JPS5933194B2 - 爆鳴気発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水の電解によつて爆鳴気（酸素と水素の混合
ガス）を製造する発生器乃至発生装置に関するものであ
る。

本発明は英国特許１，５１９，６７９号記載の装置の改
良であつて、簡単な構造ではあるが、改良された冷却性
と、内部爆発に対する高い機械強度と、セルの上部区域
における爆発性ガス混合物の最小限度の体積とを達成す
ることのできる構造を目的としている。

本発明によれば、二つの外側電極とそれらの間に設けら
れた複数の中間電極とからなり隣接電極間にリング状ス
ペーサを配置して相互に平行に配設されている複数の扁
平金属電極と、隣接電極の間においてそれぞれのスペー
サの周縁内部に密封セルを形成するように前記複数の電
極とスペーサを一体的に締合わせるための締付具を有し
ていること、前記外側電極の一方には電解質タンクに接
続されたまたは接続可能の入口が設けられ、他方の外側
電極にはセル頂部に爆鳴気用出口が設けられていること
、各中間電極はセル頂部に孔を有しており、その各中間
電極は、少くともセル内部においては、前記以外の孔を
有していないこと、そして両外側電極はＤ．Ｃ．電源の
それぞれの極に接続されまたは接続可能であることを特
徴とする爆鳴気発生装置が提供される。

以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明す
る。

第１図に図示の爆鳴気発生器は複数の電極を有し、これ
らの電極は、２個の外側電極１，２と、複数の中間電極
３，４，５，６，ｒとから成り、各隣接電極の中間に電
解質セル６０，６０，・・・・・・が形成される。

各電極は扁平長方形であつて、扁平金属板から打抜かれ
る。各電極は他電極に対して平行に設置され、また外側
電極１，２は中間電極より相当に厚い金属板で形成され
る事を注意しよう。図示の実施例において、中間電極は
高さと巾が外側電極より大であり、両垂直方向と両水平
方向において外側電極の縁から突出している。隣接電極
は、大体リング状の弾性物質スペーサ１０，１１，１２
，１３，１４，１５によつて相互に離間されている。こ
れらのスペーサは、円形リングとする事も、長方形フレ
ームとする事もでき、シート状素材から打抜かれる。こ
の素材はゴムとする事ができるが、電解質を構成するア
ルカリ性溶液に対して抵抗性でなければならない。スペ
ーサが相互に整列されている事、電極間スペースが相互
に整列されている事、また外側電極１，２が相互に整列
されている事に注意しよう。これらの電極とスペーサは
相互に適当な締付具によつて締合わされる。図示の実施
例において、この締付具は外側電極を相互に締付ける複
数ボルトから成る。これらのボルトは電池の外周に沿つ
て（スペーサの外側に）相互に離間して配置され、また
各ボルトは電極の中に穿孔された孔の中を通る。二個の
ボルト１６，１７が図示され、またこれらの金属ボルト
を各電極から絶縁するために絶縁体１６ａ，１ｒａが備
えられている。この締付具は電極とスペーサを相互に締
付けるのに役立ち、特にスペーサを圧縮する事によつて
各スペーサとこれを締付けた二電極との間において確実
な外周密封を成す。

電解工程の有効表面積を増大し、また各セル中で発生す
る過圧に対抗するスペーサの強度を改良するため、電極
の表面をサンドブラスト処理する事ができる。電極７と
２の間に形成されたセル６０の底部６０ｃに、外側電極
２の中に電解質導入口１８が形成されている。

またこの導入口は、それぞれ点線１８ａと１８ｂで図示
の様に、セル６０の頂部６０ａまたは中間部６０ｂに備
える事もできる。酸素と水素の混合ガスの出口１９は、
電極１と３の間のセルの頂部６０ａに外側電極１の中に
形成されている。また、本発明者の英国特許第１，５１
９，６７９号に記載の様に、発生した酸素と水素の混合
ガス泡を順次に各セルから出口１９の方に転送するため
、各セルの頂部６０ａに中間電極に一連の孔２０が備え
られている。

これらの電極１〜ｒは前記のほか孔を有しない。使用に
際して、外側電極１と２はＤ．Ｃ．電源２１のそれぞれ
負極と正極に接続される。最初、電解質（主として水）
が各セルを孔２０の水準まで満たすが、作動中に発生し
たガスが各セルの上部を満たして電解質水準を押下げる
。ガスは出口１９を通してセルから出るのに対して、新
しい電解質が入口１８，１８ａまたは１８ｂから連続的
に入る。これらすべての電極は製造が簡単で容易であり
、金属板素材を切断または打抜く事によつて製造できる
。

またスペーサの成すシールは簡単で有効であり、これら
のスペーサは適当な板状素材から簡単に形成できる。ま
た電極がスペーサを超えて外気中に相当に突出している
ので、有効な冷却効果が得られる。適当厚さのスペーサ
を選定する事により電極間隔を容易に選定できる。この
爆鳴気発生器は、事故で生じる内部爆発に対して高い機
械強度を有する。

即ち、締合せボルト１６，１ｒが電極面に対して直角に
作用する応力に対抗する強度を与え、電極間に圧縮され
ているスペーサによつて、電極面に対して平行に作用す
る応力が抵抗される。この発生器を内部に配置するため
の加圧容器の必要はない。従来より高圧の操作が可能で
あり、その結果、各ガス泡が小さくなり、故に隣接電極
間電流路に対するガス泡の影響が小さくなるので、圧力
の増大と共に、同一ガス泡量に対する電解質の電気抵抗
が低くなるから、電解質中の損失が低減される。この構
造は非常に小型の電解セルに適している。

その場合、セル間の距離が小さいので電流加熱を低下さ
せる利点がある。従つて、実用に供される装置は多数の
セルを備え、整流された２２０ＡＣ．供給電流を使用す
る事ができる。前述の構造は、英国特許第１，５１９，
６７９号の第１図の方法に従つて、電解質に満された容
器中に配置する事ができる。

担しこの場合、金属電極の全露出面は容器を満した電解
質に対して絶縁される必要がある。また英国特許第１，
５１９，６７９号の第３図に記載の様に、この構造の出
口と入口との間に冷却用配管を備える事もできる。入口
側セルと出口側セルとの間において増大するガス流を受
入れるため、各電極の開口または孔２０の径を電極ｒに
おいて最小、電極３において最大となる様に電極毎に順
次増大させる事ができる。

多電極の孔２０の数を順次に増大させても、孔の数と径
を同時に増大させても、同様の効果が得られる。第１図
において、これらすべての方法を拡大図で略示してある
。第１図の電極は、例えば鉄、または不銹鋼、またはニ
ツケルから成る。

あるいは、適当な金属または合金でメツキした銅板で形
成する事ができる。銅は高伝熱ｌと高導電性とを有する
（故に、電極を通る電流による損失が少い）。メツキ金
属またはメツキ合金は、低電解電圧を生じるもの、例え
ばニツケルを選ぶ。メツキは電極全面に実施する必要は
なく、外周スペーサ１５の内部区域のみ（即ち、電解質
と接触する電極区域のみ）に実施される。その結果、電
解電圧（過電圧）は最小限となり、高い冷却効果が得ら
れ、また有効電極面に必要とされる金属量が最小限とな
るので電極コストは最小限となる。第２図に図示の好ま
しい実施態様は、すべて同一サイズの正方形電極と円形
スペーサリングを有し、スペーサリングの径は各電極の
辺の長さに等しい。

この図においては電極ｒとリング１４のみが見える。こ
の構造の組立は単に電極とシールを積重ねるだけで、そ
の配列は自動的に行われ、（リング径は電極の辺の長と
同一であるから）、特殊の工具を必要としない。この場
合にも、正方形電極の突起縁部即ち四つの角部６１，６
１，・・・用ヒレとして役立つ。この実施例においては
、電極は銅板からつくられているが、第２図Ｒａの斜線
部で示されるスペーサリングの内側区域は接触する電解
質に耐えられるよう金属または合金でメツキされている
。１６，１ｒの如きボルトのためのボルト孔がγｂに示
されている。

第３図は、前記のいずれかの型の発生器３０を電解質タ
ンク３１と結合した構造を示す。

タンク底部に隣接した出口はパイプ３２によつて発生器
入口１８に接続され、発生器入口１８に接続され、発生
器出口１９はパイプ３３によつて、電解質の水準上方に
タンク中に開くふき出し口（ＳｐＯｕｔ）３４に接続さ
れる。このふき出し口から余分の電解質がタンクに戻り
、酸水素ガスは上方に送られて例えばフレームトーチに
使用される。一般に、水頭△ｐ（セル上端からタンク中
の電解質水面まで）は小であり、電解質の所要の流れ方
向を決定するため、一方弁（ボール弁等）をセル入口１
８に接続する事が望ましい。または／あるいはこれに加
えて、所要の流れ方向を決定し保持するためフローポン
プ３６を備え、冷却の必要な時に強制高速循環のために
使用する事ができる。電解質の組成とその濃度に応じて
、その導電率は温度と共に極大値に達したのちに減少す
る。

故に、図示の発生器の方に向けられた冷却フアン３８を
制御するため、バアメタル素子等の温度センサ３ｒが出
口１９に備えられる。センサ３ｒによつて電解質の最適
温度が検出されるまでは冷却フアンが抑止さ法最適温度
に達した時にフアンを生かしてこの最適温度を保持する
様に制御が行われる。出口１９と管３３の係は小さく、
大体、電極の孔２０のサイズと同程度であつて、ガスと
電解質の混合物がタンクの中に排出される時に大圧力降
下を生じるので、ガスと電解質との良好な分離を生じる
。

第４図は、前記のいずれかの型の発生器４０を、電解質
タンク４１、並びに発生する酸素と水素の混合ガスによ
つて水蒸気と微量の電解質が同伴される事を防止するト
ラツピング装置４５と組合わせて使用する場合を示す。

このトラツピング装置がない場合、ガス生産率が高い時
、発生されるガス中にこの水蒸気と微量電解質が存在し
、発生ガスを使用するフレームトーチ中での適正な燃焼
性に悪影響を与える。発生器４０の電解質入口は管４２
によつてタンク４１に接続され、ポンプＰが備えられて
いる。

発生器４０の出口は、ふき出し口４４に終る管４３によ
つてタンク４１に接続されている。トラツピング装置４
５は閉鎖トラツプ容器を含み、タンク４１の閉鎖頂部か
らこのトラツプ容器の底部に達する管４６が備えられる
。この管４６は、常時開放状態に弾発された圧力感応ボ
ール弁４６ａを含んでいる。タンク４１の頂部から他の
管４ｒが出て、トラツプ容器の頂部の中に入り、この管
４′の少くとも出口オリフイス４γａは管４６と比較し
て小径である。管４ｒは図示の様に冷却目的の螺施部を
有する。酸水素ガス排出管４８がトラツプ容器の頂部を
貫通している。発生器４０によるガス発生率が低い場合
、ガスは管４６とそのボール弁４６ａ、及び管４ｒを通
つてトラツプ容器に入る。

ガス発生率が増大すると、タンク内部の圧が増大し、こ
の増大した圧の作用で弁４６ａが閉鎖される。そこでガ
スは管４ｒのみを通してトラツプ容器の中に入る。管４
γのオリフイス４′ａから出るガス大きい減圧を受け、
その内部に含有される水蒸気の凝縮を生じる。この点に
つき、高圧ガスはより多量の水蒸気を搬送する事ができ
、また急激な圧力低下がこの水蒸気を凝縮させる事を注
意しなければならない。凝縮水分はトラツプ容器の底に
補集される。例えば発生器４０のオフ操作に対応してタ
ンク４１中のガス圧が低下する時、弁４６ａが開いて、
凝縮水は管４６を通つてタンク４１の中に戻る。故に、
ガス発生中の不必要な水分損失が減少される。このトラ
ツピング装置がなければ、操作温度とガス発生率に応じ
て、水分損失が大となり、より頻繁な補給またはより大
型のタンクを必要とする。排出管４８から出るガスは水
蒸気を含まないので、フレーム特性が改良され、、また
フレームトーチ中に使用されるフラツシユバツクフイル
タの寿命を延長させる。電解質と電極金属面の組成によ
つては、各電極の一方極性側に付着物が付着する傾向が
ある。

故に、時々、例えば発生器を切る度に、Ｄ．Ｃ．電源２
１との接続の極性を切換える事が提案される。その場合
、各操作期間中に付着した付着物は次の操作期間中に侵
食さ江電解質の流れによつてセルから洗出される。電極
の間隔が小さいので、この洗出し操作は、発生器の整備
と洗浄の必要をなくすのに役立つ。極性の変更は、各セ
ルの中の酸素と水素の発生する電極を変更させる。しか
し、流れ方向は同一であつて、タンク３１または４１に
よつて作られる入口１８での静水圧によつて決定される
。第１図において、Ａ．Ｃ．電源からＤ．Ｃ．電源２１
への導線の中に配置されたオン／オフスイツチ５０を機
械的またはその他の方法で極性切替スイツチ５１に連結
し、スイツチ５０によつてＡ．Ｃ．電源を入れる度に、
スイツチ５１が切換えられて、ガス発生器への極性接続
を逆転させる様にする事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による爆鳴気発生器の第１実施態様のプ
レート電極に対して直角の断面に沿つた垂直断面図、第
２図は前記発生器の第２実施態様のプレート電極に対し
て平行な面に沿つた垂直断面図、第３図は電解質タンク
と結合される爆鳴気発生器の略図、また第４図は、電解
質タンク並びに発生ガスによつて同伴される水蒸気を凝
縮するためのトラツピング装置に組合わされた発生器の
略図である。 １，２，３，４，５，６，ｒ・・・・・・電極、１０，
１１，１２，１３，１４，１５・・・・・・スペーサリ
ング、１８，１８ａ，１８ｂ・・・・・・電解質入口、
１９・・・・・・ガス出口、２０・・・・・・孔、２１
・・・・・・Ｄ．Ｃ．電源、３０，４０・・・・・・発
生器、３５・・・・・・一方弁、３６・・・・・・ポン
プ、３ｒ・・・・・・温度センサ、３８・・・・・・冷
却フアン、３１・・・・・・電解質タンク、３４・・・
・・・ふき出し口、４１・・・・・・電解質タンク、４
５・・・・・・トラツプ容器、４６，４ｒ・・・・・・
管、４６ａ・・・・・・ボール弁、４８・・・・・・排
気管、６０・・・・・・電解質セル、６０ａ・・・・・
・セルの頂部、６０ｂ・・・・・・セルの中間部、６０
ｃ・・・・・・セルの底部、６１・・・・・・電極の突
起縁部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 二つの外側電極とそれらの間に設けられた複数の中
   間電極とからなり離接電極間にリング状スペーサを配置
   して相互に平行に配置されている複数の扁平金属電極と
   、離接電極の間においてそれぞれのスペーサの周縁内部
   に密封セルを形成するように前記複数の電極とスペーサ
   を一体的に締合わせるための締付具を有していること、
   前記外側電極の一方には電解質タンクに接続されたまた
   は接続可能の入口が設けられ、他方の外側電極にはセル
   頂部に爆鳴気用出口が設けられていること、各中間電極
   はセル頂部に孔を有しており、その各中間電極は、少く
   ともセル内部においては、前記以外の孔を有していない
   こと、そして両外側電極はＤ．Ｃ．電源のそれぞれの極
   に接続されまたは接続可能であることを特徴とする爆鳴
   気発生装置。 ２ 前記スペーサは弾性物質から成る事を特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の爆鳴気発生装置。 ３ 前記スペーサはすべて同一径の円形リングである事
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載
   の爆鳴気発生装置。 ４ 各電極は同等の辺長の正方形プレートから成り、こ
   の辺長は前記円形リングの径に等しい事を特徴とする特
   許請求の範囲第３項に記載の爆鳴気発生装置。 ５ 前記の締付具はセルの外周に沿つて配置された複数
   のボルトから成り、各ボルトはスペーサ外部においてす
   べての電極を貫通する事を特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第４項のいずれかに記載の爆鳴気発生装置。 ６ 前記ボルトは金属であつて、更にこれらの金属ボル
   トを各電極から絶縁する絶縁具を有する事を特徴とする
   特許請求の範囲第５項に記載の爆鳴気発生装置。 ７ 入口はその対応のセルの底部に備えられる事を特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記
   載の爆鳴気発生装置。 ８ 入口はその夫々のセルの頂部に備えられる事を特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記
   載の爆鳴気発生装置。 ９ 入口はその夫々のセルの頂部と底部の中間に備えら
   れる事を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項の
   いずれかに記載の爆鳴気発生器。 １０ 電極は金属板から成る事を特徴とする特許請求の
   範囲第１項乃至第９項のいずれかに記載の爆鳴発生装置
   。 １１ 電極は、鉄、不銹鋼またはニッケルのいずれかで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載の
   爆鳴気発生装置。 １２ 電極は、少くともその離接スペーサの内側区域に
   おいてメッキされた銅から成る事を特徴とする特許請求
   の範囲第１０項に記載の爆鳴気発生装置。 １３ 前記の孔は、入口に最も近い電極から出口に最も
   近い電極まで、順次にサイズが増大する事を特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれかに記載の
   爆鳴気発生装置。 １４ 前記の孔は、入口に最も近い電極から出口に最も
   近い電極まで、順次にその数が増大する事を特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれかに記載の
   爆鳴気発生装置。 １５ 電解質を収容しまたは収容するためのタンクと結
   合し、前記の入口は前記のタンクの下端近くと連通し、
   前記の出口は前記タンクの上端近くと連通されている、
   特許請求の範囲第１項乃至第１４項のいずれかに記載さ
   れた爆鳴気発生装置。 １６ 前記入口または前記タンクからこの入口に達する
   管の中に配置された一方弁を含む事を特徴とする特許請
   求の範囲第１５項に記載の装置。 １７ 前記タンクから前記入口に達する管の中に配置さ
   れたポンプを含む事を特徴とする特許請求の範囲第１５
   項に記載の装置。 １８ 爆鳴気発生装置が所定の操作温度以上になつた時
   、発生装置用冷却ファンを生かす様に配置された温度セ
   ンサを含む事を特徴とする特許請求の範囲第１５項乃至
   第１７項のいずれかに記載の装置。 １９ 爆鳴気発生装置によつて発生されたガスから水蒸
   気を凝縮するためのトラツピング装置を含む事を特徴と
   する特許請求の範囲第１５項乃至第１８項のいずれかに
   記載の装置。 ２０ トラップ容器と、タンクからこのトラップ容器に
   達する狭搾管とを含み、ガスがトラップ容器に入る際に
   急激に減圧する様に成された事を特徴とする特許請求の
   範囲第１９項に記載の装置。 ２１ 前記狭搾管は冷却用螺施部を有する事を特徴とす
   る特許請求の範囲第２０項に記載の装置。 ２２ ガスをトラップ容器に送るためにタンクからトラ
   ップ容器に達する第２管を含み、この第２管は、タンク
   中のガス圧が所定値以上になつた時にこの第２管を閉鎖
   する感圧弁を備える事を特徴とする特許請求の範囲第２
   ０項または第２１項に記載の装置。 ２３ 爆鳴気発生装置を使用する時にその外側電極に対
   するＤ．Ｃ．電源の接続の極性を逆転する装置を含む事
   を特徴とする特許請求の範囲第１項の至第２２項のいず
   れかに記載の爆鳴気発生装置。