JP2004250773A

JP2004250773A - 水素・酸素混合ガス発生装置

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Publication number: JP2004250773A
Application number: JP2003086509A
Authority: JP
Inventors: Koichi Aihara; 幸一相原
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】電極間のイオン抵抗値を下げ小電力で効率の良い水素・酸素混合ガスを発生する装置を得る。
【解決手段】従来の同心円筒型電極よりイオン抵抗値を下げるため、電極間に近接部と遠接部を設け、遠接部より近接部へ電解液の供給を行う楕円型電極を採用しイオン抵抗を下げ、効率の高いガス発生電極とした。
【効果】電極を楕円や矩形にすることにより、部分的に接近させた電極の近接部で集中した電流が流れ、活発な電気分解が行われることにより、気泡と共に上昇する水流が生まれる。遠接部では逆に下降する水流となり、近接部への電解液の供給が容易に行われ、電極間を近づけ電極間のイオン抵抗を低下させることができる。
【選択図】図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素と酸素の混合ガスを発生装置に関し、特に水の電気分解により高効率で大量の混合ガスを発生する装置に関する。この水素・酸素混合ガスは各種燃焼機器の燃料として利用可能なガスで、環境汚染がなく安全な燃料であり、金属の溶接・溶断も容易に行え、様々な用途に適合出来る経済性に優れた水素・酸素混合ガスの発生装置に関する。
【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円柱状電極板が組込まれ、タンク上部から供給された水を電気分解していた。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とされ、発生した水素・酸素混合ガスは、タンク上部のガス流出口から取り出され、シリンダー状の圧力タンクに蓄積され一定圧力に保たれるようにされていた。例えば、特開昭６３−３０３０８７号には、円筒状の電解槽に複数の電極筒が組込まれ、該電極筒は電気的に絶縁するように非導電性固定具にて、上下を固定している。また、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開示されている。
【０００３】
図１に従来の水素・酸素混合ガス発生器の電解槽縦断面図を示す。電解槽はタンク、複数の同心状に配置された筒状電極を有し、タンク上部に設けられた給水口より水をタンク内に供給し、タンク内で電気分解する。電気分解で発生した混合ガスはタンク上部に設けられたガス出口より排出される。
【０００４】
電源装置（図記せず）より圧力槽５１下部の中心に有る下部端子５４及び、圧力タンクに設けられたタンク端子５５間に電源が接続された構成となっている。
【０００５】
圧力槽５１は、同心円状の筒状電極５２が複数枚で構成されており、下部端子５４及びタンク端子５５間に電圧を印加すると、中心電極５３及び筒状電極５２の内・外周面間に電位差が生じ、圧力槽５１内に供給した水は、各筒状電極５２間において水の電気分解が起こり、水素と酸素の混合ガスが発生する。このガスは、筒状電極５２より圧力槽５１の上部を経由し、ガス出口５７から外部に排出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし従来はより大きな電流を流す上では、複数の筒状電極５２は相互に電気的短絡が生じない様にできるだけ近接させて非接触で同心状にすることが必要であった。しかし、電極を近づけすぎると十分な電解液の循環が困難となり、発生効率の低下や、部分的な短絡現象の発生につながる問題があった。また、中心電極５３から軸方向に流れる電流５９によって筒状電極５２を周回する磁界６０が発生し、前記磁界６０と上昇イオン流の間でプラス・マイナスのイオンを分離させる力が作用し、電流増大にする効果が得られるが、中間電極５３では軸方向電流が生じないためこのイオン分離効果が得られず発生効率の低下につながっていた。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、発生ガスを密閉保持し電解液を収容する圧力槽と、前記圧力槽内に設けた絶縁性電極ガイドと、該絶縁性電極ガイドに形成した凹部に複数の柱状電極を嵌合固定して構成した水素・酸素混合ガス発生装置において、複数の前記柱状電極の電極間距離を部分的に近接させてなることを特徴とする水素・酸素混合ガス発生装置である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、複数の前記柱状電極を角柱状となし、該柱状電極の各電極の辺部と頂角部が対向する如く配置してなることを特徴とする水素・酸素混合ガス発生装置である。
【０００９】
請求項３記載の発明は、複数の前記柱状電極を楕円状となし、該柱状電極の各楕円電極の短軸方向が一致する如く対向させ配置したことを特徴とする水素・酸素混合ガス発生装置である。
【００１０】
請求項４記載の発明は、複数の前記柱状電極を楕円状となし、該柱状電極の各楕円電極の長軸または短軸の方向が交互に直交する如く対向させ配置したことを特徴とする水素・酸素混合ガス発生装置である。
【００１１】
請求項５記載の発明は、複数の前記柱状電極を楕円状電極及び円柱状電極の２種となし、楕円状電極と円柱状電極を交互に配置したことを特徴とする水素・酸素混合ガス発生装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面１ないし図面７に従って説明する。
【００１３】
図面１は、従来の水素・酸素混合ガス発生装置の圧力槽の断面図である。図面２は、本案の水素・酸素混合ガス発生装置の軸方向電流と発生する磁界の方向を示す説明図である。図面３，４は、本案の水素・酸素混合ガス発生装置の軸方向電流を説明するための電極の横断面を表した説明図である。図面５は、本案の水素・酸素混合ガス発生装置の楕円電極と真円電極を組み合わせた電極の横断面図である。図面６は、本案の水素・酸素混合ガス発生装置圧力槽を示す部分断面図である。図面７は、本案の水素・酸素混合ガス発生装置の楕円電極を示す平面及び断面図である。
【００１４】
本案の水素・酸素混合ガス発生装置は、問題となる電極間のイオン抵抗を低下させるには、電極間を近接すればする程よいが、電極を近づけすぎると十分な電解液の循環が困難となり、逆に発生効率の低下や、部分的な短絡現象を生じさせることに繋がってしまう。電極を楕円や矩形にすることにより電極間のイオン抵抗を低下させることが出来、部分的に接近させた電極の近接部で集中した電流が流れ、活発な電気分解が行われることにより、気泡と共に上昇する水流が生まれ、遠接部では逆に下降する水流となり近接部への電解液の供給が容易に行われ、電極間を近づけ電極間のイオン抵抗を低下させることが出来る。また、近接部で上昇する水流が生まれ、と遠接部では逆に下降する水流となることにより、近接部の電極面に発生したガスを水流が積極的に電極面より剥離する効果が増し、同部分で次の電気分解が行われ易くすることにより、ガス発生効率が増しガス発生量も増加する。また、該効果は電流の方向が逆向きに変わっても同じ効果が得られる。
【００１５】
次に図２で、軸方向電流現象を説明する。電流５９は＋電極５４を介して矢印方向の電流、すなわち、中心電極５３の軸方向成分と半径方向の２成分とを有している。中心電極５３では軸方向に流れる電流５９によって筒状中心電極５２を周回する図示する方向の磁界が発生し、この磁界と上昇イオン流の間で、プラス・マイナスのイオンには夫々逆方向の力が作用し、互いに分離させる力が作用することにより、電流が増大する効果が得られる。発生ガスは電極電流に比例するので、同一の電圧でより多くのガスを発生させることができ、効率が向上するものである。
【００１６】
次に、中間電極での該効果を図３で説明する。従来のような電極間距離が均一に作られていた電極では中間電極５２では軸方向電流が生じないため、磁界によるイオン分離作用も該効果が得られないが、本案の電極構造にあっては、中心電極５３より変形電極５８間に近接した部分より流れる電流５９は、変形電極５８を流れ外周の筒状電極５２に近接した部分より流れることにより、変形電極５８の周りに磁界６０が発生し、近接点に向かう水流と電流によって発生する磁界との相互作用により前記の電流が増大する効果が得られる様になる。また、該効果は前記同様、電流の方向が逆向きに変わっても同じ効果が得られる。
【００１７】
次に、図面４は、前記同様の該効果を得られる、角型電極６１を組み合わせた図である。また、該組み合わせは電解槽内に電解液を十分に蓄えることが出来、電解液の循環流が増加し、電極の近接部で正負イオンの分離作用が増大し、電極からの気泡の剥離が容易となり、電流を増大させる効果が得られる。
【００１８】
次に、図面５は、前記同様の該効果を得られる、円筒電極１８と楕円電極５を組み合わせた図である。また、該組み合わせは小スペース内に前記円筒電極１８と楕円電極５の組み合わせを多重化ができ、角型電極に比べて製造が容易で前記と同様の効果が得られ、ガス発生量の増大と発生効率向上が得られる。
【００１９】
次に図６及び図７を用いて、本案の水素・酸素混合ガス発生装置の電解槽について説明する。図６は、前記混合ガス発生装置の電解槽１を示す断面図である。また、図７は、前記電解槽１内の電極を示した平面及び断面図である。
【００２０】
圧力槽１本体内には、楕円電極５が同心状に配置されており、電気分解する水を、給水及びドレン口６から供給し電解室４内に充填される。圧力槽１内の中心部に、中心電極１７が配置され、外周に楕円電極を同心状に配置し、絶縁性電極ガイド８に形成した凹部に複数の楕円電極５を上下より固定ボルト７及び電極用ボルト１０にて嵌合固定し、前記電極用ボルト１０は電極ボルト絶縁ガイド９にて電解室４内部を絶縁している。
【００２１】
前記電極用ボルト１０と中心電極１７は電気的及び機械的に接続されており前記圧力槽１とは絶縁電極受１１にて電気的に絶縁し、前記楕円電極５を前記絶縁性電極ガイド８にて固定し、さらに前記圧力槽１とは電気的に絶縁している。
【００２２】
中心電極１７と圧力槽１間に電圧を印加することにより、電解室４に同心状に配置した楕円電極５の内面と外面間に電位差が生じ、水の電気分解が起こり、水素ガス及び酸素ガスが発生し混合される。このガスは、圧力槽蓋３に設けたガス出口より外部に供給される。
【００２３】
圧力槽１及び圧力槽蓋３とはフランジ２にて接続され、前記フランジ２にはゴムパッキン１４にてシールし、ボルト１５及びナット１６にて固定される。下部には給水及びドレン口６が設けてあり電気分解に使用される水は、該口より供給される。また、メンテナンス時には、該口をドレン口として使用される。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明は、混合ガスの発生量を高め、効率を向上さることができる。
【００２５】
請求項２記載の発明は、電解液の循環が良好となり低電圧で大電流が得られガス発生効率が増大できる。
【００２６】
請求項３記載の発明は、中心電極と外周電極間の熱伝達距離が接近するため、内部電極の冷却効果が良好となりより、大きな電流を流すことができ、ガス発生量を増大させることができる。
【００２７】
請求項４記載の発明は、電解液の容量を増加させ、電解液の循環が良好となり、より大きな電流が流せ、冷却装置が節約できる。
【００２８】
請求項５記載の発明は、電解液の循環効果と、電流集中による磁界発生効果が良好となり、より容積が小さくでき、ガス発生効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の水素・酸素混合ガス発生装置の圧力槽の断面図である。
【図２】従来の水素・酸素混合ガス発生装置の軸方向電流と磁界方向を示す説明図である。
【図３】本発明における水素・酸素混合ガス発生装置の軸方向電流を説明するための電極横断面図である。
【図４】本発明における水素・酸素混合ガス発生装置の軸方向電流を説明する電極の横断面図である。
【図５】本発明における水素・酸素混合ガス発生装置の楕円電極と真円電極を組み合わせた電極横断面図である。
【図６】本発明における水素・酸素混合ガス発生装置圧力槽の断面図である。
【図７】本発明における水素・酸素混合ガス発生装置の図６に示す楕円電極の平面及び断面図である。
【符号の説明】
１、圧力槽
２、フランジ
３、圧力槽蓋
４、電解室
５、楕円電極
６、給水及びドレン口
７、固定ボルト
８、絶縁性電極ガイド
９、電極ボルト絶縁ガイド
１０、電極用ボルト
１１、絶縁電極受け
１２、電極棒締め付けナット
１３、ガス出口
１４、ゴムパッキング
１５、ボルト
１６、ナット
１７、中心電極
１８、円筒電極
５１、圧力槽
５２、筒状電極
５３、中心電極
５４、下部端子
５５、タンク端子
５６、ガス出口
５７、給水口
５８、変形電極
５９、電流
６０、磁界
６１、角型電極

Claims

発生ガスを密閉保持し電解液を収容する圧力槽と、前記圧力槽内に設けた絶縁性電極ガイドと、該絶縁性電極ガイドに形成した凹部に複数の柱状電極を嵌合固定して構成した水素・酸素混合ガス発生装置において、複数の前記柱状電極の電極間距離を部分的に近接させてなることを特徴とする水素・酸素混合ガス発生装置
複数の前記柱状電極を角柱状となし、該柱状電極の各電極の辺部と頂角部が対向する如く配置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
複数の前記柱状電極を楕円状となし、該柱状電極の各楕円電極の短軸方向が一致する如く対向させ配置した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
複数の前記柱状電極を楕円状となし、該柱状電極の各楕円電極の長軸または短軸の方向が交互に直交する如く対向させ配置した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
複数の前記柱状電極を楕円状電極及び円柱状電極の２種となし、楕円状電極と円柱状電極を交互に配置した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。