JP2005089851A - 電解槽の電解液温度安定装置 - Google Patents

電解槽の電解液温度安定装置 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、電気分解に供する電解液の温度を安定させることができ、電解槽の安定した連続運転を可能とする電解槽の電解液温度安定装置を提供する。
【解決手段】本発明の電解槽の電解液温度安定装置は、電解槽本体内で電解液を電気分解し、水素と酸素の混成ガスを発生する電解槽50の電解液温度安定装置100であって、前記電解槽50の電気分解に供する電解液を循環させる電解液循環管路101と、電解液循環管路101に組み込んだヒータ111を備えた電解液外部タンク112、電解液を強制循環する循環ポンプ113、電解液循環管路101を開閉する開閉バルブ114、放熱用ラジエター115を含む電解液温度調整部120と、前記電解槽50の外部に配置した冷却ファン131とを有し、電解槽50の非稼働時には電解液を非稼働設定温度である摂氏20度に維持し、電解槽50の稼働時には電解液を稼働時設定下温度である摂氏50度、稼働時設定上温度である摂氏60度の温度帯の範囲に維持する電解液温度調整手段130とを備えたことを特徴とするものである。
【選択図】図1

Description

本発明は、電気分解により水素と酸素の混成ガス(学名/通称;ブラウンガス)を発生する電解槽の電解液温度安定装置に関するものである。
従来、複数枚の電極を備えた複極式の電解槽として、複数枚の電極板をスペーサを用いて等間隔で列設して電極部を構成し、この電極部を電解液を収納する箱体内に収納し、電極部に給電端子を接続したものが知られている(例えば特許文献1)。
しかしながら、従来における電解槽の場合、単に複数枚の電極板をスペーサを用いて等間隔で列設して電極部を構成しているので、電解液の温度安定対策が充分でなく、電解液の温度が安定せず長時間の連続運転が難しいという問題があった。
登録実用新案第3082796号公報
本発明は、上述した従来の実情に鑑み開発されたものであり、その目的とするところは、電気分解に供する電解液(水)の温度を安定させることができ、電解槽の安定した連続運転を可能とし、例えば酸素と水素の混成ガスを連続して大量に発生させるのに好適な電解槽の電解液温度安定装置を提供することにある。
請求項1記載の発明に係る電解槽の電解液温度安定装置は、電解槽本体内で電解液を電気分解し、水素と酸素の混成ガスを発生する電解槽の電解液温度安定装置であって、前記電解槽の電気分解に供する電解液を循環させる電解液循環管路と、前記電解槽の非稼働時には電解液を非稼働設定温度に維持し、前記電解槽の稼働時には電解液を稼働時設定下温度、稼働時設定上温度の温度帯の範囲に維持する電解液温度調整手段とを備えたことを特徴とするものである。
請求項2記載の発明に係る電解槽の電解液温度安定装置は、電解槽本体内で電解液を電気分解し、水素と酸素の混成ガスを発生する電解槽の電解液温度安定装置であって、前記電解槽の電気分解に供する電解液を循環させる電解液循環管路と、電解液循環管路に組み込んだ電解液温度調整部と、前記電解槽の外部に配置した冷却部とを有し、前記電解槽の非稼働時には電解液を非稼働設定温度である摂氏20度に維持し、前記電解槽の稼働時には電解液を稼働時設定下温度である摂氏50度、稼働時設定上温度である摂氏60度の温度帯の範囲に維持する電解液温度調整手段とを備えたことを特徴とするものである。
請求項3記載の発明に係る電解槽の電解液温度安定装置は、電解槽本体内で電解液を電気分解し、水素と酸素の混成ガスを発生する電解槽の電解液温度安定装置であって、前記電解槽の電気分解に供する電解液を循環させる電解液循環管路と、電解液循環管路に組み込んだヒータを備えた電解液外部タンク、電解液を強制循環する循環ポンプ、電解液循環管路を開閉する開閉バルブ、放熱用ラジエターを含む電解液温度調整部と、前記電解槽の外部に配置した冷却ファンとを有し、前記電解槽の非稼働時には電解液を非稼働設定温度である摂氏20度に維持し、前記電解槽の稼働時には電解液を稼働時設定下温度である摂氏50度、稼働時設定上温度である摂氏60度の温度帯の範囲に維持する電解液温度調整手段とを備えたことを特徴とするものである。
本発明によれば、電解槽の非稼働時における寒冷地、真夏時対策が万全となるとともに、電解槽の稼働時における電解液の温度を安定させることができ、電解槽の安定した連続運転を可能とする電解槽の電解液温度安定装置を提供することができる。
本発明は、電解液循環管路に組み込んだ電解液温度調整手段により、電解槽の非稼働時には電解液を非稼働設定温度(例えば摂氏20度)に維持し、前記電解槽の稼働時には電解液を稼働時設定下温度(例えば摂氏50度)、稼働時設定上温度(例えば摂氏60度)の温度帯の範囲に維持するものであるから、寒冷地、真夏時対策が万全となるとともに、電気分解に供する電解液(この場合、水をもって電解液とすることができる)の温度を安定させることができ、電解槽の安定した連続運転を可能とし、酸素と水素の混成ガスを安定して連続して大量に発生させるようにしたものである。
以下に本発明の実施の形態に係る電解槽の電解液温度安定装置を図面を参照して詳細に説明する。
図1に示す本実施の形態に係る電解槽50の電解液温度安定装置100は、電解槽本体2内で電解液(この場合、水をもって電解液とすることができる)を電気分解し、水素と酸素の混成ガスを発生する電解槽50に付加されたものである。電解槽50は、図2等に示し詳細は後述する2台の電解槽ユニット1を連結することで構成している。
電解槽50により発生した混成ガスは、ガス取り出し系60により取り出され、目的箇所に向けて吐出されるようになっている。
ガス取り出し系60は、一端側が2台の電解槽ユニット1のガス排出部51に連結された取り出し配管61に、圧力計68を備えた圧力リレー62、除湿装置63、水封式ガス逆火防止装置64、乾式ガス逆火防止装置65、ガス遮断器66等を接続した構成となっている。
なお、図1中、67は圧力調整管である。
前記電解液温度安定装置100は、電解槽50の電気分解に供する電解液10(図3参照)を循環させる電解液循環管路101と、この電解液循環管路101に組み込んだ電解液10を加熱するヒータ111を備えた電解液外部タンク112、電解液10を強制循環する循環ポンプ113、電解液循環管路101を開閉する開閉バルブ114、放熱用ラジエター115、116を含む電解液温度調整部120と、前記電解槽50の外部近傍に配置した冷却部である冷却ファン131とを有する電解液温度調整手段130と、前記電解液外部タンク112に対する自動給水を行う給水系140とを有している。
前記電解液循環管路101は、電解槽50と電解液外部タンク112との間に配管され、電気分解に供する電解液10を自然対流により又は循環ポンプ113によって強制的に循環させるようになっている。
循環ポンプ113により電解液10を強制的に循環させる場合には、開閉バルブ114を開にし、循環ポンプ113を作動して、電解液外部タンク112、循環ポンプ113、開閉バルブ114、放熱用ラジエター116を経て、2台の電解槽ユニット1の電解液流入孔21に供給し、更に2台の電解槽ユニット1で電気分解に供された電解液10を電解液排出孔22から放熱用ラジエター115を経て電解液外部タンク112に戻すものである。
なお、放熱用ラジエター115、116の外部近傍にも冷却ファン131を備えている。
給水系140は、一端が水道等の水源に連結され、他端が電解液外部タンク112に連結された給水管路143を具備し、給水管路143の途中に逆流防止用の逆止弁141と、自動給水を行うための給水用電磁開閉バルブ142とを設けている。
次に、図3を参照して前記電解槽ユニット1について説明する。
電解槽ユニット1は、水素、酸素を含む電解液10を内部において液面レベルLの位置まで収納するとともに垂直配置される箱型状の電解槽本体2と、この電解槽本体2に設けられその内部に電解室3を形成する例えばステンレス等からなる一対の矩形の端部電極4、5及びこの一対の端部電極4、5間に互いに間隔を隔て平行配置した例えばステンレス等製で矩形薄板状の例えば6枚の電極6からなる複極式電極部7とを備えている。
複極式電極部7を構成する一対の端部電極4、5は、図3に示すように、電解槽本体2の中央部を垂直方向に貫く状態で、且つ、相互間に図4に示す矩形枠状に形成したゴム製の絶縁体8を介在させる状態で、ボルト11、ナット12により所定の間隔(絶縁体8の板厚)をもって電解槽本体2と一体的に取り付けられている。
複極式電極部7を構成する例えば6枚の電極6は、一対の端部電極4、5の間で、且つ、前記絶縁体8の内周部に沿って例えば矩形状に配置した樹脂材等からなる内部絶縁体13により互いに間隔を隔て平行配置に支持されている。すなわち、内部絶縁体13の矩形を呈する内周部全体に6条の連続溝を平行配置に設け、各連続溝に各電極6の外周部を嵌め込んでいる。
複極式電極部7は、更に、前記一対の端部電極4、5及び各電極6に各々穿設した複数の対流孔14及び対流孔15からなり、前記電解液10を電解槽本体2内で対流させる対流機構を備えている。前記対流孔14及び対流孔15は、いずれも液面レベルLよりも下側の位置となるように穿設している。
前記電解槽本体2内には、前記一対の端部電極4、5で囲まれる電解室3の他に、一対の端部電極4、5の外側の電解液冷却室16、液面レベルLよりも上側の混成ガス取出室17が形成されている。
そして、混成ガス取出室17に臨む配置で前記一対の端部電極4、5及び各電極6に各々ガス孔18及びガス孔19を穿設している。更に、電極6の下部両隅には、電解液流通用の切欠部6aが設けられている。
前記絶縁体8の外周部には、図4に示すように、電解槽本体2内の電解液10に連通しその液面レベルLを検知するためのレベルゲージ24及び電解液10の温度検出用の温度センサ25を取り付けている。なお、図4中、8aは絶縁体8に設けたボルト挿通孔である。
また、前記電解槽本体2には、図3に示すように、電解液流入孔20、電解液流出孔21、電解液排出孔(ドレイン孔)22が設けられている。更に、電解槽本体2の上部には、混成ガス取出室17内の過圧を防止する減圧バルブ23が取り付けられている。
次に、本実施の形態に係る電解槽ユニット1を用いた2連の電解槽50の概略構成について図5を参照して説明する。
この電解槽50は、前記構成の電解槽ユニット1を、混成ガスを外部へ排出するために前記混成ガス取出室17に連通したガス排出部51及び前記電解液流入孔20に連通した電解液供給用の電解液供給管路52を介して複数個(本実施の形態では例えば2個)水平方向に列設配置したものである。
電解槽ユニット1の列設個数は、3個、5個等任意個数とすることが可能である。
なお、電解槽50は、図示していないが一対の端部電極4、5に直流電圧を供給するための電極端子及び電源装置を具備し、更に、図示していないが前記電解液排出孔22に取り付けた排出バルブ等を具備している。
上述した構成の電解槽ユニット1及び電解槽50において、各電解槽ユニット1の電解室3における一対の端部電極4、5に所定の電圧を加えて電流を流すと、前記複極式電極部7による電解作用で電解室3内で電解液10(この場合、水をもって電解液とすることができる)の電気分解が発生し、電解液10内に電子が流出して電解液10に混合している水が分解され、水素ガスと酸素ガスが発生する。
この水素ガスと酸素ガスの混成ガス(学名/通称;ブラウンガス)は、前記ガス孔18、ガス孔19から混成ガス取出室17に至り、更に、ガス排出部51から前記ガス取り出し系60により取り出され、目的箇所に向けて吐出されるようになっている。
一方、前記水素ガスと酸素ガスの混成ガスが発生するときに、電解室3内の電解液10が加熱され、著しく効率が落ちるのが通常であるが、本実施の形態では複極式電極部7に、前記対流孔14及び対流孔15からなり、前記電解液10を電解槽本体2内の電解室3、電解液冷却室16間で対流循環させる対流機構を備えているので、加熱した電解液10を効率よく冷却し電気分解に供することができる。
本実施の形態に係る電解槽50の電解液温度安定装置100において、電解槽50の稼動が停止しており、前記温度センサ25が検出する電解液10の液温が摂氏20度より下がる場合には、電解液温度調整部120の開閉バルブ114を開にし、ヒータ111を動作させ熱対流を利用した熱循環によって電解液10の液温の下降を防ぎ、液温を非稼働時設定温度である摂氏20度に維持する。すなわち、寒冷地対策として、電解液の液温を摂氏20度に保つ。
電解槽50の稼動が停止しており、液温が摂氏20度より上がる場合には、冷却ファン131を始動するとともに、開閉バルブ114を開としたまま、循環ポンプ113を作動し、電解液10を強制循環させ、電解液10の液温をゆっくりと摂氏20度まで冷却していく。すなわち、真夏時対策として、電解液の液温を摂氏20度に保つ。
また、電解槽50の稼動時(摂氏20度以上)では、開閉バルブ114を閉にし、電解液10の循環を停止させ液温上昇を促す。電解液10の液温が稼働時設定下温度である摂氏50度に達した時点で前記冷却ファン131を始動するとともに、開閉バルブ114を開にして、電解液10を循環させる状態とし、電解液10の液温が摂氏50度以上は熱対流を利用した熱循環によって、できるだけゆっくりと液温を上昇させていく。
そして、電解液10の液温が設定上温度である摂氏60度に達した時点で、開閉バルブ114を開としたまま、循環ポンプ113を作動し、電解液10を強制循環させ、電解液の液温をゆっくりと摂氏50度まで冷却していく。
電解液10の液温が摂氏50度に下降した時点で、循環ポンプ113を停止し、開閉バルブ114を開のまま熱対流を利用した熱循環により、ゆっくりと液温上昇を図る。
本実施の形態に係る電解槽50の電解液温度安定装置100によれば、電解槽50稼働時に、電解液10の液温を一定範囲にすることによって、混成ガス発生を安定させることができ、ひいては、電解槽50の連続運転における安定稼動とコストダウンに大きな貢載をもたらすことができる。
また、本実施の形態では、液温が摂氏50度〜60度の範囲、すなわち、最も供給電流・電圧が安定している温度帯で、混成ガスの発生もこれに準じて安定させることができる。
更に、本実施の形態では、電解液10の液温を、摂氏50度〜60度の温度帯の範囲でゆっくりと上下させることで、混成ガス発生を安定させると同時に、電解槽50の外部での液温を下げる時間を稼ぎ、また、全体の電解液10の総量を減らすことも可能となる。
なお、前記電解槽50の用途としては、加工機器関係として、例えば、ガス溶接機器、鉄板切断機、彫金、宝石加工、アクリル加工、ガラス加工への用途があり、また、ガスエネルギー機器関係として、ゴミ焼却、熱交換器、エンジン(内燃機関)、ガスヒータ、ガスタービン、ポンプ、発電機、蓄電装置への用途がある。
更に、上述した本実施の形態に係る電解槽ユニット1を使用した電解槽50の用途としては、禎合エネルギー供給機器関係として、例えば電気エネルギー、ガスエネルギーとしての用途がある。
本発明によれば、電解槽の稼働時における電解液の温度を安定させることができ、電解槽の安定した連続運転を可能とする電解槽の電解液温度安定装置であることから、電解槽の非稼働時における寒冷地、真夏時対策が万全となる。
本発明の実施の形態に係る電解槽の電解液温度安定装置の全体構成を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る電解槽ユニットの概略を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る電解槽ユニットの概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る電解槽ユニットの絶縁体、内部絶縁体、電極の平面図である。 本発明の実施の形態に係る電解槽の概略構成図である。
符号の説明
1 電解槽ユニット
2 電解槽本体
3 電解室
4 端部電極
5 端部電極
6 電極
6a 切欠部
7 複極式電極部
8 絶縁体
10 電解液
11 ボルト
12 ナット
13 内部絶縁体
14 対流孔
15 対流孔
16 電解液冷却室
17 混成ガス取出室
18 ガス孔
19 ガス孔
20 電解液流入孔
21 電解液流出孔
22 電解液排出孔
23 減圧バルブ
24 レベルゲージ
25 温度センサ
50 電解槽
51 ガス排出部
52 電解液供給管路
60 ガス取り出し系
61 取り出し配管
62 圧力リレー
63 除湿装置
64 水封式ガス逆火防止装置
65 乾式ガス逆火防止装置
66 ガス遮断器
68 圧力計
100 電解液温度安定装置
101 電解液循環管路
111 ヒータ
112 電解液外部タンク
113 循環ポンプ
114 開閉バルブ
115 放熱用ラジエター
116 放熱用ラジエター
120 電解液温度調整部
130 電解液温度調整手段
131 冷却ファン
140 給水系
141 逆止弁
142 給水用電磁開閉バルブ
143 給水管路

Claims (3)

  1. 電解槽本体内で電解液を電気分解し、水素と酸素の混成ガスを発生する電解槽の電解液温度安定装置であって、
    前記電解槽の電気分解に供する電解液を循環させる電解液循環管路と、
    前記電解槽の非稼働時には電解液を非稼働設定温度に維持し、前記電解槽の稼働時には電解液を稼働時設定下温度、稼働時設定上温度の温度帯の範囲に維持する電解液温度調整手段と、
    を備えたことを特徴とする電解槽の電解液温度安定装置。
  2. 電解槽本体内で電解液を電気分解し、水素と酸素の混成ガスを発生する電解槽の電解液温度安定装置であって、
    前記電解槽の電気分解に供する電解液を循環させる電解液循環管路と、
    電解液循環管路に組み込んだ電解液温度調整部と、前記電解槽の外部に配置した冷却部とを有し、前記電解槽の非稼働時には電解液を非稼働設定温度である摂氏20度に維持し、前記電解槽の稼働時には電解液を稼働時設定下温度である摂氏50度、稼働時設定上温度である摂氏60度の温度帯の範囲に維持する電解液温度調整手段と、
    を備えたことを特徴とする電解槽の電解液温度安定装置。
  3. 電解槽本体内で電解液を電気分解し、水素と酸素の混成ガスを発生する電解槽の電解液温度安定装置であって、
    前記電解槽の電気分解に供する電解液を循環させる電解液循環管路と、
    前記電解液循環管路に組み込んだヒータを備えた電解液外部タンク、電解液を強制循環する循環ポンプ、電解液循環管路を開閉する開閉バルブ、放熱用ラジエターを含む電解液温度調整部と、前記電解槽の外部に配置した冷却ファンとを有し、前記電解槽の非稼働時には電解液を非稼働設定温度である摂氏20度に維持し、前記電解槽の稼働時には電解液を稼働時設定下温度である摂氏50度、稼働時設定上温度である摂氏60度の温度帯の範囲に維持する電解液温度調整手段と、
    を備えたことを特徴とする電解槽の電解液温度安定装置。
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