JP2014029034A - 燃焼ガス発生装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】3n個(但し、nは3以上の自然数)の電極と、各々の電極と交互に配置されるスペーサと、を有し、スペーサが、電極と対向する電解反応用開口部と、電解反応用開口部の上方に延設された燃焼ガス回収用開口部と、電解反応用開口部の周縁に段差状に形設され電極と係合する1以上の電極受爪部と、を有し、電解液が充填される電解液充填部を備えている。
【選択図】図5
Description
例えば、(特許文献1)には、電解電流の一極側を両端側電極板に接続し、他極側を中央部電極板に接続したことを特徴とする海水電解槽が開示されている。
(特許文献2)には、多数個の電極板とスペーサを相互交番的に結合させ、スペーサの内周縁面をオーリングでシーリングして電解液充填室を形成する水素−酸素ガス発生機の電解槽構造が開示されている。
(特許文献3)には、内部に電解室を形成した左右一対の電解槽ケースと、複数の電極板を垂直装着するための装着溝が形成され一定間隔に電極板を電解室の中に配列支持するための電極板絶縁支持枠と、を有し、一対の電解槽ケースの結合接触部の間に絶縁板を配置して、電解槽を相互に絶縁させた水素と酸素の混合ガス発生電解槽が開示されている。
(特許文献4)には、大きさの違う大小2種類の四角形電極板を数十枚、大小たがいちがいに等間隔で重ねて、小の電極板の部分を電気分解槽とし、大の電極板を電気分解槽外部に出した状態で重ね合わせた水燃機が開示されている。
(1)(特許文献1)では、複数の電極板の両端側の電極板を電源の一方の電極に接続し、中央部の電極板を電源の他方の電極に接続しているが、両端側の電極板と中央部の電極板の間に配置される電極板の枚数が増え、両端側の電極板と中央部の電極板との間隔が拡がるにつれ、バイポーラ方式の電極構造に近づき、両端側の電極板と中央部の電極板との間の電圧を高くしなければならず、電極板の腐食が発生し易くなるにも関わらず、電極に接続されるのは、両端側の電極板と中央部の電極板のみであり、その間に配置される電極板の枚数も特定されておらず、電気分解の効率性、確実性に欠けるという課題を有していた。
(2)また、(特許文献1)には、海水流通孔を有する複数の電極板と複数の額縁状のガスケットとを交互に積層して構成した電解室に海水を流通させて電気分解を行なうことが記載されているが、電極板とガスケットの外形形状が同一であり、電極板の外周が外部に露出しているため、電極板に手が触れる可能性が高く、取扱い性に欠けるという課題を有していた。
(3)(特許文献2)では、多数個の電極板とスペーサを相互交番的に結合させ、スペーサの内周縁面をオーリングでシーリングして電解液充填室を形成しており、電解液充填室が電極板より狭く、電解液と電極板の接触面積が小さくなって、電極板の面積全体を有効に利用することができず、電気分解の効率性、省資源性に欠けるという課題を有していた。
(4)また、(特許文献2)では、電極板の外周部がスペーサの外方に大きく突出して外部に露出しているため、電極板に手が触れ易く、取扱い性に欠けるという課題を有していた。また、これらの電極板に電源のプラス電極とマイナス電極を交互に接続した場合、電極板への異物などの付着等により、ショートが発生するおそれがあり、動作の確実性、メンテナンス性に欠けるという課題を有していた。
(5)(特許文献3)では、複数の電極板を垂直装着するための装着溝が形成され一定間隔に電極板を電解室の中に配列支持するための電極板絶縁支持枠が必要なだけでなく、一対の電解槽ケースの結合接触部の間に絶縁板を配置して電解槽を相互に絶縁しなければならず、構造が複雑で部品点数が多く、組立及び分解の作業性、メンテナンス性、量産性に欠けるという課題を有していた。
(6)また、(特許文献3)では、電解室が電極板絶縁支持枠や電解槽ケースで囲まれているため、放熱性に欠けるが、温度上昇を防ぐための対策が施されておらず、動作の安定性、耐久性に欠けるという課題を有していた。
(7)(特許文献4)では、大きさの違う大小2種類の四角形電極板を大小たがいちがいに等間隔で重ねて、小の電極板の部分を電気分解槽としているため、大の電極板の外周部分を電極として有効に利用することができず、電気分解の効率性、省資源性に欠けるという課題を有していた。
(8)また、(特許文献4)では、小の電極板は全部それぞれ四個所の縁に絶縁物で縁どりされているため、電源の電極と直接接続して電圧を印加することが困難であり、大の電極板のみを使用してバイポーラ方式で駆動する場合には、電圧を高くしなければならず、電極板の腐食が発生し易く、実用性、耐久性に欠けるという課題を有していた。大の電極板のみを使用してモノポーラ方式で駆動する場合には、大の電極板を電気分解槽外部に出した状態で重ね合わせているため、電極板に手が触れ易く、取扱い性に欠けると共に、電極板への異物などの付着等により、ショートが発生するおそれがあり、動作の確実性、メンテナンス性に欠けるという課題を有していた。
ていなかった。
本発明の請求項1に記載の燃焼ガス発生装置は、電解液を電気分解することにより酸素ガス及び水素ガスを含む燃焼ガスを発生させる燃焼ガス発生装置であって、3n個(但し、nは3以上の自然数)の電極と、各々の前記電極と交互に配置されるスペーサと、を有し、前記電極が、(3i−2)番目及び(3i)番目に配設され電圧印加も接地もされないフロート電極群(但し、i=1〜nの自然数)と、(2+6(j−1))番目に配設され正電圧又は負電圧が印加される第1電極群(但し、j=1〜n1、n1は2以上の自然数)と、(5+6(k−1))番目に配設され前記第1電極群の電極に印加される電圧と逆極性の電圧が印加される第2電極群(但し、k=1〜n2、n2は1以上の自然数)と、を備え、前記スペーサが、前記電極と対向する電解反応用開口部と、前記電解反応用開口部の上方に延設された燃焼ガス回収用開口部と、前記電解反応用開口部の周縁に段差状に形設され前記電極と係合する1以上の電極受爪部と、を有し、前記電解液が充填される電解液充填部を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
(1)3n個(但し、nは3以上の自然数)の電極と、各々の電極と交互に配置されるスペーサと、を有することにより、多数の電極を簡便かつ確実に所定の間隔で保持することができ、温度上昇やショートの発生を防止することが可能で、取扱い性、耐久性、動作の確実性、安定性に優れる。
(2)電極が、(3i−2)番目及び(3i)番目に配設され電圧印加も接地もされないフロート電極群(但し、i=1〜nの自然数)と、(2+6(j−1))番目に配設され正電圧又は負電圧が印加される第1電極群(但し、j=1〜n1、n1は2以上の自然数)と、(5+6(k−1))番目に配設され第1電極群の電極に印加される電圧と逆極性の電圧が印加される第2電極群(但し、k=1〜n2、n2は1以上の自然数)を有するので、第1電極群の電極に正電圧又は負電圧が印加され、第2電極群の電極に第1電極群の電極と逆極性の電圧が印加されることにより、第1電極群及び第2電極群の各電極の両側に隣接して配設されたフロート電極群の各電極は、静電誘導によって、隣接する第1電極群及び第2電極群の各電極と逆極性に帯電し、交互に正及び負に帯電することになるため、電気接続の箇所を減らし、電極間の距離を縮めて、電極に印加する電圧を低減し、発熱や電極の腐食を抑えることができ、全ての電極を有効に利用して、正に帯電した電極の表面からは水素ガス、負に帯電した電極の表面からは酸素ガスを効率的に発生させることができると共に、電解槽をコンパクト化することができ、燃焼ガス発生の効率性、省エネルギー性、設置自在性に優れる。
(3)スペーサの電解液充填部が、電極と対向する電解反応用開口部と、電解反応用開口部の周縁に段差状に形設され電極と係合する1以上の電極受爪部を有することにより、各々の電極のほぼ全面が電解液に接した状態で、隣接する電極と対向するため、電極の面積を有効に利用して酸素ガス及び水素ガスを発生させることができ、燃焼ガス発生の効率性に優れる。
(4)スペーサの電解液充填部が、電解反応用開口部の周縁に段差状に形設され電極と係合する1以上の電極受爪部を有することにより、電極を電解反応用開口部の位置に合わせて簡便かつ確実に保持することができ、組立作業性に優れると共に、電極の外周をスペーサで囲繞して、隣接するスペーサ同士を隙間なく密着させ、電解液充填部に確実に電解液を保持することができ、電気分解の信頼性に優れる。
(5)スペーサの電解液充填部が、電解反応用開口部の上方に延設された燃焼ガス回収用開口部を有することにより、電解反応用開口部で発生する燃焼ガスを燃焼ガス回収用開口部に集めて燃焼ガス排出部から確実に排出、回収することができ、燃焼ガス回収の効率性に優れる。
電極としては、ステンレス,ニッケル,クロム,金,白金,チタン,タンタル等の金属や炭素等の導電性基材を用いることができる。また、銅や真鍮等の導電性基材の表面を白金等で被覆したものも用いることができるが、特にチタンの表面に白金を電着する等して形成された不溶性電極が好適に用いられる。不溶性電極を用いることにより、電極からのスラッジ発生がなく、電解液のメンテナンスが容易で、長寿命性に優れ、高電流密度で使用でき、燃焼ガス発生の効率性に優れる。
電極の形状としては、板状,棒状,シート状,薄膜状,網状等の種々の公知のものを用いることができる。
第1電極群及び第2電極群の電極に印加する電圧は直流であるが、電源としては直流パルス電源が好適に用いられる。尚、電極の表面に水素分子や酸素分子が付着すると電流が一時的に遮断され、水素分子や酸素分子が剥離した時に電流が流れるので、必ずしも直流パルスを使用する必要はない。
燃焼ガス回収用開口部は電解反応用開口部の上端側に連設されるが、上方に向かって幅が狭まる三角形状や台形状に形成したものが好適に用いられる。電解反応用開口部で発生する燃焼ガスを燃焼ガス回収用開口部の上端部に集めて効率的に回収するためである。特に、燃焼ガス回収用開口部の下端部の幅が、電解反応用開口部の上端側の幅と同等になるように形成した場合、電極全体から発生する燃焼ガスを漏れなく確実に燃焼ガス回収用開口部に集めることができ、燃焼ガス回収の効率性に優れる。
この構成により、請求項1の作用に加え、以下のような作用を有する。
(1)スペーサが、電解反応用開口部の周縁部に形設された電解液流通部を有することにより、隣接するスペーサの電解反応用開口部同士を電解液流通部によって確実に連通させることができるので、電解液を速やかに流通させ、隣接する電極間に確実に電解液を充填して、電解液充填部全体を電解液で満たすことができ、電解液の充填性、電気分解の確実性に優れる。
この構成により、請求項1又は2の作用に加え、以下のような作用を有する。
(1)最外層の電極又はスペーサに当接して電極及びスペーサを両外側から挟持する一対の挟持部を備え、少なくとも一方の挟持部が、下端側に形設され電解液充填部に電解液を供給するための電解液供給部を有することにより、スペーサと挟持部で電解槽を形成して装置を小型化することができ、省スペース性に優れる。
(2)電解液供給部が、挟持部の下端側に形設されているので、発生した燃焼ガスの移動を妨げることなく、確実に電解液を供給することができ、動作の安定性に優れる。特に、両側の挟持部の下端側に電解液供給部を形設した場合、装置(電解槽)が傾いても、確実に一方の電解液供給部から電解液を供給し続けることができ、動作の確実性に優れる。
(3)少なくとも一方の挟持部の上端側に形設され燃焼ガス回収用開口部と連通して電解液充填部の内部に発生した燃焼ガスを排出するための燃焼ガス排出部を有するので、電解液充填部の上方(燃焼ガス回収用開口部)に溜まる燃焼ガスを確実に挟持部から外に排出して無駄なく回収することができ、燃焼ガスの回収の効率性に優れる。特に、両側の挟持部の上端側に燃焼ガス排出部を形設した場合、装置(電解槽)が傾いても、高い位置にある燃焼ガス排出部から確実に燃焼ガスを排出して回収し続けることができ、動作の確実性に優れる。
(4)電解液供給部及び燃焼ガス排出部と接続され電解液が貯留される1以上の電解液タンクを有するので、電解液充填部の内部で燃焼ガスが発生し、燃焼ガス排出部から排出されて電解液タンクに回収されることにより電解液が減少しても、電解液タンクから電解液を補充して、連続的に運転し続けることができ、動作の安定性に優れる。特に、両側の挟持部に形設された電解液供給部及び燃焼ガス排出部を介して2つの電解液タンクを配置した場合、装置(電解槽)が傾いても、電解液充填部に確実に電解液を供給しながら燃焼ガスを回収し続けることができ、動作の確実性に優れる。
(5)電解液供給部及び燃焼ガス排出部を介して挟持部と電解液タンクが一体化されているので、装置全体をコンパクト化することができ、取扱い性、設置自在性に優れると共に、挟持部と電解液タンクを接続する配管が不要で、電解液の供給不良や燃焼ガスの回収不良が発生し難く、安定した連続運転が可能で、動作の安定性、メンテナンス性に優れる。
この構成により、請求項3の作用に加え、以下のような作用を有する。
(1)電解液タンクの上端部に形設された電解液注入部を有することにより、電解液や水を簡便に補充することができ、取扱い性に優れる。
(2)電解液注入部に連結された燃焼ガス排出管を有することにより、電解液タンクに集められた燃焼ガスをさらに大きなタンクに貯留したり、燃焼ガスを自動車等のエンジンその他の燃焼機関に供給して燃焼させたりすることができ、使用性に優れる。
ここで、電解液注入部は、初期の電解液の注入及び減少した電解液の補充に使用する。尚、電解液が減少した場合は、電解液ではなく、水のみを補給してもよい。電解液に凍結防止用のエタノールを添加した場合、冬場や寒冷地においても水溶性の電解液が凍結することなく、確実に安定して燃焼ガスを発生させることができ、動作の安定性、信頼性に優れる。
請求項1に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
(1)逆極性の電圧が印加される第1電極群及び第2電極群の各々の電極の前後(表裏)にそれぞれフロート電極群の電極を1枚ずつ配設することにより、フロート電極群の各電極を、隣接する第1電極群及び第2電極群の各電極と逆極性に帯電させることができ、電気接続の数を減らし、電極間の距離を縮めて、電極に印加する電圧を低減し、発熱や電極の腐食を抑えながら、全ての電極を有効に利用して、水素ガス及び酸素ガスを効率的に発生させることができ、コンパクト性、燃焼ガス発生の効率性、省エネルギー性、設置自在性に優れた静電誘導方式の燃焼ガス発生装置を提供することができる。
(2)電解反応用開口部で発生する燃焼ガスを燃焼ガス回収用開口部に集めて燃焼ガス排出部から確実に排出、回収することができる燃焼ガス回収の効率性に優れた燃焼ガス発生装置を提供することができる。
(1)隣接するスペーサの電解反応用開口部同士を電解液流通部で確実に連通させ、供給される電解液を速やかに流通させることができ、隣接する電極間に確実に電解液を充填して電解液充填部全体を電解液で満たすことができる電解液の充填性、電気分解の確実性に優れた燃焼ガス発生装置を提供することができる。
(1)電解液供給部及び燃焼ガス排出部を介して挟持部と電解液タンクが一体化され、コンパクト性、取扱い性、設置自在性に優れ、挟持部と電解液タンクを接続する配管が不要で、電解液の供給不良や燃焼ガスの回収不良が発生し難く、安定した連続運転が可能な動作の安定性、メンテナンス性に優れた燃焼ガス発生装置を提供することができる。
(1)電解液タンクの燃焼ガス排出管から燃焼ガスを排出させ、さらに大きなタンクに貯留したり、自動車等のエンジンその他の燃焼機関に供給して燃焼させたりすることができる使用性に優れた燃焼ガス発生装置を提供することができる。
(実施の形態1)
図1は実施の形態1における燃焼ガス発生装置を示す模式正面図であり、図2は実施の形態1における燃焼ガス発生装置を示す模式側面図である。
図1中、1は実施の形態1の燃焼ガス発生装置、2は燃焼ガス発生装置1の電解槽、2aは電解槽2の両側部に配設された挟持部、6は電解槽2の両側の挟持部2aの下端側に形設され電解槽2の内部に電解液を供給するための電解液供給部、7は電解槽2の両側の挟持部2aの上端側に形設され電解槽2の内部に発生した燃焼ガスを排出するための燃焼ガス排出部、9は電解槽2の外周で挟持部2aに貫装された8本のボルト軸、10は挟持部2aの外側でボルト軸9の両端部に挿着されたワッシャ、11は挟持部2aの外側でボルト軸9の両端部に螺着されたナット、12は両側の電解液供給部6及び燃焼ガス排出部7とそれぞれ接続され電解液が貯留される2つの電解液タンク、13は各々の電解液タンク12の上端部に形設された電解液注入部、13aは電解液注入部13の先端開口部に着脱自在に覆設された蓋部、14は電解液注入部13に連結された燃焼ガス排出管、14aは一端が2つの電解液タンク12の電解液注入部13にそれぞれ接続された燃焼ガス排出管14の接続管、14bは2つの接続管14aの他端側を集合させて接続した燃焼ガス排出管14の集合管である。
図3は実施の形態1における燃焼ガス発生装置の電解槽を示す要部模式正面分解図である。
図3中、3aは3n枚の電極の内、一方の端から数えて(3i−2)番目及び(3i)番目に配設され電圧印加も接地もされないフロート電極群3Aの電極(但し、i=1〜nの自然数、nは3以上の自然数)、3bは3n枚の電極の内、一方の端から数えて(2+6(j−1))番目に配設され正電圧又は負電圧が印加される第1電極群3Bの電極(但し、j=1〜n1、n1は2以上の自然数)、3cは3n枚の電極の内、一方の端から数えて(5+6(k−1))番目に配設され第1電極群3Bの電極3bに印加される電圧と逆極性の電圧が印加される第2電極群3Cの電極(但し、k=1〜n2、n2は1以上の自然数)、4は各々の電極3a,3b,3cと交互に積層されるスペーサ、8は挟持部2aに穿設されボルト軸9(図1,2参照)が挿通されるボルト貫通孔である。
本実施の形態では、チタンの表面に白金を電着した不溶性電極を電極3a,3b,3cとして使用した。これにより、電極3a,3b,3cからのスラッジ発生がなく、電解液のメンテナンスが容易で、長寿命性に優れ、高電流密度で使用でき、燃焼ガス発生の効率性に優れる。
尚、電極3a,3b,3cの材質はこれに限定されるものではなく、ステンレス,ニッケル,クロム,金,白金,チタン,タンタル等の金属や炭素等の導電性基材を用いることができる。
図4は、実施の形態1における燃焼ガス発生装置の電極の配置を示す模式斜視図である。
図4中、3dは第1電極群3B及び第2電極群3Cの電極3b,3cの上端側の一側部に形成された端子部である。これらの端子部3dをそれぞれ電源のプラス電極及びマイナス電極に電気接続することにより、第1電極群3B及び第2電極群3Cの電極3b,3cに電圧を印加することができる。尚、図1,2,6では、説明の都合上、端子部3dを省略した。
尚、図3及び図4は、n=3、n1=2、n2=1の場合の電極3a,3b,3cの配置を示しているが、電極3a,3b,3cの数や配置はこれに限定されるものではなく、上記の関係を満たす範囲で適宜、選択することができる。
図5は、実施の形態1における燃焼ガス発生装置のスペーサを示す模式斜視図である。
図5中、5は電解液が充填されるスペーサ4の電解液充填部、5aは電極3a,3b,3cと対向する電解液充填部5の略矩形状の電解反応用開口部、5bは電解反応用開口部5aの上方に延設され燃焼ガス排出部7(図1,3参照)と連通する電解液充填部5の略台形状の燃焼ガス回収用開口部、5cは電解反応用開口部5aの周縁の四隅に略三角形状の段差状に形設され電極3a,3b,3cと係合する電解液充填部5の電極受爪部、5dは電解反応用開口部5aの周縁部の内の両側辺部と下辺部に形設された電解液充填部5の電解液流通部、5eは第1電極群3Bの電極3bの端子部3dをスペーサ4の外部に取り出すための電極端子取り出し溝である。
尚、図5に示したスペーサ4は、第1電極群3Bの電極3b(図4参照)と対向配置されるスペーサであり、第2電極群3Cの電極3cと対向配置されるスペーサでは電極3cの端子部3d(図4参照)の位置に対応して電極端子取り出し溝5eが形成され、フロート電極群3Aの電極3aと対向配置されるスペーサでは電極端子取り出し溝5eは形成されない。
また、スペーサ4の板厚は電極3a,3b,3cの板厚よりも厚く形成し、電極受爪部5cの段差は電極3a,3b,3cの板厚と同等以上の深さに形成した。これにより、電極3a,3b,3cの外周をスペーサ4で囲繞することができ、電極3a,3b,3cの端子部3d以外が電解槽2の外部に露出することがなく、隣接するスペーサ4同士を隙間なく密着させて、水密な電解槽2を形成することができ、電解液の漏れを防止することができる。
電解槽2は、ボルト軸9とナット11の螺着により簡便かつ強固に固定することができ、組立及び分解の作業性に優れる。尚、必要に応じて、スペーサ4の表面や外周に接着剤や粘着剤などを塗布若しくは充填する等してシールしてもよい。
燃焼ガス回収用開口部5bは、上方に向かって幅が狭まる台形状に形成した。これにより、電解反応用開口部5bで発生する燃焼ガスを燃焼ガス回収用開口部5bの上端部に集めて効率的に回収することができる。特に、燃焼ガス回収用開口部5bの下端部の幅が、電解反応用開口部5aの上端側の幅と同等になるように形成した場合、燃焼ガスが電解反応用開口部5aから燃焼ガス回収用開口部5bにスムーズに流れ、途中に溜まることがなく、電極3a,3b,3c全体から発生する燃焼ガスを漏れなく確実に燃焼ガス回収用開口部5bに集めることができ、燃焼ガス回収の効率性に優れる。また、燃焼ガス排出部7を燃焼ガス回収用開口部5bの頂部(上辺側)の中央付近に配置することにより、電解槽2の長手方向と平行な軸心周りに電解槽2が傾いても、燃焼ガス排出部7が電解液で塞がれることがなく、燃焼ガス排出部7から確実に燃焼ガスを排出することができ、燃焼ガスの供給安定性に優れる。これにより、燃焼ガス発生装置1を自動車等に搭載した際に、自動車等が坂道を走行する等して車体(電解槽2)が傾いても、燃焼ガスを安定して供給することができ、信頼性に優れる。
尚、スペーサ4の形状はこれに限定されるものではなく、適宜、選択することができる。
図6は、実施の形態1における燃焼ガス発生装置の動作原理を示す要部模式正面図である。
図6中、15は第1電極群3Bの電極3b及び第2電極群3Cの電極3cと電気接続された燃焼ガス発生装置1の電源部である。
尚、図6では説明の都合上、スペーサ4を省略し、電極3a,3b,3cの周りは電解液で満たされているものとする。
一方の端から数えて(3i−2)番目及び(3i)番目に電圧印加も接地もされないフロート電極群3Aの電極3aが配設される(但し、i=1〜nの自然数)が、ここではn=3であるので、i=1〜3となり、1,3,4,6,7,9番目がフロート電極群3Aの電極3aとなる。
また、一方の端から数えて(2+6(j−1))番目に正電圧が印加される第1電極群3Bの電極3bが配設される(但し、j=1〜n1、n1は2以上の自然数)が、電極3a,3b,3cの総枚数3n=9であるので、n1=2であり、j=1〜2となり、2,8番目が第1電極群3Bの電極3bとなる。
また、一方の端から数えて(5+6(k−1))番目に第1電極群3Bの電極3bに印加される電圧と逆極性の負電圧が印加される第2電極群3Cの電極3cが配設される(但し、k=1〜n2、n2は1以上の自然数)が、電極3a,3b,3cの総枚数3n=9であるので、n2=1であり、k=1となり、5番目が第2電極群3Cの電極3cとなる。
その結果、9枚全ての電極3a,3b,3cが、交互に負と正に帯電し、各々の電極3a,3b,3cから水素ガス又は酸素ガスを発生させることができる。
本実施の形態では、n=3(n1=2、n2=1)の場合で説明したが、nの増加に合わせて、上記の関係に従って電極3a,3b,3cを配置することができる。
この燃焼ガス発生装置1は自動車や船舶等に搭載することができるが、電極3a,3b,3cやスペーサ4の厚みを薄くすることにより、電解槽2をコンパクト化することができる。また、電解槽2の左右2箇所に燃焼ガス排出部7及び電解液タンク12が設けられているので、自動車等が坂道を走行する等して電解槽2が長手方向に向かって傾き、一方の燃焼ガス排出部7が電解液で塞がれても、他方の燃焼ガス排出部7から確実に燃焼ガスを排出して電解液タンク12に回収することができ、燃焼ガスの回収、供給の安定性に優れる。
(1)3n個(但し、nは3以上の自然数)の電極と、各々の電極と交互に配置されるスペーサと、を有することにより、多数の電極を簡便かつ確実に所定の間隔で保持することができ、温度上昇やショートの発生を防止することが可能で、取扱い性、耐久性、動作の確実性、安定性に優れる。
(2)電極が、(3i−2)番目及び(3i)番目に配設され電圧印加も接地もされないフロート電極群(但し、i=1〜nの自然数)と、(2+6(j−1))番目に配設され正電圧又は負電圧が印加される第1電極群(但し、j=1〜n1、n1は2以上の自然数)と、(5+6(k−1))番目に配設され第1電極群の電極に印加される電圧と逆極性の電圧が印加される第2電極群(但し、k=1〜n2、n2は1以上の自然数)を有するので、第1電極群の電極に正電圧又は負電圧が印加され、第2電極群の電極に第1電極群の電極と逆極性の電圧が印加されることにより、第1電極群及び第2電極群の各電極の両側に隣接して配設されたフロート電極群の各電極は、静電誘導によって、隣接する第1電極群及び第2電極群の各電極と逆極性に帯電し、交互に正及び負に帯電することになるため、電気接続の箇所を減らし、電極間の距離を縮めて、電極に印加する電圧を低減し、発熱や電極の腐食を抑えることができ、全ての電極を有効に利用して、正に帯電した電極の表面からは水素ガス、負に帯電した電極の表面からは酸素ガスを効率的に発生させることができると共に、電解槽をコンパクト化することができ、燃焼ガス発生の効率性、省エネルギー性、設置自在性に優れる。
(3)スペーサの電解液充填部が、電極と対向する電解反応用開口部と、電解反応用開口部の周縁に段差状に形設され電極と係合する1以上の電極受爪部を有することにより、各々の電極のほぼ全面が電解液に接した状態で、隣接する電極と対向するため、電極の面積を有効に利用して酸素ガス及び水素ガスを発生させることができ、燃焼ガス発生の効率性に優れる。
(4)スペーサの電解液充填部が、電解反応用開口部の周縁に段差状に形設され電極と係合する1以上の電極受爪部を有することにより、電極を電解反応用開口部の位置に合わせて簡便かつ確実に保持することができ、組立作業性に優れると共に、電極の外周をスペーサで囲繞して、隣接するスペーサ同士を隙間なく密着させ、電解液充填部に確実に電解液を保持することができ、電気分解の信頼性に優れる。
(5)スペーサの電解液充填部が、電解反応用開口部の上方に延設され燃焼ガス排出部と連通する燃焼ガス回収用開口部を有することにより、電解反応用開口部で発生する燃焼ガスを燃焼ガス回収用開口部に集めて燃焼ガス排出部から確実に排出、回収することができ、燃焼ガス回収の効率性に優れる。
(6)スペーサが、電解反応用開口部の周縁部に形設された電解液流通部を有することにより、隣接するスペーサの電解反応用開口部同士を電解液流通部によって確実に連通させることができるので、電解液を速やかに流通させ、隣接する電極間に確実に電解液を充填して、電解液充填部全体を電解液で満たすことができ、電解液の充填性、電気分解の確実性に優れる。
(7)最外層の電極又はスペーサに当接して電極及びスペーサを両外側から挟持する一対の挟持部を備え、少なくとも一方の挟持部が、下端側に形設され電解液充填部に電解液を供給するための電解液供給部を有することにより、スペーサと挟持部で電解槽を形成して装置を小型化することができ、省スペース性に優れる。
(8)電解液供給部が、挟持部の下端側に形設されているので、発生した燃焼ガスの移動を妨げることなく、確実に電解液を供給することができ、動作の安定性に優れる。特に、両側の挟持部の下端側に電解液供給部を形設した場合、装置(電解槽)が傾いても、確実に一方の電解液供給部から電解液を供給し続けることができ、動作の確実性に優れる。
(9)少なくとも一方の挟持部の上端側に形設され電解液充填部の内部に発生した燃焼ガスを排出するための燃焼ガス排出部を有するので、電解液充填部の上方(燃焼ガス回収用開口部)に溜まる燃焼ガスを確実に挟持部から外に排出して無駄なく回収することができ、燃焼ガスの回収の効率性に優れる。特に、両側の挟持部の上端側に燃焼ガス排出部を形設した場合、装置(電解槽)が傾いても、高い位置にある燃焼ガス排出部から確実に燃焼ガスを排出して回収し続けることができ、車両や船舶等の燃焼ガス供給機として使用しても動作の確実性に優れる。
(10)電解液供給部及び燃焼ガス排出部と接続され電解液が貯留される1以上の電解液タンクを有するので、電解液充填部の内部で燃焼ガスが発生し、燃焼ガス排出部から排出されて電解液タンクに回収されることにより電解液が減少しても、電解液タンクから電解液を補充して、連続的に運転し続けることができ、動作の安定性に優れる。特に、両側の挟持部に形設された電解液供給部及び燃焼ガス排出部を介して2つの電解液タンクを配置した場合、装置(電解槽)が傾いても、電解液充填部に確実に電解液を供給しながら燃焼ガスを回収し続けることができ、動作の確実性に優れる。
(11)電解液供給部及び燃焼ガス排出部を介して挟持部と電解液タンクが一体化されているので、装置全体をコンパクト化することができ、取扱い性、設置自在性に優れると共に、挟持部と電解液タンクを接続する配管が不要で、電解液の供給不良や燃焼ガスの回収不良が発生し難く、安定した連続運転が可能で、動作の安定性、メンテナンス性に優れる。
(12)電解液タンクの上端部に形設された電解液注入部を有することにより、電解液や水を簡便に補充することができ、取扱い性に優れる。
(13)電解液注入部に連結された燃焼ガス排出管を有することにより、電解液タンクに集められた燃焼ガスをさらに大きなタンクに貯留したり、燃焼ガスを自動車等のエンジンその他の燃焼機関に供給して燃焼させたりすることができ、使用性に優れる。
(14)電解液に凍結防止用のエタノールを添加した場合、冬場や寒冷地においても水溶性の電解液が凍結することなく、確実に安定して燃焼ガスを発生させることができ、動作の安定性、信頼性に優れる。
(実施例1)
電極の寸法は、高さ150mm、幅75mmとし、チタンの表面に白金を電着した不溶性電極を使用した。また、電極の総枚数は24枚(第1電極群の電極4枚を2,8,14,20番目に配置、第2電極群の電極4枚を5,11,17,23番目に配置し、残りはフロート電極群の電極16枚)とし、各電極間の距離は1mmとした。
2Lの水道水に4gの電解質を加えたものを電解液として使用し、第1電極群の電極と第2電極群の電極の間に12Vの電圧を印加した。
このとき、消費電流と電解液の温度変化を測定した。
電極の寸法を高さ150mm、幅150mmとし、4Lの水道水に8gの電解質を加えた電解液を使用し、第1電極群の電極と第2電極群の電極の間に18Vの電圧を印加した以外は、実施例1と同様にして、電極間の電流と電解液の温度変化を測定した。
図7によれば、実施例1では、運転開始から50分程度の間、消費電流は、12A程度でほぼ一定であったが、その後、10分程度の間に急激に低下し、以後は9A程度で安定した。また、電解液温度は、消費電流が12A程度でほぼ一定の間は、急激に上昇し続けるが、消費電流が低下し始めると、温度上昇が緩やかになり、消費電流が9A程度で安定すると、電解液の温度も60℃程度で安定し、それ以上、上昇することはなかった。
尚、図7には、運転開始から5.5時間経過後までしか示していないが、48時間連続して運転しても、消費電流及び電解液温度に変化は見られず、安定して運転することができた。
また、運転開始から運転終了まで、1時間おきに水素ガスの発生量を測定したところ、1分当たり約500ccの水素ガスが継続して発生していることが確認できた。
また、運転開始から運転終了まで、1時間おきに水素ガスの発生量を測定したところ、1分当たり約1000ccの水素ガスが継続して発生していることが確認できた。
実施例2では、実施例1の2倍の面積の電極を使用したため、ほぼ2倍の水素ガスが発生したが、消費電流は1.7倍程度に抑えられ、電解液の温度上昇による発熱量も1.3程度まで抑えられている(温度上昇量は0.65倍だが、電解液の量が2倍になっているため熱量としては1.3倍)ことがわかった。
2 電解槽
2a 挟持部
3,3a,3b,3c 電極
3d 端子部
3A フロート電極群
3B 第1電極群
3C 第2電極群
4 スペーサ
5 電解液充填部
5a 電解反応用開口部
5b 燃焼ガス回収用開口部
5c 電極受爪部
5d 電解液流通部
5e 電極端子取り出し溝
6 電解液供給部
7 燃焼ガス排出部
8 ボルト貫通孔
9 ボルト軸
10 ワッシャ
11 ナット
12 電解液タンク
13 電解液注入部
13a 蓋部
14 燃焼ガス排出管
14a 接続管
14b 集合管
15 電源部
Claims (4)
- 電解液を電気分解することにより酸素ガス及び水素ガスを含む燃焼ガスを発生させる燃焼ガス発生装置であって、
3n個(但し、nは3以上の自然数)の電極と、各々の前記電極と交互に配置されるスペーサと、を有し、
前記電極が、(3i−2)番目及び(3i)番目に配設され電圧印加も接地もされないフロート電極群(但し、i=1〜nの自然数)と、(2+6(j−1))番目に配設され正電圧又は負電圧が印加される第1電極群(但し、j=1〜n1、n1は2以上の自然数)と、(5+6(k−1))番目に配設され前記第1電極群の電極に印加される電圧と逆極性の電圧が印加される第2電極群(但し、k=1〜n2、n2は1以上の自然数)と、
を備え、
前記スペーサが、前記電極と対向する電解反応用開口部と、前記電解反応用開口部の上方に延設された燃焼ガス回収用開口部と、前記電解反応用開口部の周縁に段差状に形設され前記電極と係合する1以上の電極受爪部と、を有し、前記電解液が充填される電解液充填部を備えた
ことを特徴とする燃焼ガス発生装置。 - 前記スペーサが、前記電解反応用開口部の周縁部に形設された電解液流通部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の燃焼ガス発生装置。
- 最外層の前記電極又は前記スペーサに当接して前記電極及び前記スペーサを両外側から挟持する一対の挟持部を備え、
少なくとも一方の前記挟持部が、下端側に形設され前記電解液充填部に電解液を供給するための電解液供給部と、上端側に形設され前記燃焼ガス回収用開口部と連通して前記電解液充填部に発生した燃焼ガスを排出するための燃焼ガス排出部と、を有し、
前記電解液が貯留される1以上の電解液タンクが、前記電解液供給部及び前記燃焼ガス排出部と接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃焼ガス発生装置。 - 前記電解液タンクの上端部に形設された電解液注入部と、前記電解液注入部に連結された燃焼ガス排出管と、を備えたことを特徴とする請求項3に記載の燃焼ガス発生装置。
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