JP3836833B2

JP3836833B2 - 水素と酸素の混合ガス発生装置およびその電解槽

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Publication number: JP3836833B2
Application number: JP2003381684A
Authority: JP
Inventors: 承哲金
Original assignee: 山口嘉春
Priority date: 2003-11-11
Filing date: 2003-11-11
Publication date: 2006-10-25
Anticipated expiration: 2023-11-11
Also published as: JP2005146302A

Description

本発明は水を電気分解させて、水素：酸素の化学当量比が２：１で構成された混合ガスを発生させる装置に関する。

水を電気分解して水素と酸素を発生させる方法としては、それぞれのガスが分離した状態で発生させる方法と、それぞれのガスが混合した形態で発生させる方法がある。本発明は、後者の水素と酸素が混合した形態で発生させる混合ガス発生装置に関する。

水素と酸素との混合ガス発生装置としては、下記特許文献に開示されているように、従来から、電解槽内部に複数の電極板を積層し、その間にゴム質の絶縁部材を挿入介在せしめて、それぞれの電極板の間を隔離絶縁した構造のものが広く使用されている。
特開平０６−１９２８６８号公報特開平０８−２６０１７７号公報特開平０９−０７１８８６号公報特開平１１−００１７９０号公報

ところが、この電極板相互間の絶縁材料としてゴム質のものの使用によって、時間の経過とともに、電解液と熱により、ゴム質が劣化し変形して電解液が漏れたり、ショートが発生する等の問題が多く生じる。

また、電解槽の構造上、電極板相互間の間隔が３ｍｍ程度と狭く、ゴム質の劣化によって電解液の電気分解効率が落ちるだけでなく、発熱が激しく、また、電力損失が大きくなり、長時間稼動が不可能となる問題もある。

本発明は、従来の水素と酸素との混合ガス発生装置における問題を解消して、水素・酸素混合ガスを安定的で効率的に発生できる水電解装置を提供するものである。

本発明の水を電気分解して水素と酸素の混合ガスを発生する装置の基本構成は、水を電気分解して水素・酸素混合ガスを生成する複数の電解槽によって形成され、前記電解槽が左右両側にそれぞれ陽・陰直流電源が印加され、それぞれが合体されて内部に電解室を形成し、その電解室の内部に供給された水を電気分解して水素・酸素混合ガスを生成して排出する左右一対の電解ケースと、上部に発生した混合ガスが流動できるガス通気孔が形成されると共に下部に電解液通過用の通水孔が左右交互に形成されている複数の電極板と、それぞれの電極板を一定間隔に電解室の中に垂直装着するための装着溝が形成されたエポキシ樹脂製の電極板絶縁支持枠と、前記一対の電解槽ケースの結合接触部の間に絶縁板を配置して電解槽を相互に絶縁させる絶縁板と、電解槽ケースのそれぞれの上部に過圧の際、自動的に圧力を排出する安全弁を具備した電解槽である電解部と、この電解部に直流電力を供給する電源部と、この電解槽において生成した混合ガスのガス圧を検出して制御部へ転送することにより、予め設定された圧力において電源供給部の電源を供給または遮断して電解槽の動作を制御する１次圧力検出器と、この１次圧力検出器の故障の際、ガス圧が許容値を超過したとき、電解槽の作動を停止する２次圧力検出器を具備する圧力調節部と、上方から挿入されて底の近傍でＬ形に曲げられた内端部に穿孔された微細なガス流出孔の上方にガス分散孔が穿孔された分散板が配置された、水が満たされた逆火防止液円桶の中を前記圧力調節部からの混合ガスを通過させて外部からの火炎が電解槽に逆火するのを防止する水封式逆火防止器と、水封式逆火防止器を通過した混合ガスに含まれている少量の水分を除去する水分除去器と、上方から挿入されて底の近傍でＬ形に曲げられた内端部に穿孔された微細なガス流出孔の上方にガス分散孔が穿孔された分散板が配置された、有機溶剤が満たされた桶の中を前記水分除去器からの混合ガスを通過させて、所定量の有機溶剤が気体形態として混合ガスに含まれる様にして火炎の温度を調節する火炎調節器と、ケーシングの内部に微細な気孔を持つ逆火遮断片を装着し、火炎調節器を通過した混合ガスは前記逆火遮断片を通過するが、火炎は通過出来ない様にして逆火を防止する乾式逆火防止器と、前記の電解槽において生成されて排出される混合ガスの圧力の変化に応じて前記電解部の動作を制御し、且つ、前記電解槽の温度を制御して過熱を防止するために、供給電力を制御する制御部とを有することを特徴とする。

また、本発明の水を電気分解して水素と酸素の混合ガスを発生するための電解槽の基本構成は、左右対称に配置され、左右両側にそれぞれ陽・陰直流電源が印加され、それぞれが合体されて内部に電解室を形成し、その電解室の内部に供給された水を電気分解して水素・酸素混合ガスを生成して排出する左右一対の電解槽ケースと、上部に発生した混合ガスが流動できるガス通気孔が形成されると共に下部に電解液通過用の通水孔が左右交互に形成されている複数の電極板と、それぞれの電極板を一定間隔に電解室の中に垂直装着するための装着溝が形成されたエポキシ樹脂製の電極板絶縁支持枠と、前記一対の電解槽ケースの結合接触部の間に配置して電解槽を相互に絶縁させる絶縁板と、絶縁板の両側に取り付けられて、左右一対の電解槽ケースの間に介在した絶縁紙と、電解槽ケースのそれぞれの上部には過圧の際、自動的に圧力を排出する安全弁とを具備することを特徴とする。

本発明の水素・酸素混合ガス発生装置は、多数の電解槽が配置されているので、これらの電解槽で生成された混合ガスを収集することによって大容量の混合ガスが供給できる。

また、電解槽に得られた混合ガスは、圧力調節器、水封式逆火防止器、水分除去器、火炎調節器、乾式逆火防止器を順に通過させ、溶断トーチのような供給対象に提供されることになるので安全性に優れている。

さらに、電極板の装着を容易にし、且つ、それぞれの電極板の間に適正間隔を維持できる。

また、さらに、自動給水タンクが具備でき、電解槽の中へ適正量の水を安定的に供給するとともに、混合ガス発生排出部分には逆火防止器を二重に設置するようにして、逆火が防止でき、安全性が確保できる。

以下、本発明の実施の形態を添付した図面に示す実施例に基づいて説明する。

図１は本発明の水素・酸素混合ガス発生装置の分解斜視図であり、図２ａ及び図２ｂは図１の組立斜視図及びその外観斜視図を示す。

これらの図を参照して、本発明の水素・酸素混合ガス発生装置１０は、その内部において水を電気分解して水素・酸素混合ガスを生成して出力する多数の電解槽１００ａ、１００ｂ、１００ｃによって構成された電解部１００を有する。

この電解部１００には、電解のための電源２００と、電解部１００に、その分解消費に伴って、適正量の水を自動供給する自動供給タンク３００が設けられている。

また、それぞれの電解槽１００ａ、１００ｂ、１００ｃには、過熱を防止するための冷却手段４００が設けられている。

この冷却手段４００は、それぞれの電解槽１００ａ、１００ｂ、１００ｃに隣接して配置された冷却ファン４１０、４２０によって構成されている。これらの冷却ファン４１０、４２０は、それぞれの電解槽１００ａ、１００ｂ、１００ｃの温度が、常温より高い３０℃以上上昇すると、自動的に作動して、それぞれの電解槽を冷却する。

５００は、それぞれの電解槽１００ａ、１００ｂ、１００ｃにおいて発生した水素と酸素の混合ガスを集合して送り出すガス集合手段を示す。

このガス集合手段５００には、それぞれの電解槽１００ａ、１００ｂ、１００ｃのガス排出口１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃをホース５１０と連結バルブ５２０とによって一つに連結されており、それぞれの電解槽において生成された混合ガスを一つに集め、送り出すことになる。

このガス集合手段５００の後端には、集合されて送り出される水素と酸素との混合ガスの圧力を一定に制御する圧力調節部６００が設けられている。

６００は、１次圧力検出器６１０と２次圧力検出器６２０によって構成された圧力調節部を示す。

１次圧力検出器６１０は生成ガス圧力が１ｋｇｆ／ｃｍ^２程度になると、電解部１００への給電を停止してガスの生成生産を中断し、また、約０.８ｋｇｆ／ｃｍ^２にまでに降下すると給電を開始し再び分解ガス生成を再開する。
また、２次圧力検出器６２０は１次圧力検出器６１０の故障の際に、ガス圧力が約１.５ｋｇｆ／ｃｍ^２になるとガス生成を中断させる２次安全手段の機能を有する。

また、７００は、圧力調節部６００の後端に配置された逆火防止部を示す。

この逆火防止部７００は、発生した混合ガスが水中を通過するようにすることで逆火を防止する水封式逆火防止器７１０と、高温に耐えられるセラミック製の逆火遮断片と逆火時の火炎の流れを変更する構造とすることによって逆火を防止する乾式逆火防止器７２０によって構成されている。この様に本発明においては、生成ガスを二重の逆火防止器７１０、７２０を通過させることによって完全な逆火防止が可能となる。

この水封式逆火防止器７１０と乾式逆火防止器７２０の間には混合ガスに含まれている少量の水分を除去する為の水分除去器７３０と、排出されたガスを使用するとき、点火火炎の温度を使用目的に適当な温度に調節するための火炎調節器７４０が設けられている。

また、８００は、電流、電圧制御は勿論、圧力調節部、電解液温度センサー、温度計、自動給水タンクの水位感知センサー、電源ランプ、非常ランプ、非常ブザー、電流計及び電圧計等の本装置の構成要素を総合的に制御する制御部を示す。

前述した電源２００からのＡＣ２００Ｖの３相電流は、変圧器２１０によってＡＣ７５Ｖに変圧し、さらに、ＡＣ／ＤＣ変換器２２０によって直流に変換し脈流を除去したのち、電解槽１００ａ、１００ｂ、１００ｃに供給される。

電源２００から、電解槽１００ａ、１００ｂ、１００ｃのそれぞれに電力を供給する際には、それぞれの電解槽が取り付けられる支持フレーム１２に電流が漏洩するのを防止するために、絶縁材片１２ａを介在させた状態で、ボルト１０１に絶縁ブッシング１０１ａを挿入して電解槽１００ａ、１００ｂ、１００ｃと支持フレーム１２を締結する。

図３〜１３は、上記図１〜図３に示すそれぞれの構成部材の詳細を示す。

図３は、図１に示された電解部１００を構成する電解槽の中の一つを示す１００ａの分解斜視図であり、図４はその組立斜視図を示し、図５は図４のＡ−Ａ線の断面図である。

これらの図に示すとおり、電解槽１００ａは、同一の大きさと面積を持つ左右側のケース１１０、１２０が左右対称に配置される。

ケース１１０、１２０のそれぞれの縁には結合孔１１２、１２２が形成されされており、それぞれの結合板１１４、１２４を密着させた状態で、ボルト１３０を挿入し、これをナット１３２で締結することによって左右のケース１１０、１２０を密着して合体し、結合する。

この左右両側のケース１１０、１２０の結合の際には、結合板１１４、１２４の間には絶縁板１４０を介在させて密着合体し、両ケースの間は絶縁状態に形成され、その内部には電解室が形成される。

この絶縁板１４０としては、左右両側のケース１１０、１２０を締結ボルト１３０で緊締するに際して圧縮されことになるので、材質的には、弾性を持つ材質、例えば、ゴム類で製造される必要があり、とくに、圧縮されても導電性となることが少ないネオプレン（Neoprene）が望ましく、また、絶縁板１４０の両側に絶縁紙１４２、１４４を装着しておくことによってほぼ完璧な絶縁効果が得られる。

上記絶縁板１４０と絶縁紙１４２、１４４には、それぞれ、結合板１１４、１２４と同一の大きさと形状の四角形の中空が形成されており、結合孔１１２、１２２と対応する部位には、挿入される締結ボルト１３０を貫通するための貫通孔１４０ａ、１４２ａ、１４４ａが形成されている。その結果、左右のケース１１０、１２０の結合孔１１２、１２２と貫通孔１４０ａ、１４２ａ、１４４ａは連通し、その連通孔を通して締結ボルト１３０とナット１３２によって、左右両側のケース１１０、１２０は結合されることになる。

この結合に際しては、締結ボルト１３０も金属製であるので、左右両側のケース１１０、１２０を完全に絶縁させるために、結合孔１１２、１２２と貫通孔１４０ａ、１４２ａ、１４４ａに絶縁ブッシング１５０を挿入した状態で高温絶縁性のブッシング１５０の内部へ締結ボルト１３０を挿入し、また、ナット１３２側には高温絶縁性のワッシャー１５２を介在した状態で結合孔１１２、１２２と貫通孔１４０ａ、１４２ａ、１４４ａを挿通した締結ボルト１３０にナット１３２を締結する。

左右両側のケース１１０、１２０の結合に際しては、先ず、一方のケース１１０の結合板１１４の内側にガスケット用の接着剤を塗布し、そこに、絶縁紙１４２を付着した後、絶縁紙１４２の外側に再びガスケット用の接着剤を塗って絶縁板１４０を付着する。そして、絶縁板１４０の外側にもガスケット用の接着剤を塗布し、絶縁紙１４４を付着した後、絶縁紙１４４の外側にガスケット用の接着剤を塗布して他側のケース１２０の結合板１２４を密着させた状態で絶縁ブッシング１５０と絶縁ワッシャー１５２を装着した後、締結ボルト１３０とナット１３２によって、ケース１１０、１２０を結合させる。この絶縁ブッシング１５０と絶縁ワッシャー１５２の材質としては絶縁性の優れたポリオクシメチレン（Poly Oxy Methylene）が好適である。

左右両側のケース１１０、１２０が合体することによって形成される内部の電解室には、多数の電極板１６０が配列されている。これらの電極板１６０を等間隔で配列するために、電解室に電極板を絶縁状態で支持する支持枠１７０が設けられている。

前述のとおり、同一の大きさと同一の面積の左右対称の左右両側のケース１１０、１２０からなる電解槽１００ａには、上部側には発生した混合ガスを排出するガス排出口１０２と手動で水を供給する場合の手動給水口１０３と、生産された混合ガスの一部を図示しない自動給水タンクに供給して自動給水タンクの圧力を電解槽１００ａの圧力と合わせるための給水器連結口１０５及び電解槽１００ａ内の異常圧力発生の際に作動する安全弁１０４が設けられている。

この安全弁１０４は電解槽１００ａ内の圧力が作動範囲を超過して危険な水準に到達すると作動開放され、ガスを外部へ排出する役割をし、約３ｋｇｆ／ｃｍ^２の作動圧力で作動するように設定されている。また、電解槽１００ａには自動給水タンクから水の供給を受けるための給水口１０６と、電解槽の掃除と電解液の取替えの際に電解液を排出するためののドレインバルブ１０７が電解槽ケース１１０、１２０の左側前方の下端部に設けられている。給水口１０６は、図面にて電解槽ケース１１０、１２０の左側後方の下端部に形成されている。

前述のとおり、左右両側のケース１１０、１２０は電気的に絶縁されており、一側には陽極が連結され、他側には陰極が連結される。左右両側のケース１１０、１２０の中間部位にはそれぞれ電源入力端子１１６、１２６が設けられている。

大容量の水素・酸素混合ガス発生装置の場合には、同様の構造を持つ２個以上の電解槽１００ａ、１００ｂ、１００ｃをそれぞれ連結電線で直列に連結し、一側の電解槽１００ａのケースの電源入力端子には陽極電源が、他側の電解槽１００ｃのケースの電源入力端子には陰極電源を印加することによって対応する。

また、逆に、一側の電解槽１００ａの左側ケースの電源入力端子に陰極電源が、他側の電解槽１００ｃの右側ケースの電源入力端子に陽極電源が印加されても効果は同様である。

前記の電源入力端子ら１１６、１２６の上下にはアルミニウム材質の放熱板１８０が絶縁紙１８２を介して装着されている。この絶縁紙１８２は電解槽ケース１１０、１２０に供給される電流が放熱板１８０へ流れることで電力損失を低減する。

放熱板１８０の表面は、ステンレススチールＳＵＳ３１６製のケース１１０、１２０との接触によるケースの腐食を防止し、熱に強い耐腐食性及び耐熱性を付与するために、ポリテトラフルオルエチレン（Poly Tetrａ Fluoro Ethyleneに）よるコーティングがされていることが望ましい。

放熱板１８０のケース１１０、１２０との連結は、ボルト１１８、１２８を溶接等によって固定し、絶縁紙１８２及び放熱板１８０に貫通孔１８２ａ、１８０ａを形成してボルト１１８、１２８に入れた後、外側でナット１８４、１８６を締結して結合することによって行う。

この連結に際しては、ボルト１１８、１２８と貫通孔１８２ａ、１８０ａの間に筒形の絶縁ブッシング１５０ａを介在させ、また、ナット１８４、１８６と放熱板１８０の間には環形の絶縁ワッシャー１５２ａを介在させる。

電解槽１００ａには、また、水位計１９０と温度感知センサーが設けられている。

この温度感知センサーは、電解槽１００ａ内部の電解液の温度を検知する電解液温度センサー１９２と電解槽１００ａの表面温度を検知する電解槽温度センサー１９４を具備している。

電解液温度センサー１９２によって検知された電解液の温度が約９０℃に達すると、自動的に電解槽１００ａへの電力供給が遮断される。また、電解槽温度センサー１９４にて電解槽の過熱が検知されると図示しない電解槽冷却ファンが作動し、電解槽１００ａを冷却する。

図６〜図８は、前記電極板絶縁支持枠１７０の詳細を示す。図６は図４に図示された電極板及び電極板を支持している電極板絶縁支持枠１７０の構造を詳細に示す分離斜視図であり、図７ａ及び図７ｂは図６に図示された電極板絶縁支持枠の下部板部の平面図及びその側面図であり、図８は図６に図示された電極板絶縁支持枠の上部板部の平面図である。

これらの図に示すように、電極板絶縁支持枠１７０は、耐熱絶縁性の優れたエポキシ樹脂からなり上下左右のほぼ同一の形状４個の単位板１７０ａ〜ｄによって構成されており、これらが合体して四角形の型枠が形成される。単位板の中、左右側板部１７０ａ、１７０ｂ及び下部板部１７０ｄは図７ａ及び図７ｂに図示したとおり、内側図面の上部面に電極板１６０の縁が一定部分進入して支持される装着溝１７２が等間隔で形成されている。この装着溝１７２らは本実施例では図７ａのとおり、８個が等間隔で形成されている。

これらの装着溝１７２は、電極板挿入スロットとしての機能を持ち、直線形の幅１.５ｍｍ程度の溝となっており、その深さは約６ｍｍ程度であり、それらの間隔は１７ｍｍ程度が適当である。左右側板部１７０ａ、１７０ｂ及び下部板部１７０ｄには、平らな板状体に装着溝１７２の他には、如何なる部材も存在しない。また、上部板１７０ｃには装着溝の他にも、図８に示すように、電解槽ケースの上部側に形成されたガス排出口、手動給水口、給水器連結口、安全弁と連結されるガス排出口連通孔１７３、手動給水口連通孔１７４、給水器連結口連通孔１７５、安全弁連通孔１７６が穿孔されている。これらの孔らを通じて電極板相互間の給水が可能であり、また生成生産された混合ガスの排出を可能とする。

これらの装着溝１７２は電極板１６０の熱発生を低減するために、相互間に少なくとも１０ｍｍ以上の間隔で隔離させるのが良く、望ましくは１７ｍｍ間隔で形成するのが良い。また、その深さは電極板１６０が安定して支持される深さである必要があり、少なくとも３ｍｍ以上、６ｍｍ程度が望ましい。このように、電解室内に垂直に収納された電極板絶縁支持枠１７０の装着溝１７２に電極板１６０が垂直に挿入装着されるので、それらは電解室内にほぼ１７ｍｍ間隔で配列でき、安定した支持状態が得られる。

電極板１６０は厚さ１ｍｍ程度のステンレススチールＳＵＳ３１６製で、下端から６ｍｍを離隔させて幅２２ｍｍの電解液通過用の通水孔１６２が形成されている。

下端から６ｍｍを離隔させたのは電極板１６０の下端から６ｍｍの位置で、電極板絶縁支持枠１７０の装着溝に装着するためである。そして、６ｍｍを離隔させて通水孔１６２を形成することによって、電解液の取替えの際には、電極板と電極板との間の区画された空間内にあった電解液を全て排出することができる。

電極板１６０の上部には発生した混合ガスが流動できるガス通気孔１６４が形成されている。このガス通気孔１６４は電極板１６０の上部側に左右一対で構成するのが良く、その大きさは直径２２ｍｍ程度が適当である。

なお、電極板１６０に形成される通水孔１６２は、電気分解の際、電流が一方だけへ流れることを防止するためのもので、多数の電極板１６０を配列する際に、一方の側板には左側に通水孔１６２を形成し、その隣接板は右側に通水孔１６２を形成して通水孔の位置が左右交互に配置されるようにする。

図９は、本発明に適用される自動給水タンク３００の構成を示す。

この自動給水タンク３００は、電気分解の際に消耗される水を自動で電解槽へ補給するもので、タンク下部には電解槽へ水を供給する為の水供給口３０２と、タンク内部へ水を補充する為の水流入口３０４を具備している。タンクの上部にはタンク内部の水位を検知して水不足の時、水流入口３０４にホースや配管を通じて連結されるソレノイドバルブ３０６を開閉する信号を送り出す水位感知センサー３１０が設けられている。

また、ソレノイドバルブ３０６の後端にはチェックバルブ３０８が設置されており、供給された水が逆流するのを防止する。

水位感知センサー３１０の隣には手動で水を補充することが出来る手動給水口３２０と、タンク内の圧力異常の際に作動する安全弁３３０と前述した電解槽の給水器連結口とホースや管等で連結され、タンクの内部圧力を電解槽の内部圧力と同一にする圧力調整口３４０が設けられている。

それと共に、タンクの側面の上部側にはタンク内部の水位を目認できる水位計３５０が具備されており、タンク内部の水を排出するドレインバルブ３６０がタンクの下部側に設けられ、タンク３００の上部の前後方には本装置の支持フレームに安着され、ボルトで結合される為のボルト孔３７２、３７２ａが形成された装着板部３７０、３７０ａが具備される。

図１０ａは、本発明に適用される逆火防止器の縦断面図であり、図１０ｂはその平面図である。

この逆火防止器は二重に逆火防止部を構成しており、その中の一つが水封式逆火防止器７１０である。この水封式逆火防止器７１０は電解槽において生成された混合ガスを、一旦、水の中を通過させたのち排出することによって、仮に、排出口７１１の方へ火炎が逆流した場合、流入口７１２まで火炎が到達するのが、水によって遮断される。その結果、火炎の逆流を水によって遮断して電解槽まで火炎が及ぶのが防止される。

この水封式逆火防止器７１０の構成をさらに詳細に説明すると、水が一定の高さまで満たされた逆火防止液桶７１４に上方からガス供給管７１５が挿入されて、底の近傍で切曲され、大体“Ｌ”の形に配置されている。

このガス供給管７１５の切曲された内端部には微細なガス流出孔７１５ａが穿孔されており、このガス流出孔７１５ａを通してガスが逆火防止液桶７１４の内部へ流入される。ガス供給管７１５のガス流出孔７１５ａの上の方にはガス分散板７１６、７１７が少なくとも１個以上、本実施例では２個が一定間隔を離隔して上下に配置されている。このガス分散板７１６、７１７にはガス供給管７１５が通過する供給管貫通孔７１６ａ、７１７ａが形成されており、その周囲に無数の微細なガス分散孔７１６ｂ、７１７ｂが穿孔されている。このガス分散孔７１６ｂ、７１７ｂは直径が大体２ｍｍ内外で、ガス流出孔７１５ａよりもっと小さい直径を持つ。

この構造によって、ガス流出孔７１５ａを通じて出てくる混合ガスは二重のガス分散板ら７１６、７１７のガス分散孔７１６ｂ、７１７ｂを通過しながら気泡発生が抑制され、逆火防止液桶７１４の排出口７１１を通じて排出される。

前記逆火防止液桶７１４は円筒形に構成するのが望ましくその内部に装着されるガス分散板７１６、７１７も円板形態に構成される。勿論ガス分散板７１６、７１７は逆火防止液桶７１４内部に溶接等によって一定間隔を離隔して固定される。また、逆火防止液桶７１４の上部には内部へ水を注入する為の注水口７１８と注水口７１８を通じて水を注入する時、桶内へ水が入りやすく空気通路を形成する空気口７１８ａが設けられている。そして、逆火防止液桶７１４の下部には内部の水を排出させられるドレインバルブ７１９が設けられている。

このように、混合ガスは水封式逆火防止器７１０から排出され、混合ガス中に含まれている水分を除去するための水分除去器７３０へ供給される。

図１１ａと図１１ｂは、この水分除去器７３０の原理と構造を示す。図１１ａは本発明にて水分除去器の構造を詳細に示す縦断面図であり、図１１ｂは図１１ａのＢ−Ｂ線の断面図である。

水分除去器７３０は混合ガスに含まれている少量の水分を除去する役割をする。この水分除去器７３０は、除去器筒７３２の側面へ偏心してガス流入管７３４が連結されており、中心軸線上には、ガス流出管７３５が除去器筒７３２の上面から内部へ部分的に挿入され、固定されている。ガス流出管７３５の端部は大体除去器筒７３２の中間部に位置し、このガス流出管７３５の端部の上の方にガス流入管７３４が位置している。ガス流出管７３５の下の方には、漏斗形状の水分除去管７３６が配置されており、その下方は除去器筒７３２の下端に設けられたドレインバルブ７３８と連通している。

水分除去器７３０はこのような構造により、水封式逆火防止器７１０から排出される混合ガスはガス流入管７３４を通じて水分除去器７３０の内部へ偏心して流入される。そして、流入した混合ガスは除去器筒７３２の内部に沿って回転しながら下降し、この時、発生する遠心力によって混合ガスに含まれている水分は落下し分離される。さらに、分離された水は水分除去管７３６に集まる。水分が除去された混合ガスはガス流出管７３５へ流入し、除去器筒７３２の上部の方へ移動して流出されることになる。水分除去管７３６に集まった水分は、ドレインバルブ７３８を開けて外部へ排出される。

ガス流出管７３５を通じて水分除去器を出てくる混合ガスは、次いで、火炎調節器へ流入される。

この火炎調節器は、図１２に示されている。図１２ａは火炎調節器の縦断面図であり、図１２ｂはその平面図である。

同図に示すとおり、火炎調節器７４０は、前述の図１０に示す水封式逆火防止器７１０と同一の構造を持つ。即ち、一定の高さまで有機溶剤が満たされた円筒形の有機溶剤桶７４１に大体“Ｌ”の形に切曲されたガス流入管７４２を上部の方から挿入して底にて混合ガスが有機溶剤桶７４１の内部へ供給される様にし、二段に設置されたガス分散板７４４、７４５を経て混合ガスが排出口７４６へ出ていく様にする同一の構造である。但し、火炎調節器７４０の有機溶剤桶７４１には一定の高さまで有機溶剤が満たされており、この有機溶剤としてはその用途に合わせてノルマルヘキサンやメチルアルコール等が使用される。したがって、ガス流入管７４２を通して火炎調節器７４０の内部へ流入された混合ガスは有機溶剤桶７４１を通過しながら少量の有機溶剤が気体形態として混合ガスに含まれることになり、この有機溶剤の成分によって火炎の温度を変えることになる。この様に有機溶剤が含まれている混合ガスは有機溶剤桶７４１の上部に設けられた排出口７４６を通じて外部へ排出されて乾式逆火防止器７２０へ供給される。

図１３はこの乾式逆火防止器７２０を表わした縦断面図である。

同図に示すとおり、乾式逆火防止器７２０は、内部に空間を形成した下部ケーシング７２２と、下部ケーシング７２２の上端開口に螺合される上部栓７２４を具備している。上部栓７２４には中心の垂直方向にガス流入路７２４ａが形成されており、このガス流入路７２４ａは端部において、複数の狭い流動細管７２４ｂに分枝され、逆火の時には火炎の流れを変更させる役割をする。

従って、前述した火炎調節器よって供給される混合ガスは上部栓７２４のガス流入路７２４ａを経由し、流動細管７２４ｂらを通じて下部ケーシング７２２の内部へ流入される。

下部ケーシング７２２の内部には逆火遮断片７２６が装着されている。

この逆火遮断片７２６は下部ケーシング７２２内にステンレススチール材質の弾性片７２８によって支持され、下端は円筒状に開口され、上端は閉鎖されている。

また、逆火遮断片７２６は微細な気孔を形成したセラミック材で製造され、下部ケーシング７２２の下端に形成された流出口７２２ａへ逆流して入ってきた火炎を遮断する。上部栓７２４の流動細管７２４ｂを通じて流入される混合ガスは微細な気孔を通して流出口７２２ａの方へ流動する。下部ケーシング７２２の流出口７２２ａには雌ねじ７２２ｂが形成され、ニップル７２９が連結される。このニップル７２９にガス供給ホースを連結して混合ガスの利用装置、例えば、溶断トーチへ混合ガスを供給する。

図１４は、電源供給部２００の構成と機能を示すブロック図である。

同図において、電源供給部２００は、供給電圧を調整して出力する電圧調節器ＳＣＲ２３０と、この電圧調節器２３０を経て供給されたＡＣ２００Ｖの３相交流の供給を受けてＡＣ７５Ｖに変圧する変圧器２１０と、この変圧器２１０から出力されたＡＣ７５Ｖの交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換器２２０と、ＡＣ／ＤＣ変換器２２０において出力された直流から脈流を除去して電解部１００へ供給する脈流除去器２４０を具備する。この脈流除去器２４０は、ＡＣ／ＤＣ変換器２２０において出力する電流の中で一側の極性例えば、陰極だけに連結されている。

同図に示す例においては、３個の電解槽１００ａ、１００ｂ、１００ｃが電源供給部２００に直列に連結されてそれぞれの作動電圧にＤＣ２５Ｖが使用されるので、電源供給部２００から出力される最終電圧はＤＣ７５Ｖである。もし、電解槽が４個以上か２個以下の場合でも、電源供給部２００から供給される電圧の調整が可能である。

図１５は、本発明による水素・酸素混合ガス発生装置の構成を図式化して表わしたブロック図である。

このブロック図は、本発明の水素・酸素混合ガス発生装置による動作流れを順次的に図式化したもので、本発明の装置の動作について説明する。

電解液が満たされた電解槽１００ａ、１００ｂ、１００ｃによって構成された電解部１００に電源供給部２００から直流が供給されると、電気分解が起こり水素・酸素混合ガスが発生する。発生した混合ガスは一つに収集され、圧力調節部６００を経て水封式逆火防止器７１０へ転送される。圧力調節部６００において検出されたガス圧力の信号は制御部８００へ転送される。制御部８００は圧力調節部６００の１次圧力検出器６１０にて検出されたガス圧力が約１ｋｇｆ／ｃｍ^２になると電源供給部２００の電源供給を停止させ、ガス生産を中断する。ガス圧力が約０.８ｋｇｆ／ｃｍ^２までに降下すると再度給電されて、再びガス生成が再開される。２次圧力検出器６２０は、１次圧力検出器６１０の故障の際に、ガス圧力が約１.５ｋｇｆ／ｃｍ^２になるとガス生産を中断させる２次安全装置の機能を有する。この様な電解槽の作動中断の際には非常ランプとブザーを通じて使用者に機器の異常状態を知らせる。

この様に圧力調整部６００を経て入力された混合ガスは、水封式逆火防止器７１０を通過して水分除去器７３０へ流入する。水分除去器７３０で水分を除去し、混合ガスだけが上部の方に設けられた排出口を通じて流出され、火炎調節器７４０へ流入される。火炎調節器７４０の中で混合ガスは所定の有機溶剤と混合され、乾式逆火防止器７２０へ流動することになる。乾式逆火防止器７２０を通過した混合ガスは混合ガスを必要とする装置へ供給されて使用される。一例として乾式逆火防止器７２０のニップル７２９に供給ホースを連結して混合ガスを溶断トーチへ供給して溶断のガス源として使える。

図１６は本発明の装置における制御部の制御動作を説明するブロック図である。

図１６の様に電解槽１００ａ、１００ｂ、１００ｃの中で水を電気分解して混合ガスを生産する時、電解液温度センサー１９２は継続して電解液の温度を感知して電源制御部８１０へ転送することになる。この時、検出された電解液の温度が９０℃を超えると電源制御部８１０は電源供給部２００へ信号を送り、電解槽１００ａ、１００ｂ、１００ｃへの電気供給を遮断することになる。

これとともに、電解槽表面の温度も電解槽温度センサー１９４によって感知され、検出された温度が３０℃以上になると冷却ファン駆動スイッチ８２０が作動して冷却ファン４１０、４２０を駆動させ、電解槽１００ａ、１００ｂ、１００ｃを冷却させることになる。一方、電解槽１００ａ、１００ｂ、１００ｃの混合ガスの生成によって電解槽内の水の量が減少して一定水位に到達すると、同一の高さに設置され、水を自動供給する自動給水タンク３００の水位も従って低くなる。このとき、自動給水タンク３００に具備された水位感知センサー３１０が水位を検出して一定量以下であると水タンクの水位調節スイッチ８３０へ転送する。それによって水位調節スイッチ８３０が作動してソレノイドバルブ３０６を駆動させ、水道から水を自動給水タンク３００へ供給することになる。

ここに開示された実施例は、当業者の理解を助けるためのもので、本発明の技術的思想がこの実施例の記載によって限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で多様な変形が可能であるのは勿論である。

本装置によって生産された水素と酸素との混合ガスは、溶接、切断、各種の熱加工等の熱源として使用されるだけでなく、水素と酸素混合ガスヒーター、水素・酸素混合ガスボイラー、水素・酸素混合ガス加熱炉、水素・酸素混合ガス焼却炉、水素・酸素混合ガス炭化装置、混合ガスエンジン等のための燃料供給装置としても幅広く使用できる。

本発明の水素・酸素混合ガス発生装置の分解斜視図であり、本発明の水素・酸素混合ガス発生装置の組立図であり、図２ａは組立斜視図、図２ｂは外観を示す。本発明による水素・酸素混合ガス発生装置の電解槽の分解斜視図を示す。同じく電解槽の組立図を示す。図４のＡ−Ａ線の断面図である。電極板及び電極板を支持している電極板絶縁支持枠の構造を示す。電極板絶縁支持型の下部板部を示し、図７ａは平面図であり、図７ｂは側面図である。電極板絶縁支持枠の上部板の平面図を示す。自動給水タンクの構成図である。水封式逆火防止器の構成図であり、図１０ａは縦断面図であり、図１０ｂは平面図である。水分除去器を示す。図１１ａは縦断面図、図１１ｂは図１１ａのＢ-Ｂ線による断面図を示す。火炎調節器を示す。図１２ａは縦断面を、図１２ｂは平面図を示す。乾式逆火防止器の縦断面図である。電源供給部の構成を示すブロック図である。本発明の作動状態を説明するためのブロック図である。制御部の制御動作を説明するためのブロック図である。

符号の説明

１００：電解部１００ａ、１００ｂ、１００ｃ：電解槽
１１０、１２０：左右ケース１４０：絶縁板
１５０：絶縁ブッシング１５２：絶縁ワッシャー
１６０：電極板１７０：電極板絶縁支持型
１８０：放熱板１９０：水位計
１９２：電解液温度センサー１９４：電解槽温度センサー
２００：電源供給部２１０：変圧器
２２０：ＡＣ／ＤＣ変換器３００：自動給水タンク
４００：冷却手段５００：ガス集合手段
６００：圧力調節部６１０：１次圧力検出器
６２０：２次圧力検出器７００：逆火防止部
７１０：水封式逆火防止器７２０：乾式逆火防止器
７３０：水分除去器７４０：火炎調節器
８００：制御部

Claims

水を電気分解して水素・酸素混合ガスを生成する複数の電解槽によって形成され、前記電解槽が左右両側にそれぞれ陽・陰直流電源が印加され、それぞれが合体されて内部に電解室を形成し、その電解室の内部に供給された水を電気分解して水素・酸素混合ガスを生成して排出する左右一対の電解ケースと、上部に発生した混合ガスが流動できるガス通気孔が形成されると共に下部に電解液通過用の通水孔が左右交互に形成されている複数の電極板と、それぞれの電極板を一定間隔に電解室の中に垂直装着するための装着溝が形成されたエポキシ樹脂製の電極板絶縁支持枠と、前記一対の電解槽ケースの結合接触部の間に絶縁板を配置して電解槽を相互に絶縁させる絶縁板と、電解槽ケースのそれぞれの上部に過圧の際、自動的に圧力を排出する安全弁を具備した電解槽である電解部と、
この電解部に直流電力を供給する電源部と、
この電解槽において生成した混合ガスのガス圧を検出して制御部へ転送することにより、予め設定された圧力において電源供給部の電源を供給または遮断して電解槽の動作を制御する１次圧力検出器と、この１次圧力検出器の故障の際、ガス圧が許容値を超過したとき、電解槽の作動を停止する２次圧力検出器を具備する圧力調節部と、
上方から挿入されて底の近傍でＬ形に曲げられた内端部に穿孔された微細なガス流出孔の上方にガス分散孔が穿孔された分散板が配置された、水が満たされた逆火防止液円桶の中を前記圧力調節部からの混合ガスを通過させて外部からの火炎が電解槽に逆火するのを防止する水封式逆火防止器と、
水封式逆火防止器を通過した混合ガスに含まれている少量の水分を除去する水分除去器と、
上方から挿入されて底の近傍でＬ形に曲げられた内端部に穿孔された微細なガス流出孔の上方にガス分散孔が穿孔された分散板が配置された、有機溶剤が満たされた桶の中を前記水分除去器からの混合ガスを通過させて、所定量の有機溶剤が気体形態として混合ガスに含まれる様にして火炎の温度を調節する火炎調節器と、
ケーシングの内部に微細な気孔を持つ逆火遮断片を装着し、火炎調節器を通過した混合ガスは前記逆火遮断片を通過するが、火炎は通過出来ない様にして逆火を防止する乾式逆火防止器と、
前記の電解槽において生成されて排出される混合ガスの圧力の変化に応じて前記電解部の動作を制御し、且つ、前記電解槽の温度を制御して過熱を防止するために、供給電力を制御する制御部とを有する水素と酸素の混合ガス発生装置。
電解槽内の水が不足したとき水を自動に供給する自動給水タンクを有し、
この自動給水タンクには、
その水位が水補充位置へ下がったとき、これを検知して制御部に転送する水位感知センサーと、
給水源と連結され、制御部の作動信号によって開放され、水を自動給水タンクに供給するソレノイドバルブを有する請求項１に記載の水素と酸素の混合ガス発生装置。
電解槽ケースの内部に装置され、電解槽内部の電解液の温度を検出し、その検出値を制御部へ転送する電解液温度センサーと、
前記電解槽ケースに取り付けられ、電解槽の表面温度を検出して、その検出値を制御部へ転送する電解槽温度センサーと、
この電解槽温度センサーによって検出された温度の変化によって、前記制御部によって駆動される電解槽を冷却するための冷却ファンを具備する請求項１または請求項２に記載の水素と酸素の混合ガス発生装置。
制御部が、
電解液温度センサーによって検出された信号を受け、電解液の温度が予め設定された温度に到達すると、電解槽への供給電源を遮断して電解槽の作動を停止させる電源制御部と、
電解槽温度センサーによって検出された電解槽の表面温度が予め設定された温度に到達したとき冷却ファンを駆動させて電解槽を冷却させる冷却ファン駆動スイッチと、
水位感知センサーによって検出された自動給水タンクの水位によってソレノイドバルブを開放させて水を供給する水位調節スイッチを具備する請求項３に記載の水素と酸素の混合ガス発生装置。
左右対称に配置され、左右両側にそれぞれ陽・陰直流電源が印加され、それぞれが合体されて内部に電解室を形成し、その電解室の内部に供給された水を電気分解して水素・酸素混合ガスを生成して排出する左右一対の電解槽ケースと、
上部に発生した混合ガスが流動できるガス通気孔が形成されると共に下部に電解液通過用の通水孔が左右交互に形成されている複数の電極板と、
それぞれの電極板を一定間隔に電解室の中に垂直装着するための装着溝が形成されたエポキシ樹脂製の電極板絶縁支持枠と、
前記一対の電解槽ケースの結合接触部の間に配置して電解槽を相互に絶縁させる絶縁板と、
絶縁板の両側に取り付けられて、左右一対の電解槽ケースの間に介在した絶縁紙と、
電解槽ケースのそれぞれの上部には過圧の際、自動的に圧力を排出する安全弁とを具備した水素と酸素の混合ガス発生電解槽。
左右の電解槽ケースのそれぞれの上部には、
水を手動で給水する為の手動給水口と、自動給水タンクとホースで連結され、圧力を一致させる為に内部にて生成される混合ガスの中の一部を上記の自動給水タンクへ送る為の給水口連結口と、内部にて生成された混合ガスを排出するガス排出口と、
左右の電解槽ケースのそれぞれの下部には、
水が自動供給される給水口と陽・陰電源が印加される電源入力端子が形成されている請求項５に記載の水素と酸素の混合ガス発生電解槽。
電極板絶縁支持枠は、上下左右が分割されて結合されおり、これらの電極板絶縁支持枠の上部板部には上記の手動給水口、給水器連結口、安全弁、ガス排出口とそれぞれ連通する孔が穿孔されている請求項５に記載の水素と酸素の混合ガス発生電解槽。
左右の電解槽ケースはボルトとナットで締結され、ボルトの外部に絶縁ブッシングが設けられ、また、ナットの内側に絶縁ワッシャーが設けられており、これによって、左右の電解槽ケースは互いに絶縁されている請求項５に記載の水素と酸素の混合ガス発生電解槽。
電解槽ケースの表面には絶縁紙を介在して放熱板が装着されている請求項５に記載の水素と酸素の混合ガス発生電解槽。