JP4796373B2 - 燃料ガス生成装置 - Google Patents
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Description
従来、このようなブラウンガスを生成するブラウンガス生成装置は、電解液を電気分解してブラウンガスを発生させるための複数の電極板を有する電解手段と、電解手段に供給する電解液を貯留するとともに電解手段で発生したブラウンガスを回収する電解液タンクと、電解液及びブラウンガスを冷却する冷却装置と、電解手段の各電極板に直流電圧を供給する電源部等から構成されている(例えば、特許文献1参照)。
また、従来の電解手段では、26.8Aまたはそれ以上の大きな直流電流を(+)電極板と(−)電極板との間に常時流す方式であるため、これら電極板から発生する熱が非常に大きく、これによって電解液及びブラウンガスが過熱されてしまう。このため、従来のブラウンガス生成装置においては、電解液及びブラウンガスを冷却するための冷却装置が必要になり、装置の大型化を招来させるほか、設備費及び維持管理費が上昇するという問題がある。
請求項3の発明は、請求項2記載の燃料ガス生成装置において、前記給水タンクと前記各水流通管の水流入端との間は給水管により接続され、前記給水管の途中に前記給水タンクから前記各水流通管に水を供給するとともに水の供給量を調整するポンプが設けられていることを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項1記載の燃料ガス生成装置において、前記電解手段で発生した水素ガスと酸素ガスを混合するともに該混合ガスに外部から導入される所定量の空気を混合して燃料ガスを生成する燃料ガス混合手段と、前記電解手段で発生した水素ガス及び酸素ガス中の水分を分離し、水素ガス及び酸素ガスのみを前記燃料ガス混合手段に供給する気液分離手段とを備えることを特徴とする。
請求項7の発明は、請求項6記載の燃料ガス生成装置において、前記液体供給タンクと前記液体クラスター分解手段との間は給液管により接続され、前記給液管の途中に前記液体供給タンクから前記液体クラスター分解手段に液体を供給するとともに該液体の供給量を調整するポンプが設けられていることを特徴とする。
請求項9の発明は、請求項1記載の燃料ガス生成装置において、前記第2インパルス電流発生手段から発生するインパルス状の交番電流の電流値は1.4mA〜2.8mA、その電圧値は0.5V〜2.8V、その周波数は50Hz〜110Hzであることを特徴とする。
したがって、本発明によれば、水の電気分解により水素ガス及び酸素ガスを発生させるための電流は、周波数が50Hz〜110Hzのインパルス状交番電流であり、しかも、その電流値は1.4mA〜2.8mA程度で済むとともに、その電圧値も0.5V〜2.8V程度で済むため、水素ガス及び酸素ガスの生成に要する消費電力を大幅に削減することができる。
また、本発明によれば、原料となる水のクラスターを水クラスター分解手段で分解して水分子のブラウン運動が活発化された水質に変化させ、この水を電解手段で電気分解するようにしたので、電解手段での電気分解による水素ガス及び酸素ガスの発生量を大幅に増大できるともに、水素ガス及び酸素ガスの生成コストを低減することができる。
また、本発明によれば、燃料ガス混合手段により電解手段から発生した水素ガスと酸素ガスを混合し、かつ、この混合ガスに外部から導入される空気を混合して燃料ガスを生成するようにしたので、この燃料ガスの燃焼温度をこれら水素ガスと酸素ガス及び空気との混合比を変えることで調整することが可能になる。
また、本発明によれば、液体供給タンクから供給される、電極板へのスケールの付着を抑止するための液体を液体クラスター分解手段でクラスター分解し、このクラスター分解された液体と水クラスター分解手段でクラスター分解された水とを所定の割合で液体混合手段により混合して電解手段に供給するようにしたので、電解手段の電極板などへのスケールの付着を抑止することが可能になる。
(実施の形態1)
図1は本実施の形態1における燃料ガス生成装置の全体の構成図、図2は本実施の形態1における水クラスター分解手段の一部を拡大して示す説明図、図3は本実施の形態1における電解手段の電極板の説明図、図4は本実施の形態1におけるインパルス電流発生回路から発生するインパルス状交番電流の一例を示す波形図である。
なお、水21に水道水を使用する場合は、これに含まれている塩素を除去されていることが好ましい。これは水クラスター分解手段12においてインパルス状の交番磁界により水のクラスターを分解する時に悪影響を及ぼすからである。
この水クラスター分解手段12は、図1及び図2に示すように、給水タンク11から給水管111を通して供給される水を複数に分岐して流す所定長さの複数の合成樹脂製(例えばナイロン)水流通管121を有し、この各水流通管121の水流入側は集合管123に連結され、さらに、各水流通管121の水吐出側は集合管124に連結されている。また、各水流通管121の外周には絶縁材125を介してインパルス状の交番磁界を発生するコイル122がそれぞれ巻装されている。
また、水流通管121の水流入側集合管123は給水管111に接続されており、給水管111の途中には開閉弁22を介してポンプ23が設けられている。このポンプ23は給水タンク11から各水流通管121に水を供給するとともに水の供給量を調整するものである。
この液体クラスター分解手段15は、図1に示すように、第1インパルス電流発生手段13の場合と同様に、液体供給タンク14から給液管141を通して供給されるヘキサンを複数に分岐して流す所定長さの複数の合成樹脂製(例えばナイロン)液流通管151を有し、この各液流通管151の液流入側は集合管153に連結され、さらに、各液流通管151の液吐出側は集合管154に連結されている。また、各液流通管151の外周には絶縁材155を介してインパルス状の交番磁界を発生するコイル152がそれぞれ巻装されている。このコイル152には、第1インパルス電流発生手段13から発生する図4に示すような波形のインパルス状の交番電流が供給される。
また、液流通管151の液流入側集合管153は給液管141に接続されており、給液管141の途中には開閉弁24を介してポンプ25が設けられている。このポンプ25は液体供給タンク14から各液流通管151にヘキサンを供給するとともにヘキサンの供給量を調整するものである。
前記タンク161は水流通管121の水吐出側集合管124に導入管26を介して接続され、さらに、液流通管151の液吐出側集合管154に導入管27を介して接続されている。また、導入管26と27の途中には、クラスター分解済み水またはクラスター分解済みヘキサンの逆流を防止する逆止弁28、29がそれぞれ設けられている。
前記タンク161には、その内部圧力を測定する圧力計30が設けられている。また、タンク161と前記逆止弁28の水流入端との間は戻しパイプ31により接続され、この戻しパイプ31の途中には還流用のポンプ32が設けられている。さらに、タンク161は混合液導出管33を介して電解手段17に連通されている。
前記燃料ガス混合手段20は、気液分離手段19で水分の除去された水素ガスと酸素ガスを混合するともに、この混合ガスに外部から導入される所定量の空気を混合して燃料ガスを生成するものであり、この燃料ガス混合手段20は混合タンク201を有し、この混合タンク201の燃料ガス吐出口202はガス供給管203を介してバーナ等の燃焼装置35に接続されている。また、混合タンク201の空気導入口204には、燃料ガス混合手段20への空気の量を調整するポンプ36が設けられている。
第1インパルス電流発生手段13を動作させて、これから発生する低電流、低電圧かつ低周波数、例えば、電流値が2.8mA、電圧値が2.8V、周波数が114Hzのインパルス状交番電流を水クラスター分解手段12の各コイル122及び液体クラスター分解手段15の各コイル152に供給し、これら各コイル122、152に図4に示す波形に類似したインパルス状の交番磁界を発生させる。さらに、開閉弁22、24を開いた状態でポンプ23及び25を駆動して、給水タンク11から水21を水クラスター分解手段12の各水流通管121に分割して流し、また液体供給タンク14からのヘキサンを液体クラスター分解手段15の各液流通管151に分割して流す。この場合、給水タンク11から水クラスター分解手段12に流入される水21と液体供給タンク14から液体クラスター分解手段15に流入されるヘキサンとの割合は、水の流量が1であるのに対してヘキサンの流量は1/100である。また、これらの流量はポンプ23、25によって設定される。
一方、水クラスター分解手段12でクラスター分解された水は逆止弁28及び導入管26を通して液体混合手段16のタンク161に導入され、さらに、液体クラスター分解手段15でクラスター分解されたヘキサンは逆止弁29及び導入管27を通して液体混合手段16のタンク161に導入される。液体混合手段16ではクラスター分解済みの水とクラスター分解済みのヘキサンとを混合し、この混合液体は導出管33を通して電解手段17の密閉タンク171に送り込まれる。また、タンク161内の混合液体の圧力は圧力計30計測される。ここで、タンク161内の圧力は、例えば3kg/cm2 程度に設定され、この設定値以上になるとポンプ32が起動され、タンク161内の混合液を逆止弁28の水流入側へ戻し、タンク161内の圧力を設定値付近に制御する。
一方、電気分解により発生した水素ガスと酸素ガスのうち、水素ガスの比重は酸素ガスの比重より小さいため、水素ガスは密閉タンク171の空間171aの上部に集合され、密閉タンク171に設けた水素流出口173から導管174及び流量調整弁174aを通して気液分離手段19内に送り込まれる。また、水素ガスより比重の大きい酸素ガスは、その比重差によって空間171aの下部に集合され、密閉タンク171に設けた酸素流出口175から導管176及び流量調整弁176aを通して気液分離手段19内に送り込まれる。
なお、電解手段17から発生する水素ガスと酸素ガス中にはヘキサンの電気分解に伴う炭化水素ガスが含まれるが、この炭化水素ガスは水素ガス及び酸素ガスの発生量に比較して微量である。このため、後述する燃料ガス混合手段20から送り出される燃料ガスは水素を主成分とする低次炭化水素ガス燃料として創製される。
したがって、本実施の形態1による燃料ガス生成装置10の単位時間当り水素ガス及び酸素ガスの発生量は、500リットル×6=3000リットルとなる。
また、本実施の形態1によれば、燃料ガス混合手段20により電解手段17から発生した水素ガスと酸素ガスを混合し、かつ、この混合ガスに外部から導入される空気を混合して燃料ガスを生成するようにしたので、この燃料ガスの燃焼温度をこれら水素ガスと酸素ガス及び空気との混合比を変えることで調整することができる。因みに、本実施の形態1の方式では、1200℃〜3800℃の範囲で燃焼温度を調整できることが確認された。これにより、高温で大熱量の燃料ガスを生成することができる。
また、本実施の形態1によれば、液体供給タンク11から供給されるヘキサンを液体クラスター分解手段15でクラスター分解し、このクラスター分解されたヘキサンと水クラスター分解手段でクラスター分解された水とを所定の割合で液体混合手段16により混合して電解手段17に供給するようにしたので、電解手段17の電極板などへのスケールの付着を抑止することができる。
例えば、液体供給タンク14、液体クラスター分解手段15、液体混合手段16、気液分離手段19及び燃料ガス混合手段20の構成要素を省略し、給水タンク11、水クラスター分解手段12、第1インパルス電流発生手段13、電解手段17及び第2インパルス電流発生手段18のみから燃料ガス生成装置10を構成することも可能である。さらにまた、本発明は、給水タンク11、水クラスター分解手段12、第1インパルス電流発生手段13、電解手段17及び第2インパルス電流発生手段18の構成要素に液体供給タンク14、液体クラスター分解手段15及び液体混合手段16を組み合わせて燃料ガス生成装置10を構成することも可能である。
また、上記実施の形態1では、液体クラスター分解手段15へのインパルス状交番電流を第1インパルス電流発生手段13から供給する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、液体クラスター分解手段15用のインパルス電流発生手段を別に設けるようにしてもよい。
また、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。
12 水クラスター分解手段
13 第1インパルス電流発生手段
14 液体供給タンク
15 液体クラスター分解手段
16 液体混合手段
17 電解手段
18 第2インパルス電流発生手段
19 気液分離手段
20 燃料ガス混合手段
Claims (9)
- 給水タンクと、前記給水タンクから供給されてくる水のクラスターを分解するためのインパルス状の交番磁界を発生するコイルを有する水クラスター分解手段と、前記コイルにインパルス状の交番磁界を発生させるために低電圧かつ低周波数で低電流のインパルス状の交番電流を供給する第1インパルス電流発生手段と、前記水クラスター分解手段でクラスター分解された水を水素ガスと酸素ガスに電気分解する複数の電極板を有する電解手段と、前記クラスター分解された水を電気分解するために低電圧かつ低周波数で低電流のインパルス状の交番電流を前記電解手段の電極板に供給する第2インパルス電流発生手段とを備えることを特徴とする燃料ガス生成装置。
- 前記水クラスター分解手段は、前記給水タンクから供給される水を複数に分岐して流す所定長さの複数の水流通管を有し、前記各水流通管の水吐出側は集合されて前記電解手段に連通され、前記各水流通管の外周にはインパルス状の交番磁界を発生するコイルがそれぞれ巻装されていることを特徴とする請求項1記載の燃料ガス生成装置。
- 前記給水タンクと前記各水流通管の水流入端との間は給水管により接続され、前記給水管の途中に前記給水タンクから前記各水流通管に水を供給するとともに水の供給量を調整するポンプが設けられていることを特徴とする請求項2記載の燃料ガス生成装置。
- 前記電解手段で発生した水素ガスと酸素ガスを混合するともに該混合ガスに外部から導入される所定量の空気を混合して燃料ガスを生成する燃料ガス混合手段を備えることを特徴とする請求項1記載の燃料ガス生成装置。
- 前記電解手段で発生した水素ガスと酸素ガスを混合するともに該混合ガスに外部から導入される所定量の空気を混合して燃料ガスを生成する燃料ガス混合手段と、前記電解手段で発生した水素ガス及び酸素ガス中の水分を分離し、水素ガス及び酸素ガスのみを前記燃料ガス混合手段に供給する気液分離手段とを備えることを特徴とする請求項1記載の燃料ガス生成装置。
- 前記電解手段の電極板へのスケールの付着を抑止するための液体を供給する液体供給タンクと、前記液体供給タンクから供給されてくる液体のクラスターを分解して液体分子を活性化するためのインパルス状の交番磁界を発生するコイルを有する液体クラスター分解手段と、前記水クラスター分解手段から流出される水と前記液体クラスター分解手段から流出される液体とを所定の割合で混合して前記電解手段に供給する液体混合手段とを備え、前記液体クラスター分解手段のコイルには前記第1インパルス電流発生手段もしくは該第1インパルス電流発生手段と別構成のインパルス電流発生手段から低電圧かつ低周波数で低電流のインパルス状の交番電流が供給されるように構成したことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の燃料ガス生成装置。
- 前記液体供給タンクと前記液体クラスター分解手段との間は給液管により接続され、前記給液管の途中に前記液体供給タンクから前記液体クラスター分解手段に液体を供給するとともに該液体の供給量を調整するポンプが設けられていることを特徴とする請求項6記載の燃料ガス生成装置。
- 前記第1インパルス電流発生手段から発生するインパルス状の交番電流の電流値は1.4mA〜2.8mA、その電圧値は0.5V〜2.8V、その周波数は50Hz〜110Hzであることを特徴とする請求項1記載の燃料ガス生成装置。
- 前記第2インパルス電流発生手段から発生するインパルス状の交番電流の電流値は1.4mA〜2.8mA、その電圧値は0.5V〜2.8V、その周波数は50Hz〜110Hzであることを特徴とする請求項1記載の燃料ガス生成装置。
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