JP2004131787A - 電気分解によるガス発生装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】分解液を貯留した電解槽に陽極及び陰極を設置し、両電極に通電して分解液を電気分解して各電極にそれぞれ異なるガスを発生させる電気分解によるガス発生装置であって、電解槽に板状導電体からなる電極形成板を対峙した状態で3枚以上配設し、少なくとも両側部分の電極形成板を直流電源に連結するとともに、電極形成板同士間に対面する面に発生したガスの混合を防止する分離膜を配設し、分離膜で分離された各ガスを個別に取り出すガス取出し通路を形成した。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギーの効率的な活用のための電気分解によるガス発生装置に関し、特に電気分解による酸素ガス(以下単に酸素という)及び水素ガス(以下単に水素という)を発生させるためのガス発生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、燃料電池等に水素及び酸素が注目されており、こうした水素及び酸素の精製は、電気分解によるのが一般であった。
この電気分解装置は、電解液を貯留した電解槽の一側に陽極棒を、他側に陰極棒を電解液に浸漬した状態で設け取り付けるとともに、伝導度を向上させるために電解液は通常、硫酸、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムのような電解質を水に添加したものが用いられ、両電極に直流電流を流して電気分解を行う。
【0003】
一方、電気分解で得られた水素及び酸素は、トーチなどを含む各種燃焼装置にエネルギー源(燃料源)としても使われており、燃料源として使用される場合、陰極棒から発生する水素及びと、陽極棒から発生する酸素は通常、混合した状態のガスとして取り出されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電解槽の一側に陽極棒を、他側に陰極棒を電解液に浸漬した状態で設け取り付けた電気分解装置では、2箇所の電極部分でのみガスが発生することから、多量の水素及び酸素を発生させることが難しいという問題があった。
そこで短時間に多くのガスを発生させようとすると、両電極の電圧を高くすることが考えられるが、ランニングコストが高くなるだけでなく、高電圧に夜火花が発生し易く、取扱上の危険が増すことから、安全性に充分注意しなくてはならず、使用や貯留、管理に手間を要するという問題もあった。
しかも、不意の爆発を防止するために、電気分解装置とは別に安全装置(防爆装置)も設けなくてはならず、そのためのイニシャルコスト並びにランニングコストも高くなってしまうという問題もある。
本発明は上記問題点に鑑みて提案されたもので、低電圧でも多量のガスを発生させることができ、安全性や操作性に優れた電気分解によるガス発生装置を提供できるようにすることを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明にかかる電気分解によるガス発生装置は、先ず、分解液を貯留した電解槽に陽極及び陰極を設置し、両電極に通電して分解液を電気分解して各電極にそれぞれ異なるガスを発生させる電気分解によるガス発生装置であって、電解槽に板状導電体からなる電極形成板を対峙した状態で3枚以上配設し、少なくとも両側部分の電極形成板を直流電源に連結するとともに、電極形成板同士間に対面する面に発生したガスの混合を防止する分離膜を配設し、分離膜で分離された各ガスを個別に取り出すガス取出し通路を形成したことを特徴とするものである。
【0006】
次に、電解槽に配設された複数の電極形成板のうち、両端の電極形成板に電荷を付与することにより、両端の電極形成板間の電極形成板を帯電させ、この帯電させた電極形成板の帯電面からも電気分解によるガスを発生させるように構成したことも特徴の1つである。
【0007】
また、電極形成板及びその近傍に生成されるガス又は生成物を電極形成板から分離する分離手段を設けたり、更にはその分離手段が電極形成板又は電極液を振動させる振動装置で構成するようにしたことも特徴とするものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電気分解によるガス発生装置の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の電気分解によるガス発生装置の概略図であって、図中符号1は電気分解によるガス発生装置を全体的に示す。
この電気分解によるガス発生装置1は、電解液2を貯留した電解槽3と、電解槽3の電解液2中に浸漬された状態で設けられた複数の電極形成板4と、両端の電極形成板3に給電する電源装置5と、電極形成板4で発生したガスを個別に取り出すガス取出し管(通路)6と、取出されたガスの気・液を分離する気液分離器7と、電解槽3の電解液2を循環させる循環ポンプ8及び電解液2に振動を与えるバイブレータで形成された分離手段9とを備えてなる。
【0009】
電解槽3は、密閉可能な容器状に形成され、内部の一側方(図上右方)を液面規制用隔壁10で仕切られ、右方をオーバーフロー用空間部11と電極形成板設置用空間部分12とが形成されており、電極形成板設置用空間部分12に後述する図2及び図4に示すような電極形成板4が等間隔で電解液2に浸漬した状態で配設されている。
また、バイブレータからなる電動式の振動装置9は電解槽3の底部の略中央に設けられており、電解槽3の底部近傍の左側壁には循環ポンプ8の吐出口に連結される注水口14が設けられ、右側壁には循環ポンプ8の給水口に連結される吸水口15が形成されている。
そして吸水口15のオーバーフロー用空間部11側にはろ過器13が取り付けられており、オーバーフロー用空間部11に水2がなくなるまで電極形成板設置用空間部分12の水位は一定に保たれる。
【0010】
電解槽3の電極形成板設置用空間部分12には、複数(3つ以上)の電極形成板4が略等間隔おきに設置されており、左右の各端側の電極形成板4が電源装置5に接続されている。
電源装置5には直流電源部と直流電源部からの直流のオン・オフしたりその給電極性を切り替える切替スイッチ等が組み込まれている。
電極形成板設置用空間部分12に設置される各電極形成板4は、図2及び図4に示すように、金属板で形成されこれらは夫々分離膜16により互いに分離された状態で配置されている。
これら電極形成板4及び分離膜16の各周縁部分にはシールを兼ねる絶縁リング17を設けてあり、この絶縁リング17により電極形成板4および分離膜16がそれぞれ区画された状態で密封されるので、水の電気分解により発生した水素及び酸素が互いに混合しないようになっている。
【0011】
また、電極形成板4及び分離膜16の下段には連通口18が形成されており、この通水口18により電解槽3内に貯留された水(電解液)が循環ポンプ8で循環するようになっている。
上記ガス取出し通路6は、2本のパイプ6a・6bからなり、電解槽3内に絶縁リング17で密封区画された状態で設けられた電極形成板4および分離膜16を貫通する状態で設けられている。特に図3に示すように一方のガス(水素)取出し通路6aには、上記電源装置5のプラス端子に接続されてプラス側電極(陽極)を形成する電極形成板4及びこれに誘電されたプラス側電極面22側部分のそれぞれに水素流入口23が形成されている。
【0012】
一方、電源装置5のマイナス端子に接続されてマイナス側電極(陰極)を形成する電極形成板4及びこれに誘電されたマイナス側電極面24側部分のそれぞれに酸素流入口25が形成されている。
各ガス取出し通路6a・6bの電解槽3の外方にはそれぞれ取出されたガス中に含まれる水分を除去する上記気液分離器7は、図5に示すように有底の筒状に形成された本体26と上部開口を閉塞する蓋体27とで形成されたケーシング28の底部にガス入口29を、蓋体27にガス出口30を形成するとともに、内部の空間部分にガス入口29側で窄まる形状の金属製フィルタ31を設置し、ガス入口29を各ガス取出し通路6a・6bに連結して構成されている。
【0013】
上記のように構成された電気分解によるガス発生装置1の作用を次に説明する。
先ず、電極形成板4及び分離膜16が設置された電解槽3に電解液である水2を充填し、この電解槽3内の水2を循環ポンプ8で循環させる。
次に、電源装置5に接続された両側の電極形成板4に給電すると、その間に設置された電極形成板4は両側の電極形成板4に対応して図6に示すように誘電されるので、誘電された電極形成板4の面からも電気分解によるガスが発生する。斯くしても電極形成板4の各面から電気分解により発生したガスは分離膜16により仕切られていることから、プラス側電極面22で発生した水素は水素流入口23から水素用のガス取出し通路6aに流入し、マイナス側電極面24で発生した酸素は、酸素流入口25から酸素用のガス取出し通路6bに混合されることなく、それぞれ個別に流入する。
【0014】
そして、ガス取出し通路6a・6bを通じて電解槽3外に出された水素及ぶ酸素は上記気液分離器7で除湿された後、精製された水素及び酸素のガスとして図外の水素貯蔵槽及び酸素貯蔵槽に各々貯蔵され、燃料電池用の燃料源や溶接及び溶断トーチ用燃料として使用される。
図示は省略したが、水素及び酸素を溶接及び溶断トーチ用燃料として使用する場合、火炎の中心だけが高温でその周囲は低温の火炎となる。
これは水素と酸素を反応させると水が発生するとともにその時の堆積収縮が極めて大きく真空部分が形成されたりすることによるものと考えられる。
【0015】
上記のように電気分解を行う時、電極形成板4のガス発生面が発生したガスに覆われたり、形成される酸化皮膜等の化学物質に覆われたりして、電気分解機能が低下しようとするが、電解槽3の底部に設けられたバイブレータからなる電動式の振動装置9の稼動による水2の振動によりこれが防止される。
また、上記振動により電極形成板4から剥離された酸化皮膜等の化学物質は循環する水で、オーバーフロー用空間部11に送られ、此処に沈殿して堆積する。したがって、このオーバーフロー用空間部11に堆積する沈殿物を除去するだけで電極形成板の電気分解機能が低下防げるので、メンテナンスも至って簡単に行うことができる。
因みに、電極形成板4に酸化皮膜等の化学物質の発生を防止する他の一手段としては電源装置5に組み込まれた切替スイッチで給電極性を切り替えることによっても可能である。
【0016】
上記実施の形態では、電動式の振動装置9を電解槽3の底部に設けるようにしてあるが、こうしたものに限られず、電解槽3の水2を直接振動させたり、電極形成板4を振動させたりすることもできる。
更に、上記実施の形態では、左右両側の電極形成板4に給電しこの間の電極形成板4は誘導により帯電させて電気分解を行なうようにしてあるが、各電極形成板に直接給電させるようにすることができるのは勿論である。
【0017】
【発明の効果】
本発明の電気分解によるガス発生装置は以上に説明したように、分解液を貯留した電解槽に陽極及び陰極を設置し、両電極に通電して分解液を電気分解して各電極にそれぞれ異なるガスを発生させるようにした電気分解によるガス発生装置の電解槽に複数の電極形成板を設け、電極形成板同士間に発生したガスの混合防止用の分離膜を配設するとともに、分離膜で分離された各ガスを個別に取り出すガス取出し通路を形成するようにしてある。
従って、電気分解により発生する酸素及び水素の各ガスは電解槽に設置された3枚以上の電極形成板の対面する部分からそれぞれ発生するので、従来のように電解槽の一側に陽極棒を、他側に陰極棒を電解液に浸漬した状態で設けたものに比べて低電圧でも多量のガスを発生させ、取り出すことができる利点がある。
【0018】
また、電気分解の電圧を低電圧にすることができることから、従来の高電圧のものに比べてランニングコストを低減できるだけでなく、高電圧による火花発生の危険も少ないことから、取扱上の危険も少なく、安全性が高まるとともに、取扱や貯留、管理に要する手間を大幅に削減できる利点もある。
【0019】
加えて、電気分解の電圧を低電圧にでき、従来のような高電圧による火花発生の危険も少ないことから、不意の爆発を防止するための安全装置(防爆装置)を設けなくても済み、イニシャルコスト並びにランニングコストも削減することができると言う利点もある。
【0020】
また、電極形成板及びその近傍に生成されるガス又は生成物を電極形成板から分離する分離手段を設けたものでは、電極形成板の電気分解性能を長期間に亙って充分に発揮させることができ、その耐久性を向上させることができる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】は発明にかかる電気分解によるガス発生装置の概略をします縦断正面図である。
【図2】は発明にかかる電気分解によるガス発生装置の電極形成板の分解斜視図である。
【図3】は発明にかかる電気分解によるガス発生装置の分離手段部分の縦断側面図である。
【図4】は発明にかかる電気分解によるガス発生装置の電解槽内に設置される電極形成板及び分離膜部分の分解図である。
【図5】は発明にかかる電気分解によるガス発生装置の概略を示す縦断正面図である。
【図6】は、発明にかかる電気分解によるガス発生装置の電気分解原理を示す概略図である。
【符号の説明】
1・・・電気分解によるガス発生装置
2・・・分解液(水)
3・・・電解槽
4・・・電極形成板
5・・・電源装置
6・・・ガス取出し通路(管)
Claims (4)
- 分解液を貯留した電解槽に陽極及び陰極を設置し、両電極に通電して分解液を電気分解して各電極にそれぞれ異なるガスを発生させる電気分解によるガス発生装置であって、電解槽に板状導電体からなる電極形成板を対峙した状態で3枚以上配設し、少なくとも両側部分の電極形成板を直流電源に連結するとともに、電極形成板同士間に対面する面に発生したガスの混合を防止する分離膜を配設し、分離膜で分離された各ガスを個別に取り出すガス取出し通路を形成したことを特徴とする電気分解によるガス発生装置。
- 電解槽に配設された複数の電極形成板のうち、両端の電極形成板に電荷を付与することにより、両端の電極形成板間の電極形成板を帯電させ、この帯電させた電極形成板の帯電面からも電気分解によるガスを発生させるように構成したことを特徴とする請求項1に記載の電気分解によるガス発生装置。
- 電極形成板及びその近傍に生成されるガス又は生成物を電極形成板から分離する分離手段を設けたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電気分解によるガス発生装置。
- 分離手段が電極形成板又は電極液を振動させる振動装置で構成したことを特徴とする請求項3に記載の電気分解によるガス発生装置。
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- 2002-10-10 JP JP2002297195A patent/JP2004131787A/ja active Pending
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2003
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