JP4571386B2

JP4571386B2 - ブラウンガス発生装置

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Inventors: サンナムキム; ソンゴンキム
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Description

本発明は，ブラウンガス発生装置に係り，特に，電解液自然循環方式のブラウンガス発生装置に関する。

水を電気分解することにより負極に水素，正極に酸素を発生させて，この水素と酸素が２：１の混合比で混ざり合った状態で生成された混合ガスをブラウンガスという。このブラウンガスは，完全無公害燃料であり，自身が含有する酸素により，完全燃焼して水蒸気に還元する。このため，理想的な燃料として２１世紀代替エネルギーとして脚光を浴びるようになった。

このようなブラウンガスを燃料として使用するためには，高効率のブラウンガス発生装置が必要である。さらに，ボイラ，加熱炉または工場自動化による加熱装置などに使用するためには，２４時間連続稼動しても問題が生じないブラウンガス発生装置，すなわち，高い耐久性を有するブラウンガス発生装置が必要である。

しかし，従来のガス発生器は少ない時間稼動するだけで，電解槽温度の上昇により，内部で水蒸気が発生して，ガスの質を低下してしまい，過熱すると電解槽が使用不能となってしまう。従って，電解液温度を一定に維持できる方法が希求されている。

勿論，電解液循環ポンプと放熱器を設けて，強制循環による水冷式の冷却方法を採用すれば，電解質温度を低下させることはできるが，非経済的である。これに対し，電解液自然循環方式による空冷式を採用すれば，経済的である。

上記電解液自然循環方式による空冷式冷却方法を採用した電解槽中で効率的な電解槽としては，本願出願人が１９９５年に出願して１９９８年に登録された韓国実用新案登録第１１７４５５号公報（特許文献１），日本実用新案登録第３０３７６３３号公報（特許文献２）に記載の「水素−酸素ガス発生器の電解槽構造」がある。この水素−酸素ガス発生器の電解槽構造は，電極板を外部に突出させて，ファンにより直接空冷する方法を採用している。上記特許文献１および２の要約書を引用すると次の通りである。

「本考案では，従来方法とは異なり，板状の電極板，スペーサおよびＯリングを複数組形成し，これらの組を電極板が垂直になるように並設して，ヒートシンクのような形態で連結する。これにより，発熱する電解槽を効果的に冷却することができるだけではなく，分解整備が容易であり，特にその内部に電解液充電室を形成できるため，良質の水素−酸素ガスを生成できる。即ち，本考案の電解槽は，電極板とスペーサをステーボルトによって連結し，ラジエタ形式に垂直に配設する一方，その内部に電解液充填室を形成して，上下部にガスタンクと貯水タンクを配置して，電解液が電解槽充填室に効率的に充満されるようにしている。従って，電解液が充満された電解槽が放熱器形式で構成されるので，外部空気が電極板の間を通過して，電解槽を効果的に冷却することができる。」

上記のような電解液自然循環方式による電極板突出式電解槽では，対向する電極板が各々電解液充填室を挟むようにして並設され，電解槽両側の締め切り板に配設された下側ニップルに連結された連結ホースを介して貯水タンクから電解液が供給される一方，電解槽で発生するブラウンガスは上側ニップルに連結された連結ホースを介してガスタンクに上昇することによって，電解液が自然循環するように構成されている。

韓国実用新案登録第１１７４５５号明細書実用新案登録第３０３７６３３号公報

上記のような電解液自然循環方式電解槽においては，電解槽内部で生成されたブラウンガスを即座に上部に排出し，このブラウンガスの排出分を補うため即座に電解液を充鎮することが重要ある。さもなければ，電解槽内部にガスが滞留してしまい，かかるガスが滞留している空間では，電解液が排除されているため電気分解が生じない。このため，電解効率が低下するのみならず，結果的には電解槽が過熱してしまう。

電解槽が過熱すると水蒸気が発生するので，ガスの質が低下するだけでなく，電極板の間のＯリングが損傷し，電解液が漏出してスパークが生じ，電解槽が使用不能となってしまう。このように，電解槽内での電解液の流れは，ガスの生成に重要な影響を及ぼす。

このような問題点を根本的に解決すべく，電解液の流れを改善するためには，電極板の設置数を低減し，電解液通路を短くすればよい。しかし，無条件に電解液通路を短くすることができないため，電極板の適正な設置数を定めることが問題解決の鍵となる。電極板の設置数を低減すると，単位電極板当たりの有効電解面積を大きくしなければならないため，このような相関関係を考慮し，問題を解決しなければならない。

本発明は，上記問題に鑑みてなされたものであり，本発明の目的とするところは，電解槽の熱発生を抑制して，効率的にブラウンガスを発生することが可能な，新規かつ改良されたブラウンガス発生装置を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，並設された複数の電極板を備え，電解液を電気分解してブラウンガスを発生する電極板突出形式の電解槽と；前記電解槽に供給する電解液を貯留するとともに，電解槽で発生したブラウンガスを回収する電解液タンクと；電解槽を空冷する冷却装置と；電解槽に電源を印加する電源装置と；を備えたことを特徴とする，ブラウンガス発生装置が提供される。

ここで，ブラウンガスは，水の電気分解によって生成され，酸素と水素が１：２の混合比率で混合された水素−酸素ガス（水素と酸素の混合ガス）である。よって，ブラウンガス発生装置は，水素−酸素ガス発生装置である。

また，上記ブラウンガス発生装置は，キャスターが装着されたケース（筐体）を備えてもよい。また，上記電解槽は，上記ケース内部に配設され，絶縁ブランケットによって固定されてもよい。また，上記電解液タンクは，上記電解槽に連結ホースを介して連結され，前記電解槽に電解液を供給し，ブラウンガスを回収するようにしてもよい。また，上記冷却装置は，電解槽を空冷するクロスフローファン（ＣｒｏｓｓＦｌｏｗＦａｎ）であってもよい。さらに，上記ブラウンガス発生装置は，冷却装置（クロスフローファン）による冷却風を上記電解槽周辺に案内する冷却風案内用ボックス（風ガイドボックス）を具備してもよい。また，上記電源装置は，ＤＣ電源を印加するようにしてもよい。さらに，さらに，上記ブラウンガス発生装置は，制御装置を備えてもよい。

また，上記電解槽は，相隣接する電極板のそれぞれの間に，略リング形状のスペーサと，スペーサの内周面をシールするＯリング（オーリング）とを備え；電解槽には，Ｏリングの内周面と，相隣接する電極板とで囲まれた電解液充鎮室が形成されおり；電極板の設置数，および電極板のうち電解液充鎮室を形成する部分の面積が，以下の式Ａに基づいて設定されるように構成してもよい。

「電極板面積」＝１４．２５×「ブラウンガス発生量」・・・式Ａ
ここで，「電極板面積」は，電解槽が備える各電極板のうち上記電解液充鎮室を形成する部分の総面積（ｃｍ^２）である。また，「ブラウンガス発生量」は，ブランガス発生装置が発生するブラウンガスの体積（リットル；Ｌ）である。

また，上記電解槽は，相隣接する電極板それぞれの間にスペーサとＯリングを相互に重ね合わせて配設することで，電解液充鎮室が形成されるように，複数の電極板を配列するようにしてもよい。さらに，複数の電極板の一側端と他側端に電解槽締め切り板を設けて，かかる電極板，スペーサ，締め切り板を組み合わせて，ステーボルトおよびナットで締結してもよい。

また，上記Ｏリングの少なくとも１側の側面には，凸部および凹部が形成されており，Ｏリングは，相隣接する電極板の間に圧着固定されるように構成される。かかる構成により，電極板とＯリングを密着させて，電解液を漏出しないようにできる。このため，Ｏリングの寿命を延ばし，ブラウンガス発生装置の耐久性を強化することができる。

また，上記電解液タンクは，電解槽の上部に配設されており；電解液タンクと電解槽とは，電解液タンクから電解槽に電解液を供給する第１の連結ホースと，電解槽で発生したブラウンガスを回収する第２の連結ホースとを介して連結されている，ように構成してもよい。これにより，電解液が，その自重により，上部にある電解液タンクから第１の連結ホースを介して下部にある電解槽に，直ちに流入されるようにできる，また，電解槽で発生したブラウンガスは，電解液中にあることによる浮力により，下部にある電解槽から第２の連結ホースを介して上部にある電解液タンクに，直ちに排出されるようにできる。従って，ブラウンガス発生装置において，電解液の自然循環を円滑にできる。

また，電解液タンクは，補助タンクを備えるようにしてもよい。また，電解液タンクは，略円筒形状を有し，高さが７００ｍｍ以上になるよう形成してもよい。また，電解液タンクは，電解液水位計と水位センサと，注水口とを具備してもよい。また，電解液タンクは，電解槽締め切り板に設けられたガス排出ニップルと第２の連結ホースを介して連結され，ブラウンガスは第２の連結ホースを通って上昇するようにしてもよい。また，電解液タンクは，電解液タンクは，電解槽締め切り板に設けられた電解液流入ニップルと第１の連結ホースを介して連結され，電解液は第１の連結ホースを通って下降するようにしてもよい。

以上のように，本発明にかかるブラウンガス発生装置は，電解槽のＯリングを改良し，耐久性に優れ，かつ電解液の循環が円滑な電解槽を構成することができる。このため，電極板の設置数を低減できるとともに，この設置数に相応する電極板有効面積を最適に設定して，電気抵抗を低減できる。従って，電解槽からの発熱を抑制して，効率的にブラウンガスを生成できる。

また，電解槽の形態に応じた形状と大きさを有し，電解槽の長手方向に沿って延長形成された風排出口を備えたクロスフローファンを備えるようにしてもよい。これにより，電解槽をより効果的に空冷しながら，電解槽内の電解液温度を所定の温度に維持できる。また，電解液タンクは，円筒形を有し背が高く構成されているため，電解液の自然循環が円滑に行われる。

また，上記課題を解決するため，本発明の別の観点によれば，キャスターが装着されたケースと；ケース内部に設置されて絶縁ブランケットにより固定される電極板突出式電解槽と；電解槽と連結ホースによって連結され，電解液を供給して，ブラウンガスの泡を収集する電解液タンクと；風案内ボックスを具備し，電解槽を冷却するクロスフローファンと；ＤＣ電源を印加するための電源装置および制御装置とを備えたことを特徴とする高効率ブラウンガス発生装置が提供される。

また，上記電極板突出式電解槽は，電極板それぞれの間にスペーサとＯリングとを相互嵌合し，電解液充鎮室が形成されるように配列した後，これらの両端に電解槽締め切り板を設け，全体をステーボルト・ナットで締結することによって組み立てられ，特別に電極板の大きさと数量を公式［電極板面積＝１４．２５×ガス発生量］により，算定してもよい。

さらに，電解液充鎮室を形成するＯリングは，側面形状が平坦面でなく，側面に凸部および凹部が形成され，相隣接する電極板の間に固定圧着され，電解液が漏出しいように耐久性が強化されるようにしてもよい。

また，補助タンクを含んだ電解液タンクは，円筒形状を有し高さが７００ｍｍ以上になるよう形成し；電解液水位計と水位センサと注水口とを具備し；電解槽締め切り板に配設されたガス排出ニップルと第２の連結ホースで連結され，第２の連結ホースを介してブラウンガスは上昇するようにし，電解槽締め切り板に配設された電解液流入ニップルと第１の連結ホースで連結され，第１の連結ホースを介して電解液が直ちに電解槽に流入するようにして，電解液自然循環が円滑に成されるように構成してもよい。

以上説明したように本発明によれば，電解槽からの発熱を抑制して，効率的にブラウンガスを生成できる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
以下に，本発明の第１の実施形態にかかるブラウンガス発生装置について説明する。

上述したような事情を考慮し，高効率のブラウンガス発生装置を案出するためには，電極板の適正有効面積を設定して，根本的に熱の発生を抑制する必要がある。このため，電極板の面積をどの程度の大きさに設定するかが問題解決の鍵である。

そこで，まず，本実施形態にかかるブラウンガス発生装置における電解槽の電極板の適正面積を求める手法について説明する。なお，以下では，例えば，水の電気分解に要する電気エネルギー消費量に対する水素・酸素の発生量を計算し，これを電解効率１００％の場合と比較することにより，電解槽の効率を向上させるための手法を提案する。

ファラデーの法則によれば，以下の通り定義される。
（１）電気分解により，電極に生成される物質の総量は電極を通過する電荷の総量に比例する。
（２）電極に生成される物質の総量は，その物質の化学当量に比例する。（ファラデー定数に該当する電荷量は，分解される物質の化学当量を摘出する。）
（３）ファラデー定数＝９．６４８６７０×１０^４（Ｃ／ｍｏｌ）

かかる定義のように，ファラデーの法則では，電気分解時電荷量と化学当量との関係が示されている。水の化学当量は，水素の化学当量と酸素の化学当量を合わせた９（ｇ）である。従って，水の電気分解についての化学式を，水の化学当量である９（ｇ）に対応させて計数を修正すれば，次の式１〜３になる。

１／２Ｈ_２Ｏ→１／２Ｈ_２（ｇ）＋１／４Ｏ_２（ｇ）・・・（式１）
１／２ｘ２２．４（Ｌ）＋１／４ｘ２２．４（Ｌ）＝１６．８（Ｌ）・・・（式２）
１／２ｘ２（ｇ）＋１／４ｘ３２（ｇ）＝９（ｇ）・・・（式３）

このような式１〜３により，水の化学当量９（ｇ）に該当する水素・酸素の気体体積は，１６．８（Ｌ）であることがわかる。

次に，水の電気分解において１６．８（Ｌ）の気体を得るためには，１時間９．６４８６７０×１０^４（Ｃ／ｍｏｌ）の電荷量Ｑが供給されるため，必要な電流Ｉは次の式４で計算できる。

・・・（式４）

次に，１時間にわたり２６．８０（Ａ）の電流Ｉを供給し，この時発生する気体体積１６．８（Ｌ）を得るための電力量Ｐは，次の式５で求めることができる。この時，電解液がＫＯＨである時，電極間の電圧Ｖは，一般的に２．１（Ｖ）を適用する。

Ｐ＝Ｖ×Ｉ×ｈ
＝２．１×２６．８×１＝５６．２８（Ｗ）
・・・（式５）

以上の結果，電気エネルギーとして５６．２８（Ｗ）を消費したときに，発生する水素・酸素の混合ガスの体積が１６．８（Ｌ）であれば，ガスの発生効率は１００％であることがわかる。すなわち，１６．８／５６．２８＝２９８．５（Ｌ／Ｗ），または５６．２８／１６．８＝３．３５（Ｗ／Ｌ）である。

従って，新しく電解槽を開発した場合には，電力量計およびガス体積測定計を使用して消費電力量および発生した混合ガスの体積を測定し，かかる測定値を例えば上記２９８．５（Ｌ／ｋＷ）と比較することによって，ガス発生効率を算出できる。

次に電極板の適正面積算出方法について説明する。本願出願人が先に出願して，登録された韓国特許第０２７５５０４号公報および日本特許第３１３００１４号公報の「横列式電解槽によるブラウンガス大量発生装置」に基づいて開発した「モデルＢＫ−６０００」のブラウンガス発生装置は，例えば，２３ｋＷの電力量を消費して，ブラウンガス６６００Ｌを生産することができる。従って，６６００／２３＝２８６．９（Ｌ／ｋＷ）であり，２８６．９／２９８．５＝０．９６であるから，かかるブラウンガス発生装置のガス発生効率は９６％であるといえる。

この「ＢＫ−６０００」のブラウンガス発生装置においては，電極板の総面積は，例えば９４，０８０ｃｍ^２であるため，ガスの単位生産量（Ｌ：リットル）当たりの電極板面積は，９４，０８０／６，６００＝１４．２５ｃｍ^２／Ｌであるといえる。従って，電極板面積の基準値としては，効率が良い上記横列式電解槽による単位面積１４．２５ｃｍ^２／Ｌを基準値として採用することが好適であるといえる。

以上により，本実施形態にかかるブラウンガス発生装置は，ガス生産量リットル当たり電極板単位面積として，上記「１４．２５ｃｍ^２」を適用するものとする。かかる基準に基づき，電極板を改良し，単位電極板面積を好適に設定して電解槽を構成することにより，電解効率を根本的に向上することができる。

以上の結果から，結果的に電極板面積の算出公式を定義すると次の式Ａとなる。

電極板面積（ｃｍ^２）＝１４．２５×ガス発生量（Ｌ）・・・（式Ａ）

次に，図１〜図７に基づいて，本実施形態にかかるブラウンガス発生装置の構成について詳細に説明する。

図１〜図２は，本実施形態にかかるブラウンガス発生装置の全体構成を示す正面図および側面図である。なお，図１〜図２では，ブラウンガス発生装置の内部構成が分かるように，部分的に筐体等を切開して示してある。

図１〜図２に示すように，本実施形態にかかるブラウンガス発生装置は，例えば，ブラウンガス発生装置の筐体であるケース（１０）と，上記ケース（１０）に装着され，ブラウンガス発生装置を容易に移動させるためのキャスター（１１）と，上記ケース（１０）内部に設置され，絶縁ブランケット（１２）により固定される電極板突出式電解槽（２０）と，上記電解槽（２０）と連結ホースを介して連結され，電解槽（２０）に電解液を供給するとともに，電解槽（２０）で発生したブラウンガスを回収する電解液タンク（４１，４１ａ）と，上記電解槽（２０）に向けて送風することにより，上記電解槽（２０）を空冷するクロスフローファン（３０）と，クロスフローファン（３０）による冷却風を上記電解槽（２０）周辺に案内する冷却風案内用ボックス（３１）と，例えばＤＣ電源を電解槽（２０）に印加する電源装置（８０）と，制御装置（９０）などから構成されている。

上記電極板突出式電解槽（２０）は，図３〜図５に示すように，例えば，電極板（２１）と，スペーサ（２２）と，Ｏリング（オーリング）（２３）と，締め切り板（２４，２４ａ）などから構成される。

電極板（２１）には，例えば四箇所に，ステーボルトが挿入されるボルト孔（２１ａ）が形成されているとともに，電解液流通孔（２１ｂ）およびガス流通孔（２１ｃ）が例えば各一箇所形成されている。このガス流通孔（２１ｃ）は，例えば，電解液流通孔（２１ｂ）よりも上部（ブラウンガス発生装置の上部側）に形成されており，Ｏリング（２３）の内周に沿うように略水平方向に延長した略楕円形状を有する。これにより，発生したガスを好適に排出することができる。

なお，電解液流通孔（２１ｂ）およびガス流通孔（２１ｃ）は，電極板（２１），スペーサ（２２）およびＯリング（２３）を組み立てたときに，Ｏリング（２３）内周面の内側に位置するような位置に配設されている。これにより，ブラウンガスを発生させるための電解液（例えば水）を充填する電解液充鎮室（２９）と，各電極板（２１）の電解液流通孔（２１ｂ）およびガス流通孔（２１ｃ）とを連通させることができる。このため，かかる各電解液流通孔（２１ｂ）を介して各電解液充鎮室（２９）に電解液を供給できるとともに，各電解液充鎮室（２９）内で発生したブラウンガスを，ガス流通孔（２１ｃ）を介して回収できる。

スペーサ（２２）は，例えば，絶縁材などを射出成形して形成（されており，略リング形状の本体部と，この本体部から突出形成され，ボルト孔（２２ａ）が設けられる例えば４箇所の突出部とを備える。このスペーサに（２２）には，上記電極板（２１）のボルト孔（２１ａ）に対応する位置に，例えば４箇所のボルト孔（２２ａ）が形成されている。

Ｏリング（２３）は，略リング形状を有するシール部材であり，電解液の漏洩を防止するための耐アルカリ性のゴム材質で形成されている。このＯリング（２３）の外径は，例えば，スペーサ（２２）の内径と略同一となるように形成されており，Ｏリング（２３）の厚さは，例えば，スペーサ（２２）の厚さと略同一である。このため，Ｏリング（２３）を，スペーサ（２２）の内側に，隙間なく好適に嵌合させることができる。

締め切り板（２４，２４ａ）は，電解槽（２０）の両側端にそれぞれ設けられた例えば略矩形状の板状部材である。この締め切り板（２４，２４ａ）は，その間に，上記複数の電解板（２１），スペーサ（２２）およびＯリング（２３）をまとめて挟持する。なお，かかる締め切り板（２４，２４ａ）にも，電極板（２１）のボルト孔（２１ａ）に対応する例えば４つのボルト孔（図示せず。）が設けられている。

かかる締め切り板（２４，２４ａ）には，例えば，それぞれ，電解液流入ニップル（２５，２５ａ）と，ガス排出ニップル（２６，２６ａ）とが設けられている。電解液流入ニップル（２５，２５ａ）は，上記各電極板（２０）の電解液流通孔（２１ｂ）と連通しており，後述する電解液タンク（４１，４１ａ）からの電解液を，各電極板（２０）間の各電解液充鎮室（２９）に供給することができる。一方，ガス排出ニップル（２６，２６ａ）は，上記各電極板（２０）のガス流通孔（２１ｃ）と連通しており，電気分解によって発生し，浮力により各電解液充鎮室（２９）の上部に滞留している水素−酸素混合ガス（ブラウンガス）を外部に排出することができる。

また，かかる締め切り板（２４，２４ａ）には，例えば，一側に（＋）電源端子（２８）が，他側に（−）電源端子（２８ａ）が設けられており，ＤＣ電源装置（８０）から電源が印加される。

このような電解槽（２０）は，相隣接する電極板（２１）の間に，それぞれ，スペーサ（２２）とＯリング（２３）とを介在させる。このときスペーサ（２２）の内部にＯリング（２３）が嵌め込まれるようにして，両側の電極板（２１）によって挟持される。これにより，両側の電極板（２１）とＯリング（２３）の内周面とによって囲まれた領域に，電解液充鎮室（２９）が形成される。電解槽（２０）は，所定数の電極板（２１）が平行になるように配列され，両端部に電解槽締め切り板（２４，２４ａ）を配置して，これら複数の電極板（２１）および締め切り板（２４，２４ａ）をまとめて，例えば４組のステーボルト及びナット（２７）で締結して，組み立てられる。

かかる電解槽（２０）は，電極板突出形式の電解槽となっている。より詳細には，電解槽（２０）において，各電極板（２１）は，スペーサ（２２）およびＯリング（２３）の外径よりも大きくなるような大きさ及び形状（例えば矩形板形状）を有している。このため，Ｏリング（２３）の内側に充填された電解液（例えば水）が電気分解される電解液充鎮室（２９）の面積よりも，各電極板（２１）の面積が大きいため，各電極板（２１）が各スペーサ（２２）の外側に突出したような形態となっている。従って，各電極板（２１）において，電解液と接触して実際にブラウンガスを発生させるように作用する部分は，電解液充鎮室（２９）を形成する部分のみである。従って，電極板（２１）のうち当該電解液充鎮室を形成する部分の総面積が，上記式Ａの電極板面積として作用する。

このように，本実施形態にかかる電解槽は，電極板（２１），スペーサ（２２）およびＯリング（２３）を複数組形成し，これらの組を電極板（２１）が垂直になるようにラジエタ形式で並設して，これらをステーボルト・ナット（２７）で連結する。これにより，電解槽（２０）は，複数の電極板（２１）が電解液充填室（２９）から突出して形成されたヒートシンク（放熱器）のような形態となる。このため，外部空気が電極板（２１）の突出部分の間を通過して，発熱する電解槽を効果的に冷却することができるだけではなく，分解整備が容易である。

本実施形態にかかる電解槽（２０）では，上記のような，電極板面積＝１４．２５×ガス生産量という式Ａを適用して，電極板（２１）の設置数と，各電極板（２１）の有効面積とが設定されている。具体的には，上記式Ａに基づいて，所望のブラウンガス発生装置のガス生産量に応じた適切な電極板全体の面積を算定する。次いで，当該適切な電極板全体の面積に基づいて，電極板（２１）の適正な設置数と，各電極板（２１）の有効面積（電解液充鎮室（２９）に接する面積）を設定する。即ち，電極板（２１）の設置数と，各電極板（２１）の有効面積を乗じた面積が，当該好適な電極板全体の面積となるようにする。さらに，当該各電極板（２１）の有効面積に基づいて，実際に電解液が充鎮されるＯリング（２３）の内径を算定し，このＯリング（２３）の大きさに応じてスペーサ（２２）の大きさと電極板（２１）の大きさを決定する。

また，クロスフローファン（３０）は，本実施形態にかかる冷却装置として，構成されている。このクロスフローファン（３０）は，例えば，電解槽（２０）の長手方向の長さと略同一の長さを有しており，電解槽（２０）の長手方向に沿って，その上部に配設される。かかるクロスフローファン（３０）は，水冷方式でなく空冷方式の装置であるため，経済的であるとともに，電解槽（２０）を効率的に空冷できる。

また，電解槽（２０）の周囲を覆うようにして，冷却風案内用ボックス（３１）を設けることで，クロスフローファン（３０）による電解槽（２０）の冷却効果を高めることができる。この冷却風案内用ボックス（３１）は，電解槽（２０）の形状および大きさに応じた大きさ形状であることが好ましく，例えば，略直方体形状である。

また，Ｏリング（２３）は，電解槽（２０）のなかで最も損傷し易い部分であるため，このＯリングの耐久性を高める必要がある。この観点から，本実施形態にかかるＯリング（２３）は，図５に示すように，例えば，その両側面（電極板（２０）と接触する面）に，複数の凸部２３ａおよび凹部２３ｂが形成されている。換言すると，Ｏリング（２３）の両側面には，例えば，Ｏリング（２３）の周方向に沿った略同心円状の複数の溝２３ｂが形成されている。このように，Ｏリング（２３）の例えば両側面に複数の凸部２３ａおよび凹部２３ｂを設けることにより，Ｏリング（２３）を電極板（２１）に密着させることができる。このため，Ｏリング（２３）を両側の電極板（２１）の間に圧着固定することができるので，電解槽（２０）を長時間使用しても，Ｏリング（２３）と電極板（２１）との間から電解液が漏れないようにでき，耐久性を強化することができる。

また，図６と図７に示すように，電解液タンク（４１，４１ａ）は，略円筒形状を有するタンクであり，内部に電解液（例えば水）を豊富に貯留することができる。この電解液タンク（４１，４１ａ）の高さは，例えば，７００ｍｍ以上となるように形成されている。かかる電解液タンク（４１，４１ａ）は，電解液水位計（４３）と，水位センサ（６０）と，注水口（５０）とを備えており，冷却効率を高めるための補助タンク（４２，４２ａ）を備えていることが特徴である。

また，この電解液タンク（４１，４１ａ）は，例えば，上部ニップル（４４，４４ａ）と，下部ニップル（４５，４５ａ）とを備える。上部ニップル（４４，４４ａ）と，上記電解槽締め切り板（２４，２４ａ）に設けられたガス排出ニップル（２６，２６ａ）とは，第２の連結ホース（４６，４６ａ）によって連結されている。また，下部ニップル（４５，４５ａ）と，上記電解槽締め切り板（２４，２４ａ）に設けられた電解液流入ニップル（２５，２５ａ）とは，第１の連結ホース（４５，４５ａ）によって連結されている。

かかる構成により，電解液タンク（４１，４１ａ）に貯留されている電解液は，例えば重力により，下部ニップル（４５，４５ａ）と，第１の連結ホース（４５，４５ａ）と，電解液流入ニップル（２５，２５ａ）とを通って，電解液タンク（４１，４１ａ）の下部に配置された電解槽（２０）内に供給される。

また，電解槽（２０）で生成されるブラウンガスは，ガス排出ニップル（２６，２６ａ）から排出された後，第２の連結ホース（４６，４６ａ）を通って上昇し，上部ニップル（４４，４４ａ）を通って，電解液タンク（４１，４１ａ）内に流入し，電解液タンク（４１，４１ａ）の上部に業種され，さらに，ガスライン（４９）を通って，逆流防止器（図示せず。）を経て，バーナーなどに供給される。

本実施形態にかかるブラウンガス生成装置は，図７に示すように，例えば，電解槽（２０）と，補助タンク（４２，４２ａ）を備えた電解液タンク（４１，４１ａ）とを，各々左右対象に配設されている。これにより，（＋）電源側と（−）電源側とを明確に区分し，漏洩電流がないように構成されている。

電解槽締め切り板（２４，２４ａ）に設けられた（＋）電源端子（２８）と（−）電源端子（２８ａ）に対して，ＤＣ電源装置（８０）によって電源が印加されると，発生したブラウンガスは，直ちに，連結ホース（４６，４６ａ）を介して電解液タンク（４１，４１ａ）に上昇する一方，電解液は直ちに連結ホース（４５，４５ａ）を介して電解槽（２０）補充される。このため，本実施形態にかかるブラウンガス生成装置では，電解液の自然循環を円滑に行うことができる。

また，本実施形態にかかるブラウンガス発生装置は，ガス使用量の増減に応じて圧力スイッチ（７０）を「ＯＮ／ＯＦＦ」作動させて，自動的にガス生産と中断を繰り返すコントロールループシステムにより稼動する。例えば，開閉バルブ（７５）を閉じれば，ガス生産を中断する。また，制御装置（９０）は，オーバープレッシャー警告装置や，水位センサ（６０）による水不足警告装置などを自動制御する。

以上説明したように，本実施形態にかかるブラウンガス発生装置は，上記式Ａに基づいて，適切な電極板の設置数と電極板面積を設定している。このため，電気抵抗を低減できるので，電解効率を向上できる。さらに，電極板の設置数を低減し，電解液通路を短くすることができるので，電解液を円滑に循環させることができる。さらに，クロスフローファン（３０）および冷却風案内用ボックス（３１）などの構成により，経済的な空冷を採用できるとともに。冷却効率を上げて，電解液温度を一定に維持することができる。さらに，電解槽（２０）および電解タンク（４１）の構成および配置を工夫することで，電解液を円滑に自然循環させることができる。従って，経済的かつ効率の高いブラウンガス発生装置を提供することができる。

より詳細には，本実施形態においては，好適な電極板面積を設定するのために，基準値１４．２５ｃｍ^２／Ｌを提示している。これにより，熱発生が根本的に抑制された高効率の電解槽を提供できる。また，空冷装置として，電解槽と例えば略同一の長さのクロスフローファン（３０）を採用することによって，冷却効率を高め，騒音問題を解決できる。また，電解液タンク（４１）を円筒形で背が高く構成して，電解液の循環を良くすることで，自然循環方式である電極板突出式電解槽のガス発生を円滑にできる。また，Ｏリング（２３）の断面形状を凸凹が形成されるように成形することで，長時間稼動しても電解液の漏れることがないようにし，耐久性を強化できる。以上より，全体的には，電解効率を大きく向上させ，２４時間連続使用しても支障が生じないブラウンガス発生装置を提供できるので，ブラウンガスを実際の燃料として使用可能になる。

本願発明者が，実際に生産しているブラウンガス生成装置である既存モデル「ＢＳ−６００」（ガス生産量６００Ｌ／ｈ）と，本実施形態に基づいて新たに開発したブラウンガス生成装置である新型モデル「ＢＮ−６００」とを，比較検討する。

本発明の実施形態にかかる「ＢＮ−６００」では，電極板面積は１４．２５ｃｍ^２／Ｌ×６００Ｌ／ｈ＝８５５０ｃｍ^２となる。電極板（２１）の設置数を８０ＥＡに定めれば，単位電極板の有効面積は，８５５０ｃｍ^２／８０ＥＡ＝１０６．８ｃｍ^２となり，Ｏリング（２３）の内径は１１６φとなる。

さらに，Ｏリング（２３）の大きさ，スペーサ（２２）の大きさ，および放熱面積を考慮して，電極板（２２）の実際大きさは，幅１５５×高さ１８０に定めた。かかるスペックの電解槽（２０）の両端に１６０Ｖ×１３Ａの電源を印加し，ガス生産量６００Ｌ／ｈを生産した。そうすると，消費電力は３．７Ｗ／Ｌであるため，ガス生産効率は９６％となる。これを既存も「ＢＳ−６００」（消費電力４．２Ｗ／Ｌ，電極板の数１０５ＥＡ）と比較すると，ガス生産効率が１２％増加したことになる。

さらに，電極板（２１）の設置数を２５個も低減できたため，コストダウンが図れる。また，冷却ファンを既存の遠心型の軸ファン（ＡｘｉａｌＦａｎ）の代わりに，クロスフローファン（３０）を装着して冷却効率を高めたため，送風量を１／３に低減することができた。これは既存モデルにおいて，放熱のために高い風圧と風量を要求する軸ファンの騒音問題を解決したといえる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明にかかるブラウンガス発生装置は，自動化された工場における加熱装置に適用可能であり，さらに，ボイラなどの暖房燃料供給装置として，広範囲に適用可能である。また，本発明によりブラウンガスは２１世紀の代替エネルギーとしての使用可能性が高まる。

本発明の第１の実施形態にかかるブラウンガス発生装置を示す正面図である。本発明の第１の実施形態にかかるブラウンガス発生装置を示す側面図である。本発明の第１の実施形態にかかる電解槽を示す組立断面図である。本発明の第１の実施形態にかかる電解槽の構成部品を示す分解斜視図である。本発明の第１の実施形態にかかるＯリングを示す縦断面図および拡大断面図である。本発明の第１の実施形態にかかる電解液タンクの組立斜視図である。本発明の第１の実施形態にかかるブラウンガス発生装置の全体的なシステム説明図である。

符号の説明

１０：ブラウンガス発生装置ケース
１１：キャスター
１２：絶縁ブランケット
２０：電解槽
２１：電極板
２１ａ：ボルト孔
２１ｂ：電解液流通孔
２１ｃ：ガス流通孔
２２：スペーサ
２３：Ｏリング
２４：締め切り板
２５：電解液流入ニップル
２６：ガス排出ニップル
２７：ステーポルト・ナット
２８：電源端子
２９：電解液充鎮室
３０：クロスフローファン
３１：冷却風案内用ボックス
４１：電解液タンク
４２：補助タンク
４３：電解液水位計
４５：第１の連結ホース
４６：第２の連結ホース
５０：注水口
６０：水位センサ
７０：圧力スイッチ
８０：電源装置
９０：制御装置

Claims

並設された複数の電極板を備え，電解液を電気分解してブラウンガスを発生する電極板突出形式の電解槽と；
前記電解槽に供給する電解液を貯留するとともに，前記電解槽で発生したブラウンガスを回収する電解液タンクと；
前記電解槽を空冷する冷却装置と；
前記電解槽に電源を印加する電源装置と；
前記電解槽は，相隣接する前記電極板のそれぞれの間に，略リング形状のスペーサと，前記スペーサの内周面をシールするＯリングと；
を備え，
前記Ｏリングの少なくとも１側の側面の少なくとも一部分には，凸部および凹部が形成されており，
前記Ｏリングは，相隣接する前記電極板の間に圧着固定されることを特徴とする，ブラウンガス発生装置。
前記電解槽には，前記Ｏリングの内周面と，相隣接する前記電極板とで囲まれた電解液充鎮室が形成されおり，
前記電極板の設置数，および前記電極板のうち前記電解液充鎮室を形成する部分の面積が，式（「電極板面積」＝１４．２５×「ブラウンガス発生量」）に基づいて設定されていることを特徴とする，請求項１に記載のブラウンガス発生装置。
前記電解液タンクは，前記電解槽の上部に配設されており，
前記電解液タンクと前記電解槽とは，前記電解液タンクから前記電解槽に前記電解液を供給する第１の連結ホースと，前記電解槽で発生したブラウンガスを回収する第２の連結ホースとを介して連結されていることを特徴とする，請求項１または２のいずれかに記載のブラウンガス発生装置。