JP2003268581A - 水素酸素混合ガス発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 大型で高価なものとなる変圧器や制御装置の
整備を必要とせず、商用電源電圧を装置の入力端子に直
接印加できる高電圧小電流の小型で大出力の水素酸素混
合ガスを発生装置を提供する。また、電解液中の中間電
極を経由しないリークイオン電流を差証言に抑えて効率
を向上させた水素酸素混合ガス発生装置を提供する。 【解決手段】 発生した水素酸素混合ガスを一定圧力に
密閉保持するための圧力容器１の中に、多数の電極板を
挿入した電解槽を収納し、圧力槽内部の電解槽の周囲に
冷却水を注入できるようにした。電解槽は隔離壁で複数
列に分離し各列の電極に加える電解方向を交互に逆向き
となるようにして正負イオンの再結合や漏れを抑えて効
率を高めた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水の電気分解によ
り、水素と酸素の混合ガスを大量に生成できる直列式電
解槽を含む高電圧小電流型の水素酸素混合ガス発生装置
に関するもので、特に電解液と複数の電極を収容する電
解槽を圧力容器中に収容する如くした水素酸素混合ガス
発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の水素酸素混合ガス発生装置には、
円筒状の電解槽に複数の電極板が組込まれ、最外周の電
極が発生ガスの圧力を一定値に保持するための圧力容器
を兼ねた構造のもがある。これは、単位容積当りに設置
される電極数が限定されることになり、低電圧、大電流
の発生装置となっていた。

【０００３】また、平板電極を用いた発生装置として、
特許第３１３００１４号の横列式電解槽を含むブラウン
ガス大量発生装置に開示されているように、プラス電極
板とマイナス電極板が横列式に配列され、電極間に大電
流を流す装置があった。

【０００４】さらに、特開平１１−３０２８８５の水素
と酸素との可燃性混合ガス発生装置では、複数の平板状
電極板が直列に並べられており、電極板そのものが、電
解槽と圧力室の一部となり、かつ、その電極板の一部が
冷却フィンを兼ねる様にした構造の装置が開示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の装置で
は、いずれも、混合ガスを発生する電解槽と発生ガスを
一定圧力に保持する圧力室とが共用された構造とされ、
電解槽自身を高圧力に耐える構造としなければならない
ものであった。

【０００６】そため、小型化が困難で、設置する電極数
は少数に限定され、両端部の電極間に加える電圧は低電
圧とせざるを得ず、大量の混合ガスを発生させる為には
電極面積を増大させ、大電流を流す必要があった。さら
に、その電解槽の大きさを遥かに越えたスペースを占め
る変圧器や制御装置を設けることが必要条件となってし
まい、より大型で高価な装置となる欠点があった。

【０００７】また、従来の発生装置では、大電流を流す
ため、イオン流による抵抗損失が大きく、さらに低電圧
であるため、電解液中の不純物による電極面への絶縁膜
付着の影響を受け易く、それらの対策として、電極面積
をさらに大きくしておくことが必要となって、装置全体
はさらに大型になる欠点があった。

【０００８】本発明は、上記した従来の欠点を解決する
ため発明されたものであり、その課題とする所は、半波
もしくは全波整流した商用電源の電圧を、直接、電解槽
内の両端部に設けた正負電極に印加できるように、小面
積の多数の電極を複数列に並べうる構造とし、小型で低
価格、高効率の直列式水素酸素混合ガス発生装置を提供
することにある。

【０００９】又、本発明の他の課題は、一つの圧力容器
内に電解槽を収納し電極板およびその構造物を薄肉と
し、より多くの電解液スペースを確保すると共に、電解
液中の中間電極を経由しないリークイオン電流を最小限
に抑え、混合ガスの発生量を高め、効率を向上させた水
素酸素混合ガス発生装置を提供することにある。

【００１０】

【問題点を解決するための手段】このため請求項１記載
の発明は、一定圧力の水素酸素混合ガスを密閉、保持す
るための圧力容器と、電解液を蓄えて、その中に複数の
電極板を挿入した電解槽を設け、前記圧力容器中に収納
するようにした水素酸素混合ガス発生装置である。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の水
素酸素混合ガス発生装置において、さらに、前記電解槽
の周囲と前記圧力室との間に冷却水を注入するごとくし
た水素酸素混合ガス発生装置である。

【００１２】請求項３記載の発明は、請求項１記載の水
素酸素混合ガス発生装置において、さらに、前記電解槽
を非導電材質となし、複数の電極板を直列に収納した水
素酸素混合ガス発生装置である。

【００１３】請求項４記載の発明は、前記電解槽中の電
極板は、少なくとも、電極の上部が絶縁板により仕切ら
れ、該電極板と電解槽側壁とにより、陽極と陰極を持つ
一つの電解室が形成されるようにし、また該電解室の上
部には電解液の滞留部が形成されるようにし、同様の多
数の電極板を近接して直列式に配列した水素酸素混合ガ
ス発生装置である。

【００１４】請求項５記載の発明は、請求項３，４記載
の水素酸素混合ガス発生装置において、さらに、前記電
極板は、電極間距離を電極の左右位置においてその一方
の距離を大とした水素酸素混合ガス発生装置である。

【００１５】請求項６記載の発明は、さらに、前記電解
槽の内部を隔離壁で複数列に分離し、各列の電解槽に上
記電極板を配列すると共に、各列電極板間に加える電界
方向を交互に逆向きとなるようにした水素酸素混合ガス
発生装置である。

【００１６】請求項７記載の発明は、さらに、前記圧力
容器は、本体筐体部と、弾性シール部材を介しネジ止め
固定した上蓋より構成し、該上蓋にガス排出孔、及び、
給水孔を設け、本体筐体部低部の近傍に廃液口を設けて
いる水素酸素混合ガス発生装置である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
ないし図６に従って説明する。

【００１８】図１は本案の水素酸素混合ガス発生装置全
体を示す外観図である。図２は、上蓋５を取り除いて見
た本案装置の上方視図で、図３は、図１のＡ＿Ａ縦断面
図である。本案の水素酸素混合ガス発生装置は、主に圧
力容器１と電解槽２と、多数の仕切り電極板３とにより
構成されている。圧力容器１は、ほぼ直方体形状とし、
本体筐体４と上蓋５により構成されている。上蓋５は、
本体筐体４の上部に設けられたフランジ部に、ゴムパッ
キング６を介してボルト７、ナット８により固定されて
いる。上蓋５には、発生ガス排出口９と給水口１０が設
けられている。

【００１９】また、本体筐体４の下部には廃液口１１が
設けられ、筐体と電解槽間に冷却水を満たし、もしくは
冷却水を循環させるための冷却水給水口１２と冷却水排
出口１３が設けられている。

【００２０】図２，３両図により明らかなように、圧力
容器１の筐体中には、圧力容器１と近似した直方体状の
樹脂製、あるいは金属を絶縁物で覆った非導電性の素材
により構成された電解槽２が収容されている。電解槽２
の内部は、３つの仕切り壁により４つの電解槽２−１〜
２−４に分けられている。

【００２１】あるいは、別体の４つの容器が並列に並べ
られ、１つの電解槽が構成されている。電解槽２の側壁
１４−１〜１４−５は、電解液の飛沫が側壁を越える事
の無いように、圧力容器１の上蓋５の近傍まで延長され
ている。また、ブチルゴムなどの弾性体２１を介して、
上蓋５の内側の絶縁体２２に当接されている。電解槽内
で発生する水素酸素混合ガスは側壁１４−１〜１４−５
の上部、または弾性体２１に設けたガス排出用切欠き部
２３から自由に圧力容器内に出入りが可能とされてい
る。

【００２２】この４列に分離された各電解槽には、最先
端部の電極１−１と最終端部の電極４−１に、商用電源
電圧を全波整流した脈動高電圧が直接印加されて一定の
脈動電流が流れる様に、多数の仕切り電極板３が直列に
並べられている。

【００２３】前記仕切り電極板３は、図４の仕切り電極
板斜視図に示すように、中央部に矩形状の角穴が開けら
れた１枚の樹脂製の薄板１５に、電極１６が嵌め込まれ
た構造で、その周囲が溶着もしくは接着により固定され
ると共に、その左右には、電極間ピッチを定めるため、
及び、電解液を整流するための抑え板１７が、溶着また
は接着により固定されて一体化されている。複数の仕切
り電極板３はブロック化され、局部的にピッチを変える
ことも可能で、電極数の調整が容易な構造とされてい
る。

【００２４】また、前記仕切り電極板３の横幅は、電解
槽２の側壁間距離（例えば１４−１と１４−２間の距
離）とほぼ等しく作られ、列の前後で対向した２枚の仕
切り電極板３と、電解槽の２つの側壁（例えば１４−１
と１４−２）とによって、ほぼ１つの電解室１８となる
ように形成されている。

【００２５】また、抑え板１７と側壁１４の間に、電解
液が下降できるようにした流路が形成され、電極１６で
発生した気泡により押し上げられた電解液が、この流路
を通り下部へ循環できる構造となっている。

【００２６】また、仕切り電極板３の薄板１５は、電極
１６の上方に、電解液が満たされる最上位の液面２４よ
りも上方まで伸ばされている。電極１６はＳＵＳ ３０
４、３１６、３４０、４１０・ニッケル等が使用され
る。

【００２７】さらに下方に伸びた仕切り壁１９の下端部
には切り欠き又は貫通口２０が設けられており、この穴
を通して、電解液が隣接した電解室１８へ自由に移動可
能とされている。

【００２８】この様に形成された電解室１８は、直列に
１列に並べられ、仕切り電極板３の表裏の電極面は、そ
れぞれ陰極及び陽極として働くように構成されている。

【００２９】次に、図６の電極配置を示す上方視図によ
り、電極への通電動作について説明する。

【００３０】各電極は、図６の左から順番に、第１から
第ｎ極とし、第１列目の電解槽に収容された電極は１−
１極から１−ｎ極のように表している。電源電圧は全波
整流され、プラス電圧は１−１電極に印加され、マイナ
ス電圧が４−１電極に加えられている。また、第１列電
解槽の後端電極、即ち第１−ｎ電極は、第２列電解槽の
後端電極、即ち２−ｎ電極に接続され、第２列電解槽の
先端電極、２−ｎ電極は３−１電極に接続され、さら
に、３−ｎ電極は４−ｎ電極に接続されている。

【００３１】電解槽中の各電極間には電界が生じ、水は
印加された電界と逆方向の分極電界を生じて電流の増加
をおさえると同時に、Ｈ＋イオンはマイナス電極表面の
近傍に集まり、ＯＨ−イオンはプラス電極表面の近傍に
集まっている。電界がある値以上まで高い値になると、
マイナス電極面で、Ｈ＋イオンは陰極金属面より電子を
受け取る化学反応を起こす。発生した水素原子は２原子
で１水素分子となってガス化され水上に浮上する。

【００３２】また、プラス電極面では、ＯＨ−イオンが
陽極金属面に電子を放出する化学反応を起こし、（Ｏ
Ｈ）_２はさらに反応して、酸素原子となり、さらに酸素
分子となってガス化され浮上する。この電子放出現象
は、陽極電極から陰極電極に電流が流れたことと等価な
現象である。

【００３３】前記した電極接続によって、各電極に流れ
る電流は、１−１電極から１−ｎ電極までの第１列目の
電解槽２−１内では、電極と直角に同図の右方向とな
り、２−ｎ電極から２−１電極までの第２列目の電解槽
２−２内では、逆向きの左方向に生じている。

【００３４】さらに、３−１電極から３−ｎ電極までの
第３列目の電解槽２−３内では右方向になり、４−ｎ電
極から４−１電極までの第４列目の電解槽２−４内では
左方向となり、各列の電流の方向が各列の電解槽ごとに
逆方向となっている。

【００３５】これにより、各列の電解槽には、電界方向
に向かって右側の側壁近傍に下向きの磁界が生じ、左側
の側壁近傍には上向きの磁界が生じる。この磁界は何れ
も、プラスイオンとマイナスイオンに対し、逆方向の力
を作用し、両者の再結合を抑える効果を有している。

【００３６】さらに、この磁界はマイナス電極方向に移
動する陽イオンと、プラス電極側に移動する陰イオンに
対し、中心電極方向へ移動させる力を与える。これによ
り、貫通口２０を通って、より低電位の電極側に漏れよ
うとする陽イオン流、及び、より高電位の電極側に漏れ
ようとする陰イオン流とを減少させ、効率を高める効果
を有すると共に、電極１６の近傍のイオン濃度を高める
効果が得られる。

【００３７】これに反し、各列の電解槽に同一方向の電
流を流す場合には、磁界は互いに打ち消し合い、このよ
うな効果が得られない他、左右に離れている電極間の配
線処理が困難となり、配線処理のための余分なスペース
を設けなければならない欠点を生ずる。

【００３８】次に、電解槽の冷却に関し説明する。上記
した通電現象に付随して発熱現象があり、発生効率を高
めるためには、電解液温をほぼ一定の最適温度に維持す
ることが重要となっている。電解槽と圧力容器の間には
発生した水素酸素混合ガスが保持されるが、その発生ガ
スを介した圧力容器への熱伝導では冷却効果が不十分と
なる。

【００３９】また、電極数を増加させ、小型化を図れば
図る程、発熱は増大することになるため、圧力容器１の
本体筐体４には、冷却水給口１２及び、冷却水排水口１
３を設けて、電解槽と圧力容器との間に、電解液水位と
ほぼ等しい水位となるまで冷却水を注入している。これ
により、電解液温度を適正温度に保ち、通電を休止せた
ることなく、ガス発生効率が最大となる条件での連続運
転を可能にしている。

【００４０】次に、廃液処理について説明する。各列電
解槽中の電解液は夫々個別の廃液口を設ける代わりに、
図６に示す電極番号の１−ｎ電極の後方部と２−ｎ電極
の後方部の側壁低部に、貫通口２０を設け互いに連結
し、また３−ｎ電極の後方部と４−ｎ電極の後方部とを
貫通口２０で連結し、各連結部から共通の廃液口１１
へ、樹脂製配管により電気的に絶縁させて連結してい
る。これにより、廃液口の数を減らし、廃液処理時間の
短縮がなされている。

【００４１】

【発明の効果】請求項１記載の水素酸素混合ガス発生装
置の発明は、一定圧力の水素酸素混合ガスを密閉、保持
する圧力容器と、電解液中に挿入された複数の電極板を
有する電解槽を別体として設けたので、電解槽の構造を
頑強なものとする必要が除かれ、電極板の材厚を薄くす
ることができ、電解液量を増加させることがでる。

【００４２】さらに、熱伝導率を良好にすることがで
き、電極面積を小さくすることができる。また、多くの
電極を配列することが容易となる。それにより、小電流
の通電電流であっても、多数の電極表面で化学反応を起
こせるので、小型且つ安価な装置にもかかわらず、大量
の混合ガスを発生さることができる。

【００４３】請求項２記載の発明は、請求項１記載の水
素酸素混合ガス発生装置において、さらに、前記電解槽
の周囲と前記圧力室との間隙に冷却水を注入するごとく
したので、冷却効果が向上し、同一容積当りでより大き
な電力を加えることができ、かつ、連続運転を可能とし
て、小型ながら大量の水素酸素混合ガスを発生させるこ
とができる。

【００４４】請求項３記載の発明は、請求項１記載の水
素酸素混合ガス発生装置において、さらに、前記電解槽
を非導電材質となし、複数の電極板を直列に収納したの
で、それにより、より高電圧、小電流での運転が可能な
小型水素酸素混合ガス発生装置とすることができる。

【００４５】請求項４記載の発明は、請求項３記載の水
素酸素混合ガス発生装置において、前記電解槽中の電極
板は、少なくとも、電極の上部が絶縁板により仕切られ
た構造とされ、該電極板と電解槽側壁とにより、陽極と
陰極を持つ１つの電解室が形成され、かつ電解室の上部
には、電解液の滞留部が形成される如くし、同様の多数
の電極板が、より近接させて直列式に配列されるように
したので、電解室の冷却効果が高まり、両端部間の印加
電圧をさらに高圧とすることが可能となり、漏洩するイ
オン電流が低減でき、小電流ながら大量の混合ガス発生
が可能となる。

【００４６】請求項５記載の発明は、請求項３，４記載
の水素酸素混合ガス発生装置において、さらに、電極間
距離を電極の左右位置において一方の電極間距離を大と
したので、電解室における電解液の循環がより活発とな
り、気泡の電極付着や滞留時間を減少し、それにより混
合ガスの発生効率が高められる。

【００４７】請求項６記載の発明は、請求項３，４，５
記載の水素酸素混合ガス発生装置において、さらに、前
記電解槽の内部を隔離壁で複数列に分離し、各列の電解
槽に上記電極板を配列すると共に、各列電極板間の電界
方向を交互に逆向きとしたので、磁界の発生により陰、
陽イオンの連通口を通過して端部電極方向にリークする
電流を減少させ、発生効率を向上させることができる。

【００４８】また、左右の側壁を隔てて異電位の電極板
を配列することができ、より多数の電極を配列すること
が可能となる。また、前後に折り返す電極端子間の処理
が容易となり、電解槽内での困難な配線引き回し処理が
不用となる。

【００４９】請求項７記載の発明は、請求項１記載の水
素酸素混合ガス発生装置において、さらに、前記圧力容
器は、本体筐体部と、弾性シール部材を介しネジ止め固
定した上蓋より構成し、該上蓋にガス排出口、及び、給
水口を設け、本体筐体部低部位置に廃液口を設けるの
で、小型かつ組立てが容易となり、給水、廃液などの保
守点検が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における水素酸素混合ガス発生装置の全
体を示す斜視概観図である。

【図２】本発明における水素酸素混合ガス発生装置の内
部示す上方視図である。

【図３】本発明における水素酸素混合ガス発生装置の電
極配列を示す縦断面図である。

【図４】本発明における仕切り電極板を示す斜視図であ
る。

【図５】本発明における別の仕切り電極板を示す斜視図
である。

【図６】本発明における電極の配置を示す上方視図であ
る。

【符号の説明】

１、圧力容器 ２、電解槽 ３、電極板 ４、本体筐体 ５、上蓋 ６、ゴムパッキング ７、ボルト ８、ナット ９、水素酸素混合ガス排出口 １０、給水口 １１、廃液口 １２、冷却水給水口 １３、冷却水排水口 １４、電解槽側壁 １５、樹脂薄板 １６、電極 １７、抑え板 １８、電解室 １９、下方仕切り壁 ２０、貫通口 ２１、弾性体 ２２、絶縁体 ２３、ガス排出用切欠き部 ２４、最上位液面

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一定圧力の水素酸素混合ガスを密閉、保持
   する圧力容器と、電解液と複数の電極板を収納してなる
   電解槽を具備した水素酸素混合ガス発生装置において、
   該電解槽を、前記圧力容器中に収納してなることを特徴
   とする水素酸素混合ガス発生装置。
2. 【請求項２】前記圧力室と前記電解槽の周囲に形成され
   る空間部に、冷却水を注入してなることを特徴とした請
   求項１記載の水素酸素混合ガス発生装置。
3. 【請求項３】前記電解槽は、該電解槽を非導電材質とな
   し、複数の電極板を直列に収納してなることを特徴とす
   る請求項１記載の水素酸素混合ガス発生装置。
4. 【請求項４】前記電極板は、少なくともその上部が絶縁
   部材により形成され、該電極板の互いに対向する任意の
   １対と、電解槽の左右の側壁とにより、１つの電解室を
   形成する如く、該電極板を列状に配置してなることを特
   徴とする請求項１，２記載の水素酸素混合ガス発生装
   置。
5. 【請求項５】前記電極板は、任意一対の電極間の距離
   を、左右の何れか一方の距離を大としてなることを特徴
   とした請求項３，４記載の水素酸素混合ガス発生装置。
6. 【請求項６】前記電解槽は複数列の隔離壁で分離され、
   各列に上記電極板を配列すると共に、各列の電極板間に
   印加される電界の方向を、交互に逆向きとなる如くした
   ことを特徴とする請求項３，４，５記載の水素酸素混合
   ガス発生装置。
7. 【請求項７】前記圧力容器は、本体筐体部と、弾性シー
   ル部材を介しネジ止め固定した上蓋より構成し、該上蓋
   にガス排出孔、及び、給水孔を設け、本体筐体部の低部
   近傍に廃液口を設けてなる、請求項１記載の水素酸素混
   合ガス発生装置。