JP3570429B1 - 酸素、水素ガス発生装置及びその組立方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】マイナス側電極として用いられる金属繊維の交絡体及びマイナス側電極板ないしプラス側電極板に付着した酸素、水素ガス気泡を容易に剥離することで電解効率の向上を図ることと共に、電解槽の内部に複数のマイナス側電極板及びプラス側電極板を適正な間隔を保持した状態で容易に組込むことができる酸素、水素ガス発生装置及びその組立方法を提供する。
【解決手段】絶縁パッキン５２を介してマイナス電位ケース５０に取付けたプラス電位蓋５４にプラス側電極板５８を保持し、このプラス側電極板５８を中にして複数枚のマイナス側副電極板５９を内外に配設し、対向するプラス側電極板５８間にマイナス側電極板５７を中にして複数枚のマイナス側副電極板５９上下端部を等間隔に保持して絶縁ブロック体を構成し、複数枚のマイナス側副電極板５９の間隙に金属繊維の交絡体６４を密に充填し底板５０Ａに超音波発信器３６を接続した。
【選択図】 図４
【解決手段】絶縁パッキン５２を介してマイナス電位ケース５０に取付けたプラス電位蓋５４にプラス側電極板５８を保持し、このプラス側電極板５８を中にして複数枚のマイナス側副電極板５９を内外に配設し、対向するプラス側電極板５８間にマイナス側電極板５７を中にして複数枚のマイナス側副電極板５９上下端部を等間隔に保持して絶縁ブロック体を構成し、複数枚のマイナス側副電極板５９の間隙に金属繊維の交絡体６４を密に充填し底板５０Ａに超音波発信器３６を接続した。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素、水素ガス発生装置及びその組立方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の通り、従来から水を電気分解することによって酸素、水素ガスを得る酸素、水素ガス発生装置に関する文献は多くあるものの、上記酸素、水素ガスは既に企業化されて施設や設備が整備され、流通経済が確立されている都市ガス、ＬＰガス、天然ガス等に比べると用途開発がなされておらず、殆ど実用化されていないのが現状である。
【０００３】
上記の酸素、水素ガスは、環境への影響がないクリーンなエネルギー源として注目されており、酸素、水素ガスの供給と利用を可能にする技術・手段が求められるようになった。
【０００４】
その必要性から、発明者等は鋭意研究の結果、酸素、水素ガス発生装置を開発し出願した（特願２００２―１３７８９５号）。
【０００５】
この酸素、水素ガス発生装置は、横断面が角型に形成されたマイナス電位ケースとこのマイナス電位ケースに絶縁パッキンを介して取付けられるプラス電位蓋より成る電解槽と、この電解槽に収容されマイナス電位ケースに取付けられるマイナス側電極板とプラス電位蓋に取付けられるプラス側電極板より成る電極板と、上記両電極板に電力を供給する蓄電池と、上記電解槽に電気分解される水を供給する水供給装置とを備えた構成となっている。
【０００６】
しかしながら、上記の酸素、水素ガス発生装置は、発生量に限界があることから、より多くの酸素、水素ガスを発生する装置が求められていた。
【０００７】
一方、燃料電池の電極に関するものとして、限られた容積内に於ける電極の表面積を増加を図ることで、電流の通電量を大きくして電解効率を図ったものとして金属繊維の交絡体を電極として用いたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−１４３５１０号公報（段落０００９、段落００７５、
段落００７６）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような金属繊維の交絡体を電極として用いたものでは、酸素、水素ガスの気泡が金属繊維の交絡体の表面に付着して上方に抜け難くなるため、折角、電解効率の向上を図っても酸素、水素ガス発生量の増大に結びつかない問題を有していた。
【００１０】
従って、本発明の目的とする所は、マイナス側電極として用いられる金属繊維の交絡体及びマイナス側電極板ないしプラス側電極板に付着した酸素、水素ガス気泡を容易に剥離することで電解効率の向上を図ることと共に、電解槽の内部に複数のマイナス側電極板及びプラス側電極板を適正な間隔を保持した状態で容易に組込むことができる酸素、水素ガス発生装置及びその組立方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決する為の手段】
上記目的を達成するために、本発明は次の技術的手段を有する。即ち、実施の形態に対応する添付図面に使用した符号を用いて説明すると、横断面が角型に形成されたマイナス電位ケース５０と該マイナス電位ケース５０に絶縁パッキン５２を介して取付けられるプラス電位蓋５４より成る電解槽２と、上記プラス電位蓋５４に電気的に連なり、互いに間隔を置いて配設されている複数のプラス側電極板５８と、該プラス側電極板５８間に配設されていて、マイナス電位ケース５０に対して電気的に連なる複数のマイナス側電極板５７，５９より成る電極板と、上記プラス側電極板５８とマイナス側電極板間に電気を供給する直流電源と、上記電解槽２に電気分解される水を供給する水供給装置６とを備えた酸素、水素ガス発生装置であって、上記電極板を構成する複数枚のマイナス側電極板５７，５９とプラス側電極板５８の各々は、上記電解槽２を構成するマイナス電位ケース５０の形状に沿う角筒状に形成され、さらに、上記電解槽２のマイナス側電極板５７，５９の間隙には、金属繊維の交絡体６４が密に充填されると共に上記電解槽２の底板５０Ａに上記電解槽２内の電気分解される水に振動を与える為の超音波発信器３６が接続されていることを特徴とする酸素、水素ガス発生装置である。
上記によれば、超音波発信器３６による振動子３５により電解槽２内の電気分解される水を所定周波数により振動させることで、この振動がマイナス側電極板５７，５９ないし複数枚のマイナス側副電極板５９間に充填した金属繊維の交絡体６４、並びにマイナス側電極板５７，５９に伝播してこれらに付着した気泡に振動を与える。
従って、超音波発信器３６による振動子３５の振動が、電解槽２内の電気分解される水を介して交絡体６４やマイナス側電極板５７，５９に伝播されるので、マイナス側電極板５７，５９に付着した水素の気泡やプラス側電極板５８に付着した酸素の気泡が効率良く剥離され、電解効率を向上することができる。
【００１２】
また本発明は、横断面が角型に形成されたマイナス電位ケース５０と該マイナス電位ケース５０に絶縁パッキン５２を介して取付けられるプラス電位蓋５４より成る電解槽２と、該電解槽２の底板５０Ａに取付けられるマイナス側電極板５７とプラス電位蓋５４に取付けられるプラス側電極板５８より成る電極板と、上記両電極板５７，５８に電力を供給する直流電源と、上記電解槽２に電気分解される水を供給する水供給装置６とを備えた酸素、水素ガス発生装置であって、上記電極板を構成する複数枚のマイナス側電極板５７とプラス側電極板５８の各々は、上記電解槽２を構成するマイナス電位ケース５０の形状に沿う角筒状に形成され、互いに間隔を置いて配設された複数枚のプラス側電極板５８を中にしてそれらの内外には、絶縁性ブロック体６２により複数枚のマイナス側副電極板５９の上下端部を等間隔に保持して成る複数の単位電極組６０が配設されると共に、対向するプラス側電極板５８間に配設された一対の単位電極組６０の間には上記電解槽２の底板５０Ａに立設されたマイナス側電極板５７Ａ，５７が配設されて成り、さらに、上記電解槽２のマイナス側電極板５７Ａ，５７及びマイナス側副電極板５９の間隙には、金属繊維の交絡体６４が密に充填されると共に上記電解槽２の底板５０Ａに上記電解槽２内の電気分解される水に振動を与える為の超音波発信器３６が接続されていることを特徴とする酸素、水素ガス発生装置である。
上記によれば、超音波発信器３６による振動子３５により電解槽２内の電気分解される水を所定周波数で振動させることで、この振動がマイナス側電極板５７Ａ，５７ないし複数枚のマイナス側副電極板５９間に密に充填された金属繊維の交絡体６４に伝播し、これら交絡体６４やマイナス側電極板５７Ａ，５７ないし複数枚のマイナス側副電極板５９に付着した水素の気泡、並びにプラス側電極板５８に付着した酸素の気泡に振動を与える。
従って、超音波発信器３６により発生した振動子３５による所定周波数の振動が、電解槽２内の電気分解される水を介してマイナス側電極となる交絡体６４やマイナス側電極板５７Ａ，５７、ないし複数枚のマイナス側副電極板５９に伝播して、これらに付着した水素の気泡、並びにプラス側電極板５８に付着した酸素の気泡を効率良く剥離して水面上に浮上することができ、電解効率の向上に寄与することができる。
【００１３】
また本発明は、上記電解槽２の底板５０Ａには、上記電気分解される水に気泡を発生させる気泡発生装置３８が接続されている酸素、水素ガス発生装置である。
上記によれば、上記の超音波発信器３６に加え、電解槽２の底板５０Ａに取付けた気泡発生装置３８により電解槽２内部の底板５０Ａ上に大量に発生した気泡が一気に浮上することで、金属繊維の交絡体６４やマイナス側電極板５７Ａ，５７ないし複数枚のマイナス側副電極板５９に付着した水素の気泡、並びにプラス側電極板５８に付着した酸素の気泡に衝突してこれらを膨張破壊し、または衝突の衝撃力により剥離する。
従って、超音波発信器３６による振動に加え電解槽２の底板５０Ａに発生する大量の気泡による浮力作用が相俟って、金属繊維の交絡体６４や、マイナス側電極板５７Ａ，５７ないし複数枚のマイナス側副電極板５９に付着した水素の気泡、並びにプラス側電極板５８に付着した酸素の気泡に衝突してこれらを膨張破壊し、または衝突の衝撃力により剥離してこれらの気泡を効率良く浮上させることができる。
【００１４】
また本発明は、上記電解槽２に電気分解される水を供給する上記水供給装置６と電解槽２の間には、粒状活性炭８４ないしイオン交換樹脂８６等が充填された浄水器４２が接続されている酸素、水素ガス発生装置である。
上記によれば、水供給装置から供給される水道水は、浄水器内の粒状活性炭８４に通すと共にイオン交換樹脂８６等に通したのち電解槽２に供給される。
従って、電解槽２に供給される電気分解される水道水が、浄水器４２内の粒状活性炭８４を通すことで電気分解を妨げる塩素等が除去され、更にイオン交換樹脂８６等を通すことで炭酸イオン等が除去されて電解効率を向上することができる。
【００１５】
また本発明は、横断面が角型に形成されたマイナス電位ケース５０と該マイナス電位ケース５０に絶縁パッキン５２を介して取付けられるプラス電位蓋５４より成る電解槽２と、上記マイナス電位ケース５０の底板５０Ａに取付けられるマイナス側電極板５７とプラス電位蓋５４に取付けられるプラス側電極板５８より成る電極板とを備えて成り、内方から外方に向けて所定間隔を置いて配置した角筒状のマイナス側副電極板５９の複数枚を、絶縁性ブロック体６２により上下端部を保持して単位電極組６０の複数を構成し、上記底板５０Ａの中心部にマイナス側電極板５７Ａを立設すると共に、該マイナス側電極板５７Ａから外方に向けて複数のマイナス側電極板５７を所定間隔を置いて底板５０Ａ上に立設し、上記マイナス側電極板５７を中にしてそれらの内外にプラス側電極板５８を所定間隔を置いて配設し、所定間隔をもって交互に配設されるマイナス側電極板５７Ａ，５７とプラス側電極板５８の間に、少なくとも異極となる電極板どうしが非接触状態となるように上記絶縁性ブロック体６２を介して単位電極組６０を順次挿嵌し、各プラス側電極板５８の上方に延出する上端部をプラス電位蓋５４に夫々取着したのち、該プラス電位蓋５４を絶縁パッキン５２を介してマイナス電位ケース５０に取付けるようにしたことを特徴とする酸素、水素ガス発生装置の組立方法である。
従って、内方から外方に向けて所定間隔を置いて配置した角筒状のマイナス側副電極板５９の複数枚の上下端部を絶縁性ブロック体６２により保持して成る単位電極組６０の複数を、中心部から外方に向けて交互に配設される複数のマイナス側電極板５７Ａ，５７とプラス側電極板５８の間に、絶縁性ブロック体６２を介して単位電極組６０Ａ〜６０Ｆを順次挿嵌する際に、異極となる電極板どうしが絶縁性ブロック体６２により非接触状態となる所定の間隔が確保されるので容易に組込むことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る酸素、水素ガス発生装置を示す構成図、図２は酸素、水素ガス発生装置の概観正面図、図３は酸素、水素ガス発生装置の概観側面図、図４は電解槽の内部構成を示す上部断面図、図５は電解槽の内部構成を示す下部断面図、図６は図４のＡ−Ａ断面図、図７は図４のＣ矢視図、図８は図４のＢ−Ｂ断面図、図９は図５のＥ部拡大断面図、図１０は図５のＤ矢視図、図１１は単位電極組を組立る手順の説明図、図１２は組立られたマイナス側電極板とプラス側電極板の配置関係を示す上部断面図、図１３は組立られたマイナス側電極板とプラス側電極板の配置関係を示す下部断面図、図１４は電解槽の内部構成を示す横断面図、図１５は浄水器の縦断面図、図１６はマイナス側電極板間に金属繊維の交絡体を充填した状態を示す電解槽上部の部分斜視図であり、図１７はエアー流量とエアー圧に対応する酸素、水素ガス発生量の関係を示す図表である。尚、図４と図５は、上下に合わせることで電解槽の内部断面が一つで示されるもので、図４と図５は、一つにすると図面全体が大きくなって表現し難いので区分して表示したものであり、図１２と図１３も同様に上下に合わせることでマイナス、プラス側電極板の配置が一つで示されるが、これも一つにすると図面全体が大きくなるので上下に区分されている。
【００１７】
最初に酸素、水素ガス発生装置の構成に付き説明する。図１に示す１は酸素、水素ガス発生装置であり、この酸素、水素ガス発生装置１は、図１に示したように、電極板４を収容して成る電解槽２と、電解槽２に収容された電極板４に電力を供給する蓄電池５と、電解槽２に電気分解される水道水等を供給する水供給装置となる給水源６とを備えて成り、上記電解槽２に収容された電極板４への電力の供給は、上記蓄電池５に接続されている導電線９（マイナス側），１０（プラス側）によって行なわれ、上記電解槽２への水道水Ｗの供給は、上記給水源６に接続されている給水管１２によって行なわれるようになっており、上記電解槽２で生成されて後述するプラス電位蓋の吐出口を出た酸素、水素ガスは、冷却装置２５、タンク２８、サブタンク３０を通過し、酸素、水素ガス供給管１４を経て酸素、水素ガス使用器具１６へと供給されるようになっている。
【００１８】
そして、上記電解槽２による水素ガスの生成量の調整は、蓄電池５から供給される電力を調整することによって行なわれ、上記蓄電池５から供給される電力は、図示しないコントロールパネルによって制御できるように構成されている。
【００１９】
また、上記酸素、水素ガス供給管１４には、酸素、水素ガスの供給量を調整するための調整バルブ１８Ａ，１８Ｂ、圧力調整手段２０、フィルタ２２、ストップバルブ２４が配設されており、酸素、水素ガス使用器具１６における火力の調整は、調整バルブ１８Ａ，１８Ｂと圧力調整手段２０とを連携させて行なわれるようになっている。
【００２０】
符号３２で示される冷却タンクに貯留されている冷却水は、循環ポンプＰ１により給水管４０Ａを介して冷却装置２６から電解槽２外部のウォータジャケット３４に供給され、このウォータジャケット３４から出た冷却水は給水管４０Ｂを通して再び冷却タンク３２に循環するようになっている。
【００２１】
電解槽２内の電気分解される水は、循環ポンプＰ２により電解槽２の底面に接続された排水管４４Ａを通して給水管４４Ｂから電解槽２の上部に循環するようになっている。
【００２２】
そして、電解槽２の底面には後述する複数の振動子３５が取付けられ、これら振動子３５は超音波発信器３６に電気的に接続されており、更に、電解槽２の底板５０Ａにはエアーコンプレッサー３８に接続された２本のエアー供給管４５が取付けられ、底板５０Ａからエアーコンプレッサー３８により大量の気泡が電解槽２内の電気分解される水に供給されるようになっている。この場合、気泡の発生源は必ずしもエアーに限られるものではない。
【００２３】
また、給水源６の下流には浄水器４２が接続されており、浄水器４２により軟水化された水道水は、定量ポンプＰにより電解槽２の底面から内部へ供給されるようになっている。
【００２４】
次に、酸素、水素ガス発生装置１は、図２に示したように、ユニット化された装置の上部に電圧計ＶＭ及び電流計ＡＭを有する整流器４６が設けられ、この整流器４６の上部には超音波発信器３６が取付けられている。
【００２５】
また、正面のパネル４８には、異常停止スイッチＥＳ、電源スイッチＰＳ、冷却水温度計ＴＭ、ガス圧力計ＰＧ、各種ポンプ類のスイッチＳＷが配設されている。
【００２６】
酸素、水素ガス発生装置１は、図３に示した側面図において、ユニットＵの左側面にはパネル４８が設けられると共に、このユニットＵの内部には底面に複数の振動子３５を取付けた電解槽２が配設されており、ユニットＵのベース上には定量ポンプＰ、循環ポンプＰ１，Ｐ２、エアーコンプレッサー３８が設置され、電解槽２の上部には冷却ファンＦ、冷却装置２６としてのフィン付き冷却パイプ２５が配設されている。
【００２７】
更に、電極板４に電力を供給する蓄電池５として、低コスト、感電に対し安全性を有する小型のＤＣ１２Ｖバッテリーが使用されている。
【００２８】
次に、上記酸素、水素ガス発生装置に付き図４〜図１４を参照して詳述する。
【００２９】
上記電解槽２は、図４に示したように、蓄電池５のマイナス電極に接続されたマイナス電位ケース５０と、上記マイナス電位ケース５０に絶縁パッキン５２を介して取付けられる蓄電池５のプラス電極に接続されたプラス電位蓋５４より成るものであり、上記マイナス電位ケース５０の周囲には、電解槽２の冷却を行なうために冷却水が供給されるウォータジャケット３４（図１参照）が設けられ、また、プラス電位蓋５４には、電解槽で生成された酸素、水素ガスを酸素、水素ガス供給管１４へ送るための酸素、水素ガス吐出口（図１参照）が設けられている。
【００３０】
電解槽２に収容される電極板４は、マイナス電位ケース５０の底板５０Ａ上に導電性の保持板５６を介して立設保持されたマイナス側電極板５７Ａ，５７と、プラス電位蓋５４に取付けられるプラス側電極板５８より成り、上記両電極板５７Ａ，５７，５８の各々は、図６〜図８、図１２〜図１４に示したように、横断面が角型に形成された電解槽２を構成するマイナス電位ケース５０の形状に沿う角筒状に形成されているものであり、大きな面積が得られるように構成されている。
【００３１】
上記に於いて、マイナス電極板５７Ａは電解槽２の中央に位置し、複数のマイナス電極板５７は中央の周りに間隔を置いて配設されている。そして、プラス側電極板５８は保持板５６に対して電気的に連なっていない。
【００３２】
更に、上記図に示したように、内外に配設される角筒状の複数枚のプラス側電極板５８を中にしてそれらの内外には、ジュラコン製の絶縁性ブロック体６２により複数枚のマイナス側副電極板５９の上下端部を等間隔に保持して成る複数の単位電極組６０が配設されると共に、対向するプラス側電極板５８間に配設された一対の単位電極組６０の間には、上記電解槽２の底板５０Ａ上の保持板５６に立設保持された上記のマイナス側電極板５７が配設されている。
【００３３】
つまり、電解槽２の中には、角筒状のプラス側電極板５８の複数が間隔を置いて配置され、それらはプラス電位蓋５４に電気的に連なり、マイナス側電極板は中心にある符号５７Ａで示すもので、同じく符号５７と５９で示す角筒状のマイナス側電極板は保持板５６を介してマイナス電位ケース５０に電気的に連なり、符号５９で示すマイナス側副電極板は、以下に示す金属繊維交絡体６４を介してマイナス電位ケース５０に電気的に連なっている。
【００３４】
そして、上記電解槽２の中心部から外方に向けて配設されたマイナス側電極板５７Ａ，５７と複数枚のマイナス側副電極板５９の間隙には、図４、図５、図９及び図１６に示した金属繊維の交絡体６４が密に充填されると共に電解槽２の底板５０Ａには、この電解槽２内の電気分解される水Ｗに振動を与える為の超音波発信器３６に接続された７個の振動子３５が取付けられており（図１、図５、図９、図１０参照）、金属繊維交絡体６４としては、導電性の金属の線材を互いに絡め合ったものや、コイル状に巻回して束にしたもの等を用いることができ、例えば、（厚さ）０．０１ｍｍ×（幅）０．５ｍｍ×（長さ）１２６１ｍｍのステンレス鋼の線材を絡めたものが使用されている。このように、マイナス側電極５７Ａ，５７，５９の間隙に導電性の金属交絡体６４を入れると、マイナス側電極板の表面積が実質上広がり電解効率が向上する。
【００３５】
また、超音波発信器３６としては、例えば、本多電子（株）製のＷ−１１５型（製品番号）が使用され、電源は単相ＡＣ１００Ｖ／６Ａで出力は１５０〜３００Ｗの範囲で調整可能であり、発信方式はトランジスタ回路による自励発振で、高周波最大出力が３００Ｗ、発振周波数が２８，４５，１００ｋＨｚの間で可変となっておりタイマーによって一定時間作動させることができ、振動子３５も同社製のＷ−１１５Ｆ型の振動板型振動子が使用され、最大許容入力は、３００Ｗとっている。
【００３６】
次に、浄水器に付き図１５を参照して説明する。
【００３７】
電解槽２にて行なわれる電気分解には、この電気分解に寄与するカルシウム、ナトリウム、カリウムなどが含まれる水道水Ｗが使用されており、水道水Ｗの電気分解を効率良く行ない、酸素、水素ガス発生装置の省エネルギー化を図るため、電気分解される水として良好な電解能率が得られる軟水または５％濃度の苛性ソーダ水を用いることが好ましく、特に軟水は、粒状活性炭、繊維性活性炭、麦飯石、粒状セラミックなどにより、水道水に含まれている電気分解時の外乱因子となる塩素やミネラル分を除去したものであり、電解能率を急速に上昇させることが期待される。
【００３８】
浄水器６６は、上記軟水を生成するためのもので、図１に示した水供給装置となる給水源６と電解槽２の間に配設されるものであり、図１５に示したように、円筒状に構成された浄水槽６８の上部開口は、給水源６側から水道水Ｗなどを導入する導入口７２を設けた蓋体７０によって閉塞されており、浄水槽６８の内部下方に設けられた支持板７５上には、下方周囲に多数の連通小孔を形成した内筒７２と、この内筒７２の外周に対し所定の間隙を持って配置され上方周囲に多数の連通小孔を形成した外筒７４が蓋体７０との間で挟持されており、円錐状に形成された下端の排水口７６に接続される排水管７８には浄水槽６８の外周に沿って巻回しつつ上方に延設する螺旋管８０が接続され、螺旋管８０の出口８２が定量ポンプＰの入口側に接続されるよう構成されている。
【００３９】
そして、内筒７２と外筒７４との間に形成される間隙には、粒状活性炭８４または繊維性の活性炭が充填されており、円錐状に形成された浄水槽６８内底部から排水管７８及び螺旋管８０の内部には、金属の錆、重金属粒、有機物質や、電気分解の妨げとなる炭酸イオン等を除去するイオン交換樹脂８６が充填されており、好ましくは、螺旋管８０の外周または内部にマグネットを配置することで、金属粒子などを除去することもできる。
【００４０】
従って、上記のように構成された酸素、水素ガス発生装置１によれば、超音波発信器３６による振動子３５の振動により電解槽２内の電気分解される水Ｗを所定周波数で振動させることで、この振動がマイナス側電極板５７Ａ，５７ないし複数枚のマイナス側副電極板５９間に密に充填された金属繊維の交絡体６４に伝播する。
【００４１】
この振動の伝播により、金属繊維交絡体６４やマイナス側電極板５７Ａ，５７ないし複数枚のマイナス側副電極板５９に付着した水素の気泡、並びにプラス側電極板５８に付着した酸素の気泡が容易に剥離し電解効率を向上することができる。つまり、マイナス側電極板５７Ａ，５７，５９の間隙に金属繊維交絡体６４を充填すると、マイナス側電極板５７Ａ，５７，５９の表面積が広がり電解効率が良くなるが、充填されているだけに水素、酸素の気泡が金属繊維交絡体６４に付着するため最終的に水素、酸素ガスとして取出し難い。そこで、超音波発信機３６による振動子３５の振動により気泡の付着を防止して、水素、酸素ガスを取出し易くしたものである。
【００４２】
特に、以下に述べるエアーコンプレッサー３８のエアーの吐出により、図１７の図表に示すエアー流量とエアー圧に対応する酸素、水素ガス発生量の関係において、供給されるエアー圧が０．２ｋｇｆ／ｃｍ２の時でエアー流量が３．５リットル／ｍｉｎの場合に酸素、水素ガスの発生量が最大となることが判る。
【００４３】
つまり、超音波発信器３６に加え、気泡発生装置としてエアーコンプレッサー３８を電解槽２の底板５０Ａに取付けることで、電解槽２の底板５０Ａに大量に発生した気泡が浮上し、この気泡の浮力の作用が相俟って金属繊維の交絡体６４や、マイナス側電極板５７Ａ，５７ないし複数枚のマイナス側副電極板５９に付着した水素の気泡、並びにプラス側電極板５８に付着した酸素の気泡を効率良く剥離することができる。
【００４４】
また、供給する水供給装置６と電解槽８の間に浄水器４２を接続することで水供給装置から供給された水道水Ｗは、浄水器内の粒状活性炭８４を通すと共にイオン交換樹脂８６等を通したのち電解槽２に供給され、浄水器６６内の粒状活性炭８４または繊維性の活性炭を通すことで電気分解を妨げる塩素等が除去され、更にイオン交換樹脂８６等を通すことで炭酸イオン等が除去されて電解効率を向上することができる。
【００４５】
次に、酸素、水素ガス発生装置の組立方法に付き、図４、図５及び図１１〜図１４を参照して説明する。
【００４６】
電解槽２は、横断面が角型に形成されたマイナス電位ケース５０とこのマイナス電位ケース５０に絶縁パッキン５２を介して取付けられるプラス電位蓋５４より構成されており、マイナス電位ケース５０の底板５０Ａに取付けられるマイナス側電極板５７Ａ，５７及びマイナス側副電極板５９とプラス電位蓋５４に取付けられるプラス側電極板５８より電極板が構成され、内方から外方に向けて所定間隔を置いて配置した角筒状のマイナス側副電極板５９の上下端部をそれぞれ絶縁性ブロック体６２により保持することで複数の単位電極組６０Ａ〜６０Ｆが構成される。
【００４７】
次いで、超音波発信器３６の振動子３５を取付けた電解槽２の底板５０Ａ中心部にマイナス側電極板５７Ａを立設すると共に、このマイナス側電極板５７Ａから外方に向けて複数のマイナス側電極板５７を所定間隔を置いて底板５０Ａ上に立設し、上記マイナス側電極板５７を中にしてそれらの内外にプラス側電極板５８を所定間隔を置いて配設し、所定間隔をもって交互に配設されるマイナス側電極板５７Ａ，５７とプラス側電極板５８の間に、異極となる電極板どうしが非接触状態となるように上記絶縁性ブロック体６２を介して図１１に示す複数の単位電極組６０Ａ〜６０Ｆを順次挿嵌する。
【００４８】
次に、各プラス側電極板５８の上方に延出する端部を夫々プラス電位蓋５４に取着したのち、該プラス電位蓋５４を、絶縁パッキン５２を介してマイナス電位ケース５０に取付けることで酸素、水素ガス発生装置１が組立てられる。
【００４９】
従って、上記の酸素、水素ガス発生装置の組立方法によれば、内方から外方に向けて所定間隔を置いて配置した複数の角筒状に形成されたマイナス側副電極板５９の上下端部を絶縁性ブロック体６２により保持することで単位電極組６０Ａ〜６０Ｆが構成される。
【００５０】
そこで、上記のように構成された単位電極組６０Ａ〜６０Ｆを複数のマイナス側電極板５７Ａ，５７とプラス側電極板５８の間に順次挿嵌する。これらの単位電極組６０Ａ〜６０Ｆを挿嵌する際に、絶縁性ブロック体６２により異極となる電極板どうしが非接触状態となるよう所定の間隔が確保されるので容易に組込むことができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明によると次の様な効果を奏する。
【００５２】
即ち、請求項１によると、超音波発信器による振動子の振動が、電解槽内の電気分解される水を介して交絡体やマイナス側電極板に伝播されるので、マイナス側電極板に付着した水素の気泡やプラス側電極板に付着した酸素の気泡が効率良く剥離され、電解効率を向上することができる。
【００５３】
また、請求項２によると、超音波発信器により発生した振動子による所定周波数の振動が、電解槽内の電気分解される水を介してマイナス側電極となる交絡体やマイナス側電極板、ないし複数枚のマイナス側副電極板に伝播して、これらに付着した水素の気泡、並びにプラス側電極板に付着した酸素の気泡を効率良く剥離して水面上に浮上することができ、電解効率の向上に寄与することができる。
【００５４】
また、請求項３によると、超音波発信器による振動に加え、電解槽の底板に発生する大量の気泡による浮力作用が相俟って、金属繊維の交絡体や、マイナス側電極板ないし複数枚のマイナス側副電極板に付着した水素の気泡、並びにプラス側電極板に付着した酸素の気泡に衝突してこれらを膨張破壊し、または衝突の衝撃力により剥離してこれらの気泡を効率良く浮上させることができる。
【００５５】
また、請求項４によると、電解槽に供給される電気分解される水道水が、浄水器内の粒状活性炭を通すことで電気分解を妨げる塩素等が除去され、更にイオン交換樹脂等を通すことで炭酸イオン等が除去されて電解効率を向上することができる。
【００５６】
また、請求項５によると、内方から外方に向けて所定間隔を置いて配置した角筒状の、マイナス側副電極板の複数枚の上下端部を絶縁性ブロック体により保持して成る単位電極組の複数を、中心部から外方に向けて交互に配設される複数のマイナス側電極板とプラス側電極板の間に単位電極組を順次挿嵌する際に、絶縁性ブロック体により異極となる電極板どうしが非接触状態となる所定の間隔が確保されるので容易に組込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る酸素、水素ガス発生装置を示す構成図である。
【図２】酸素、水素ガス発生装置の概観正面図である。
【図３】酸素、水素ガス発生装置の概観側面図である。
【図４】電解槽の内部構成を示す上部断面図である。
【図５】電解槽の内部構成を示す下部断面図である。
【図６】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図７】図４のＣ矢視図である。
【図８】図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】図５のＥ部拡大断面図である。
【図１０】図５のＤ矢視図である。
【図１１】単位電極組を組立る手順の説明図である。
【図１２】組立られたマイナス側電極板とプラス側電極板の配置関係を示す上部断面図である。
【図１３】組立られたマイナス側電極板とプラス側電極板の配置関係を示す下部断面図である。
【図１４】電解槽の内部構成を示す横断面図である。
【図１５】浄水器の縦断面図である。
【図１６】マイナス側電極板間に金属繊維の交絡体を充填した状態を示す電解槽上部の部分斜視図である。
【図１７】エアー流量とエアー圧に対応する酸素、水素ガス発生量の関係を示す図表である。
【符号の説明】
１ 水素ガス発生装置
２ 電解槽
４ 電極板
５ 蓄電池
６ 給水源（水供給装置）
８ 電解槽
９ 導電線（マイナス側）
１０ 導電線（プラス側）
１２ 給水管
１４ 水素ガス供給管
１６ 水素ガス使用器具
１８Ａ，１８Ｂ 調整バルブ
２０ 圧力調整手段
２２ フィルタ
２４ ストップバルブ
２５ フィン付き冷却パイプ
２６ 冷却装置
２８ タンク
３０ サブタンク
３２ 冷却タンク
３４ ウォータジャケット
３５ 振動子
３６ 超音波発信器
３８ エアーコンプレッサー（気泡発生装置）
４０Ａ，４０Ｂ 給水管
４２ 浄水器
４４Ｂ 給水管
４４Ａ 排水管
４５ エアー供給管
４６ 整流器
４８ パネル
５０ マイナス電位ケース
５０Ａ 底板
５２ 絶縁パッキン
５４ プラス電位蓋
５６ 保持板
５７，５７Ａ マイナス側電極板
５８ プラス側電極板
５９ マイナス側副電極板
６０，６０Ａ〜６０Ｆ 単位電極組
６２ 絶縁性ブロック体
６４ 金属繊維交絡体
６６ 浄水器
６８ 浄水槽
７０ 蓋体
７２ 導入口
７２ 内筒
７４ 外筒
７５ 支持板
７６ 排水口
７８ 排水管
８０ 螺旋管
８２ 出口
８４ 粒状活性炭
８６ イオン交換樹脂
ＡＭ 電流計
ＥＳ 異常停止スイッチ
Ｆ 冷却ファン
Ｐ 定量ポンプ
Ｐ１，Ｐ２ 循環ポンプ
ＰＧ ガス圧力計
ＰＳ 電源スイッチ
ＳＷ スイッチ
ＴＭ 冷却水温度計
Ｕ ユニット
ＶＭ 電圧計
Ｗ 水道水
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素、水素ガス発生装置及びその組立方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の通り、従来から水を電気分解することによって酸素、水素ガスを得る酸素、水素ガス発生装置に関する文献は多くあるものの、上記酸素、水素ガスは既に企業化されて施設や設備が整備され、流通経済が確立されている都市ガス、ＬＰガス、天然ガス等に比べると用途開発がなされておらず、殆ど実用化されていないのが現状である。
【０００３】
上記の酸素、水素ガスは、環境への影響がないクリーンなエネルギー源として注目されており、酸素、水素ガスの供給と利用を可能にする技術・手段が求められるようになった。
【０００４】
その必要性から、発明者等は鋭意研究の結果、酸素、水素ガス発生装置を開発し出願した（特願２００２―１３７８９５号）。
【０００５】
この酸素、水素ガス発生装置は、横断面が角型に形成されたマイナス電位ケースとこのマイナス電位ケースに絶縁パッキンを介して取付けられるプラス電位蓋より成る電解槽と、この電解槽に収容されマイナス電位ケースに取付けられるマイナス側電極板とプラス電位蓋に取付けられるプラス側電極板より成る電極板と、上記両電極板に電力を供給する蓄電池と、上記電解槽に電気分解される水を供給する水供給装置とを備えた構成となっている。
【０００６】
しかしながら、上記の酸素、水素ガス発生装置は、発生量に限界があることから、より多くの酸素、水素ガスを発生する装置が求められていた。
【０００７】
一方、燃料電池の電極に関するものとして、限られた容積内に於ける電極の表面積を増加を図ることで、電流の通電量を大きくして電解効率を図ったものとして金属繊維の交絡体を電極として用いたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−１４３５１０号公報（段落０００９、段落００７５、
段落００７６）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような金属繊維の交絡体を電極として用いたものでは、酸素、水素ガスの気泡が金属繊維の交絡体の表面に付着して上方に抜け難くなるため、折角、電解効率の向上を図っても酸素、水素ガス発生量の増大に結びつかない問題を有していた。
【００１０】
従って、本発明の目的とする所は、マイナス側電極として用いられる金属繊維の交絡体及びマイナス側電極板ないしプラス側電極板に付着した酸素、水素ガス気泡を容易に剥離することで電解効率の向上を図ることと共に、電解槽の内部に複数のマイナス側電極板及びプラス側電極板を適正な間隔を保持した状態で容易に組込むことができる酸素、水素ガス発生装置及びその組立方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決する為の手段】
上記目的を達成するために、本発明は次の技術的手段を有する。即ち、実施の形態に対応する添付図面に使用した符号を用いて説明すると、横断面が角型に形成されたマイナス電位ケース５０と該マイナス電位ケース５０に絶縁パッキン５２を介して取付けられるプラス電位蓋５４より成る電解槽２と、上記プラス電位蓋５４に電気的に連なり、互いに間隔を置いて配設されている複数のプラス側電極板５８と、該プラス側電極板５８間に配設されていて、マイナス電位ケース５０に対して電気的に連なる複数のマイナス側電極板５７，５９より成る電極板と、上記プラス側電極板５８とマイナス側電極板間に電気を供給する直流電源と、上記電解槽２に電気分解される水を供給する水供給装置６とを備えた酸素、水素ガス発生装置であって、上記電極板を構成する複数枚のマイナス側電極板５７，５９とプラス側電極板５８の各々は、上記電解槽２を構成するマイナス電位ケース５０の形状に沿う角筒状に形成され、さらに、上記電解槽２のマイナス側電極板５７，５９の間隙には、金属繊維の交絡体６４が密に充填されると共に上記電解槽２の底板５０Ａに上記電解槽２内の電気分解される水に振動を与える為の超音波発信器３６が接続されていることを特徴とする酸素、水素ガス発生装置である。
上記によれば、超音波発信器３６による振動子３５により電解槽２内の電気分解される水を所定周波数により振動させることで、この振動がマイナス側電極板５７，５９ないし複数枚のマイナス側副電極板５９間に充填した金属繊維の交絡体６４、並びにマイナス側電極板５７，５９に伝播してこれらに付着した気泡に振動を与える。
従って、超音波発信器３６による振動子３５の振動が、電解槽２内の電気分解される水を介して交絡体６４やマイナス側電極板５７，５９に伝播されるので、マイナス側電極板５７，５９に付着した水素の気泡やプラス側電極板５８に付着した酸素の気泡が効率良く剥離され、電解効率を向上することができる。
【００１２】
また本発明は、横断面が角型に形成されたマイナス電位ケース５０と該マイナス電位ケース５０に絶縁パッキン５２を介して取付けられるプラス電位蓋５４より成る電解槽２と、該電解槽２の底板５０Ａに取付けられるマイナス側電極板５７とプラス電位蓋５４に取付けられるプラス側電極板５８より成る電極板と、上記両電極板５７，５８に電力を供給する直流電源と、上記電解槽２に電気分解される水を供給する水供給装置６とを備えた酸素、水素ガス発生装置であって、上記電極板を構成する複数枚のマイナス側電極板５７とプラス側電極板５８の各々は、上記電解槽２を構成するマイナス電位ケース５０の形状に沿う角筒状に形成され、互いに間隔を置いて配設された複数枚のプラス側電極板５８を中にしてそれらの内外には、絶縁性ブロック体６２により複数枚のマイナス側副電極板５９の上下端部を等間隔に保持して成る複数の単位電極組６０が配設されると共に、対向するプラス側電極板５８間に配設された一対の単位電極組６０の間には上記電解槽２の底板５０Ａに立設されたマイナス側電極板５７Ａ，５７が配設されて成り、さらに、上記電解槽２のマイナス側電極板５７Ａ，５７及びマイナス側副電極板５９の間隙には、金属繊維の交絡体６４が密に充填されると共に上記電解槽２の底板５０Ａに上記電解槽２内の電気分解される水に振動を与える為の超音波発信器３６が接続されていることを特徴とする酸素、水素ガス発生装置である。
上記によれば、超音波発信器３６による振動子３５により電解槽２内の電気分解される水を所定周波数で振動させることで、この振動がマイナス側電極板５７Ａ，５７ないし複数枚のマイナス側副電極板５９間に密に充填された金属繊維の交絡体６４に伝播し、これら交絡体６４やマイナス側電極板５７Ａ，５７ないし複数枚のマイナス側副電極板５９に付着した水素の気泡、並びにプラス側電極板５８に付着した酸素の気泡に振動を与える。
従って、超音波発信器３６により発生した振動子３５による所定周波数の振動が、電解槽２内の電気分解される水を介してマイナス側電極となる交絡体６４やマイナス側電極板５７Ａ，５７、ないし複数枚のマイナス側副電極板５９に伝播して、これらに付着した水素の気泡、並びにプラス側電極板５８に付着した酸素の気泡を効率良く剥離して水面上に浮上することができ、電解効率の向上に寄与することができる。
【００１３】
また本発明は、上記電解槽２の底板５０Ａには、上記電気分解される水に気泡を発生させる気泡発生装置３８が接続されている酸素、水素ガス発生装置である。
上記によれば、上記の超音波発信器３６に加え、電解槽２の底板５０Ａに取付けた気泡発生装置３８により電解槽２内部の底板５０Ａ上に大量に発生した気泡が一気に浮上することで、金属繊維の交絡体６４やマイナス側電極板５７Ａ，５７ないし複数枚のマイナス側副電極板５９に付着した水素の気泡、並びにプラス側電極板５８に付着した酸素の気泡に衝突してこれらを膨張破壊し、または衝突の衝撃力により剥離する。
従って、超音波発信器３６による振動に加え電解槽２の底板５０Ａに発生する大量の気泡による浮力作用が相俟って、金属繊維の交絡体６４や、マイナス側電極板５７Ａ，５７ないし複数枚のマイナス側副電極板５９に付着した水素の気泡、並びにプラス側電極板５８に付着した酸素の気泡に衝突してこれらを膨張破壊し、または衝突の衝撃力により剥離してこれらの気泡を効率良く浮上させることができる。
【００１４】
また本発明は、上記電解槽２に電気分解される水を供給する上記水供給装置６と電解槽２の間には、粒状活性炭８４ないしイオン交換樹脂８６等が充填された浄水器４２が接続されている酸素、水素ガス発生装置である。
上記によれば、水供給装置から供給される水道水は、浄水器内の粒状活性炭８４に通すと共にイオン交換樹脂８６等に通したのち電解槽２に供給される。
従って、電解槽２に供給される電気分解される水道水が、浄水器４２内の粒状活性炭８４を通すことで電気分解を妨げる塩素等が除去され、更にイオン交換樹脂８６等を通すことで炭酸イオン等が除去されて電解効率を向上することができる。
【００１５】
また本発明は、横断面が角型に形成されたマイナス電位ケース５０と該マイナス電位ケース５０に絶縁パッキン５２を介して取付けられるプラス電位蓋５４より成る電解槽２と、上記マイナス電位ケース５０の底板５０Ａに取付けられるマイナス側電極板５７とプラス電位蓋５４に取付けられるプラス側電極板５８より成る電極板とを備えて成り、内方から外方に向けて所定間隔を置いて配置した角筒状のマイナス側副電極板５９の複数枚を、絶縁性ブロック体６２により上下端部を保持して単位電極組６０の複数を構成し、上記底板５０Ａの中心部にマイナス側電極板５７Ａを立設すると共に、該マイナス側電極板５７Ａから外方に向けて複数のマイナス側電極板５７を所定間隔を置いて底板５０Ａ上に立設し、上記マイナス側電極板５７を中にしてそれらの内外にプラス側電極板５８を所定間隔を置いて配設し、所定間隔をもって交互に配設されるマイナス側電極板５７Ａ，５７とプラス側電極板５８の間に、少なくとも異極となる電極板どうしが非接触状態となるように上記絶縁性ブロック体６２を介して単位電極組６０を順次挿嵌し、各プラス側電極板５８の上方に延出する上端部をプラス電位蓋５４に夫々取着したのち、該プラス電位蓋５４を絶縁パッキン５２を介してマイナス電位ケース５０に取付けるようにしたことを特徴とする酸素、水素ガス発生装置の組立方法である。
従って、内方から外方に向けて所定間隔を置いて配置した角筒状のマイナス側副電極板５９の複数枚の上下端部を絶縁性ブロック体６２により保持して成る単位電極組６０の複数を、中心部から外方に向けて交互に配設される複数のマイナス側電極板５７Ａ，５７とプラス側電極板５８の間に、絶縁性ブロック体６２を介して単位電極組６０Ａ〜６０Ｆを順次挿嵌する際に、異極となる電極板どうしが絶縁性ブロック体６２により非接触状態となる所定の間隔が確保されるので容易に組込むことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る酸素、水素ガス発生装置を示す構成図、図２は酸素、水素ガス発生装置の概観正面図、図３は酸素、水素ガス発生装置の概観側面図、図４は電解槽の内部構成を示す上部断面図、図５は電解槽の内部構成を示す下部断面図、図６は図４のＡ−Ａ断面図、図７は図４のＣ矢視図、図８は図４のＢ−Ｂ断面図、図９は図５のＥ部拡大断面図、図１０は図５のＤ矢視図、図１１は単位電極組を組立る手順の説明図、図１２は組立られたマイナス側電極板とプラス側電極板の配置関係を示す上部断面図、図１３は組立られたマイナス側電極板とプラス側電極板の配置関係を示す下部断面図、図１４は電解槽の内部構成を示す横断面図、図１５は浄水器の縦断面図、図１６はマイナス側電極板間に金属繊維の交絡体を充填した状態を示す電解槽上部の部分斜視図であり、図１７はエアー流量とエアー圧に対応する酸素、水素ガス発生量の関係を示す図表である。尚、図４と図５は、上下に合わせることで電解槽の内部断面が一つで示されるもので、図４と図５は、一つにすると図面全体が大きくなって表現し難いので区分して表示したものであり、図１２と図１３も同様に上下に合わせることでマイナス、プラス側電極板の配置が一つで示されるが、これも一つにすると図面全体が大きくなるので上下に区分されている。
【００１７】
最初に酸素、水素ガス発生装置の構成に付き説明する。図１に示す１は酸素、水素ガス発生装置であり、この酸素、水素ガス発生装置１は、図１に示したように、電極板４を収容して成る電解槽２と、電解槽２に収容された電極板４に電力を供給する蓄電池５と、電解槽２に電気分解される水道水等を供給する水供給装置となる給水源６とを備えて成り、上記電解槽２に収容された電極板４への電力の供給は、上記蓄電池５に接続されている導電線９（マイナス側），１０（プラス側）によって行なわれ、上記電解槽２への水道水Ｗの供給は、上記給水源６に接続されている給水管１２によって行なわれるようになっており、上記電解槽２で生成されて後述するプラス電位蓋の吐出口を出た酸素、水素ガスは、冷却装置２５、タンク２８、サブタンク３０を通過し、酸素、水素ガス供給管１４を経て酸素、水素ガス使用器具１６へと供給されるようになっている。
【００１８】
そして、上記電解槽２による水素ガスの生成量の調整は、蓄電池５から供給される電力を調整することによって行なわれ、上記蓄電池５から供給される電力は、図示しないコントロールパネルによって制御できるように構成されている。
【００１９】
また、上記酸素、水素ガス供給管１４には、酸素、水素ガスの供給量を調整するための調整バルブ１８Ａ，１８Ｂ、圧力調整手段２０、フィルタ２２、ストップバルブ２４が配設されており、酸素、水素ガス使用器具１６における火力の調整は、調整バルブ１８Ａ，１８Ｂと圧力調整手段２０とを連携させて行なわれるようになっている。
【００２０】
符号３２で示される冷却タンクに貯留されている冷却水は、循環ポンプＰ１により給水管４０Ａを介して冷却装置２６から電解槽２外部のウォータジャケット３４に供給され、このウォータジャケット３４から出た冷却水は給水管４０Ｂを通して再び冷却タンク３２に循環するようになっている。
【００２１】
電解槽２内の電気分解される水は、循環ポンプＰ２により電解槽２の底面に接続された排水管４４Ａを通して給水管４４Ｂから電解槽２の上部に循環するようになっている。
【００２２】
そして、電解槽２の底面には後述する複数の振動子３５が取付けられ、これら振動子３５は超音波発信器３６に電気的に接続されており、更に、電解槽２の底板５０Ａにはエアーコンプレッサー３８に接続された２本のエアー供給管４５が取付けられ、底板５０Ａからエアーコンプレッサー３８により大量の気泡が電解槽２内の電気分解される水に供給されるようになっている。この場合、気泡の発生源は必ずしもエアーに限られるものではない。
【００２３】
また、給水源６の下流には浄水器４２が接続されており、浄水器４２により軟水化された水道水は、定量ポンプＰにより電解槽２の底面から内部へ供給されるようになっている。
【００２４】
次に、酸素、水素ガス発生装置１は、図２に示したように、ユニット化された装置の上部に電圧計ＶＭ及び電流計ＡＭを有する整流器４６が設けられ、この整流器４６の上部には超音波発信器３６が取付けられている。
【００２５】
また、正面のパネル４８には、異常停止スイッチＥＳ、電源スイッチＰＳ、冷却水温度計ＴＭ、ガス圧力計ＰＧ、各種ポンプ類のスイッチＳＷが配設されている。
【００２６】
酸素、水素ガス発生装置１は、図３に示した側面図において、ユニットＵの左側面にはパネル４８が設けられると共に、このユニットＵの内部には底面に複数の振動子３５を取付けた電解槽２が配設されており、ユニットＵのベース上には定量ポンプＰ、循環ポンプＰ１，Ｐ２、エアーコンプレッサー３８が設置され、電解槽２の上部には冷却ファンＦ、冷却装置２６としてのフィン付き冷却パイプ２５が配設されている。
【００２７】
更に、電極板４に電力を供給する蓄電池５として、低コスト、感電に対し安全性を有する小型のＤＣ１２Ｖバッテリーが使用されている。
【００２８】
次に、上記酸素、水素ガス発生装置に付き図４〜図１４を参照して詳述する。
【００２９】
上記電解槽２は、図４に示したように、蓄電池５のマイナス電極に接続されたマイナス電位ケース５０と、上記マイナス電位ケース５０に絶縁パッキン５２を介して取付けられる蓄電池５のプラス電極に接続されたプラス電位蓋５４より成るものであり、上記マイナス電位ケース５０の周囲には、電解槽２の冷却を行なうために冷却水が供給されるウォータジャケット３４（図１参照）が設けられ、また、プラス電位蓋５４には、電解槽で生成された酸素、水素ガスを酸素、水素ガス供給管１４へ送るための酸素、水素ガス吐出口（図１参照）が設けられている。
【００３０】
電解槽２に収容される電極板４は、マイナス電位ケース５０の底板５０Ａ上に導電性の保持板５６を介して立設保持されたマイナス側電極板５７Ａ，５７と、プラス電位蓋５４に取付けられるプラス側電極板５８より成り、上記両電極板５７Ａ，５７，５８の各々は、図６〜図８、図１２〜図１４に示したように、横断面が角型に形成された電解槽２を構成するマイナス電位ケース５０の形状に沿う角筒状に形成されているものであり、大きな面積が得られるように構成されている。
【００３１】
上記に於いて、マイナス電極板５７Ａは電解槽２の中央に位置し、複数のマイナス電極板５７は中央の周りに間隔を置いて配設されている。そして、プラス側電極板５８は保持板５６に対して電気的に連なっていない。
【００３２】
更に、上記図に示したように、内外に配設される角筒状の複数枚のプラス側電極板５８を中にしてそれらの内外には、ジュラコン製の絶縁性ブロック体６２により複数枚のマイナス側副電極板５９の上下端部を等間隔に保持して成る複数の単位電極組６０が配設されると共に、対向するプラス側電極板５８間に配設された一対の単位電極組６０の間には、上記電解槽２の底板５０Ａ上の保持板５６に立設保持された上記のマイナス側電極板５７が配設されている。
【００３３】
つまり、電解槽２の中には、角筒状のプラス側電極板５８の複数が間隔を置いて配置され、それらはプラス電位蓋５４に電気的に連なり、マイナス側電極板は中心にある符号５７Ａで示すもので、同じく符号５７と５９で示す角筒状のマイナス側電極板は保持板５６を介してマイナス電位ケース５０に電気的に連なり、符号５９で示すマイナス側副電極板は、以下に示す金属繊維交絡体６４を介してマイナス電位ケース５０に電気的に連なっている。
【００３４】
そして、上記電解槽２の中心部から外方に向けて配設されたマイナス側電極板５７Ａ，５７と複数枚のマイナス側副電極板５９の間隙には、図４、図５、図９及び図１６に示した金属繊維の交絡体６４が密に充填されると共に電解槽２の底板５０Ａには、この電解槽２内の電気分解される水Ｗに振動を与える為の超音波発信器３６に接続された７個の振動子３５が取付けられており（図１、図５、図９、図１０参照）、金属繊維交絡体６４としては、導電性の金属の線材を互いに絡め合ったものや、コイル状に巻回して束にしたもの等を用いることができ、例えば、（厚さ）０．０１ｍｍ×（幅）０．５ｍｍ×（長さ）１２６１ｍｍのステンレス鋼の線材を絡めたものが使用されている。このように、マイナス側電極５７Ａ，５７，５９の間隙に導電性の金属交絡体６４を入れると、マイナス側電極板の表面積が実質上広がり電解効率が向上する。
【００３５】
また、超音波発信器３６としては、例えば、本多電子（株）製のＷ−１１５型（製品番号）が使用され、電源は単相ＡＣ１００Ｖ／６Ａで出力は１５０〜３００Ｗの範囲で調整可能であり、発信方式はトランジスタ回路による自励発振で、高周波最大出力が３００Ｗ、発振周波数が２８，４５，１００ｋＨｚの間で可変となっておりタイマーによって一定時間作動させることができ、振動子３５も同社製のＷ−１１５Ｆ型の振動板型振動子が使用され、最大許容入力は、３００Ｗとっている。
【００３６】
次に、浄水器に付き図１５を参照して説明する。
【００３７】
電解槽２にて行なわれる電気分解には、この電気分解に寄与するカルシウム、ナトリウム、カリウムなどが含まれる水道水Ｗが使用されており、水道水Ｗの電気分解を効率良く行ない、酸素、水素ガス発生装置の省エネルギー化を図るため、電気分解される水として良好な電解能率が得られる軟水または５％濃度の苛性ソーダ水を用いることが好ましく、特に軟水は、粒状活性炭、繊維性活性炭、麦飯石、粒状セラミックなどにより、水道水に含まれている電気分解時の外乱因子となる塩素やミネラル分を除去したものであり、電解能率を急速に上昇させることが期待される。
【００３８】
浄水器６６は、上記軟水を生成するためのもので、図１に示した水供給装置となる給水源６と電解槽２の間に配設されるものであり、図１５に示したように、円筒状に構成された浄水槽６８の上部開口は、給水源６側から水道水Ｗなどを導入する導入口７２を設けた蓋体７０によって閉塞されており、浄水槽６８の内部下方に設けられた支持板７５上には、下方周囲に多数の連通小孔を形成した内筒７２と、この内筒７２の外周に対し所定の間隙を持って配置され上方周囲に多数の連通小孔を形成した外筒７４が蓋体７０との間で挟持されており、円錐状に形成された下端の排水口７６に接続される排水管７８には浄水槽６８の外周に沿って巻回しつつ上方に延設する螺旋管８０が接続され、螺旋管８０の出口８２が定量ポンプＰの入口側に接続されるよう構成されている。
【００３９】
そして、内筒７２と外筒７４との間に形成される間隙には、粒状活性炭８４または繊維性の活性炭が充填されており、円錐状に形成された浄水槽６８内底部から排水管７８及び螺旋管８０の内部には、金属の錆、重金属粒、有機物質や、電気分解の妨げとなる炭酸イオン等を除去するイオン交換樹脂８６が充填されており、好ましくは、螺旋管８０の外周または内部にマグネットを配置することで、金属粒子などを除去することもできる。
【００４０】
従って、上記のように構成された酸素、水素ガス発生装置１によれば、超音波発信器３６による振動子３５の振動により電解槽２内の電気分解される水Ｗを所定周波数で振動させることで、この振動がマイナス側電極板５７Ａ，５７ないし複数枚のマイナス側副電極板５９間に密に充填された金属繊維の交絡体６４に伝播する。
【００４１】
この振動の伝播により、金属繊維交絡体６４やマイナス側電極板５７Ａ，５７ないし複数枚のマイナス側副電極板５９に付着した水素の気泡、並びにプラス側電極板５８に付着した酸素の気泡が容易に剥離し電解効率を向上することができる。つまり、マイナス側電極板５７Ａ，５７，５９の間隙に金属繊維交絡体６４を充填すると、マイナス側電極板５７Ａ，５７，５９の表面積が広がり電解効率が良くなるが、充填されているだけに水素、酸素の気泡が金属繊維交絡体６４に付着するため最終的に水素、酸素ガスとして取出し難い。そこで、超音波発信機３６による振動子３５の振動により気泡の付着を防止して、水素、酸素ガスを取出し易くしたものである。
【００４２】
特に、以下に述べるエアーコンプレッサー３８のエアーの吐出により、図１７の図表に示すエアー流量とエアー圧に対応する酸素、水素ガス発生量の関係において、供給されるエアー圧が０．２ｋｇｆ／ｃｍ２の時でエアー流量が３．５リットル／ｍｉｎの場合に酸素、水素ガスの発生量が最大となることが判る。
【００４３】
つまり、超音波発信器３６に加え、気泡発生装置としてエアーコンプレッサー３８を電解槽２の底板５０Ａに取付けることで、電解槽２の底板５０Ａに大量に発生した気泡が浮上し、この気泡の浮力の作用が相俟って金属繊維の交絡体６４や、マイナス側電極板５７Ａ，５７ないし複数枚のマイナス側副電極板５９に付着した水素の気泡、並びにプラス側電極板５８に付着した酸素の気泡を効率良く剥離することができる。
【００４４】
また、供給する水供給装置６と電解槽８の間に浄水器４２を接続することで水供給装置から供給された水道水Ｗは、浄水器内の粒状活性炭８４を通すと共にイオン交換樹脂８６等を通したのち電解槽２に供給され、浄水器６６内の粒状活性炭８４または繊維性の活性炭を通すことで電気分解を妨げる塩素等が除去され、更にイオン交換樹脂８６等を通すことで炭酸イオン等が除去されて電解効率を向上することができる。
【００４５】
次に、酸素、水素ガス発生装置の組立方法に付き、図４、図５及び図１１〜図１４を参照して説明する。
【００４６】
電解槽２は、横断面が角型に形成されたマイナス電位ケース５０とこのマイナス電位ケース５０に絶縁パッキン５２を介して取付けられるプラス電位蓋５４より構成されており、マイナス電位ケース５０の底板５０Ａに取付けられるマイナス側電極板５７Ａ，５７及びマイナス側副電極板５９とプラス電位蓋５４に取付けられるプラス側電極板５８より電極板が構成され、内方から外方に向けて所定間隔を置いて配置した角筒状のマイナス側副電極板５９の上下端部をそれぞれ絶縁性ブロック体６２により保持することで複数の単位電極組６０Ａ〜６０Ｆが構成される。
【００４７】
次いで、超音波発信器３６の振動子３５を取付けた電解槽２の底板５０Ａ中心部にマイナス側電極板５７Ａを立設すると共に、このマイナス側電極板５７Ａから外方に向けて複数のマイナス側電極板５７を所定間隔を置いて底板５０Ａ上に立設し、上記マイナス側電極板５７を中にしてそれらの内外にプラス側電極板５８を所定間隔を置いて配設し、所定間隔をもって交互に配設されるマイナス側電極板５７Ａ，５７とプラス側電極板５８の間に、異極となる電極板どうしが非接触状態となるように上記絶縁性ブロック体６２を介して図１１に示す複数の単位電極組６０Ａ〜６０Ｆを順次挿嵌する。
【００４８】
次に、各プラス側電極板５８の上方に延出する端部を夫々プラス電位蓋５４に取着したのち、該プラス電位蓋５４を、絶縁パッキン５２を介してマイナス電位ケース５０に取付けることで酸素、水素ガス発生装置１が組立てられる。
【００４９】
従って、上記の酸素、水素ガス発生装置の組立方法によれば、内方から外方に向けて所定間隔を置いて配置した複数の角筒状に形成されたマイナス側副電極板５９の上下端部を絶縁性ブロック体６２により保持することで単位電極組６０Ａ〜６０Ｆが構成される。
【００５０】
そこで、上記のように構成された単位電極組６０Ａ〜６０Ｆを複数のマイナス側電極板５７Ａ，５７とプラス側電極板５８の間に順次挿嵌する。これらの単位電極組６０Ａ〜６０Ｆを挿嵌する際に、絶縁性ブロック体６２により異極となる電極板どうしが非接触状態となるよう所定の間隔が確保されるので容易に組込むことができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明によると次の様な効果を奏する。
【００５２】
即ち、請求項１によると、超音波発信器による振動子の振動が、電解槽内の電気分解される水を介して交絡体やマイナス側電極板に伝播されるので、マイナス側電極板に付着した水素の気泡やプラス側電極板に付着した酸素の気泡が効率良く剥離され、電解効率を向上することができる。
【００５３】
また、請求項２によると、超音波発信器により発生した振動子による所定周波数の振動が、電解槽内の電気分解される水を介してマイナス側電極となる交絡体やマイナス側電極板、ないし複数枚のマイナス側副電極板に伝播して、これらに付着した水素の気泡、並びにプラス側電極板に付着した酸素の気泡を効率良く剥離して水面上に浮上することができ、電解効率の向上に寄与することができる。
【００５４】
また、請求項３によると、超音波発信器による振動に加え、電解槽の底板に発生する大量の気泡による浮力作用が相俟って、金属繊維の交絡体や、マイナス側電極板ないし複数枚のマイナス側副電極板に付着した水素の気泡、並びにプラス側電極板に付着した酸素の気泡に衝突してこれらを膨張破壊し、または衝突の衝撃力により剥離してこれらの気泡を効率良く浮上させることができる。
【００５５】
また、請求項４によると、電解槽に供給される電気分解される水道水が、浄水器内の粒状活性炭を通すことで電気分解を妨げる塩素等が除去され、更にイオン交換樹脂等を通すことで炭酸イオン等が除去されて電解効率を向上することができる。
【００５６】
また、請求項５によると、内方から外方に向けて所定間隔を置いて配置した角筒状の、マイナス側副電極板の複数枚の上下端部を絶縁性ブロック体により保持して成る単位電極組の複数を、中心部から外方に向けて交互に配設される複数のマイナス側電極板とプラス側電極板の間に単位電極組を順次挿嵌する際に、絶縁性ブロック体により異極となる電極板どうしが非接触状態となる所定の間隔が確保されるので容易に組込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る酸素、水素ガス発生装置を示す構成図である。
【図２】酸素、水素ガス発生装置の概観正面図である。
【図３】酸素、水素ガス発生装置の概観側面図である。
【図４】電解槽の内部構成を示す上部断面図である。
【図５】電解槽の内部構成を示す下部断面図である。
【図６】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図７】図４のＣ矢視図である。
【図８】図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】図５のＥ部拡大断面図である。
【図１０】図５のＤ矢視図である。
【図１１】単位電極組を組立る手順の説明図である。
【図１２】組立られたマイナス側電極板とプラス側電極板の配置関係を示す上部断面図である。
【図１３】組立られたマイナス側電極板とプラス側電極板の配置関係を示す下部断面図である。
【図１４】電解槽の内部構成を示す横断面図である。
【図１５】浄水器の縦断面図である。
【図１６】マイナス側電極板間に金属繊維の交絡体を充填した状態を示す電解槽上部の部分斜視図である。
【図１７】エアー流量とエアー圧に対応する酸素、水素ガス発生量の関係を示す図表である。
【符号の説明】
１ 水素ガス発生装置
２ 電解槽
４ 電極板
５ 蓄電池
６ 給水源（水供給装置）
８ 電解槽
９ 導電線（マイナス側）
１０ 導電線（プラス側）
１２ 給水管
１４ 水素ガス供給管
１６ 水素ガス使用器具
１８Ａ，１８Ｂ 調整バルブ
２０ 圧力調整手段
２２ フィルタ
２４ ストップバルブ
２５ フィン付き冷却パイプ
２６ 冷却装置
２８ タンク
３０ サブタンク
３２ 冷却タンク
３４ ウォータジャケット
３５ 振動子
３６ 超音波発信器
３８ エアーコンプレッサー（気泡発生装置）
４０Ａ，４０Ｂ 給水管
４２ 浄水器
４４Ｂ 給水管
４４Ａ 排水管
４５ エアー供給管
４６ 整流器
４８ パネル
５０ マイナス電位ケース
５０Ａ 底板
５２ 絶縁パッキン
５４ プラス電位蓋
５６ 保持板
５７，５７Ａ マイナス側電極板
５８ プラス側電極板
５９ マイナス側副電極板
６０，６０Ａ〜６０Ｆ 単位電極組
６２ 絶縁性ブロック体
６４ 金属繊維交絡体
６６ 浄水器
６８ 浄水槽
７０ 蓋体
７２ 導入口
７２ 内筒
７４ 外筒
７５ 支持板
７６ 排水口
７８ 排水管
８０ 螺旋管
８２ 出口
８４ 粒状活性炭
８６ イオン交換樹脂
ＡＭ 電流計
ＥＳ 異常停止スイッチ
Ｆ 冷却ファン
Ｐ 定量ポンプ
Ｐ１，Ｐ２ 循環ポンプ
ＰＧ ガス圧力計
ＰＳ 電源スイッチ
ＳＷ スイッチ
ＴＭ 冷却水温度計
Ｕ ユニット
ＶＭ 電圧計
Ｗ 水道水
Claims (5)
- 横断面が角型に形成されたマイナス電位ケース５０と該マイナス電位ケース５０に絶縁パッキン５２を介して取付けられるプラス電位蓋５４より成る電解槽２と、上記プラス電位蓋５４に電気的に連なり、互いに間隔を置いて配設されている複数のプラス側電極板５８と、該プラス側電極板５８間に配設されていて、マイナス電位ケース５０に対して電気的に連なる複数のマイナス側電極板５７，５９より成る電極板と、上記プラス側電極板５８とマイナス側電極板間に電気を供給する直流電源と、上記電解槽２に電気分解される水を供給する水供給装置６とを備えた酸素、水素ガス発生装置であって、
上記電極板を構成する複数枚のマイナス側電極板５７，５９とプラス側電極板５８の各々は、上記電解槽２を構成するマイナス電位ケース５０の形状に沿う角筒状に形成され、さらに、上記電解槽２のマイナス側電極板５７，５９の間隙には、金属繊維の交絡体６４が密に充填されると共に上記電解槽２の底板５０Ａに上記電解槽２内の電気分解される水に振動を与える為の超音波発信器３６が接続されていることを特徴とする酸素、水素ガス発生装置。 - 横断面が角型に形成されたマイナス電位ケース５０と該マイナス電位ケース５０に絶縁パッキン５２を介して取付けられるプラス電位蓋５４より成る電解槽２と、該電解槽２の底板５０Ａに取付けられるマイナス側電極板５７とプラス電位蓋５４に取付けられるプラス側電極板５８より成る電極板と、上記両電極板５７，５８に電力を供給する直流電源と、上記電解槽２に電気分解される水を供給する水供給装置６とを備えた酸素、水素ガス発生装置であって、
上記電極板を構成する複数枚のマイナス側電極板５７とプラス側電極板５８の各々は、上記電解槽２を構成するマイナス電位ケース５０の形状に沿う角筒状に形成され、互いに間隔を置いて配設された複数枚のプラス側電極板５８を中にしてそれらの内外には、絶縁性ブロック体６２により複数枚のマイナス側副電極板５９の上下端部を等間隔に保持して成る複数の単位電極組６０が配設されると共に、対向するプラス側電極板５８間に配設された一対の単位電極組６０の間には上記電解槽２の底板５０Ａに立設されたマイナス側電極板５７Ａ，５７が配設されて成り、
さらに、上記電解槽２のマイナス側電極板５７Ａ，５７及びマイナス側副電極板５９の間隙には、金属繊維の交絡体６４が密に充填されると共に上記電解槽２の底板５０Ａに上記電解槽２内の電気分解される水に振動を与える為の超音波発信器３６が接続されていることを特徴とする酸素、水素ガス発生装置。 - 上記電解槽２の底板５０Ａには、上記電気分解される水に気泡を発生させる気泡発生装置３８が接続されている請求項１または２に記載の酸素、水素ガス発生装置。
- 上記電解槽２に電気分解される水を供給する上記水供給装置６と電解槽２の間には、粒状活性炭８４ないしイオン交換樹脂８６等が充填された浄水器４２が接続されている請求項１ないし３に記載の酸素、水素ガス発生装置。
- 横断面が角型に形成されたマイナス電位ケース５０と該マイナス電位ケース５０に絶縁パッキン５２を介して取付けられるプラス電位蓋５４より成る電解槽２と、上記マイナス電位ケース５０の底板５０Ａに取付けられるマイナス側電極板５７とプラス電位蓋５４に取付けられるプラス側電極板５８より成る電極板とを備えて成り、
内方から外方に向けて所定間隔を置いて配置した角筒状のマイナス側副電極板５９の複数枚を、絶縁性ブロック体６２により上下端部を保持して単位電極組６０の複数を構成し、上記底板５０Ａの中心部にマイナス側電極板５７Ａを立設すると共に、該マイナス側電極板５７Ａから外方に向けて複数のマイナス側電極板５７を所定間隔を置いて底板５０Ａ上に立設し、上記マイナス側電極板５７を中にしてそれらの内外にプラス側電極板５８を所定間隔を置いて配設し、所定間隔をもって交互に配設されるマイナス側電極板５７Ａ，５７とプラス側電極板５８の間に、少なくとも異極となる電極板どうしが非接触状態となるように上記絶縁性ブロック体６２を介して単位電極組６０を順次挿嵌し、各プラス側電極板５８の上方に延出する上端部をプラス電位蓋５４に夫々取着したのち、該プラス電位蓋５４を絶縁パッキン５２を介してマイナス電位ケース５０に取付けるようにしたことを特徴とする酸素、水素ガス発生装置の組立方法。
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