JPH08193287A - 水素・酸素ガス発生装置 - Google Patents
水素・酸素ガス発生装置Info
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- JPH08193287A JPH08193287A JP7024737A JP2473795A JPH08193287A JP H08193287 A JPH08193287 A JP H08193287A JP 7024737 A JP7024737 A JP 7024737A JP 2473795 A JP2473795 A JP 2473795A JP H08193287 A JPH08193287 A JP H08193287A
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- C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
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- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/05—Pressure cells
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 水電解セルを用いた水素・酸素ガス発生装置
として、ガス圧縮機を用いることなく、所望の高い圧力
のガスを高純度でかつ安全に供給することができる装置
を提供する。 【構成】 水電解セルを純水容器内の純水中に浸漬さ
せ、水電解セルの陽極室で発生した酸素ガスを純水容器
上部の酸素ガス分離室に導いてその上部に溜め、陰極室
で発生した水素ガスを気液分離装置に導いてその上部に
溜め、これらのガス圧力をそれぞれ検出し、酸素ガス分
離室から酸素ガスを外部へ導く第１のガス配管系および
気液分離装置から水素ガスを外部へ導く第２のガス配管
系の圧力を制御して、両者の圧力の差が定められた小さ
い範囲内とすなるようにコントロールする。また酸素ガ
ス分離室の水面、気液分離室の水面をそれぞれ検出し
て、圧力制御や純水容器への純水の注入の制御に利用す
る。
として、ガス圧縮機を用いることなく、所望の高い圧力
のガスを高純度でかつ安全に供給することができる装置
を提供する。 【構成】 水電解セルを純水容器内の純水中に浸漬さ
せ、水電解セルの陽極室で発生した酸素ガスを純水容器
上部の酸素ガス分離室に導いてその上部に溜め、陰極室
で発生した水素ガスを気液分離装置に導いてその上部に
溜め、これらのガス圧力をそれぞれ検出し、酸素ガス分
離室から酸素ガスを外部へ導く第１のガス配管系および
気液分離装置から水素ガスを外部へ導く第２のガス配管
系の圧力を制御して、両者の圧力の差が定められた小さ
い範囲内とすなるようにコントロールする。また酸素ガ
ス分離室の水面、気液分離室の水面をそれぞれ検出し
て、圧力制御や純水容器への純水の注入の制御に利用す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、純水を直接電気分解
することにより高純度の水素ガスおよび酸素ガスを発生
させる水素ガス・酸素ガス発生装置に関するものであ
り、特に半導体製造過程においてシリコン酸化膜や各種
ＣＶＤ膜、エピタキシャル成長膜などの薄膜、厚膜を生
成させるための各種成膜工程、あるいは熱処理工程、さ
らには原子力発電装置の冷却水配管系の腐食防止や火力
発電装置冷却用、また窯業やファインセラミック工業、
そのほか各種工業において必要とされる高純度の水素ガ
スおよび酸素ガスを発生させるための装置に関するもの
である。
することにより高純度の水素ガスおよび酸素ガスを発生
させる水素ガス・酸素ガス発生装置に関するものであ
り、特に半導体製造過程においてシリコン酸化膜や各種
ＣＶＤ膜、エピタキシャル成長膜などの薄膜、厚膜を生
成させるための各種成膜工程、あるいは熱処理工程、さ
らには原子力発電装置の冷却水配管系の腐食防止や火力
発電装置冷却用、また窯業やファインセラミック工業、
そのほか各種工業において必要とされる高純度の水素ガ
スおよび酸素ガスを発生させるための装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来一般に水素ガスは、石油化学工業や
ソーダ工業で発生する副成ガスから精製して、ガス圧縮
機によりガスボンベに高圧充填したり、冷却・液化した
りして輸送や貯蔵を行ないやすい形態とし、半導体製造
設備などに供給して使用するのが通常であった。しかし
ながら、水素ガスを高圧充填したガスボンベは、充填圧
力そのものが危険であるばかりでなく、輸送時や貯蔵時
に漏洩して引火、爆発する危険性がある。またガス圧縮
機により圧縮して高圧充填した水素ガスを半導体製造工
業等に用いた場合、ガス圧縮機の潤滑オイルによるハイ
ドロカーボンが不純物として製品品質を劣化させたり、
製品歩留りを低下させたりする等の問題が生じている。
ソーダ工業で発生する副成ガスから精製して、ガス圧縮
機によりガスボンベに高圧充填したり、冷却・液化した
りして輸送や貯蔵を行ないやすい形態とし、半導体製造
設備などに供給して使用するのが通常であった。しかし
ながら、水素ガスを高圧充填したガスボンベは、充填圧
力そのものが危険であるばかりでなく、輸送時や貯蔵時
に漏洩して引火、爆発する危険性がある。またガス圧縮
機により圧縮して高圧充填した水素ガスを半導体製造工
業等に用いた場合、ガス圧縮機の潤滑オイルによるハイ
ドロカーボンが不純物として製品品質を劣化させたり、
製品歩留りを低下させたりする等の問題が生じている。
【０００３】一方酸素ガスは、空気を冷却して深冷分離
し、液体酸素として精製し、その液体酸素の状態のまま
で半導体製造工程等の消費場所に輸送し、そのまま液体
状態で貯蔵して、使用時に気化してガス状態で使用した
り、あるいはガスボンベに高圧充填された状態で輸送、
貯蔵、消費したりするのが通常である。この場合酸素
は、水素とは異なり、それ自体で燃焼、爆発するもので
はないが、強い支燃性があるため、鉄等の金属をも燃焼
させ、また可燃物と混合されれば強力な爆発物となった
りするため、輸送時や貯蔵、使用時に水素と同様な危険
性がある。また酸素ガスの原料として空気を用いている
ため、空気中に含まれるハイドロカーボン等の不純物が
混入する問題があり、そのため水素ガスの製造に圧縮機
を用いた場合と同様に、半導体製造業においては不純物
による品質の劣化や歩留り低下等の問題があった。
し、液体酸素として精製し、その液体酸素の状態のまま
で半導体製造工程等の消費場所に輸送し、そのまま液体
状態で貯蔵して、使用時に気化してガス状態で使用した
り、あるいはガスボンベに高圧充填された状態で輸送、
貯蔵、消費したりするのが通常である。この場合酸素
は、水素とは異なり、それ自体で燃焼、爆発するもので
はないが、強い支燃性があるため、鉄等の金属をも燃焼
させ、また可燃物と混合されれば強力な爆発物となった
りするため、輸送時や貯蔵、使用時に水素と同様な危険
性がある。また酸素ガスの原料として空気を用いている
ため、空気中に含まれるハイドロカーボン等の不純物が
混入する問題があり、そのため水素ガスの製造に圧縮機
を用いた場合と同様に、半導体製造業においては不純物
による品質の劣化や歩留り低下等の問題があった。
【０００４】前述のような高圧充填した高圧水素ガスボ
ンベや液体酸素、高圧酸素ガスボンベの輸送、貯蔵に関
しては、最近では人口密集地を通ってこのような危険物
を輸送したり人口密集地に貯蔵したりすることに対して
住民の危険意識が強くなり、また実際に事故に対するリ
スクは極めて大きなものとなっており、また輸送コスト
も年々高くなっている。そで輸送上の危険がなくかつ輸
送コストも削減でき、しかもハイドロカーボンの混入の
おそれのないような、高純度水素ガスや高純度酸素ガス
の安定供給設備を開発することが強く求められている。
ンベや液体酸素、高圧酸素ガスボンベの輸送、貯蔵に関
しては、最近では人口密集地を通ってこのような危険物
を輸送したり人口密集地に貯蔵したりすることに対して
住民の危険意識が強くなり、また実際に事故に対するリ
スクは極めて大きなものとなっており、また輸送コスト
も年々高くなっている。そで輸送上の危険がなくかつ輸
送コストも削減でき、しかもハイドロカーボンの混入の
おそれのないような、高純度水素ガスや高純度酸素ガス
の安定供給設備を開発することが強く求められている。
【０００５】ところで、前述のような問題のうち、主と
して安全性に関する問題の解決策としては、水素ガスや
酸素ガスを消費する工場内に、水の電気分解によって水
素ガスおよび酸素ガスを発生させる水電解装置を設置す
ることが従来から考えられており、また一部では実施さ
れている。この場合、工場内で必要な時に必要な量だけ
水素ガス、酸素ガスを発生させることができるため、貯
蔵や輸送の必要がなく、したがってそれに伴なう危険性
を回避することができる。しかしながら従来の水電解装
置においては、その発生ガス圧力が低いため、一般には
ガス圧縮機を用いて加圧してガスを使用する必要があ
り、そのため設備が大型化せざるを得ないから、消費量
がある程度多量でなければ、設備コスト面からも、また
メンテナンス上からも、実際に導入することは不利とさ
れ、そのため現実に水電解装置を導入している工場は極
めて少なかったのが実情である。また既に述べたよう
に、ガス圧縮機を用いれば、圧縮機の潤滑オイルがハイ
ドロカーボン不純物として製品に混入する等の問題があ
り、そのため特に半導体製造工場などでは、前述のよう
な設備の導入がためらわれていたのである。
して安全性に関する問題の解決策としては、水素ガスや
酸素ガスを消費する工場内に、水の電気分解によって水
素ガスおよび酸素ガスを発生させる水電解装置を設置す
ることが従来から考えられており、また一部では実施さ
れている。この場合、工場内で必要な時に必要な量だけ
水素ガス、酸素ガスを発生させることができるため、貯
蔵や輸送の必要がなく、したがってそれに伴なう危険性
を回避することができる。しかしながら従来の水電解装
置においては、その発生ガス圧力が低いため、一般には
ガス圧縮機を用いて加圧してガスを使用する必要があ
り、そのため設備が大型化せざるを得ないから、消費量
がある程度多量でなければ、設備コスト面からも、また
メンテナンス上からも、実際に導入することは不利とさ
れ、そのため現実に水電解装置を導入している工場は極
めて少なかったのが実情である。また既に述べたよう
に、ガス圧縮機を用いれば、圧縮機の潤滑オイルがハイ
ドロカーボン不純物として製品に混入する等の問題があ
り、そのため特に半導体製造工場などでは、前述のよう
な設備の導入がためらわれていたのである。
【０００６】ところで水の電気分解のそのものについて
は、発生する水素ガス・酸素ガス量が消費量を上廻れ
ば、それらのガス圧が上昇することが良く知られてお
り、したがって原理的には、ガス圧縮機を用いないで、
所望の圧力の水素ガスや酸素ガスを発生できる筈であ
る。しかしながら、従来から広く使用されている水電解
セルでは、電解質の膜の強度やセルそのもののシール性
などの点から、材質的にも構造的にも耐圧性を大きくす
ることができず、そのためガス圧縮機を用いることなく
所望の圧力の水素ガスや酸素ガスを発生させることがで
きる水電解装置が従来は提供されていなかったのであ
る。
は、発生する水素ガス・酸素ガス量が消費量を上廻れ
ば、それらのガス圧が上昇することが良く知られてお
り、したがって原理的には、ガス圧縮機を用いないで、
所望の圧力の水素ガスや酸素ガスを発生できる筈であ
る。しかしながら、従来から広く使用されている水電解
セルでは、電解質の膜の強度やセルそのもののシール性
などの点から、材質的にも構造的にも耐圧性を大きくす
ることができず、そのためガス圧縮機を用いることなく
所望の圧力の水素ガスや酸素ガスを発生させることがで
きる水電解装置が従来は提供されていなかったのであ
る。
【０００７】例えば半導体製造工場では、パラジウムの
水素透過性を利用した水素純化器が広く使用されてお
り、この種の水素純化器は、高圧ガス取締法の取締対象
から除外されるため最高使用圧力が１０気圧以下に制限
されてはいるが、制限範囲内で可及的に高い圧力で使用
されるのが通常である。これは、水素純化器におけるパ
ラジウム透過セルでの圧力損を大きくすることによっ
て、高価なパラジウム透過セルの面積を少なくし、低コ
スト化を図るためである。一方固体高分子電解質膜を用
いた水電解セルでは、耐圧は４気圧程度であり、そのた
め前述のような水素純化器に、直接水電解装置を組合せ
て使用した場合には、水素純化器のパラジウム透過セル
の面積を数倍も大きくしなければならず、そのためコス
ト面等から実用化が困難であった。したがってこの場合
はガス圧縮機を介在せざるを得ないが、その場合には既
に述べたようなハイドロカーボン不純物による製品品質
劣化や歩留り低下の問題が生じるから、従来は半導体製
造工場においては水の電気分解による発生ガスは使用さ
れていなかったのである。
水素透過性を利用した水素純化器が広く使用されてお
り、この種の水素純化器は、高圧ガス取締法の取締対象
から除外されるため最高使用圧力が１０気圧以下に制限
されてはいるが、制限範囲内で可及的に高い圧力で使用
されるのが通常である。これは、水素純化器におけるパ
ラジウム透過セルでの圧力損を大きくすることによっ
て、高価なパラジウム透過セルの面積を少なくし、低コ
スト化を図るためである。一方固体高分子電解質膜を用
いた水電解セルでは、耐圧は４気圧程度であり、そのた
め前述のような水素純化器に、直接水電解装置を組合せ
て使用した場合には、水素純化器のパラジウム透過セル
の面積を数倍も大きくしなければならず、そのためコス
ト面等から実用化が困難であった。したがってこの場合
はガス圧縮機を介在せざるを得ないが、その場合には既
に述べたようなハイドロカーボン不純物による製品品質
劣化や歩留り低下の問題が生じるから、従来は半導体製
造工場においては水の電気分解による発生ガスは使用さ
れていなかったのである。
【０００８】ところで上述のような問題を解決するため
の一つの方策として、本発明者等は、電気分解により水
素ガス、酸素ガスを発生させるための水電解セルを、純
水を満たした容器内に収納した構成の水素・酸素ガス発
生装置を考えている。このように純水を満たした容器内
に水電解セルを収納した構成に関しては、既に特表昭６
３−５０２９０８号の「水の電気分解方法およびその装
置」、特公平１−２４７５９１号の「水素製造装置」、
特開平６−３３２８３号の「水素発生装置」により提案
されている。
の一つの方策として、本発明者等は、電気分解により水
素ガス、酸素ガスを発生させるための水電解セルを、純
水を満たした容器内に収納した構成の水素・酸素ガス発
生装置を考えている。このように純水を満たした容器内
に水電解セルを収納した構成に関しては、既に特表昭６
３−５０２９０８号の「水の電気分解方法およびその装
置」、特公平１−２４７５９１号の「水素製造装置」、
特開平６−３３２８３号の「水素発生装置」により提案
されている。
【０００９】これらの提案のうち、先ず特表昭６３−５
０２９０８号の「水の電気分解方法およびその装置」に
おいては、水電解セルを包囲するハウジングを設け、こ
のハウジングと水電解セルとの間にアノードからの排水
を導き、ある程度の高い圧力までの水素ガス等を発生で
きるようにし、ガス圧縮機の必要性を部分的に排除しよ
うとしているが、この提案では、水電解セルのアノード
側とカソード側の圧力をバランスさせる技術、正確には
水素ガスと酸素ガスの圧力をバランスさせる技術が開示
されておらず、そのためアノード側とカソード側を仕切
る固体電解質膜等の隔膜の耐圧以上に高い圧力のガスを
発生させることは、隔膜破壊を引き起こす等の危険性が
あり、任意の所望の高い圧力のガスを発生させることは
困難である。一般に半導体製造等においては、高圧ガス
取締法に抵触しない程度に高い圧力、すなわち１０気圧
程度、実際には９．５気圧程度の圧力の水素ガス等の発
生が望まれるが、公知の固体電解質膜等の隔膜の耐圧は
せいぜい４〜５気圧程度であるから、このような圧力の
水素ガス等を直接発生させることは困難であった。
０２９０８号の「水の電気分解方法およびその装置」に
おいては、水電解セルを包囲するハウジングを設け、こ
のハウジングと水電解セルとの間にアノードからの排水
を導き、ある程度の高い圧力までの水素ガス等を発生で
きるようにし、ガス圧縮機の必要性を部分的に排除しよ
うとしているが、この提案では、水電解セルのアノード
側とカソード側の圧力をバランスさせる技術、正確には
水素ガスと酸素ガスの圧力をバランスさせる技術が開示
されておらず、そのためアノード側とカソード側を仕切
る固体電解質膜等の隔膜の耐圧以上に高い圧力のガスを
発生させることは、隔膜破壊を引き起こす等の危険性が
あり、任意の所望の高い圧力のガスを発生させることは
困難である。一般に半導体製造等においては、高圧ガス
取締法に抵触しない程度に高い圧力、すなわち１０気圧
程度、実際には９．５気圧程度の圧力の水素ガス等の発
生が望まれるが、公知の固体電解質膜等の隔膜の耐圧は
せいぜい４〜５気圧程度であるから、このような圧力の
水素ガス等を直接発生させることは困難であった。
【００１０】また特公平１−２４７５９１号の「水素製
造装置」の提案では、高圧水ポンプから送られる純水で
満たした高圧容器内に水電解セルを収納し、さらにその
高圧容器の排水口に設けた水圧制御弁を介して高圧水ポ
ンプから送られる純水を排水することにより、高圧容器
内の純水水圧を一定に保てるようにし、さらに水電解セ
ルから発生した水素と酸素を高圧容器上部を互いに混じ
り合わない隔壁で仕切って設けたガス室に貯蔵し、その
ガス室の下部を各々高圧容器内の純水に接するようにし
て、純水水圧と水素ガスおよび酸素ガスの各圧力が常に
バランスするようにしている。このような提案の技術で
は、アノード側とカソード側を仕切る固体電解質膜等の
隔膜に差圧が作用することがなく、そのため、水素ガス
と酸素ガスの圧力を高くしても水電解セルの隔膜が破壊
するおそれがない。しかしながら、高圧容器内の水素ガ
ス室と酸素ガス室に貯蔵されている水素ガスと酸素ガス
を正確に２：１の割合で取り出す技術が開示されておら
ず、そのため発生割合に比べ消費割合がバランスしない
と、消費割合の少ない方のガスの体積が膨脹し、下方の
両室が連続している部分において一方のガス室から他方
のガス室にガスが混入して爆鳴気が生成されたり、高圧
容器内の水がガス取り出し配管から流出する等のおそれ
があり、したがって安定して安全に使用する上で問題が
ある。
造装置」の提案では、高圧水ポンプから送られる純水で
満たした高圧容器内に水電解セルを収納し、さらにその
高圧容器の排水口に設けた水圧制御弁を介して高圧水ポ
ンプから送られる純水を排水することにより、高圧容器
内の純水水圧を一定に保てるようにし、さらに水電解セ
ルから発生した水素と酸素を高圧容器上部を互いに混じ
り合わない隔壁で仕切って設けたガス室に貯蔵し、その
ガス室の下部を各々高圧容器内の純水に接するようにし
て、純水水圧と水素ガスおよび酸素ガスの各圧力が常に
バランスするようにしている。このような提案の技術で
は、アノード側とカソード側を仕切る固体電解質膜等の
隔膜に差圧が作用することがなく、そのため、水素ガス
と酸素ガスの圧力を高くしても水電解セルの隔膜が破壊
するおそれがない。しかしながら、高圧容器内の水素ガ
ス室と酸素ガス室に貯蔵されている水素ガスと酸素ガス
を正確に２：１の割合で取り出す技術が開示されておら
ず、そのため発生割合に比べ消費割合がバランスしない
と、消費割合の少ない方のガスの体積が膨脹し、下方の
両室が連続している部分において一方のガス室から他方
のガス室にガスが混入して爆鳴気が生成されたり、高圧
容器内の水がガス取り出し配管から流出する等のおそれ
があり、したがって安定して安全に使用する上で問題が
ある。
【００１１】また特開平６−３３２８３号の「水素発生
装置」の提案では、水室を形成する水タンクに、複数の
セルから構成されている水電解セルを漬け、各セルに直
列配管で水を供給していた時に発生する各セルへの水供
給不足を解消した水素発生装置に関する技術を開示して
いる。この提案の技術は、圧力の高い水素ガス等の発生
を目的としたものではなく、圧力調整等の機能が含まれ
ておらず、そのため高圧の水素ガス等の発生は全く不可
能である。
装置」の提案では、水室を形成する水タンクに、複数の
セルから構成されている水電解セルを漬け、各セルに直
列配管で水を供給していた時に発生する各セルへの水供
給不足を解消した水素発生装置に関する技術を開示して
いる。この提案の技術は、圧力の高い水素ガス等の発生
を目的としたものではなく、圧力調整等の機能が含まれ
ておらず、そのため高圧の水素ガス等の発生は全く不可
能である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】この発明は前述のよう
な事情を背景としてなされたもので、ガス圧縮機を用い
ることなく、所望の圧力の水素ガスおよび酸素ガスを発
生できるようにし、これによってガス圧縮機から発生す
るハイドロカーボン等の不純物が含まれないようにする
こと等により、高純度の水素ガスおよび酸素ガスを、低
コストで高い信頼性をもって安定して供給することが可
能な水素・酸素ガス発生装置を提供することを目的とす
るものである。そしてまたこの発明では、純水容器に水
電解セルを浸し、かつその水面とガス圧を制御できるよ
うにして、安定かつ安全に高圧の水素ガスおよび酸素ガ
スを発生させるようにした水素・酸素ガス発生装置を提
供することを目的としている。
な事情を背景としてなされたもので、ガス圧縮機を用い
ることなく、所望の圧力の水素ガスおよび酸素ガスを発
生できるようにし、これによってガス圧縮機から発生す
るハイドロカーボン等の不純物が含まれないようにする
こと等により、高純度の水素ガスおよび酸素ガスを、低
コストで高い信頼性をもって安定して供給することが可
能な水素・酸素ガス発生装置を提供することを目的とす
るものである。そしてまたこの発明では、純水容器に水
電解セルを浸し、かつその水面とガス圧を制御できるよ
うにして、安定かつ安全に高圧の水素ガスおよび酸素ガ
スを発生させるようにした水素・酸素ガス発生装置を提
供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前述のような課題を解決
するため、請求項１の発明は、固体高分子電解質等の隔
膜により分離された陽極室と陰極室とを有する水電解セ
ルにより、純水を直接電気分解して水素ガスと酸素ガス
とを発生させるための水素・酸素ガス発生装置におい
て：陽極室下部に外部と連通した連通口を設けるととも
に、純水の電気分解で発生した酸素ガスを陽極室側から
その上方へ導く酸素導出管を設けた水電解セルと、その
水電解セルを収容しかつその水電解セルを純水中に浸漬
させた状態で支持し、しかも上部に前記酸素導出管の上
部開口端が開放される酸素ガス分離室を形成した純水容
器と、純水の電気分解で発生した水素ガスを水電解セル
の陰極室の上部から純水容器の外部へ導く水素導出管に
接続された気液分離装置と、前記酸素ガス分離室の上部
に溜まる酸素ガスの圧力を検出するための第１のガス圧
力検出手段と、気液分離装置の上部に溜まる水素ガスの
圧力を検出するための第２のガス圧力検出手段と、酸素
ガス分離室の上部に溜まる酸素ガスを外部に取り出すた
めの第１のガス配管系と、前記気液分離装置の上部に溜
まる水素ガスを外部に取り出すための第２のガス配管系
と、前記第１及び第２のガス圧力検出手段で検出した圧
力検出値に基いて第１及び第２のガス配管系を制御し
て、酸素ガス分離室の上部に溜まる酸素ガスの圧力およ
び気液分離装置の上部に溜まる水素ガスの圧力をそれぞ
れ制御するためのガス圧力制御手段と、水電解セルに電
力を供給する直流電源と、その直流電源を制御して、水
素ガス圧力もしくは酸素ガス圧力が予め定められた圧力
になるように水電解セルに供給する電力を制御する電力
制御装置、とを有してなることを特徴とするものであ
る。
するため、請求項１の発明は、固体高分子電解質等の隔
膜により分離された陽極室と陰極室とを有する水電解セ
ルにより、純水を直接電気分解して水素ガスと酸素ガス
とを発生させるための水素・酸素ガス発生装置におい
て：陽極室下部に外部と連通した連通口を設けるととも
に、純水の電気分解で発生した酸素ガスを陽極室側から
その上方へ導く酸素導出管を設けた水電解セルと、その
水電解セルを収容しかつその水電解セルを純水中に浸漬
させた状態で支持し、しかも上部に前記酸素導出管の上
部開口端が開放される酸素ガス分離室を形成した純水容
器と、純水の電気分解で発生した水素ガスを水電解セル
の陰極室の上部から純水容器の外部へ導く水素導出管に
接続された気液分離装置と、前記酸素ガス分離室の上部
に溜まる酸素ガスの圧力を検出するための第１のガス圧
力検出手段と、気液分離装置の上部に溜まる水素ガスの
圧力を検出するための第２のガス圧力検出手段と、酸素
ガス分離室の上部に溜まる酸素ガスを外部に取り出すた
めの第１のガス配管系と、前記気液分離装置の上部に溜
まる水素ガスを外部に取り出すための第２のガス配管系
と、前記第１及び第２のガス圧力検出手段で検出した圧
力検出値に基いて第１及び第２のガス配管系を制御し
て、酸素ガス分離室の上部に溜まる酸素ガスの圧力およ
び気液分離装置の上部に溜まる水素ガスの圧力をそれぞ
れ制御するためのガス圧力制御手段と、水電解セルに電
力を供給する直流電源と、その直流電源を制御して、水
素ガス圧力もしくは酸素ガス圧力が予め定められた圧力
になるように水電解セルに供給する電力を制御する電力
制御装置、とを有してなることを特徴とするものであ
る。
【００１４】また請求項２の発明の水素・酸素ガス発生
装置は、請求項１に記載の水素・酸素ガス発生装置にお
いて、さらに、前記酸素ガス分離室の水面位置を検出す
るための第１の水面検出手段を備えており、その第１の
水面検出手段により検出された酸素ガス分離室の水面位
置に応じて前記純水注入手段が純水を純水容器内に注入
するように構成されていることを特徴とするものであ
る。
装置は、請求項１に記載の水素・酸素ガス発生装置にお
いて、さらに、前記酸素ガス分離室の水面位置を検出す
るための第１の水面検出手段を備えており、その第１の
水面検出手段により検出された酸素ガス分離室の水面位
置に応じて前記純水注入手段が純水を純水容器内に注入
するように構成されていることを特徴とするものであ
る。
【００１５】さらに請求項３の発明の水素・酸素ガス発
生装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の水素・酸
素ガス発生装置において、さらに、前記気液分離装置の
水面を検出するための第２の水面検出手段を備えてお
り、その第２の水面検出手段により検出された気液分離
装置の水面位置に応じて気液分離装置内に溜った水を排
水するように構成されていることを特徴とするものであ
る。
生装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の水素・酸
素ガス発生装置において、さらに、前記気液分離装置の
水面を検出するための第２の水面検出手段を備えてお
り、その第２の水面検出手段により検出された気液分離
装置の水面位置に応じて気液分離装置内に溜った水を排
水するように構成されていることを特徴とするものであ
る。
【００１６】さらにまた請求項４の発明は、請求項１も
しくは請求項２に記載の水素・酸素ガス発生装置におい
て、前記気液分離装置の水面を検出する第２の水面検出
手段を有しており、さらに気液分離装置内に溜まった水
を排出する排水管を純水容器に配管接続するとともに、
その排水管の系路に、気液分離装置に溜まった水を純水
容器に戻すポンプを設け、前記第２の水面検出手段によ
り検出された気液分離装置の水面位置に応じて前記ポン
プを作動させるように構成したことを特徴とするもので
ある。
しくは請求項２に記載の水素・酸素ガス発生装置におい
て、前記気液分離装置の水面を検出する第２の水面検出
手段を有しており、さらに気液分離装置内に溜まった水
を排出する排水管を純水容器に配管接続するとともに、
その排水管の系路に、気液分離装置に溜まった水を純水
容器に戻すポンプを設け、前記第２の水面検出手段によ
り検出された気液分離装置の水面位置に応じて前記ポン
プを作動させるように構成したことを特徴とするもので
ある。
【００１７】そしてまた請求項５の発明の水素・酸素ガ
ス発生装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の水素
・酸素ガス発生装置において、前記気液分離装置の水面
を検出する第２の水面検出手段を有しており、さらに気
液分離装置に溜まった水を排出する排水管を純水容器に
配管接続するとともに、その配管系路の途中にバルブを
設け、そのバルブの開閉を第２の水面検出手段により検
出された気液分離装置の水面位置に応じて制御するよう
に構成するとともに、前記酸素ガス分離室上部に溜まる
酸素ガス圧力より気液分離装置の上部に溜まる水素ガス
圧力の方が高くなるように制御するように構成したこと
を特徴とするものである。
ス発生装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の水素
・酸素ガス発生装置において、前記気液分離装置の水面
を検出する第２の水面検出手段を有しており、さらに気
液分離装置に溜まった水を排出する排水管を純水容器に
配管接続するとともに、その配管系路の途中にバルブを
設け、そのバルブの開閉を第２の水面検出手段により検
出された気液分離装置の水面位置に応じて制御するよう
に構成するとともに、前記酸素ガス分離室上部に溜まる
酸素ガス圧力より気液分離装置の上部に溜まる水素ガス
圧力の方が高くなるように制御するように構成したこと
を特徴とするものである。
【００１８】さらに請求項６の発明の水素・酸素ガス発
生装置は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の水素
・酸素ガス発生装置において、前記ガス圧力制御手段
が、酸素ガス分離室の上部の酸素ガス圧力と気液分離室
の上部の水素ガス圧力との差が予め定めた範囲内となる
ように制御する構成とされていることを特徴とするもの
である。
生装置は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の水素
・酸素ガス発生装置において、前記ガス圧力制御手段
が、酸素ガス分離室の上部の酸素ガス圧力と気液分離室
の上部の水素ガス圧力との差が予め定めた範囲内となる
ように制御する構成とされていることを特徴とするもの
である。
【００１９】一方請求項７の発明の水素・酸素ガス発生
装置は、固体高分子電解質等の隔膜により分離された陽
極室と陰極室とを有する水電解セルにより、純水を直接
電気分解して水素ガスと酸素ガスとを発生させるための
水素・酸素ガス発生装置において：酸素ガスが発生する
陽極室下部に外部に連通した連通口を設けるとともに、
純水の電気分解で発生した酸素ガスを陽極室からその上
方へ導く酸素導出管と、純水の電気分解で発生した水素
ガスを陰極室からその上方へ導く水素導出管とを設けた
水電解セルと、水電解セルを収容しかつその水電解セル
を純水中に浸漬させた状態で保持し、しかも上部に隔離
板を設けて互いにガスがリークして混じり合わない構造
の酸素室および水素室を区画形成し、その酸素室および
水素室に、それぞれ前記酸素導出管および水素導出管の
上部開口端を開放させた純水容器と、前記酸素室の水面
位置を検出する第１の水面検出手段と、前記水素室の水
面位置を検出する第２の水面検出手段と、前記酸素室の
上部に溜まる酸素ガスを外部に取り出すためのガス配管
系であって、かつ外部への酸素ガス供給流量を制御する
流量制御器およびリーク側酸素ガス流量を制御する流量
制御器とを備えた第１のガス配管系と、前記水素室の上
部に溜まる水素ガスを外部に取り出すためのガス配管系
であって、かつ水素ガス流量を検出する流量計を備えた
第２のガス配管系と、前記第２のガス配管系の流量計の
計測値に基いて第１のガス配管系の流量制御器のいずれ
か一方または双方を制御するとともに、第２の水面検出
手段もしくは第１の水面検出手段により検出された水面
位置に応じて第１のガス配管系のリーク側流量制御器を
制御するガス流量制御手段と、前記第１の水面検出手段
もしくは第２の水面検出手段により検出された水面レベ
ルに応じて純水容器に純水を注入するための純水注入手
段と、水電解セルに電力を供給する直流電源と、その直
流電源を第２のガス配管系もしくは第１のガス配管系に
設けたガス圧力検出手段により検出された圧力に基き制
御して、ガス圧力が予め定められた設定圧力になるよう
に水電解セルに供給する電力を制御する電力制御装置、
とを有してなることを特徴とするものである。
装置は、固体高分子電解質等の隔膜により分離された陽
極室と陰極室とを有する水電解セルにより、純水を直接
電気分解して水素ガスと酸素ガスとを発生させるための
水素・酸素ガス発生装置において：酸素ガスが発生する
陽極室下部に外部に連通した連通口を設けるとともに、
純水の電気分解で発生した酸素ガスを陽極室からその上
方へ導く酸素導出管と、純水の電気分解で発生した水素
ガスを陰極室からその上方へ導く水素導出管とを設けた
水電解セルと、水電解セルを収容しかつその水電解セル
を純水中に浸漬させた状態で保持し、しかも上部に隔離
板を設けて互いにガスがリークして混じり合わない構造
の酸素室および水素室を区画形成し、その酸素室および
水素室に、それぞれ前記酸素導出管および水素導出管の
上部開口端を開放させた純水容器と、前記酸素室の水面
位置を検出する第１の水面検出手段と、前記水素室の水
面位置を検出する第２の水面検出手段と、前記酸素室の
上部に溜まる酸素ガスを外部に取り出すためのガス配管
系であって、かつ外部への酸素ガス供給流量を制御する
流量制御器およびリーク側酸素ガス流量を制御する流量
制御器とを備えた第１のガス配管系と、前記水素室の上
部に溜まる水素ガスを外部に取り出すためのガス配管系
であって、かつ水素ガス流量を検出する流量計を備えた
第２のガス配管系と、前記第２のガス配管系の流量計の
計測値に基いて第１のガス配管系の流量制御器のいずれ
か一方または双方を制御するとともに、第２の水面検出
手段もしくは第１の水面検出手段により検出された水面
位置に応じて第１のガス配管系のリーク側流量制御器を
制御するガス流量制御手段と、前記第１の水面検出手段
もしくは第２の水面検出手段により検出された水面レベ
ルに応じて純水容器に純水を注入するための純水注入手
段と、水電解セルに電力を供給する直流電源と、その直
流電源を第２のガス配管系もしくは第１のガス配管系に
設けたガス圧力検出手段により検出された圧力に基き制
御して、ガス圧力が予め定められた設定圧力になるよう
に水電解セルに供給する電力を制御する電力制御装置、
とを有してなることを特徴とするものである。
【００２０】また請求項８の発明の水素・酸素ガス発生
装置は、請求項７に記載の水素・酸素ガス発生装置にお
いて、前記ガス流量制御手段が、第１のガス配管系にお
ける外部供給側流量制御器とリーク側流量制御器におけ
る合計酸素流量を、第１のガス配管系における水素ガス
流量の１／２となるように制御する構成とするものであ
る。
装置は、請求項７に記載の水素・酸素ガス発生装置にお
いて、前記ガス流量制御手段が、第１のガス配管系にお
ける外部供給側流量制御器とリーク側流量制御器におけ
る合計酸素流量を、第１のガス配管系における水素ガス
流量の１／２となるように制御する構成とするものであ
る。
【００２１】さらに請求項９の発明の水素・酸素ガス発
生装置は、請求項１〜８のいずれかに記載の水素・酸素
ガス発生装置において、水流ポンプと熱交換器とイオン
交換樹脂塔と濾過器とを直列に配置してなるループ配管
を純水容器に接続したことを特徴とするものである。
生装置は、請求項１〜８のいずれかに記載の水素・酸素
ガス発生装置において、水流ポンプと熱交換器とイオン
交換樹脂塔と濾過器とを直列に配置してなるループ配管
を純水容器に接続したことを特徴とするものである。
【００２２】さらにまた請求項１０の発明の水素・酸素
ガス発生装置は、請求項１〜８のいずれかに記載の水素
・酸素ガス発生装置において、前記純水容器に設けられ
た純水流出口と水電解セルの連通口との間に、水流ポン
プと熱交換器とイオン交換樹脂塔と濾過器とを直列状に
介在させた純水供給配管を接続したことを特徴とするも
のである。
ガス発生装置は、請求項１〜８のいずれかに記載の水素
・酸素ガス発生装置において、前記純水容器に設けられ
た純水流出口と水電解セルの連通口との間に、水流ポン
プと熱交換器とイオン交換樹脂塔と濾過器とを直列状に
介在させた純水供給配管を接続したことを特徴とするも
のである。
【００２３】そして請求項１１の発明の水素・酸素ガス
発生装置は、請求項１〜１０のいずれかに記載の水素・
酸素ガス発生装置において、純水容器の外部に純水容器
を冷水または冷風で冷却する冷却手段を設けたことを特
徴とするものである。
発生装置は、請求項１〜１０のいずれかに記載の水素・
酸素ガス発生装置において、純水容器の外部に純水容器
を冷水または冷風で冷却する冷却手段を設けたことを特
徴とするものである。
【００２４】そしてまた請求項１２の発明の水素・酸素
ガス発生装置は、請求項１〜１１のいずれかに記載の水
素・酸素ガス発生装置において、第１および第２のガス
配管系のそれぞれに、設定圧力以上でガス流路が開とな
り設定圧力より低いときには閉となる保圧手段を設けた
ことを特徴とするものである。
ガス発生装置は、請求項１〜１１のいずれかに記載の水
素・酸素ガス発生装置において、第１および第２のガス
配管系のそれぞれに、設定圧力以上でガス流路が開とな
り設定圧力より低いときには閉となる保圧手段を設けた
ことを特徴とするものである。
【００２５】また請求項１３の発明の水素・酸素ガス発
生装置は、請求項１〜１２のいずれかに記載の水素・酸
素ガス発生装置において、純水容器内にイオン交換樹脂
を収容したことを特徴とするものである。
生装置は、請求項１〜１２のいずれかに記載の水素・酸
素ガス発生装置において、純水容器内にイオン交換樹脂
を収容したことを特徴とするものである。
【００２６】さらに請求項１４の発明の水素・酸素ガス
発生装置は、請求項１〜１３のいずれかに記載の水素・
酸素ガス発生装置において、第１のガス配管系および第
２のガス配管系のいずれかまたは双方にガス乾燥器を設
けたことを特徴とするものである。
発生装置は、請求項１〜１３のいずれかに記載の水素・
酸素ガス発生装置において、第１のガス配管系および第
２のガス配管系のいずれかまたは双方にガス乾燥器を設
けたことを特徴とするものである。
【００２７】さらにまた請求項１５の発明の水素・酸素
ガス発生装置は、請求項１〜１４のいずれかに記載の水
素・酸素ガス発生装置において、純水容器材料にステン
レス鋼を用い、その内表面に酸化不働態膜を形成したこ
とを特徴とするものである。
ガス発生装置は、請求項１〜１４のいずれかに記載の水
素・酸素ガス発生装置において、純水容器材料にステン
レス鋼を用い、その内表面に酸化不働態膜を形成したこ
とを特徴とするものである。
【００２８】
【作用】請求項１の発明の水素・酸素ガス発生装置にお
いては、水電解セルの陽極室で発生した酸素ガスは酸素
導出管を経て純水とともに純水容器の上部の酸素ガス分
離室に導かれて、その上部に溜まり、一方水電解セルの
陰極室で発生した水素ガスは水素導出管を経て純水とと
もに気液分離装置に流入し、その上部に溜まる。酸素ガ
ス分離室の上部に溜った酸素ガスは第１のガス配管系に
導かれて外部へ供給され、気液分離装置の上部に溜った
水素ガスは第２のガス配管系に導かれて外部へ供給され
る。
いては、水電解セルの陽極室で発生した酸素ガスは酸素
導出管を経て純水とともに純水容器の上部の酸素ガス分
離室に導かれて、その上部に溜まり、一方水電解セルの
陰極室で発生した水素ガスは水素導出管を経て純水とと
もに気液分離装置に流入し、その上部に溜まる。酸素ガ
ス分離室の上部に溜った酸素ガスは第１のガス配管系に
導かれて外部へ供給され、気液分離装置の上部に溜った
水素ガスは第２のガス配管系に導かれて外部へ供給され
る。
【００２９】ここで酸素ガス分離室の酸素ガスの圧力は
第１の圧力検出手段によって検出され、気液分離装置の
水素ガスの圧力は第２の圧力検出手段によって検出され
る。そしてこれらの圧力検出値に基いて、ガス圧力制御
手段により酸素ガス分離室の酸素ガス圧力、気液分離装
置の水素ガス圧力が制御される。具体的には、例えば請
求項６に規定したように、酸素ガス分離室の酸素ガス圧
力と気液分離室の水素ガス圧力との差（差圧）が予め定
めた小さい範囲内となるように制御することができる。
そのため水電解セルの陽極室と陰極室とを分離している
固体高分子電解質膜などの隔膜に作用する差圧も予め定
めた小さい範囲内となり、過大な差圧による隔膜の破壊
を防止でき、また水電解セルのシール部に加わる差圧も
小さくなり、シール部からのガスの漏洩の発生も防止で
きる。したがって差圧による隔膜の破壊やシール部から
のガスの漏洩を招くことなく、発生ガス圧力を所望の高
い圧力とすることができる。すなわち、ガス圧縮機を用
いることなく高い圧力の水素ガス、酸素ガスを供給する
ことができる。そしてまた上述のように発生ガス圧力を
高くすることによって、そのガス中の水分の分圧を相対
的に小さくして、高純度の水素ガス、酸素ガスを供給す
ることができる。
第１の圧力検出手段によって検出され、気液分離装置の
水素ガスの圧力は第２の圧力検出手段によって検出され
る。そしてこれらの圧力検出値に基いて、ガス圧力制御
手段により酸素ガス分離室の酸素ガス圧力、気液分離装
置の水素ガス圧力が制御される。具体的には、例えば請
求項６に規定したように、酸素ガス分離室の酸素ガス圧
力と気液分離室の水素ガス圧力との差（差圧）が予め定
めた小さい範囲内となるように制御することができる。
そのため水電解セルの陽極室と陰極室とを分離している
固体高分子電解質膜などの隔膜に作用する差圧も予め定
めた小さい範囲内となり、過大な差圧による隔膜の破壊
を防止でき、また水電解セルのシール部に加わる差圧も
小さくなり、シール部からのガスの漏洩の発生も防止で
きる。したがって差圧による隔膜の破壊やシール部から
のガスの漏洩を招くことなく、発生ガス圧力を所望の高
い圧力とすることができる。すなわち、ガス圧縮機を用
いることなく高い圧力の水素ガス、酸素ガスを供給する
ことができる。そしてまた上述のように発生ガス圧力を
高くすることによって、そのガス中の水分の分圧を相対
的に小さくして、高純度の水素ガス、酸素ガスを供給す
ることができる。
【００３０】また請求項２の発明の水素・酸素ガス発生
装置においては、酸素ガス分離室の水面が検出され、そ
の水面位置に応じて純水が純水容器内に補給されるか
ら、酸素ガス分離室の水面をほぼ一定に保つことができ
る。
装置においては、酸素ガス分離室の水面が検出され、そ
の水面位置に応じて純水が純水容器内に補給されるか
ら、酸素ガス分離室の水面をほぼ一定に保つことができ
る。
【００３１】さらに請求項３の発明の水素・酸素ガス発
生装置においては、気液分離装置における水素ガスの下
側の水面が検出され、その水面位置に応じて気液分離装
置内の水が排水されるから、気液分離装置内の水面をほ
ぼ一定に保つことができる。
生装置においては、気液分離装置における水素ガスの下
側の水面が検出され、その水面位置に応じて気液分離装
置内の水が排水されるから、気液分離装置内の水面をほ
ぼ一定に保つことができる。
【００３２】請求項４の発明の水素・酸素ガス発生装置
においては、水電解セルから水素ガスとともに気液分離
装置に流入した水が純水容器に戻されるから、純水容器
に新たに補給する純水は、電気分解で消費した量だけで
足りる。
においては、水電解セルから水素ガスとともに気液分離
装置に流入した水が純水容器に戻されるから、純水容器
に新たに補給する純水は、電気分解で消費した量だけで
足りる。
【００３３】また請求項５の発明の水素・酸素ガス発生
装置においては、酸素ガス分離室の酸素ガス圧力よりも
気液分離装置の水素ガス圧力が高くなるように制御され
るため、ポンプなどの機械的輸送手段を用いなくても、
気液分離装置内の水を純水容器へ戻すことができる。
装置においては、酸素ガス分離室の酸素ガス圧力よりも
気液分離装置の水素ガス圧力が高くなるように制御され
るため、ポンプなどの機械的輸送手段を用いなくても、
気液分離装置内の水を純水容器へ戻すことができる。
【００３４】さらに請求項６の発明の水素・酸素ガス発
生装置においては、既に請求項１に関して述べたよう
に、酸素ガス分離室の酸素ガス圧力と気液分離室の水素
ガス圧力との差が予め定めた小さい範囲内に制御される
ため、水電解セルの隔膜に作用する差圧を小さくするこ
とができ、結果的に発生ガス圧力を高くすることが可能
となる。
生装置においては、既に請求項１に関して述べたよう
に、酸素ガス分離室の酸素ガス圧力と気液分離室の水素
ガス圧力との差が予め定めた小さい範囲内に制御される
ため、水電解セルの隔膜に作用する差圧を小さくするこ
とができ、結果的に発生ガス圧力を高くすることが可能
となる。
【００３５】一方請求項７の発明の水素・酸素ガス発生
装置の場合は、水電解セルの陽極室で発生した酸素ガ
ス、陰極室で発生した水素ガスはそれぞれ純水容器の上
部に形成した酸素室、水素室に導かれる。これらの酸素
室、水素室は隔離板によって仕切られているため、水素
ガス、酸素ガスが混じり合うことはない。酸素室、水素
室に溜った酸素ガス、水素ガスはそれぞれ第１のガス配
管系、第２のガス配管系に導かれて外部へ供給される。
装置の場合は、水電解セルの陽極室で発生した酸素ガ
ス、陰極室で発生した水素ガスはそれぞれ純水容器の上
部に形成した酸素室、水素室に導かれる。これらの酸素
室、水素室は隔離板によって仕切られているため、水素
ガス、酸素ガスが混じり合うことはない。酸素室、水素
室に溜った酸素ガス、水素ガスはそれぞれ第１のガス配
管系、第２のガス配管系に導かれて外部へ供給される。
【００３６】ここで、第２のガス配管系における水素ガ
ス流量が検出され、その検出圧力に応じて第１のガス配
管系における外部供給側の酸素ガス流量とリーク側の酸
素ガス流量との合計酸素流量が制御される。具体的に
は、請求項８で規定しているように、第２のガス配管系
における水素ガス流量に対し、第１のガス配管系の合計
酸素ガス流量が１／２となるように制御され、これによ
って酸素室、水素室の各ガス圧力がほぼ同等に保たれ
る。また、第２の水面検出手段もしくは第１の水面検出
手段によって検出された水面（水素室水面もしくは酸素
室水面）に応じて第１のガス配管系における流量制御器
のいずれか一方または双方が制御され、これによって水
素室もしくは酸素室の水面を規定位置に保つことを通じ
て、水素ガス流量と酸素ガス流量との比を１／２に正し
く保つことができる。そしてこれによって前記請求項１
の発明の場合と同様に水電解セルの陽極室と陰極室とを
隔てる隔膜に作用する差圧を小さくすることができ、結
果的に高い圧力のガスを供給することができる。なおガ
ス圧力は、水電解セルに供給する電力によっても制御さ
れる。
ス流量が検出され、その検出圧力に応じて第１のガス配
管系における外部供給側の酸素ガス流量とリーク側の酸
素ガス流量との合計酸素流量が制御される。具体的に
は、請求項８で規定しているように、第２のガス配管系
における水素ガス流量に対し、第１のガス配管系の合計
酸素ガス流量が１／２となるように制御され、これによ
って酸素室、水素室の各ガス圧力がほぼ同等に保たれ
る。また、第２の水面検出手段もしくは第１の水面検出
手段によって検出された水面（水素室水面もしくは酸素
室水面）に応じて第１のガス配管系における流量制御器
のいずれか一方または双方が制御され、これによって水
素室もしくは酸素室の水面を規定位置に保つことを通じ
て、水素ガス流量と酸素ガス流量との比を１／２に正し
く保つことができる。そしてこれによって前記請求項１
の発明の場合と同様に水電解セルの陽極室と陰極室とを
隔てる隔膜に作用する差圧を小さくすることができ、結
果的に高い圧力のガスを供給することができる。なおガ
ス圧力は、水電解セルに供給する電力によっても制御さ
れる。
【００３７】また請求項８の水素・酸素ガス発生装置に
おいては、請求項７に関して説明したように、第１のガ
ス配管系のトータル酸素ガス流量が第１のガス配管系の
水素ガス流量の１／２となるように制御されることを通
じて、酸素室、水素室の各ガス圧力がほぼ同等に保たれ
るため、水電解セルの陽極室と陰極室とを隔てる隔膜に
作用する差圧を小さくすることができる。
おいては、請求項７に関して説明したように、第１のガ
ス配管系のトータル酸素ガス流量が第１のガス配管系の
水素ガス流量の１／２となるように制御されることを通
じて、酸素室、水素室の各ガス圧力がほぼ同等に保たれ
るため、水電解セルの陽極室と陰極室とを隔てる隔膜に
作用する差圧を小さくすることができる。
【００３８】さらに請求項９の水素・酸素ガス発生装置
においては、純水容器内の純水を常時ループ配管に循環
させることによって、純水の冷却、純化を常時行ない、
これによって純水の温度上昇を防止するとともに、純水
容器や水電解セルの構成材料の溶出による純水の汚染を
防止し、発生ガスの高純度化を図ることができる。
においては、純水容器内の純水を常時ループ配管に循環
させることによって、純水の冷却、純化を常時行ない、
これによって純水の温度上昇を防止するとともに、純水
容器や水電解セルの構成材料の溶出による純水の汚染を
防止し、発生ガスの高純度化を図ることができる。
【００３９】また請求項１０の水素・酸素ガス発生装置
においては、純水容器から水電解セル内に純水が供給さ
れる際に、その純水の純化、冷却が行なわれ、そのため
水電解セル内の純水の温度上昇を防止するとともに水電
解セル内に供給される純水の汚染を防止し、発生ガスの
高純度化を図ることができる。
においては、純水容器から水電解セル内に純水が供給さ
れる際に、その純水の純化、冷却が行なわれ、そのため
水電解セル内の純水の温度上昇を防止するとともに水電
解セル内に供給される純水の汚染を防止し、発生ガスの
高純度化を図ることができる。
【００４０】一方請求項１１の発明の水素・酸素ガス発
生装置では、純水容器を外側から冷却することによっ
て、発生ガス量が多い場合でも異常な温度上昇を防止で
きる。
生装置では、純水容器を外側から冷却することによっ
て、発生ガス量が多い場合でも異常な温度上昇を防止で
きる。
【００４１】さらに請求項１２の発明の水素・酸素ガス
発生装置では、第１のガス配管系、第２のガス配管系の
それぞれに保圧手段を設けたことによって、酸素ガス分
離室（あるいは酸素室）上部の酸素ガス圧力、気液分離
装置（あるいは水素室）上部の水素ガス圧力が予め定め
た圧力より高くならなければ外部へ酸素ガス、水素ガス
が供給されないようになっているため、発生ガス量を上
廻って多量にガスが消費されようとしても、ガス圧力の
バランスが崩れることを防止できるから、安定かつ安全
にガスを供給でき、またこれらの酸素ガス、水素ガスを
所望の高い圧力で消費部所へ供給することができる。
発生装置では、第１のガス配管系、第２のガス配管系の
それぞれに保圧手段を設けたことによって、酸素ガス分
離室（あるいは酸素室）上部の酸素ガス圧力、気液分離
装置（あるいは水素室）上部の水素ガス圧力が予め定め
た圧力より高くならなければ外部へ酸素ガス、水素ガス
が供給されないようになっているため、発生ガス量を上
廻って多量にガスが消費されようとしても、ガス圧力の
バランスが崩れることを防止できるから、安定かつ安全
にガスを供給でき、またこれらの酸素ガス、水素ガスを
所望の高い圧力で消費部所へ供給することができる。
【００４２】さらに請求項１３の発明の水素・酸素ガス
発生装置においては、純水容器内の純水がイオン交換樹
脂により常に純化され、そのため発生ガスの純度を高純
度に維持することができる。
発生装置においては、純水容器内の純水がイオン交換樹
脂により常に純化され、そのため発生ガスの純度を高純
度に維持することができる。
【００４３】また請求項１４の発明の水素・酸素ガス発
生装置においては、供給される酸素ガスおよび／または
水素ガス中の水分がガス乾燥器によって除去され、その
ため高純度のガスを供給することができる。
生装置においては、供給される酸素ガスおよび／または
水素ガス中の水分がガス乾燥器によって除去され、その
ため高純度のガスを供給することができる。
【００４４】また請求項１５の発明の水素・酸素ガス発
生装置においては、表面に不働態膜を形成したステンレ
ス鋼を純水容器材料に用いているため、純水容器の構成
成分の純水中への溶出が極めて少なく、そのため純水の
汚染を防止して、高純度のガスを得ることができる。
生装置においては、表面に不働態膜を形成したステンレ
ス鋼を純水容器材料に用いているため、純水容器の構成
成分の純水中への溶出が極めて少なく、そのため純水の
汚染を防止して、高純度のガスを得ることができる。
【００４５】
【実施例】図１にこの発明の第１の実施例の水素・酸素
ガス発生装置を示す。
ガス発生装置を示す。
【００４６】図１において、１は純水を水素ガスと酸素
ガスとに電解分離するための水電解セルであって、その
内部については図示しないが、固体高分子電解質膜等の
隔膜により分離された陽極室と陰極室とを有する構成と
されている。この水電解セル１の下部には、外部から純
水を陽極室内に導入するための連通口２が設けられてお
り、また水電解セル１の上方、特に陽極室の上方には、
陽極室において純水の電気分解で発生した酸素ガスを上
方へ導き、後述する純水容器７の酸素ガス分離室７Ａ内
へ放出させるための酸素導出管３が設けられており、ま
た同じく水電解セル１の陰極室の上方には、陰極室にお
いて水の電気分解で発生した水素ガスを後述する純水容
器７の外部へ導き出すための水素導出管４が設けられて
いる。さらに水電解セル１の陽極室側の外面には、陽極
側給電板５が設けられており、また水電解セル１の陰極
室側の外面には陰極側給電板兼水電解セル保持具６が設
けられている。そしてこれらの陽極側給電板５、陰極側
給電板兼水電解セル保持具６との間には、直流電源５３
によって純水の電気分解のための電力が与えられるよう
になっており、その直流電源５３は、電力制御装置５２
によってその供給電力が制御されるようになっている。
ガスとに電解分離するための水電解セルであって、その
内部については図示しないが、固体高分子電解質膜等の
隔膜により分離された陽極室と陰極室とを有する構成と
されている。この水電解セル１の下部には、外部から純
水を陽極室内に導入するための連通口２が設けられてお
り、また水電解セル１の上方、特に陽極室の上方には、
陽極室において純水の電気分解で発生した酸素ガスを上
方へ導き、後述する純水容器７の酸素ガス分離室７Ａ内
へ放出させるための酸素導出管３が設けられており、ま
た同じく水電解セル１の陰極室の上方には、陰極室にお
いて水の電気分解で発生した水素ガスを後述する純水容
器７の外部へ導き出すための水素導出管４が設けられて
いる。さらに水電解セル１の陽極室側の外面には、陽極
側給電板５が設けられており、また水電解セル１の陰極
室側の外面には陰極側給電板兼水電解セル保持具６が設
けられている。そしてこれらの陽極側給電板５、陰極側
給電板兼水電解セル保持具６との間には、直流電源５３
によって純水の電気分解のための電力が与えられるよう
になっており、その直流電源５３は、電力制御装置５２
によってその供給電力が制御されるようになっている。
【００４７】以上のような水電解セル１は、その全体が
純水容器７中に収容され、かつその純水容器７内の純水
中に浸漬されている。すなわち純水容器７は、前述の陰
極側給電板兼水電解セル保持具６により直立状態に支持
された水電解セル１を内側に納め、かつその水電解セル
１の外側を純水が取囲むような形状・寸法に作られてお
り、またその純水容器７の上部、すなわち水電解セル１
よりも上方の部分は、酸素ガス分離室７Ａとされてお
り、この酸素ガス分離室７Ａには、前述の酸素導出管３
の先端が開口している。なお水素導出管４は、純水容器
７の外部へ導かれて、後述する気液分離装置３２に接続
されている。
純水容器７中に収容され、かつその純水容器７内の純水
中に浸漬されている。すなわち純水容器７は、前述の陰
極側給電板兼水電解セル保持具６により直立状態に支持
された水電解セル１を内側に納め、かつその水電解セル
１の外側を純水が取囲むような形状・寸法に作られてお
り、またその純水容器７の上部、すなわち水電解セル１
よりも上方の部分は、酸素ガス分離室７Ａとされてお
り、この酸素ガス分離室７Ａには、前述の酸素導出管３
の先端が開口している。なお水素導出管４は、純水容器
７の外部へ導かれて、後述する気液分離装置３２に接続
されている。
【００４８】純水容器７の下部には、純水取入口７Ｂが
形成されており、この純水取入口７Ｂには外部の純水導
入管８が水注入ポンプ９および純水注入制御弁１０を介
して接続されている。これらの純水導入管８、水注入ポ
ンプ９および純水注入制御弁１０は、後述するように第
１の水面検出手段２０からの信号に基いて純水容器７に
純水を注入する純水注入手段１１を構成している。また
同じく純水容器７の下部には、前記純水取入口７Ｂに対
して反対側の位置に、純水流出口１２が形成されてお
り、一方純水容器７の上部には純水流入口１３が形成さ
れている。そしてこれらの純水流出口１２と純水流入口
１３との間は、純水容器７の外部においてループ配管１
５によって接続されており、このループ配管１５の中途
には、純水流出口１２の側から順に、水流ポンプ１６
と、イオン交換樹脂塔１７と、熱交換器としての冷却チ
ラー１８と、濾過器１９とが介在されている。
形成されており、この純水取入口７Ｂには外部の純水導
入管８が水注入ポンプ９および純水注入制御弁１０を介
して接続されている。これらの純水導入管８、水注入ポ
ンプ９および純水注入制御弁１０は、後述するように第
１の水面検出手段２０からの信号に基いて純水容器７に
純水を注入する純水注入手段１１を構成している。また
同じく純水容器７の下部には、前記純水取入口７Ｂに対
して反対側の位置に、純水流出口１２が形成されてお
り、一方純水容器７の上部には純水流入口１３が形成さ
れている。そしてこれらの純水流出口１２と純水流入口
１３との間は、純水容器７の外部においてループ配管１
５によって接続されており、このループ配管１５の中途
には、純水流出口１２の側から順に、水流ポンプ１６
と、イオン交換樹脂塔１７と、熱交換器としての冷却チ
ラー１８と、濾過器１９とが介在されている。
【００４９】さらに純水容器７の上部には、酸素ガス分
離室７Ａにおける純水の水面位置、すなわち酸素ガス溜
り下側の水面位置を検出するための第１の水面検出手段
２０が設けられている。この第１の水面検出手段２０
は、水面計２１と、その水面計２１内の水面位置を感知
する水面センサ２２Ａ〜２２Ｄと、その水面センサ２２
Ａ〜２２Ｄに電気的に接続された水面検出・制御装置２
３とによって構成されている。そして水面検出・制御装
置２３は、前述の純水注入手段１１における水注入ポン
プ９および純水注入制御弁１０を制御するように構成さ
れている。またこの水面検出・制御装置２３からは、前
記電力制御装置５２に警報信号Ｄが与えられるようにな
っている。
離室７Ａにおける純水の水面位置、すなわち酸素ガス溜
り下側の水面位置を検出するための第１の水面検出手段
２０が設けられている。この第１の水面検出手段２０
は、水面計２１と、その水面計２１内の水面位置を感知
する水面センサ２２Ａ〜２２Ｄと、その水面センサ２２
Ａ〜２２Ｄに電気的に接続された水面検出・制御装置２
３とによって構成されている。そして水面検出・制御装
置２３は、前述の純水注入手段１１における水注入ポン
プ９および純水注入制御弁１０を制御するように構成さ
れている。またこの水面検出・制御装置２３からは、前
記電力制御装置５２に警報信号Ｄが与えられるようにな
っている。
【００５０】さらに純水容器７の上端（酸素ガス分離室
７Ａの上端）には、酸素ガス導出口２４が形成されてお
り、この酸素ガス導出口２４には、酸素ガス分離室７Ａ
の上部に溜まる酸素ガスを外部へ取出すための第１のガ
ス配管系２５が接続されている。この第１のガス配管系
２５には、ガス乾燥器２６、可燃性ガスセンサ２７、保
圧弁２８が設けられており、さらに前述の酸素ガス分離
室７Ａの上部に溜まる酸素ガスの圧力を検出するための
第１のガス圧力検出手段として、第１のガス圧力センサ
２９が設けられるとともに、リーク弁３０が設けられて
いる。なおこの第１のガス配管系２５の先端は、酸素ガ
スを消費する設備へ酸素ガスを供給するための酸素ガス
供給口２５Ａとされている。また前記ガス乾燥器２６に
は、除去された水分を純水容器７へ戻すためのドレイン
管３１が接続されている。
７Ａの上端）には、酸素ガス導出口２４が形成されてお
り、この酸素ガス導出口２４には、酸素ガス分離室７Ａ
の上部に溜まる酸素ガスを外部へ取出すための第１のガ
ス配管系２５が接続されている。この第１のガス配管系
２５には、ガス乾燥器２６、可燃性ガスセンサ２７、保
圧弁２８が設けられており、さらに前述の酸素ガス分離
室７Ａの上部に溜まる酸素ガスの圧力を検出するための
第１のガス圧力検出手段として、第１のガス圧力センサ
２９が設けられるとともに、リーク弁３０が設けられて
いる。なおこの第１のガス配管系２５の先端は、酸素ガ
スを消費する設備へ酸素ガスを供給するための酸素ガス
供給口２５Ａとされている。また前記ガス乾燥器２６に
は、除去された水分を純水容器７へ戻すためのドレイン
管３１が接続されている。
【００５１】一方、前述のように水電解セル１から延び
る水素導出管４は、純水容器７の外部において気液分離
装置３２に接続されている。この気液分離装置３２は、
前述の水電解セル１の陰極室で発生した水素ガスを水か
ら分離するためのものであり、この気液分離装置３２に
はその内部の水面位置すなわち水素ガス溜り下側の水面
位置を検出するための第２の水面検出手段３３が設けら
れている。この第２の水面検出手段３３は、水面計３４
と、その水面計３４の水面位置を感知する水面センサ３
５Ａ〜３５Ｄと、その水面センサ３５Ａ〜３５Ｄに電気
的に接続された水面検出・制御装置３６とによって構成
されている。さらに気液分離装置３２の底部には排水口
３７が形成されており、この排水口３７には排水管３８
が接続され、さらにその排水管３８の中途には排水弁３
９が設けられている。この排水弁３９は前述の水面検出
・制御装置３６によって制御されるようになっている。
なおこの水面検出・制御装置３６からは、前記電力制御
装置５２に警報信号Ｅが与えられるようになっている。
る水素導出管４は、純水容器７の外部において気液分離
装置３２に接続されている。この気液分離装置３２は、
前述の水電解セル１の陰極室で発生した水素ガスを水か
ら分離するためのものであり、この気液分離装置３２に
はその内部の水面位置すなわち水素ガス溜り下側の水面
位置を検出するための第２の水面検出手段３３が設けら
れている。この第２の水面検出手段３３は、水面計３４
と、その水面計３４の水面位置を感知する水面センサ３
５Ａ〜３５Ｄと、その水面センサ３５Ａ〜３５Ｄに電気
的に接続された水面検出・制御装置３６とによって構成
されている。さらに気液分離装置３２の底部には排水口
３７が形成されており、この排水口３７には排水管３８
が接続され、さらにその排水管３８の中途には排水弁３
９が設けられている。この排水弁３９は前述の水面検出
・制御装置３６によって制御されるようになっている。
なおこの水面検出・制御装置３６からは、前記電力制御
装置５２に警報信号Ｅが与えられるようになっている。
【００５２】また前記気液分離装置３２の上端には水素
ガス導出口４０が形成されており、この水素ガス導出口
４９には、気液分離装置３２内の上部に溜まる水素ガス
を外部へ取出すための第２のガス配管系４１が接続され
ている。この第２のガス配管系４１には、ガス乾燥器４
２、可燃性ガスセンサ４３、保圧弁４４が設けられてお
り、さらに気液分離装置３２の上部に溜まる水素ガスの
圧力を検出するための第２のガス圧力検出手段として、
第２のガス圧力センサ４５が設けられるとともに別に第
３のガス圧力センサ４６が設けられており、またリーク
弁４７が設けられている。なおこの第２のガス配管系４
１の先端は、水素ガスを消費する設備へ水素ガスを供給
するための水素ガス供給口４１Ａとされている。また前
記ガス乾燥器４２には、除去された水分を前記排水管３
８へ流すためのドレイン管４８が接続されている。
ガス導出口４０が形成されており、この水素ガス導出口
４９には、気液分離装置３２内の上部に溜まる水素ガス
を外部へ取出すための第２のガス配管系４１が接続され
ている。この第２のガス配管系４１には、ガス乾燥器４
２、可燃性ガスセンサ４３、保圧弁４４が設けられてお
り、さらに気液分離装置３２の上部に溜まる水素ガスの
圧力を検出するための第２のガス圧力検出手段として、
第２のガス圧力センサ４５が設けられるとともに別に第
３のガス圧力センサ４６が設けられており、またリーク
弁４７が設けられている。なおこの第２のガス配管系４
１の先端は、水素ガスを消費する設備へ水素ガスを供給
するための水素ガス供給口４１Ａとされている。また前
記ガス乾燥器４２には、除去された水分を前記排水管３
８へ流すためのドレイン管４８が接続されている。
【００５３】さらに前記第１のガス配管系２５に設けら
れた可燃性ガスセンサ２７および第２のガス配管系４１
に設けられた可燃性ガスセンサ４３は、それぞれ可燃性
ガス検出器５０，５１に接続されており、これらの可燃
性ガス検出器５０，５１からは、それぞれ前記電力制御
装置５２に警報信号Ａ，Ｂが与えられるようになってい
る。また第１のガス配管系２５の第１のガス圧力センサ
２９および第２のガス配管系４１の第２のガス圧力セン
サ４５の出力側は、ガス圧力制御装置（ガス圧力制御手
段）５４に接続されている。このガス圧力制御装置５４
は、第１および第２のガス配管系２５，４１の各リーク
弁３０，４７を制御するとともに、電力制御装置５２に
警報信号Ｃを与えるようになっている。そして電力制御
装置５２は、ガス圧力制御装置５４、可燃性ガス検出器
５０，５１、各水面検出・制御装置２３，３６から与え
られる信号に応じて直流電源５３から水電解セル１へ与
えられる電力を制御するように構成されている。
れた可燃性ガスセンサ２７および第２のガス配管系４１
に設けられた可燃性ガスセンサ４３は、それぞれ可燃性
ガス検出器５０，５１に接続されており、これらの可燃
性ガス検出器５０，５１からは、それぞれ前記電力制御
装置５２に警報信号Ａ，Ｂが与えられるようになってい
る。また第１のガス配管系２５の第１のガス圧力センサ
２９および第２のガス配管系４１の第２のガス圧力セン
サ４５の出力側は、ガス圧力制御装置（ガス圧力制御手
段）５４に接続されている。このガス圧力制御装置５４
は、第１および第２のガス配管系２５，４１の各リーク
弁３０，４７を制御するとともに、電力制御装置５２に
警報信号Ｃを与えるようになっている。そして電力制御
装置５２は、ガス圧力制御装置５４、可燃性ガス検出器
５０，５１、各水面検出・制御装置２３，３６から与え
られる信号に応じて直流電源５３から水電解セル１へ与
えられる電力を制御するように構成されている。
【００５４】以上のような図１に示される第１の実施例
の動作、作用を説明する。
の動作、作用を説明する。
【００５５】初期状態では水電解セル１の内側（陽極
室、陰極室）を含めて、純水容器７内が純水で満たされ
ているものとする。この状態で直流電源５３によって陽
極側給電板５と陰極側給電板兼水電解セル保持具６との
間に直流電圧が印加されれば、水電解セル１内で純水が
電気分解され、陽極室で発生したＯ2-イオンは直ちに陽
極表面で酸素ガスとなって、純水と混合された状態で酸
素導出管３を経て上方へ導かれ、酸素ガス分離室７Ａへ
流出する。これに伴なって、連通口２から水電解セル１
内に純水が流入し、電気分解に必要な純水が補給される
と同時に、陽極内に純水の自然対流が生じて、この自然
対流により水電解セル１が冷却される。またＯ2-イオン
発生と同時に陽極室で発生するＨ+ イオンは、陽極−陰
極間の電界により固体高分子電解質膜を通って陰極室側
へ移動し、陰極室で電荷を失なって水素ガスとなり、Ｈ
+ イオンとともに移動してきた水と混合された状態で、
水素導出管４により気液分離装置３２に導かれ、この気
液分離装置３２で純水と水素ガスとに分離される。
室、陰極室）を含めて、純水容器７内が純水で満たされ
ているものとする。この状態で直流電源５３によって陽
極側給電板５と陰極側給電板兼水電解セル保持具６との
間に直流電圧が印加されれば、水電解セル１内で純水が
電気分解され、陽極室で発生したＯ2-イオンは直ちに陽
極表面で酸素ガスとなって、純水と混合された状態で酸
素導出管３を経て上方へ導かれ、酸素ガス分離室７Ａへ
流出する。これに伴なって、連通口２から水電解セル１
内に純水が流入し、電気分解に必要な純水が補給される
と同時に、陽極内に純水の自然対流が生じて、この自然
対流により水電解セル１が冷却される。またＯ2-イオン
発生と同時に陽極室で発生するＨ+ イオンは、陽極−陰
極間の電界により固体高分子電解質膜を通って陰極室側
へ移動し、陰極室で電荷を失なって水素ガスとなり、Ｈ
+ イオンとともに移動してきた水と混合された状態で、
水素導出管４により気液分離装置３２に導かれ、この気
液分離装置３２で純水と水素ガスとに分離される。
【００５６】一方前述のように酸素導出管３を経て純水
とともに酸素ガス分離室７Ａへ導かれた酸素ガスは、そ
の酸素ガス分離室７Ａにおいて純水と分離されて、酸素
ガス分離室７Ａの上部に集まる。酸素ガス分離室７Ａの
上部の酸素ガスの圧力が第１のガス配管系２５における
保圧弁２８の設定圧力よりも低い状態では、保圧弁２８
は閉状態を保ち、そのため酸素ガスは酸素ガス供給口２
５Ａから流出せず、したがって酸素ガス分離室７Ａの上
部に溜まる酸素ガスの圧力は水電解セル１内での電気分
解の進行とともに次第に高まって行く。また気液分離装
置３２に純水とともに流入した水素ガスは、その気液分
離装置３２によって純水と分離されて上部に集まるが、
この気液分離装置３２の上部の水素ガス圧力が第２のガ
ス配管系４１の保圧弁４４の設定圧力よりも低い状態で
は、保圧弁４４が閉状態を保つから、その水素ガスは水
素ガス供給口４１Ａから流出せず、そのため気液分離装
置３２の上部に溜まる水素ガスの圧力も電気分解の進行
とともに次第に高まる。
とともに酸素ガス分離室７Ａへ導かれた酸素ガスは、そ
の酸素ガス分離室７Ａにおいて純水と分離されて、酸素
ガス分離室７Ａの上部に集まる。酸素ガス分離室７Ａの
上部の酸素ガスの圧力が第１のガス配管系２５における
保圧弁２８の設定圧力よりも低い状態では、保圧弁２８
は閉状態を保ち、そのため酸素ガスは酸素ガス供給口２
５Ａから流出せず、したがって酸素ガス分離室７Ａの上
部に溜まる酸素ガスの圧力は水電解セル１内での電気分
解の進行とともに次第に高まって行く。また気液分離装
置３２に純水とともに流入した水素ガスは、その気液分
離装置３２によって純水と分離されて上部に集まるが、
この気液分離装置３２の上部の水素ガス圧力が第２のガ
ス配管系４１の保圧弁４４の設定圧力よりも低い状態で
は、保圧弁４４が閉状態を保つから、その水素ガスは水
素ガス供給口４１Ａから流出せず、そのため気液分離装
置３２の上部に溜まる水素ガスの圧力も電気分解の進行
とともに次第に高まる。
【００５７】ここで、第１のガス配管系２５の保圧弁２
８の設定圧力と第２のガス配管系４１の保圧弁４４の設
定圧力は同じ値に設定されている。一方保圧弁２８の閉
状態によって酸素ガス分離室７Ａの上部に閉じ込められ
ている酸素ガスの圧力は、第１のガス圧力センサ２９に
よって検出され、同様に保圧弁４４の閉状態によって気
液分離装置３２の上部に閉じ込められている水素ガスの
圧力は、第２のガス圧力センサ４５によって検出され
る。そしてこれらのガス圧力センサ２９，４５の検出信
号はガス圧力制御装置５４に与えられ、酸素ガスと水素
ガスとの差圧が例えば０．５ｋｇ／ｃｍ2 を越えた場合
に、いずれか圧力が高い方のガスがリーク弁３０もしく
はリーク弁４７からリークされるように、これらのリー
ク弁３０，４７が制御される。そしてこのようなリーク
は、両者の圧力が同じになるまで継続される。したがっ
て酸素ガス分離室７Ａの上部に溜っている酸素ガスの圧
力と、気液分離装置３２の上部に溜まっている水素ガス
の圧力は、その差圧が０．５ｋｇ／ｃｍ2 を越えない同
等の圧力となるように常に制御され、これに伴なって、
水電解セル１内において陽極室と陰極室とを隔てている
固体高分子電解質膜にも０．５ｋｇ／ｃｍ2 を越える差
圧が作用しないように制御されることになる。一方、何
らかの事態によって差圧が例えば１ｋｇ／ｃｍ2 以上と
なった場合には、圧力制御装置５４から電力制御装置５
２に警報信号Ｃが送られて、その電力制御装置５２によ
って直流電源５３の出力が零に制御され、これによって
水電解セル１における電気分解が緊急停止され、それ以
上の差圧が電解質膜に加わることを防止する。一般に固
体高分子電解質膜の耐圧は３〜５ｋｇ／ｃｍ2 程度であ
るから、上述のように平常時は差圧が０．５ｋｇ／ｃｍ
2 以下、非常時でも１ｋｇ／ｃｍ2 以下となるように制
御することによって、差圧による膜の破壊を確実かつ充
分に防止することができる。また水電解セル１のシール
部は、通常３〜５ｋｇ／ｃｍ2 程度の耐圧があるが、水
電解セル１の陽極室および陰極室内の純水と水電解セル
１の外部の純水とは連続しており、両者の純水自体の圧
力は同じであるから、上述のようなガス圧力差圧制御に
よって水電解セル１のシール部からのガスや水の漏洩の
発生を確実に防止することができる。
８の設定圧力と第２のガス配管系４１の保圧弁４４の設
定圧力は同じ値に設定されている。一方保圧弁２８の閉
状態によって酸素ガス分離室７Ａの上部に閉じ込められ
ている酸素ガスの圧力は、第１のガス圧力センサ２９に
よって検出され、同様に保圧弁４４の閉状態によって気
液分離装置３２の上部に閉じ込められている水素ガスの
圧力は、第２のガス圧力センサ４５によって検出され
る。そしてこれらのガス圧力センサ２９，４５の検出信
号はガス圧力制御装置５４に与えられ、酸素ガスと水素
ガスとの差圧が例えば０．５ｋｇ／ｃｍ2 を越えた場合
に、いずれか圧力が高い方のガスがリーク弁３０もしく
はリーク弁４７からリークされるように、これらのリー
ク弁３０，４７が制御される。そしてこのようなリーク
は、両者の圧力が同じになるまで継続される。したがっ
て酸素ガス分離室７Ａの上部に溜っている酸素ガスの圧
力と、気液分離装置３２の上部に溜まっている水素ガス
の圧力は、その差圧が０．５ｋｇ／ｃｍ2 を越えない同
等の圧力となるように常に制御され、これに伴なって、
水電解セル１内において陽極室と陰極室とを隔てている
固体高分子電解質膜にも０．５ｋｇ／ｃｍ2 を越える差
圧が作用しないように制御されることになる。一方、何
らかの事態によって差圧が例えば１ｋｇ／ｃｍ2 以上と
なった場合には、圧力制御装置５４から電力制御装置５
２に警報信号Ｃが送られて、その電力制御装置５２によ
って直流電源５３の出力が零に制御され、これによって
水電解セル１における電気分解が緊急停止され、それ以
上の差圧が電解質膜に加わることを防止する。一般に固
体高分子電解質膜の耐圧は３〜５ｋｇ／ｃｍ2 程度であ
るから、上述のように平常時は差圧が０．５ｋｇ／ｃｍ
2 以下、非常時でも１ｋｇ／ｃｍ2 以下となるように制
御することによって、差圧による膜の破壊を確実かつ充
分に防止することができる。また水電解セル１のシール
部は、通常３〜５ｋｇ／ｃｍ2 程度の耐圧があるが、水
電解セル１の陽極室および陰極室内の純水と水電解セル
１の外部の純水とは連続しており、両者の純水自体の圧
力は同じであるから、上述のようなガス圧力差圧制御に
よって水電解セル１のシール部からのガスや水の漏洩の
発生を確実に防止することができる。
【００５８】一方電気分解の進行に伴なって酸素ガス圧
力、水素ガス圧力が次第に高くなり、これらの酸素ガス
圧力、水素ガス圧力が保圧弁２８，４４の設定圧力以上
となれば、これらの保圧弁２８，４４が開き、酸素ガス
供給口２５Ａ、水素ガス供給口４１Ａからそれぞれ酸素
ガス、水素ガスが流出するようになり、半導体製造設備
等の消費部所にこれらのガスを供給することができる。
力、水素ガス圧力が次第に高くなり、これらの酸素ガス
圧力、水素ガス圧力が保圧弁２８，４４の設定圧力以上
となれば、これらの保圧弁２８，４４が開き、酸素ガス
供給口２５Ａ、水素ガス供給口４１Ａからそれぞれ酸素
ガス、水素ガスが流出するようになり、半導体製造設備
等の消費部所にこれらのガスを供給することができる。
【００５９】なお前記電力制御装置５２は、第３のガス
圧力センサ４６によって検出された気液分離装置３２の
上部の水素ガス圧力の検出信号を受けて、水素ガス圧力
が保圧弁４４の設定圧力（これは保圧弁２８の設定圧力
に等しい）より所定圧力だけ高い圧力、例えば［保圧弁
４４の設定圧力］＋［１ｋｇ／ｃｍ2 ］となるように直
流電源５３の出力を制御する。したがって酸素ガス、水
素ガス供給時のこれらのガス圧力も常に一定に維持され
る。
圧力センサ４６によって検出された気液分離装置３２の
上部の水素ガス圧力の検出信号を受けて、水素ガス圧力
が保圧弁４４の設定圧力（これは保圧弁２８の設定圧力
に等しい）より所定圧力だけ高い圧力、例えば［保圧弁
４４の設定圧力］＋［１ｋｇ／ｃｍ2 ］となるように直
流電源５３の出力を制御する。したがって酸素ガス、水
素ガス供給時のこれらのガス圧力も常に一定に維持され
る。
【００６０】以上の過程において、純水容器７内の純水
は、電気分解により水素ガスと酸素ガスに分解されるか
ら、次第に消費されることになる。したがって純水容器
７の水面（酸素ガス分離室７Ａの水面）が次第に低下す
ることとなるが、その水面は第１の水面検出手段２０に
よって検出され、水面検出・制御装置２３によって純水
注入手段１１の水注入ポンプ９および純水注入制御弁１
０が制御されて、純水が純水容器７内に補充され、した
がって純水容器７内の水面は常にほぼ一定に保たれる。
なお何らかの不測事態によって最上部の水面センサ２２
Ａもしくは最下部の水面センサ２２Ｄが水面を検知した
場合には、水面検出・制御装置２３から警報信号Ｄが電
力制御装置５２に送られ、直流電源５３の出力が零に制
御され、これにより水電解セル１における電気分解が緊
急停止される。
は、電気分解により水素ガスと酸素ガスに分解されるか
ら、次第に消費されることになる。したがって純水容器
７の水面（酸素ガス分離室７Ａの水面）が次第に低下す
ることとなるが、その水面は第１の水面検出手段２０に
よって検出され、水面検出・制御装置２３によって純水
注入手段１１の水注入ポンプ９および純水注入制御弁１
０が制御されて、純水が純水容器７内に補充され、した
がって純水容器７内の水面は常にほぼ一定に保たれる。
なお何らかの不測事態によって最上部の水面センサ２２
Ａもしくは最下部の水面センサ２２Ｄが水面を検知した
場合には、水面検出・制御装置２３から警報信号Ｄが電
力制御装置５２に送られ、直流電源５３の出力が零に制
御され、これにより水電解セル１における電気分解が緊
急停止される。
【００６１】また電気分解時においては、純水容器１内
の純水は、電気分解のための電力によって加熱されて温
度が次第に上昇する傾向にあり、また純水容器７の内壁
等の構成成分が溶出して純度が次第に低下して行くが、
前記実施例では、水流ポンプ１６によって純水容器７内
の純水が常にループ配管１５を通って循環し、このルー
プ配管１５内でイオン交換樹脂塔１７、冷却チラー１
８、濾過器１９を通るから、純水の冷却と純化が常時行
なわれることになる。そのため純水容器７内の純水が過
度に高温となったり沸騰したりすることを防止でき、ま
た純水の比抵抗が常に１６メグオーム以上の高い値に保
持されるため、陽極側給電板５と陰極側給電板兼水電解
セル保持具６との間が電気的に短絡してしまうことが防
止される。
の純水は、電気分解のための電力によって加熱されて温
度が次第に上昇する傾向にあり、また純水容器７の内壁
等の構成成分が溶出して純度が次第に低下して行くが、
前記実施例では、水流ポンプ１６によって純水容器７内
の純水が常にループ配管１５を通って循環し、このルー
プ配管１５内でイオン交換樹脂塔１７、冷却チラー１
８、濾過器１９を通るから、純水の冷却と純化が常時行
なわれることになる。そのため純水容器７内の純水が過
度に高温となったり沸騰したりすることを防止でき、ま
た純水の比抵抗が常に１６メグオーム以上の高い値に保
持されるため、陽極側給電板５と陰極側給電板兼水電解
セル保持具６との間が電気的に短絡してしまうことが防
止される。
【００６２】一方、気液分離装置３２にも前述のように
Ｈ+ イオンの移動に伴なって陽極室から陰極室に移動し
た純水が、水素ガスとともに流入して溜まるが、その水
面は第２の水面検出手段３３によって検出され、水面レ
ベルに応じて水面検出・制御装置３６によって排水弁３
９の開閉が制御される。したがって気液分離装置３２の
水面は常にほぼ一定に保たれる。そして何らかの不測の
事態によって最上部の水面センサ３５Ａもしくは最下部
の水面センサ３５Ｄが水面を検出すれば、水面検出・制
御装置３６から警報信号Ｅが電力制御装置５２に送ら
れ、直流電源５３の出力が零に制御され、水電解セル１
における水の電気分解が緊急停止される。
Ｈ+ イオンの移動に伴なって陽極室から陰極室に移動し
た純水が、水素ガスとともに流入して溜まるが、その水
面は第２の水面検出手段３３によって検出され、水面レ
ベルに応じて水面検出・制御装置３６によって排水弁３
９の開閉が制御される。したがって気液分離装置３２の
水面は常にほぼ一定に保たれる。そして何らかの不測の
事態によって最上部の水面センサ３５Ａもしくは最下部
の水面センサ３５Ｄが水面を検出すれば、水面検出・制
御装置３６から警報信号Ｅが電力制御装置５２に送ら
れ、直流電源５３の出力が零に制御され、水電解セル１
における水の電気分解が緊急停止される。
【００６３】なお酸素ガス分離室７Ａおよび気液分離装
置３２の上部に溜まる酸素ガスおよび水素ガスは飽和水
蒸気を含んでいるが、第１のガス配管系２５および第２
のガス配管系４１にはそれぞれガス乾燥器２６，４２が
設けられているから、これらのガス配管系２５，４１を
通って外部へ供給される酸素ガス、水素ガスが乾燥され
て、その水分が除去される。ここで、ガス乾燥器２６，
４２としては、この実施例では電子式サーモエレメント
によってガスを冷却して水分を結露によって除去する方
式の乾燥器が用いられており、その乾燥器によって除去
された水分は、ドレイン管３１，４８を通ってそれぞれ
純水容器７、排水管３８へ導かれる。このほかガス乾燥
器２６，４２としては、モレキュラシーブスを用いたも
のを使用することも可能である。
置３２の上部に溜まる酸素ガスおよび水素ガスは飽和水
蒸気を含んでいるが、第１のガス配管系２５および第２
のガス配管系４１にはそれぞれガス乾燥器２６，４２が
設けられているから、これらのガス配管系２５，４１を
通って外部へ供給される酸素ガス、水素ガスが乾燥され
て、その水分が除去される。ここで、ガス乾燥器２６，
４２としては、この実施例では電子式サーモエレメント
によってガスを冷却して水分を結露によって除去する方
式の乾燥器が用いられており、その乾燥器によって除去
された水分は、ドレイン管３１，４８を通ってそれぞれ
純水容器７、排水管３８へ導かれる。このほかガス乾燥
器２６，４２としては、モレキュラシーブスを用いたも
のを使用することも可能である。
【００６４】ところで、酸素ガス分離室７Ａ、気液分離
装置３２の上部に溜まる酸素ガス、水素ガス中に含まれ
る水分（水蒸気）の圧力（飽和水蒸気圧）は、酸素ガス
分離室７Ａ、気液分離装置３２における純水の温度によ
って定まっているから、その部分における酸素ガスおよ
び水素ガスのガス圧力が高くなれば、その分だけ水蒸気
の占める圧力の比率、すなわち水蒸気分圧が低くなる。
例えば２０℃での飽和水蒸気圧は約０．０２３気圧であ
るから、飽和水蒸気を含む一気圧の水素ガスには約２．
３％程度の水分が含まれることになる。しかしながら水
素ガスの圧力が例えば１００気圧に高くなっても、温度
が一定であれば飽和水蒸気圧は変わらないから、その場
合の水蒸気分圧は一気圧の場合の１／１００と小さくな
り、水素ガス中に含まれる水分を１／１００と少なくす
ることができる。また酸素ガスについても同様である。
したがって単に前述のようにガス乾燥器２６，４２を設
けておくだけではなく、使用する圧力に比較して可及的
に高い圧力を発生させ、ガス使用側において減圧してガ
スを使用することによって、ガス中に含まれる水分量を
より少なくすることが可能である。そしてこの発明の装
置では、実際に発生ガス圧力を可及的に高めることがで
きるのである。
装置３２の上部に溜まる酸素ガス、水素ガス中に含まれ
る水分（水蒸気）の圧力（飽和水蒸気圧）は、酸素ガス
分離室７Ａ、気液分離装置３２における純水の温度によ
って定まっているから、その部分における酸素ガスおよ
び水素ガスのガス圧力が高くなれば、その分だけ水蒸気
の占める圧力の比率、すなわち水蒸気分圧が低くなる。
例えば２０℃での飽和水蒸気圧は約０．０２３気圧であ
るから、飽和水蒸気を含む一気圧の水素ガスには約２．
３％程度の水分が含まれることになる。しかしながら水
素ガスの圧力が例えば１００気圧に高くなっても、温度
が一定であれば飽和水蒸気圧は変わらないから、その場
合の水蒸気分圧は一気圧の場合の１／１００と小さくな
り、水素ガス中に含まれる水分を１／１００と少なくす
ることができる。また酸素ガスについても同様である。
したがって単に前述のようにガス乾燥器２６，４２を設
けておくだけではなく、使用する圧力に比較して可及的
に高い圧力を発生させ、ガス使用側において減圧してガ
スを使用することによって、ガス中に含まれる水分量を
より少なくすることが可能である。そしてこの発明の装
置では、実際に発生ガス圧力を可及的に高めることがで
きるのである。
【００６５】すなわち、既に述べたように酸素ガス分離
室７Ａの上部に溜まる酸素ガスの圧力と、気液分離装置
３２の上部に溜まる圧力とは、その圧力の絶対値の如何
にかかわらず両者の差圧が例えば０．５ｋｇ／ｃｍ2 以
下となるように制御することができ、そのため水電解セ
ル１内で陽極室と陰極室とを分離している固体高分子電
解質膜に作用する差圧も常に０．５ｋｇ／ｃｍ2 以下に
抑えることができるから、酸素ガス分離室７Ａ、気液分
離室３２のそれぞれ上部に溜まる酸素ガス、水素ガスの
圧力の絶対値を高めても、水電解セル１内の差圧によっ
て固体高分子電解質膜が破壊することを回避でき、また
水電解セル１のシール部から水素ガスが漏洩することを
防止できるからである。
室７Ａの上部に溜まる酸素ガスの圧力と、気液分離装置
３２の上部に溜まる圧力とは、その圧力の絶対値の如何
にかかわらず両者の差圧が例えば０．５ｋｇ／ｃｍ2 以
下となるように制御することができ、そのため水電解セ
ル１内で陽極室と陰極室とを分離している固体高分子電
解質膜に作用する差圧も常に０．５ｋｇ／ｃｍ2 以下に
抑えることができるから、酸素ガス分離室７Ａ、気液分
離室３２のそれぞれ上部に溜まる酸素ガス、水素ガスの
圧力の絶対値を高めても、水電解セル１内の差圧によっ
て固体高分子電解質膜が破壊することを回避でき、また
水電解セル１のシール部から水素ガスが漏洩することを
防止できるからである。
【００６６】なお何らかの不測の事態によって水素ガス
が純水容器７に漏洩したとしても、可燃性ガスセンサ２
７，４３、可燃性ガス検出器５０，５１によって爆発限
界以下で検知されて、可燃性ガス検出器５０，５１から
警報信号ＡもしくはＢが電力制御装置５２に与えられ、
これによって直流電源５３の出力が零に制御されて、水
の電気分解が緊急停止されるから、それ以上の水素ガス
の漏洩を防止して、爆発の発生を未然に回避することが
できる。
が純水容器７に漏洩したとしても、可燃性ガスセンサ２
７，４３、可燃性ガス検出器５０，５１によって爆発限
界以下で検知されて、可燃性ガス検出器５０，５１から
警報信号ＡもしくはＢが電力制御装置５２に与えられ、
これによって直流電源５３の出力が零に制御されて、水
の電気分解が緊急停止されるから、それ以上の水素ガス
の漏洩を防止して、爆発の発生を未然に回避することが
できる。
【００６７】このように第１の実施例の装置において
は、外部へ供給する酸素ガス、水素ガスの圧力を高め、
これによって酸素ガス、水素ガス中に含まれる水分の割
合を少なくすることができる。またガス圧縮機を用いず
に所望の高い圧力の酸素ガス、水素ガスを発生すること
ができるから、ガス圧縮機を使用した場合のような潤滑
油等による汚染が生じることがなく、クリーンな酸素ガ
ス、水素ガスを供給することができる。
は、外部へ供給する酸素ガス、水素ガスの圧力を高め、
これによって酸素ガス、水素ガス中に含まれる水分の割
合を少なくすることができる。またガス圧縮機を用いず
に所望の高い圧力の酸素ガス、水素ガスを発生すること
ができるから、ガス圧縮機を使用した場合のような潤滑
油等による汚染が生じることがなく、クリーンな酸素ガ
ス、水素ガスを供給することができる。
【００６８】なお前記実施例では、第３のガス圧力セン
サ４６を、第２のガス圧力センサ４５とは別に設けてい
るが、両者はともに気液分離装置３２の上部に溜まる水
素ガスの圧力を除去するためのものであるから、場合に
よっては両者を一つのガス圧力センサで兼ね、そのガス
圧力センサからガス圧力制御装置５４、電力制御装置５
２の両者に検出信号を送るように構成することもでき
る。
サ４６を、第２のガス圧力センサ４５とは別に設けてい
るが、両者はともに気液分離装置３２の上部に溜まる水
素ガスの圧力を除去するためのものであるから、場合に
よっては両者を一つのガス圧力センサで兼ね、そのガス
圧力センサからガス圧力制御装置５４、電力制御装置５
２の両者に検出信号を送るように構成することもでき
る。
【００６９】なおまた、前述の実施例においては、ルー
プ配管１５中のイオン交換樹脂塔１７、冷却チラー１
８、濾過器１９によって純水容器７中の純水の冷却と純
化を行なっているが、そのほか純水容器７等の壁面の構
成成分の溶出による純水の低下を確実に防止するために
は、純水容器７や気液分離装置３２をステンレス鋼によ
って製作し、かつその少なくとも内表面に不働態皮膜を
形成しておくことが望ましい。このようにしておくこと
により、純水への溶出を著しく少なくすることができる
ことは良く知られている。またこのほか、ＰＥＥＫ等の
プラスチック素材も純水への溶出が少ないため、純水容
器７や気液分離装置３２の材料として用いることができ
る。
プ配管１５中のイオン交換樹脂塔１７、冷却チラー１
８、濾過器１９によって純水容器７中の純水の冷却と純
化を行なっているが、そのほか純水容器７等の壁面の構
成成分の溶出による純水の低下を確実に防止するために
は、純水容器７や気液分離装置３２をステンレス鋼によ
って製作し、かつその少なくとも内表面に不働態皮膜を
形成しておくことが望ましい。このようにしておくこと
により、純水への溶出を著しく少なくすることができる
ことは良く知られている。またこのほか、ＰＥＥＫ等の
プラスチック素材も純水への溶出が少ないため、純水容
器７や気液分離装置３２の材料として用いることができ
る。
【００７０】図２にはこの発明の第２の実施例の水素・
酸素ガス発生装置を示す。なおこの第２実施例におい
て、図１に示される第１の実施例中の要素と同一の要素
については同一の符号を付し、その説明は省略する。
酸素ガス発生装置を示す。なおこの第２実施例におい
て、図１に示される第１の実施例中の要素と同一の要素
については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００７１】図２に示される第２の実施例が、図１に示
される第１の実施例と異なる点は、図１のループ配管１
５の代りに、純水容器７の下部の純水流出口１２から水
電解セル１の連通口２に至る純水供給配管６０が設けら
れていて、この純水供給配管６０の中途に水流ポンプ１
６、イオン交換樹脂塔１７、熱交換器としての冷却チラ
ー１８、濾過器１９が設置されていることである。
される第１の実施例と異なる点は、図１のループ配管１
５の代りに、純水容器７の下部の純水流出口１２から水
電解セル１の連通口２に至る純水供給配管６０が設けら
れていて、この純水供給配管６０の中途に水流ポンプ１
６、イオン交換樹脂塔１７、熱交換器としての冷却チラ
ー１８、濾過器１９が設置されていることである。
【００７２】このような実施例においては、水電解セル
１内には、純水容器７から水流ポンプ１６、イオン交換
樹脂塔１７、冷却チラー１８および濾過器１９を介して
純水が供給されることになる。したがって水電解セル１
内へは、水流ポンプ１６から常に一定量の純水が供給さ
れ、しかもその純水は、予め冷却されかつ純化されたも
のとなる。
１内には、純水容器７から水流ポンプ１６、イオン交換
樹脂塔１７、冷却チラー１８および濾過器１９を介して
純水が供給されることになる。したがって水電解セル１
内へは、水流ポンプ１６から常に一定量の純水が供給さ
れ、しかもその純水は、予め冷却されかつ純化されたも
のとなる。
【００７３】図３にはこの発明の第３の実施例の水素・
酸素ガス発生装置を示す。この第３の実施例において
も、図１に示される第１の実施例中の要素と同一の要素
については同一の符号を付し、その説明は省略する。
酸素ガス発生装置を示す。この第３の実施例において
も、図１に示される第１の実施例中の要素と同一の要素
については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００７４】図３において、純水容器７の壁部は中空２
重壁構造とされて水冷ジャケット部７０が形成されてお
り、その水冷ジャケット部７０の上部および下部には冷
却水循環配管７１が接続され、その冷却水循環配管７１
の中途には冷却チラー７２が設けられている。また純水
容器７の内部（水電解セル１の外側）には、イオン交換
樹脂７３が収容されており、連通口２には濾過器７７が
設けられている。さらに気液分離装置３２の底部の排水
口３７に接続された排水管３８は排水弁３９を介して水
注入ポンプ７４の入口側に接続され、さらにこの水注入
ポンプ７４の出口側は排水戻り管７５を介して純水容器
７の下端近くに形成された排水戻り口７６に接続されて
いる。なお排水弁３９および水注入ポンプ７４は、第２
の水面検出手段３３の水面検出・制御装置３６によって
制御されるようになっている。そのほかの構成は図１に
示される第１の実施例と同様である。
重壁構造とされて水冷ジャケット部７０が形成されてお
り、その水冷ジャケット部７０の上部および下部には冷
却水循環配管７１が接続され、その冷却水循環配管７１
の中途には冷却チラー７２が設けられている。また純水
容器７の内部（水電解セル１の外側）には、イオン交換
樹脂７３が収容されており、連通口２には濾過器７７が
設けられている。さらに気液分離装置３２の底部の排水
口３７に接続された排水管３８は排水弁３９を介して水
注入ポンプ７４の入口側に接続され、さらにこの水注入
ポンプ７４の出口側は排水戻り管７５を介して純水容器
７の下端近くに形成された排水戻り口７６に接続されて
いる。なお排水弁３９および水注入ポンプ７４は、第２
の水面検出手段３３の水面検出・制御装置３６によって
制御されるようになっている。そのほかの構成は図１に
示される第１の実施例と同様である。
【００７５】以上のような図３に示される第３の実施例
においては、水素導出管４を経て水電解セル１から気液
分離装置３２に水素ガスとともに流入してその気液分離
装置３２に溜った純水は、水注入ポンプ７４によって排
水管３８、排水弁３９、排水戻り管７５を経て純水容器
７に戻されることになる。すなわち、気液分離装置３２
の水面が第２の水面検出手段３３によって検出され、水
面が上昇すれば、水面検出・制御装置３６によって排水
弁３９および水注入ポンプ７４が制御されて、気液分離
装置３２内の純水が純水容器７に戻り、気液分離装置３
２の水面がほぼ一定に保たれる。このように水電解セル
１から気液分離装置３２に流出した純水は純水容器７に
戻るから、水注入ポンプ９および純水注入制御弁１０を
介して新たに補給する純水は、電気分解によって分解さ
れた純水の量のみで足りる。すなわち水素ガス発生量１
ｍ3 、酸素ガス発生量０．５ｍ3 当り、ほぼ１リッター
の純水の補給で足りることになる。
においては、水素導出管４を経て水電解セル１から気液
分離装置３２に水素ガスとともに流入してその気液分離
装置３２に溜った純水は、水注入ポンプ７４によって排
水管３８、排水弁３９、排水戻り管７５を経て純水容器
７に戻されることになる。すなわち、気液分離装置３２
の水面が第２の水面検出手段３３によって検出され、水
面が上昇すれば、水面検出・制御装置３６によって排水
弁３９および水注入ポンプ７４が制御されて、気液分離
装置３２内の純水が純水容器７に戻り、気液分離装置３
２の水面がほぼ一定に保たれる。このように水電解セル
１から気液分離装置３２に流出した純水は純水容器７に
戻るから、水注入ポンプ９および純水注入制御弁１０を
介して新たに補給する純水は、電気分解によって分解さ
れた純水の量のみで足りる。すなわち水素ガス発生量１
ｍ3 、酸素ガス発生量０．５ｍ3 当り、ほぼ１リッター
の純水の補給で足りることになる。
【００７６】なお、前述の第１の実施例と同様に気液分
離装置３２の上部の水素ガス圧力と酸素ガス分離室７Ａ
の上部の酸素ガス圧力は、その差圧が例えば０．５ｋｇ
／ｃｍ2 以内とほぼ同等の圧力に制御されているから、
気液分離装置３２から純水容器７に戻る水に溶解してい
る水素ガスが純水容器７内で放出されて酸素ガス分離室
７Ａの酸素ガスに混入する量は極くわずかであり、した
がって爆鳴気が生成されるおそれはない。また、たとえ
純水容器７に戻って来た水に溶解している水素ガスが酸
素ガス分離室７Ａに放出されても、酸素ガスとともに酸
素ガス供給口２５Ａもしくはリーク弁３０を介して外部
へ排出されるから、高濃度に蓄積して爆鳴気を生成する
おそれもない。
離装置３２の上部の水素ガス圧力と酸素ガス分離室７Ａ
の上部の酸素ガス圧力は、その差圧が例えば０．５ｋｇ
／ｃｍ2 以内とほぼ同等の圧力に制御されているから、
気液分離装置３２から純水容器７に戻る水に溶解してい
る水素ガスが純水容器７内で放出されて酸素ガス分離室
７Ａの酸素ガスに混入する量は極くわずかであり、した
がって爆鳴気が生成されるおそれはない。また、たとえ
純水容器７に戻って来た水に溶解している水素ガスが酸
素ガス分離室７Ａに放出されても、酸素ガスとともに酸
素ガス供給口２５Ａもしくはリーク弁３０を介して外部
へ排出されるから、高濃度に蓄積して爆鳴気を生成する
おそれもない。
【００７７】さらに図３の実施例では、純水容器７内に
イオン交換樹脂７３が収容されているため、純水容器７
内の純水は常に純化された状態を保つことができる。な
お水電解セル１の連通口２には濾過器７７が設けられて
いるから、イオン交換樹脂７３が水電解セル１の陽極室
に流入することが防止される。
イオン交換樹脂７３が収容されているため、純水容器７
内の純水は常に純化された状態を保つことができる。な
お水電解セル１の連通口２には濾過器７７が設けられて
いるから、イオン交換樹脂７３が水電解セル１の陽極室
に流入することが防止される。
【００７８】また純水容器１の壁部には水冷ジャケット
部７０が形成されており、この水冷ジャケット部７０内
の冷却水は冷却チラー７２によって循環冷却されている
から、水電解セル１の電気分解で発生する熱は冷却ジャ
ケット部７０内の冷却水によって奪われ、異常に高温と
なることが防止される。但し、発生ガス量が少ない場合
には発生熱量も少ないから、水冷する代りに冷風による
強制空冷で充分な場合もあり、また自然放熱で充分なこ
ともある。
部７０が形成されており、この水冷ジャケット部７０内
の冷却水は冷却チラー７２によって循環冷却されている
から、水電解セル１の電気分解で発生する熱は冷却ジャ
ケット部７０内の冷却水によって奪われ、異常に高温と
なることが防止される。但し、発生ガス量が少ない場合
には発生熱量も少ないから、水冷する代りに冷風による
強制空冷で充分な場合もあり、また自然放熱で充分なこ
ともある。
【００７９】なお前述の説明では酸素ガス分離室７Ａ内
の酸素ガス圧力と気液分離装置３２内の水素ガス圧力が
ほぼ同等の圧力となるように制御しているが、ガス圧力
制御装置５４の制御プログラムを、気液分離装置３２の
水素ガス圧力が酸素ガス分離室７Ａ内の酸素ガス圧力よ
りも常にわずかに高くなるように（例えば０．５ｋｇ／
ｍｍ2 程度）制御するように変更すれば、その圧力によ
って気液分離装置３２内に溜っている水を、排水管３
８、排水戻り管７５を介して純水容器７に押し戻すこと
が可能となるから、その場合には水注入ポンプ７４を単
なる開閉弁および／または逆止弁の如くポンプ作用のな
いものに代えることも可能である。そして開閉弁を用い
る場合には、気液分離装置３２の水面を検出する第２の
水面検出手段３３による検出水面レベルに応じてその開
閉弁を制御すれば良い。但し、既に述べたところから明
らかなように、水電解セル１内の電解質膜に作用する差
圧があまり大きくならないように、酸素ガス分離室７Ａ
の酸素ガス圧力と気液分離装置３２の水素ガス圧力との
差は、例えば１ｋｇ／ｃｍ2 程度以下に抑えることが望
ましい。
の酸素ガス圧力と気液分離装置３２内の水素ガス圧力が
ほぼ同等の圧力となるように制御しているが、ガス圧力
制御装置５４の制御プログラムを、気液分離装置３２の
水素ガス圧力が酸素ガス分離室７Ａ内の酸素ガス圧力よ
りも常にわずかに高くなるように（例えば０．５ｋｇ／
ｍｍ2 程度）制御するように変更すれば、その圧力によ
って気液分離装置３２内に溜っている水を、排水管３
８、排水戻り管７５を介して純水容器７に押し戻すこと
が可能となるから、その場合には水注入ポンプ７４を単
なる開閉弁および／または逆止弁の如くポンプ作用のな
いものに代えることも可能である。そして開閉弁を用い
る場合には、気液分離装置３２の水面を検出する第２の
水面検出手段３３による検出水面レベルに応じてその開
閉弁を制御すれば良い。但し、既に述べたところから明
らかなように、水電解セル１内の電解質膜に作用する差
圧があまり大きくならないように、酸素ガス分離室７Ａ
の酸素ガス圧力と気液分離装置３２の水素ガス圧力との
差は、例えば１ｋｇ／ｃｍ2 程度以下に抑えることが望
ましい。
【００８０】以上の各実施例では、水電解セル１で発生
した水素ガスの気液分離を、純水容器７とは別体の気液
分離装置３２において行なう構成としているが、場合に
よっては別に気液分離装置３２を設けることなく、水素
ガスの気液分離をも純水容器７内において行なうことも
可能である。その場合の実施例を、この発明の第４の実
施例として図４に示す。
した水素ガスの気液分離を、純水容器７とは別体の気液
分離装置３２において行なう構成としているが、場合に
よっては別に気液分離装置３２を設けることなく、水素
ガスの気液分離をも純水容器７内において行なうことも
可能である。その場合の実施例を、この発明の第４の実
施例として図４に示す。
【００８１】図４において、純水容器７の内側には前記
各実施例と同様に水電解セル１が収納されており、この
純水容器７内における水電解セル１の上方の部分は、中
央の隔離板８０によって、水電解セル１内の陽極室側に
対応する酸素室８１と、水電解セル１内の陰極室側に対
応する水素室８２とに区分・隔離されている。そして水
電解セル１の陽極室から酸素ガスを導くための酸素導出
管３の先端は、酸素室８１において開口されており、ま
た陰極室から水素ガスを導くための水素導出管４の先端
は水素室８２において開口されている。
各実施例と同様に水電解セル１が収納されており、この
純水容器７内における水電解セル１の上方の部分は、中
央の隔離板８０によって、水電解セル１内の陽極室側に
対応する酸素室８１と、水電解セル１内の陰極室側に対
応する水素室８２とに区分・隔離されている。そして水
電解セル１の陽極室から酸素ガスを導くための酸素導出
管３の先端は、酸素室８１において開口されており、ま
た陰極室から水素ガスを導くための水素導出管４の先端
は水素室８２において開口されている。
【００８２】またこの純水容器７における酸素室８１の
外側には、前記各実施例と同様に水面計２１等からなる
第１の水面検出手段２０が設けられており、また水素室
８２の外側にも、水面計３４等からなる第２の水面検出
手段３３が設けられている。この第２の水面検出手段３
３は、前記各実施例において気液分離装置３２に設けら
れていたものと同様に構成されている。そのほか、純水
容器７が水冷ジャケット構造となっている点などは、図
３に示される第３の実施例と同様である。なお純水容器
７の底部には排水管９０が接続されており、この排水管
９０には手動排水弁９１が設けられていてる。
外側には、前記各実施例と同様に水面計２１等からなる
第１の水面検出手段２０が設けられており、また水素室
８２の外側にも、水面計３４等からなる第２の水面検出
手段３３が設けられている。この第２の水面検出手段３
３は、前記各実施例において気液分離装置３２に設けら
れていたものと同様に構成されている。そのほか、純水
容器７が水冷ジャケット構造となっている点などは、図
３に示される第３の実施例と同様である。なお純水容器
７の底部には排水管９０が接続されており、この排水管
９０には手動排水弁９１が設けられていてる。
【００８３】純水容器７における酸素室８１の上端の酸
素ガス導出口２４に接続されている第１のガス配管系２
５には、前述の各実施例と同様にガス乾燥器２６、可燃
性ガスセンサ２７、保圧弁２８が設けられているほか、
その第１のガス配管系２５における酸素ガス供給口２５
Ａ側の流路に、前記保圧弁２８を挟んで流量制御器８３
および手動弁８４が設けられており、さらにリーク側の
流路にも流量制御器８５が設けられている。
素ガス導出口２４に接続されている第１のガス配管系２
５には、前述の各実施例と同様にガス乾燥器２６、可燃
性ガスセンサ２７、保圧弁２８が設けられているほか、
その第１のガス配管系２５における酸素ガス供給口２５
Ａ側の流路に、前記保圧弁２８を挟んで流量制御器８３
および手動弁８４が設けられており、さらにリーク側の
流路にも流量制御器８５が設けられている。
【００８４】一方純水容器７における水素室８２の上端
には、水素ガス導出口８６が形成されており、この水素
ガス導出口８６に、水素ガスを水素ガス供給口４１Ａに
導くための第２のガス配管系４１が接続されている。こ
の第２のガス配管系４１には、前記各実施例と同様にガ
ス乾燥器４２、可燃性ガスセンサ４３、保圧弁４４、第
３のガス圧力センサ４６、リーク弁４７が設けられてい
るほか、その第２のガス配管系４１における水素ガス供
給口４１Ａ側の流路に、保圧弁４４を挟んで流量計８７
および手動弁８８が設けられている。なおガス乾燥器２
６，４２に接続されたドレイン管３１，４８は、それぞ
れ純水容器７の酸素室８１、水素室８２に挿入されてい
る。
には、水素ガス導出口８６が形成されており、この水素
ガス導出口８６に、水素ガスを水素ガス供給口４１Ａに
導くための第２のガス配管系４１が接続されている。こ
の第２のガス配管系４１には、前記各実施例と同様にガ
ス乾燥器４２、可燃性ガスセンサ４３、保圧弁４４、第
３のガス圧力センサ４６、リーク弁４７が設けられてい
るほか、その第２のガス配管系４１における水素ガス供
給口４１Ａ側の流路に、保圧弁４４を挟んで流量計８７
および手動弁８８が設けられている。なおガス乾燥器２
６，４２に接続されたドレイン管３１，４８は、それぞ
れ純水容器７の酸素室８１、水素室８２に挿入されてい
る。
【００８５】前記流量計８７および第２の水面検出手段
３３の水面検出・制御装置３６の出力は、ガス流量制御
装置（ガス流量制御手段）８９に入力され、またこのガ
ス流量制御装置８９は、前記流量制御器８３，８５を制
御するように構成されている。
３３の水面検出・制御装置３６の出力は、ガス流量制御
装置（ガス流量制御手段）８９に入力され、またこのガ
ス流量制御装置８９は、前記流量制御器８３，８５を制
御するように構成されている。
【００８６】以上のような図４に示される第４の実施例
においては、水電解セル１で発生した酸素ガスおよび水
素ガスは、それぞれ酸素導出管３、水素導出管４に導か
れて、酸素室８１、水素室８２の上部に溜まる。これら
の酸素室８１、水素室８２との間は、隔離板８０によっ
て隔てられているから、酸素ガスと水素ガスとが混じり
合うことはない。一方酸素室８１の下方と水素室８２の
下方は純水容器７内で純水が連続しているから、酸素室
８１の上部に溜まる酸素ガスの圧力と水素室８２の上部
に溜まる水素ガスの圧力とは常に同じとなっている。し
たがって水電解セル１内の陽極と陰極とを隔離している
固体高分子電解質膜などの隔膜には差圧が作用しないか
ら、その電解質膜が差圧により破壊することはない。ま
た水電解セル１内の陽極室および陰極室の圧力と水電解
セル１の外部の純水の圧力も常に同じ圧力となるから水
電解セル１のシール部に作用する差圧も零となり、その
ため差圧によりシール部が破壊されて水電解セル１から
水素ガスや酸素ガスが純水容器７内にリークすることも
ない。
においては、水電解セル１で発生した酸素ガスおよび水
素ガスは、それぞれ酸素導出管３、水素導出管４に導か
れて、酸素室８１、水素室８２の上部に溜まる。これら
の酸素室８１、水素室８２との間は、隔離板８０によっ
て隔てられているから、酸素ガスと水素ガスとが混じり
合うことはない。一方酸素室８１の下方と水素室８２の
下方は純水容器７内で純水が連続しているから、酸素室
８１の上部に溜まる酸素ガスの圧力と水素室８２の上部
に溜まる水素ガスの圧力とは常に同じとなっている。し
たがって水電解セル１内の陽極と陰極とを隔離している
固体高分子電解質膜などの隔膜には差圧が作用しないか
ら、その電解質膜が差圧により破壊することはない。ま
た水電解セル１内の陽極室および陰極室の圧力と水電解
セル１の外部の純水の圧力も常に同じ圧力となるから水
電解セル１のシール部に作用する差圧も零となり、その
ため差圧によりシール部が破壊されて水電解セル１から
水素ガスや酸素ガスが純水容器７内にリークすることも
ない。
【００８７】このような図４に示される第４の実施例の
水素・酸素ガス発生装置を始動させるにあたっては、先
ず手動操作によって流量制御器８５およびリーク弁４７
を開放状態とし、第１の水面検出手段２０の水面計２１
および第２の水面検出手段３３の水面計３４によって純
水容器７の酸素室８１、水素室８２の水面を目視により
確認しながら、純水注入手段１１の純水注入制御弁１０
を手動によって開放して水注入ポンプ９を作動させ、純
水容器７内を純水で完全に満たした状態とする。
水素・酸素ガス発生装置を始動させるにあたっては、先
ず手動操作によって流量制御器８５およびリーク弁４７
を開放状態とし、第１の水面検出手段２０の水面計２１
および第２の水面検出手段３３の水面計３４によって純
水容器７の酸素室８１、水素室８２の水面を目視により
確認しながら、純水注入手段１１の純水注入制御弁１０
を手動によって開放して水注入ポンプ９を作動させ、純
水容器７内を純水で完全に満たした状態とする。
【００８８】次いで手動弁８４，８８、流量制御器８
５、リーク弁４７および純水注入制御弁１０を閉じ、水
注入ポンプ９の運転も停止させる。この状態で水電解セ
ル１に直流電源５３から電力を供給して純水を電気分解
させ、水素ガスと酸素ガスを発生させれば、そのガス圧
力のうち水素ガス圧力がガス圧力センサ４６によって検
出される。初期状態では純水容器７には純水が完全に満
たされているから、水素ガス圧力は急激に上昇し、設定
圧力に直ちに到達してガス圧力センサ４６から電力制御
装置５２に与えられる圧力信号によって直流電源５３が
直ちに停止する。
５、リーク弁４７および純水注入制御弁１０を閉じ、水
注入ポンプ９の運転も停止させる。この状態で水電解セ
ル１に直流電源５３から電力を供給して純水を電気分解
させ、水素ガスと酸素ガスを発生させれば、そのガス圧
力のうち水素ガス圧力がガス圧力センサ４６によって検
出される。初期状態では純水容器７には純水が完全に満
たされているから、水素ガス圧力は急激に上昇し、設定
圧力に直ちに到達してガス圧力センサ４６から電力制御
装置５２に与えられる圧力信号によって直流電源５３が
直ちに停止する。
【００８９】この状態で手動排水弁９１を徐々に開放す
れば、純水容器７内の純水が排水管９０から押し出され
て、酸素室８１および水素室８２の水面が低下し、これ
に伴なって酸素室８１、水素室８２の圧力も低下するか
ら、ガス圧力センサ４６および電力制御装置５２の機能
によって直流電源５３から水電解セル１への電力の供給
が再開され、純水の電気分解が再開されて酸素ガス、水
素ガスが再び発生する。これにより排水管９０からさら
に純水容器７内の純水が押出され、酸素室８１、水素室
８２の水面がさらに低くなる。このようにして酸素室８
１および水素室８２の水面が所定の水面（平常動作時の
水面）に達した時に手動排水弁９１を閉じれば、水面の
低下が停止される。そして酸素室８１の酸素ガス圧力、
および水素室８２の水素ガス圧力が設定圧力に達すれ
ば、純水の電気分解が停止される。このような状態にお
いて、手動弁８８、手動弁８４を開放すれば、水素ガ
ス、酸素ガスをそれぞれ水素ガス供給口４１Ａ、酸素ガ
ス供給口２５Ａから外部へ供給することができる。
れば、純水容器７内の純水が排水管９０から押し出され
て、酸素室８１および水素室８２の水面が低下し、これ
に伴なって酸素室８１、水素室８２の圧力も低下するか
ら、ガス圧力センサ４６および電力制御装置５２の機能
によって直流電源５３から水電解セル１への電力の供給
が再開され、純水の電気分解が再開されて酸素ガス、水
素ガスが再び発生する。これにより排水管９０からさら
に純水容器７内の純水が押出され、酸素室８１、水素室
８２の水面がさらに低くなる。このようにして酸素室８
１および水素室８２の水面が所定の水面（平常動作時の
水面）に達した時に手動排水弁９１を閉じれば、水面の
低下が停止される。そして酸素室８１の酸素ガス圧力、
および水素室８２の水素ガス圧力が設定圧力に達すれ
ば、純水の電気分解が停止される。このような状態にお
いて、手動弁８８、手動弁８４を開放すれば、水素ガ
ス、酸素ガスをそれぞれ水素ガス供給口４１Ａ、酸素ガ
ス供給口２５Ａから外部へ供給することができる。
【００９０】外部へ供給される水素ガスの流量は、第２
のガス配管系４１の流量計８７によって計測され、その
計測値に基いて第１のガス配管系２５の流量制御器８３
の流量設定値（すなわち酸素ガス流量設定値）が水素ガ
ス流量の１／２の流量となるように、ガス流量制御装置
８９により流量制御器８３が制御される。ここで、第１
のガス配管系２５の流量制御器８３が全開となってもそ
の流量制御器８３に実際に流れる酸素ガス流量が設定流
量値に達しないときには、その流量制御器８３の設定流
量値と実際に流れた酸素ガス流量との差に相当する流量
がリーク側の流量制御器８５に設定される。したがって
流量制御器８３の設定流量値と実際の酸素ガス流量との
差に相当する酸素ガスが流量制御器８５を介してリーク
されるから、結局第１のガス配管系２５の流量制御器８
３を通って酸素ガス供給口２５Ａから外部へ供給される
酸素ガス流量と、同じ第１のガス配管系２５の流量制御
器８５を通ってリークされる酸素ガス流量との合計流量
が、第２のガス配管系４１を経て外部へ供給される水素
ガス流量の１／２となり、全体として水素ガス流量と酸
素ガス流量との比が２：１に保たれる。
のガス配管系４１の流量計８７によって計測され、その
計測値に基いて第１のガス配管系２５の流量制御器８３
の流量設定値（すなわち酸素ガス流量設定値）が水素ガ
ス流量の１／２の流量となるように、ガス流量制御装置
８９により流量制御器８３が制御される。ここで、第１
のガス配管系２５の流量制御器８３が全開となってもそ
の流量制御器８３に実際に流れる酸素ガス流量が設定流
量値に達しないときには、その流量制御器８３の設定流
量値と実際に流れた酸素ガス流量との差に相当する流量
がリーク側の流量制御器８５に設定される。したがって
流量制御器８３の設定流量値と実際の酸素ガス流量との
差に相当する酸素ガスが流量制御器８５を介してリーク
されるから、結局第１のガス配管系２５の流量制御器８
３を通って酸素ガス供給口２５Ａから外部へ供給される
酸素ガス流量と、同じ第１のガス配管系２５の流量制御
器８５を通ってリークされる酸素ガス流量との合計流量
が、第２のガス配管系４１を経て外部へ供給される水素
ガス流量の１／２となり、全体として水素ガス流量と酸
素ガス流量との比が２：１に保たれる。
【００９１】但し、上述のように水素ガスと酸素ガスの
流量比を制御しても、実際にはかなりの誤差が生じて、
流量比が正しく２：１に保たれないことがあり、その場
合には純水容器７の上部の酸素室８１の水面と水素室８
２の水面とのうち、いずれか一方が正常動作時の水面よ
り上がり、他方が下がることになる。そこで図４の第４
の実施例では、第２の水面検出手段３３の水面センサ３
５Ａ〜３５Ｄにより水素室８２の水面を検出し、水素室
８２の水面が正規の位置より下がった場合には、水面検
出・制御装置３６の信号に基いてガス流量制御装置８９
により第１のガス配管系２５における流量制御器８３も
しくは流量制御器８５の設定流量値を減少させるように
制御し、これにより合計酸素ガス流量を減少させ、逆に
水素室８２の水面が正規の位置より上がった場合には、
水面検出・制御装置３６の信号に基いてガス流量制御装
置８９により流量制御器８３もしくは流量制御器８５の
設定流量値が増大するように制御し、これにより合計酸
素ガス流量を増加させる。このようにして水面を常にほ
ぼ一定に制御することにより、結果的に水素ガス流量と
酸素ガス流量との比が２：１に正しく制御される。
流量比を制御しても、実際にはかなりの誤差が生じて、
流量比が正しく２：１に保たれないことがあり、その場
合には純水容器７の上部の酸素室８１の水面と水素室８
２の水面とのうち、いずれか一方が正常動作時の水面よ
り上がり、他方が下がることになる。そこで図４の第４
の実施例では、第２の水面検出手段３３の水面センサ３
５Ａ〜３５Ｄにより水素室８２の水面を検出し、水素室
８２の水面が正規の位置より下がった場合には、水面検
出・制御装置３６の信号に基いてガス流量制御装置８９
により第１のガス配管系２５における流量制御器８３も
しくは流量制御器８５の設定流量値を減少させるように
制御し、これにより合計酸素ガス流量を減少させ、逆に
水素室８２の水面が正規の位置より上がった場合には、
水面検出・制御装置３６の信号に基いてガス流量制御装
置８９により流量制御器８３もしくは流量制御器８５の
設定流量値が増大するように制御し、これにより合計酸
素ガス流量を増加させる。このようにして水面を常にほ
ぼ一定に制御することにより、結果的に水素ガス流量と
酸素ガス流量との比が２：１に正しく制御される。
【００９２】一方、純水容器７における酸素室８１の水
面は第１の水面検出手段２０の水面センサ２２Ａ〜２２
Ｄにより検知され、その検知された水面に応じ、水面検
出・制御装置２３によって純水注入手段１１の水注入ポ
ンプ９、純水注入制御弁１０が制御される。すなわち酸
素室８１の水面が設定水面より低下すれば、純水が純水
容器７内に注入される。したがって電気分解によって消
費される純水は適宜補給され、水素ガス、酸素ガスを所
望の圧力で供給することができる。
面は第１の水面検出手段２０の水面センサ２２Ａ〜２２
Ｄにより検知され、その検知された水面に応じ、水面検
出・制御装置２３によって純水注入手段１１の水注入ポ
ンプ９、純水注入制御弁１０が制御される。すなわち酸
素室８１の水面が設定水面より低下すれば、純水が純水
容器７内に注入される。したがって電気分解によって消
費される純水は適宜補給され、水素ガス、酸素ガスを所
望の圧力で供給することができる。
【００９３】なお図４の第４の実施例についての上述の
説明では、第２の水面検出手段３３によって検出した水
素室８２の水面レベルに応じて第１のガス配管系２５の
流量制御装置８３もしくは８５を制御して酸素ガス流量
をコントロールし、また第１の水面検出手段２０によっ
て検出した酸素室８１の水面レベルに応じて水注入手段
１１を制御して純水の注入をコントロールしているが、
場合によっては、逆に第２の水面検出手段３３によって
検出した水素室８２の水面レベルに応じて純水注入手段
１１を制御して純水の注入をコントロールし、一方第１
の水面検出手段２０によって検出した酸素室８１の水面
レベルに応じて第１のガス配管系２５の流量制御器８３
もしくは８５を制御して酸素ガス流量をコントロールし
ても良い。
説明では、第２の水面検出手段３３によって検出した水
素室８２の水面レベルに応じて第１のガス配管系２５の
流量制御装置８３もしくは８５を制御して酸素ガス流量
をコントロールし、また第１の水面検出手段２０によっ
て検出した酸素室８１の水面レベルに応じて水注入手段
１１を制御して純水の注入をコントロールしているが、
場合によっては、逆に第２の水面検出手段３３によって
検出した水素室８２の水面レベルに応じて純水注入手段
１１を制御して純水の注入をコントロールし、一方第１
の水面検出手段２０によって検出した酸素室８１の水面
レベルに応じて第１のガス配管系２５の流量制御器８３
もしくは８５を制御して酸素ガス流量をコントロールし
ても良い。
【００９４】さらに前記実施例では、第３のガス圧力セ
ンサ４６を水素ガス系路すなわち第２のガス配管系４１
に設けて、水素ガス圧力に応じて電力制御装置５２によ
り直流電源５３を制御するように構成しているが、場合
によっては第３のガス圧力センサ４６を第１のガス配管
系２５に設けて、酸素ガス圧力に応じて電力制御装置５
２により直流電源５３を制御しても良い。
ンサ４６を水素ガス系路すなわち第２のガス配管系４１
に設けて、水素ガス圧力に応じて電力制御装置５２によ
り直流電源５３を制御するように構成しているが、場合
によっては第３のガス圧力センサ４６を第１のガス配管
系２５に設けて、酸素ガス圧力に応じて電力制御装置５
２により直流電源５３を制御しても良い。
【００９５】なおまた図４に示される第４の実施例にお
いては、図３に示される第３の実施例と同様に、純水容
器７を水冷ジャケット構造とし、また純水容器７内にイ
オン交換樹脂７３を収容した構成としているが、図４の
第４の実施例でも、水冷ジャケット構造とはせずに、図
１に示される第１の実施例と同様にループ配管１５を設
けて、このループ配管１５に水流ポンプ１６、イオン交
換樹脂塔１７、熱交換器としての冷却チラー１８、濾過
器１９を設けて、ループ配管１５の側において純水の冷
却、純化を行なうようにしても良い。あるいはまた図２
に示される第２の実施例と同様に、純水容器７の下部の
純水流出口１２から水電解セル１の連通口２に至る純水
供給配管６０を設けて、その純水供給配管６０の中途に
水流ポンプ１６、イオン交換樹脂塔１７、熱交換器とし
ての冷却チラー１８、濾過器１９を設けて、純水容器７
から純水供給配管６０を介して冷却、純化された純水が
水電解セル１内に供給されるようにしても良い。
いては、図３に示される第３の実施例と同様に、純水容
器７を水冷ジャケット構造とし、また純水容器７内にイ
オン交換樹脂７３を収容した構成としているが、図４の
第４の実施例でも、水冷ジャケット構造とはせずに、図
１に示される第１の実施例と同様にループ配管１５を設
けて、このループ配管１５に水流ポンプ１６、イオン交
換樹脂塔１７、熱交換器としての冷却チラー１８、濾過
器１９を設けて、ループ配管１５の側において純水の冷
却、純化を行なうようにしても良い。あるいはまた図２
に示される第２の実施例と同様に、純水容器７の下部の
純水流出口１２から水電解セル１の連通口２に至る純水
供給配管６０を設けて、その純水供給配管６０の中途に
水流ポンプ１６、イオン交換樹脂塔１７、熱交換器とし
ての冷却チラー１８、濾過器１９を設けて、純水容器７
から純水供給配管６０を介して冷却、純化された純水が
水電解セル１内に供給されるようにしても良い。
【００９６】また前述の各実施例では、酸素ガス分離室
７Ａは、純水容器７の上部にその一部として設けられて
いるが、水素ガスについての気液分離装置３２と同様
に、純水容器７と分離して設けることも可能である。こ
の場合酸素導出管３は、純水容器７の外部まで取り出さ
れて酸素ガス分離室（気液分離装置）に接続され、また
排水管は弁等を設けることなく、直接純水容器に接続さ
れる。
７Ａは、純水容器７の上部にその一部として設けられて
いるが、水素ガスについての気液分離装置３２と同様
に、純水容器７と分離して設けることも可能である。こ
の場合酸素導出管３は、純水容器７の外部まで取り出さ
れて酸素ガス分離室（気液分離装置）に接続され、また
排水管は弁等を設けることなく、直接純水容器に接続さ
れる。
【００９７】さらに以上の説明では、水電解セルの具体
的構造については特に限定しなかったが、これまでに公
知な水電解セルの構造は全て使用可能である。例えば、
１枚の固体電解質膜等を隔膜として有する簡単な構造の
セルも、また数１００枚に及ぶ固体電解質膜等を隔膜と
して積層した構造のセルもすべて適用可能である。
的構造については特に限定しなかったが、これまでに公
知な水電解セルの構造は全て使用可能である。例えば、
１枚の固体電解質膜等を隔膜として有する簡単な構造の
セルも、また数１００枚に及ぶ固体電解質膜等を隔膜と
して積層した構造のセルもすべて適用可能である。
【００９８】
【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように、こ
の発明の水素・酸素ガス発生装置によれば、ガス圧力を
高めても水電解セルの陽極室と陰極室を隔てている固体
高分子電解質膜などの隔膜に加わる差圧を小さく抑え、
耐圧の低い隔膜の破壊を防止することができるととも
に、水電解セルのシール部からのガスの漏洩を防止で
き、そのため、ガス圧縮機を用いることなく、所望の高
い圧力の水素ガス、酸素ガスを供給することができる。
また水素ガス、酸素ガスの圧力を高めることによってガ
ス中の不純物としての水分分圧を相対的に低く抑えるこ
とができ、そのため高純度のガスを供給することができ
る。そしてこの発明の水素・酸素ガス発生装置を用いれ
ば、高圧ガスの輸送や貯溜を伴なうことなく、所望の高
い圧力の水素ガス、酸素ガスを使用場所近傍において必
要な時に安定かつ安全に供給することができる。
の発明の水素・酸素ガス発生装置によれば、ガス圧力を
高めても水電解セルの陽極室と陰極室を隔てている固体
高分子電解質膜などの隔膜に加わる差圧を小さく抑え、
耐圧の低い隔膜の破壊を防止することができるととも
に、水電解セルのシール部からのガスの漏洩を防止で
き、そのため、ガス圧縮機を用いることなく、所望の高
い圧力の水素ガス、酸素ガスを供給することができる。
また水素ガス、酸素ガスの圧力を高めることによってガ
ス中の不純物としての水分分圧を相対的に低く抑えるこ
とができ、そのため高純度のガスを供給することができ
る。そしてこの発明の水素・酸素ガス発生装置を用いれ
ば、高圧ガスの輸送や貯溜を伴なうことなく、所望の高
い圧力の水素ガス、酸素ガスを使用場所近傍において必
要な時に安定かつ安全に供給することができる。
【図１】この発明の第１の実施例の水素・酸素ガス発生
装置を示すブロック図である。
装置を示すブロック図である。
【図２】この発明の第２の実施例の水素・酸素ガス発生
装置を示すブロック図である。
装置を示すブロック図である。
【図３】この発明の第３の実施例の水素・酸素ガス発生
装置を示すブロック図である。
装置を示すブロック図である。
【図４】この発明の第４の実施例の水素・酸素ガス発生
装置を示すブロック図である。
装置を示すブロック図である。
１ 水電解セル ２ 連通口 ３ 酸素導出管 ４ 水素導出管 ７ 純水容器 ７Ａ 酸素ガス分離室 １１ 純水注入手段 １５ ループ配管 １６ 水流ポンプ １７ イオン交換樹脂塔 １８ 冷却チラー １９ 濾過器 ２０ 第１の水面検出手段 ２３ 水面検出・制御装置 ２５ 第１のガス配管系 ２６ ガス乾燥器 ２８ 保圧弁 ２９ 第１のガス圧力センサ ３０ リーク弁 ３２ 気液分離装置 ３３ 第２の水面検出手段 ３６ 水面検出・制御装置 ３８ 排水管 ４１ 第２のガス配管系 ４２ ガス乾燥器 ４４ 保圧弁 ４５ 第２のガス圧力センサ ４６ 第３のガス圧力センサ ４７ リーク弁 ５２ 電力制御装置 ５３ 直流電源 ５４ ガス圧力制御装置 ６０ 純水供給配管 ７０ 水冷ジャケット部 ７２ 冷却チラー ７４ 水注入ポンプ ８０ 隔離板 ８１ 酸素室 ８２ 水素室 ８３ 流量制御器 ８５ 流量制御器 ８７ 流量計 ８９ ガス流量制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平井 清司 兵庫県加古川市別府町新野辺475−20 (72)発明者 安井 信一 兵庫県加古郡播磨町野添４丁目108 タウ ニーＳＡ棟202号 (72)発明者 小林 宏子 兵庫県神戸市長田区名倉町５丁目８番11号 (72)発明者 長尾 衛 大阪府大阪市東淀川区井高野２丁目７番18 −102号
Claims (15)
- 【請求項１】 固体高分子電解質等の隔膜により分離さ
れた陽極室と陰極室とを有する水電解セルにより、純水
を直接電気分解して水素ガスと酸素ガスとを発生させる
ための水素・酸素ガス発生装置において：陽極室下部に
外部と連通した連通口を設けるとともに、純水の電気分
解で発生した酸素ガスを陽極室側からその上方へ導く酸
素導出管を設けた水電解セルと、 その水電解セルを収容しかつその水電解セルを純水中に
浸漬させた状態で支持し、しかも上部に前記酸素導出管
の上部開口端が開放される酸素ガス分離室を形成した純
水容器と、 純水の電気分解で発生した水素ガスを水電解セルの陰極
室の上部から純水容器の外部へ導く水素導出管に接続さ
れた気液分離装置と、 前記酸素ガス分離室の上部に溜まる酸素ガスの圧力を検
出するための第１のガス圧力検出手段と、 気液分離装置の上部に溜まる水素ガスの圧力を検出する
ための第２のガス圧力検出手段と、 酸素ガス分離室の上部に溜まる酸素ガスを外部に取り出
すための第１のガス配管系と、 前記気液分離装置の上部に溜まる水素ガスを外部に取り
出すための第２のガス配管系と、 前記第１及び第２のガス圧力検出手段で検出した圧力検
出値に基いて第１及び第２のガス配管系を制御して、酸
素ガス分離室の上部に溜まる酸素ガスの圧力および気液
分離装置の上部に溜まる水素ガスの圧力をそれぞれ制御
するためのガス圧力制御手段と、 水電解セルに電力を供給する直流電源と、 その直流電源を制御して、水素ガス圧力もしくは酸素ガ
ス圧力が予め定められた圧力になるように水電解セルに
供給する電力を制御する電力制御装置、とを有してなる
ことを特徴とする水素・酸素ガス発生装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の水素・酸素ガス発生装
置において：さらに、前記酸素ガス分離室の水面位置を
検出するための第１の水面検出手段を備えており、その
第１の水面検出手段により検出された酸素ガス分離室の
水面位置に応じて前記純水注入手段が純水を純水容器内
に注入するように構成されていることを特徴とする水素
・酸素ガス発生装置。 - 【請求項３】 請求項１もしくは請求項２に記載の水素
・酸素ガス発生装置において：さらに、前記気液分離装
置の水面を検出するための第２の水面検出手段を備えて
おり、その第２の水面検出手段により検出された気液分
離装置の水面位置に応じて気液分離装置内に溜った水を
排水するように構成されていることを特徴とする水素・
酸素ガス発生装置。 - 【請求項４】 請求項１もしくは請求項２に記載の水素
・酸素ガス発生装置において：前記気液分離装置の水面
を検出する第２の水面検出手段を有しており、さらに気
液分離装置内に溜まった水を排出する排水管を純水容器
に配管接続するとともに、その排水管の系路に、気液分
離装置に溜まった水を純水容器に戻すポンプを設け、前
記第２の水面検出手段により検出された気液分離装置の
水面位置に応じて前記ポンプを作動させるように構成し
たことを特徴とする水素・酸素ガス発生装置。 - 【請求項５】 請求項１もしくは請求項２に記載の水素
・酸素ガス発生装置において：前記気液分離装置の水面
を検出する第２の水面検出手段を有しており、さらに気
液分離装置に溜まった水を排出する排水管を純水容器に
配管接続するとともに、その配管系路の途中にバルブを
設け、そのバルブの開閉を第２の水面検出手段により検
出された気液分離装置の水面位置に応じて制御するよう
に構成するとともに、前記酸素ガス分離室上部に溜まる
酸素ガス圧力より気液分離装置の上部に溜まる水素ガス
圧力の方が高くなるように制御するように構成したこと
を特徴とする水素・酸素ガス発生装置。 - 【請求項６】 前記ガス圧力制御手段が、酸素ガス分離
室の上部の酸素ガス圧力と気液分離室の上部の水素ガス
圧力との差が予め定めた範囲内となるように制御する構
成とされていることを特徴とする、請求項１〜請求項５
のいずれかに記載の水素・酸素ガス発生装置。 - 【請求項７】 固体高分子電解質等の隔膜により分離さ
れた陽極室と陰極室とを有する水電解セルにより、純水
を直接電気分解して水素ガスと酸素ガスとを発生させる
ための水素・酸素ガス発生装置において：酸素ガスが発
生する陽極室下部に外部に連通した連通口を設けるとと
もに、純水の電気分解で発生した酸素ガスを陽極室から
その上方へ導く酸素導出管と、純水の電気分解で発生し
た水素ガスを陰極室からその上方へ導く水素導出管とを
設けた水電解セルと、 水電解セルを収容しかつその水電解セルを純水中に浸漬
させた状態で保持し、しかも上部に隔離板を設けて互い
にガスがリークして混じり合わない構造の酸素室および
水素室を区画形成し、その酸素室および水素室に、それ
ぞれ前記酸素導出管および水素導出管の上部開口端を開
放させた純水容器と、 前記酸素室の水面位置を検出する第１の水面検出手段
と、 前記水素室の水面位置を検出する第２の水面検出手段
と、 前記酸素室の上部に溜まる酸素ガスを外部に取り出すた
めのガス配管系であって、かつ外部への酸素ガス供給流
量を制御する流量制御器およびリーク側酸素ガス流量を
制御する流量制御器とを備えた第１のガス配管系と、 前記水素室の上部に溜まる水素ガスを外部に取り出すた
めのガス配管系であって、かつ水素ガス流量を検出する
流量計を備えた第２のガス配管系と、 前記第２のガス配管系の流量計の計測値に基いて第１の
ガス配管系の流量制御器のいずれか一方または双方を制
御するとともに、第２の水面検出手段もしくは第１の水
面検出手段により検出された水面位置に応じて第１のガ
ス配管系のリーク側流量制御器を制御するガス流量制御
手段と、 前記第１の水面検出手段もしくは第２の水面検出手段に
より検出された水面レベルに応じて純水容器に純水を注
入するための純水注入手段と、 水電解セルに電力を供給する直流電源と、 その直流電源を第２のガス配管系もしくは第１のガス配
管系に設けたガス圧力検出手段により検出された圧力に
基き制御して、ガス圧力が予め定められた設定圧力にな
るように水電解セルに供給する電力を制御する電力制御
装置、とを有してなることを特徴とする水素・酸素ガス
発生装置。 - 【請求項８】 前記ガス流量制御手段が、第１のガス配
管系における外部供給側流量制御器とリーク側流量制御
器における合計酸素流量を、第１のガス配管系における
水素ガス流量の１／２となるように制御する構成とされ
ている、請求項７に記載の水素・酸素ガス発生装置。 - 【請求項９】 水流ポンプと熱交換器とイオン交換樹脂
塔と濾過器とを直列に配置してなるループ配管を純水容
器に接続したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか
に記載の水素・酸素ガス発生装置。 - 【請求項１０】 前記純水容器に設けられた純水流出口
と水電解セルの連通口との間に、水流ポンプと熱交換器
とイオン交換樹脂塔と濾過器とを直列状に介在させた純
水供給配管を接続したことを特徴とする請求項１〜８の
いずれかに記載の水素・酸素ガス発生装置。 - 【請求項１１】 純水容器の外部に純水容器を冷水また
は冷風で冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする請
求項１〜１０のいずれかに記載の水素・酸素ガス発生装
置。 - 【請求項１２】 第１および第２のガス配管系のそれぞ
れに、設定圧力以上でガス流路が開となり設定圧力より
低いときには閉となる保圧手段を設けたことを特徴とす
る請求項１〜１１のいずれかに記載の水素・酸素ガス発
生装置。 - 【請求項１３】 純水容器内にイオン交換樹脂を収容し
たことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の
水素・酸素ガス発生装置。 - 【請求項１４】 第１のガス配管系および第２のガス配
管系のいずれかまたは双方にガス乾燥器を設けたことを
特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の水素・酸
素ガス発生装置。 - 【請求項１５】 純水容器材料にステンレス鋼を用い、
その内表面に酸化不働態膜を形成したことを特徴とする
請求項１〜１４のいずれかに記載の水素・酸素ガス発生
装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02473795A JP3220607B2 (ja) | 1995-01-18 | 1995-01-18 | 水素・酸素ガス発生装置 |
| US08/588,336 US5690797A (en) | 1995-01-18 | 1996-01-18 | Hydrogen and oxygen gas generating system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02473795A JP3220607B2 (ja) | 1995-01-18 | 1995-01-18 | 水素・酸素ガス発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08193287A true JPH08193287A (ja) | 1996-07-30 |
| JP3220607B2 JP3220607B2 (ja) | 2001-10-22 |
Family
ID=12146472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02473795A Expired - Lifetime JP3220607B2 (ja) | 1995-01-18 | 1995-01-18 | 水素・酸素ガス発生装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5690797A (ja) |
| JP (1) | JP3220607B2 (ja) |
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