JP2016222961A - 電解式水素ガス発生装置の電気分解槽 - Google Patents

Abstract

【課題】イオン交換膜を用いて水の電気分解を行う水素ガス発生装置の電気分解槽において、イオン交換膜と電極とを簡易な手段で固定し、イオン交換膜の破損を防ぐ。【解決手段】水の電気分解を行う電気分解槽１は、イオン交換膜ＩＥにより水素ガス発生槽１Ｈと酸素ガス発生槽１Ｏとに分割されている。イオン交換膜ＩＥの両側には、直流電源の陽極及び陰極に接続される電極板２Ｐ、２Ｍがそれぞれ設置され、これらは、水素ガス発生槽１Ｈのケース１ＨＣと酸素ガス発生槽１Ｏのケース１ＯＣとを通しボルト等で締め付けることにより、互いに密着した状態で固定される。水を貯留する水素ガス発生槽１Ｈと酸素ガス発生槽１Ｏの空間部には、その周縁部及び中央部に、電極板２Ｐ、２Ｍをイオン交換膜ＩＥに押し付けるリブが設けてある。【選択図】図２

Description

本発明は、イオン交換膜を用いて水を電気分解し水素ガスを発生する装置、特に、循環ポンプ等の大掛かりな設備が不要で、一般家庭などに設置して簡易に使用することができる小型の電解式水素ガス発生装置に関するものである。

水の電気分解により水素ガスを発生させ、この水素ガスを食品や飲料品に溶解させたり体内に直接吸入したりすることで、過酸化物の還元を行う、あるいは食品等の酸化による劣化を防止する方法が、従来から知られている。一例として、特開２００４−３５０５３８号公報には、水で満たした電気分解槽の内部をイオン交換膜（固体高分子膜）により２つに分割し、イオン交換膜の両面に直流電圧を印加して陰極側から水素ガスを発生させ、その水素ガスをコップ内の液体飲料に溶解する装置が開示されている。

また、特開２０１４−１９９５０号公報には、イオン交換膜とその両面にそれぞれ密着する一対の電極板により電気分解板を構成し、電気分解板を仕切板として両側に水素ガス発生槽及び酸素ガス発生槽を設けた卓上型水素ガス発生装置が開示されている。この卓上型水素ガス発生装置は、純水を電気分解して、発生した水素ガスを体内への吸引、科学実験等に利用する装置であって、図５にその概要を示す。
図５において、電気分解槽１にはイオン交換膜を一対の電極板で挟んだ電気分解板２０が設置され、電気分解槽１は、陰極側の水素ガス発生槽１Ｈと陽極側の酸素ガス発生槽１Ｏとに分割される。Ａ部拡大図に示すとおり、電気分解板２０は、イオン交換膜ＩＥの両面に孔の開いた網目状の電極板２Ｐ、２Ｍを密着させたもので、イオン交換膜及び２枚の電極板は、樹脂製のリベット２１でかしめることにより一体的に結合される。また、イオン交換膜ＩＥは電極板よりも外側に広がっており、Ｂ部拡大図に示すとおり、その外側の部分を水素ガス発生槽１Ｈのケースと酸素ガス発生槽１Ｏのケースとで挟み込むことにより、電気分解板２０は、電気分解槽１に固定される。水素ガス発生槽１Ｈ側の電極板２Ｍは直流電源の−側に、酸素ガス発生槽１Ｏ側の電極板２Ｐは直流電源の＋側にそれぞれ接続される。

電気分解によって水素ガス発生槽１Ｈに生成された水素ガスは、水素ガス取出し管ＰＨを経由して洗浄ビン３に導かれる。洗浄ビン３には所定の水位となるように浄水が入れられており、水素ガス取出し管ＨＰは、洗浄ビン３の底部付近に開口するので、水素ガス発生槽１Ｈの水素ガスには水圧によって一定の圧力が作用している。洗浄ビン３の上部に溜まった水素ガスは、抽出管４から体内への吸入等使用目的に応じて送出される。また、電気分解槽１に純水を供給するための給水タンク５が設置されており、給水タンク５の底部は、連通管により水素ガス発生槽１Ｈ及び酸素ガス発生槽１Ｏの底部とそれぞれ連結されている。

ところで、電気分解板２０に直流電圧を印加し電気分解を行う過程では、電気泳動によって酸素ガス発生槽１Ｏの純水が水素ガス発生槽１Ｈに移動したり、電気分解板２０で発生する熱により電気分解槽１内の純水が蒸発したりして、両方のガス発生槽に水位差が生じる。そして、水素ガス発生槽１Ｈに加わる圧力（洗浄ビン３の水中への放出に伴う背圧）は、底部の連通管を介して酸素ガス発生槽１Ｏにも作用し、水位差が大きくなると酸素ガス発生槽１Ｏから純水が溢れたり、電気分解板２０に働く水圧の差に起因して、ケースに挟まれたイオン交換膜ＩＥが破損する恐れがある。
水素ガス発生槽１Ｈの圧力に対抗するため、酸素ガス発生槽１Ｏの上部には、ステンレス等の鋼球ＢＬを用いた保圧弁（逆止弁）が弁座ＶＳに接するようにして設置されており、酸素ガス発生槽１Ｏの圧力が所定の値となって鋼球ＢＬを押し上げるまで、酸素ガスの放出を防止している。これにより、両方のガス発生槽の水位をバランスさせて、過剰の水位差の発生を防いでいる。

特開２００４−３５０５３８号公報 特開２０１４−１９９５０号公報

図５の水素ガス発生装置は、イオン交換膜を用いて純水を電気分解するものであり、純水を使用するため不純物の析出等に起因する装置の劣化が生じることはなく、耐用年数の長い装置である。また、循環ポンプ等の大掛かりな設備が不要な小型の装置であって、一般家庭などの使用に好適であるが、イオン交換膜と電極板とを組み合わせた電気分解板の構造、あるいは、水素ガス発生槽１Ｈと酸素ガス発生槽１Ｏとの水位のバランスについて次のような問題点がある。

図５における電気分解板２０は、樹脂製のリベット２１を用いてイオン交換膜ＩＥの両面に電極板２Ｐ、２Ｍを固定したものである。リベットで締結するには、リベットの頭部を半球形に変形させる加熱加工などが必要であるとともに、金属製の電極板にリベットの軸を通すための貫通孔を予め設ける必要があり、電気分解板２０の製造に多くの時間とコストがかかる。

また、電気分解板２０は、イオン交換膜ＩＥを水素ガス発生槽１Ｈのケースと酸素ガス発生槽１Ｏのケースの間に挟み込んで電気分解槽１に固定され、両方のガス発生槽に水位差が生じると、水圧差でイオン交換膜ＩＥが破損する恐れがある。図５の水素ガス発生装置では、酸素ガス発生槽１Ｏの上部に鋼球ＢＬを用いた保圧弁が設置され、電気分解で生じた酸素ガスの大気中への開放を阻止して過剰な水位差の発生を抑えているが、鋼球ＢＬ及びその弁座ＶＳの加工が複雑であるとともに、その開放圧力の設定が困難である。つまり、水素ガス発生槽１Ｈの圧力は、電気分解による水素ガスの発生量や洗浄ビン３からの水素ガスの抽出量により変動し、電気分解に伴って生じる熱による純水の蒸発量によっても変動する。そのため、例えば、鋼球ＢＬの重さを変更しながら保圧弁の開放圧力を調整する作業は、作業者の熟練と時間を要するものとなる。
本発明の課題は、簡易な構造によって、リベットを用いずにイオン交換膜及び電極板を固定し、また、水素ガス発生槽と酸素ガス発生槽との間の水位差でイオン交換膜が破損しないようにして、上述の問題点を解決することにある。

上記の課題に鑑み、本発明は、イオン交換膜を用いて水を電気分解し水素ガスを発生させる水素ガス発生装置において、イオン交換膜とその両面にそれぞれ設置される電極板とを、酸素ガス発生槽のケースと水素ガス発生槽のケースとの間に挟み、両方のケースを締め付けて密着した状態で保持し、リベット等の締結具を用いることなく電気分解槽に固定するものである。すなわち、本発明は
「イオン交換膜により仕切られた電気分解槽に水を貯留し、前記イオン交換膜の両面にそれぞれ設置した陽極電極及び陰極電極の間に直流電圧を印加して水の電気分解を行い、陰極電極から水素ガスを発生させる水素ガス発生装置であって、
前記電気分解槽は、前記イオン交換膜により、陽極電極側の酸素ガス発生槽と陰極電極側の水素ガス発生槽とに分割され、前記酸素ガス発生槽と前記水素ガス発生槽とがそれぞれ水を貯留するケースを備えるとともに、前記陽極電極と陰極電極とがそれぞれ板状の電極板として構成されており、さらに、
前記イオン交換膜とその両面にそれぞれ設置された前記電極板とは、前記酸素ガス発生槽のケースと前記水素ガス発生槽のケースとに挟まれて密着して保持される」
ことを特徴とする水素ガス発生装置となっている。

請求項２に記載のように、前記酸素ガス発生槽と前記水素ガス発生槽とのケースに、水を貯留し、前記イオン交換膜側の開放された空間部を設け、前記空間部の外側には平面を形成するとともに、前記空間部の周縁には、前記平面との間に段差を有し前記電極板を前記イオン交換膜に押圧する押圧部を形成することが好ましい。この場合においては、請求項３に記載のように、前記イオン交換膜に向けて直線状に延びるリブを前記空間部の周縁及び中央に設け、このリブを前記押圧部とすることができる。

請求項４に記載のように、前記酸素ガス発生槽と前記水素ガス発生槽とのケースには、前記イオン交換膜と反対側に、それぞれ金属製の放熱板を設けることが好ましい。

また、請求項５に記載のように、前記酸素ガス発生槽の上部を常時大気中に開放し、かつ、前記酸素ガス発生槽の底部と前記水素ガス発生槽の底部とを水位調整用開閉弁を備えた連通管で連結し、前記水位調整用開閉弁を、陽極電極及び陰極電極に直流電圧が印加されて電気分解が行われるときは閉弁し、電気分解が終了したときは、前記酸素ガス発生槽と前記水素ガス発生槽の水位が同一となるよう所定時間開弁することが好ましい。

本発明の水素ガス発生装置は、イオン交換膜により仕切られた電気分解槽に水を入れ、イオン交換膜の両面に取り付けた一対の電極間に電流を流して水の電気分解を行い、陰極電極から水素ガスを発生させるものである。イオン交換膜を用いた小型の装置であって、電気分解する水として純水を使用できるため、耐用年数も長い。
そして、本発明の水素ガス発生装置では、酸素ガス発生槽と水素ガス発生槽とが水を貯留するケースを備えるとともに、イオン交換膜とその両面にそれぞれ設置された板状の電極板とが、酸素ガス発生槽のケースと水素ガス発生槽のケースとに挟まれて密着して保持される。単にケースを締め付けるだけで保持することができ、リベットのような締結具を使用する保持方法ではないので、電気分解槽の製造が非常に容易となる。

また、本発明の水素ガス発生装置では、イオン交換膜が、両側から金属製の電極板に挟まれ電極板と重なった状態で両方のケースの間に支持される。水素ガス発生装置の稼働中には、電気泳動などに伴って酸素ガス発生槽と水素ガス発生槽との間に水位差が生じ、イオン交換膜に水圧差が作用するが、本発明のイオン交換膜は、電極板により両面から支持され補強されるため、水圧差が作用しても破損することはない。

請求項２の発明は、酸素ガス発生槽と水素ガス発生槽とのケースに、イオン交換膜側の開放された空間部を設けてここに水を貯留し、空間部の外側のケースには平面を形成するとともに、空間部の周縁には、その平面との間に段差を有し電極板をイオン交換膜に押圧する押圧部を形成するものである。空間部の外側の平面（イオン交換膜側のいわば合わせ面）と段差のある押圧部には、金属製の電極板が収容されるようになるので、電極板がケースに対して確実に位置決めされ、イオン交換膜と両側の電極板とを強固に密着させて一体化することができる。
この場合に、請求項３の発明のように、水を貯留する空間部に、押圧部として、イオン交換膜に向けて直線状に延びるリブを周縁及び中央に設けたときは、空間部の周縁のみならず中央においてもイオン交換膜と電極板とが確実に密着し、電気分解中の通電の際の接触抵抗が低減することとなる。

請求項４の発明は、酸素ガス発生槽と水素ガス発生槽とのケースに、イオン交換膜と反対側にそれぞれ金属製の放熱板を設けるものである。このような放熱板を設けると、電気分解中に発生する熱を効率的に放熱し、温度上昇に起因する純水の蒸発や装置の熱的障害を回避できる。さらに、金属製の放熱板により酸素ガス発生槽等のケースの強度及び剛性が増加するため、ケースの合成樹脂等の壁の厚さを減少することが可能であって、ケース内の純水から放熱板への熱伝達における伝熱抵抗を一層低減することができる。放熱板の材料としては、アルミニウム等、熱伝導率の大きい金属が好ましい。

また、請求項５の発明は、酸素ガス発生槽の上部を常時大気中に開放し、かつ、酸素ガス発生槽の底部と水素ガス発生槽の底部とを水位調整用開閉弁を備えた連通管で連結し、その水位調整用開閉弁を、陽極電極及び陰極電極に直流電圧が印加されて電気分解が行われるときは閉弁し、電気分解が終了したときは、酸素ガス発生槽と水素ガス発生槽の水位が同一となるよう所定時間開弁するものである。
上述のとおり、本発明のイオン交換膜は、電極板により両面から支持され補強されるため、多少の水圧差が作用しても破損することはない。つまり、酸素ガス発生槽の上部を常時大気中に開放したとしても、通常の電気分解の継続時間中に発生する水位差では、イオン交換膜が損傷することはない。そして、水素ガス発生装置の稼働中に生じた水位差は、電気分解が終了したときの水位調整用開閉弁の開弁という簡易な制御手段によって解消できる。図５の水素ガス発生装置のように、酸素ガス発生槽に鋼球を用いた保圧弁を設置するものではないので、鋼球や弁座等が不要で構造及び加工が簡易化され、保圧弁の開放圧力を調整する面倒な作業も必要としない。

本発明の水素ガス発生装置の一実施例を示す全体図である。 図１の水素ガス発生装置の電気分解槽の構造図である。 図１の水素ガス発生装置のケースを示す図である。 図１の水素ガス発生装置の水位変化を表すグラフである。 従来の水素ガス発生装置の一例を示す全体図である。

以下、図面に基づいて、本発明の水素ガス発生装置について説明する。
図１は、図５と同様に、本発明の水素ガス発生装置を概略的に示す全体図であり、図１では、図５の水素ガス発生装置の部品と対応するものについては、同一の符号を付している。図２には、本発明の水素ガス発生装置における電気分解槽の具体的な構造を斜視図等で示し、また、図３は、電気分解槽のケースの構造を示す図となっている。

始めに、本発明の水素発生装置の全体的な構造について述べる。図１において、水を電気分解するための電気分解槽１の中間部には、イオン交換膜ＩＥが設置されており、電気分解槽１は、水素ガス発生槽１Ｈと酸素ガス発生槽１Ｏとに分割されている。電気分解槽１に純水を供給するよう、電気分解槽１と並列に給水タンク５が設置され、給水タンク５の底部を、水素ガス発生槽１Ｈの底部と酸素ガス発生槽１Ｏの底部とに連結する連結管５１が設けられる。

一対の電極板２Ｐ、２Ｍが、イオン交換膜ＩＥの両側にそれぞれ密着するように配置してあり、水素ガス発生槽１Ｈ側の電極板２Ｍが直流電源の−側に、酸素ガス発生槽１Ｏ側の電極板２Ｐが直流電源の＋側に接続される。図２から分かるとおり、イオン交換膜ＩＥと電極板２Ｐ、２Ｍとは、一体に重ね合わせた状態で、水素ガス発生槽１Ｈと酸素ガス発生槽１Ｏのケースの周縁部などに挟み込まれて保持される。電気分解槽１の詳細な構造については、図２、図３を参照しながら後述する。

水素ガス発生槽１Ｈのケース１ＨＣの上部には、水素ガス取出し筒１ＨＥが立設され、電気分解により生じた水素ガスは、水素ガス取出し管ＰＨ（実際には水素ガス取出し筒１ＨＥの横方向に接続される）を経由して、洗浄ビン３に導かれる。洗浄ビン３には一定水位まで清浄な水などが貯留されており、水素ガスは、その底部付近で放出される。また、洗浄ビン３には空気ポンプＡＰが接続してあり、電気分解で生じた水素ガスは、空気と混合されて抽出管４から目的の使用個所に送出される。図１の実施例では、空気ポンプＡＰからの空気は水中に放出されているが、水面から上方で放出してもよい。
なお、洗浄ビン３と連結する水素ガス取出し管ＰＨの管路は、逆止弁ＣＶが介在する分岐管路により大気と連通されている。逆止弁ＣＶは、電気分解の終了により水素ガス発生槽１Ｈが冷却されて負圧となったときに、分岐管路から大気を導入して、洗浄ビン３内の浄水などが水素ガス発生槽１Ｈに逆流するのを防止する。

本発明の水素ガス発生装置においては、電気分解により生じた酸素ガスは常時大気中に放出されており、そのための放出筒１ＯＥが、酸素ガス発生槽１Ｏのケース１ＯＣの上部に立設されている。放出筒１ＯＥは、所定の長さを備えた単なるパイプであるが、電気分解に伴う熱により酸素ガス発生槽１Ｏから発生する水蒸気が酸素ガス放出管１ＯＥの内壁に凝結する。凝結し液化した水は、放出筒１ＯＥから酸素ガス発生槽１Ｏ内に落下するので、純水の無駄な消費が抑止されるとともに、水蒸気が装置の他の部分で凝縮して不具合を起こすなどの事態が回避される。

さらに、本発明の水素ガス発生装置では、酸素ガス発生槽１Ｏの底部と水素ガス発生槽１Ｈの底部とが、水位調整用開閉弁ＳＶ１（電磁弁）の設置された連通管で連結される。この連通管は、図１の実施例の水素ガス発生装置では、給水タンク５の底部を、水素ガス発生槽１Ｈの底部と酸素ガス発生槽１Ｏの底部とに連結する連結管５１の一部となっている。水位調整用開閉弁ＳＶ１は、電極板２Ｐ、２Ｍの間に直流電圧が印加されて電気分解が行われるとき、つまり、水素ガス発生装置の稼働中には閉鎖される。
水位調整用開閉弁ＳＶ１が水素ガス発生装置の稼働中に閉鎖されるため、電気分解中に発生する水素ガスの圧力（洗浄ビン３の水中への放出による背圧）が酸素ガス発生槽１Ｏに及ぶことはない。したがって、酸素ガス発生槽１Ｏが大気開放されていても、その中の純水が溢れだすことは防止される。

電気分解中には、電気泳動による水の移動あるいは熱による水の蒸発などに起因して、水素ガス発生槽１Ｈの水位と酸素ガス発生槽１Ｏの水位との間に差が生じる。この水位差は、本発明では、電気分解が終了し水素ガス発生装置の稼働が停止したときに、水位調整用開閉弁ＳＶ１を所定時間開弁することによって解消される。
電気分解中に生じる水位差は、水素ガス発生装置の通常の稼働時間であればそれほど大きな値とはならない。この水位差について本出願人が実験した結果を図４に示すが、水素ガス発生装置を２時間稼働（イオン交換膜を流れる電流：１．５Ａ）した後の水位差は約２０ｍｍであり、稼働開始時に水素ガス発生槽１Ｈの上方に適当な空間を残すよう純水を充填すると、稼働中の水素ガス発生槽１Ｈからの溢れを防止することができる。そして、本発明のイオン交換膜ＩＥは、電極板２Ｐ、２Ｍにより補強される形で固定されるので、電気分解中に生じる水位差で破損することはない。

図１に示す本発明の水素ガス発生装置の実施例においては、電気分解槽１と連なる給水タンク５の上部を、開放用開閉弁ＳＶ２（電磁弁）を介して大気と連通するとともに、水素ガス発生槽１Ｈの上部を、開放用開閉弁ＳＶ３（電磁弁）を介して大気と連通している。そして、これらの開放用開閉弁ＳＶ２、ＳＶ３を、水位調整用開閉弁ＳＶ１の開閉に合わせ、水位調整用開閉弁ＳＶ１が閉弁するときには閉弁し、開弁するときには開弁するよう制御する。これによって、稼働停止時に水位調整用開閉弁ＳＶ１を開放したときには、給水タンク５及び水素ガス発生槽１Ｈの上部も大気と連通するので、水位調整用開閉弁ＳＶ１の流路が小径であったとしても、給水タンク５、水素ガス発生槽１Ｈ及び酸素ガス発生槽１Ｏの水位が短時間で同一となる。

また、図１に示す本発明の水素ガス発生装置の実施例では、洗浄ビン３に空気ポンプＡＰによる空気の供給装置を取り付け、水素ガス発生装置の稼働中においては、水素ガス発生槽１Ｈから導かれた水素ガスに空気を混合する。この構成によって、水素ガスの濃度は可燃範囲外の約３％まで希釈され、水素ガスの爆発の恐れが解消される。

ここで、本発明の水素ガス発生装置の図１の実施例における電気分解槽１の詳細な構造について、主に図２及び図３を参照して説明する。
図２に示すように、電気分解槽１は、中央に設置したイオン交換膜ＩＥの両側に一対の電極板２Ｐ、２Ｍを配置し、これらを、水素ガス発生槽１Ｈのケース１ＨＣと酸素ガス発生槽１Ｏのケース１ＯＣの周縁部などで一体的に挟み込んだ基本的な構造を備えている。電極板の拡大図に示すとおり、この実施例における電極板２Ｐ、２Ｍは、エキスパンドメタル等をプレス成型して製造した網目板２Ｂに電極ケーブル２Ｃを溶接したものであって、網目板２Ｂの表面には、腐食防止のための白金のコーティングが施される。イオン交換膜ＩＥは電極板２Ｐ、２Ｍよりも広く、重ね合わせたときに電極板の外側となる周辺部を備えている。

水素ガス発生槽１Ｈのケース１ＨＣは、図３に詳しく示すとおり、一定の厚さを有する長方形断面の板状材に、その片面に開口する同じく長方形断面の空間部ＳＰを設けたものであって、空間部の外側には、枠状の平面ＰＬが形成される。空間部ＳＰの開口部は、イオン交換膜ＩＥにより閉鎖されて、長方形断面の空間部ＳＰには電気分解用の純水が貯留される。酸素ガス発生槽１Ｏのケース１ＯＣは、水素ガス発生槽のケース１ＨＣと対称的な形状を備えており、両方のケースは、枠状の平面ＰＬにイオン交換膜ＩＥの周辺部を挟んで、背中合わせの形で結合される。結合する際には、イオン交換膜ＩＥの合わせ面からの水の漏洩を防止するようＯリングＳＬを設置する（Ａ−Ａ断面図参照）。そのため、酸素ガス発生槽１Ｏのケース１ＯＣには、ＯリングＳＬの設置用の溝Ｇが形成してある。
これらのケースは、電気分解によるガスの発生状況を確認するため、例えば、透明な合成樹脂であるアクリル樹脂で製造するのが好ましい。

水素ガス発生槽１Ｈのケース１ＨＣには、長方形断面の空間部ＳＰの周縁部に、厚さ方向に直線状に延びる６本のリブ（突起）ＲＢが設けられ、また、中央部分にも２本のリブＲＢ（縦方向のリブで連結される）が設けられている。これらのリブＲＢは、ケース１ＨＣと一体に形成されていて、リブＲＢの開口部側の端面は、ケース１ＨＣの枠状の平面ＰＬよりも僅かに引き込まれた位置に設定され（段差Ｘ）、この段差部分には、陰極側となる電極板２Ｍが収容される。酸素ガス発生槽１Ｏのケース１ＯＣにも、同様なリブＲＢが一体に形成されている。

図２に示すとおり、イオン交換膜ＩＥの両側に電極板２Ｐ、２Ｍを配置し、これらを、水素ガス発生槽１Ｈのケース１ＨＣと酸素ガス発生槽１Ｏのケース１ＯＣで挟み込んだときは、イオン交換膜ＩＥの周辺部が両方のケースの枠状の平面ＰＬに挟まれて固定されると同時に、電極板２Ｐ、２Ｍの網目板２Ｂ部分が、リブＲＢの開口部側の端面とケースの枠状の平面ＰＬとの段差Ｘにそれぞれ入り込み、リブＲＢでイオン交換膜ＩＥに押し付けられる。このように、リブＲＢは、電極板２Ｐ、２Ｍをイオン交換膜ＩＥに押圧する押圧部として機能し、本発明の電気分解槽１では、水素ガス発生槽１Ｈのケース１ＨＣと酸素ガス発生槽１Ｏのケース１ＯＣを単に締め付けることにより、イオン交換膜ＩＥの両側に電極板２Ｐ、２Ｍを強固に密着させることができる（Ａ−Ａ断面図参照）。

つまり、本発明の電気分解槽１では、締結具を用いないので、網目状の電極板に孔を開ける煩雑な作業を省くことができ、また、孔開けに伴って生じやすい不具合、例えば、いわゆる「バリ」によるイオン交換膜ＩＥの破損、を避けることができる。
なお、図２、図３の実施例では、ケース１ＨＣ等の厚さ方向に直線状に延びるリブＲＢを設けて押圧部としているが、枠状の平面ＰＬとの間に段差Ｘを設定した棚状の突出部（ケースの厚さ方向の寸法は小さい）を、空間部ＳＰの周縁部から横方向に突出させて押圧部としてもよい。

さらに、本発明の電気分解槽１では、図２に示すとおり、水素ガス発生槽１Ｈのケース１ＨＣと酸素ガス発生槽１Ｏのケース１ＯＣとの裏側（イオン交換膜ＩＥと接する開口部の反対側）に、それぞれアルミニウム製の放熱板ＲＤが設けられている。この放熱板ＲＤは、ケース１ＨＣ、１ＯＣと同一形状をなす板材の表面に、縦方向に延びる多数の放熱フィンＲＦを一体に形成したもので、ケース１ＨＣ等の裏側の壁Ｗ（図３）に密着して取り付けられる。

電気分解を利用する水素ガス発生装置では、電気分解に伴う発熱によって純水が蒸発するが、本発明では、その熱の大気中への放熱が放熱板ＲＤによって促進され、電気分解槽１の温度上昇が抑制される。したがって、水素ガス発生装置における熱的障害を回避できるとともに、純水の無駄な消費も回避できる。
また、アルミニウム製の放熱板ＲＤを水素ガス発生槽１Ｈのケース１ＨＣ等の裏側に取り付けることにより、アクリル樹脂製のケース１ＨＣ等が補強され、電気分解槽１の強度及び剛性が増加する。そのため、ケース１ＨＣ等の裏側の壁Ｗの厚さを小さくすることが可能となり、放熱板ＲＤへの熱伝達が良好となる。イオン交換膜ＩＥを挟んで対称的に配置される、水素ガス発生槽１Ｈのケース１ＨＣ及び放熱板ＲＤと酸素ガス発生槽１Ｏのケース１ＯＣ及び放熱板ＲＤとは、ケースの周縁部に設置した、全体を貫通する通しボルト等を用いて一体的に締結される（図２の組立図参照）。

以上詳述したように、本発明は、イオン交換膜を用いて水を電気分解し水素ガスを発生させる水素ガス発生装置において、イオン交換膜とその両面にそれぞれ設置される電極板とを、酸素ガス発生槽のケースと水素ガス発生槽のケースとの間に挟み、両方のケースを締め付けて密着した状態で保持し、締結具を用いることなく電気分解槽に固定するものである。上述の実施例では、酸素ガス発生槽等のケースの材料として透明なアクリル樹脂を使用しているが、その他の樹脂等が使用できるのは言うまでもない。また、水位調整用開閉弁として、電磁弁に代えて空気圧により操作される開閉弁を用いるなど、上述の実施例に対し種々の変形が可能であるのは明らかである。

１ 電気分解槽
１Ｈ 水素ガス発生槽
１Ｏ 酸素ガス発生槽
２Ｍ、２Ｐ 電極板
３ 洗浄ビン
５ 給水タンク
ＩＥ イオン交換膜
ＲＢ リブ（押圧部）
ＲＤ 放熱板

上記の課題に鑑み、本発明は、イオン交換膜を用いて水を電気分解し水素ガスを発生させる水素ガス発生装置において、イオン交換膜とその両面にそれぞれ設置される電極板とを、酸素ガス発生槽のケースと水素ガス発生槽のケースとの間に挟み、両方のケースを締め付けて密着した状態で保持し、リベット等の締結具を用いることなく電気分解槽に固定するものである。すなわち、本発明は
「イオン交換膜により仕切られた電気分解槽に水を貯留し、前記イオン交換膜の両面にそれぞれ設置した陽極電極及び陰極電極の間に直流電圧を印加して水の電気分解を行い、陰極電極から水素ガスを発生させる水素ガス発生装置であって、
前記電気分解槽は、前記イオン交換膜により、陽極電極側の酸素ガス発生槽と陰極電極側の水素ガス発生槽とに分割され、前記酸素ガス発生槽と前記水素ガス発生槽とがそれぞれ水を貯留するケースを備えるとともに、前記陽極電極と陰極電極とがそれぞれ板状の電極板として構成され、
前記酸素ガス発生槽の上部が常時大気中に開放され、かつ、前記酸素ガス発生槽の底部と前記水素ガス発生槽の底部が水位調整用開閉弁を備えた連通管で連結されていて、前記水位調整用開閉弁は、陽極電極及び陰極電極に直流電圧が印加されて電気分解が行われるときは閉弁し、電気分解が終了したときは所定時間開弁して前記酸素ガス発生槽と前記水素ガス発生槽の水位が同一となるよう制御されており、さらに、
前記イオン交換膜とその両面にそれぞれ設置された前記電極板とは、それらを締結するリベットを用いることなく、前記酸素ガス発生槽のケースと前記水素ガス発生槽のケースとに挟まれて密着して保持される」
ことを特徴とする水素ガス発生装置となっている。

また、本発明の水素ガス発生装置では、イオン交換膜が、両側から金属製の電極板に挟まれ電極板と重なった状態で両方のケースの間に支持される。水素ガス発生装置の稼働中には、電気泳動などに伴って酸素ガス発生槽と水素ガス発生槽との間に水位差が生じ、イオン交換膜に水圧差が作用するが、本発明のイオン交換膜は、電極板により両面から支持され補強されるため、水圧差が作用しても破損することはない。
さらに、本発明では、酸素ガス発生槽の上部を常時大気中に開放し、かつ、酸素ガス発生槽の底部と水素ガス発生槽の底部とを水位調整用開閉弁を備えた連通管で連結し、その水位調整用開閉弁を、陽極電極及び陰極電極に直流電圧が印加されて電気分解が行われるときは閉弁し、電気分解が終了したときは、酸素ガス発生槽と水素ガス発生槽の水位が同一となるよう所定時間開弁している。
この水位調整用開閉弁を設置する構成によって、水素ガス発生装置の稼働中に生じた水位差は、電気分解が終了したときに簡単に解消できることとなる。つまり、イオン交換膜に作用する水圧差が、電気分解が終了したときの水位調整用開閉弁の開弁という簡易な制御手段によって確実に解消できる。図５の水素ガス発生装置のように、酸素ガス発生槽に鋼球を用いた保圧弁を設置するものではないので、鋼球や弁座等が不要で構造及び加工が簡易化され、保圧弁の開放圧力を調整する面倒な作業も必要としない。

Claims (5)

1. イオン交換膜により仕切られた電気分解槽に水を貯留し、前記イオン交換膜の両面にそれぞれ設置した陽極電極及び陰極電極の間に直流電圧を印加して水の電気分解を行い、陰極電極から水素ガスを発生させる水素ガス発生装置であって、
   前記電気分解槽は、前記イオン交換膜により、陽極電極側の酸素ガス発生槽と陰極電極側の水素ガス発生槽とに分割され、前記酸素ガス発生槽と前記水素ガス発生槽とがそれぞれ水を貯留するケースを備えるとともに、前記陽極電極と陰極電極とがそれぞれ板状の電極板として構成されており、さらに、
   前記イオン交換膜とその両面にそれぞれ設置された前記電極板とは、前記酸素ガス発生槽のケースと前記水素ガス発生槽のケースとに挟まれて密着して保持されることを特徴とする水素ガス発生装置。
2. 前記酸素ガス発生槽と前記水素ガス発生槽とのケースには、水を貯留し、前記イオン交換膜側の開放された空間部が設けられ、前記空間部の外側には平面が形成されるとともに、前記空間部の周縁には、前記平面との間に段差を有し前記電極板を前記イオン交換膜に押圧する押圧部が形成される請求項１に記載の水素ガス発生装置。
3. 前記押圧部が、前記空間部の周縁及び中央に設けられ、前記イオン交換膜に向けて直線状に延びるリブである請求項２に記載の水素ガス発生装置。
4. 前記酸素ガス発生槽と前記水素ガス発生槽のケースには、前記イオン交換膜と反対側に、それぞれ金属製の放熱板が設けられる請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の水素ガス発生装置。
5. 前記酸素ガス発生槽の上部が常時大気中に開放され、かつ、前記酸素ガス発生槽の底部と前記水素ガス発生槽の底部が水位調整用開閉弁を備えた連通管で連結されており、
   前記水位調整用開閉弁を、陽極電極及び陰極電極に直流電圧が印加されて電気分解が行われるときは閉弁し、電気分解が終了したときは、前記酸素ガス発生槽と前記水素ガス発生槽の水位が同一となるよう所定時間開弁する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の水素ガス発生装置。