(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を利用してブラウンガスを発生する電解槽と、
前記電解槽の電解液を外部で循環させる電解液循環ポンプと、
前記外部にて循環された電解液内に含まれたブラウンガスを分離する気水分離器と、
前記気水分離した電解液を水冷式で冷却する熱交換器と、
前記熱交換器への冷却水を供給する冷却塔と、
前記冷却塔からの冷却水を前記熱交換器へ送出する複数の冷却水循環ポンプとを含むことを特徴とする強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置。
【請求項２】
前記電解槽で発生し、前記気水分離器によって分離されたブラウンガスを、気水分離器用電磁弁を通じて採取する採集管を含むことを特徴とする請求項１記載の強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置。
【請求項３】
前記気水分離した電解液を濾過するための電解液フィルタを、更に含むことを特徴とする請求項１記載の強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置。
【請求項４】
前記電解槽は、温度によって抵抗が変わることを感知して前記電解槽内の電解液の水位を測定する水位センサを、更に含むことを特徴とする請求項１記載の強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置。
【請求項５】
前記電解槽には、前記電解槽内部に設置されながら電極棒を通じて伝達した電気を、電解液の中に通過させる電極管と、前記電極管の上部と下部にそれぞれ設置され、ブラウンガスや電解液を排出させるための電極管固定口とを更に備え、
前記電極管固定口は、中心から複数の羽根状体が放射状に広がるように形成されていることでブラウンガスまたは電解液の排出口面積を大きくするスパイダー構造に形成されていることを特徴とする請求項１記載の強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置。
【請求項６】
前記冷却塔の冷却水は、前記電解槽で発生して採取されたブラウンガスが投入される水槽に、伝熱面積を増大させるスプリング状の水槽スプリング状配管を通じて注入されることを特徴とする請求項５記載の強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置。
【請求項７】
前記水槽から出るブラウンガスが注入されて水気が除去される水気除去器を、更に含み、
前記冷却塔の冷却水は、前記水気除去器内部を循環することで熱交換することを特徴とする請求項６記載の強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置。
【請求項８】
前記電解槽で発生して採取されたブラウンガス管路に設置され、逆火を防止するための逆火防止器を更に含み、
前記逆火防止器は、逆火時逆方向の圧力が増加する時に、逆方向のガス流れを遮断する逆火防止チェックバルブを含むことを特徴とする請求項１記載の強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラウンガス（Brown's Gas）は、水の電気分解によって得られる気体として水素と酸素の当量比が２：１の混合気体である。通常水を電気分解すれば陰極では水素が得られ、陽極では酸素が得られる。このガスを分離採集しないでいっぺんに採集したものがブラウンガスであり、これはブルガリア出身であるユル  ブラウン（Yull Brown）博士の名前から命名されたガス名称である。
全世界の企業がこのブラウンガスという名称代わりに、アクアガス、ウォーターガスなどを使用する場合もある。
【０００３】
【特許文献１】実用新案登録第３０９１２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、従来技術によれば、ブラウンガス発生時に電解液の温度が高くなることにより、ブラウンガスの発生を２４時間連続させにくいという点がある。
【０００５】
また、従来技術によれば、電解槽の水位を正確に感知しにくいという点がある。
また、従来技術によれば電解槽で発生するブラウンガスを一括採集して分配、排出するのが困難である。
また、従来技術によれば、電解槽でブラウンガスの発生によって電解液が汚染されてしまうのに、電解液の汚染を除去することが適切には行えなかった。
また、従来技術によれば発生されたブラウンガス内部に水気が含まれているため、ガス状態が不安定になって逆火の原因となることがある。
また、従来技術によればブラウンガスを利用して火炎を作る場合、火炎がトーチ内部に入る逆火の問題がある。
【０００６】
そこで本発明は、電解液に対する冷却システムを取り入れて、強制循環水冷冷却システムによるブラウンガス発生を２４時間連続運転することが可能なブラウンガス発生装置を提供することを目的とする。
また本発明は、電解液が貯留されている電解槽の水位を正確に感知することができる強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置を提供することを目的とする。
また本発明は、電解槽で発生するブラウンガスをなだらかに排出させることができる強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置を提供しようとする。
また本発明は、電解液の汚染が除去可能な強制循環水冷冷却システムブラウンガス発生装置を提供しようとする。
また本発明は、電解液とブランガスとが一緒に管内を移動するときに、ブラウンガスのみを通過させることで管や装置の破損を防止することができる強制循環水冷冷却システムブラウンガス発生装置を提供しようとする。
また本発明は、ブラウンガス内部に含まれた水気を容易に除去することができる強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置を提供することを目的とする。
また本発明は、逆火の問題を安定的に予防することができる強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置は、電解液を利用してブラウンガスを発生する電解槽と、前記電解槽の電解液を外部で循環させる電解液循環ポンプと、前記外部にて循環された電解液内に含まれたブラウンガスを分離する気水分離器と、前記気水分離した電解液を水冷式で冷却する熱交換器と、前記熱交換器への冷却水を供給する冷却塔と、前記冷却塔からの冷却水を前記熱交換器へ送出する複数の冷却水循環ポンプとを含むことを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明による強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置は、前記電解槽で発生し、前記気水分離器によって分離されたブラウンガスを、気水分離器用電磁弁を通じて採取する採集管を含むことを特徴としたものである。
【０００９】
また、本発明による強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置は、前記気水分離した電解液を濾過するための電解液フィルタを、更に含むことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明による強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置は、前記電解槽は、温度によって抵抗が変わることを感知して前記電解槽内の電解液の水位を測定する水位センサを、更に含むことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明による強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置は、前記電解槽には、前記電解槽内部に設置されながら電極棒を通じて伝達した電気を、電解液の中に通過させる電極管と、前記電極管の上部と下部にそれぞれ設置され、ブラウンガスや電解液を排出させるための電極管固定口とを更に備え、前記電極管固定口は、中心から複数の羽根状体が放射状に広がるように形成されていることでブラウンガスまたは電解液の排出口面積を大きくするスパイダー構造に形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明による強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置は、前記冷却塔の冷却水は、前記電解槽で発生して採取されたブラウンガスが投入される水槽に、伝熱面積を増大させるスプリング状の水槽スプリング状配管を通じて注入されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明による強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置は、前記水槽から出るブラウンガスが注入されて水気が除去される水気除去器を、更に含み、前記冷却塔の冷却水は、前記水気除去器内部を循環することで熱交換することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明による強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置は、前記電解槽で発生して採取されたブラウンガス管路に設置され、逆火を防止するための逆火防止器を更に含み、前記逆火防止器は、逆火時逆方向の圧力が増加する時に、逆方向のガス流れを遮断する逆火防止チェックバルブを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による強制循環式水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置によれば、電解液に対する強制循環式水冷冷却システムを取り入れることでブラウンガスを２４時間発生させることができる。
また、本発明によれば、温度によって抵抗が変わる水位センサを利用することで、電解槽の水位を正確に感知することができる。
また、本発明によれば、排出面積を広げることができるスパイダー構造の電極管固定口を採用することで、電解槽で発生するブラウンガスをスムーズに排出させることができる。
また、本発明によれば、電解液を外部で強制循環させて電解液フィルタでフィルタリングすることで、電解液の汚染物を除去することができるので、強制循環式水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置を、安定的で効率的に維持することができる。
また、本発明によれば、電解液とブランガスとが管内を移動するときに、気水分離器によってブラウンガスのみを通過させることで管や装置の破損を防止することができる。
また、本発明によれば、ブラウンガス内部に含まれた水気を冷却した水槽またはブラウンガス水気除去器を通じてブラウンガスを安定化させて逆火を防止することができる。
また、本発明によれば、逆火防止チェックバルブなどによって逆火問題を安定的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】
【００１７】
以下、本発明の実施による強制循環式水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置を、添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１ａは本実施の形態による強制循環式水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置の一部構成を示す概念図で、図１ｂはブラウンガス発生装置の残りの構成を示す概念図である。図２は、本実施の形態によるブラウンガス発生装置の電解槽の拡大図である。図３（ａ）〜同図（ｆ）は、本実施の形態によるブラウンガス発生装置の電極管固定口の例を示す図である。
【００１９】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る強制循環式水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置は、電解槽（１０）と電解液冷却システムを備えている。
【００２０】
図１ａ、図２および図３を参照して、本発明の実施の形態１による強制循環式水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置を説明する。
【００２１】
図１ａに示すように、本実施の形態１による強制循環式水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置では、複数の電解槽（１０）が配列されている。それぞれの電解槽（１０）は、上端に（＋）電源を供給する電極棒（２０）と、（−）電源を供給する円筒形の電解槽容器（１０ａ）が含まれ、連結電線（１０ｂ）またはブスバ（図示せず）で複数の電解槽（１０）に電源を供給することができる。
【００２２】
電極棒（２０）は、電解槽（１０）の上部に設置された電極であり、電気を供給するものである。
本実施の形態１では、図１ａに示すように電極棒（２０）を（＋）電源とし、電解槽容器（１０ａ）を（−）電源としているが、電解槽（１０）上端の電極棒（２０）に（−）電源、電解槽容器（１０ａ）に（＋）電源が供給されていてもよい。
【００２３】
図２に示すように、電解槽（１０）内部には複数個の円筒形の電極管（３０）が内部に構成され、電極管（３０）の上下部には電極管（３０）を固定してガスと水の排出をスムーズにさせるためのガス発生口を持つ電極管固定口（４０）を設置することができる。
【００２４】
この時、電解槽（１０）内部には水酸化カリウム（ＫＯＨ）または水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を水に溶解させた電解液（５０）が貯留されており、電気を通電すれば電気分解過程にて電解槽（１０）内では電極管（３０）の間でブラウンガスが発生するようになる。それぞれの電解槽（１０）で生成されたブラウンガスを大量に採取するために採集管（１６０）が電解槽（１０）上端に設置され、採集された多量のガスは管路を通じて伝達する。
【００２５】
本実施の形態１では、上記の電極管固定口（４０）をスパイダー構造とすることで排出口面積を大きくするように設計することができる。
例えば、図３に示すように中心から複数の羽根状体が広がるように放射状に形成されていることでブラウンガスまたは電解液の排出口面積を大きくするように設計することができる。
【００２６】
一方、図１ａに示すように、電解槽（１０）でブラウンガスを生成すると、電解槽（１０）内の水が少なくなるが、この時、水位センサ（１２０）で電解槽（１０）内の水位を感知して、制御機（Controller）（図示せず）に水位センサ（１２０）からの信号を送信することで、水供給ポンプ（６０）を動作させ、水槽（２００）（図１ｂ参照）から供給される冷たい冷却水を電解槽（１０）内に供給する。この供給される水は、それぞれの電解槽（１０）と繋がれた上部移送管（７０）にまず供給されて、上部移送管（７０）を通じて均等にそれぞれの電解槽（１０）に供給される。
【００２７】
この時、温度によって抵抗が変わるサーミスタまたは浮力により上下する水位ボールを利用した水位センサ（１２０）を採用することで、水位が上昇または下降する時に、サーミスタであれば周りの温度によって変化する抵抗を感知し、水位ボールであれば水位に応じた位置を感知することで、電解槽（１０）の水位を安定的に、かつ連続的に判断することができる。
【００２８】
また、電解槽（１０）でブラウンガスを生成すると、電解槽（１０）内の温度が上昇するが、この時に温度センサ（１３０）で電解槽（１０）内の水位を感知して、制御機（Controller）に温度センサからの信号を送信することで、電解液循環ポンプ（９０）を稼動すれば、電解液（５０）は電解槽（１０）と共に均等に配列され接続された下部移送管（８０）を通じて集められる。
【００２９】
一般的な冷却運転時に、電解液フィルタ用電磁弁（１７０）中のＳＶ１をＯＮ（開放）し、ＳＶとＳＶ３をＯＦＦ（閉塞）することで、外部の冷たい冷却水を供給する冷却塔（１５０）と冷却水循環ポンプ（１８０）とに繋がれた熱交換器（１００）が電解槽（１０）に直接繋がれて高い温度となった電解液（５０）の温度を低減する。
【００３０】
また、本実施の形態では、ブラウンガス発生装置に、電解液（５０）を循環させる電解液循環ポンプ（９０）の出口と熱交換器（１００）の間に設置され、電気分解過程で発生した異質物やまた水の中に存在する異物質を除去するため、電解液フィルタ（１１０）を設けることができる。
【００３１】
たとえば電解槽（１０）内に発生する異物質をとり除くために運転手による受動運転や一定時間運転後制御機で判断してフィルタリングをするようになる。
この時、電解液フィルタ用電磁弁（１７０）中でＳＶ１をＯＦＦ（閉塞）し、ＳＶ２とＳＶ３をＯＮ（開放）して管路をバイパスして、電解液（５０）が電解液フィルタ（１１０）を介して熱交換器（１００）に入って行くようにする。このよう適正に電解液の循環運転とフィルタリング運転とを切り替えながら管路上の圧力を最小化してポンプの負荷を減らすと共に、フィルタの寿命を延ばすようにすることで、安定的で持続的な運転を維持することができる。
【００３２】
また、ブラウンガスを利用して２４時間連続運転をしなければならない操業場の場合には、冷却水の安定的供給は非常に重要な要素である。従って、冷却塔（１５０）（図１ｂ参照）で冷たくなった冷却水は、複数の冷却水循環ポンプ（１８０）によってバイパス構造のポンプを適用して連続的な冷却水を供給することができる。冷却水循環ポンプ（１８０）が複数のポンプにより構成されていることで、ポンプの稼働により送出される流体（冷却水）の量が大きく変化することがないので、冷却水が安定的に流れることで連続的な操業ができる
【００３３】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、気水分離器（１４０）を適用することでブラウンガスによるポンプの破損防止に関するものである。
【００３４】
ブラウンガス発生装置の特性上、水を電気分解して水素と酸素の混合ガスを作る構造では、正常運転時に、ブラウンガスは電解槽（１０）上部に上昇することで、電解液循環ポンプ（９０）にガスの含有量が多い液体が送られるようになる。
【００３５】
実施の形態２では、これによる循環ポンプ（９０）の破損を保護するために、循環ポンプ（９０）の吸入側に液体と気体との混合ガスの中で気体のみを分離する気水分離器（１４０）で分離した気体を、採集管（１６０）に連結するように作動する気水分離器用電磁弁（１９０）を設置したものである。
【００３６】
気水分離器（１４０）内で分離した気体を気水分離器（１４０）上端にある排出口と電解槽（１０）上端でブラウンガスを採集する採集管（１６０）に連結して電解槽（１０）を運転すれば、電解液循環ポンプ（９０）に入って行く気体の量を減少させることができるので電解液循環ポンプ（９０）の破損を低減することで寿命を延長させることができる。
【００３７】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係るブラウンガス発生装置は、ブラウンガスを冷却して水気をとり除くことを特徴とするものである。通常、ブラウンガスに含まれる水気によりガスの状態が不安定となり、ブラウンガスの供給が不規則となることで逆火の原因になる。従って、水気を含んだブラウンガスを冷却して水気をとり除くのが重要になる。
【００３８】
採集管（１６０）で集められたブラウンガスは、採集管（１６０）の出口から排出される。この時、水槽（２００）内部に、水槽水位センサ（１２０ａ）と水槽スプリング状配管（２００ａ）を設置して、水槽水位センサ（１２０ａ）からの信号によって水槽水供給ポンプ（６０ａ）を作動させて水槽（２００）の水位が一定となるように維持する。
【００３９】
また、水槽スプリング状配管（２００ａ）は、伝熱面積を増大させたスプリング状に形成されていることで、冷却水の冷たい温度が水槽（２００）内部の水に伝達する面積が大きいので、冷却水循環ポンプ（１８０）から供給された冷たい冷却水により、水槽（２００）の水を効率よく冷却することができる。この時、水気を含むブラウンガスは、水槽（２００）下部に投入されて気体のみを上部で出すようになる。
【００４０】
一方、水槽（２００）上端にも、水槽（２００）から出たブラウンガス内に含まれる水気をとり除くためにガス管路と分離して冷却水循環ポンプ（１８０）からの冷たい冷却水を循環して熱交換する熱交換器（１００）を備えることができる。この時、熱交換器（１００）は水気除去器（２１０）内部に設置されて冷却水循環ポンプ（１８０）と管路を成しながらガス管とは分離した冷たい冷却水でブラウンガスを２次冷却して水気をとり除く。
【００４１】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係るブラウンガス発生装置は、逆火防止装置に関するものである。
【００４２】
本実施の形態４のブラウンガス発生装置は、トーチ（２７０）またはバーナーで火炎が内部に進入する逆火が発生すれば、火炎や圧力によって内部の薄片が裂けるようになっている安全弁（２６０ｄ）を含むものである。
【００４３】
また、本実施の形態４に係るブラウンガス発生装置は、逆火時火炎を認識して逆火を判断して制御機（Controller）へ逆火信号を送信する逆火感知光センサ（２６０ｃ）を更に含む。
また、ブラウンガス発生装置は、逆火時ガスはパスするが火炎はパスすることができない微細な焼結構造の逆火素子（２６０ｂ）を更に含む。
また、ブラウンガス発生装置は、逆火時逆方向の圧力が増加する時に、逆方向でガスの流れを遮断する逆火防止器チェックバルブ（２６０ａ）を更に備える。
また、ブラウンガス発生装置は、逆火信号によって制御機へ伝達した電気的な動作信号によってガス管を遮断するガス用電磁弁（２３０）と、ガス管路に逆方向の圧力が増加する時、ガスの流れを遮断するチェックバルブ（２２０）とを更に含む。
また、ブラウンガス管路に設置されて管路の破損及び逆火による圧力の増加によって配管内の圧力を感知して制御機（Controller）へ信号を送信する圧力センサ（２５０）を更に備える。
【００４４】
例えば、先に逆火発生の時に安全弁（２６０ｄ）を通じてガスを外部へ排出して、光センサ（２６０ｃ）を通じて逆火を判断して、後段の逆火防止器チェックバルブ（２６０ａ）が作動して電解槽（１０）内部への火炎の進入を遮断した後、この時チェックバルブ（２２０）と逆火防止器チェックバルブ（２６０ａ）の作動で安全弁（２６０ｄ）は既存より多い量の火炎が外部へ排出される。
【００４５】
一方、逆火によってチェックバルブ（２２０）と逆火防止器チェックバルブ（２６０ａ）とが作動するようになれば、光センサ（２６０ｃ）と圧力センサ（２５０）が作動するようになって逆火と判断し、制御機（Controller）による電解槽（１０）の運転を中断して、ガス用電磁弁（２３０）を遮断して、エア用電磁弁（２４０）を開放して配管内に残るブラウンガスを外部へ排出してシステムの安全を維持することができる。
【００４６】
本発明は、実施の形態１〜４および図面によって限定されるのではなくて、請求項の権利範囲に属する範囲内で多様な他の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１ａ】本実施の形態による強制循環式水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置の一部構成を示す概念図である。
【図１ｂ】ブラウンガス発生装置の残りの構成に対する概念図である。
【図２】本実施の形態によるブラウンガス発生装置の電解槽の拡大図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は、本実施の形態によるブラウンガス発生装置の電極管固定口の例を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  電解槽
１０ａ  電解槽容器
１０ｂ  連結電線
２０  電極棒
３０  電極管
４０  電極管固定口
５０  電解液
６０  水供給ポンプ
６０a  水槽水供給ポンプ
７０  上部移送管
８０  下部移送管
９０  電解液循環ポンプ
１００  熱交換器
１１０  電解液フィルタ
１２０  水位センサ
１２０ａ  水槽水位センサ
１３０  温度センサ
１４０  気水分離器
１５０  冷却塔
１６０  採集管
１７０  電解液フィルタ用電磁弁
１８０  冷却水循環ポンプ
１９０  気水分離器用電磁弁
２００  水槽
２００ａ  水槽スプリング状配管
２１０  水気除去器
２２０  チェックバルブ
２３０  ガス用電磁弁
２４０  エア用電磁弁
２５０  圧力センサ
２７０  トーチ
２６０ａ  逆火防止器チェックバルブ
２６０ｂ  逆火素子
２６０ｃ  逆火感知光センサ
２６０ｄ  安全弁
【図１ａ】
0005084429.tif 000002
【図１ｂ】
0005084429.tif 000003
【図２】
0005084429.tif 000004
【図３】
0005084429.tif 000005