JP2014194047A - 気液分離器及び水素・酸素発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気液分離器の気液分離性能の向上を図り、サイズをコンパクト化させることが容易な水素・酸素発生装置を提供する。
【解決手段】気液分離器は気液混合液を収容可能な内部空間を有する容器本体３１を有し、該容器本体には前記気液混合液を前記内部空間に流入させるための混合液流入口３４と、前記分離後の気体を排出するための気体排出口３３と、前記分離後の水を排出するための液体排出口３２とが備えられている。また、前記容器本体３１は、前記内部空間を上部空間３１ｄと下部空間３１ｅとに仕切り、一部又は全部が前記水を透過可能な網目状部材３５ａ2からなる仕切板３５を備え、前記上部空間側において前記混合液流入口３４及び前記気体排出口３３を開口させており、前記下部空間側において前記液体排出口３２を開口させている。
【選択図】図２

Description

本発明は、気液分離器及び水素・酸素発生装置に関し、より詳しくは、水を電気分解して水素ガスと酸素ガスとを発生させる水電解装置を備え、該水電解装置で発生させた前記水素ガス又は前記酸素ガスを前記水とともに含有する気液混合液を気液分離すべく用いられるのに好適な気液分離器と及びこのような気液分離器を備えた水素・酸素発生装置に関する。

近年、クリーンなエネルギー源として水素ガスを利用する機会が広がっており、この水素ガスを得るための方法として水を電気分解して前記水素ガスとともに酸素ガスを発生させる方法が従来広く知られている。
この水素ガスと酸素ガスとを製造する際には、固体電解質膜を備えた水電解装置が用いられており、例えば、前記水電解装置を利用した水素・酸素発生装置としては、前記水電解装置の陽極側を水を循環供給する給水極とし、前記水電解装置の陽極側からは電気分解で発生する酸素ガスと水の気液混合状体で排出させ、陰極側では水素ガスを少量の透過水とともに排出させるように構成されたものが広く用いられている。

即ち、給水ポンプなどで水電解装置の陽極側に水を供給するとともに該水電解装置の陽極側から排出させた気液混合液を気液分離器で酸素ガスと水とに分離した後に分離後の水を再び前記給水ポンプで水電解装置に供給しうるように形成された水素・酸素発生装置が広く用いられている（下記特許文献１参照）。
なお、前記気液分離に際しては、装置構成をシンプルなものとすることができることから前記気液混合液を収容させるための容器によって本質的な部分が構成された気液分離器が用いられており前記容器からなる容器本体中に前記気液混合液を導入させて単に重力の作用によって気液分離させるように構成された気液分離器が広く用いられている。

前記のように陽極側を給水極とし、この給水極側において水を循環させるように構成された水素・酸素発生装置では、陰極側からは水素ガスとともに固体電解質膜を透過した少量の水しか排出されないことから、該水を水素ガスと分離するのに比較的容量の小さな気液分離器を用いることが可能であるが前記陽極側においては、過剰の循環水と酸素ガスとを気液分離する必要があるために陰極側に比べて容量の大きな気液分離器が必要になっている。

ところで、近年の省スペース化の要望などから水素・酸素発生装置も小型化が進行し、従来、主として据え置き利用がなされてきた水素・酸素発生装置を可搬化させることが検討されるようになってきている。

特開２００７−１３１９５４号公報

上記のようなことから気液分離器についてもコンパクト化が求められてはいるが、単に、容器本体の容積を小さくすると容器本体内における気液混合液の実質的な滞留容積が小さくなって分離性能を低下させるおそれを有する。
即ち、気液混合液を重力によって気液分離する方式の気液分離器においては、通常、容器本体の下側に溜まった水を排出させるとともに上側に溜まったガスを排出させるように構成されているが、水の滞留容積を十分に確保することが出来ないと一部の気泡を水に同伴させて排出させるおそれを有する。
そうすると、ガスを含んだ水が給水ポンプに導入されるおそれがありガスの混入によるポンプの動作不良を発生させるなど装置の運転状態に悪影響を及ぼすおそれを有する。
なお、このような問題は、気液分離後の水を再び給水装置によって水電解装置に供給させる際において共通するもので、必ずしも、陽極側で水を循環させる場合に限られた問題ではない。
即ち、上記のような問題は、陰極側が給水極とされており、該陰極側から排出される気液混合液が水素ガスと水とに気液分離器で分離され、得られた水が再び水電解装置に供給されるべく構成されている水素・酸素発生装置においても生ずるものである。

本発明は、このような問題を解決することを課題としており、気液分離器の気液分離性能の向上を図り、サイズをコンパクト化させることが容易な水素・酸素発生装置を提供することを課題としている。

本発明は、前記課題を解決すべく、気体と液体とが混在する気液混合液を重力によって前記気体と前記液体とに分離すべく用いられ、前記気液混合液を収容可能な内部空間を有する容器本体を有し、該容器本体には前記気液混合液を前記内部空間に流入させるための混合液流入口と、前記分離後の気体を排出するための気体排出口と、前記分離後の液体を排出するための液体排出口と、前記内部空間を上部空間と下部空間とに仕切り、一部又は全部が前記液体を透過可能な網目状部材からなる仕切板と、が備えられ、該容器本体が、前記混合液流入口及び前記気体排出口を前記上部空間側において開口させており、且つ、前記液体排出口を前記下部空間側において開口させていることを特徴とする気液分離器を提供する。

また、本発明は、このような気液分離器を有する水素・酸素発生装置を提供する。

本発明の気液分離器は、液体を透過可能な網目状部材で一部又は全部が形成された仕切板で容器本体内の空間が上下に仕切られており、該容器本体に気液混合液を導入するための混合液流入口、及び、気液分離後のガスを排出するための気体排出口が前記仕切板よりも上側に備えられ、気液分離後の水を排出するための液体排出口が前記仕切板よりも下側に備えられている。
即ち、仕切板が備えられていない従来の容器本体においては、分離すべきガスからなる気泡を伴う水の流動が内部において生じ易い状態となっていたが、本発明においては前記網目状部材を通過した水が容器本体の下側に貯留されることになる。
従って、網目状部材を通過する際の抵抗によって該網目状部材を通過する水の勢いを低下させることができ、また、網目状部材を通過させる間に気泡を放出させることができるため、仮に、気泡を含んだ水が仕切板の下側に通過したとしても水の落下勢いが低下されていることから前記仕切板の下側に貯留されている水の深部にまで気泡が到達することを抑制させ得る。
このことから、本発明によれば、容器本体内に貯留させる水の水深を従来よりも浅くさせても従来と同等以上の気液分離性能を確保させることができ気液分離器のサイズをコンパクト化させ得る。

一実施形態に係る水素・酸素発生装置の概略的な系統図。 同実施形態の水素・酸素発生装置における気液分離器の構造を示す概略正面図（ａ）及び該正面図のＸ−Ｘ’線における矢視断面を示す概略断面図（ｂ）。 気液分離器におけるオーバーフロー機構を示した概略断面図。 仕切板を構成する平畳織金網の一態様を示す概略図。 他の２つの形態の気液分離器を例示した概略断面図。

以下に、本発明の好ましい実施の形態の水素・酸素発生装置について説明する。
ここでは、水電解装置から発生されるガスの内の水素ガスのみを有効利用し、酸素ガスを大気放出させるように構成された水素・酸素発生装置を例に本発明の実施形態について説明する。
即ち、本実施形態における水素・酸素発生装置は、その運転時において酸素側が略大気圧状態で水素側のみが高圧状態とされる、いわゆる“差圧運転”が実施されるべく構成されている。
そして、本実施形態の水素・酸素発生装置は、陽極側に水が供給されて該陽極側で水が循環されるようになっており、陰極側には直接的には水が供給されるようにはなっていない。

より具体的には、図１の概略的な系統図に示すように、本実施形態に係る水素・酸素発生装置１００は、純水を電気分解して水素ガスと酸素ガスとを発生させる水電解装置１を備え、この水電解装置１に純水を供給するための給水装置２、および前記水電解装置１の陽極側から発生する酸素ガスを水と分離する気液分離器３をさらに備えている。
また、本実施形態においては、前記水電解装置１の陰極側から発生する水素ガスを水と分離する気液分離器４（以下「第二気液分離器４」ともいう）と、該第二気液分離器４によって分離された水素ガスを除湿・乾燥させるための除湿装置５と、該除湿装置で十分に乾燥がなされた水素ガスを高圧状態で貯留するためのガス貯留装置６とが水素・酸素発生装置１００に備えられている。
さらに、本実施形態の水素・酸素発生装置１００は、電気分解によって消費される純水を前記給水装置２に対して補給するための水補給装置が備えられており、該水補給装置として、水道水から純水を作製するための純水製造装置７が備えられている。

本実施形態における前記水電解装置１としては、固体電解質膜によって陽極側と陰極側とに隔離され、陽極側において純水が電気分解されて酸素ガスが発生され、該電気分解によって生じた水素イオンが固体電解質膜を通って陰極側に移動し、該陰極側で電荷が与えられて水素ガスとなるように構成されたものを採用することができる。

なお、本実施形態においては、この水電解装置１の陽極側が前記給水装置２によって水の供給を受ける給水極とされていることから、該水電解装置１の陽極側からは、発生した酸素ガスが電気分解されずに残った水とともに排出され、該水と前記酸素ガスとを含んだ気液混合液が排出されるようになっている。
一方で、前記水電解装置１は、前記固体電解質膜を通過した少量の水とともに水素ガスが陰極から発生されるように構成されている。

前記水電解装置１に純水の供給を行う給水装置２としては、図にも示されているように前記水電解装置１の陽極側に一端側を接続させた給水配管部２１と該給水配管部２１の途中に設けられた送水ポンプ２２とを備えたものを採用することができる。
なお、本実施形態においては、前記給水配管部２１の他端側が陽極側において気液分離を行う前記気液分離器３（以下「第一気液分離器３」ともいう）に接続されており、該気液分離器３で気液分離された後の水が再び当該給水装置２によって水電解装置１に供給されるように水の循環経路が陽極側において形成されている。

前記第一気液分離器３は、図２、３に示すように酸素ガスを含んだ気液混合液を重力によって気液分離すべく前記気液混合液を収容可能な内部空間を有する容器本体３１を有し、該容器本体には前記気液混合液を前記内部空間に流入させるための混合液流入口３４と、前記分離後の気体を排出するための気体排出口３３と、前記分離後の水を排出するための液体排出口３２とが備えられている。
また、前記容器本体３１は、前記内部空間を上部空間３１ｄと下部空間３１ｅとに仕切り、一部又は全部が前記水を透過可能な網目状部材３５ａ₂からなる仕切板３５を備え、前記上部空間側において前記混合液流入口３４及び前記気体排出口３３を開口させており、前記下部空間側において前記液体排出口３２を開口させている。

本実施形態における第一気液分離器３の具体的な構成を、図２を参照しつつ説明すると、前記第一気液分離器３の容器本体３１の外殻は、主なパーツとして３つのパーツによって構成されている。
即ち、本実施形態における容器本体３１は、円板状の底部と該底部の外周から立ち上がる円筒状の側壁部とを有し前記容器本体３１の底部分を形成する円筒カップ状の下筒部３１ａと、該下筒部３１ａの前記側壁部と略同じ内径を有する円筒状の上筒部３１ｂと、該上筒部３１ｂの上部開口を閉塞するための円板状の上蓋部３１ｃの３つのパーツによって構成されている。
前記下筒部３１ａは、側壁部上端において外側に張り出した鍔部がさらに形成されており、該鍔部の上面側が略水平面となっている一方で下面側が外側に向けて上昇する傾斜面となっている。
即ち、前記鍔部は外側に向けて厚みが薄くなるように形成されている。

また、前記上筒部３１ｂの下端部には、前記下筒部３１ａの上端部に形成されている鍔部と上下対象となる形状の鍔部が形成されている。
即ち、この上筒部３１ｂの下端部に設けられている鍔部は、下面側が水平面で上面側が外側に向けて下降する傾斜面となっている。

本実施形態においては、前記下筒部３１ａと上筒部３１ｂとが前記鍔部の水平面どうしを当接させた状態で該鍔部をフェルールとして利用したクランプ継手のような形で連結されており、２分割式のクランプ３９ａ（２Ｄクランプ）によって連結されている。

また、本実施形態においては、前記上筒部３１ｂの上端部、及び、前記上蓋部３１ｃの外周部にも同様の鍔部が形成されており、該上蓋部３１ｃと前記上筒部３１ｂとが下筒部３１ａと上筒部３１ｂとの連結と同様にクランプ３９ａによって連結されている。

本実施形態においては、気液混合液が、実質的に純水及び酸素ガスのみから構成されていることから、前記気液混合液から酸素ガスを除去した後の液体は、ほぼそのままの状態で水電解装置１での電気分解に利用可能なものとなっている。
従って、本実施形態の水素・酸素発生装置１００は、第一気液分離器３で分離された液体（純水）を水電解装置１に返送すべく構成されている。
具体的には、前記第一気液分離器３は、下筒部３１ａの側壁部の下端側に前記給水配管部２１に向けて気液分離後の水を排出するための前記液体排出口３２が設けられている。

なお、前記第一気液分離器３は、前記上蓋部３１ｃの中央部に気液分離後の酸素ガスを排出するための前記気体排出口３３が開口されており、前記上筒部３１ｂに容器本体内に気液混合液を導入させるための混合液流入口３４が開口されている。
さらに、前記上筒部３１ｂは、前記混合液流入口３４と対向する位置に前記第二気液分離器４において水素ガスと分離させた水を容器本体内に導入するための純水導入口３６を備えている。
また、本実施形態においては、前記下筒部３１ａの側壁部下端近傍に前記液体排出口３２が備えられており、該液体排出口３２と対向する位置において前記純水製造装置７から純水を容器本体内に補給するための純水補給口３７が備えられている。

なお、前記上蓋部３１ｃは、前記気体排出口３３が開口された外蓋３１ｃ₁と通気性を有する網目状部材によって形成された内蓋３１ｃ₂との２重構造となっており、前記クランプ３９ａによって前記上筒部３１ｂに取り付けられた際に、前記内蓋３１ｃ₂が前記混合液流入口３４、及び、前記純水導入口３６よりも上側に位置するように形成されている。
そして、前記上蓋部３１ｃは、前記混合液流入口３４から上筒部３１ｂに導入された気液混合液に含まれている酸素ガスが、前記内蓋３１ｃ₂を形成している網目状部材を通過して前記排出されるように形成されている。

本実施形態における前記内蓋３１ｃ₂は、全体が前記網目状部材で構成されている。
また、前記内蓋３１ｃ₂は、上蓋部３１ｃの下面外周部から垂下し、前記上筒部３１ｂの内径よりも小径な筒状となって垂下する垂下壁３１ｃ₃の下端部において保持されており、前記垂下壁３１ｃ₃の下端開口を塞ぐ形で容器本体３１に備えられている。
即ち、前記内蓋３１ｃ₂は、前記仕切板３５により仕切られた容器本体内の上部空間３１ｄと下部空間３１ｅとの内、前記上部空間３１ｄを仕切る第二の仕切板として備えられている。
以下においては、第二の仕切板たる前記内蓋３１ｃ₂との相違を明示すべく前記下筒部３１ａと前記上筒部３１ｂとの間に挟持された前記仕切板３５を「第一の仕切板」と称することがある。
また、第二の仕切板３１ｃ₂（内蓋３１ｃ₂）によって仕切られた上部空間３１ｄの内、前記第一の仕切板３５を介して下部空間に隣接する部分を「第一上部空間３１ｄ₁」と称することがある。
さらに、第二の仕切板３１ｃ₂によって仕切られた上部空間３１ｄの内、前記垂下壁３１ｃ₃と前記第二の仕切板３１ｃ₂とで包囲された空間を前記第一上部空間と区別すべく「第二上部空間３１ｄ₂」と称することがある。
なお、本実施形態の容器本体３１は、前記第一上部空間３１ｄ₁において混合液流入口３４及び純水導入口３６が開口され、前記第二上部空間３１ｄ₂において前記気体排出口が開口されている。

前記容器本体３１の内部空間を上下に区分けする前記第一仕切板３５は、本実施形態においては、前記下筒部３１ａや前記上筒部３１ｂの内径よりも大径で、且つ、これらの鍔部よりも小径な円板状の板状部３５ａと、該板状部３５ａを上下に貫通するように設けられた２本の管体からなる管体部３５ｂ，３５ｃとを有している。

前記板状部３５ａの外周部は、前記鍔部どうしに挟み込まれてシール機能を発揮させうるように円環状のガスケット材３５ａ₁によって形成されており、該ガスケット材３５ａ₁の内側が、上筒部側から下筒部側へと水を通過可能な網目状部材３５ａ₂で形成されている。

該板状部３５ａの中央部を形成させるための網目状部材３５ａ₂としては、例えば、金属繊維、ガラス繊維、ロックウール、カーボンファイバーなどの無機繊維や合成樹脂繊維、天然繊維などの有機繊維からなる編地、織地、不織布などを採用することができる。
なかでも、前記網目状部材３５ａ₂は、織金網であることが好ましく、図４に示すような平畳織金網であることが特に好ましい。

本実施形態における前記平畳織金網は、図４に示すように、所定のピッチで配された複数本の縦糸Ｆ１と、長手方向を前記縦糸Ｆ１と直交させる横糸Ｆ２とによって構成されたもので、前記縦糸Ｆ１と前記横糸Ｆ２とが何れも保形性を有する金属繊維からなるものである。
そして、前記平畳織金網Ｍは、前記縦糸Ｆ１が略直線的な形状を保持しているのに対して、前記横糸Ｆ２が波形状を有している。
即ち、前記横糸は、縦糸が水平方向に延在する状態となるように平畳織金網Ｍを平置きした際に前記縦糸の上側と下側とを交互に通過するように上下に波打つ形状にて前記平畳織金網Ｍを構成している。

なお、該平畳織金網Ｍとしては、優れた気液分離性能を発揮させる上において、線径（直径（図４のＤ１））０.２５ｍｍ以上０.３５ｍｍ以下の縦糸と、線径（直径（図４のＤ２））０.１９ｍｍ以上０.２５ｍｍ以下の横糸とで構成されており、隣接する前記横糸どうしが互いに接するようにして配され、前記縦糸が０.７５ｍｍ以上１.５ｍｍ以下のピッチ（図４のＰ）で配されているものを採用することが好ましい。

このような網目状部材３５ａ₂を設けることによって発揮される機能について、例えば、平畳織金網を具体例にして説明すると、該平畳織金網の上面側に前記混合液流入口３４から導入された気液混合液は、平畳織金網の線間の開口部を通って下面側に移動することになる。
即ち、この場合、前記ワイヤーメッシュの開口部が通水孔として機能することになるが、このような通水孔を通過するのに際しては、水の表面張力や粘性抵抗といった特性によって通過抵抗が生じることになる。
従って、下筒部側へと移動する水の勢いが平畳織金網の開口部を通過させることで減衰され、水膜が形成される該平畳織金網の通過前において酸素ガスで出来た気泡を破泡させ易くなることで、水と酸素（気体）を効率よく分離することができる。
また、仕切板３５などが設けられていない場合に比べて、水の落下速度も遅くなるため、仮に、酸素ガスからなる気泡を含んだ水が下筒部側に移動したとしても、気泡が下筒部３１ａの底部にまで到達することを防止することができる。
即ち、下筒部３１ａに蓄える水の深さが浅くなっても液体排出口３２を通じて酸素ガスの混入した水が送水ポンプ２２に送られてしまうことを防止することができる。
このことから容器本体３１のサイズをコンパクト化しつつ送水ポンプ２２への酸素ガスの混入を防止することができる。

なお、前記板状部３５ａには、前記網目状部材３５ａ₂によって形成された箇所において当該板状部よりも上側の空間と下側の空間とを連通させるための連通孔が２箇所備えられており、それぞれの連通孔形成箇所に前記管体部３５ｂ，３５ｃが設けられている。
なお、この２つの管体部３５ｂ，３５ｃの内、一方の管体部３５ｂ（以下「第一管体部３５ｂ」ともいう）は、他方の管体部３５ｃ（以下「第二管体部３５ｃ」ともいう）よりも短く形成されており、且つ、その内径が網目状部材３５ａ₂の通水孔に比べてはるかに大きく、網目状部材３５ａ₂を通過させるよりも当該第一管体部３５ｂを通過させる方がはるかに水の抵抗が低くなるように形成されている。

この第一管体部３５ｂは、前記網目状部材３５ａ₂に設けられた２つの連通孔の内の一方の連通孔（以下「第一連通孔」ともいう）の開口位置を板状部３５ａの上面よりもさらに上側に延長させるべく設けられており前記混合液流入口３４から導入される気液混合液の不意の増加や、前記純水導入口３６を通じて第二気液分離器４から純水が導入された際、或いは、網目状部材３５ａ₂に予期せぬ目詰まりが生じるなどした際に、板状部３５ａの上側に水が蓄積され、この水が前記気体排出口３３まで到達することを防止するためのオーバーフロー機構を容器本体内に形成させるべく設けられている。
即ち、本実施形態の前記容器本体内においては、その上部開口を前記気体排出口３３よりも下側に位置させるように前記第一連通孔が前記第一管体部３５ｂによって上方に延長されて容器本体内におけるオーバーフロー機構が形成されている。
さらに、本実施形態における前記第一管体部３５ｂの上部開口は、混合液流入口３４よりも下方に位置している。

一方で、前記第二管体部３５ｃは、前記第一連通孔とは別の連通孔（以下「第二連通孔」ともいう）を第一連通孔よりも上側において開口させるべく備えられており、前記混合液流入口３４の形成位置と略同じ高さとなるように第二連通孔を上側に延長させている。
即ち、本実施形態の第一気液分離器３は、前記容器本体内においてオーバーフロー機構を形成している前記第一管体部３５ｂを通じて前記板状部３５ａの上側の上筒部内の空間から下側の下筒部内の空間に水が流入する際に下部空間３１ｅの酸素ガスを前記第二管体部３５ｃを通じて上側の空間に移動させて水の前記流入を促進させうるように形成されており、前記第二連通孔が第一連通孔よりも開口位置が上側となるように前記第二管体部３５ｃで上側に延長されている。

前記オーバーフロー機構を図３を参照しつつ具体的に説明すると、前記混合液流入口３４からの気液混合液Ａの導入量が過大となるなどして、第一の仕切板３５の上側に水が蓄積され、該水が前記第一管体部３５ｂの設置高さを超える状態になった場合、該第一管体部３５ｂを通じて第一の仕切板３５よりも下側の空間に水が流入され、それ以上の水位の上昇が抑制される。
このとき、板状部３５ａの網目状部材を通じても水が第一の仕切板３５よりも下側の空間に流入する。
なお、この第一管体部３５ｂを通じて導入される水には、気泡が含有されるおそれを有することから、該第一管体部３５ｂの下端側の開口位置は、前記液体排出口３２よりも上側に設けることが好ましい。

また、本実施形態においては、前記第二管体部３５ｃがその上端開口部を水面よりも上側に位置させ、下端が第一の仕切板３５よりも下側に蓄えられている水の水面よりも上側に位置させている。
従って、前記第二管体部３５ｃは、下部空間３１ｅの水面上の空間に溜まっている酸素ガスＧを第一の仕切板３５の上側の空間に移動させてオーバーフロー機構の働きをスムーズにさせる作用を発揮する。
この第二管体部３５ｃについても、その下端側の開口部を下筒部の底部近くに位置させていると該開口部が水に漬かってしまい上記のような作用を発揮させることが難しくなるために、該第二管体部３５ｃは、少なくとも、下端側開口部を前記液体排出口３２よりも上側に設けることが好ましく、より板状部３５に近い位置に下端側開口部を設けることが好ましい。
即ち、第二管体部３５ｃは、下端側開口部を板状部３５の下面と面一な状態にさせることが好ましい。

なお、この第二管体部３５ｃの存在は、第一の仕切板３５よりも上側の空間が加圧状態になるような場合にも有効なものとなる。
例えば、第二管体部３５ｃなどが無い場合には、前記第二の仕切板３１ｃ₂（内蓋）を構成している網目状部材が水に濡れた状態となって酸素ガスの通過抵抗が上昇した場合に混合液流入口３４から導入された気液混合液Ａから酸素ガスが放出されることによって第一上部空間３１ｄ₁が下部空間３１ｅよりも圧力が高くなる可能性があるが本実施形態においては、前記第二管体部３５ｃが備えられていることで第一上部空間３１ｄ₁と、下部空間３１ｅとの均圧化が図られうる。

また、下部空間３１ｅが負圧状態になるような場合にも同じく第二管体部３５ｃは第一上部空間３１ｄ₁と下部空間３１ｅとの均圧化に有効に機能する。
例えば、第二管体部３５ｃなどが無い場合には、気液混合液Ａとしての見掛け体積ではなく混合液流入口３４から導入される実際の水量に比べて前記送水ポンプ２２よって前記液体排出口３２から排出される水量の方が上回ると下部空間３１ｅが第一上部空間３１ｄ₁よりも圧力が低くなる可能性があるが本実施形態においては、前記第二管体部３５ｃが備えられていることで第一上部空間３１ｄ₁と下部空間３１ｅとの均圧化が図られうる。
即ち、第一上部空間３１ｄ₁が下部空間３１ｅに比べて相対的に圧力が高くなると、十分に気液分離がなされない状態で気液混合液が下部空間３１ｅに導入されるおそれがあるが、本実施形態における気液分離器３は、前記第二管体部３５ｃなどの存在によってこのようなおそれが低減されている。

なお、上記のように第二管体部３５ｃは、第一管体部３５ｂのように水を流通させることを主たる目的としておらず、酸素ガスの流通を目的としているために、第一管体部３５ｂと同程度の内径を有する必要はなく、前記網目状部材３５ａ₂によって形成された第一の仕切板３５の通水領域の面積をより広く確保させうる点においては、第一管体部３５ｂよりも外径を細くすることが好ましい。
該第二管体部３５ｃや前記第一管体部３５ｂについては、その材質が特に限定されるものではないが、例えば、ステンレス製パイプなどによって形成させることができる。

このような第一の仕切板３５に対し、前記の第二の仕切板３１ｃ₂は、前記気体排出口３３から酸素ガスを排出させるのに際して気液混合液の導入によって生じた水の飛沫等を同伴させることを防止させ得るように備えられている。
即ち、第二の仕切板３１ｃ₂は、その一部、又は、全部が気体を透過可能な網目状部材で構成させていることから、当該第二の仕切板自体が設けられていない場合に比べて酸素ガスの通過抵抗を増大させる機能を有している。
そのため、本実施形態の第一気液分離器３は、第二の仕切板３１ｃ₂を構成している網目状部材によって前記飛沫を捕捉させることができ、気体排出口３３から酸素ガスとともに前記飛沫が排出されるおそれを抑制させることができる。

なお、前記第二気液分離器４において水素ガスと分離させた水が純水導入口３６より導入され、該水中に水素が溶存している場合があることを想定すると、当該水素ガスを前記気体排出口３３を通じて排出させないことが好ましい。
従って、第二の仕切板を構成する網目状部材は、第一の仕切板を構成する網目状部材（第一の網目状部材）と同じ素材であってもよいが上記のような水素の溶存が想定される場合には、第二の仕切板３１ｃ₂を構成する網目状部材（第二の網目状部材）には水素と酸素との反応において触媒として作用する物質を担持させるか、又は、当該第二の網目状部材自体を触媒活性を有する素材で形成させることが好ましい。

なお、系外に飛沫や水素ガスを排出させないようにするためには、容器本体内に配した第二の仕切板３１ｃ₂に代えて気体排出口３３から上方に延びる気体排出管３８の中に網目状部材を配して第二の仕切板３１ｃ₂の機能を発揮させるようにしても良い。

ここでは詳細には説明は行わないが、容器本体内には、前記第一の仕切板３５や第二の仕切板３１ｃ₂以外にも必要に応じて種々の部材を備えさせることができ、例えば、前記下部空間３１ｅにおける水位が液体排出口３２よりも低くなることを防止すべくこの下側の空間の水位を調整するためのレベルスイッチをこの第一気液分離器３にさらに備えさせるなどして水位調整機構を形成させ、該レベルスイッチからの信号に基づいて送水ポンプ２２による循環水量や、純水製造装置７からこの容器本体内への純水供給量を調整させるようにしてもよい。

本実施形態の水素・酸素発生装置１００においては、陰極側において水素ガスと水とを気液分離するための前記第二気液分離器４もこの第一気液分離器３と同様の構成とすることができるが、本実施形態において第二気液分離器４に導入される水量は第一気液分離器３に導入される水量に比べて遥かに少量で、水素ガスの体積に比べても小さなものであるため、前記第二気液分離器４としては、オートドレンなどのような簡便な機構を用いたものを採用することができる。

前記純水製造装置７については、逆浸透膜装置と、イオン交換樹脂ビーズが容器内に充填されたイオン交換筒とを備え、水道水を逆浸透膜処理した後でイオン交換させるタイプのものや、さらに紫外線照射等によって有機物除去性能が向上されたタイプのものを採用することができる。

なお、本実施形態においては、オーバーフロー機構を形成させるための管体部３５ｂと該オーバーフロー機構の働きを促進させるための管体部３５ｃとを別個に配置した仕切板３５を有する気液分離器３を例示しているが、本発明の気液分離器はこのような例示のものに限定されるものではない。
例えば、図５（ａ）に示すように、内側の管体を外側の管体よりも上側に延長させてなる２重管によってオーバーフロー機構を形成させるための管体部３５ｂと該オーバーフロー機構の働きを促進させるための管体部３５ｃとを備えさせた場合においても、本実施形態において例示した気液分離器３と同様の性能が発揮され、図５（ａ）に例示の気液分離器を有するような場合も本発明の気液分離器として意図する範囲のものである。

さらに、本実施形態においては、容器本体３１を完全に上下に仕切るようにして第一の仕切板３５が設けられている気液分離器３を例示しているが、例えば、図５（ｂ）に示すように第一の仕切板３５が容器本体３１の内壁面近傍において上部空間と下部空間とを連通させるように配されているような場合も本発明の気液分離器として意図する範囲のものである。

なお、この図５（ｂ）に例示の気液分離器は、篩のような枠構造を有する仕切板３５を備えており、容器本体の内径よりも小径な円形枠体３５ｄの一面側に金網などの網目状部材３５ａ₂が張設されており、該網目状部材側が下側となり、且つ、前記円形枠体３５ｄが容器本体３１の内壁面との間に隙間を設けた状態となるように前記仕切板３５が配置されている。
そして、図５（ｂ）に例示の気液分離器は、前記混合液流入口３４から導入された気液分離水が前記円形枠体３５ｄの内側に導入されて前記網目状部材を通過して容器本体の下部空間側に水が移動するように構成されているとともに前記網目状部材を通過する水量を超えて気液分離水が導入された際に、前記円形枠体３５ｄと容器本体３１の内壁面との隙間を通って気液混合液がオーバーフローするように構成されている。

さらに、本発明は、これらに例示のようにオーバーフロー機構を有する気液分離器を必須の構成とするものでもない。
なお、本実施形態においては、このような気液分離器を陽極側に設けた場合を例示しているが、例えば、陰極側において水を循環させるような態様においては、上記のような気液分離器を陰極側に設けて本発明の水素・酸素発生装置とすることができる。
このことにより水素・酸素発生装置は、コンパクト化が容易となり、可搬化が容易となる。
ここではこれ以上の詳述を行わないが、気液分離器、及び、水素・酸素発生装置に係る技術事項で、従来公知の事項については、本発明の効果が著しく損なわれない範囲において本発明に採用が可能である。

１：水電解装置、２：給水装置、３：（第一）気液分離器、３１ｃ２：内蓋（第二の仕切板）、３５：（第一の）仕切板、３５ａ：板状部、３５ａ₂：網目状部材、３５ｂ，３５ｃ：管体部

Claims (11)

1. 気体と液体とが混在する気液混合液を重力によって前記気体と前記液体とに分離すべく用いられ、
   前記気液混合液を収容可能な内部空間を有する容器本体を有し、
   該容器本体には前記気液混合液を前記内部空間に流入させるための混合液流入口と、
   前記分離後の気体を排出するための気体排出口と、
   前記分離後の液体を排出するための液体排出口と、
   前記内部空間を上部空間と下部空間とに仕切り、一部又は全部が前記液体を透過可能な網目状部材からなる仕切板と、
   が備えられ
   該容器本体が、前記混合液流入口及び前記気体排出口を前記上部空間側において開口させており、且つ、前記液体排出口を前記下部空間側において開口させていることを特徴とする気液分離器。
2. 前記網目状部材が、織金網である請求項１に記載の気液分離器。
3. 前記織金網が平畳織金網であり、且つ、線径０.２５〜０.３５ｍｍの縦糸と、線径０.１９〜０.２５ｍｍの横糸とで構成されており、隣接する前記横糸どうしが互いに接するようにして配され、前記縦糸が０.７５〜１.５ｍｍピッチで配されている平畳織金網である請求項２に記載の気液分離器。
4. 前記仕切板が、前記上部空間と前記下部空間とを仕切る板状の仕切板本体と、該仕切板本体を貫通し前記仕切板本体から少なくとも前記上部空間側へと延びる連通管とを備え、前記仕切板本体が前記網目状部材からなり、前記連通管が前記下部空間及び前記上部空間において開口されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の気液分離器。
5. 前記仕切板には第一連通管と第二連通管とを含む複数の前記連通管が備えられ、前記第一連通管は、前記上部空間における開口位置高さが、前記第二連通管の前記上部空間における開口位置高さよりも低くなるように形成されている請求項４記載の気液分離器。
6. 前記第一連通管は、前記仕切板本体から前記上部空間側へと延びるとともに前記下部空間側にも延びるように形成されて前記容器本体の内壁面に沿って備えられており、下端部が当該第一連通管の軸線方向に対して斜めにカットされ且つカット面が前記容器本体の中心側から外側に向けて下り傾斜する形状となっている請求項５記載の気液分離器。
7. 前記仕切板たる第一の仕切板とは別の第二の仕切板がさらに備えられ、該第二の仕切板の一部又は全部が前記気体を透過可能な網目状部材で形成されており、該第二の仕切板は、前記気体排出口を通じて前記容器本体から排出される前記気体を前記網目状部材を通じて前記排出させ得るように配されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載の気液分離器。
8. 前記第二の仕切板が前記上部空間を第一上部空間と第二上部空間とに仕切るように前記容器本体内に配されており、前記混合液流入口が前記第一の仕切板を介して前記下部空間に隣接する前記第一上部空間において開口され、且つ、前記気体排出口が前記第二上部空間において開口されている請求項７項に記載の気液分離器。
9. 前記気体排出口から上方に延びる気体排出管がさらに備えられ、前記第二の仕切板が、該気体排出管内に配されている請求項７記載の気液分離器。
10. 固体電解質膜によって陽極側と陰極側とに隔離され、水が電気分解されて水素ガスと酸素ガスとが発生される水電解装置と、該水電解装置に前記水を供給するための給水装置とを備え、前記水電解装置の陽極側と陰極側との内の少なくとも一方の極が前記給水装置によって水が供給される給水極とされ、前記水電解装置の前記給水極側からは前記水とともに前記水素ガス又は前記酸素ガスを含んだ気液混合液が排出されるように構成されており、該気液混合液が気液分離された後の水が再び前記給水装置によって水電解装置に供給されるべく構成されている水素・酸素発生装置であって、
    給水極側における前記気液分離を実施するための気液分離器として請求項１乃至９のいずれか１項に記載の気液分離器が備えられていることを特徴とする水素・酸素発生装置。
11. 前記電気分解によって消費される水を前記給水装置に補給するための純水製造装置がさらに備えられている請求項１０記載の水素・酸素発生装置。

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