JP3100571U - 電解槽の電解液温度安定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本考案は、電気分解に供する電解液の温度を安定させることができ、電解槽の安定した連続運転を可能とする電解槽の電解液温度安定装置を提供する。
【解決手段】本考案の電解槽の電解液温度安定装置は、電解槽本体内で電解液を電気分解し、水素と酸素の混成ガスを発生する電解槽５０の電解液温度安定装置１００であって、前記電解槽５０の電気分解に供する電解液を循環させる電解液循環管路１０１と、電解液循環管路１０１に組み込んだヒータ１１１を備えた電解液外部タンク１１２、電解液を強制循環する循環ポンプ１１３、電解液循環管路１０１を開閉する開閉バルブ１１４、放熱用ラジエター１１５を含む電解液温度調整部１２０と、前記電解槽５０の外部に配置した冷却ファン１３１とを有し、電解槽５０の非稼働時には電解液を非稼働設定温度である摂氏２０度に維持し、電解槽５０の稼働時には電解液を稼働時設定下温度である摂氏５０度、稼働時設定上温度である摂氏６０度の温度帯の範囲に維持する電解液温度調整手段１３０とを備えたことを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

　本考案は、電気分解により水素と酸素の混成ガス（学名／通称；ブラウンガス）を発生する電解槽の電解液温度安定装置に関するものである。

　従来、複数枚の電極を備えた複極式の電解槽として、複数枚の電極板をスペーサを用いて等間隔で列設して電極部を構成し、この電極部を電解液を収納する箱体内に収納し、電極部に給電端子を接続したものが知られている（例えば特許文献１）。

　しかしながら、従来における電解槽の場合、単に複数枚の電極板をスペーサを用いて等間隔で列設して電極部を構成しているので、電解液の温度安定対策が充分でなく、電解液の温度が安定せず長時間の連続運転が難しいという問題があった。
登録実用新案第３０８２７９６号公報

　本考案は、上述した従来の実情に鑑み開発されたものであり、その目的とするところは、電気分解に供する電解液（水）の温度を安定させることができ、電解槽の安定した連続運転を可能とし、例えば酸素と水素の混成ガスを連続して大量に発生させるのに好適な電解槽の電解液温度安定装置を提供することにある。

　請求項１記載の考案に係る電解槽の電解液温度安定装置は、電解槽本体内で電解液を電気分解し、水素と酸素の混成ガスを発生する電解槽の電解液温度安定装置であって、前記電解槽の電気分解に供する電解液を循環させる電解液循環管路と、前記電解槽の非稼働時には電解液を非稼働設定温度に維持し、前記電解槽の稼働時には電解液を稼働時設定下温度、稼働時設定上温度の温度帯の範囲に維持する電解液温度調整手段とを備えたことを特徴とするものである。

　請求項２記載の考案に係る電解槽の電解液温度安定装置は、電解槽本体内で電解液を電気分解し、水素と酸素の混成ガスを発生する電解槽の電解液温度安定装置であって、前記電解槽の電気分解に供する電解液を循環させる電解液循環管路と、電解液循環管路に組み込んだ電解液温度調整部と、前記電解槽の外部に配置した冷却部とを有し、前記電解槽の非稼働時には電解液を非稼働設定温度である摂氏２０度に維持し、前記電解槽の稼働時には電解液を稼働時設定下温度である摂氏５０度、稼働時設定上温度である摂氏６０度の温度帯の範囲に維持する電解液温度調整手段とを備えたことを特徴とするものである。

　請求項３記載の考案に係る電解槽の電解液温度安定装置は、電解槽本体内で電解液を電気分解し、水素と酸素の混成ガスを発生する電解槽の電解液温度安定装置であって、前記電解槽の電気分解に供する電解液を循環させる電解液循環管路と、電解液循環管路に組み込んだヒータを備えた電解液外部タンク、電解液を強制循環する循環ポンプ、電解液循環管路を開閉する開閉バルブ、放熱用ラジエターを含む電解液温度調整部と、前記電解槽の外部に配置した冷却ファンとを有し、前記電解槽の非稼働時には電解液を非稼働設定温度である摂氏２０度に維持し、前記電解槽の稼働時には電解液を稼働時設定下温度である摂氏５０度、稼働時設定上温度である摂氏６０度の温度帯の範囲に維持する電解液温度調整手段とを備えたことを特徴とするものである。

　本考案によれば、電解槽の非稼働時における寒冷地、真夏時対策が万全となるとともに、電解槽の稼働時における電解液の温度を安定させることができ、電解槽の安定した連続運転を可能とする電解槽の電解液温度安定装置を提供することができる。

　本考案は、電解液循環管路に組み込んだ電解液温度調整手段により、電解槽の非稼働時には電解液を非稼働設定温度（例えば摂氏２０度）に維持し、前記電解槽の稼働時には電解液を稼働時設定下温度（例えば摂氏５０度）、稼働時設定上温度（例えば摂氏６０度）の温度帯の範囲に維持するものであるから、寒冷地、真夏時対策が万全となるとともに、電気分解に供する電解液（この場合、水をもって電解液とすることができる）の温度を安定させることができ、電解槽の安定した連続運転を可能とし、酸素と水素の混成ガスを安定して連続して大量に発生させるようにしたものである。

　以下に本考案の実施の形態に係る電解槽の電解液温度安定装置を図面を参照して詳細に説明する。
　図１に示す本実施の形態に係る電解槽５０の電解液温度安定装置１００は、電解槽本体２内で電解液（この場合、水をもって電解液とすることができる）を電気分解し、水素と酸素の混成ガスを発生する電解槽５０に付加されたものである。電解槽５０は、図２等に示し詳細は後述する２台の電解槽ユニット１を連結することで構成している。

　電解槽５０により発生した混成ガスは、ガス取り出し系６０により取り出され、目的箇所に向けて吐出されるようになっている。
　ガス取り出し系６０は、一端側が２台の電解槽ユニット１のガス排出部５１に連結された取り出し配管６１に、圧力計６８を備えた圧力リレー６２、除湿装置６３、水封式ガス逆火防止装置６４、乾式ガス逆火防止装置６５、ガス遮断器６６等を接続した構成となっている。
　なお、図１中、６７は圧力調整管である。

　前記電解液温度安定装置１００は、電解槽５０の電気分解に供する電解液１０（図３参照）を循環させる電解液循環管路１０１と、この電解液循環管路１０１に組み込んだ電解液１０を加熱するヒータ１１１を備えた電解液外部タンク１１２、電解液１０を強制循環する循環ポンプ１１３、電解液循環管路１０１を開閉する開閉バルブ１１４、放熱用ラジエター１１５、１１６を含む電解液温度調整部１２０と、前記電解槽５０の外部近傍に配置した冷却部である冷却ファン１３１とを有する電解液温度調整手段１３０と、前記電解液外部タンク１１２に対する自動給水を行う給水系１４０とを有している。

　前記電解液循環管路１０１は、電解槽５０と電解液外部タンク１１２との間に配管され、電気分解に供する電解液１０を自然対流により又は循環ポンプ１１３によって強制的に循環させるようになっている。
　循環ポンプ１１３により電解液１０を強制的に循環させる場合には、開閉バルブ１１４を開にし、循環ポンプ１１３を作動して、電解液外部タンク１１２、循環ポンプ１１３、開閉バルブ１１４、放熱用ラジエター１１６を経て、２台の電解槽ユニット１の電解液流入孔２１に供給し、更に２台の電解槽ユニット１で電気分解に供された電解液１０を電解液排出孔２２から放熱用ラジエター１１５を経て電解液外部タンク１１２に戻すものである。
　なお、放熱用ラジエター１１５、１１６の外部近傍にも冷却ファン１３１を備えている。

　給水系１４０は、一端が水道等の水源に連結され、他端が電解液外部タンク１１２に連結された給水管路１４３を具備し、給水管路１４３の途中に逆流防止用の逆止弁１４１と、自動給水を行うための給水用電磁開閉バルブ１４２とを設けている。

　次に、図３を参照して前記電解槽ユニット１について説明する。
　電解槽ユニット１は、水素、酸素を含む電解液１０を内部において液面レベルＬの位置まで収納するとともに垂直配置される箱型状の電解槽本体２と、この電解槽本体２に設けられその内部に電解室３を形成する例えばステンレス等からなる一対の矩形の端部電極４、５及びこの一対の端部電極４、５間に互いに間隔を隔て平行配置した例えばステンレス等製で矩形薄板状の例えば６枚の電極６からなる複極式電極部７とを備えている。

　複極式電極部７を構成する一対の端部電極４、５は、図３に示すように、電解槽本体２の中央部を垂直方向に貫く状態で、且つ、相互間に図４に示す矩形枠状に形成したゴム製の絶縁体８を介在させる状態で、ボルト１１、ナット１２により所定の間隔（絶縁体８の板厚）をもって電解槽本体２と一体的に取り付けられている。

　複極式電極部７を構成する例えば６枚の電極６は、一対の端部電極４、５の間で、且つ、前記絶縁体８の内周部に沿って例えば矩形状に配置した樹脂材等からなる内部絶縁体１３により互いに間隔を隔て平行配置に支持されている。すなわち、内部絶縁体１３の矩形を呈する内周部全体に６条の連続溝を平行配置に設け、各連続溝に各電極６の外周部を嵌め込んでいる。
　複極式電極部７は、更に、前記一対の端部電極４、５及び各電極６に各々穿設した複数の対流孔１４及び対流孔１５からなり、前記電解液１０を電解槽本体２内で対流させる対流機構を備えている。前記対流孔１４及び対流孔１５は、いずれも液面レベルＬよりも下側の位置となるように穿設している。

　前記電解槽本体２内には、前記一対の端部電極４、５で囲まれる電解室３の他に、一対の端部電極４、５の外側の電解液冷却室１６、液面レベルＬよりも上側の混成ガス取出室１７が形成されている。

　そして、混成ガス取出室１７に臨む配置で前記一対の端部電極４、５及び各電極６に各々ガス孔１８及びガス孔１９を穿設している。更に、電極６の下部両隅には、電解液流通用の切欠部６ａが設けられている。

　前記絶縁体８の外周部には、図４に示すように、電解槽本体２内の電解液１０に連通しその液面レベルＬを検知するためのレベルゲージ２４及び電解液１０の温度検出用の温度センサ２５を取り付けている。なお、図４中、８ａは絶縁体８に設けたボルト挿通孔である。

　また、前記電解槽本体２には、図３に示すように、電解液流入孔２０、電解液流出孔２１、電解液排出孔（ドレイン孔）２２が設けられている。更に、電解槽本体２の上部には、混成ガス取出室１７内の過圧を防止する減圧バルブ２３が取り付けられている。

　次に、本実施の形態に係る電解槽ユニット１を用いた２連の電解槽５０の概略構成について図５を参照して説明する。
　この電解槽５０は、前記構成の電解槽ユニット１を、混成ガスを外部へ排出するために前記混成ガス取出室１７に連通したガス排出部５１及び前記電解液流入孔２０に連通した電解液供給用の電解液供給管路５２を介して複数個（本実施の形態では例えば２個）水平方向に列設配置したものである。
　電解槽ユニット１の列設個数は、３個、５個等任意個数とすることが可能である。
　なお、電解槽５０は、図示していないが一対の端部電極４、５に直流電圧を供給するための電極端子及び電源装置を具備し、更に、図示していないが前記電解液排出孔２２に取り付けた排出バルブ等を具備している。

　上述した構成の電解槽ユニット１及び電解槽５０において、各電解槽ユニット１の電解室３における一対の端部電極４、５に所定の電圧を加えて電流を流すと、前記複極式電極部７による電解作用で電解室３内で電解液１０（この場合、水をもって電解液とすることができる）の電気分解が発生し、電解液１０内に電子が流出して電解液１０に混合している水が分解され、水素ガスと酸素ガスが発生する。

　この水素ガスと酸素ガスの混成ガス（学名／通称；ブラウンガス）は、前記ガス孔１８、ガス孔１９から混成ガス取出室１７に至り、更に、ガス排出部５１から前記ガス取り出し系６０により取り出され、目的箇所に向けて吐出されるようになっている。

　一方、前記水素ガスと酸素ガスの混成ガスが発生するときに、電解室３内の電解液１０が加熱され、著しく効率が落ちるのが通常であるが、本実施の形態では複極式電極部７に、前記対流孔１４及び対流孔１５からなり、前記電解液１０を電解槽本体２内の電解室３、電解液冷却室１６間で対流循環させる対流機構を備えているので、加熱した電解液１０を効率よく冷却し電気分解に供することができる。

　本実施の形態に係る電解槽５０の電解液温度安定装置１００において、電解槽５０の稼動が停止しており、前記温度センサ２５が検出する電解液１０の液温が摂氏２０度より下がる場合には、電解液温度調整部１２０の開閉バルブ１１４を開にし、ヒータ１１１を動作させ熱対流を利用した熱循環によって電解液１０の液温の下降を防ぎ、液温を非稼働時設定温度である摂氏２０度に維持する。すなわち、寒冷地対策として、電解液の液温を摂氏２０度に保つ。

　電解槽５０の稼動が停止しており、液温が摂氏２０度より上がる場合には、冷却ファン１３１を始動するとともに、開閉バルブ１１４を開としたまま、循環ポンプ１１３を作動し、電解液１０を強制循環させ、電解液１０の液温をゆっくりと摂氏２０度まで冷却していく。すなわち、真夏時対策として、電解液の液温を摂氏２０度に保つ。

　また、電解槽５０の稼動時（摂氏２０度以上）では、開閉バルブ１１４を閉にし、電解液１０の循環を停止させ液温上昇を促す。電解液１０の液温が稼働時設定下温度である摂氏５０度に達した時点で前記冷却ファン１３１を始動するとともに、開閉バルブ１１４を開にして、電解液１０を循環させる状態とし、電解液１０の液温が摂氏５０度以上は熱対流を利用した熱循環によって、できるだけゆっくりと液温を上昇させていく。

　そして、電解液１０の液温が設定上温度である摂氏６０度に達した時点で、開閉バルブ１１４を開としたまま、循環ポンプ１１３を作動し、電解液１０を強制循環させ、電解液の液温をゆっくりと摂氏５０度まで冷却していく。
　電解液１０の液温が摂氏５０度に下降した時点で、循環ポンプ１１３を停止し、開閉バルブ１１４を開のまま熱対流を利用した熱循環により、ゆっくりと液温上昇を図る。

　本実施の形態に係る電解槽５０の電解液温度安定装置１００によれば、電解槽５０稼働時に、電解液１０の液温を一定範囲にすることによって、混成ガス発生を安定させることができ、ひいては、電解槽５０の連続運転における安定稼動とコストダウンに大きな貢載をもたらすことができる。

　また、本実施の形態では、液温が摂氏５０度〜６０度の範囲、すなわち、最も供給電流・電圧が安定している温度帯で、混成ガスの発生もこれに準じて安定させることができる。

　更に、本実施の形態では、電解液１０の液温を、摂氏５０度〜６０度の温度帯の範囲でゆっくりと上下させることで、混成ガス発生を安定させると同時に、電解槽５０の外部での液温を下げる時間を稼ぎ、また、全体の電解液１０の総量を減らすことも可能となる。
　なお、前記電解槽５０の用途としては、加工機器関係として、例えば、ガス溶接機器、鉄板切断機、彫金、宝石加工、アクリル加工、ガラス加工への用途があり、また、ガスエネルギー機器関係として、ゴミ焼却、熱交換器、エンジン（内燃機関）、ガスヒータ、ガスタービン、ポンプ、発電機、蓄電装置への用途がある。

　更に、上述した本実施の形態に係る電解槽ユニット１を使用した電解槽５０の用途としては、禎合エネルギー供給機器関係として、例えば電気エネルギー、ガスエネルギーとしての用途がある。

　本考案によれば、電解槽の稼働時における電解液の温度を安定させることができ、電解槽の安定した連続運転を可能とする電解槽の電解液温度安定装置であることから、電解槽の非稼働時における寒冷地、真夏時対策が万全となる。

本考案の実施の形態に係る電解槽の電解液温度安定装置の全体構成を示す概略構成図である。 本考案の実施の形態に係る電解槽ユニットの概略を示す斜視図である。 本考案の実施の形態に係る電解槽ユニットの概略断面図である。 本考案の実施の形態に係る電解槽ユニットの絶縁体、内部絶縁体、電極の平面図である。 本考案の実施の形態に係る電解槽の概略構成図である。

符号の説明

　　１　　電解槽ユニット
　　２　　電解槽本体
　　３　　電解室
　　４　　端部電極
　　５　　端部電極
　　６　　電極
　　６ａ　切欠部
　　７　　複極式電極部
　　８　　絶縁体
　１０　　電解液
　１１　　ボルト
　１２　　ナット
　１３　　内部絶縁体
　１４　　対流孔
　１５　　対流孔
　１６　　電解液冷却室
　１７　　混成ガス取出室
　１８　　ガス孔
　１９　　ガス孔
　２０　　電解液流入孔
　２１　　電解液流出孔
　２２　　電解液排出孔
　２３　　減圧バルブ
　２４　　レベルゲージ
　２５　　温度センサ
　５０　　電解槽
　５１　　ガス排出部
　５２　　電解液供給管路
　６０　　ガス取り出し系
　６１　　取り出し配管
　６２　　圧力リレー
　６３　　除湿装置
　６４　　水封式ガス逆火防止装置
　６５　　乾式ガス逆火防止装置
　６６　　ガス遮断器
　６８　　圧力計
１００　　電解液温度安定装置
１０１　　電解液循環管路
１１１　　ヒータ
１１２　　電解液外部タンク
１１３　　循環ポンプ
１１４　　開閉バルブ
１１５　　放熱用ラジエター
１１６　　放熱用ラジエター
１２０　　電解液温度調整部
１３０　　電解液温度調整手段
１３１　　冷却ファン
１４０　　給水系
１４１　　逆止弁
１４２　　給水用電磁開閉バルブ
１４３　　給水管路

Claims (3)

1. 　電解槽本体内で電解液を電気分解し、水素と酸素の混成ガスを発生する電解槽の電解液温度安定装置であって、
   　前記電解槽の電気分解に供する電解液を循環させる電解液循環管路と、
   　前記電解槽の非稼働時には電解液を非稼働設定温度に維持し、前記電解槽の稼働時には電解液を稼働時設定下温度、稼働時設定上温度の温度帯の範囲に維持する電解液温度調整手段と、
   　を備えたことを特徴とする電解槽の電解液温度安定装置。
2. 　電解槽本体内で電解液を電気分解し、水素と酸素の混成ガスを発生する電解槽の電解液温度安定装置であって、
   　前記電解槽の電気分解に供する電解液を循環させる電解液循環管路と、
   　電解液循環管路に組み込んだ電解液温度調整部と、前記電解槽の外部に配置した冷却部とを有し、前記電解槽の非稼働時には電解液を非稼働設定温度である摂氏２０度に維持し、前記電解槽の稼働時には電解液を稼働時設定下温度である摂氏５０度、稼働時設定上温度である摂氏６０度の温度帯の範囲に維持する電解液温度調整手段と、
   　を備えたことを特徴とする電解槽の電解液温度安定装置。
3. 　電解槽本体内で電解液を電気分解し、水素と酸素の混成ガスを発生する電解槽の電解液温度安定装置であって、
   　前記電解槽の電気分解に供する電解液を循環させる電解液循環管路と、
   　前記電解液循環管路に組み込んだヒータを備えた電解液外部タンク、電解液を強制循環する循環ポンプ、電解液循環管路を開閉する開閉バルブ、放熱用ラジエターを含む電解液温度調整部と、前記電解槽の外部に配置した冷却ファンとを有し、前記電解槽の非稼働時には電解液を非稼働設定温度である摂氏２０度に維持し、前記電解槽の稼働時には電解液を稼働時設定下温度である摂氏５０度、稼働時設定上温度である摂氏６０度の温度帯の範囲に維持する電解液温度調整手段と、
   　を備えたことを特徴とする電解槽の電解液温度安定装置。