(57)【要約】      （修正有）【課題】耐久性に優れ効率良く水を電気分解できる水酸素ガス発生電極を提供し、更には多方向に水を流すことのできる電解槽構造を提供する。【解決手段】水酸素ガス発生電極１０は、互いに離間して平行に並ぶ複数の陽極板１から成る陽電極群２と、複数の陽極板１にそれぞれ対面する複数の陰極板３から成る陰電極群４とを備え、陽電極群２と陰電極群４との間に、水を導入する間隙５を確保したものである。水酸素ガス発生電極１０の特徴とするところは、陽極板１を略Ｕ字形に折り返して一対の陽極片６を形成し、陰極板３を略Ｕ字形に折り返して一対の陰極片７を形成し、一対の陽極片６と一対の陰極片７とを、それぞれの間に互い違いに差し込んだことにある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに離間して並ぶ複数の陽極板を電気的に接続した陽電極群と、前記複数の陽極板にそれぞれ対面する複数の陰極板を電気的に接続した陰電極群とを備え、前記陽電極群と前記陰電極群との間に水を導入する水酸素ガス発生電極であって、
前記陽極板を折り返して互いに間隙を隔てた一対の陽極片を形成し、前記陰極板を折り返して互いに間隙を隔てた一対の陰極片を形成し、前記一対の陽極片を前記一対の陰極片の間隙に差し込むと共に、前記一対の陰極片を前記一対の陽極片の間隙に差し込んだことを特徴とする水酸素ガス発生電極。
【請求項２】
前記陽極板及び前記陰極板が、鉄基板の表面にニッケル層を形成して成ることを特徴とする請求項１に記載の水酸素ガス発生電極。
【請求項３】
前記陽極板が、鉄基板の表面に酸化リチウム層を形成し、前記陰極板が、鉄基板の表面にニッケル層を形成して成ることを特徴とする請求項１に記載の水酸素ガス発生電極。
【請求項４】
前記ニッケル層が、前記鉄基板の表面にニッケルを無電解鍍金した下地層と、該下地層に重ねてニッケルを電気鍍金した表層とを含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の水酸素ガス発生電極。
【請求項５】
前記酸化リチウム層が、前記鉄基板の表面に酸化リチウムを無電解鍍金した陽極下地層と、該陽極下地層に重ねて酸化リチウムを電気鍍金した陽極表層とを含むことを特徴とする請求項３又は４に記載の水酸素ガス発生電極。
【請求項６】
正負の電荷がそれぞれ付与される一対の主電極と、該一対の主電極の間で静電誘導される１又は複数の誘導電極とを備え、前記一対の主電極の間に水を導入する水酸素ガス発生電極であって、
前記誘導電極が、鉄基板の一面に酸化リチウム層を形成し他面にニッケル層を形成して成ることを特徴とする水酸素ガス発生電極。
【請求項７】
前記一対の主電極に、互いに隔たる複数の給電端子を各々接続し、該複数の給電端子を通して正負の電荷が前記一対の主電極の複数箇所にそれぞれ付与されることを特徴とする請求項６に記載の水酸素ガス発生電極。
【請求項８】
互いに水平方向に離間した両端面及び該両端面の間で水平方向へ延びる底面を内部に有する電解槽と、水平方向へ延びる複数の陽極板を電気的に接続した陽電極群と、前記複数の陽極板にそれぞれ対面する複数の陰極板を電気的に接続した陰電極群とを備え、前記陽電極群と前記陰電極群とを、前記電解槽の内部に収納した電解槽構造であって、
前記電解槽の底面における前記両端面の間を２分する位置に、前記電解槽に水を給水する給水口を形成し、前記底面における前記両端面付近に、前記水を前記電解槽から排水させる排水口を設けたことを特徴とする電解槽構造。
【請求項９】
前記陽電極群と前記陰電極群とを支持する底板材を、前記電解槽の底面に敷設し、前記底板材に、水を通過させる複数の通水孔を形成したことを特徴とする請求項８に記載の電解槽構造。
【請求項１０】
前記電解槽の内部が隔離板により複数の電解セルに仕切られ、前記陰電極群が、前記陽極板を折り返して互いに間隙を隔てた一対の陽極片を形成し、前記陰電極群が、前記陰極板を折り返して互いに間隙を隔てた一対の陰極片を形成し、前記一対の陽極片を前記一対の陰極片の間隙に差し込むと共に、前記一対の陰極片を前記一対の陽極片の間隙に差し込んだ状態にして、前記陽電極群と前記陰電極群とを、個々の前記電解セル毎に収納したことを特徴とする請求項８又は９に記載の電解槽構造。
【請求項１１】
前記電解槽がポリプロピレンの筐体から成ることを特徴とする請求項８乃至１０に記載の電解槽構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解することにより発生するモル比が２対１の水素と酸素の混合気（以下で「水酸素ガス」と略す。）を発生させるための水酸素ガス発生電極、及びこのような電極を水中に浸し電気分解によって水酸素ガスを発生させる電解槽構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献に開示されているように、水を電気的に分解して水酸素ガスを発生させる装置が周知である。同装置はブラウンガス発生装置と称される。図１０は、水酸素ガスの工業的利用を目指して、水酸素ガスを大量に発生させるため発案された水酸素ガス発生電極４０の平面図を表している。水酸素ガス発生電極４０は長方形の電解槽４１に収納され、その長手方向に沿って延びる長尺な複数枚の電極４２，４３が、互いに数ｍｍの間隔を保ちつつ平行に配列されている。
【０００３】
また、図示を省略しているが、電解槽４１の両側には、電力を供給する陽極／陰極の端子が各々配置され、複数の電極４２，４３の中の最も外寄りに位置する一対の主電極４２が、これら陽極／陰極の端子に各々接続されている。一対の主電極４２にそれぞれ正負の電荷が与えられると、一対の電極４２の間に位置する総ての電極４３同士の間にも静電誘導によって電位差が生じ、個々の電極４２，４３の間で電解槽４１内の水が電気分解されることになる。以上のように長尺な電極４２，４３を多数配列することで、これらの電極４２，４３と水との接触面積を積極的に増大し、所定時間当りに発生可能な水酸素ガスを増量することが試みられている。
【特許文献１】特開平１０−２６６９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、総ての電極４２，４３の中で実際に電気分解に供する電極は、図中に符号Ｆで指したように、外寄りに位置する一対の主電極４２とその近傍にある２〜３枚程の電極４３に限られ、他の電極４３は発熱するだけである。従って、電解槽４１の内部の電極４３の枚数を単に増やすだけでは、水酸素ガスの発生量を効果的に増加することはできない。
【０００５】
また、電極４２，４３の材料として、導電性に優れた銅を適用するのは周知の技術であるが、銅から成る電極４２，４３は、多量の水を電気分解する過程で徐々に融けてしまうという問題が起こる。また、例え銅製の電極の表面にニッケル層を鍍金する等しても、ニッケル層は脆く電極から剥離し易いので、ニッケル層が何らかの原因で電極から剥離した場合、このような電極全体が融けるという問題が起こる。
【０００６】
また、水の電気分解を良好に促進するには、電解槽４１の内部の水温を摂氏６０度前後に保つことが不可欠である。そこで、電解槽４１の内部の水を電解槽４１の外部に設置した図に表れていない熱交換機に送り、この水を電解槽４１と熱交換機との間で循環させつつ、同熱交換機によって水を冷却しなければならない。しかしながら、電解槽４１の内部では、水の流れる方向が多数配列した電極４２，４３によって規制されるので、水は電極４２，４３同士の間に確保された間隙４４に沿って一方向に流れなければならない。このため、電解槽４１の内部に水の攪拌できる余地は無く、電解槽４１の内部の水温を均一に保つことは困難である。従って、電解槽４１の内部において部分的に水温の高低差が生じるので、電解槽４１の全体において効率良く電気分解を行うには至らない。
【０００７】
本発明は、電極と水との接触面積を増加すると共に、電解槽内の適切な水の循環を実現することが、水酸素ガスを効率良く量産する鍵となることに着眼して成された。その目的とするところは、耐久性に優れ効率良く水を電気分解できる水酸素ガス発生電極を提供し、更には多方向に水を流すことのできる電解槽構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、互いに離間して並ぶ複数の陽極板を電気的に接続した陽電極群と、前記複数の陽極板にそれぞれ対面する複数の陰極板を電気的に接続した陰電極群とを備え、前記陽電極群と前記陰電極群との間に水を導入する水酸素ガス発生電極に係るものであって、前記陽極板を折り返して互いに間隙を隔てた一対の陽極片を形成し、前記陰極板を折り返して互いに間隙を隔てた一対の陰極片を形成し、前記一対の陽極片を前記一対の陰極片の間隙に差し込むと共に、前記一対の陰極片を前記一対の陽極片の間隙に差し込んだことを特徴とする。
【０００９】
更に、本発明に係る水酸素ガス発生電極は、前記陽極板及び前記陰極板が、鉄基板の表面にニッケル層を形成したものであることを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明に係る水酸素ガス発生電極は、前記陽極板が、鉄基板の表面に酸化リチウム層を形成し、前記陰極板が、鉄基板の表面にニッケル層を形成して成ることを特徴とする。
【００１１】
更に、本発明に係る水酸素ガス発生電極は、前記ニッケル層が、前記鉄基板の表面にニッケルを無電解鍍金した下地層と、該下地層に重ねてニッケルを電気鍍金した表層とを含むことを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明に係る水酸素ガス発生電極は、前記酸化リチウム層が、前記鉄基板の表面に酸化リチウムを無電解鍍金した陽極下地層と、該陽極下地層に重ねて酸化リチウムを電気鍍金した陽極表層とを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、正負の電荷がそれぞれ付与される一対の主電極と、該一対の主電極の間で静電誘導される１又は複数の誘導電極とを備え、前記一対の主電極の間に水を導入する水酸素ガス発生電極に係るものであって、前記誘導電極が、鉄基板の一面に酸化リチウム層を形成し他面にニッケル層を形成して成ることを特徴とする。
【００１４】
更に、本発明に係る水酸素ガス発生電極は、前記一対の主電極に、互いに隔たる複数の給電端子を各々接続し、該複数の給電端子を通して正負の電荷が前記一対の主電極の複数箇所にそれぞれ付与されることを特徴とする。
【００１５】
本発明は、互いに水平方向に離間した両端面及び該両端面の間で水平方向へ延びる底面を内部に有する電解槽と、水平方向へ延びる複数の陽極板を電気的に接続した陽電極群と、前記複数の陽極板にそれぞれ対面する複数の陰極板を電気的に接続した陰電極群とを備え、前記陽電極群と前記陰電極群とを、前記電解槽の内部に収納した電解槽構造に係るものであって、前記電解槽の底面における前記両端面の間を２分する位置に、前記電解槽に水を給水する給水口を形成し、前記底面における前記両端面付近に、前記水を前記電解槽から排水させる排水口を設けたことを特徴とする。
【００１６】
更に、本発明に係る電解槽構造は、前記陽電極群と前記陰電極群とを支持する底板材を、前記電解槽の底面に敷設し、前記底板材に水を通過させる複数の通水孔を形成したことを特徴とする。
【００１７】
更に、本発明に係る電解槽構造は、前記電解槽の内部が隔離板により複数の電解セルに仕切られ、前記陰電極群が、前記陽極板を折り返して互いに間隙を隔てた一対の陽極片を形成し、前記陰電極群が、前記陰極板を折り返して互いに間隙を隔てた一対の陰極片を形成し、前記一対の陽極片を前記一対の陰極片の間隙に差し込むと共に、前記一対の陰極片を前記一対の陽極片の間隙に差し込んだ状態にして、前記陽電極群と前記陰電極群とを、個々の前記電解セル毎に収納したことを特徴とする。
【００１８】
更に、本発明に係る電解槽構造は、前記電解槽がポリプロピレンの筐体から成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る水酸素ガス発生電極は、陽極板を折り返して形成した一対の陽極片の間に、陰極板を折り返して形成した一対の陰極片の片方の陰極片を差し込むことにより、一対の陽極片と一対の陰極片とを互い違いにそれぞれの間に差し込んだ状態で配置できる。このため、上記のように折り返した陽極板の内側の全域に対して、一対の陰極片の片方の陰極片の両面全域を対面させ、且つ、上記のように折り返した陰極板の内側の全域に対して、一対の陽極片の片方の陽極片の両面全域を対面させられる。
【００２０】
従って、当該水酸素ガス発生電極によれば、単に平板状の電極の一面同士を対面させる場合に比較して、陽極板と陰極板のそれぞれの両面が電気分解に供する面として有効に作用するので、これら陽極板と陰極板の間に導入した水を効率良く電気分解し、水酸素ガスを大量に生成するのに有利である。また、陽極板と陰極板とを折り曲げた分、陽電極群と陰電極群との全長を短くし、当該水酸素ガス発生電極を収納する電解槽構造の小型化も達成することができる。
【００２１】
しかも、互いに離間して並ぶ複数の陽極板を電気的に接続すると共に、互いに離間して並ぶ複数の陰極板を電気的に接続しているので、静電誘導に依存することなく総ての陽極片と陰極片に直接に通電することが可能となり、総ての陽極片と陰極片との間に均一な電位差を生じさせられる。これにより、総ての陽極片と陰極片とのそれぞれの全域が均一に水の電気分解に供することになるので、陽極板の全体において電気分解が起こり難い部分又は電気分解が促進される部分が偏在することがない。同様に、陰極板の全体において電気分解が起こり難い部分又は電気分解が促進される部分が偏在することがない。
【００２２】
従って、電解槽内の限られたスペースに収納される陽極板と陰極板の全体を最大限に活用して、水を電気分解し水酸素ガスを一層効率良く生成することができる。更には、このような陽極片と陰極片のそれぞれの個数を増やせば、その個数分に比例して、水酸素ガスを生成する量を所望に増大することができる。また、陽極片と陰極片のそれぞれの個数を基準として、水酸素ガスを生成する量を定量的に把握することもできる。
【００２３】
また、陽極板及び陰極板として、鉄基板を有するものを適用した場合、電気抵抗の比較的少ない鉄は、電気分解に必要な電流を発熱による著しい損失を伴うことなく通すことができる。しかも大量の水を電気分解する過程においても鉄は殆ど融けることがない。当該水酸素ガス発生電極は、このような鉄基板の表面にニッケル層を形成しているので、陽極板及び陰極板と水との界面にニッケルを介在させることにより、水の電気分解を良好に促進できるという利点が得られる。また、ニッケル層を、鉄基板の表面にニッケルを無電解鍍金した下地層と、下地層に重ねてニッケルを電気鍍金した表層とを含む２層構造にした場合、ニッケル層を強固に鉄基板の表面に定着させられるので、電気分解の過程でニッケル層が鉄基板から剥離するのを確実に防止することができる。
【００２４】
或いは、陽極板として、鉄基板の表面に酸化リチウム層を形成したものを適用し、陰極板として、鉄基板の表面にニッケル層を鍍金したものを適用した場合、電気分解が進行する過程で、陽極板と水との界面に介在する酸化リチウムによって陽極板付近に酸素が発生するのを促進すると共に、陰極板と水との界面に介在するニッケルによって陰極板付近に水素が発生するのを促進することができる。従って、既述の利点に増して、水素と酸素を効率良く発生させることができる。また、酸化リチウム層を、鉄基板の表面に酸化リチウムを無電解鍍金した下地層と、下地層に重ねて酸化リチウムを電気鍍金した表層とを含む２層構造にした場合、酸化リチウム層を強固に鉄基板の表面に定着させられるので、電気分解の過程で酸化リチウム層が鉄基板から剥離するのを確実に防止することができる。
【００２５】
更に、水酸素ガス発生電極によれば、一対の主電極の間に、複数の誘導電極を互いに離間して一対の主電極に平行な姿勢で並べているので、一対の主電極に正負の電荷がそれぞれ与えられると、静電誘導によって総ての電極同士の間に電位差が生じる。これにより、一対の主電極と誘導電極の間、及び誘導電極同士の間に導入された水が電気分解される過程で、陽極板と水との界面に介在する酸化リチウムによって陽極板付近に酸素が発生するのを促進すると共に、陰極板と水との界面に介在するニッケルによって陰極板付近に水素が発生するのを促進することができる。従って、従来のように表裏の両面が同じ材質から成る電極を適用し、この表裏の両面にそれぞれ酸素と水素を発生させる場合に比較して、水素と酸素を一層効率良く発生させることができる。
【００２６】
次に、本発明に係る電解槽構造は、両端面の間に底面を有する電解槽に、複数の陽極板を幅方向に並べた陽電極群と、複数の陽極板にそれぞれ対面する複数の陰極板を平行に並べた陰電極群とを収納しているので、電解槽の底面における両端面の間を２分する位置に形成した給水口から電解槽内に水が給水されると、この水は陽電極群と陰電極群のそれぞれの間へ導入され、更に、この間を通って電解槽の両端面へ向かって２方向に流れる。そして、陽電極群と陰電極群によって水が電気分解されつつ、電解槽の両端面付近に至ったところで、排水口を経て電解槽から排水させることになる。また、給水口から電解槽に給水された水は陽電極群と陰電極群のそれぞれの間を一旦上昇するよう流れ、電解槽の両端面付近で再び下降して排水口へ向かうことになる。
【００２７】
以上のような強制対流によって電解槽の中の水が良好に攪拌するので、電解槽内において部分的な水温の高低差が生じることがない。従って、陽電極群と陰電極群の全体において電気分解が起こり難い部分又は電気分解が促進される部分が偏在することがなく、電解槽内の限られたスペースに収納される陽極板と陰極板の全体を最大限に活用して、水を電気分解し水酸素ガスを一層効率良く生成することができる。また、水が電気分解される過程で発生する気泡は水面へ向かって浮上するので、このような気泡が電解槽の底面にある排水口へ逆行することがない。従って、排水口から排水された水に気泡が混入するのを防止できるので、例えば熱交換機と電解槽との間で水を循環させるためのポンプ等を設けた場合に、同ポンプが気泡を噛み込む等の不具合を回避することができる。
【００２８】
更に、本発明に係る電解槽構造によれば、電解槽内が隔離板により複数の電解セルに仕切られ、陽電極群と陰電極群とが、個々の電解セル毎に収納するよう構成しているので、単一の電解槽に多数の陽極板及び陰極板が密集することに起因するスパークの発生を防止し、電気分解にて生成した水酸素ガスに誤って引火するという恐れを確実に解消できる。
【００２９】
また、陽極板を折り返して得られる一対の陽極片を電気的に複数接続して成る陽電極群を電解槽内に収納しているため、一対の陽極片の内側を水は水平方向に流れ難いのであるが、当該電解槽構造によれば、既述のような強制対流を発生させられるので、一対の陽極片の内側で水を良好に攪拌することができる。同様に、陰極板を折り返して得られる一対の陰極片の内側でも水を良好に攪拌することができる。従って、電解槽内において部分的な水温の高低差が生じることがなく、既述の効果を達成することができる。
【００３０】
更に、本発明に係る電解槽構造によれば、電解槽の底面に敷設した底板材によって陽電極群と陰電極群とを支持しているので、陽電極群と陰電極群とを所定の位置に固定することができる。しかも、この底板材に水を通過させる複数の通水孔を形成しているので、給水口及び排水口から電解槽の内外へ出入りする水が、底板材に遮られることなく、電解槽の内部を良好に対流又は循環することができる。
【００３１】
更に、電解槽としてポリプロピレン製の筐体を適用した場合、電解槽の全体を軽量化できることに加え、電解槽の製造コストを大幅に低減できるという利点が得られる。しかも、ポリプロピレンは、金属やその他の合成樹脂材料に比べて、静電気に起因するスパークの発生が起こり難いので、電気分解の過程で水酸素ガスが発火する等の不具合を確実に予防することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明に係る実施形態について図面に基づき説明する。以下で、「長手方向」とは図中に矢印Ｌで指した向きであり、「幅方向」とは図中に矢印Ｗで指した向きと定める。
【実施例１】
【００３３】
図１に示すように、実施例１の水酸素ガス発生電極１０は、互いに幅方向に離間して平行に並ぶ複数の陽極板１から成る陽電極群２と、複数の陽極板１にそれぞれ対面する複数の陰極板３から成る陰電極群４とを備え、陽電極群２と陰電極群４との間に、水を導入する間隙５を確保したものである。陽電極群２は、複数の陽極板１を電線等の導体を介して電気的に接続したものである。陰電極群４は、複数の陰極板３を電線等の導体を介して電気的に接続したものである。ここで、「複数」として２組の陽極板１と２組の陰極板３とを図に例示しているが、３乃至４組の陽極板１同士を電気的に接続して、一群の陽電極群２を構成することが望ましい。同様に、３乃至４組の陰極板３同士を電気的に接続して、一群の陰電極群４を構成することが望ましい。
【００３４】
水酸素ガス発生電極１０は、長方形又は帯状の陽極板１をその長手方向の中央部にて略Ｕ字形に折り返すことにより互いに間隙（既述の間隙５に図中重なる。）を隔てた一対の陽極片６を形成し、長方形又は帯状の陽極板１を長手方向の中央部にて略Ｕ字形に折り返すことにより互いに間隙（既述の間隙５に図中重なる。）を隔てた一対の陰極片７を形成し、一対の陽極片６と一対の陰極片７とを、互い違いにそれぞれの間隙に差し込むよう配置している。これにより、略Ｕ字形に折り返した陽極板１の内側の全域に対して、一対の陰極片７のうちの片方の陰極片７の両面全域を対面させ、且つ、略Ｕ字形に折り返した陰極板３の内側の全域に対して、一対の陽極片６のうちの片方の陽極片６の両面全域を対面させることができる。
【００３５】
図に表れていない電源を、陽電極群２と陰電極群４とに各々接続し、これら陽電極群２と陰電極群４とにそれぞれ正負の電荷を付与すれば、上記のように配置した一対の陽極片６と一対の陰極片７との間の水、即ち間隙５に導入した水を電気分解することができる。上記の電源の出力は、相互に対面する陽極片６と陰極片７との間に、約２．０〜２．５Ｖの電位差を発生させる程度であることが望ましい。この電気分解の過程で、従来のような単に平板状の電極同士を対面させる場合に比較して、陽極板１と陰極板３とのそれぞれの両面全域を電気分解に供する面として有効に作用させられるので、電気分解の効率を向上することができる。
【００３６】
図中の陽電極群２と陰電極群４の寸法又は形状は、上記の電源の出力等を勘案して自由に増減又は変更することができる。また、陽極板１と陰極板３とを、それぞれ上記の通り略Ｕ字形に折り曲げたことにより、陽電極群２と陰電極群４との表面積を狭めることなくそれぞれの全長を短くできるので、陽電極群２と陰電極群４とを電解槽１１に収納する場合に、その収納スペースを節約し電解槽１１の全体を小型化することができる。
【００３７】
また、相互に電気的に接続された複数の陽極片６と、相互に電気的に接続された複数の陰極片７に直接且つ同時に通電できるので、従来のような静電誘導に依存した技術に比較して、発熱等によるエネルギー損失を最小限に抑えられる。しかも、総ての陽極片６と総ての陰極片７とのそれぞれの両面全域が均一に水の電気分解に供するので、陽極板１の全体において電気分解が起こり難い部分又は電気分解が促進される部分が偏在することがない。同様に、陰極板３の全体においても、電気分解が起こり難い部分又は電気分解が促進される部分が偏在することがない。従って、電解槽１１のような限られたスペースに収納される陽極板１と陰極板３の全体を最大限に活用して水を電気分解し、水酸素ガスを一層効率良く生成することができる。
【００３８】
以上に述べた陽極片６と陰極片７のそれぞれの個数は限定されるものではなく、陽極片６と陰極片７の枚数を適宜増減すれば、水酸素ガスを所定時間当たりに生成する容量を所望に調整することができる。例えば、陽極片６と陰極片７の個数を増し発生可能な水酸素ガスを増量させる場合には、電解槽１１の内部を隔離板（セパレータ）１１０によって複数の電解セル１１２に仕切り、個々の電解セル１１２毎に、３乃至４組の陽電極群２と３乃至４組の陰電極群４とを収納することが望ましい。これは、単一の電解槽１１に多数の陽極板１及び陰極板３が密集することに起因するスパークの発生を防止し、電気分解にて生成した水酸素ガスが発火するのを防止するためである。
【００３９】
図２は陰極板３の断面を表している。陰極板３の心材として、純度９７％以上の鉄から成る鉄基板１２を適用する。鉄基板１２は、電気抵抗が比較的少ないので電気分解に必要な電流を良好に通電させることができ、発熱等に起因するエネルギー損失が少なくて済むという利点がある。しかも、鉄基板１２は、電気分解が進行する過程で殆ど融けることがない。更に、鉄基板１２の表面にニッケル層１３を形成することが好ましい。
【００４０】
ニッケル層１３は、鉄基板１２の表面にニッケルを無電解鍍金した下地層１３１と、下地層１３１に重ねてニッケルを電気鍍金した表層１３２とを含む２層構造である。好ましくは、下地層１３１の厚みを３マイクロメートル以上とし、表層１３２の厚みを１２マイクロメートル以上に設定する。陽極板１については図示を省略しているが、陽極板１として、陰極板３と同様に、鉄基板１２の表面にニッケル層１３を形成したものを適用しても良い。以上に述べた陰極板３と陽極板１とを用いて電気分解を行う場合、電気分解が進行する過程で、陽極板１と水の界面、及び陰極板３と水との界面に、それぞれニッケルを介在させることにより、電気分解を良好に促進できるという利点が得られる。
【００４１】
或いは、陰極板３として、図２に示した鉄基板１２の表面にニッケル層１３を形成したものを適用する一方で、図３に示すように、陽極板１として、略Ｕ字形に折り返された鉄基板１２の表面に酸化リチウム層１４を形成したものを適用しても良い。酸化リチウム層１４は、鉄基板１２の表面に酸化リチウムを無電解鍍金した下地層１４１と、下地層１４１に重ねて酸化リチウムを電気鍍金した表層１４２とを含む２層構造である。好ましくは、下地層１４１の厚みを３マイクロメートル以上とし、表層１４２の厚みを１２マイクロメートル以上に設定する。
【００４２】
図２に表した陰極板３、及び図３に表した陽極板１を用いて電気分解を行う場合、電気分解が進行する過程で、陽極板１と水との界面に介在する酸化リチウムによって陽極板１付近に酸素が発生するのを促進できると共に、陰極板３と水との界面に介在するニッケルによって陰極板３付近に水素が発生するのを促進することができる。従って、上記の利点に増して、水酸素ガスを効率良く発生させることができる。
【実施例２】
【００４３】
図４は、実施例２の水酸素ガス発生電極２０を示している。既に説明した構成要素については、以下で同符号を付しその図示及び説明を省略する。水酸素ガス発生電極２０は、一対の主電極１５と、一対の主電極１５の間に同主電極１５に対して平行な姿勢で互いに離間して並べられる複数の誘導電極１６とを、図に表れていない電解槽１１の内部に収納し、一対の主電極１５と誘導電極１６の間、及び誘導電極１６の間に、水を導入する間隙５を確保したものである。その特徴とするところは、図５に誘導電極１６の断面を表したように、誘導電極１６の心材である鉄基板１２の一面（陽極面）１６１に酸化リチウム層１４を形成すると共に、鉄基板１２の他面（陰極面）１６２にニッケル層１３を形成したことにある。
【００４４】
水酸素ガス発生電極２０によれば、一対の主電極１５に図に表れていない電源を接続し、一対の主電極１５に正負の電荷をそれぞれ与えると、静電誘導によって一対の主電極１５と誘導電極１６との間、及び総ての誘導電極１６同士の間に電位差が生じる。これにより間隙５に導入された水が電気分解されることになる。この過程で、陽極板１と水との界面に介在する酸化リチウムによって陽極板１付近に酸素が発生するのを促進することができる。同時に、陰極板３と水との界面に介在するニッケルによって陰極板３付近に水素が発生するのを促進することができる。
【００４５】
或いは、図６（ａ）に示すように、個々の主電極１５を略Ｕ字形に折り返すことにより一対の主電極片１５１を形成すると共に、外寄り２枚の誘導電極１６を略Ｕ字形に折り返すことにより一対の誘導電極片１６１を形成し、これら一対の主電極片１５１と一対の誘導電極片１６１とを、互い違いにそれぞれの間に差し込むように配置しても良い。この場合、一対の主電極１５に正負の電荷がそれぞれ与えられた状態で、一対の主電極１５とその近傍の誘導電極１６が発熱するのを抑制することができる。
【００４６】
また、個々の主電極１５に上記の電源から１本の電線等を介して電荷を付与する場合は、電線等が主電極１５に接続した箇所付近で良好な電気分解が起こり、この箇所から離れるに従って電気分解が起こり難くなる傾向がある。そこで、図６（ｂ）に示すように、一対の主電極１５に、互いに隔たる複数の給電端子１５０を各々接続し、正負の電荷を、これら複数の給電端子１５０を通して、一対の主電極１５の複数箇所にそれぞれ付与することが望ましい。
【００４７】
例えば、給電端子１５０として、導電性に優れた金属棒を適用した場合、複数の給電端子１５０の一端を主電極１５にねじ止めする等して結合し、更に給電端子１５０の他端を、上記の電源に電線等を介して接続できる金属板１１５によって相互に結合する。これにより、個々の主電極１５の全体において均一な電気分解を実現することができ，しかも水の温度上昇を一層抑える効果が得られる。従って、一対の主電極１５の全体を最大限に活用して水を電気分解し、水酸素ガスを一層効率良く生成することができる。
【実施例３】
【００４８】
図７（ａ）乃至（ｃ）は、実施例３の電解槽構造３０の内部を側方から見た断面図、側面図、及びそのＡ−Ａ断面を各々表している。図中に矢印Ｌ，Ｗで指した方向は、既に述べた「長手方向」及び「幅方向」に各々一致している。
【００４９】
電解槽構造３０は、その長手方向を真横に向けた水平姿勢をとり両端面１８の間に底面１９を有する電解槽１１に、図に表していない陽電極群２と陰電極群４とを収納したものである。これら陽電極群２と陰電極群４とは、電解槽１１の両端面１８の間にある仮想線の枠Ｂで指した領域に配置される。陰電極群４が、陽極板１を略Ｕ字形に折り返して一対の陽極片６を形成し、一対の陽極片６を電気的に複数接続して成り、陰電極群４が、陰極板３を略Ｕ字形に折り返して一対の陰極片７を形成し、一対の陰極片７を電気的に複数接続して成る点は既述の通りである。
【００５０】
陽極板１及び陰極板３の側面の形状を、水平方向へ延びる長方形又は帯状とすれば、このような陽極板１及び陰極板３を、図示のような方形の電解槽１１の内部に挿入する場合に、同電解槽１１の内部に無駄なスペースを余すことなく陽極板１及び陰極板３を納めることができる。これにより、電解槽１１を含めたシステム全体の小型化を達成できるという利点が得られる。
【００５１】
電解槽１１は、ポリプロピレンを上面に開放した箱型に射出成形して得られる筐体である。電解槽１１の剛性を向上するために、電解槽１１の外面に、格子状の凸条から成る補強リブ１１１を一体に成形しても良い。電解槽１１の材質として金属等を選択しても良いが、電解槽１１の内部の気圧を大気圧の１〜２倍程度に調整できるのであれば、軽量でしかも製造コストが安価な合成樹脂を選択することが望ましい。特に、上記のポリプロピレンは、金属やその他の合成樹脂材料に比べて、静電気に起因するスパークの発生が起こり難いので、電気分解の過程で水酸素ガスが発火する恐れがない。
【００５２】
更に、電解槽構造３０は、電解槽１１の底面１９における両端面１８の間を略２等分する位置に、電解槽１１に水を給水する給水口を形成し、底面１９における両端面１８付近に、電解槽１１から水を排水させる排水口を設けている。詳しくは、図８（ａ），（ｂ）にそれぞれ平面図及びそのＣ−Ｃ断面図を示すように、上面が開放した３箇所の凹部１９１，１９２を長手方向に並べて形成した配水ブロック１９３が、底面１９に敷設されている。配水ブロック１９３は、その中央の凹部１９１を、両端面１８の間を略２等分する位置に略対応させ、凹部１９１を両側から挟む一対の凹部１９２を、それぞれ両端面１８に近接した状態で、底面１９に密接される。
【００５３】
凹部１９１には、配水ブロック１９３の側面を貫く給水口２１が穿孔され、２つの凹部底面１９２には、それぞれ配水ブロック１９３の端面を貫く排水口２２が穿孔されている。一方、給水口２１及び排水口２２に対応する位置、例えば図７に符号２１０，２２０で指した箇所に、図に表れていない給水口及び排水口が各々穿孔されている。配水ブロック１９３の上面１９４には、図９に示した底板材２３が重ね合わされ、配水ブロック１９３の凹部１９１，１９２が底板材２３によって塞がれる。図９（ａ）が底板材２３の平面図を表し、同図（ｂ），（ｃ）が、そのＤ−Ｄ断面図及びＥ−Ｅ断面図を各々表している。
【００５４】
底板材２３は、その厚み方向（上下方向）に水を自由に通過させる通水孔２３４を複数形成している。また、底板材２３は、陽電極群２と陰電極群４とを電解槽１１の底面１９から浮き上がらせ、陽電極群２と陰電極群４とを仮想線の枠Ｂで指した領域に位置決めするスペーサの役割を果たすものである。
【００５５】
電解槽構造３０によれば、電解槽１１の外部から給水口２１を経た水が、電解槽１１の内部へ給水されると、この水は、凹部１９１から通水孔２３４を通って一旦上昇し、陽電極群２と陰電極群４のそれぞれの間隙５へ達する。更に、この水は電解槽１１の両端面１８へ向かって２方向へ分かれて間隙５内を水平方向へ流れる。この過程で、陽電極群２と陰電極群４によって水が電気分解されつつ、電解槽１１の両端面１８付近に至ったところで、水は通水孔２３４を下向きに通過して凹部１９２内へ達する。更に、この水は排水口２２を経て電解槽１１から排水されることになる。
【００５６】
以上のような強制対流によって電解槽１１の中の水が良好に攪拌するので、電解槽１１内において部分的な水温の高低差が生じることがない。従って、陽電極群２と陰電極群４の全体において電気分解が起こり難い部分又は電気分解が促進される部分が偏在することがなく、電解槽１１内の限られたスペースに収納される陽極板１と陰極板３の全体を最大限に活用して、水を電気分解し水酸素ガスを一層効率良く生成することができる。
【００５７】
尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、水酸素ガス発生電極、及び電解槽構造によれば、水酸素ガスを効率良く大量に発生できるので、水酸素ガスを利用して、発電、ガス溶射、又は生ゴミの焼却残渣を熱処理でき、更には水酸素ガスの燃焼熱を暖房等のあらゆる熱源として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る実施例１の水酸素ガス発生電極の平面図。
【図２】本発明に係る実施例１の水酸素ガス発生電極に適用した陰極板の断面図。
【図３】本発明に係る実施例１の水酸素ガス発生電極に適用した陽極板の断面図。
【図４】本発明に係る実施例２の水酸素ガス発生電極の平面図。
【図５】本発明に係る実施例２の水酸素ガス発生電極に適用した誘導電極の断面図。
【図６】（ａ）は本発明に係る実施例２の水酸素ガス発生電極の変形例を示す平面図、（ｂ）はその更なる変形例を示す平面図。
【図７】（ａ）は本発明に係る実施例３の電解槽構造に適用した電解槽の縦断面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はその水平断面図。
【図８】（ａ）は本発明に係る実施例３の電解槽構造に適用した配水ブロックの平面図、（ｂ）はその断面図。
【図９】（ａ）は本発明に係る実施例３の電解槽構造に適用した底板材の縦断面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はその水平断面図。
【図１０】従来例の水酸素ガス発生電極の平面図。
【符号の説明】
【００６０】
１：陽極板
２：陽電極群
３：陰極板
４：陰電極群
５：間隙
６：陽極片
７：陰極片
１０，２０：水酸素ガス発生電極
１１：電解槽
１２：鉄基板
１３：ニッケル層
１４：酸化リチウム層
１５：主電極
１６：誘導電極
１８：両端面
１９：底面
２１：給水口
２２：排水口
２３：底板材
３０：電解槽構造
１１０：隔離板
１１２：電解セル
１３１，１４１：下地層
１３２，１４２：表層
１５０：給電端子
２３４：通水孔
【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】
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