽ケーシング本体２１の収容空間内に収容されるイオン交換膜部材３０のカード型のケーシング３１を着脱可能に保持するもので、図１及び図２に示すように、一対の金属製の保持片２２１及び２２２とから構成されている。
保持片２２１は、図５に示すように、その先端部にイオン交換膜部材３０のカード型のケーシング３１を保持するための爪２２１ａを備えた鉤型形状に形成されており、その下端部には、後述する電極２６を貫通させる貫通孔２２１ｂが形成されている。
【００２４】
上記のように構成された保持片２２１は、電極２６により電解槽ケーシング本体２１に揺動可能に枢支されている。
すなわち、この電極２６はほぼ円柱形状に形成されており、この電極２６が、上述した保持片２２１の貫通孔２２１ｂを貫通した状態で電解槽ケーシング本体２１に固着されることにより、保持片２２１が電解槽ケーシング本体２１に揺動可能に枢支されている。
【００２５】
なお、上記電極２６の一方の端部は、電解槽ケーシング本体２１の表面から露出した状態で配設されており、この外部に露出した電極２６に外部の電源１０（図１参照）が接続されている。
また、保持片２２２は、上記保持片２２１と同様に構成されており、電解槽ケーシング本体２１に揺動可能に枢支されている。
【００２６】
つぎに、上記のように構成された電解槽２０の電解槽ケーシング本体２１の収容空間内に収容されるイオン交換膜部材３０について説明する。
このイオン交換膜部材３０は、図６に示すように、カード型に形成されたケーシング３１と、このカード型のケーシング３１内に配設されるイオン交換膜本体３４とを備えて構成されている。
【００２７】
上記カード型のケーシング３１は、内部が中空のほぼ厚板形状に形成されており、その上端部には、前記電解槽ケーシング本体２１の収容空間内に収容された状態で、電解槽２０の保持部材２２の各爪の対応する部位に金属製の凹部３２ａ及び３２ｂが設けられている。
また、その側面部には、イオン交換膜本体３４を介して発生する酸素ガス及び水素ガスを透過するためにメッシュ状の透過孔形状に形成された透過部３１ａが設けられている。
【００２８】
さらに、上記カード型のケーシング３１の外周壁面には、帯状のシール部材３３が設けられており、このシール部材３３は、カード型のケーシング３１を電解槽２０の電解槽ケーシング本体２１内の収容空間内に収容した状態で、各ケーシングの間の隙間をシールする。
【００２９】
上記のように構成されたカード型のケーシング３１内には、イオン交換膜本体３４が収容されており、このイオン交換膜本体３４は、カード型のケーシング３１内を酸素ガスが発生する空間及び水素ガスが発生する空間に区切るように配設されている。
また、上記イオン交換膜本体３４は、前記金属製の凹部３２ａ、３２ｂに接続された一対の導電製のワイヤ３５を介して電気的に接続され、カード型のケーシング３１に保持されている。
なお、上記イオン交換膜本体３４が請求項に記載されたイオン交換膜と同義である。
【００３０】
上記イオン交換膜本体３４の両側面には、図７に示すように、金属製の薄板状に形成された一対の電極板３４ａ、３４ｂが、イオン交換膜本体３４に面接触した状態で配設されている。そして、このイオン交換膜本体３４の両側面部に配設された電極板３４ａ、３４ｂは、前記ワイヤ３５に電気的に接続されている。
なお、上記電極板３４ａ、３４ｂは、イオン交換膜本体３４に着脱自在に配設することも可能である。
【００３１】
ここで、上記イオン交換膜本体３４をカード型のケーシング３１から取り外し可能に構成することも可能である。
この場合において、カード型のケーシング３１からイオン交換膜本体３４を取り外した状態で、さらに、イオン交換膜本体３４の両側面に配設された電極板３４ａ、３４ｂを取り外し、その表面にグリセリンが塗布されたシート状のシート部材を被せることにより、イオン交換膜本体３４の湿度を適当に保持する構成とすることができる。
【００３２】
上記のように、保護部材であるシート部材をイオン交換膜本体３４の表面に被せて適当な湿度を保持する構成とすれば、イオン交換膜本体３４のイオン伝導性を良くすることができる。
【００３３】
上記のように構成されたイオン交換膜部材３０は、図８に示すように、そのカード型のケーシング３１が電解槽２０の電解槽ケーシング本体２１に着脱可能に保持される。
【００３４】
すなわち、このイオン交換膜部材３０を電解槽２０の電解槽ケーシング２１本体に保持するためには、まず、同図（ａ）に示すように、電解槽２０の電解槽ケーシング本体２１内の収容空間内にイオン交換膜部材３０のカード型のケーシング３１を挿入する。
【００３５】
そして、同図（ｂ）に示すように、電解槽２０の電解槽ケーシング本体２１内にイオン交換膜部材３０のカード型のケーシング３１を収容した状態で、ケーシング３１の各凹部３２ａ、３２ｂ内に、電解槽２０の保持部材２２の各爪２２１、２２２を嵌め込むことにより、ケーシング３１を電解槽２０の電解槽ケーシング本体３１内に着脱可能に保持する。
このとき、電解槽２０の電解槽ケーシング本体２１に設けられた連結口２４及び２５と、イオン交換膜部材３０のカード型のケーシング３１の外壁面に形成された透過部３１ａは互いに連通する構成となっている。
【００３６】
つぎに、上記のように構成された酸素水素ガス発生装置Ａの各部の動作について説明する。
まず、電解槽２０の電解槽ケーシング本体２１の収容空間内にイオン交換膜部材３０のカード型のケーシング３１を挿入した状態で、上述したように、電解槽２０の保持部材２２の各爪をイオン交換膜部材３０のカード型のケーシング３１の上端部に設けられた凹部３２ａ、３２ｂ内に嵌めこみ、電解槽２０の電解槽ケーシング本体２１内にイオン交換膜部材３０のケーシング３１を着脱可能に保持する。
【００３７】
このとき、イオン交換膜部材３０のカード型のケーシング３１の外壁面がそれぞれ電解槽２０の電解槽ケーシング本体２１に設けられた各連結口の開閉弁に接触し、電解液の流入口２１ｂ及び酸素ガスの流出口２１ｃ及び水素ガスの流出口２１ｄを開いて、電解液の流入及び酸素ガス、水素ガスの流出が可能となる。
【００３８】
また、イオン交換膜部材３０のケーシング３１が電解槽２０の電解槽ケーシング本体２１内で保持された状態では、イオン交換膜部材３０のカード型のケーシング３１の外周壁面に形成されたメッシュ状の透過部３１ａと電解槽２０の電解槽ケーシング２１の外壁面に設けられた連結口２４、２５が互いに連通する。
【００３９】
この状態で、電解槽２０の金属製の保持部材２２及びワイヤ３５を介して電源１０からイオン交換膜本体３４の両側面に配設された電極版３４ａ、３４ｂに直流電流を供給すると、電解液供給手段４０から連結口２３を介して電解槽２０の電解槽ケーシング本体２１内に流入して充填された電解液がイオン交換膜部材３０のイオン交換膜本体３４を介して電気分解され、この電気分解により発生した酸素ガス及び水素ガスは、それぞれ連結口２４及び連結口２５を介して外部に導出され、それぞれガス貯蔵手段５０の酸素ガス貯蔵部及び水素ガス貯蔵部に貯蔵される。
【００４０】
以上の酸素水素ガス発生装置Ａによれば、以下の効果を得ることができる。
すなわち、この酸素水素ガス発生装置Ａにおいては、イオン交換膜部材３０のケーシング３１が電解槽２０の電解槽ケーシング本体２１に着脱自在に装着されているため、このイオン交換膜部材３０のイオン交換膜本体３４が寿命、或いは損傷等により交換が必要である場合において、電解槽２０ごと交換する必要がなくなり、コストを低く抑えることができるという効果がある。
【００４１】
また、電解液及び発生するガスの流路を開閉する各開閉弁は、イオン交換膜部材３０のケーシング３１の着脱に連動させて開閉制御する構成としているため、イオン交換膜部材３０のケーシング３１を電解槽２０の電解槽ケーシング本体２１に装着した状態で電解液及び発生するガスの流路を開くとともに、イオン交換膜部材３０のケーシング３１を電解槽２０の電解槽ケーシング本体２１から取り外した状態で、電解液及び発生するガスの流路を閉じる。
【００４２】
これにより、イオン交換膜部材３０のケーシング３１の交換時に電解液が電解槽２０の電解槽ケーシング本体２１内に流入することを防ぐとともに、発生するガスがガス貯蔵手段５０に流出することを防ぐことができるという効果がある。
【００４３】
以上、本発明の酸素水素ガス発生装置の一実施形態について詳細に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでは決してなく、請求項の記載の範囲内で種々に変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、保護部材として、その表面にグリセリンが塗布されたシート部材が用いられていたが、この保護部材として、ウォーターパック等を用いることも可能である。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、保持手段によりカード型のケーシング内に配設されたイオン交換膜を着脱可能に電解槽に保持する構成とすることにより、このイオン交換膜により電解液を酸素ガスと水素ガスに電気分解するとともに、イオン交換膜を設けたケーシングを電解槽とは別個独立して存在させ、電解槽に装着、或いは電解槽から取り外す。
この結果、イオン交換膜が寿命、或いは損傷等により交換が必要である場合において、電解槽ごと交換する必要がなくなり、コストを低く抑えることができるという効果がある。
【００４５】
請求項２の発明によれば、イオン交換膜を備えたケーシングの着脱に連動して、開閉弁により電解液の流入口の開閉制御を行うことにより電解液供給手段からの電解液の供給を制御するイオン交換膜の交換時に電解液が電解槽内に流入することを防ぐことができ、交換作業を容易に行うことができるという効果がある。
【００４６】
請求項３の発明によれば、イオン交換膜の表面を保護部材により加湿保護して、イオン交換膜に適当な湿度を保持するため、高いイオン伝導性が維持され、効率よくイオン交換膜を用いることができる。
また、請求項４の発明によれば、シート状に形成されたシート部材の表面に塗布されたグリセリンにより、イオン交換膜の湿度を適当に保持するため、高いイオン伝導性が維持され、効率よくイオン交換膜を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の酸素水素ガス発生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の酸素水素ガス発生装置の電解槽を示す斜視図である。
【図３】同上の電解槽を平面から見た平面図である。
【図４】同上の電解槽の連結口を示す部分拡大図である。
【図５】同上の電解槽の保持部材を示す部分拡大図である。
【図６】本発明の酸素水素ガス発生装置のイオン交換膜部材を示す斜視図である。
【図７】本発明の酸素水素ガス発生装置のイオン交換膜部材のイオン交換膜本体を示す正面図である。
【図８】本発明の酸素水素ガス発生装置のイオン交換膜の交換を説明するための図である。
【符号の説明】
１０　　電源
２０　　電解槽
２２　　保持部材
２４　　連結口
２５　　連結口
２６　　電極
３０　　イオン交換膜
４０　　電解液供給手段
５０　　ガス貯蔵手段
２２１　保持片
２２２　保持片
【図１】
2004143508.tif 000003
【図２】
2004143508.tif 000004
【図３】
2004143508.tif 000005
【図４】
2004143508.tif 000006
【図５】
2004143508.tif 000007
【図６】
2004143508.tif 000008
【図７】
2004143508.tif 000009
【図８】
2004143508.tif 000010