JP4599387B2

JP4599387B2 - 水素−酸素ガス発生装置及びそれを用いた水素−酸素ガス発生方法

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Publication number: JP4599387B2
Application number: JP2007304825A
Authority: JP
Inventors: 龍晋大政
Original assignee: Nihon Techno KK
Current assignee: Nihon Techno KK
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2022-09-24
Also published as: JP2008063669A

Description

本発明は、電気分解により水素−酸素ガスを発生させるための装置及び方法に関し、特に、高い効率で水素ガス及び酸素ガスを発生させそれぞれ別個に又は混合ガスの形態で捕集し、安全で燃焼時の火炎温度が高いガスを発生させることを企図した水素−酸素ガス発生装置及び水素−酸素ガス発生方法に関するものである。

ファラデーによって電気分解技術が開発され、これにより水の電気分解生成物として、２：１の比率の水素及び酸素からなる水素−酸素ガスが得られることが知られている。これまでに、水素−酸素ガスの研究はそれなりに続けられてきたが、実用性のある技術は、オーストラリアのブラウンエネルギーシステムテクノロジーピーティーワイ社（ＢｒｏｗｎＥｎｅｒｇｙＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＰＴＹ．ＬＴＤ．）のユル・ブラウン博士（Ｄｒ．ＹｕｌｌＢｒｏｗｎ）の開発に係るガス発生機であり、これに関連する特許文献としては、日本国登録実用新案第３０３７６３３号公報がある。

この技術は、水素−酸素ガスを発生させる電解槽の構造において、四方にボルト孔が形成され、中心の上側及び下側にガス流通長孔と電解液流通長孔とが互いに垂直になるように形成された多数個の電極板と、前記電極板の間に設置され外側に突出されたボルトハウジング孔が形成された多数個のスペーサを相互交番的に結合させ、スペーサの内周縁面にはオーリングでシーリングして電解液充填質を形成するとともに、前記の電極板の両側には電流連結ボルトとガス連結ニップル及び電解液連結ニップルとを持つ電解槽仕上板を装着して、前記電極板のボルト孔、スペーサのボルトハウジング孔及び電解槽仕上板のボルト孔に挟まれたステイボルトにナットを締結して電極板、スペーサ及び電解槽仕上板を相互結合させて構成したものである。しかしながら、未だ工業用の水素ガスと酸素ガスとの混合ガスを発生させることに成功していない。

同様な前記ガス発生機に関連する特許文献としては、日本国特許第３１３００１４号公報がある。

しかしながら、従来方法では、電解槽内に設けられた電極板の隣接するものどうしの間には、ショートしないだけの距離として最も短くとも５０ｍｍの間隔をとらねばならない。それより短い距離に接近させると、過電流となり、事故が発生しやすくなる傾向にある。このため、従来の装置及び方法では、電流密度を高めて水素−酸素ガスを高い効率で発生させることには限界があり、十分な効率が得られていなかった。また、水素と酸素との十分な混合が行われずに引火の危険性を生じ、大量発生には不向きであった。

一方、電解槽の大きさには自ずと上限があるため、一台の水素−酸素ガス発生装置によって生産される水素−酸素ガスの量にも上限がある。しかるに、実用的見地からは、出来るだけ小さな装置によって単位時間当たり出来るだけ多くの量の水素−酸素ガスを生産することが望ましい。この点においても、従来の装置では、装置の小型化と水素−酸素ガスの発生量の向上との双方を満足させることは困難であった。

一方、国際特許公開ＷＯ９５／０６１４４号公報には、水の電気分解方法において、水中に入れた電極を、酸素分子、水素分子又は水分子のいずれか一つが共振する固有振動の振動数、具体的には６０００〜１２００００回／分（１００〜２０００回／秒）の振動数で振動させ、あるいは固有振動の波長の倍数波長で振動させて、酸素分子、水素分子又は水分子のいずれか一つを共振させるとともに、電極を磁界内において帯磁させ、水中に通電して水を電気分解する方法が開示されている。この技術は、結局のところ電極に付着する水素泡の分離を促進しようとするだけのものであって、振動により水を流動撹拌させようとする技術思想はなく、水素ガスの発生量もそれほど向上はしない。
日本国登録実用新案第３０３７６３３号公報日本国特許第３１３００１４号公報国際特許公開ＷＯ９５／０６１４４号公報

そこで、本発明は、電解条件を改善して単位時間当たり電極単位面積当たりに発生する水素ガス及び酸素ガスの量を十分に増大させ、もって装置の小型化及び装置当たり（即ち電解槽の単位容積当たり）の水素−酸素ガス発生量の向上を可能となし、これらのガスをそれぞれ別個に又は混合ガスの形態で捕集するようにし、安全で燃焼時の火炎温度が高い水素ガスと酸素ガスとの混合ガスを発生させることを可能にし、また隔膜を使用することで水素ガスと酸素ガスとを高い効率で別個に発生させることが可能な、水素−酸素ガス発生のための装置及び方法を提供することにある。

本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
電解槽（Ａ）；
該電解槽内に収容される電解液と接するように配置される陽極部材及び陰極部材よりなる電極対と、前記陽極部材及び陰極部材の間に電圧を印加する電源とを含んでなる電気分解手段（Ｂ）；
少なくとも１つの振動発生手段と、該振動発生手段に連係して前記電解槽内で振動する少なくとも１つの振動棒及び該振動棒に取り付けられた少なくとも１つの振動羽根からなる振動撹拌部材とを含んでなり、前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための振動撹拌手段（Ｃ）、又は、少なくとも１つの振動発生手段と、該振動発生手段に連係して前記電解槽内で振動する少なくとも１つの振動棒、該振動棒に取り付けられた少なくとも１つの振動羽根及び前記振動棒と前記振動発生手段との連結部に又は前記振動棒の振動羽根を取り付けた部分より前記連結部に近い部分に設けられた電気的絶縁領域からなる絶縁式振動撹拌部材とを含んでなり、前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）；及び
前記電解槽内に収容される電解液の前記電気分解手段による電気分解で発生する水素ガス及び酸素ガスをそれぞれ単独に又はそれらの混合ガスとして捕集するためのガス捕集手段（Ｄ）を備えており、
前記電気分解手段（Ｂ）の陽極部材及び陰極部材の少なくとも一方の表面に対向するようにして前記振動撹拌手段（Ｃ）の振動撹拌部材又は絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）の絶縁式振動撹拌部材が配置されていることを特徴とする水素−酸素ガス発生装置、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記電気分解手段（Ｂ）の陽極部材及び陰極部材の少なくとも一方と前記振動撹拌手段（Ｃ）の振動撹拌部材又は前記絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）の絶縁式振動撹拌部材との距離が２０〜４００ｍｍである。本発明の一態様においては、前記陽極部材の表面に対向するように配置された前記絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）の絶縁式振動撹拌部材が前記電気分解手段（Ｂ）の電源の正極に接続されている。本発明の一態様においては、前記陰極部材の表面に対向するように配置された前記絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）の絶縁式振動撹拌部材が前記電気分解手段（Ｂ）の電源の負極に接続されている。

本発明の一態様においては、前記絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）の絶縁式振動撹拌部材の前記振動棒の前記電気的絶縁領域に対する前記振動羽根を取り付けた部分の側に通電線が接続されており、該通電線は前記電気分解手段（Ｂ）の電源に接続されている。本発明の一態様においては、前記絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）の絶縁式振動撹拌部材の前記振動棒には、前記電気的絶縁領域に対する前記振動羽根を取り付けた部分の側に、前記振動棒を介して前記通電線と電気的に接続された前記陽極部材又は陰極部材が取り付けられている。本発明の一態様においては、前記振動羽根のうちの少なくとも１つが前記陽極部材又は陰極部材として機能する。本発明の一態様においては、前記絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）の絶縁式振動撹拌部材の前記振動棒には、前記電気的絶縁領域に対する前記振動羽根を取り付けた部分の側に、前記振動棒を介して前記通電線と電気的に接続された電極用補助羽根が取り付けられている。本発明の一態様においては、前記電極用補助羽根は前記振動羽根と交互に位置するように前記振動棒に取り付けられている。本発明の一態様においては、前記電極用補助羽根は前記振動羽根より大きな面積を持ち且つ前記振動羽根の先端縁よりも更に突出せしめられている。

本発明の一態様においては、前記電気分解手段（Ｂ）の電源は直流パルス電源である。本発明の一態様においては、前記電気分解手段（Ｂ）の陽極部材及び陰極部材の少なくとも一方は多孔性のものである。本発明の一態様においては、前記振動撹拌手段（Ｃ）の振動発生手段または前記絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）の振動発生手段は振動モータを含み、前記振動撹拌手段（Ｃ）又は絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）は前記振動モータを１０Ｈｚ〜５００Ｈｚの振動数で振動させるよう制御するインバータを含む。

本発明の一態様においては、前記ガス捕集手段（Ｄ）は、前記電解槽に付設された蓋部材と、該蓋部材に設けられた水素−酸素ガス取出口に接続された水素−酸素ガス採取管とを含んでなる。本発明の一態様においては、前記振動棒は前記蓋部材を貫通して延びており、該蓋部材と前記振動棒との間には前記振動棒の振動を許容し且つ前記水素−酸素ガスの通過を阻止するためのシール手段が介在している。

また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
電解槽（Ａ）；
該電解槽内に収容される電解液と接するように配置される陽極部材及び陰極部材よりなる電極対と、前記陽極部材及び陰極部材の間に電圧を印加する電源とを含んでなる電気分解手段（Ｂ）；
少なくとも１つの振動発生手段と、該振動発生手段に連係して前記電解槽内で振動する少なくとも１つの振動棒、該振動棒に取り付けられた少なくとも１つの振動羽根及び前記振動棒と前記振動発生手段との連結部に又は前記振動棒の振動羽根を取り付けた部分より前記連結部に近い部分に設けられた電気的絶縁領域からなる絶縁式振動撹拌部材とを含んでなり、前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）；及び
前記電解槽内に収容される電解液の前記電気分解手段による電気分解で発生する水素ガス及び酸素ガスをそれぞれ単独に又はそれらの混合ガスとして捕集するためのガス捕集手段（Ｄ）を備えており、
前記絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）の絶縁式振動撹拌部材は少なくとも１つの第１の前記絶縁式振動撹拌部材と少なくとも１つの第２の前記絶縁式振動撹拌部材とを有しており、前記第１の絶縁式振動撹拌部材の前記電気的絶縁領域に対する前記振動羽根を取り付けた部分の側の少なくとも一部を前記電気分解手段（Ｂ）の陽極部材として機能させ、前記第２の絶縁式振動撹拌部材の前記電気的絶縁領域に対する前記振動羽根を取り付けた部分の側の少なくとも一部を前記電気分解手段（Ｂ）の陰極部材として機能させてなることを特徴とする水素−酸素ガス発生装置、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記陽極部材と陰極部材との距離が５〜４００ｍｍである。本発明の一態様においては、前記絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）の絶縁式振動撹拌部材の前記振動棒の前記電気的絶縁領域に対する前記振動羽根を取り付けた部分の側に通電線が接続されており、該通電線は前記電気分解手段（Ｂ）の電源に接続されている。本発明の一態様においては、前記絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）の絶縁式振動撹拌部材の前記振動棒には、前記電気的絶縁領域に対する前記振動羽根を取り付けた部分の側に、前記振動棒を介して前記通電線と電気的に接続された前記陽極部材又は陰極部材が取り付けられている。本発明の一態様においては、前記振動羽根のうちの少なくとも１つが前記陽極部材又は陰極部材として機能する。

本発明の一態様においては、前記絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）の絶縁式振動撹拌部材の前記振動棒には、前記電気的絶縁領域に対する前記振動羽根を取り付けた部分の側に、前記振動棒を介して前記通電線と電気的に接続された電極用補助羽根が取り付けられている。本発明の一態様においては、前記電極用補助羽根は前記振動羽根と交互に位置するように前記振動棒に取り付けられている。本発明の一態様においては、前記電極用補助羽根は前記振動羽根より大きな面積を持ち且つ前記振動羽根の先端縁よりも更に突出せしめられている。

本発明の一態様においては、前記電気分解手段（Ｂ）の電源は直流パルス電源である。本発明の一態様においては、前記電気分解手段（Ｂ）の陽極部材及び陰極部材の少なくとも一方は多孔性のものである。本発明の一態様においては、前記絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）の振動発生手段は振動モータを含み、前記絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）は前記振動モータを１０Ｈｚ〜５００Ｈｚの振動数で振動させるよう制御するインバータを含む。

また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
電解槽（Ａ）；
該電解槽内に収容される電解液と接するように配置される陽極部材及び陰極部材よりなる電極対と、前記陽極部材及び陰極部材の間に電圧を印加する電源とを含んでなる電気分解手段（Ｂ）；
少なくとも１つの振動発生手段と、該振動発生手段に連係して前記電解槽内で振動する少なくとも１つの振動棒、該振動棒に取り付けられた少なくとも１つの振動羽根及び前記振動棒と前記振動発生手段との連結部に又は前記振動棒の振動羽根を取り付けた部分より前記連結部に近い部分に設けられた電気的絶縁領域からなる絶縁式振動撹拌部材とを含んでなり、前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）；及び
前記電解槽内に収容される電解液の前記電気分解手段による電気分解で発生する水素ガス及び酸素ガスをそれぞれ単独に又はそれらの混合ガスとして捕集するためのガス捕集手段（Ｄ）を備えており、
前記絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）の前記振動棒の前記電気的絶縁領域に対する前記振動羽根を取り付けた部分の側に通電線が接続されており、前記振動羽根が複数の前記振動棒に取り付けられており、前記電気分解手段（Ｂ）の陽極部材及び陰極部材のそれぞれが前記複数の振動棒に取り付けられており、前記陽極部材は前記複数の振動棒のうちの少なくとも１つ及びそれに接続された前記通電線を介して前記電源と電気的に接続されており、前記陰極部材は前記複数の振動棒のうちの他の少なくとも１つ及びそれに接続された前記通電線を介して前記電源と電気的に接続されていることを特徴とする水素−酸素ガス発生装置、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記振動棒及び前記通電線を介して前記電源と電気的に接続された前記振動羽根が前記陽極部材又は陰極部材として機能する。本発明の一態様においては、前記振動棒には、前記電気的絶縁領域に対する前記振動羽根を取り付けた部分の側に、前記振動棒及び前記通電線を介して前記電源と電気的に接続された電極用補助羽根が取り付けられており、該電極用補助羽根が前記陽極部材又は陰極部材として機能する。

本発明の一態様においては、前記複数の振動棒のうちの少なくとも１つ及びそれに接続された前記通電線を介して前記電源と電気的に接続された前記振動羽根が前記陽極部材として機能し、及び／又は、前記複数の振動棒のうちの他の少なくとも１つ及びそれに接続された前記通電線を介して前記電源と電気的に接続された前記振動羽根が前記陰極部材として機能する。

本発明の一態様においては、前記複数の振動棒には前記電気的絶縁領域に対する前記振動羽根を取り付けた部分の側に電極用補助羽根が取り付けられており、前記複数の振動棒のうちの少なくとも１つ及びそれに接続された前記通電線を介して前記電源と電気的に接続された前記電極用補助羽根が前記陽極部材として機能し、及び／又は、前記複数の振動棒のうちの他の少なくとも１つ及びそれに接続された前記通電線を介して前記電源と電気的に接続された前記電極用補助羽根が前記陰極部材として機能する。

本発明の一態様においては、前記陽極部材と陰極部材との距離が５〜４００ｍｍである。本発明の一態様においては、前記電極用補助羽根は前記振動羽根と交互に位置するように前記振動棒に取り付けられている。本発明の一態様においては、前記電極用補助羽根は前記振動羽根より大きな面積を持ち且つ前記振動羽根の先端縁よりも更に突出せしめられている。

更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
上記のような水素−酸素ガス発生装置を用い、前記電解液として５重量％〜３０重量％の電解質を含み液温２０℃〜１００℃でｐＨ７〜１０のものを用いて、電流密度７Ａ／ｄｍ² 〜４０Ａ／ｄｍ² となるように前記電解液の電気分解を行なうことを特徴とする水素−酸素ガス発生方法、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記電解質が水溶性のアルカリ金属水酸化物またはアルカリ土類金属水酸化物である。本発明の一態様においては、前記電源として直流パルス電源を用いる。本発明の一態様においては、前記振動羽根を振幅０．１〜３０ｍｍ且つ振動数２００〜１２０００回／分で振動させる。

以上の本発明においては、水素―酸素ガスとは、水素ガスと酸素ガスとの混合ガス、あるいは区分された別個の形態の水素ガス及び酸素ガスをさす。

以上の様な本発明においては、振動撹拌手段の振動羽根により電解液中に強力な振動流動が生ぜしめられるので、電解液は陽極部材及び陰極部材と十分良好な均一性をもって且つ十分な供給量をもって接触せしめられる。このため、陽極部材と陰極部材との間の距離を従来より著しく小さくしても、それらの間に電気分解に必要なイオンを十分に供給することが可能になり、また電極に発生する電解熱を迅速に放熱することができる。従って、高い電流密度で電気分解を行なって、高い効率で水素−酸素ガスを発生させることができる。また、以上の様に陽極部材と陰極部材との間の距離を小さくすることで、単位容積あたりに配置される電極の有効表面積を十分に高めることができるので、電解槽を小型化しても十分な量の水素−酸素ガスを発生させることができる。

特に、以上の様な振動撹拌手段による電解液の振動撹拌を併用して電気分解を行なう場合には、電極近傍にて発生する水素や酸素が気泡を形成する前に電解液面へと運ばれて気相へと移行するので、電解液中にて生成せしめられた水素や酸素が電極表面に気泡として付着し電気抵抗を増加させるようなことがない。このため、上記の様に容易に高い電流密度での電気分解の実現が可能になるのである。

以下、図面を参照しながら本発明の具体的な実施の形態を説明する。尚、図面において、同様な機能を有する部材又は部分には同一の符号が付されている。

図１〜図３は本発明による水素−酸素ガス発生方法の実施される水素−酸素ガス発生装置の一実施形態の構成を示す図である。ここで、図１は断面図であり、図２は平面図であり、図３は断面図である。

これらの図において、１０Ａは電解槽であり、該電解槽には電解液１４が収容されている。１６は振動撹拌手段である。該振動撹拌手段１６は、電解槽１０Ａとは別に配置された支持台１００に防振ゴムを介して取り付けられた基台１６ａ、該基台に下端を固定された振動吸収部材としてのコイルバネ１６ｂ、該コイルバネの上端に固定された振動部材１６ｃ、該振動部材に取り付けられた振動モータ１６ｄ、振動部材１６ｃに上端を取り付けられた振動棒（振動伝達ロッド）１６ｅ、該振動棒の下半部において電解液１４に浸漬する位置に回転不能に複数段に取り付けられた振動羽根１６ｆを有する。振動モータ１６ｄ及び振動部材１６ｃを含んで振動発生手段が構成され、該振動発生手段が振動棒１６ｅと連係している。また、振動棒１６ｅ及び振動羽根１６ｆを含んで振動撹拌部材が構成され、該振動撹拌部材と上記振動発生部材とを含んで振動撹拌手段が構成されている。コイルバネ１６ｂ内には、後述の図１１その他に示されているように、棒状のガイド部材を配置することができる。

尚、振動発生手段としては、振動発生源として一般の機械式振動モータを用いたもの以外にマグネット振動モータやエアー振動モータ等を用いたものを使用することも可能である。

振動モータ１６ｄは例えばインバータを用いた制御により例えば１０〜５００Ｈｚ、好ましくは１０〜１２０Ｈｚ、更に好ましくは２０〜６０Ｈｚで振動する。振動モータ１６ｄで発生した振動は、振動部材１６ｃ及び振動棒１６ｅを介して振動羽根１６ｆに伝達される。振動羽根１６ｆは、電解液１４中で所要の振動数で先端縁が振動する。この振動は、振動羽根１６ｆが振動棒１６ｅへの取り付け部分から先端縁へと「しなる」ように発生する。この振動の振幅及び振動数は、振動モータ１６ｄのものとは異なるが、振動伝達経路の力学的特性及び電解液１４との相互作用の特性などに応じて決まり、本発明では、好ましくは振幅０．１〜３０ｍｍで、振動数２００〜１２０００回／分、更に好ましくは２００〜５０００回／分、特に好ましくは５００〜３０００回／分とする。

図６は振動部材１６ｃへの振動棒１６ｅの取り付け部１１１の拡大断面図である。振動棒１６ｅの上端に形成されたオネジ部に、振動部材１６ｃの上側から振動応力分散部材１６ｇ１及びワッシャ１６ｈを介してナット１６ｉ１，１６ｉ２を適合させており、振動部材１６ｃの下側から振動応力分散部材１６ｇ２を介してナット１６ｉ３，１６ｉ４を適合させている。振動応力分散部材１６ｇ１，１６ｇ２は、振動応力分散手段として用いられており、例えばゴムからなる。振動応力分散部材１６ｇ１，１６ｇ２は、例えば硬い天然ゴム、硬い合成ゴム、合成樹脂等のショアーＡ硬度８０〜１２０、好ましくは９０〜１００の硬質弾性体により構成することができる。とくに、ショアーＡ硬度９０〜１００の硬質ウレタンゴムが耐久性、耐薬品性の点で好ましい。振動応力分散手段を使用することにより、振動部材１６ｃと振動棒１６ｅとの接合部分の近辺への振動応力の集中が防止され、振動棒１６ｅが折れにくくなる。とくに、振動モータ１６ｄの振動周波数を１００Ｈｚ以上に高くした場合の振動棒１６ｅの折れ発生防止の効果は顕著である。

図７は振動部材１６ｃへの振動棒１６ｅの取り付け部１１１の変形例を示す拡大断面図である。この変形例は、図６の取り付け部とは、振動部材１６ｃの上側に振動応力分散部材１６ｇ１を配置しないこと、及び振動部材１６ｃと振動応力分散部材１６ｇ２との間に球面スペーサ１６ｘを介在させたことが異なるのみであり、他は同様である。

図８は振動棒１６ｅへの振動羽根１６ｆの取り付け部の拡大断面図である。振動羽根１６ｆの各々の上下両側には、振動羽根固定部材１６ｊが配置されている。隣接する振動羽根１６ｆどうしの間には固定部材１６ｊを介して振動羽根１６ｆの間隔設定のためのスペーサリング１６ｋが配置されている。尚、最上部の振動羽根１６ｆの上側及び最下部の振動羽根１６ｆの下側には、図１に示されているように、スペーサリング１６ｋを介して又は介することなく、振動棒１６ｅに形成されたオネジに適合するナット１６ｍが配置されている。図８に示されているように、各振動羽根１６ｆと固定部材１６ｊとの間にフッ素系樹脂やフッ素系ゴムなどからなる振動応力分散手段としての弾性部材シート１６ｐを介在させることで、振動羽根１６ｆの破損を防止することができる。弾性部材シート１６ｐは、振動羽根１６ｆの破損防止効果を一層高めるために、固定部材１６ｊから若干はみ出すように配置するのが好ましい。図示されているように、上側の固定部材１６ｊの下面（押圧面）は凸状面とされており、下側の固定部材１６ｊの上面（押圧面）は対応する凹状面とされている。これにより、固定部材１６ｊにより上下方向から押圧される振動羽根１６ｆの部分は湾曲せしめられ、振動羽根１６ｆの先端部は水平面に対して角度αをなしている。この角度αは、例えば−３０°以上３０°以下好ましくは−２０°以上２０°以下とすることができる。特に、角度αは、−３０°以上−５°以下または５°以上３０°以下、好ましくは−２０°以上−１０°以下または１０°以上２０°以下とするのが好ましい。固定部材１６ｊの押圧面を平面とした場合には、角度αは０°である。角度αは、全ての振動羽根１６ｆについて同一である必要はなく、例えば、下方の１〜２枚の振動羽根１６ｆについては−の値（即ち下向き：図８に示される向き）とし、それ以外の振動羽根１６ｆについては＋の値（即ち上向き：図８に示されるものと逆の向き）とすることができる。

振動羽根１６ｆとしては、弾力性のある金属板、合成樹脂板またはゴム板などを用いることができる。振動羽根１６ｆの厚みは、振動条件や電解液１４の粘度などにより好ましい範囲は異なるが、振動撹拌手段１６の作動時に、振動羽根が折れることなく、振動撹拌の効率を高めるように振動羽根１６ｆの先端部分が“フラッター現象”（波打つような状態）を呈するように設定される。振動羽根１６ｆがステンレス鋼板などの金属板からなる場合には、その厚みは０．２〜２ｍｍとすることができる。また、振動羽根１６ｆが合成樹脂板やゴム板からなる場合には、その厚みは０．５〜１０ｍｍとすることができる。振動羽根１６ｆと固定部材１６ｊとを一体成形したものを使用することもできる。この場合は、振動羽根１６ｆと固定部材１６ｊとの接合部に電解液１４が浸入し固形分が固着して洗浄に手間がかかるというような問題を回避することができる。

金属製の振動羽根１６ｆの材質としては、チタン、アルミニウム、銅、鉄鋼、ステンレス鋼、磁性鋼などの磁性金属、これらの合金が挙げられる。合成樹脂製の振動羽根１６ｆの材質としては、ポリカーボネート、塩化ビニル系樹脂、ポリプロピレンなどが挙げられる。振動羽根は、プラスチック部材の表面にめっきなどにより導電処理を施したものであってもよい。

電解液１４内での振動羽根１６ｆの振動に伴って発生する振動羽根の“フラッター現象”の程度は、振動モータ１６ｄの振動の周波数、振動羽根１６ｆの長さ（固定部材１６ｊの先端縁から振動羽根１６ｆの先端縁までの寸法：図３３のＤ_２）と厚み、及び電解液１４の粘度や比重などによって変化する。与えられた周波数においてもっともよく“しなる”振動羽根１６ｆの長さと厚みとを選択することができる。振動モータ１６ｄの振動の周波数と振動羽根１６ｆの厚みとを一定にして、振動羽根１６ｆの長さを変化させてゆくと、振動羽根のしなりの程度は図９に示すようになる。即ち、長さｍが大きくなるに従って、ある段階までは大きくなるが、それをすぎるとしなりの程度Ｆは小さくなり、ある長さのときには殆どしなりがなくなり、さらに振動羽根を長くするとまたしなりが大きくなるという関係をくりかえすことが判った。

振動羽根の長さは、第１回目のピークを示す長さＬ₁ か、第２回目のピークを示す長さＬ₂ を選択することが好ましい。Ｌ₁ にするかＬ₂ にするかは、系の振動を強くするか流動を強くするかに応じて適宜選択できる。

振動周波数３７〜６０Ｈｚ、７５ｋＷの振動モータでステンレススチール（ＳＵＳ３０４）製の振動羽根の種々の厚みのものについて、Ｌ₁ 及びＬ₂を求めたところ、以下のような結果が得られた。

厚みＬ ₁ Ｌ ₂
０．１０ｍｍ約１５ｍｍ ―
０．２０ｍｍ約２５ｍｍ約７０ｍｍ
０．３０ｍｍ約４５ｍｍ１１０〜１２０ｍｍ
０．４０ｍｍ約５０ｍｍ１４０〜１５０ｍｍ
０．５０ｍｍ約５５ｍｍ約１７０ｍｍ
尚、この実験において、振動棒１６ｅの中心から固定部材の先端までの距離は２７ｍｍであり、振動羽根１６ｆの傾斜角度αは上向き１５°（＋１５°）とした。

以上のような振動攪拌手段１６としては、以下の文献（これらは本発明者の発明に係る特許出願に関するものである）及び本出願人による特許出願である特願２００１−１３５５２８、特願２００１−３３８４２２に記載されているような振動撹拌機（振動撹拌装置）を使用することが可能である：
特開平３−２７５１３０号公報（特許第１９４１４９８号），
特開平６−２２０６９７号公報（特許第２７０７５３０号），
特開平６−３１２１２４号公報（特許第２７６２３８８号），
特開平８−２８１２７２号公報（特許第２７６７７７１号），
特開平８−１７３７８５号公報（特許第２８５２８７８号），
特開平７−１２６８９６号公報（特許第２９１１３５０号），
特開平９−４０４８２号公報（特許第２９１１３９３号），
特開平１１−１８９８８０号公報（特許第２９８８６２４号），
特開平７−５４１９２号公報（特許第２９８９４４０号），
特開平６−３３０３９５号公報（特許第２９９２１７７号），
特開平６−２８７７９９号公報（特許第３０３５１１４号），
特開平６−２８００３５号公報（特許第３２４４３３４号），
特開平６−３０４４６１号公報（特許第３１４２４１７号），
特開平６−３０４４６１号公報，
特開平１０−４３５６９号公報，
特開平１０−３６９４５３号公報，
特開平１１−２５３７８２号公報，
特開２０００−３１７２９５号公報。

本発明において、振動撹拌手段１６は、図１に示されている様に、電解槽の両端部に配置しても良いが、一方の端部のみに配置しても良い。また、振動羽根として両側に対称的に延びているものを使用すれば、振動撹拌手段１６を電解槽の中央に配置し、その両側に後述の様な電極群を配置することも可能である。

なお、本発明において、特開平６−３０４４６１号公報に記載されている様な振動羽根が電解槽の底部に存在するタイプの振動撹拌手段を用いることにより、電解槽内の電極群の配置スペースが広くなり、電解槽の容積あたりのガス発生量を高めることができるとともに、上下方向に沿って電極を配置する場合には電極として後述の多孔性のものを使用する必要がなくなるという利点がある。

再び図１〜図３を参照する。本実施形態では、電解槽１０Ａの両端部にそれぞれ上記の様な振動撹拌手段１６が配置されている。電解槽１０Ａの中央部には、電極対和構成する板状の陽極部材２ｘ及び板状の陰極部材２ｙが互いに平行に配置されている。一方の振動撹拌手段１６は陽極部材２ｘの表面（主面）と対向するように配置されており、他方の振動撹拌手段１６は陰極部材２ｙの表面（主面）と対向するように配置されている。

陽極部材２ｘ及び陰極部材２ｙの材料としては、通常の水の電気分解に使用されるものを使用することができる。たとえば、陽極部材として二酸化鉛、マグネタイト、フェライト、黒鉛、白金、Ｐｔ−Ｉｒ合金、チタン合金、貴金属被覆チタン（例えば白金被覆チタン）などが例示でき、陰極部材としてロジウム、ニッケル、ニッケル合金（Ｎｉ−Ｍｏ₂ ，Ｎｉ−Ｃｏ，Ｎｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃｄ，Ｎｉ−Ｓ_x ，ラネーニッケル等）、チタン合金等の貴金属が例示できる。陽極と陰極との間の距離は、例えば５ｍｍ〜４００ｍｍである。

陽極部材２ｘ及び陰極部材２ｙは板状体であるから、これを多孔性のものとすることで、図１に示すように、振動撹拌手段１６の振動羽根１６ｆによる振動撹拌で発生せしめられる電解液１４の流動を遮るように振動羽根１６ｆを向いた方向に対してほぼ直角に設けられる場合にも、小孔を通って電解液１４がスムースに流動することができる。小孔の形状は円形状でも多角形状でもよく、特に制限はない。また、小孔の大きさや数は電極本来の目的と多孔性にする目的との双方のバランスを考えて、適宜設定するのが好ましい。電極における小孔の面積割合は、有効面積（即ち電解液１４と接触する面積）で、電極面積が５０％以上となる様にするのが好ましい。多孔性電極は網状または籠状であっても良い。

陽極部材２ｘ及び陰極部材２ｙは、それぞれ不図示の陽極主ブスバー及び陰極主ブスバーに接続されており、これら陽極主ブスバー及び陰極主ブスバーは図１に示されている電源３４に接続されている。該電源３４と陽極部材２ｘ及び陰極部材２ｙとを含んで電気分解手段が構成される。

電源３４は、直流を発生するものであればよく、通常の平滑な直流でもよいが、その他の種々の波形の電流を使用することができる。この様な電解電流の波形は、例えば、「電気化学」第２４巻３９８〜４０３頁、同４４９〜４５６頁、１９９６年４月１５日全国鍍金材料組合連合会発行「めっき技術ガイド」３７８〜３８５頁、昭和５８年６月１５日（株）広信社発行「表面技術総覧」３０１〜３０２頁、同５１７〜５２７頁、同１０５０〜１０５３頁、昭和４６年７月２５日日刊工業新聞社発行「めっき技術便覧」３６５〜３６９頁、同６１８〜６２２頁等に記載されている。

本発明では、とりわけ、エネルギー効率の向上の観点から、パルス波形のうちの矩形波パルス波形のものを使用することが好ましい。この様な電源（電源装置）は、交流電圧から矩形波状電圧を作成することができるものであり、このような電源は例えばトランジスタを用いた整流回路を有するものであり、パルス電源装置として知られている。このような電源装置または整流器としては、トランジスタ調整式電源、ドロッパー方式の電源、スイッチング電源、シリコン整流器、ＳＣＲ型整流器、高周波型整流器、インバータデジタル制御方式の整流器（例えば（株）中央製作所製のＰｏｗｅｒＭａｓｔｅｒ）、（株）三社電機製作所製のＫＴＳシリーズ、四国電機株式会社製のＲＣＶ電源、スイッチングレギュレータ式電源とトランジスタスイッチとからなりトランジスタスイッチがＯＮ−ＯＦＦすることで矩形波状のパルス電流を供給するもの、高周波スイッチング電源（交流をダイオードにて直流に変換した後にパワートランドスタで２０〜３０ＫＨｚの高周波をトランスに加えて再度整流、平滑化し出力を取り出す）、ＰＲ式整流器、高周波制御方式の高速パルスＰＲ電源（例えばＨｉＰＲシリーズ（（株）千代田）などが利用可能である。

陽極部材と陰極部材との間に印加する電圧は、通常の水の電気分解の場合と同様である。

電解液１４は、電解質を含む水である。電解質としては、水溶性のアルカリ金属水酸化物（ＫＯＨ、ＮａＯＨなど）またはアルカリ土類金属水酸化物（例えばＢａ（ＯＨ）₂ 、Ｍｇ（ＯＨ）₂ 、Ｃａ（ＯＨ）₂ など）、あるいは第４級アルキルアンモニウムなど、またリン酸や硫酸など、従来公知のものを使用することができる。これらの中でもＫＯＨが好ましい。電解液中の電解質の含有量は、５〜３０％が好ましい。また、電解液のｐＨは、７〜１０であるのが好ましい。但し、ＮａＣｌやＨＣｌのように電気分解によりハロゲンガスを発生するものは、大量に使用した場合の環境汚染防止の観点から使用を避けるのが好ましい。

図１〜図３に示されている様に、電解槽１０Ａの上部には蓋部材１０Ｂが付設されている。該蓋部材には、電解により発生する水素−酸素ガスを回収するための水素−酸素ガス取出口１０Ｂ’が設けられている。該取出口１０Ｂ’には、水素−酸素ガス採取管１０Ｂ”が接続されている。これらの蓋部材１０Ｂ及び水素−酸素ガス採取管１０Ｂ”を含んで、水素−酸素ガス捕集手段が構成される。

この実施形態では、水素−酸素ガスは水素ガスと酸素ガスとの混合ガスとして回収されるが、水素ガスと酸素ガスとを別々に回収するためには、隔膜又は隔壁を使用して、陽極部材から発生する水素ガスと陰極部材から発生する酸素ガスとを混合しないように区分して採取すればよい。

電解槽１０Ａ及び蓋部材１０Ｂの材質としては、例えばステンレススチール、銅、その他の金属あるいはポリカーボネート等の合成樹脂が例示される。尚、電解槽１０Ａには、内部の電解液１４のレベル調整のための配管１０Ａ’が接続されている。

振動撹拌手段１６の振動棒１６ｅは、蓋部材１０Ｂを上下方向に貫通して延びている。この貫通は、図４及び図５に示されている様に、蓋部材１０Ｂに設けられた開口の内端縁に付された固定部材１０Ｄと振動棒１６ｅの外面に付された固定部材１０Ｅとの間をゴム板等のフレキシブル部材１０Ｃにより気密にシールしたものとすることができる。あるいは、気密シールのための手段は、振動棒１６ｅにサポートベアリングの内輪を取り付け、該サポートベアリングの外輪を蓋部材１０Ｂの開口の内端縁に取り付け、外輪に対して内輪を上下に適宜のストロークにわたって移動可能にしたものであっても良い。この様なストロークユニットとしては、ＴＨＫ（株）製ＮＳ−Ａ型（商品名）、ＮＳ型（商品名）、ＮＯＫ社製オイルシールＶＣ型（商品名）、ＳＣ型（商品名）が例示される。あるいは、蓋部材１０Ｂに設けられた開口に、振動棒１６ｅが通過する部分のみ開口せるゴム板またはその積層体等の気密シール手段を取り付けてもよい。このシール手段としては例えば、ゴム、特に変形性良好な軟らかいゴムが使用できる。振動棒の上下振動の振幅は、通常２０ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下、特に好ましくは５ｍｍ以下であり、その下限は例えば０．１ｍｍ以上、好ましくは０．５ｍｍ以上といった程度であるから、シール部材としてゴムなどを使用することで、追従が可能となり摩擦熱の発生も少なく良好な気密状態が実現される。

電解は、液温２０〜１００℃で、電流密度７〜４０Ａ／ｄｍ² で行なうのが好ましい。電解により発生する水素−酸素ガスは、図２１に示されて鋳る様に、ガス採取管１０Ｂ”に接続されたシールポット１０Ｂ”’を経て取り出される。シールポット１０Ｂ”’もガス捕集手段を構成する。図２２は、ガス発生装置により回収された水素−酸素ガスを利用するガス燃焼装置の一例を示す図である。水素−酸素ガスは、所要の容量のガス溜め、除湿器及び炎止めタンクを経て燃焼ノズルへと供給される。この燃焼装置は、航空機、自動車、船舶等の動力装置、発電装置、ガス切断機、ボイラー、その他への適用が可能である。

水素ガスと酸素ガスとの混合ガスは燃焼時の色が無色であるため、燃焼装置においては、火炎の状態を観察することが可能なように、炎止めタンク内にアルコール系溶剤を入れておき、これをガスに添加して火炎を着色させるようにしている。このアルコール系溶剤としてはメタノールからヘキサンまで各種のものが使用される。本発明により得られる水素−酸素ガスの燃焼の際には上記アルコール系溶剤の種類によって火炎温度に大きな差があることが判明した。例えば、ヘキサンを使用すると火炎は大きくなりガスの使用量も少なくてよいが、火炎温度はメタノールに比較して著しく低い。実験によれば、０．５ｍｍ厚のチタン板に火炎を当ててその溶融状態を観察したところ、ヘキサンを用いた場合には５分程度でようやく溶融したが、メタノールを用いた場合には３秒程度で溶融した。また、アルコール系溶剤の添加量によっても火炎温度が大きく異なり、この添加量を低減することが火炎温度を向上させるのに有効であることが判明した。実験によれば、チタン板（４００ｘ２０ｘ０．５ｍｍ）、タンタル部材（１５０ｘ３ｍｍφ）及びタングステン板（１２０ｘ１５ｘ０．８ｍｍ）の燃焼試験において、アルコール系溶剤として、メタノール１００％、メタノール５０％：水５０％及びメタノール２５％：水７５％を使用した場合の溶解（チタン、タンタル）または昇華（タングステン）に至る時間は次のとおりであった。

試料溶剤（メタノール容積％）
１００％５０％２５％
チタン４秒３秒１秒
タンタル４秒３秒１秒
タングステン７秒５秒２秒
以上のように、炎止めタンク内に入れるアルコール系溶剤としては、メタノールが好ましく、しかもこれを水（純粋が好ましい）と混合し、メタノール容積％を１０〜３５％とすることが望ましい。メタノール容積％を２０％程度とすることで火炎温度をより高くすることが出来る点では有利であるが、メタノール容積％を３０％程度とすることで火炎の持続性を高めることが出来る点で有利である。

本発明により発生せしめられる水素−酸素ガスは、所謂ブラウンガスとして知られており、その燃焼に際して空気を必要とせず、従って、燃焼により窒素酸化物等の環境汚染物質を生成することがない。

図１０は振動撹拌手段の一変形例を示す断面図である。この例では、基台１６ａは、振動吸収部材４１を介して電解槽１０Ａの上部に取り付けられた取り付け台４０上に固定されている。また、取り付け台４０には、垂直方向に上方へと延びた棒状のガイド部材４３が固定されており、該ガイド部材４３はコイルバネ１６ｂ内に位置している。振動モータ１６ｄとそれを駆動するための電源１３６との間には、振動モータ１６ｄの振動周波数を制御するためのトランジスタ・インバータ３５が介在している。電源１３６は、例えば２００Ｖである。このような振動モータ１６ｄの駆動手段は、上記その他の本発明の実施形態においても使用することができる。

図１１は振動撹拌手段の一変形例を示す断面図である。この例では、振動部材１６ｃに垂直方向に下方へと延びた棒状の上側ガイド部材１４４が固定されており、取り付け台４０に垂直方向に上方へと延びた棒状の下側ガイド部材１４５が固定されており、これらガイド部材１４４，１４５はコイルバネ１６ｂ内に位置している。上側ガイド部材１４４の下端と下側ガイド部材１４５の上端との間には、振動部材１６ｃの振動を許容するような適度の間隙が形成されている。

図１２は振動撹拌手段の一変形例を示す断面図である。この例では、振動モータ１６ｄは、振動部材１６の上側に付設された付加的振動部材１６ｃ’の下側に取り付けられている。また、振動棒１６ｅは、電解槽１０Ａ内において分岐して２つの部分１３４とされており、これら２つのロッド部分１３４の間に振動羽根１６ｆが掛け渡されて取り付けられている。

図１３及び図１４は振動撹拌手段の一変形例を示す断面図である。この例では、最も下側の振動羽根１６ｆが下向きに傾斜しており、その他の振動羽根１６ｆが上向きに傾斜している。このようにすると、電解槽１０Ａの底部に近い部分の電解液１４の振動撹拌を充分に行うことができ、電解槽底部に溜りが発生するのを防止することができる。また、振動羽根１６ｆの全部を下向きに傾斜させることができる。

図１５及び図１６は本発明装置を構成する振動撹拌手段の電解槽への取り付けの他の形態を示す断面図であり、図１７はその平面図である。図１５及び図１６はそれぞれ図１７のＸ−Ｘ’断面及びＹ−Ｙ’断面に相当する。

この形態では、振動吸収部材として上記コイルバネ１６ｂに代えてゴム板２と金属板１，１’との積層体３が用いられている。即ち、積層体３は、電解槽１０Ａの上端縁部に固定された取り付け部材１１８に防振ゴム１１２を介して取り付けられた金属板１’をボルト１３１により固定し、該金属板１’上にゴム板２を配置し、該ゴム板２上に金属板１を配置し、これらをボルト１１６及びナット１１７により一体化することで形成されている。

振動モータ１６ｄは支持部材１１５を介してボルト１３２により金属板１に固定されている。また、振動棒１６ｅの上端部はゴムリング１１９を介して積層体３特に金属板１とゴム板２とに取り付けられている。即ち、上側金属板１は図１その他に記載されている実施形態の振動部材１６ｃの機能をも発揮するものであり、下側金属板１’は図１その他に記載されている実施形態の基台１６ａの機能をも発揮するものである。そして、これら金属板１，１’を含む積層体３（主としてゴム板２）が図１その他に記載されているコイルバネ１６ｂと同様な振動吸収機能を発揮する。

図１８Ａ〜１８Ｃは積層体３の平面図を示す。図１５〜１７の形態に対応する図１８Ａの例では、積層体３には振動棒１６ｅを通すための貫通孔５が形成されている。また、図１８Ｂの例では、積層体３は貫通孔５を通る分割線により２分割された２つの部分３ａ，３ｂからなり、これによれば装置組立の際に振動棒１６ｅを容易に通すことができる。また、図１８Ｃの例では、積層体３は、電解槽１０Ａの上端縁部に対応する環形状をなしており、中央部に開口６が形成されている。

図１８Ａ，１８Ｂの例では、電解槽１０Ａの上部が積層体３により塞がれ、これにより上記の蓋部材１０Ｂと同等の機能が発揮される。

図１９Ａ，１９Ｂは、このような積層体３による電解槽の閉塞（シール）の様子を示す断面図である。図１９Ａの形態では、ゴム板２が貫通孔５において振動棒１６ｅに当接してシールがなされる。また、図１９Ｂの形態では、積層体３の開口部６において該積層体３と振動棒１６ｅとに取り付けられこれらの間の空隙を塞ぐフレキシブルシール部材１３６’が設けられている。

図２０Ａ〜２０Ｅに振動吸収部材としての積層体３の例を示す。図２０Ｂの例は上記図１５〜１７の実施形態のものである。図２０Ａの例では、積層体３は金属板１とゴム板２とからなる。図２０Ｃの例では、積層体３は上側金属板１と上側ゴム板２と下側金属板１’と下側ゴム板２’とからなる。図２０Ｄの例では、積層体３は上側金属板１と上側ゴム板２と中間金属板１”と下側ゴム板２’と下側金属板１’とからなる。積層体３における金属板やゴム板の数は、例えば１〜５とすることができる。尚、本発明においては、ゴム板のみから振動吸収部材を構成することも可能である。

金属板１，１’，１”の材質としては、ステンレス鋼、鉄、銅、アルミニウム、その他適宜の合金を使用することができる。金属板の厚さは、例えば１０〜４０ｍｍである。但し、積層体以外の部材に対して直接固定されない金属板（例えば上記中間金属板１”）は０．３〜１０ｍｍと薄くすることができる。

ゴム板２，２’の材質としては、合成ゴム又は天然ゴムの加硫物を使用することができ、ＪＩＳＫ６３８６で規定される防振ゴムが好ましく、更に特に静的剪断弾性率４〜２２ｋｇｆ／ｃｍ² 好ましくは５〜１０ｋｇｆ／ｃｍ² 、伸び２５０％以上のものが好ましい。合成ゴムとしては、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ニトリル−クロロプレンゴム、スチレン−クロロプレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、イソプレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体ゴム、エピクロルヒドリン系ゴム、アルキレンオキシド系ゴム、フッ素系ゴム、シリコーン系ゴム、ウレタン系ゴム、多硫化ゴム、フォスファゼンフッ素ゴムを例示することができる。ゴム板の厚さは、例えば５〜６０ｍｍである。

図２０Ｅの例では、積層体３は上側金属板１とゴム板２と下側金属板１’とからなり、ゴム板２が上側ソリッドゴム層２ａとスポンジゴム層２ｂと下側ソリッドゴム層２ｃとからなる。下側ソリッドゴム層２ａ，２ｃのうちの一方を除去してもよいし、更に複数のソリッドゴム層と複数のスポンジゴム層とを積層したものであってもよい。

図２３は、振動撹拌手段１６の変形例を示す図である。この例では、振動モータ１６ｄが電解槽１０Ａの側方に位置しており、振動部材１６ｃが電解槽１０Ａの上方へと水平に延びている。そして、該振動部材１６ｃに振動棒１６ｃが取り付けられている。この構成によれば、電解槽１０Ａに対する上記蓋部材１０Ｂの着脱が容易になる。尚、図２３には電解槽１０Ａの一側方に位置する振動撹拌手段１６のみが示されているが、電解槽１０Ａの両側方に振動撹拌手段１６を配置してもよい。

また、本発明は、陽極と陰極との間に水素と酸素とを分離する隔膜を配置して、水素と酸素とを分離した形態で発生させる方式の電解によるガス発生装置にも適用することができる。この様な方式のガス発生装置については、例えば、Ｍ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉらの“Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ２５００ｃｍ² ＳｏｌｉｄＰｏｌｙｍｅｒＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＷａｔｅｒＥｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｒｉｎＷＥ−ＮＥＴ”と題する報文に記載がある。

以上の実施形態においては、陽極部材及び陰極部材の少なくとも一方の表面に対向するように振動撹拌手段の振動撹拌部材を配置することで、陽極部材または陰極部材が１つであっても、その高いガス発生効率に基づき、装置あたりの高いガス発生量を得ることが出来る。

図２４〜図２６は本発明による水素−酸素ガス発生方法の実施される水素−酸素ガス発生装置の一実施形態の構成を示す図である。ここで、図２４〜図２５は断面図であり、図２６は平面図である。

本実施形態においては、振動撹拌手段として絶縁式のものを用いている。即ち、絶縁式振動撹拌部材として、振動部材１６ｃに上端を取り付けられた振動棒上部分１６ｅ’と、該振動棒上部分の下方に絶縁領域１６ｅ”を介して取り付けられた振動棒下部分１６ｅとを含んでなる振動棒を使用している。

振動モータ１６ｄとそれを駆動するための不図示の電源（例えば２００Ｖ）との間には、振動モータ１６ｄの振動周波数を制御するためのトランジスタ・インバータが介在している。このような振動モータ１６ｄの駆動手段は、その他の本発明の実施形態においても使用することができる。振動モータ１６ｄは、インバータを用いた制御により、上記実施形態と同様に１０〜５００Ｈｚで振動する。振動モータ１６ｄで発生した振動は、振動部材１６ｃ及び振動棒（１６ｅ，１６ｅ’，１６ｅ”）を介して振動羽根１６ｆに伝達される。なお、以下の説明において、簡単化のために、振動棒の符号を１６ｅのみで代表させて用いる。

図２７は、振動棒の電気的絶縁領域１６ｅ”の近傍を示す部分拡大断面図である。また、図２８は電気的絶縁領域１６ｅ”の斜視図を示し、図２９はその平面図を示す。

電気的絶縁領域１６ｅ”は、例えば合成樹脂またはゴムで形成することができる。電気的絶縁領域１６ｅ”は、振動棒を構成するものであるから、振動により破損せず、振動モータの振動を効率よく伝達でき、十分な絶縁性を発揮する材料を選択するのが好ましい。この様な観点から硬質ゴムが最も好ましい。その一例としては、硬質ポリウレタンゴムを挙げることができる。なお、このような絶縁材料のみからなる部材では強度的に不十分である場合には、絶縁性を損なわない範囲で、絶縁部材のみからなる部材の周囲などを例えば金属などで補強して、所要の機械的強度を得ることができる。

絶縁領域１６ｅ”は、具体的には、例えば、図示される様な硬質ゴム製の円柱状絶縁部材（多角形状等形状は任意）よりなり、その中央の上部分及び下部分に、振動棒上部分１６ｅ’及び振動棒下部分１６ｅをそれぞれ嵌合させるための嵌合用穴１２４，１２５が設けられている。これらの嵌合用穴は上下には貫通しておらず、そのため、これら嵌合用穴の間の非貫通部分は絶縁部として機能する。

上下の嵌合用穴を貫通させた場合には、振動棒上部分１６ｅ’と振動棒下部分１６ｅとが接触しないように、上記非貫通部分に対応する箇所に絶縁材料を充填するか、絶縁に十分な程度の空間を設ける。円柱状絶縁部材の嵌合用穴１２４，１２５は、振動棒上部分１６ｅ’と振動棒下部分１６ｅの接合のために機能する。接合は、ネジ止め（たとえば、図示されている様に、振動棒上部分１６ｅ’の下端部と振動棒下部分１６ｅの上端部とに雄ネジを切り、嵌合用穴１２４，１２５に雌ネジを切って、両者を結合させ、必要に応じて更にその上にワッシャーリングを当て、ビス止めする）でもよいし、接着剤による接合でもよい。いずれにしても、これらの部分の構造は、本発明の目的を達成できれば、その他のいかなる構造であってもよい。

たとえば、振動棒の直径が１３ｍｍの場合には、絶縁領域１６ｅ”は、長さ（高さ）Ｌが例えば１００ｍｍであり、外径ｒ₂ が例えば４０ｍｍであり、嵌合用穴１２４，１２５の内径ｒ₂ が１３ｍｍである。

図２７及び図２４〜図２５に示されている様に、振動棒下部分１６ｅの上部には、絶縁領域１６ｅ”の直下にて通電線１２７が接続されている。通電線１２７は電源３４に接続されている。ここで、図１に示されているように、一方の絶縁式振動撹拌手段１６（陽極部材２ｘに近接する方）の通電線１２７は電源の正極に接続されており、他方の絶縁式振動撹拌手段１６（陰極部材２ｙに近接する方）の通電線１２７は電源の負極に接続されている。陽極部材２ｘ及び陰極部材２ｙは、それぞれ図２６に示される陽極主ブスバー２０１及び陰極主ブスバー２０２を介して電源３４に接続されている。

振動棒下部分１６ｅ、固定部材１６ｊ及び振動羽根１６ｆは導電性部材例えば金属からなる。これにより、一方の絶縁式振動撹拌手段の振動棒下部分１６ｅ、固定部材１６ｊ及び振動羽根１６ｆをも陽極部材として利用し、他方の絶縁式振動撹拌手段の振動棒下部分１６ｅ、固定部材１６ｊ及び振動羽根１６ｆをも陰極部材として利用して通電し、電気分解を行うことが出来る。更には、陽極部材及び陰極部材のうちの少なくとも一方を除去して、電気分解を行うことも可能である。

本実施形態のように、振動羽根１６ｆを陽極部材または陰極部材として利用する際には、特にこれらとは別の陽極部材または陰極部材を使用しない場合のように電極面積が不足する時には、出来るだけ振動羽根の面積を増加させるのが好ましい。そのためには、振動羽根の長さは、第２回目のピークを示す長さＬ₂または第３回目のピークを示す長さＬ_３を選択することが好ましい。

本実施形態では、絶縁式振動撹拌手段により電解液を振動撹拌しながら電気分解を行うので、非絶縁式の振動撹拌手段を用いた場合と同様に、陽極部材と陰極部材との間の距離を例えば２０〜４００ｍｍとしてもショートすることなく電解処理を行なうことができる。

陽極部材２ｘの材料としては、上記実施形態で説明したものや、Ｐｔ、Ｐｔ合金、Ｐｔ族金属、合金被覆を有するもの、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ｆｅ、Ｆｅ合金、炭素鋼、ステンレス鋼等が挙げられる。

本実施形態においては、振動棒上部分１６ｅ’は絶縁領域１６ｅ”により振動棒下部分１６ｅとは電気的に絶縁されているので、振動棒下部分１６ｅを介する通電の影響が振動モータ１６ｄへと及ぶことはない。更に、本実施形態では、絶縁領域１６ｅ”が熱絶縁性をも有するので、振動棒上部分１６ｅ”は振動棒下部分１６ｅとは熱的にも絶縁され、電解液１４の温度の影響が振動モータ１６ｄへと及ぶことは少ない。

また、本実施形態の装置において、絶縁式振動撹拌手段の振動羽根を陽極部材又は陰極部材として用いずに電気分解を行なう場合においても、絶縁領域１６ｅ”が存在するので、電解液１４内の通電の影響が振動モータ１６ｄへと及ぶことがないという利点がある。

図３０は、絶縁式振動撹拌手段の他の実施形態を示す側面図である。この実施形態は、振動棒下部分１６ｅに、振動羽根１６ｆの他にこれと交互に配置された電極用補助羽根１６ｆ’を取り付けたことが、図２４〜図２６の実施形態と異なる。電極用補助羽根１６ｆ’は、導電性を有しており、振動棒下部分１６ｅと電気的に接続されていて、電解液１４に対する通電の際の一方の電極として機能し、従って振動撹拌の機能は必須ではない。電極用補助羽根１６ｆ’を使用する目的は電極面積の増加と当該電極と反対側の電極との間隔の低減とにあるので、電極用補助羽根１６ｆ’の大きさ（面積）は振動羽根１６ｆより大きいほうが好ましく、また図示されている様に、補助羽根１６ｆ’の先端縁（右端縁）は振動羽根１６ｆの先端縁（右端縁）より更に右方へと突出しているのが好ましい。

電極用補助羽根１６ｆ’は、振動羽根と振動羽根との中間に位置する様に振動棒に取り付けるのが好ましいが、必ずしもこれに限定されることはなく、振動撹拌の効果を著しく低減させない限りは、上下一方の振動羽根に近接して配置することも可能である。振動棒下部分１６ｅへの電極用補助羽根１６ｆ’の取り付けは、振動羽根１６ｆの取り付けと同様にして行なうことができる。

電極用補助羽根１６ｆ’の材質としては、電極として使用され得るものであればよいが、振動棒の振動に従って振動するものであるから、振動に耐え得ることが要求され、例えば振動羽根として使用可能な導電体例えば金属例えばチタン（表面に白金めっきを施すことができる）またはステンレス（表面に白金めっきを施すことができる）を使用することができる。尚、電極用補助羽根１６ｆ’を使用する場合には、振動羽根１６ｆは必ずしも導電性材料からなる必要はなく、合成樹脂製のものを使用することも可能である。

図３１及び図３２は絶縁式振動撹拌手段の他の実施形態を示す断面図である。本実施形態では、２つの振動棒にわたって各振動羽根が取り付けられている。

図３３は振動羽根１６ｆの近傍を示す断面図である。振動羽根１６ｆは固定部材１６ｊからはみ出した部分が振動流動の発生に寄与するのであり、このはみ出した部分は幅Ｄ₁ で長さＤ₂ である。本実施形態では、複数の振動棒にわたって各振動羽根が取り付けられているので、各振動羽根の面積を十分大きくとることができる。かくして、大きな振動流動を得ることができ、また電極として使用される面積を大きくすることが可能である。

本実施形態においては、図示はしないが、図２４〜図２６に関し説明した様な電気分解手段の電源３４が使用される。本実施形態においても、図３０の実施形態と同様に、電極用補助羽根を使用することができる。

図３５は絶縁式振動撹拌手段の実施形態の構成を示す断面図である。本実施形態の絶縁式振動撹拌手段１６においては、振動モータ１６ｄは、電解槽１０Ａ外に配置されていて、振動部材１６ｃが電解槽１０Ａの方へと延びている。本実施形態においても、図示はしないが、図２４〜図２６に関し説明した様な電気分解手段の電源３４が使用される。本実施形態においても、図３０の実施形態と同様に、電極用補助羽根を使用することができる。また、図では絶縁式振動撹拌手段が電解槽の片側にのみ配置されているが、もう一方の側にも同様な絶縁式振動撹拌手段を配置することが可能である。

図３６は絶縁式振動撹拌手段の他の実施形態を示す断面図である。本実施形態では、図３５の実施形態と同様な振動モータ１６ｄ、振動部材１６ｃ、振動棒上部分１６ｅ’及び絶縁領域１６ｅ”の組が、電解槽１４の両側に配置されている。そして、振動棒下部分１６ｅは、コの字形状をなしており、その２つの垂直部分が２つの絶縁領域１６ｅ”にそれぞれ対応して配置されている。これら２つの垂直部分の上端がそれぞれ絶縁領域１６ｅ”を介して２つの振動棒上部分１６ｅ’にそれぞれ接続されている。振動羽根１６ｆは、振動棒下部分１６ｅの水平部分にほぼ垂直に取り付けられている。図では振動羽根１６ｆは上方に突出しているが、下方に突出していてもよい。また、振動羽根１６ｆは垂直方向に対して傾斜をもって配置されてもよいことは上記と同様である。

図示されている絶縁式振動撹拌手段の上方突出の振動羽根を陽極部材として使用し、他の絶縁式振動撹拌手段の下方突出の振動羽根を陰極部材として使用して、電解処理を行うことが出来る。この場合、後述の図４０に関し説明するように、双方の絶縁式振動撹拌手段の振動はね同士を互いに入り組んだ形態とすることが可能である。

本実施形態のように、本発明においては、振動棒は必ずしも上下方向を向いて配置される必要はなく、電解槽の形状などに応じて適宜の形状及び配置のものを使用することが出来る。

本実施形態においても、図示はしないが、図２４〜図２６に関し説明した様な電気分解手段の電源３４が使用される。本実施形態においても、図３０の実施形態と同様に、電極用補助羽根を使用することができる。

図３７〜図３９は本発明による水素−酸素ガス発生方法の実施される水素−酸素ガス発生装置の一実施形態の構成を示す図である。ここで、図３７〜図３８は断面図であり、図３９は平面図である。本実施形態は、図２４〜図２６の実施形態において電極用補助羽根１６ｆ’を追加使用したものに相当する。

図４０〜図４１は本発明による水素−酸素ガス発生方法の実施される水素−酸素ガス発生装置の一実施形態の構成を示す図である。ここで、図４０は部分断面図であり、図４１は断面図である。

本実施形態では、２つの絶縁式振動撹拌手段が電解槽１０Ａ内に配置されており、一方の絶縁式振動撹拌手段の隣接する電極用補助羽根１６ｆ’どうしの間に他方の絶縁式振動撹拌手段の電極用補助羽根１６ｆ’が位置している。これにより、２つの絶縁式振動撹拌手段の一方を陽極側として使用し且つ他方を陰極側として使用することで、大面積の陽極部材と陰極部材とを互いに近接して配置することができ、電流密度を著しく向上させることができる。このような非接触で互いに入り組んだ形態での陽極部材と陰極部材との配置は、２つの絶縁式振動撹拌手段の振動羽根同士でも同様にして行うことが出来る。

本実施形態においては、互いに上下方向に近接して配置される陽極部材（振動羽根または電極用補助羽根）と陰極部材（振動羽根または電極用補助羽根）との距離を例えば５〜５０ｍｍとすることができる。

本実施形態においては、２つの絶縁式振動撹拌手段の電極用補助羽根１６ｆ’どうしが接触してショートするのを防止するために、図３４に示す様に、電極用補助羽根１６ｆ’の両面の外周部等を絶縁テープ１６ｆａなどの貼付や絶縁塗料の塗布などにより絶縁部とすることが好ましい。電極部材として使用する振動羽根１６ｆ同士を同様にして互い違いに配置することも可能であり、その場合にも同様な絶縁部を形成することが出来る。或いは、同様な絶縁効果を得るために、同等の形状を有するプラスチック製絶縁板を配置してもよい。

図４２〜図４４は、絶縁式振動撹拌手段の構成を示す模式図である。これらの例では、共通の振動部材１６ｃに複数の振動棒が接続されている。各振動棒下部分１６ｅに接続される通電線１２７は、それぞれ電源の図示される極に接続されるが、これに限定されることはなく、適宜変更してもよい。

以上の実施形態においては、絶縁式振動撹拌部材の一部（例えば、振動羽根、電極用補助羽根）を陽極部材または陰極部材として使用することで、絶縁式振動撹拌部材以外の陽極部材または陰極部材がなくとも、その高いガス発生効率に基づき、装置あたりの高いガス発生量を得ることが出来る。

図４５は絶縁式振動撹拌手段の他の実施形態の構成を示す部分断面図であり、図４６はその部分側面図である。

本実施形態では、２つの振動棒下部分１６ｅを機械的に接続する様に取り付けられている振動羽根１６ｅ及び固定部材１６ｊを２つの群に区分し、第１の群を一方の振動棒下部分１６ｅと電気的に接続させ、第２の群を他方の振動棒下部分１６ｅと電気的に接続させ、これら２つの群の間で電圧を印加することで、電解液１４に通電し電解処理を行なう様にしている。

即ち、図４５において、上側から奇数番目の振動羽根１６ｆ及び固定部材１６ｊは、右側の振動棒下部分１６とは電気的に接続されているが、左側の振動棒下部分１６とは絶縁ブッシュ１６ｓ及び絶縁座金１６ｔを介して取り付けられることで電気的に絶縁されている。一方、上側から偶数番目の振動羽根１６ｆ及び固定部材１６ｊは、左側の振動棒下部分１６とは電気的に接続されているが、右側の振動棒下部分１６とは絶縁ブッシュ１６ｓ及び絶縁座金１６ｔを介して取り付けられることで電気的に絶縁されている。かくして、上側から奇数番目の振動羽根１６ｆ及び固定部材１６ｊを第１の群とし、上側から偶数番目の振動羽根１６ｆ及び固定部材１６ｊを第２の群とし、左側の振動棒下部分１６に接続されている通電線１２７と右側の振動棒下部分１６に接続されている通電線１２７との間に不図示の処理用電源により所要の電圧を印加することで、第１の群（陽極部材）と第２の群（陰極部材）との間で電解液１４に通電することができる。尚、図４６では絶縁ブッシュ１６ｓ及び絶縁座金１６ｔの図示が省略されている。

本実施形態においては、絶縁領域１６ｅ”は振動棒１６ｅと振動発生手段を構成する振動部材１６ｃとの間に設けられている。即ち、ここでは、絶縁領域１６ｅ”が、上記実施形態における振動部材１６ｃへの振動棒１６ｅの取り付け部１１１の機能を兼ねている。

本実施形態においては、陽極側となる振動羽根１６ｆとしてはチタンの表面に白金めっきを施したものが好ましく用いられ、陰極側となる振動羽根１６ｆとしてはチタンが好ましく用いられる。

本実施形態によれば、絶縁式振動撹拌手段に対する給電のみで電解処理が可能となるので、装置をコンパクトなものとすることができる。また、振動羽根１６ｆを陽極部材及び陰極部材のそれぞれとして兼用しているので、この点からも装置のコンパクト化がなされている。

図４７は絶縁式振動撹拌手段の他の実施形態の構成を示す部分側面図である。

本実施形態では、図４５及び図４６の実施形態における上側から偶数番目の振動羽根１６ｆに代えて陽極部材１６ｆ”を使用している。この陽極部材１６ｆ”は、振動撹拌には寄与せず、図の右側にのみ延びている。陽極部材１６ｆ”としては、例えばチタン製ラス網（表面に白金めっきを施したもの）が好ましく用いられる。一方、上側から奇数番目の振動羽根１６ｆに対してスペーサ１６ｕを介して陰極部材１６ｆ”’を追加している。この陰極部材１６ｆ”’も、振動撹拌には寄与せず、図の右側にのみ延びている。陰極部材１６ｆ”’としては、例えばチタン板が好ましく用いられる。尚、陰極部材の場合と同様に、陽極部材とともに振動羽根を取り付けてもよい。

本実施形態では、振動羽根１６ｆとは別に電極部材としての陽極部材１６ｆ”及び陰極部材１６ｆ”’を使用しているので、電極材料の選択の自由度が増加する。

図４８は本発明による水素−酸素ガス発生方法の実施される水素−酸素ガス発生装置の一実施形態の構成を示す断面図である。本実施形態は、図４５〜図４６の絶縁式振動撹拌手段を２つ使用したものである。

以上の実施形態においては、絶縁式振動撹拌部材に陽極部材及び陰極部材の双方を取り付けて、これらの間で電解液を介して通電することで電解処理を行うので、装置の小型化が可能であり、更にその高いガス発生効率に基づき、装置あたりの高いガス発生量を得ることが出来る。

図４９〜図５０は本発明による水素−酸素ガス発生方法の実施される水素−酸素ガス発生装置の一実施形態の構成を示す断面図である。本実施形態では、振動撹拌手段として非絶縁式のものが用いられており、陽極部材及び陰極部材からなる電極対として、図４５〜図４６の絶縁式振動撹拌手段と類似の構成体を使用したものである。即ち、上下方向に互いに平行に配列された２本の導電性棒状体１１６ｅに、陽極部材１１６ｆ”及び陰極部材１１６ｆ”’を図４５〜図４６の絶縁式振動撹拌手段の第１群の振動羽根及び第２群の振動羽根の場合と同様にして取り付け、各導電性棒状体１１６ｅを電源の正極及び負極の所要のものに接続している。

図５１及び図５２は本発明による水素−酸素ガス発生方法の実施される水素−酸素ガス発生装置の一実施形態の構成を示す断面図である。本実施形態では、絶縁式振動撹拌手段１６の振動羽根１６ｆを陰極部材として使用し、陽極部材８６として、図５３に示される円柱状チタン網ケース内に複数の金属製ボール（ニッケルボール、銅ボールなど）を充填したものを使用し、これを水平方向に保持したものを用いている。陽極部材８４の保持手段８２は例えば陽極ブスバーである。

陽極部材８４としては、例えばチタン製ラス網（表面に白金めっきを施したものが好ましい）からなるものを使用することが出来る。図５４にラス網陽極部材の正面図を示す。上部に吊下げ用の孔が２つ設けられており、中央部から下部にかけて網状部とされており、この網状部が電解液中に浸漬される。

図５５Ａ〜図５５Ｅは、振動発生手段と振動撹拌部材との接続形態の例を示す模式図である。図５５Ａの例では、振動発生手段の振動部材１６ｃに直接振動撹拌部材の振動棒１６ｅが接続されている。これに対して、図５５Ｂ〜図５５Ｅの例では、振動部材１６ｃに中間部材１６ｃｃが取り付けられており、該中間部材１６ｃｃに振動棒１６ｅが接続されている。

以上の実施形態で述べた振動撹拌手段及び絶縁式振動撹拌手段の各部の構成は、絶縁式振動撹拌手段のものが所要の絶縁性及び所要の導電性を要求されることを除けば、互いに他のものへの転用が可能である。

以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。

［実施例１］
図４０〜４１に関し説明した装置を用いて、以下の条件で水素−酸素ガスを発生させた。

電解槽：
ステンレススチール（ＳＵＳ３０４）製（内面に厚さ２ｍｍの耐熱性塩化ビニル樹脂貼付）
７４０ｍｍ×２１００ｍｍ×７００ｍｍ（Ｈ）
蓋部材：
ステンレススチール（ＳＵＳ３０４）製、図４及び図５のシール構造を採用
絶縁式振動撹拌手段：
振動モータ：（株）村上精機製作所製、４００Ｗ×３相×２００Ｖ、６台
インバーターにより４０Ｈｚで駆動
振動羽根：チタン製、６枚、
図３４のようにポリテトラフルオロエチレン製絶縁テープを貼付
極間距離：双方の絶縁式振動撹拌手段の隣接電極用補助羽根同士の間隔を２０ｍｍに設定
電解液：蒸留水中に電解質ＫＯＨを８重量％添加したもの、温度５５℃
陽極−陰極間の印加電圧：１．５Ｖ（直流）
電流密度：３０Ａ／ｄｍ²
水素ガスと酸素ガスとの混合ガスを極めて効率よく発生させることが出来た。

得られた混合ガスを燃焼させたところ、１５０ｍｍ程度の長さの細い火炎が形成された（炎止めタンク内の溶剤としてメチルアルコールを用いた）。タングステン棒が約２秒で白煙を上げて気化し、棒に穴があいた。３０００〜４０００℃の火炎が得られているものと推定される。

本実施例で得られた混合ガスは爆発（爆鳴）を伴わずに、安全に使用出来るところに特長がある。また、長時間の火炎の発生の継続が可能である。なお、火炎を停止すると、爆縮し、燃焼装置のノズル内部が真空になるため、音が発生する。

本実施例で得られる混合ガスは、従来のブラウンガスまたは前記日本国登録実用新案２記載のガスとは異なり、燃焼により形成される火炎を溶接に無公害にて使用することが出来、工業的に十分に利用可能であることがわかった。従来の水素ボンベ及び酸素ボンベからの混合ガスと比較すると、燃焼温度（火炎温度）が向上し、エネルギー発生量が優れていた。従って、実用装置として好適に使用可能であることがわかった。

［実施例２］
図３７〜３９に関し説明した装置を用いて、以下の条件で水素−酸素ガスを発生させた。

電解槽：
ステンレススチール（ＳＵＳ３０４）製（内面に耐熱性塩化ビニル樹脂被覆プラスチゾル仕上げ）
４００ｍｍ×７００ｍｍ×５５０ｍｍ（Ｈ）
蓋部材：
ステンレススチール（ＳＵＳ３０４）製、図４及び図５のシール構造を採用
絶縁式振動撹拌手段：
振動モータ：１５０Ｗ×３相×２００Ｖ、２軸タイプ、２台
インバーターにより４０Ｈｚで駆動
振動羽根：チタン製、６枚、図３３の寸法Ｄ_２＝５５ｍｍ
電極用補助羽根：チタン製、２枚（最上部及び最下部にのみ使用）、図３３の寸法Ｄ_２＝１５０ｍｍ
陽極部材及び陰極部材：
図５４のチタン製ラス網電極（厚さ３．０ｍｍ、ラス部厚さ１．５ｍｍ、網目の対角線長さ：一方１０ｍｍ、他方２０ｍｍ）
極間距離：チタン製ラス網電極間を２０ｍｍに設定（互いに平行）
電極部材の面積が小さいのを電極用補助羽根の表面積で補っている
電解液：蒸留水中に電解質ＫＯＨを２５重量％添加したもの、温度５５℃
陽極−陰極間の印加電圧：１．４Ｖ（直流）
電流密度：２０Ａ／ｄｍ²
水素ガスと酸素ガスとの混合ガスを極めて効率よく発生させることが出来た。

得られた混合ガスを燃焼させたところ、１００ｍｍ程度の長さの細い火炎が形成された。タングステン棒が白煙を上げて気化し、棒に穴があいた。３０００℃程度の火炎が得られているものと推定される。

本実施例において、装置の中央（陽極部材と陰極部材との中間）に隔膜を配置して、陽極部材側及び陰極部材側で別々にガスを捕集すると、水素ガスと酸素ガスとを別々に得ることが出来る。これを混合させることで、実施例１と同様な混合ガスとして使用することが出来る。但し、最初から分離せずに混合ガスとして捕集した方が燃焼時の火力が勝っていた。

［実施例３］
図２４〜２６に関し説明した装置を用いて、以下の条件で水素−酸素ガスを発生させた。

電解槽：
ステンレススチール製（内面に厚さ２ｍｍの耐熱性塩化ビニル樹脂貼付）
７４０ｍｍ×２１００ｍｍ×７００ｍｍ（Ｈ）
蓋部材：
ステンレススチール（ＳＵＳ３０４）製、図４及び図５のシール構造を採用
絶縁式振動撹拌手段：
振動モータ：（株）村上精機製作所製、４００Ｗ×３相×２００Ｖ、６台
インバーターにより４０Ｈｚで駆動
振動羽根：チタン製（陽極部材または陰極部材を兼用）、６枚
陽極部材及び陰極部材：
図５３の円柱状チタン網製ケース（籠体）電極を積み重ねたもの
電解液：蒸留水中に電解質ＫＯＨを２５重量％添加したもの、温度５５℃
陽極−陰極間の印加電圧：１．４Ｖ（直流）
電流密度：２０Ａ／ｄｍ²
水素ガスと酸素ガスとの混合ガスを極めて効率よく発生させることが出来た。

得られた混合ガスを燃焼させたところ、実施例２と同様に細い火炎が形成された。３０００℃程度の火炎を定常的に得ることが出来た。

本実施例において、装置の中央（陽極部材と陰極部材との中間）に隔膜を配置して、陽極部材側及び陰極部材側で別々にガスを捕集すると、水素ガスと酸素ガスとを別々に得ることが出来、別々に燃焼に使用することが出来るが、これを混合させることで、実施例１と同様な混合ガスとして爆発の危険性なく安全に溶接に使用することが出来る。

［実施例４］
図３０に関し説明したタイプの装置を用いて、以下の条件で水素−酸素ガスを発生させた。

電解槽：
ステンレススチール製（内面にプラスチックコート）
７００ｍｍ×３００ｍｍ×３５０ｍｍ（Ｈ）
蓋部材：
図１６，１７，１８，１９Ｂ、２０Ａに関し説明したもの、図４及び図５のシール構造を採用
絶縁式振動撹拌手段：
振動モータ：（株）村上精機製作所製、７５０Ｗ×３相×２００Ｖ
インバーターにより４０Ｈｚで駆動
振動羽根：チタン製（陽極部材または陰極部材を兼用）、５枚、図８のα＝１５°
振動棒：チタン合金製、直径１６ｍｍ
振動羽根用固定部材：チタン製
弾性部材シート（図８における１６ｐ）：テフロン（登録商標）シート
電解液：蒸留水中に電解質ＫＯＨを３０重量％添加したもの、温度５５℃
陽極−陰極間の印加電圧：２．７Ｖ（直流）
電流密度：２０Ａ／ｄｍ²
水素ガスと酸素ガスとの混合ガスを極めて効率よく発生させることが出来た。

得られた混合ガスを図２２の燃焼装置（溶剤してメタノールを使用）を使用して、燃焼させたところ、着色した１００ｍｍ程度の細長い火炎が形成された。チタン棒に穴をあけることができ、推定３０００℃程度の火炎による溶接への利用が可能であった。

［実施例５］
図４９〜５０に関し説明した装置（但し、振動撹拌手段は絶縁式のものとした）を用いて、以下の条件で水素−酸素ガスを発生させた。

電解槽：
ステンレススチール製（内面塩化ビニール被覆）、厚さ６ｍｍ
３２０ｍｍ×２２０ｍｍ×４４０ｍｍ（Ｈ）
蓋部材：
ステンレススチール製製、図４及び図５のシール構造を採用
絶縁式振動撹拌手段：
振動モータ：安川電機（株）製、７５Ｗ×３相×２００Ｖ
インバーターにより４５Ｈｚで駆動
振動羽根：ステンレス製、下向き１枚、上向き３枚、図８のα＝±１５°
電極対：
陽極部材：白金板、８枚
陰極部材：ステンレススチール板、９枚
振動撹拌部材からの距離：２５ｍｍ
電解液：蒸留水中に電解質ＫＯＨを２０重量％添加したもの、常温
陽極−陰極間の印加電圧：４Ｖ（直流）
電流：１００Ａ
水素ガスと酸素ガスとの混合ガスを極めて効率よく発生させることが出来た。

得られた混合ガスを、図２２の燃焼装置（シールポットの溶剤としてメタノール使用）を用いて燃焼させたところ、チタン板（４００ｘ２０ｘ０．５ｍｍ）、タンタル部材（１５０ｘ３ｍｍφ）及びタングステン板（１２０ｘ１５ｘ０．８ｍｍ）をいずれも数秒で溶解（チタン、タンタル）または昇華（タングステン）させることが出来た。これにより推定すると約７０００〜８０００℃の高温の火炎が安定して長時間得られた。

［実施例６］
図４７に関し説明した振動撹拌手段を用いて、以下の条件で水素−酸素ガスを発生させた。

電解槽：
ステンレススチール製（内面塩化ビニール被覆）
７５０ｍｍ×５００ｍｍ×５００ｍｍ（Ｈ）
蓋部材：
ステンレススチール製、図４及び図５のシール構造を採用
振動撹拌手段：
振動モータ：安川電機（株）製、２５０Ｗ×３相×２００Ｖ
インバーターにより５０Ｈｚで駆動
振動羽根：ステンレス製
陽極部材：チタン板
陰極部材：白金めっきチタン板
電解液：蒸留水中に電解質ＫＯＨを１５重量％添加したもの、６０℃
陽極−陰極間の印加電圧：１．５Ｖ（直流）
電流密度：２０Ａ／ｄｍ²
水素ガスと酸素ガスとの混合ガスを極めて効率よく発生させることが出来た。

得られた混合ガスを用いて、３０００℃程度で容易に金属溶接を行うことが出来た。これにより推定すると約７０００〜８０００℃の高温の火炎が得られた。

本実施例によれば、水素−酸素ガス発生装置の小型化及び軽量化ができた。

（１）驚くべきことに、振動撹拌手段または絶縁式振動撹拌手段を併用すると、陽極部材と陰極部材との間隔を２０ｍｍ以下にしても電解が良好に行なわれ、特に陽極部材及び陰極部材に対して高い均一性と高い流速とをもって電解液が接触するので、電気分解に必要なイオン供給が十分となり、結果として高電流密度が可能となり水素−酸素ガスの発生効率を大幅に向上させることができ、また高速電解が可能となる。

（２）電極間の間隔を低減することが可能になったことに伴い、１つのガス発生装置あたりの水素−酸素ガスの発生量を大幅に向上させることができる。

（３）ガス発生効率を大幅に向上させることが可能になったことに伴い、陽極部材及び陰極部材の数を大幅に低減しても、十分なガス発生量を得ることが出来、装置の小型化が可能である。特に、絶縁式振動撹拌手段を用いたものでは、振動羽根や電極用補助羽根を陽極部材または陰極部材として兼用できるので、一層の装置の小型化が可能である。

（４）振動撹拌手段または絶縁式振動撹拌手段の使用により、電解液中での水素−酸素ガスの泡立ちがなく、電気抵抗が大きくなることはない。これは、本発明により得られる水素−酸素ガスが極めて高純度であり且つＨ_２やＯ_２になる以前の発生期の水素や酸素に近い状態にあるためと推測される。

（５）本発明の装置は、深夜の安い電力を利用して、水素−酸素ガスを作り、これを貯蔵することにより、大需要に対する弾力的対応が可能である。電解の電源として直流パルス波形のものを用いれば、一層電力の節約になる。

（６）本発明の装置は、安全で危険のないカセットコンロの燃料供給源とすることができる。

（７）本発明の装置により得られたガスを使用して、従来の蓄熱冷暖房よりも優れた冷暖房装置を提供することができる。

（８）本発明の装置により発生するガスを用いて、小型、中型、大型の都市ゴミや産業廃棄物の焼却炉の燃焼を行なうことができ、これによれば無公害焼却が可能であるとともに経済性が高い。とくに、本発明の装置により発生するガスを用いたゴミ焼却では、燃焼の立ち上がり時点から高温燃焼が可能となり、塩素などのハロゲン系廃棄物を燃焼させても、ダイオキシンなどは発生しない。

（９）本発明の装置によれば、ボイラーやガスタービン等への燃料供給が可能である。

（１０）本発明の装置は、それより発生するガスの燃焼により生ずる成分は水のみであるから、安全で無公害のクリーンなガス発生装置として有用である。

（１１）船舶の燃料製造装置としても有用である。

（１２）必要に応じて、その都度所要比量のガスを発生させることが出来るので、実際上ガスタンクが殆ど不要になり、大量ガス貯蔵に伴う危険性がなくなる。

（１３）本発明の装置により発生するガスを溶接、溶断またはろうづけに使用した場合、アセチレンガスを用いた場合と比較して、酸素供給量を２５〜５０％程度低減することが出来、またガス中にカーボン成分を含まないので、溶接部位、溶断箇所またはろうづけ部位の黒化がない。

（１４）本発明の装置により発生するガスを用いて溶接、溶断またはろうづけ等の作業を行う場合、アセチレンガスやプロパンガスを用いて実施する場合に比べて、約６０〜７０％のコスト低減が可能である。

本発明による水素−酸素ガス発生装置の構成を示す断面図である。図１の装置の平面図である。図１の装置の断面図である。図１の装置の部分拡大断面図である。図１の装置の部分拡大平面図である。図１の装置の振動部材への振動棒の取り付け部の拡大断面図である。振動部材への振動棒の取り付け部の変形例を示す拡大断面図である。図１の装置の振動棒への振動羽根の取り付け部の拡大断面図である。振動羽根の長さとしなりの程度との関係を示すグラフである。振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。本発明による水素−酸素ガス発生装置を構成する振動撹拌手段の電解槽への取り付けの形態を示す断面図である。図１５に示される装置の断面図である。図１５に示される装置の平面図である。積層体の平面図である。積層体の平面図である。積層体の平面図である。積層体による電解槽の閉塞の様子を示す断面図である。積層体による電解槽の閉塞の様子を示す断面図である。積層体の断面図である。積層体の断面図である。積層体の断面図である。積層体の断面図である。積層体の断面図である。本発明による水素−酸素ガス発生装置のガス捕集手段の一部を示す図である。水素−酸素ガス発生装置により回収された水素−酸素ガスを利用するガス燃焼装置の一例を示す模式図である。振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。本発明による水素−酸素ガス発生装置の構成を示す断面図である。図２４の装置の断面図である。図２４の装置の平面図である。振動棒の電気的絶縁領域の近傍を示す部分拡大断面図である。振動棒の電気的絶縁領域の斜視図である。振動棒の電気的絶縁領域の平面図である。絶縁式振動撹拌手段の側面図である。絶縁式振動撹拌手段の断面図である。絶縁式振動撹拌手段の断面図である。振動羽根の近傍を示す断面図である。電極用補助羽根を示す図である。絶縁式振動撹拌手段の断面図である。絶縁式振動撹拌手段の断面図である。本発明による水素−酸素ガス発生装置の構成を示す断面図である。図３７の装置の断面図である。図３７の装置の平面図である。本発明による水素−酸素ガス発生装置の構成を示す部分断面図である。図４０の水素−酸素ガス発生装置の断面図である。絶縁式振動撹拌手段の構成を示す模式図である。絶縁式振動撹拌手段の構成を示す模式図である。絶縁式振動撹拌手段の構成を示す模式図である。絶縁式振動撹拌手段の構成を示す部分断面図である。図４５の装置の部分側面図である。絶縁式振動撹拌手段の構成を示す部分側面図である。本発明による水素−酸素ガス発生装置の構成を示す断面図である。本発明による水素−酸素ガス発生装置の構成を示す断面図である。図４９の装置の断面図である。本発明による水素−酸素ガス発生装置の構成を示す断面図である。図５１の装置の断面図である。電極部材を構成する円柱状チタン網ケースの斜視図である。電極部材の正面図である。振動発生手段と振動撹拌部材との接続形態を示す模式図である。振動発生手段と振動撹拌部材との接続形態を示す模式図である。振動発生手段と振動撹拌部材との接続形態を示す模式図である。振動発生手段と振動撹拌部材との接続形態を示す模式図である。振動発生手段と振動撹拌部材との接続形態を示す模式図である。

Claims

電解槽（Ａ）；
該電解槽内に収容される電解液と接するように配置される陽極部材及び陰極部材よりなる電極対と、前記陽極部材及び陰極部材の間に電圧を印加する電源とを含んでなる電気分解手段（Ｂ）；
少なくとも１つの振動発生手段と、該振動発生手段に連係して前記電解槽内で振動する少なくとも１つの振動棒、該振動棒に取り付けられた少なくとも１つの振動羽根及び前記振動棒と前記振動発生手段との連結部に又は前記振動棒の振動羽根を取り付けた部分より前記連結部に近い部分に設けられた電気的絶縁領域からなる絶縁式振動撹拌部材とを含んでなり、前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）；及び
前記電解槽内に収容される電解液の前記電気分解手段による電気分解で発生する水素ガス及び酸素ガスをそれぞれ単独に又はそれらの混合ガスとして捕集するためのガス捕集手段（Ｄ）を備えており、
前記絶縁式振動撹拌手段（Ｃ’）の前記振動棒の前記電気的絶縁領域に対する前記振動羽根を取り付けた部分の側に通電線が接続されており、前記振動羽根が複数の前記振動棒に取り付けられており、前記電気分解手段（Ｂ）の陽極部材及び陰極部材のそれぞれが前記複数の振動棒に取り付けられており、前記陽極部材は前記複数の振動棒のうちの少なくとも１つ及びそれに接続された前記通電線を介して前記電源と電気的に接続されており、前記陰極部材は前記複数の振動棒のうちの他の少なくとも１つ及びそれに接続された前記通電線を介して前記電源と電気的に接続されており、
前記振動棒及び前記通電線を介して前記電源と電気的に接続された前記振動羽根が前記陽極部材又は陰極部材として機能することを特徴とする水素−酸素ガス発生装置。
前記複数の振動棒のうちの少なくとも１つ及びそれに接続された前記通電線を介して前記電源と電気的に接続された前記振動羽根が前記陽極部材として機能し、及び／又は、前記複数の振動棒のうちの他の少なくとも１つ及びそれに接続された前記通電線を介して前記電源と電気的に接続された前記振動羽根が前記陰極部材として機能することを特徴とする、請求項１に記載の水素−酸素ガス発生装置。
前記振動棒には、前記電気的絶縁領域に対する前記振動羽根を取り付けた部分の側に、前記振動棒及び前記通電線を介して前記電源と電気的に接続された電極用補助羽根が取り付けられており、該電極用補助羽根は前記振動羽根より大きな面積を持ち且つ前記振動羽根の先端縁よりも更に突出せしめられており、前記電極用補助羽根が前記陽極部材又は陰極部材として機能することを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の水素−酸素ガス発生装置。
前記複数の振動棒には前記電気的絶縁領域に対する前記振動羽根を取り付けた部分の側に電極用補助羽根が取り付けられており、該電極用補助羽根は前記振動羽根より大きな面積を持ち且つ前記振動羽根の先端縁よりも更に突出せしめられており、前記複数の振動棒のうちの少なくとも１つ及びそれに接続された前記通電線を介して前記電源と電気的に接続された前記電極用補助羽根が前記陽極部材として機能し、及び／又は、前記複数の振動棒のうちの他の少なくとも１つ及びそれに接続された前記通電線を介して前記電源と電気的に接続された前記電極用補助羽根が前記陰極部材として機能することを特徴とする、請求項１〜２のいずれか一項に記載の水素−酸素ガス発生装置。
前記電極用補助羽根は前記振動羽根と交互に位置するように前記振動棒に取り付けられていることを特徴とする、請求項３〜４のいずれか一項に記載の水素−酸素ガス発生装置。
前記ガス捕集手段（Ｄ）は、前記電解槽に付設された蓋部材と、該蓋部材に設けられた水素−酸素ガス取出口に接続された水素−酸素ガス採取管とを含んでなり、前記振動棒は前記蓋部材を貫通して延びており、該蓋部材と前記振動棒との間には前記振動棒の振動を許容し且つ前記水素−酸素ガスの通過を阻止するためのシール手段が介在しており、前記水素−酸素ガス採取管にはシールポットが接続されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の水素−酸素ガス発生装置。
請求項１〜６のいずれか一項に記載の水素−酸素ガス発生装置を用い、前記電解液として５重量％〜３０重量％の電解質を含み液温２０℃〜１００℃でｐＨ７〜１０のものを用いて、電流密度７Ａ／ｄｍ^２〜４０Ａ／ｄｍ^２となるように前記電解液の電気分解を行なうことを特徴とする水素−酸素ガス発生方法。