JP2019188350A - ガス発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電解液を自動的に補充すること。【解決手段】本発明のガス発生装置は、電解液１０が収容される電解槽１と、電解槽内に配置され当該電解槽内の電解液を電気分解する電極１１と、電解槽内で電解液を電気分解することにより発生したガスを外部に排出する排出管１２と、補充用の電解液２０を収容し、補充管を介して電解槽に連結された補充用タンク２と、を備える。そして、電解槽１は、密閉されており、排出管１２に、電解槽内で発生したガスを当該電解槽から外部へのみ流通させるガス用逆止弁１３を設け、補充管２１に、補充用タンク内の電解液を当該補充用タンクから電解槽へのみ流通させる電解液用逆止弁２２を設けた、という構成をとる。【選択図】図２

Description

本発明は、電解液を電気分解することによってガスを発生させるガス発生装置に関する。

近年、地球温暖化などの環境問題から、燃焼時に二酸化炭素や硫黄酸化物、窒素酸化物などの有害物質が生成されない水素酸素ガスが多く利用されている。水素酸素ガスは、例えば、特許文献１に示すように、水に超音波振動を加えると共に、水酸化物などの添加物が添加された電解液を電気分解することによって生成することができる。

特許５７７５４５６号公報

ここで、水素酸素ガスは電解液を電気分解して生成しているため、水素酸素ガスの生成に伴い、電解液の量が減少する。このため、大量に水素酸素ガスを生成するためには、電解液の量が減少した場合に、かかる電解液を補充する必要がある。

しかしながら、電解液の補充の作業には手間がかかる、という問題が生じる。そして、このような手間を抑制して連続して水素酸素ガスを生成させるためには、自動的に電解液を補充する必要がある。

また、仮に電解液が補充されない場合には、電解槽内に水素酸素ガスが大量に残存することとなる。このため、電解槽内の水素酸素ガスが不意に燃焼する可能性が高まってしまう、という問題も生じる。

そして、上述した問題は、水素酸素ガスを発生させる装置に限らず、電解液を電気分解することによってガスを発生させることで、電解液が減少するようなあらゆるガスの発生装置においても生じうる。

このため、本発明の目的は、上述した課題である、電解液の補充作業の手間を抑制し、また、発生したガスの燃焼を抑制することができる、ガス発生装置を提供することにある。

本発明の一形態であるガス発生装置は、
電解液が収容される電解槽と、
前記電解槽内に配置され当該電解槽内の電解液を電気分解する電極と、
前記電解槽内で電解液を電気分解することにより発生したガスを外部に排出する排出管と、
補充用の電解液を収容し、補充管を介して前記電解槽に連結された補充用タンクと、を備え、
前記電解槽は、密閉されており、
前記排出管に、前記電解槽内で発生したガスを当該電解槽から外部へのみ流通させるガス用逆止弁を設け、
前記補充管に、前記補充用タンク内の電解液を当該補充用タンクから前記電解槽へのみ流通させる電解液用逆止弁を設けた、
という構成をとる。

また、上記ガス発生装置では、
前記補充管に設けられた前記電解液用逆止弁は、前記電解槽内におけるガスの発生を停止した後に当該電解槽内の圧力が低下した際に、前記補充用タンク内の電解液を当該補充用タンクから前記補充管を介して前記電解槽に流通させ、その後に前記電解槽内の圧力が上昇した際に、前記補充用タンク内の電解液を当該補充用タンクから前記補充管を介して前記電解槽に流通させることを停止するよう構成されている、
という構成をとる。

また、上記ガス発生装置では、
前記電解槽に、弁を開閉することによって当該電解槽内の圧力を調整する圧力調整弁を備え、
前記圧力調整弁は、前記電解槽内の圧力が所定値以上の場合に、弁を閉じて前記電解槽内を密閉するよう作動し、前記電解槽内の圧力が前記所定値よりも低くなるに従って大きく弁を開くよう作動する、
という構成をとる。

また、上記ガス発生装置では、
前記圧力調整弁は、前記電解槽内の圧力が低くなるに従って大きさが大きくなる気体収容体を備えると共に、前記気体収容体の大きさが大きくなるに従って大きく弁を開くよう構成されている、
という構成をとる。

また、上記ガス発生装置では、
前記電解槽に、当該電解槽内の電解液の量を検出する検出部を備え、
前記検出部の検出結果により前記電解槽内の電解液の量が所定量となった場合に、前記補充用タンクから前記電解槽への電解液の流通を停止させる補充停止構造を設けた、
という構成をとる。

また、上記ガス発生装置では、
前記検出部は、前記電解槽内の電解液の水位を検出し、
前記電解槽は、前記検出部の検出結果により前記電解槽内の電解液の水位が所定値となった場合に、前記電解槽内の圧力を常圧とする開放弁を備えた、
という構成をとる。

また、上記ガス発生装置では、
前記検出部の検出結果により前記電解槽内の電解液の水位が所定値となった場合に、前記開放弁を開くよう制御する制御部を備えた、
という構成をとる。

また、本発明の一形態であるガス発生装置は、
電解液が収容される電解槽と、
前記電解槽内に配置され当該電解槽内の電解液を電気分解する電極と、
前記電解槽内で電解液を電気分解することにより発生したガスを外部に排出する排出管と、
補充用の電解液を収容し、補充管を介して前記電解槽に連結された補充用タンクと、
前記電解槽内におけるガスの発生を停止した後の当該電解槽内の圧力の変化に応じて、前記補充用タンク内の電解液を当該補充用タンクから前記補充管を介して前記電解槽に流入させる補充機構を備えた、
という構成をとる。

本発明は、以上のように構成されることにより、電解液が自動的に補充されるため、補充作業の手間を抑制することができ、利便性の向上を図ることができる。また、電解液が自動で補充されることにより、電解槽内におけるガスの量を減少させることができ、かかるガスの意図しない燃焼などの化学反応を抑制できる。

実施形態１におけるガス発生装置の構成と使用時の様子を示す図である。 実施形態１におけるガス発生装置の構成と使用時の様子を示す図である。 実施形態１におけるガス発生装置の構成と使用時の様子を示す図である。 実施形態２におけるガス発生装置の構成を示す図である。 図４に開示したガス発生装置の一部の構成と使用時の様子を示す図である。 図４に開示したガス発生装置の一部の構成と使用時の様子を示す図である。 実施形態３におけるガス発生装置の構成と使用時の様子を示す図である。 実施形態３におけるガス発生装置の構成と使用時の様子を示す図である。

＜実施形態１＞
本発明の第１の実施形態を、図１乃至図３を参照して説明する。図１乃至図３は、ガス発生装置の構成と使用時の様子を示す図である。なお、以下に説明するガス発生装置は、水素酸素ガスを発生させる装置である場合を例示するが、本発明のガス発生装置は、いかなるガスを発生させる装置であってもよい。

図１に示すように、本実施形態におけるガス発生装置は、電解液１０を収容する電解槽１を備える。そして、電解槽１は、当該電解槽１内に配置されて、電解液を電気分解する電極１１と、電解槽１内で電解液を電気分解することにより生成された水素酸素ガスを外部に排出する排出管１２と、を備えている。また、ガス発生装置は、電解槽１に補充するための補充用電解液２０を収容し、補充管２１を介して電解槽１に連結された補充用タンク２を備えている。

上記電解液１０は、例えば、水に水酸化物などの添加物が添加された液体である。但し、電解液１０は、純水でもよく、後述するように電気分解可能な液体であればいかなる液体であってもよい。そして、電解槽１内には、陽極と陰極からなる電極１１が設けられており、かかる電極１１に電力が印加されることによって、電解液１０が電気分解され、水素酸素ガスが発生する。

そして、本実施形態における電解槽１には、上述した排出管１２と補充管２１とが連結されているが、それ以外は密閉されている。例えば、電解槽１は、底板と側壁で形成された容器部と、情報の開口部を覆う蓋部と、により密閉されており、蓋部に排出管１２と補充管２１とが連結している。但し、電解槽１は、いかなる構造であってもよい。

上記排出管１２は、電解槽１内で発生した水素酸素ガスを当該電解槽１から外部へのみ流通させるガス用逆止弁１３を備えている。つまり、排出管１２は、電解槽１から外部へと一方向にのみ、電解槽１内で発生した水素酸素ガスを流通させるが、逆に外部から電解槽１内へは気体を流通させないよう構成されている。

また、上記補充管２１は、補充用タンク２内の補充用電解液２０を当該補充用タンク２から電解槽１へのみ流通させる電解液用逆止弁２２を備えている。つまり、補充管２１は、補充用タンク２から電解槽１へと一方向にのみ、補充用タンク２内の補充用電解液２０を流通させるが、逆に電解槽１から補充用タンク２へは電解液１０を流通させないよう構成されている。

本実施形態におけるガス発生装置は、上述したように構成されることで、以下のように動作する。まずはじめに、図１の点線に示す水面Ｌ０の位置まで電解槽１内に電解液１０が収容されている状況で、電極１１に電力を印加する。すると、電解槽１内では電解液１０の電気分解により水素酸素ガスが発生し、図１の矢印Ａ１に示すように、水素酸素ガスが電解槽１から排出管１２を介して図示しないガス収容タンクなどの外部へと排出される。すると、電解液１０の量は、水素酸素ガスに電気分解されることで減少し、例えば、図１の実線で示す水面Ｌ１の位置まで減少する。なお、このとき、電気分解により熱が発生し、電解槽１内の温度が高くなっている。

その後、電解槽１による電気分解の停止後、つまり水素酸素ガスの発生の停止後は、電解槽１内の温度が徐々に低下する。これにより、電解槽１内に残存する水素酸素ガスは、温度の低下と共に収縮して、当該電解槽１内の空間が、外部の常圧（大気圧）に対して低い圧力状態である負圧となる。このとき、外部に通じている排出管１２にはガス用逆止弁１３が設けられているため、当該排出管１２を介して外部から電解槽１に気体が流入することが防止されている。このため、電解槽１は、補充管２１のみと連通した状態であり、かかる補充管２１には上述した電解液用逆止弁２２が設けられていることから、補充用タンク２から補充用電解液２０が電解槽１に流入することが可能である。その結果、電解槽１内が負圧の状態では、図２の矢印Ａ２に示すように、補充管２１を介して、補充用タンク２内の補充用電解液２０が電解槽１に流入することとなり、電解槽１内の電解液１０の量が増え、徐々に水面Ｌ２が上昇する。

以上のようにして、電解槽１には、水素酸素ガスの発生後であって電解液１０が減少した後に、補充用タンク２から補充用電解液２０が自動的に補充されることとなる。そして、図３に示すように、電解槽１内に電解液１０が補充された後、例えば、水面Ｌ０に示すような十分な補充状態となると、そもそも負圧となる気体領域が減少し、また、気体の温度も上昇するため、電解槽１内の負圧状態が解消し、常圧状態となる。すると、上述したような、補充タンク２から補充管２１を介した電解槽１内への補充用電解液２０の流入が自動的に停止されることとなる。

このように、本発明におけるガス発生装置によると、ガス発生後に電解液が自動的に補充されるため、補充作業の手間を抑制することができ、利便性の向上を図ることができる。また、電解液が自動で補充されることにより、電解槽内におけるガスの量を減少させることができ、かかるガスの意図しない燃焼などの化学反応を抑制できる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の第２の実施形態を、図４乃至図６を参照して説明する。図４は、ガス発生装置の構成と使用時の様子を示す図であり、図５乃至図６は、その一部の構成と使用時の様子を示す図である。

図４に示すように、本実施形態におけるガス発生装置は、実施形態１の構成に加えて、電解槽１に圧力調整弁３を備えている。圧力調整弁３は、電解槽１の蓋部に設けられており、当該電解槽１内の圧力を調整する機能を有する。圧力調整弁３の構成を、図５を参照して説明する。

図５に示すように、圧力調整弁３は、電解槽１の蓋部１ａに装着されており、蓋部１ａの上方側に位置する上側筐体３１と、蓋部１ａの下側に位置する下側筐体３２と、を備えている。なお、上側筐体３１と下側筐体３２とは、それぞれに貫通孔が形成されており、上側筐体３１と下側筐体３２とで挟まれた蓋部１ａにも貫通孔が形成されている。これに加え、圧力調整弁３は、上側筐体３１と下側筐体３２との間に大部分が収容され、蓋部１ａに挿通された弁本体３３を備えている。そして、弁本体３３には、上記上側筐体３１の内部に位置し、当該上側筐体３１に形成された貫通孔を塞ぐことが可能な弁３３ａを備えており、弁本体３３が上下動することで、上側筐体３１に形成された貫通孔を塞いだり開口させることができる。

また、弁本体３３は、上側筐体３１のさらに上部に固定装備された蓋３５に連結されたバネ部材３６にて、上方に引っ張られた状態となっている。また、弁本体３３の下端には受け部３３ｂが形成されており、下側筐体３２内であって、電解槽１の蓋部１ａと受け部３３ｂとの間に、気体収容体３７が配置されている。気体収容体３７は、内部に空気などの気体が収容された袋体であり、電解槽１内の圧力に応じて、大きさが変化するよう構成されている。例えば、気体収容体３７は、電解槽１内の圧力が常圧（大気圧）以上である場合には初期状態の大きさとなり、電解槽１内の圧力が常圧よりも低い負圧状態になると、初期状態の大きさから膨張して大きくなる。つまり、気体収容体３７は、電解槽１内の圧力が所定値よりも低くなるに従って大きくなるよう構成されている。このため、気体収容体３７は、大きさが大きくなるに従って、弁本体３３の受け部３３ｂを下方に向かって長い距離を押圧することとなる。なお、図５の例では、気体収容部３７を２つ設けているが、その数は限定されない。

本実施形態におけるガス発生装置は、上述したように構成されることで、以下のように動作する。まずはじめに、電解槽１内の圧力は常圧（所定値以上）であるため、上述した圧力調整弁３の気体収容体３７の大きさは初期状態の大きさである。すると、図５に示すように、圧力調整弁３の弁本体３３は、気体収容体３７の影響を受けず、バネ部材３６にて上方に引っ張られた状態となり、弁本体３３の弁３３ａがパッキン３４を介して上側筐体３１に形成された貫通孔を塞いだ状態となる。このため、電解槽１自体が密閉された状態となる。

かかる状態で電極１１に電力を印加することで、電解槽１内では電解液１０の電気分解により水素酸素ガスが発生し、当該水素酸素ガスが電解槽１から排出管１２を介してガス収容タンクなどの外部へと排出される。すると、電解液１０の量は、水素酸素ガスに電気分解されることで減少し、このとき、電気分解により熱が発生し、電解槽１内の温度が高い状態となる。

その後、電解槽１による電気分解の停止後、つまり水素酸素ガスの発生の停止後は、電解槽１内の温度が徐々に低下し、電解槽１の空間が、外部の常圧（大気圧）に対して低い圧力状態である負圧となる。すると、上述同様に、補充管２１を介して、補充用タンク２内の補充用電解液２０が電解槽１に流入することとなり、徐々に電解槽１内の電解液１０の量が増える。

同時に、電解槽１内の気圧が低下することで、圧力調整弁３の気体収容体３７が初期状態の大きさから膨張して大きくなる。すると、気体収容体３７は、下側筐体３２内において電解槽１の蓋部１ａと弁本体３３の受け部３３ｂとの間に挟まれているため、図６に示すように、受け部３３を下方に押し下げるよう作動する。これにより、弁本体３３自体が下方に移動することとなり、弁３３ａも上側筐体３１の貫通孔から離れるよう下方に移動する。これにより、上側筐体３１に形成された貫通孔が開いた状態となり、電解槽１内の圧力が徐々に常圧となるよう上昇する。なお、気体収容体３７は、電解槽１内の圧力が低下するほど大きく膨張するため、圧力が低下するほど弁３３ａを大きく開くよう作動することとなり、逆に圧力が上昇するほど弁３３ａの開度が小さくなる。

そして、上述したように電解槽１内に補充用電解液２０が補充されつつ、その後、いずれ電解槽１内の負圧が解消されて圧力が常圧となると、圧力調整弁３は、図５に示すように閉じた状態となる。すると、電解槽１に対する補充用タンク２からの補充用電解液２０の補充が停止されることとなる。

このように、本発明におけるガス発生装置によると、ガス発生後に電解液が自動的に適量だけ補充されてかかる補充が停止されるため、補充作業の手間を抑制することができ、利便性の向上を図ることができる。また、電解液が自動で補充されることにより、電解槽内におけるガスの量を減少させることができ、かかるガスの意図しない燃焼などの化学反応を抑制できる。

＜実施形態３＞
次に、本発明の第３の実施形態を、図７乃至図８を参照して説明する。図７は、ガス発生装置の構成と使用時の様子を示す図である。

図７に示すように、本実施形態におけるガス発生装置は、実施形態１とほぼ同様の構成をとっているが、かかる構成に加えて、電解槽１に当該電解槽１内の電解液の量を検出する検出部４１を備えている。本実施形態では、検出部４１は、電解液の水位を検出するよう構成されている。例えば、検出部４１として、検出したい水位に先端が位置するよう電極を配置し、かかる電極の先端に液面が触れることによって流れる電気を検出することで、電解液の水位を検出する。そして、検出部４１は制御部４３に接続されており、かかる制御部４３が、検出部４１にて検出した電気信号に基づいて電解槽１内の電解液１０が所定の水位に達したことを検知することができる。なお、検出部４１は、電解槽１内の電解液１０の水位を検出することに限定されず、他の手法で電解液１０の量を検出してもよい。

また、本実施形態におけるガス発生装置は、電解槽１の蓋部３に開放弁４２（補充停止構造）を備えている。開放弁４２は、弁を閉じることで電解槽１内を密閉でき、弁を開くことで電解槽１内を開放することができる。そして、開放弁４２は、制御部４３に接続されており、弁の開閉が電子的に制御される。制御部４３は、上述した検出部４１からの検出結果によって電解槽１内の電解液１０が所定の水位に達したことを検知すると、開放弁４２に弁を開くよう指令を出力する。

本実施形態におけるガス発生装置は、上述したように構成されることで、以下のように動作する。まずはじめに、ガス発生時には、開放弁４２は閉じた状態であり、また、検出部４１及び制御部４３による電解槽１内における電解液１０の水位の検出は行われていない。かかる状態で電極１１に電力を印加することで、電解槽１内では電解液１０の電気分解により水素酸素ガスが発生し、当該水素酸素ガスが電解槽１から排出管１２を介してガス収容タンクなどの外部へと排出される。すると、図７に示すように、電解液１０の量は水素酸素ガスに電気分解されることで減少し、このとき、電気分解により熱が発生し、電解槽１内の温度が高くなっている。

その後、電解槽１による電気分解の停止後、つまり水素酸素ガスの発生の停止後は、電解槽１内の温度が徐々に低下し、電解槽１の空間が、外部の常圧（大気圧）に対して低い圧力状態である負圧となる。すると、上述同様に、補充管２１を介して、補充用タンク２内の補充用電解液２０が電解槽１に流入することとなり、徐々に電解槽１内の電解液１０の量が増える。

そして、図８に示すように、電解槽１内の電解液１０の水位が検出部４１によって検出される位置となると、検出部４１が、電解液１０が所定の水位に達したことを検出し、制御部４３がこのことを検知する。すると、制御部４３は、開放弁４２に対して弁を開放する指令を発する。これにより、開放弁４２の弁は開放され、電解槽１内の圧力が常圧となるよう上昇する。その結果、電解槽１に対する補充用タンク２からの補充用電解液２０の補充が停止されることとなる。

このように、本発明におけるガス発生装置によると、電解槽１に補充用タンク２から補充用電解液２０が補充されているときに、電解槽１内の電解液１０が所定の水位（あるいは所定の量）に達すると、かかる補充が停止されることとなる。このため、ガス発生後に電解液を適量だけ自動的に補充してかかる補充を停止することができ、補充作業の手間を抑制することができ、利便性の向上を図ることができる。また、電解液が自動で補充されることにより、電解槽内におけるガスの量を減少させることができ、かかるガスの意図しない燃焼などの化学反応を抑制できる。

以上、上記実施形態等を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の範囲内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

１ 電解槽
１ａ 蓋部
１０ 電解液
１１ 電極
１２ 排出管
１３ ガス用逆止弁
２ 補充用タンク
２０ 補充用電解液
２１ 補充管
２２ 電解液用逆止弁
３ 圧力調整弁
３１ 上側筐体
３２ 下側筐体
３３ 弁本体
３３ａ 弁
３３ｂ 受け部
３４ パッキン
３５ 蓋
３６ バネ部材
３７ 気体収容部
４１ 検出部
４２ 開放弁
４３ 制御部

Claims (8)

1. 電解液が収容される電解槽と、
   前記電解槽内に配置され当該電解槽内の電解液を電気分解する電極と、
   前記電解槽内で電解液を電気分解することにより発生したガスを外部に排出する排出管と、
   補充用の電解液を収容し、補充管を介して前記電解槽に連結された補充用タンクと、を備え、
   前記電解槽は、密閉されており、
   前記排出管に、前記電解槽内で発生したガスを当該電解槽から外部へのみ流通させるガス用逆止弁を設け、
   前記補充管に、前記補充用タンク内の電解液を当該補充用タンクから前記電解槽へのみ流通させる電解液用逆止弁を設けた、
   ガス発生装置。
2. 請求項１に記載のガス発生装置であって、
   前記補充管に設けられた前記電解液用逆止弁は、前記電解槽内におけるガスの発生を停止した後に当該電解槽内の圧力が低下した際に、前記補充用タンク内の電解液を当該補充用タンクから前記補充管を介して前記電解槽に流通させ、その後に前記電解槽内の圧力が上昇した際に、前記補充用タンク内の電解液を当該補充用タンクから前記補充管を介して前記電解槽に流通させることを停止するよう構成されている、
   ガス発生装置。
3. 請求項１又は２に記載のガス発生装置であって、
   前記電解槽に、弁を開閉することによって当該電解槽内の圧力を調整する圧力調整弁を備え、
   前記圧力調整弁は、前記電解槽内の圧力が所定値以上の場合に、弁を閉じて前記電解槽内を密閉するよう作動し、前記電解槽内の圧力が前記所定値よりも低くなるに従って大きく弁を開くよう作動する、
   ガス発生装置。
4. 請求項３に記載のガス発生装置であって、
   前記圧力調整弁は、前記電解槽内の圧力が低くなるに従って大きさが大きくなる気体収容体を備えると共に、前記気体収容体の大きさが大きくなるに従って大きく弁を開くよう構成されている、
   ガス発生装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のガス発生装置であって、
   前記電解槽に、当該電解槽内の電解液の量を検出する検出部を備え、
   前記検出部の検出結果により前記電解槽内の電解液の量が所定量となった場合に、前記補充用タンクから前記電解槽への電解液の流通を停止させる補充停止構造を設けた、
   ガス発生装置。
6. 請求項５に記載のガス発生装置であって、
   前記検出部は、前記電解槽内の電解液の水位を検出し、
   前記電解槽は、前記検出部の検出結果により前記電解槽内の電解液の水位が所定値となった場合に、前記電解槽内の圧力を常圧とする開放弁を備えた、
   ガス発生装置。
7. 請求項６に記載のガス発生装置であって、
   前記検出部の検出結果により前記電解槽内の電解液の水位が所定値となった場合に、前記開放弁を開くよう制御する制御部を備えた、
   ガス発生装置。
8. 電解液が収容される電解槽と、
   前記電解槽内に配置され当該電解槽内の電解液を電気分解する電極と、
   前記電解槽内で電解液を電気分解することにより発生したガスを外部に排出する排出管と、
   補充用の電解液を収容し、補充管を介して前記電解槽に連結された補充用タンクと、
   前記電解槽内におけるガスの発生を停止した後の当該電解槽内の圧力の変化に応じて、前記補充用タンク内の電解液を当該補充用タンクから前記補充管を介して前記電解槽に流入させる補充機構を備えた、
   ガス発生装置。
   

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