JP2019143219A - 電解装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、従来と比較して一段と操作性を向上させることができる電解装置を提供することを目的とする。【解決手段】 貯留槽３０の上面に穿設され、貯留槽３０内部の圧力を調整するための圧力調整孔１４０と、貯留槽３０の上面の裏面側に、圧力調整孔１４０の周囲に沿って、それぞれ同一の高さを有するようにして、一定間隔毎に突出して形成された複数の凸部１５０Ａ〜１５０Ｄと、圧力調整孔１４０に挿通され、圧力調整孔１４０を開閉することにより、貯留槽３０内部の圧力を調整する圧力調整弁１３０とを備える。【選択図】 図２

Description

本発明は、電解装置に関する。

従来、水を電気分解することにより水素と酸素を発生させる電解装置として、種々の電解装置が開発及び提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−６７６９号公報

本発明は、従来と比較して一段と操作性を向上させることができる電解装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様による電解装置は、
電気分解の対象となる水溶液を貯留する貯留槽と、
前記貯留槽の下方に設けられた脚部と、
前記貯留槽の上面から上方に突出するようにしてそれぞれ立設されると共に、前記貯留槽の下面に接触しないようにして、前記貯留槽の上面から下方内部に突出するようにしてそれぞれ延設された陰極側及び陽極側角槽と、
前記貯留槽の下面を貫通するようにしてそれぞれ立設されると共に、その上端部分を前記陰極側及び陽極側角槽の下部内に挿入するようにしてそれぞれ設けられた棒状の陰極側及び陽極側電極と、
前記陰極側及び陽極側角槽の上面にそれぞれ穿設された陰極側及び陽極側ゴム栓孔と、
前記陰極側及び陽極側ゴム栓孔に着脱可能に挿着された陰極側及び陽極側ゴム栓と、
前記貯留槽の上面に穿設され、前記貯留槽の内部に水溶液を注入するための注入口と、
前記注入口に着脱可能に挿着された注入口ゴム栓と、
前記貯留槽の上面に穿設され、前記貯留槽内部の圧力を調整するための圧力調整孔と、
前記貯留槽の上面の裏面側に、前記圧力調整孔の周囲に沿って、それぞれ同一の高さを有するようにして、一定間隔毎に突出して形成された複数の凸部と、
前記圧力調整孔に挿通され、前記圧力調整孔を開閉することにより、前記貯留槽内部の圧力を調整する圧力調整弁と
を備え、
前記圧力調整弁は、
前記圧力調整孔の内径より短い外径を有するように形成されることにより、前記圧力調整孔に挿通されると共に、その長手方向における長さが、前記貯留槽の上面の厚さと、前記凸部の突出方向における高さとの合計の長さより長くなるように形成された弁軸部と、
前記弁軸部の上端に一体的に形成され、前記圧力調整孔の内径より長い外径を有する弁頭部と、
前記弁軸部の下端に一体的に形成され、前記圧力調整孔の内径より長い外径を有する弁ストッパ部とを有する。

本発明の電解装置によれば、従来と比較して一段と操作性を向上させることができる。

本発明の実施の形態による電解装置の構成を示す斜視図及び縦断面図である。 同電解装置において使用される圧力調整弁の断面構造を示す縦断面図である。 同電解装置による水の電気分解の様子を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態による電解装置１０の構成を示す。このうち、図１（ａ）は、電解装置１０の斜視図を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＡ−Ａ’線に沿って切断した場合における縦断面図を示し、図１（ｃ）は、図１（ａ）中のＢ−Ｂ’線に沿って切断した場合における縦断面図を示す。

図２は、電解装置１０の圧力調整弁１３０及びその周辺の構成を示す。このうち、図２（ａ）は、貯留槽３０の上面に穿設された圧力調整孔１４０付近の構成を下方から視認した場合の底面図を示す。

図２（ｂ）は、圧力調整弁１３０が閉状態（初期状態）に位置する場合における、圧力調整弁１３０及びその周辺の断面構造を示す。このうち、図２（ｂ）の左図は、図２（ａ）中のＤ−Ｄ’線（又はＢ−Ｂ’線）に沿って切断した場合の縦断面図を示し、図２（ｂ）の右図は、図２（ａ）中のＣ−Ｃ’線に沿って切断した場合の縦断面図を示す。

図２（ｃ）は、圧力調整弁１３０が開状態（圧力調整状態）に遷移した場合における、圧力調整弁１３０及びその周辺の断面構造を示す。このうち、図２（ｃ）の左図は、図２（ａ）中のＤ−Ｄ’線（又はＢ−Ｂ’線）に沿って切断した場合の縦断面図を示し、図２（ｃ）の右図は、図２（ａ）中のＣ−Ｃ’線に沿って切断した場合の縦断面図を示す。

この電解装置１０は、中学校の理科の実験などで使用される実験用の電解装置として用いられ、図３は、電解装置１０による水の電気分解の理科実験の様子を示す。このうち、図３（ａ）は、電解装置１０を上方から視認した場合の平面図を示す。

図３（ｂ）は、圧力調整弁１３０が閉状態（初期状態）に位置する場合の断面構造を示す。このうち、図３（ｂ）の左図は、図３（ａ）中のＤ−Ｄ’線に沿って切断した場合における電解装置１０の縦断面図を示し、図３（ｂ）の右図は、図２（ａ）中のＣ−Ｃ’線に沿って切断した場合における、圧力調整弁１３０及びその周辺の縦断面図を示す。

図３（ｃ）は、圧力調整弁１３０が閉状態（初期状態）から開状態（圧力調整状態）に遷移した場合の断面構造を示す。このうち、図３（ｃ）の左図は、図３（ａ）中のＤ−Ｄ’線に沿って切断した場合における電解装置１０の縦断面図を示し、図３（ｃ）の右図は、図２（ａ）中のＣ−Ｃ’線に沿って切断した場合における、圧力調整弁１３０及びその周辺の縦断面図を示す。

図３（ｄ）は、圧力調整弁１３０が開状態（圧力調整状態）から閉状態（初期状態）に戻った場合の断面構造を示す。このうち、図３（ｄ）の左図は、図３（ａ）中のＤ−Ｄ’線に沿って切断した場合における電解装置１０の縦断面図を示し、図３（ｄ）の右図は、図２（ａ）中のＣ−Ｃ’線に沿って切断した場合における、圧力調整弁１３０及びその周辺の縦断面図を示す。

電解装置１０は、電気分解の対象となる水を貯留する直方体形状の貯留槽３０を有する。この貯留槽３０の下面側の角部付近には、貯留槽３０を支持するための脚部２０Ａ及び２０Ｂが接続されている。これにより、電解装置１０の設置面と、貯留槽３０との間には、脚部２０Ａ及び２０Ｂの高さに対応する間隙４０が形成されている。

この貯留槽３０の上面には、上方に突出するようにして、直方体形状の陰極側角槽５０Ａ及び陽極側角槽５０Ｂが形成されている。また、これら陰極側角槽５０Ａ及び陽極側角槽５０Ｂは、貯留槽３０の下面に接触しないようにして、貯留槽３０の上面の下方に延設されている。すなわち、陰極側角槽５０Ａ及び陽極側角槽５０Ｂは、当該陰極側角槽５０Ａ及び陽極側角槽５０Ｂの下端と、貯留槽３０の下面との間に隙間６０Ａ及び６０Ｂを設けるようにして、貯留槽３０の内部に延設されている。

陰極側角槽５０Ａの下方であって、かつ貯留槽３０の下面には、陰極側電極孔８０Ａが穿設され、当該陰極側電極孔８０Ａには、棒状の陰極側電極７０Ａが挿通及び固着されている。この陰極側電極７０Ａは、陰極側角槽５０Ａ内に挿入するようにして設けられ、その上端が、陰極側角槽５０Ａの下端と、貯留槽３０の上面との間に位置するように設けられると共に、その下端が、脚部２０Ａの下端と、貯留槽３０の下面との間に位置するように設けられている。

同様にして、陽極側角槽５０Ｂの下方であって、かつ貯留槽３０の下面には、陽極側電極孔８０Ｂが穿設され、当該陽極側電極孔８０Ｂには、棒状の陽極側電極７０Ｂが挿通及び固着されている。この陽極側電極７０Ｂは、陽極側角槽５０Ｂ内に挿入するようにして設けられ、その上端が、陽極側角槽５０Ｂの下端と、貯留槽３０の上面との間に位置するように設けられると共に、その下端が、脚部２０Ｂの下端と、貯留槽３０の下面との間に位置するように設けられている。

陰極側角槽５０Ａの上面には、陰極側ゴム栓孔１００Ａが穿設され、当該陰極側ゴム栓孔１００Ａには、陰極側ゴム栓９０Ａが着脱可能に挿通されている。

同様にして、陽極側角槽５０Ｂの上面には、陽極側ゴム栓孔１００Ｂが穿設され、当該陽極側ゴム栓孔１００Ｂには、陽極側ゴム栓９０Ｂが着脱可能に挿通されている。

貯留槽３０の上面であって、かつその角部付近には、貯留槽３０の内部に水を注入するための注入口１２０が穿設され、当該注入口１２０には、注入口ゴム栓１１０が着脱可能に挿通されている。

さらに、貯留槽３０の上面には、圧力調整孔１４０が穿設され、この圧力調整孔１４０には、当該圧力調整孔１４０を開閉することにより、貯留槽３０内部の圧力を調整する圧力調整弁１３０が挿通されている。因みに、貯留槽３０の側面に圧力調整孔１４０を穿設し、当該圧力調整孔１４０に圧力調整弁１３０を挿通させても良い。

本実施の形態の場合、貯留槽３０の上面の裏面側（すなわち、内部側の面）には、圧力調整孔１４０の周囲に沿って、それぞれ同一の高さを有する複数の凸部１５０Ａ〜１５０Ｄが、一定間隔毎に突出して形成されている（図２（ａ））。

圧力調整弁１３０は、弁頭部１３０Ａと、弁軸部１３０Ｂと、弁ストッパ部１３０Ｃとを有し、圧力調整孔１４０に挿通され、当該圧力調整孔１４０を開閉することにより、貯留槽３０内部の圧力を調整する。

具体的には、弁軸部１３０Ｂは、圧力調整孔１４０の内径より短い外径を有するように形成され、これにより、圧力調整孔１４０に挿通される。また、弁軸部１３０Ｂの長手方向における長さは、貯留槽３０の上面の厚さと、凸部１５０Ａ〜１５０Ｄの突出方向における高さとの合計の長さより長くなるように形成されている。

弁軸部１３０Ｂの上端には、圧力調整孔１４０の内径より長い外径を有する弁頭部１３０Ａが一体的に形成されるのに対して、弁軸部１３０Ｂの下端には、圧力調整孔１４０の内径より長い外径を有する弁ストッパ部１３０Ｃが一体的に形成されている。これにより、圧力調整弁１３０は、貯留槽３０の上面から外れることなく、圧力調整孔１４０を上下方向に移動し得るようになされている。

圧力調整弁１３０が閉状態（初期状態）に位置する場合には、弁頭部１３０Ａが貯留槽３０の上面に密接し、圧力調整孔１４０を閉じることにより、圧力調整孔１４０が圧力調整弁１３０によって密閉されている（図２（ｂ））。

この状態において、水を電気分解することにより、貯留槽３０内部の圧力が上昇すると、圧力調整弁１３０が上方向に移動し、弁ストッパ部１３０Ｃが凸部１５０Ａ〜１５０Ｄに密接することにより、圧力調整孔１４０が開放され、圧力調整弁１３０が開状態（圧力調整状態）に遷移する（図２（ｃ））。

この場合、隣り合う凸部１５０Ａ〜１５０Ｄの間に形成される隙間と、圧力調整孔１４０及び弁軸部１３０Ｂの間に形成される隙間と、貯留槽３０の上面及び弁頭部１３０Ａの間に形成される隙間とを順次介して、貯留槽３０内部の空気が外部に排出され、これにより、貯留槽３０内部の圧力を一定に保持するようにして、貯留槽３０内部の圧力が調整される。

その後、水の電気分解が完了すると、圧力調整弁１３０が下方向に移動し、弁頭部１３０Ａが貯留槽３０の上面に密接することにより、圧力調整孔１４０が閉じられ、圧力調整弁１３０が閉状態（初期状態）に戻る（図２（ｂ））。

この電解装置１０を用いて、水の電気分解の理科実験を行う場合には、まず始めに、注入口ゴム栓１１０を取り外し、例えば水酸化ナトリウムを水に加えた水溶液１６０を注入口１２０から貯留槽３０内部に注入した後、注入口ゴム栓１１０を注入口１２０に挿着する。

続いて、電解装置１０を横に倒し、陰極側角槽５０Ａ及び陽極側角槽５０Ｂの内部を水溶液１６０で充填した後、元の状態に戻すことにより、水の電気分解の理科実験を開始できる状態にする。この場合、圧力調整弁１３０は閉状態（初期状態）に位置する（図３（ｂ）及び図２（ｂ））。

この状態において、陰極側電極７０Ａと陽極側電極７０Ｂの間に電圧を印加し、水を電気分解することにより、陰極側角槽５０Ａ内の上部に水素ガスを発生させると共に、陽極側角槽５０Ｂ内の上部に酸素ガス１７０を発生させる（図３（ｃ）及び図２（ｃ））。

この場合、陰極側角槽５０Ａ及び陽極側角槽５０Ｂの内部に充填された水溶液１６０の液面が低下することに応じて、貯留槽３０の内部に貯留されている水溶液１６０の液面が上昇することにより、貯留槽３０内部の圧力が上昇する。

その際、圧力調整弁１３０が上方向に移動することにより、圧力調整孔１４０が開放され、圧力調整弁１３０が開状態（圧力調整状態）に遷移する。同時に、貯留槽３０内部の空気が外部に排出され、貯留槽３０内部が一定の圧力に保持される。

従って、貯留槽３０内部の圧力が上昇することを起因として、例えば陰極側ゴム栓９０Ａや陽極側ゴム栓９０Ｂが実験中に意図せず外れるなど、実験中に事故が発生することを未然に防止することができる。

その後、水の電気分解が完了すると、圧力調整弁１３０が下方向に移動することにより、圧力調整孔１４０が閉じられ、圧力調整弁１３０が閉状態（初期状態）に戻る。続いて、水の電気分解によって発生した水素ガス及び酸素ガス１７０の検証作業を行うため、陰極側ゴム栓９０Ａ及び陽極側ゴム栓９０Ｂを取り外す（図３（ｄ）及び図２（ｂ））。

その際、陰極側角槽５０Ａ及び陽極側角槽５０Ｂ内の水溶液１６０の液面が低下しようとすることに応じて、貯留槽３０の内部に貯留されている水溶液１６０の液面が上昇しようとするが、圧力調整弁１３０の重みによって、当該圧力調整弁１３０は開放することなく閉状態を維持することにより、陰極側ゴム栓９０Ａ及び陽極側ゴム栓９０Ｂを取り外した時点における、水溶液１６０の液面の位置を維持することができ、従って、水の電気分解によって発生したガスの検証作業を正確に行うことができる。

このように本実施の形態の電解装置１０によれば、従来と比較して一段と操作性を向上させることができる。

すなわち、本実施の形態の電解装置１０は、電気分解の対象となる水溶液を貯留する貯留槽３０と、貯留槽３０の下方に設けられた脚部２０Ａ及び２０Ｂと、貯留槽３０の上面から上方に突出するようにしてそれぞれ立設されると共に、貯留槽３０の下面に接触しないようにして、貯留槽３０の上面から下方内部に突出するようにしてそれぞれ延設された陰極側及び陽極側角槽５０Ａ及び５０Ｂと、貯留槽３０の下面を貫通するようにしてそれぞれ立設されると共に、その上端部分を陰極側及び陽極側角槽５０Ａ及び５０Ｂの下部内に挿入するようにしてそれぞれ設けられた棒状の陰極側及び陽極側電極７０Ａ及び７０Ｂと、陰極側及び陽極側角槽５０Ａ及び５０Ｂの上面にそれぞれ穿設された陰極側及び陽極側ゴム栓孔１００Ａ及び１００Ｂと、陰極側及び陽極側ゴム栓孔１００Ａ及び１００Ｂに着脱可能に挿着された陰極側及び陽極側ゴム栓９０Ａ及び９０Ｂと、貯留槽３０の上面に穿設され、貯留槽３０の内部に水溶液を注入するための注入口１２０と、注入口１２０に着脱可能に挿着された注入口ゴム栓１１０と、貯留槽３０の上面に穿設され、貯留槽３０内部の圧力を調整するための圧力調整孔１４０と、貯留槽３０の上面の裏面側に、圧力調整孔１４０の周囲に沿って、それぞれ同一の高さを有するようにして、一定間隔毎に突出して形成された複数の凸部１５０Ａ〜１５０Ｄと、圧力調整孔１４０に挿通され、圧力調整孔１４０を開閉することにより、貯留槽３０内部の圧力を調整する圧力調整弁１３０とを備え、圧力調整弁１３０は、圧力調整孔１４０の内径より短い外径を有するように形成されることにより、圧力調整孔１４０に挿通されると共に、その長手方向における長さが、貯留槽３０の上面の厚さと、凸部１５０Ａ〜１５０Ｄの突出方向における高さとの合計の長さより長くなるように形成された弁軸部１３０Ｂと、弁軸部１３０Ｂの上端に一体的に形成され、圧力調整孔１４０の内径より長い外径を有する弁頭部１３０Ａと、弁軸部１３０Ｂの下端に一体的に形成され、圧力調整孔１４０の内径より長い外径を有する弁ストッパ部１３０Ｃとを有する。

１０ 電解装置
２０ 脚部
３０ 貯留槽
５０ 角槽
７０ 電極
８０ 電極孔
９０ ゴム栓
１００ ゴム栓孔
１１０ 注入口ゴム栓
１２０ 注入口
１３０ 圧力調整弁
１４０ 圧力調整孔
１５０ 凸部

Claims (1)

1. 電気分解の対象となる水溶液を貯留する貯留槽と、
   前記貯留槽の下方に設けられた脚部と、
   前記貯留槽の上面から上方に突出するようにしてそれぞれ立設されると共に、前記貯留槽の下面に接触しないようにして、前記貯留槽の上面から下方内部に突出するようにしてそれぞれ延設された陰極側及び陽極側角槽と、
   前記貯留槽の下面を貫通するようにしてそれぞれ立設されると共に、その上端部分を前記陰極側及び陽極側角槽の下部内に挿入するようにしてそれぞれ設けられた棒状の陰極側及び陽極側電極と、
   前記陰極側及び陽極側角槽の上面にそれぞれ穿設された陰極側及び陽極側ゴム栓孔と、
   前記陰極側及び陽極側ゴム栓孔に着脱可能に挿着された陰極側及び陽極側ゴム栓と、
   前記貯留槽の上面に穿設され、前記貯留槽の内部に水溶液を注入するための注入口と、
   前記注入口に着脱可能に挿着された注入口ゴム栓と、
   前記貯留槽の上面に穿設され、前記貯留槽内部の圧力を調整するための圧力調整孔と、
   前記貯留槽の上面の裏面側に、前記圧力調整孔の周囲に沿って、それぞれ同一の高さを有するようにして、一定間隔毎に突出して形成された複数の凸部と、
   前記圧力調整孔に挿通され、前記圧力調整孔を開閉することにより、前記貯留槽内部の圧力を調整する圧力調整弁と
   を備え、
   前記圧力調整弁は、
   前記圧力調整孔の内径より短い外径を有するように形成されることにより、前記圧力調整孔に挿通されると共に、その長手方向における長さが、前記貯留槽の上面の厚さと、前記凸部の突出方向における高さとの合計の長さより長くなるように形成された弁軸部と、
   前記弁軸部の上端に一体的に形成され、前記圧力調整孔の内径より長い外径を有する弁頭部と、
   前記弁軸部の下端に一体的に形成され、前記圧力調整孔の内径より長い外径を有する弁ストッパ部とを有する
   ことを特徴とする電解装置。
   
   

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