JP3209320U - 水素・酸素混合ガス発生器 - Google Patents

Abstract

【課題】より安価に電解液を冷却することができ、且つ発生した水素・酸素混合ガス内の水分を取り除くことができる水素・酸素混合ガス発生器の提供。【解決手段】電解液を電解して水素及び酸素の混合ガスを生成する電解システム４と、電解システム４を冷却する冷却手段５と、循環手段６と、を備え、電解システム４は、電解液を収容する電解槽４１を有し、電解槽４１は、水素ガスと、酸素ガスと、水素・酸素混合ガスが浮かび上がる時に上方へ押し出した電解液とを含む水素・酸素・電解液混合体を収容する気液二相エリアを有し、循環手段６は、第１の収容槽６２を有する電解液収容手段６０と、第１の収容槽６２と、電解槽４１の気液二相エリアに連通されていて、電解稼動中で発生した水素・酸素ガスの圧力によって電解槽４１内にある水素・酸素・電解液混合体を第１の収容槽６２に導く第１の連接管６１と、を有する。【選択図】図３

Description

本考案は水素・酸素混合ガス発生器に関し、具体的には電解反応により水素・酸素混合ガスを発生する機器に関する。

従来の電解反応により水素・酸素混合ガスを発生する機器、例えば図１に示される水素・酸素混合ガス発生器１００は、電解液１０１を収容している電解槽１０２と、電解液１０１に浸入し、互いに所定の距離を開けるように電解槽１０２内に設置されている複数の電極板１０３と、複数の電極板１０３に電気的に接続されている電源１０４と、を備える。電源１０４で複数の電極板１０３に通電することにより、電解液１０１を電解して水素・酸素混合ガスを生じる。

しかし、電解することにより、水素・酸素混合ガス以外、熱も発生し、該熱により電解液の温度が上がり、電解の効率が低下する。また、電解液の温度が上がることにより、部品の使用寿命及び安定性が低減し、且つ電解液内の水分が蒸発しやすくなり、発生した水素・酸素混合ガス内に水分が多く含まれるようになるので、例えば燃料として利用することには不利になる。

この問題点を解消するために、図２に示されるように、ポンプ１０５を用いて電解槽１０２内の電解液１０１を外部へ移動させて冷却し、そして、冷却した電解液１０１を電解槽１０２に戻して、電解槽１０２内の電解液１０１を冷却する水素・酸素混合ガス発生器１００が提案されている。

しかし、ポンプ１０５で電解液１０１を上記のように循環移動させるには、大量の電力が必要になるので、水素・酸素混合ガスの製造コストが大幅に上がる。また、発生した水素・酸素混合ガス内には、依然として水分が含まれている。

上記問題点に鑑みて、本考案は、より安価に電解液を冷却することができ、且つ発生した水素・酸素混合ガス内の水分を取り除くことができる水素・酸素混合ガス発生器の提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、本考案は、電解液を電解して水素及び酸素の混合ガスを生成する電解システムと、前記電解システムを冷却する冷却手段と、循環手段と、ガス送出管路と、を備える水素・酸素混合ガス発生器であって、前記電解システムは、電解液を収容する電解槽と、前記電解槽内の電解液に浸るように前記電解槽内に設置されている電極手段と、前記電極手段に電圧を印加する電源と、を有し、前記電極手段に電圧が印加されると前記電解槽内の電解液を水素・酸素混合ガスに電解するように構成され、前記電解槽は、槽内の下方にある電解液収容エリアと、槽内の上方にあるガス収容エリアと、前記電解液収容エリアと前記ガス収容エリアとの間にあって、電解で発生した水素・酸素混合ガスと、該発生した水素・酸素混合ガスが電解液中で液面に向かって浮かび上がる時に上方へ押し出した電解液とを含む水素・酸素・電解液混合体を収容する気液二相エリアと、が電解稼動中に画成され、前記循環手段は、前記電解槽における前記気液二相エリアから前記水素・酸素・電解液混合体が導入されて収容し、下方が液相エリア、上方が気相エリアとなる第１の収容槽を有する電解液収容手段と、前記第１の収容槽の前記気相エリアと、前記電解槽の前記気液二相エリアとの間に連通されていて、電解稼動中に発生した水素・酸素混合ガスの圧力によって前記電解槽内にある前記水素・酸素・電解液混合体を前記第１の収容槽に導く第１の連接管と、前記第１の収容槽の前記液相エリアと、前記電解槽の前記電解液収容エリアとの間に連通されていて前記第１の収容槽の前記液相エリアにある電解液を前記電解槽４１の前記電解液収容エリアに導く第２の連接管と、前記第１の収容槽の前記気相エリアにおいて前記第１の連接管の入り口より上に設置されていて前記電解槽における前記ガス収容エリア（及び前記気液二相エリアからの前記水素・酸素・電解液混合体を、前記水素・酸素・電解液混合体が含む水素・酸素混合ガスだけが通ると共に電解液が前記第１の収容槽の前記液相エリアに向かうように気液分離するフィルターと、を有し、前記ガス送出管路は、前記第１の収容槽の前記気相エリアの前記フィルターより上に、前記第１の収容槽における水素・酸素混合ガスを送出するように連通されていることを特徴とする水素・酸素混合ガス発生器を提供する。

上記構成により、本考案の水素・酸素混合ガス発生器は、電解稼動中に発生した水素・酸素ガスの圧力によって電解液を循環手段に運送して、電解液を循環冷却するので、電解液を循環させるための電力を消費せず、製造コストを大幅に削減できる。また、循環手段には気液分離できるフィルターが設置されているので、発生した水素・酸素混合ガス内の水分を除去でき、水素・酸素混合ガスの純度が向上し、幅広く利用しやすくなる。

従来の水素・酸素混合ガス発生器を示す図である。 従来のポンプ付きの水素・酸素混合ガス発生器を示す図である。 本考案の第１の実施形態の水素・酸素混合ガス発生器を示す図である。 上記水素・酸素混合ガス発生器の電解槽の一部を示す図である。 上記水素・酸素混合ガス発生器の電極板を示す斜視図である。 上記水素・酸素混合ガス発生器の一部を示す図である。 本考案の第２の実施形態の水素・酸素混合ガス発生器を示す図である。

＜第１の実施形態＞
以下、図３〜図６を参照しながら、本考案の第１の実施形態について詳しく説明する。

図３は本考案の第１の実施形態の水素・酸素混合ガス発生器を示す図であり、図４は上記水素・酸素混合ガス発生器の電解槽の一部を示す図であり、図５は上記水素・酸素混合ガス発生器の電極板を示す斜視図であり、図６は上記水素・酸素混合ガス発生器の一部を示す図である。

図３に示されるように、本考案の水素・酸素混合ガス発生器２は、電解液から水素及び酸素の混合ガスを生成する電解システム４と、電解システム４を冷却する冷却手段５と、電解液を循環させる循環手段６と、ガス送出管路７と、を備えている。

この実施形態において、水素・酸素混合ガス発生器は、電解システム４と、循環手段６と、ガス送出管路７の一部と、冷却手段５とを収容できるハウジング３を更に有するが、本考案はこの実施形態に限定されず、電解システム４、循環手段６、ガス送出管路７及び冷却手段５の全部または一部を１つの台座に設置することもできる。

電解システム４は、図４及び図５に示されるように、電解液を収容する電解槽４１と、電解槽４１内の電解液に浸るように電解槽４１内に設置されている電極手段４２と、電極手段４２に電圧を印加する電源４３とを有し、電極手段４２に電圧が印加されると電解槽４１内の電解液が水素・酸素混合ガスに電解されるように構成されている。

電解槽４１は、図６に示されるように、電解稼動中、槽内の下方にある電解液収容エリア４１１と、槽内の上方にあるガス収容エリア４１２と、電解液収容エリア４１１とガス収容エリア４１２との間にあって、電解で発生した水素ガスと、酸素ガスと、該発生した水素・酸素混合ガスが上方へ浮いていく時上方へ引き出された電解液と、の水素・酸素・電解液混合体を収容する気液二相エリア４１３と、に区切られている。

電極手段４２は、図４及び図５に示されるように、複数の第１の電極板４２３と複数の第２の電極板４２４とが、それぞれ直立しながら面対面で互いに平行に、且つ交錯するように並んでいる上、各電極板４２３、４２４は、電解液の液面より高い部分と、液面より低い部分即ち電解液に浸されている部分とがあり、上述の液面より高い部分に通気孔４２２が、また上述の電解液に浸されている部分に通液孔４２１がそれぞれ形成されている。

図５に示されているように、複数の第１の電極板４２３の通気孔４２２と複数の第２の電極板４２４の通気孔４２２とは、第１の電極板４２３と第２の電極板４２４とが対面する方向から見てずれた位置に開けられている。更に、複数の第１の電極板４２３の通液孔４２１と複数の第２の電極板４２４の通液孔４２１もまた、第１の電極板４２３と第２の電極板４２４とが対面する方向から見てずれた位置に開けられている。

この実施形態において、図５に示されるように、第２の電極板４２４を挟んで隣り合う２枚の第１の電極板４２３の通気孔４２２は、第１の電極板４２３と略直交する直線Ｌ１が通過する位置に開けられ、第１の電極板４２３を挟んで隣り合う２枚の第２の電極板４２４の通気孔４２２は、第２の電極板４２４と略直交し、且つ直線Ｌ１と平行する直線Ｌ２が通過する位置に開けられている。同じく、第２の電極板４２４を挟んで隣り合う２枚の第１の電極板４２３の通液孔４２１は、第１の電極板４２３と略直交する直線Ｌ３が通過する位置に開けられ、第１の電極板４２３を挟んで隣り合う２枚の第２の電極板４２４の通気孔４２２は、第２の電極板４２４と略直交し、且つ直線Ｌ３と平行する直線Ｌ４が通過する位置に開けられている。

冷却手段５は、図３に示されるように、電解槽４１の上方から電解槽４１に送風するように設置されているファン５１を有する。

循環手段６は、図３に示されるように、第１の連接管６１と、電解液収容手段６０と、第２の連接管６５と、フィルター６３と、制御バルブ６７と、液面計６６と、を備えている。

電解液収容手段６０は、図３及び図６に示されるように、電解槽４１における電解液収容エリア４１１からの電解液を収容して、下方が液相エリア６２１、上方が気相エリア６２２となる第１の収容槽６２と、第２の連接管６５に組み込まれていて第１の収容槽６２から受ける電解液を一旦停留させてから電解槽４１に送るための第２の収容槽６４と、を有する。この実施形態において、第１の収容槽６２及び第２の収容槽６４には、予め常温または低温の電解液が収容されている。また、第１の収容槽６２内の電解液の液面に、電解液内の水分の蒸発を防ぐことができる泡を添加している。

第１の連接管６１は、図３に示されるように、第１の収容槽６２の気相エリア６２２と、電解槽４１の気液二相エリア４１３の電解液収容エリア４１１に臨む箇所との間に連通されていて、電解稼動中に発生した水素・酸素ガスの圧力によって電解槽４１内にある水素・酸素・電解液混合体を第１の収容槽６２に導くように構成されている。この実施形態において、第１の連接管６１は、直線状に形成されている上、水平に延伸し、且つ第１の連接管６１の第１の収容槽６２及び電解槽４１に連通する位置の高さは、第１の収容槽６２及び電解槽４１内の電解液の液面の高さとほぼ同じであり、具体的には、第１の連接管６１の第１の収容槽６２及び電解槽４１での開口下端がそれぞれ液面よりもやや上に来るように配置される。更に、第１の連接管６１の電解槽４１に連通する位置の高さは、第１の電極板４２３と第２の電極板４２４の通気孔４２２の高さと同じであることがより好ましい。

第２の連接管６５は、図３に示されるように、第１の収容槽６２の液相エリア６２１と、電解槽４１における電解液収容エリア４１１との間に連通されていて第１の収容槽６２の液相エリア６２１にある電解液を電解槽４１の電解液収容エリア４１１に導くように構成されている。

フィルター６３は、図３に示されるように、第１の収容槽６２の気相エリア６２２の第１の連接管６１の入り口より上に設置されていて、電解槽４１におけるガス収容エリア４１２及び気液二相エリア４１３から流入した水素・酸素・電解液混合体を、当該水素・酸素・電解液混合体中の水素・酸素混合ガスだけが気相エリア６２２に通されると共に篩い落とされた電解液が第１の収容槽６２の液相エリア６２１に向かうように構成されている。また、フィルター６３は、第１の収容槽６２と一体的に設置され、または、取り外し可能に第１の収容槽６２に設置されている。

制御バルブ６７は、図３に示されるように、第２の連接管６５における第２の収容槽６４と電解槽４１との間に設置されていて、第２の収容槽６４から電解槽４１への電解液の流動を制御するように構成されている。

液面計６６は、図３に示されるように、電解槽４１に設置されていて、電解槽４１内の電解液の液面を計測して、該計測の結果により制御バルブ６７の開閉を制御するため設置されている。

ガス送出管路７は、図３に示されるように、一端が第１の収容槽６２の気相エリア６２２のフィルター６３より上に連通されている第１の送気管７１と、第１の送気管７１の前記一端の反対端に連通されている圧力逃し弁７２と、一端が圧力逃し弁７２に連通されている第２の送気管７３と、第２の送気管７３の前記一端の反対端に連通されていて通るガスに含まれる水分を取り除く気水分離器７４と、気水分離器７４に連通されていて通るガスが帯びる匂いを取り除く活性炭部７５と、により構成されている。

この実施形態において、圧力逃し弁７２は、三方弁である。図６に示されるように、該三方弁の３つの開口の内の２つの開口はそれぞれ第１の送気管７１と第２の送気管７３とに連通され、残り１つの開口は、第１の収容槽６２内の圧力が高すぎると、外部と連通して圧力を逃すことができるように構成されている。また、気水分離器７４は、第２の送気管７３と連通している筐体７４１と、筐体７４１内に設置され、ポリプロピレンにより構成されている濾材７４２とにより構成されている。

上記の構成によれば、電極手段４２に電圧を印加して電解槽４１内の電解液を水素・酸素混合ガスに電解すると、電解で発生した水素ガスと、酸素ガスと、該発生した水素・酸素混合ガスが気泡となって液面に向かって浮かび上がる時にその気泡によって上方へ押し出された電解液とを含む水素・酸素・電解液混合体は、発生した水素・酸素ガスの圧力によって、第１の連接管６１を通過して、循環手段６の第１の収容槽６２に進入する。そして、水素・酸素・電解液混合体内の電解液が第１の収容槽６２の液相エリア６２１に進入して集められ、電解槽４１からの水素・酸素・電解液混合体内の水素・酸素混合ガスだけがフィルター６３を通過するように気水分離されて第１の収容槽６２の気相エリア６２２に進入する。

電解槽４１からの電解液が第１の収容槽６２の液相エリア６２１に進入すると、第１の収容槽６２内の電解液と混合して冷却される。そして、液面計６６が電解槽４１内の電解液の液面の高さが第１の連接管６１の高さより低くなったことを感知すると、制御バルブ６７をオンにして、第１の収容槽６２と第２の収容槽６４内の電解液が電解槽４１に流入し、電解槽４１内の電解液を補充且つ冷却する。そして、液面計６６が電解槽４１内の電解液の液面の高さが第１の連接管６１の高さと同じになったことを感知すると、制御バルブ６７をオフにして、第１の収容槽６２と第２の収容槽６４内の電解液が電解槽４１に流入できなくなる。

上記の電解液の循環により、ポンプを使わずに電解液を循環冷却することもできるので、電解液の循環のための電力を消費せず、水素・酸素混合ガスの製造コストを大幅に削減できる。

気相エリア６２２に進入した水素・酸素混合ガスは、そのままガス送出管路７に進入して、第１の送気管７１と、圧力逃し弁７２と、第２の送気管７３と、気水分離器７４と、活性炭部７５とを経由して、二回目の気水分離と匂いを取り除く工程を行った後、外部へ送出して使用または貯蔵することができるようになる。

上記の二回の気水分離により、水素・酸素混合ガス内の水分を除去でき、水素・酸素混合ガスの純度が向上し、利用しやすくなる。

＜第２の実施形態＞
本考案の水素・酸素混合ガス発生器の第２の実施形態は、上記第１の実施形態と多くの構成が共通するので、ここでは詳しい説明を省略し、その相違点のみを説明する。

図７は本考案の第２の実施形態の水素・酸素混合ガス発生器を示す図である。

この実施形態において、図７に示されるように、冷却手段５は、第１の連接管６１内の電解液を冷却するために、第１の連接管６１に設置されているヒートシンク５２を更に有し、電解槽４１は、電解槽４１における電解液の温度を測る温度計９１と、電解槽４１を例えば点検する際に、電解槽４１における電解液を排出できる排水弁９２とが設置されている。

本考案の水素・酸素混合ガス発生器は、電解液の循環のための電力を消費せずに循環冷却することができるので、水素・酸素混合ガスの製造コストを大幅に削減でき、また、二回の気水分離により、水素・酸素混合ガス内の水分を除去できるので、水素・酸素混合ガスの純度が向上し、利用しやすくなるので、水素・酸素混合ガスの製造に好適である。

２ 水素・酸素混合ガス発生器
３ ハウジング
４ 電解システム
４１ 電解槽
４１１ 電解液収容エリア
４１２ ガス収容エリア
４１３ 気液二相エリア
４２ 電極手段
４２１ 通液孔
４２２ 通気孔
４２３ 第１の電極板
４２４ 第２の電極板
４３ 電源
５ 冷却手段
５１ ファン
５２ ヒートシンク
６ 循環手段
６０ 電解液収容手段
６１ 第１の連接管
６２ 第１の収容槽
６２１ 液相エリア
６２２ 気相エリア
６３ フィルター
６４ 第２の収容槽
６５ 第２の連接管
６６ 液面計
６７ 制御バルブ
７ ガス送出管路
７１ 第１の送気管
７２ 圧力逃し弁
７３ 第２の送気管
７４ 気水分離器
７４１ 筐体
７４２ 濾材
７５ 活性炭部
９１ 温度計
９２ 排水弁
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ 直線

Claims (11)

1. 電解液を電解して水素及び酸素の混合ガスを生成する電解システムと、前記電解システムを冷却する冷却手段と、循環手段と、ガス送出管路と、を備える水素・酸素混合ガス発生器であって、
   前記電解システムは、電解液を収容する電解槽と、前記電解槽内の電解液に浸るように前記電解槽内に設置されている電極手段と、前記電極手段に電圧を印加する電源と、を有し、前記電極手段に電圧が印加されると前記電解槽内の電解液を水素・酸素混合ガスに電解するように構成され、
   前記電解槽は、槽内の下方にある電解液収容エリアと、槽内の上方にあるガス収容エリアと、前記電解液収容エリアと前記ガス収容エリアとの間にあって、電解で発生した水素・酸素混合ガスと、該発生した水素・酸素混合ガスが電解液中で液面に向かって浮かび上がる時に上方へ押し出した電解液とを含む水素・酸素・電解液混合体を収容する気液二相エリアと、が電解稼動中に画成され、
   前記循環手段は、
   前記電解槽における前記気液二相エリアから前記水素・酸素・電解液混合体が導入されて収容し、下方が液相エリア、上方が気相エリアとなる第１の収容槽を有する電解液収容手段と、
   前記第１の収容槽の前記気相エリアと、前記電解槽の前記気液二相エリアとの間に連通されていて、電解稼動中に発生した水素・酸素混合ガスの圧力によって前記電解槽内にある前記水素・酸素・電解液混合体を前記第１の収容槽に導く第１の連接管と、
   前記第１の収容槽の前記液相エリアと、前記電解槽の前記電解液収容エリアとの間に連通されていて前記第１の収容槽の前記液相エリアにある電解液を前記電解槽の前記電解液収容エリアに導く第２の連接管と、
   前記第１の収容槽の前記気相エリアにおいて前記第１の連接管の入り口より上に設置されていて前記電解槽における前記ガス収容エリア及び前記気液二相エリアからの前記水素・酸素・電解液混合体を、前記水素・酸素・電解液混合体が含む水素・酸素混合ガスだけが通ると共に電解液が前記第１の収容槽の前記液相エリアに向かうように気液分離するフィルターと、を有し、
   前記ガス送出管路は、前記第１の収容槽の前記気相エリアの前記フィルターより上に、前記第１の収容槽における水素・酸素混合ガスを送出するように連通されていることを特徴とする水素・酸素混合ガス発生器。
2. 前記第１の連接管は、直線状に形成されている上、水平に延伸していることを特徴とする請求項１に記載の水素・酸素混合ガス発生器。
3. 前記電極手段は、複数の第１の電極板と複数の第２の電極板とが、それぞれ直立しながら面対面で、且つ交錯するように並んでいる上、各第１と第２の電極板は、電解液の液面より高い部分と電解液に浸されている部分とがあり、前記電解液の液面より高い部分に通気孔が形成され、前記電解液に浸されている部分に通液孔が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水素・酸素混合ガス発生器。
4. 前記複数の第１の電極板の前記通気孔と前記複数の第２の電極板の前記通気孔とは、前記第１の電極板と前記第２の電極板とが対面する方向から見てずれた位置に開けられており、
   前記複数の第１の電極板の前記通液孔と前記複数の第２の電極板の前記通液孔とは、前記第１の電極板と前記第２の電極板とが対面する方向から見てずれた位置に開けられていることを特徴とする請求項３に記載の水素・酸素混合ガス発生器。
5. 前記電解液収容手段は、前記第２の連接管に組み込まれていて前記第１の収容槽から受ける電解液を一旦停留させてから前記電解槽に送るための第２の収容槽を更に有し、
   前記循環手段は、
   前記第２の収容槽と前記電解槽との間で前記第２の連接管に設置されていて、前記第２の収容槽から前記電解槽への電解液の流動を制御する制御バルブと、
   前記電解槽に設置されていて、前記電解槽内の電解液の液面を計測して、該計測の結果により前記制御バルブの開閉を制御するための液面計と、を更に有することを特徴とする請求項１〜請求項４いずれか一項に記載の水素・酸素混合ガス発生器。
6. 前記ガス送出管路は、一端が前記第１の収容槽の前記気相エリアに連通されている第１の送気管と、前記第１の送気管の前記一端の反対端に連通されている圧力逃し弁と、一端が前記圧力逃し弁に連通されている第２の送気管と、前記第２の送気管の前記一端の反対端に連通されていて通るガスに含まれる水分を取り除く気水分離器と、前記気水分離器に連通されていて通るガスが帯びる匂いを取り除く活性炭部と、により構成されていることを特徴とする請求項1〜請求項５いずれか一項に記載の水素・酸素混合ガス発生器。
7. 前記圧力逃し弁は、三方弁であることを特徴とする請求項６に記載の水素・酸素混合ガス発生器。
8. 前記冷却手段は、前記電解槽の上方から該電解槽に送風するように設置されているファンを有することを特徴とする請求項1〜請求項７いずれか一項に記載の水素・酸素混合ガス発生器。
9. 前記冷却手段は、前記第１の連接管に設置されているヒートシンクを有することを特徴とする請求項８に記載の水素・酸素混合ガス発生器。
10. 前記電解システムと、前記循環手段と、前記ガス送出管路の一部と、前記冷却手段と、を収容できるハウジングを更に有することを特徴とする請求項1〜請求項９いずれか一項に記載の水素・酸素混合ガス発生器。
11. 前記電解槽は、更に、
    前記電解槽における電解液の温度を測る温度計と、
    前記電解槽における電解液を排出できる排水弁と、が設置されていることを特徴とする請求項1〜請求項１０いずれか一項に記載の水素・酸素混合ガス発生器。

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