WO2002090621A1

WO2002090621A1 - Generateur de gaz hydrogene-oxygene et procede de generation de gaz hydrogene-oxygene utilisant ce generateur

Info

Publication number: WO2002090621A1
Application number: PCT/JP2002/004400
Authority: WO
Inventors: Ryushin Omasa
Original assignee: Japan Techno Co., Ltd.
Priority date: 2001-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2002-11-14
Also published as: CA2445717C; KR100897203B1; EP1398395A4; CA2445717A1; KR20040002934A; US20090045049A1; JP3975467B2; AU2002255298B2; US7459071B2; EP1398395A1; JPWO2002090621A1; US20040094408A1; CN1237208C; CN1505698A; TW573066B

Description

明細書水素一酸素ガス発生装置及びそれを用いた水素一酸素ガス発生方法技術分野

本発明は、電気分解により水素一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—酸素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。背景技術

ファラデーによつ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一ピーティ一ワイ社（B r o w n Ene r S s em T e c hno l o gy PTY. L TD. ) のュル .ブラウン博士（D r. Y u 1 1 B r own) 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、曰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ぺーサを相互交番的に結合させ、スぺ一ザの内周縁面にはォ一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二ップル及び電解液連結二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、スぺ一ザのボルトハゥジング孔及び電解槽仕上板のボルト孔に挟まれたスティボル卜にナツトを締結して電極板、スぺ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、従来方法では、このような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 5 O m m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。

一方、電解槽の大きさには自ずと上限があるため、一台の水素一酸素ガス発生装置によって生産される水素一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つた。

そこで、本発明は、電解条件を改善して水素一酸素ガス発生の効率を高め、これにより単位時間当たり電極単位面積当たりに発生する水素 -酸素ガスの量を増大させ、もって装置の小型化及び装置あたりの水素-酸素ガス発生量の向上を可能となすことにある。発明の開示

本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、

電解槽と、該電解槽内にて交互に配置された第 1の電極及び第 2の電極からなる電極群と、前記第 1の電極と前記第 2の電極との間に電圧を印加する電源と、前記電解槽内に収容される電解液の電気分解により発生する水素—酸素ガスを捕集するためのガス捕集手段とを有する水素—酸素ガス発生装置であって、

前記電解槽内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を備えており、且つ、前記電極群において隣接する前記第 1の電極と前記第 2の電極との間の距離が 1 m m〜2 0 m mの範囲内に設定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、前記ガス捕集手段は、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一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、前記振動撹拌手段は、振動モータを含む振動発生手段と、該振動発生手段に連係して前記電解槽内で振動する振動棒に回転不能に且つ少なくとも一段に取り付けられた振動羽根とを含んでなり、前記振動モータは 1 0 H z〜2 0 0 H zの振動数で振動する。本発明の一態様においては、前記振動発生手段は、前記電解槽の上部に振動吸収部材を介して取り付けられている。本発明の一態様においては、前記振動発生手段は、前記電解槽とは別の支持台により支持されている。本発明の一態様においては、前記ガス捕集手段は、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一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いる。本発明の一態様においては、前記第 1の電極及び前記第 2の電極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、前記電源は直流パルス電源である。

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、上記の様な水素-酸素ガス発生装置を用い、前記電解液として 5重量％〜1 0重量％の電解質を含み液温 2 0 °C〜7 CTCで p H 7〜1 0のものを用いて、電流密度 5 A_ d m ² 〜2 0 AZ d m 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、が提供される。

本発明の一態様においては、前記電気分解は、前記電解槽に蓋部材を付設した密閉下でなされる。本発明の一態様においては、前記電解質が水溶性のアル力リ金属水酸化物またはアル力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。

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強力な振動流動が生ぜしめられるので、電解液は電極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、陽極と陰極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—酸素ガスを回収することができる。また、以上の様に陽極と陰極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。図面の簡単な説明

図 1は、本発明による水素一酸素ガス発生装置の構成を示す断面図である。

図 2は、図 1の水素 -酸素ガス発生装置の平面図である。

図 3は、図 1の装置の側面図である。

図 4は、図 1の装置の部分拡大断面図である。

図 5 Aは、電極群の構成を示す斜視図である。

図 5 Bは、電極群の構成を示す正面図である。

図 6 Aは、電極群を構成する絶縁体枠を示す正面図である。

図 6 Bは、電極群を構成する電極を示す正面図である。

図 7は、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。

図 8は、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 9は、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。

図 1 0は、振動羽根及び固定部材の変形例を示す平面図である。

図 1 1は、振動羽根及び固定部材の変形例を示す平面図である。

図 1 2は、振動羽根及び固定部材の変形例を示す平面図である。

図 1 3は、振動羽根及び固定部材の変形例を示す平面図である。

図 1 4は、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。

図 1 5は、振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。

図 1 6は、振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。

図 1 7は、振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。

図 1 8は、振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。

図 1 9は、振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。

図 2 0は、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 2 1は、図 2 0に示される装置の断面図である。

図 2 2は、図 2 0に示される装置の平面図である。

図 2 3 A〜2 3 Cは、積層体の平面図である。

図 2 4 A , 2 4 Bは、積層体による電解槽の閉塞の様子を示す断面図である。

図 2 5 A〜2 5 Eは、積層体の断面図である。

図 2 6は、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。

図 2 7は、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。

図 2 8は、振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。

図 2 9は、蓋部材の変形例を示す斜視図である。発明を実施するための最良の形態

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は側面図である。

これらの図において、 1 O Aは電解槽であり、該電解槽には電解液 1 4 が収容されている。 1 6は振動撹拌手段である。該振動撹拌手段 1 6は、電解槽 1 O Aとは別に配置された支持台 1 0 0に防振ゴムを介して取り付けられた基台 1 6 a、該基台に下端を固定された振動吸収部材としてのコィルバネ 1 6 b、該コイルパネの上端に固定された振動部材 1 6 c、該振動部材に取り付けられた振動モータ 1 6 d、振動部材 1 6 cに上端を取り付けられた振動棒（振動伝達ロッド） 1 6 e、該振動棒の下半部において電解液 1 4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 1 6 ΐを有する。振動モータ 1 6 d及び振動部材 1 6 c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 1 6 eと連係している。コイルバネ 1 6 b内には、後述の図 1 6その他に示されているように、棒状のガィド部材を配置することができる。

振動モータ 1 6 dは例えばィンバー夕を用いた制御により 1 0〜2 0 0 H z、好ましくは 2 0 ~ 6 0 H zで振動する。振動モータ 1 6 dで発生した振動は、振動部材 1 6 c及び振動棒 1 6 eを介して振動羽根 1 6 f に伝達される。振動羽根 1 6 ΐは、電解液 1 4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 1 6 fが振動棒 1 6 e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 1 6 d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 1 4との相互作用の特性などに応じて決まり、本発明では振幅 0 . 1 〜： L 5 . O m mで振動数 2 0 0〜 1 0 0 0回ノ分とするのが好ましい。図 7は振動部材 1 6 cへの振動棒 1 6 eの取り付け部 1 1 1の拡大断面図である。振動棒 1 6 eの上端に形成されたォネジ部に、振動部材 1 6 c の上側から振動応力分散部材 1 6 g 1及びヮッシャ 1 6 hを介してナツト 1 6 i 1 , 1 6 i 2を適合させており、振動部材 1 6 cの下側から振動応力分散部材 1 6 g 2を介してナット 1 6 i 3， 1 6 i 4を適合させている。振動応力分散部材 1 6 g 1 , 1 6 g 2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 1 6 g 1 , 1 6 g 2は、例えば硬い天然ゴム、硬い合成ゴム、合成樹脂等のショァ一 A硬度 8 0〜 1 2 0、好ましくは 9 0〜 1 0 0の硬質弾性体により構成することができる。とくに、ショァ一 A硬度 9 0〜 1 0 0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 1 6 cと振動棒 1 6 e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 1 6 eが折れにくくなる。とくに、振動モータ 1 6 dの振動周波数を 1 0 0 H z以上に高くした場合の振動棒 1 6 eの折れ発生防止の効果は顕著である。

図 8は振動部材 1 6 cへの振動棒 1 6 eの取り付け部 1 1 1の変形例を示す拡大断面図である。この変形例は、図 7の取り付け部とは、振動部材 1 6 cの上側に振動応力分散部材 1 6 g 1を配置しないこと、及び振動部材 1 6 cと振動応力分散部材 1 6 g 2との間に球面スぺーサ 1 6 X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 9は振動棒 1 6 eへの振動羽根 1 6： fの取り付け部の拡大断面図である。振動羽根 1 6 fの各々の上下両側には、振動羽根固定部材 1 6 jが配置されている。隣接する振動羽根 1 6 f どうしの間には固定部材 1 6 jを介して振動羽根 1 6 fの間隔設定のためのスぺ一サリング 1 6 kが配置されている。尚、最上部の振動羽根 1 6 fの上側及び最下部の振動羽根 1 6 fの下側には、図 1に示されているように、スぺーサリング 1 6 kを介して又は介することなく、振動棒 1 6 eに形成されたォネジに適合するナツト 1 6 mが配置されている。図 9に示されているように、各振動羽根 1 6 f と固定部材 1 6 j 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 1 6 pを介在させることで、振動羽根 1 6 fの破損を防止することができる。弾性部材シート 1 6 pは、振動羽根 1 6 fの破損防止効果を一層高めるために、固定部材 1 6 j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 1 6 jの下面（押圧面）は凸状面とされており、下側の固定部材 1 6 j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 1 6 jにより上下方向から押圧される振動羽根 1 6 ΐの部分は湾曲せしめられ、振動羽根 1 6 f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— 1 0° 以下ま、たは 1 0° 以上 20° 以下とするのが好ましい。固定部材 16 j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 1 6 f 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 1 6 f については—の値（即ち下向き：図 9に示される向き）とし、それ以外の振動羽根 1 6 ΐについては +の値（即ち上向き：図 9に示されるものと逆の向き）とすることができる。

図 1 0〜図 1 3は、振動羽根 1 6 f及び固定部材 1 6 jの変形例を示す平面図である。図 1 0及び図 1 1の変形例では、振動羽根 1 6 f は短冊状のもの 2枚を互いに直交するように重畳させたものでもよいし、 1枚の板から図示されているような十字形状に切り出したものでもよい。

振動羽根 1 6 f 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 1 6 fの厚みは、振動条件や電解液 1 4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 1 6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 1 6 f 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 1 6 ΐ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 1 6 f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 〜1 Ommとすることができる。振動羽根 1 6 f と固定部材 1 6 j 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 1 6 f と固定部材 1 6 j 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 1 6 f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 1 6 fの材質としては、ポリカーボネート、塩化ビュル系樹脂、ポリプロピレンなどが挙げられる。

電解液 1 4内での振動羽根 1 6： e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、振動モ一夕 1 6 dの振動の周波数、振動羽根 1 6 f の長さ（固定部材 1 6 Jの先端縁から振動羽根 1 6 fの先端縁までの寸法）と厚み、及び電解液 1 4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 1 6 fの長さと厚みとを選択することができる。振動モータ 1 6 dの振動の周波数と振動羽根 1 6 fの厚みとを一定にして、振動羽根 1 6 ΐ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 1 4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、好ましくは、第 1回目のピークを示す長さか、第 2回目のピークを示す長さ L ₂ を選択することが好ましい。にするか L ₂ 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。第 3回目のピークを示す長さ L ₃ を選択した場合は、振幅が小さくなる傾向にある。

以上のような振動攪拌手段 1 6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 2 0 0 1— 1 3 5 5 2 8、特願 2 0 0 1— 3 3 8 4 2 2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 - 2 7 5 1 3 0号公報（特許第 1 9 4 1 4 9 8号），特開平 6— 2 2 0 6 9 7号公報（特許第 2 7 0 7 5 3 0号），特開平 6 - 3 1 2 1 2 4号公報（特許第 2 7 6 2 3 8 8号），特開平 8 - 2 8 1 2 7 2号公報（特許第 2 7 6 7 7 7 1号），特開平 8 - 1 7 3 7 8 5号公報（特許第 2 8 5 2 8 7 8号）特開平 7— 1 2 6 8 9 6号公報（特許第 2 9 1 1 3 5 0号），特開平 9— 4 0 4 8 2号公報（特許第 2 9 1 1 3 9 3号），特開平 1 1— 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— 33035号公報（特許第 2992177号），特開平 6 - 287799号公報（特許第 30351 14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 10 - 43569号公報，

特開平 10 - 369453号公報，

特開平 1 1— 253782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 1 6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及び図 2を参照する。本実施形態では、電解槽 1 OA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 1 OA 内には、 2つの同様な電極群 2 x, 2 yが配置されている。電極群 2 X, 2 yは、図 5 A及び図 5 Bに示す様な構成を有する。即ち、第 1の電極としての陽極 71 aと第 2の電極としての陰極 71 bとを、絶縁体枠 70を介して交互に配置する。図 5 Aでは、陽極 71 a及び陰極 71 bが 1つづつ示されているが、実際には陽極 71 a及び陰極 71 bは所要数（例えば 25〜50個）使用される。図 6 Aは絶縁体枠 70を示す図であり、図 6 Bは陽極 71 aを示す図である。

電極の材料としては、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 7 1 aとして二酸化鉛、マグネタイト、フライト、黒鉛、白金、 p _t— I r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 7 l bとしてロジゥム、二ッケル、ニッケル合金（N i— Mo₂ , N i— Co, N i - F e , N i -Mo-C d, N i - Sx , ラネーニッケル等）、チタン合金等の貴金属が例示できる。絶縁体枠 70の材料としては、天然ゴム、合成ゴム、合成樹脂などを使用することができる。絶縁体枠 70の厚さにより陽極 7 1 aと陰極 71 bとの間の距離が設定され、この絶縁体枠 70の厚さは 1 mm〜20mm、好ましくは 1 mm〜 20 mm、更に好ましくは l mm〜 5mmの範囲内である。

電極は板状体であるから、図 1に示すように、振動撹拌手段 1 6の振動羽根 1 6 f 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 1 6： f を向いた方向に対してほぼ直角に設けられる場合には、図 5 B及び図 6 Bに示す様に電極（陽極 71 a及び陰極 71 b) に多数の小孔 74を開けた多孔性のものとする必要がある。これにより、小子し 74を通って電解液 14がスムースに流動することができる。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 74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 74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。多孔性電極は網状であっても良い。

一方、電極が電解液 14の流動の向きに対してほぼ平行に設けられる場合には、電極を多孔性にする必要はないが、その場合には、絶縁体枠 70 を環状のものではなく、電極周囲の適宜の数箇所に分散配置したものゃ電極の上下端部に分割して配置したものとすればよい。

陽極 71 a及び陰極 71 bは、それぞれ図 2に示されている陽極主ブスバ一 7 1 a* 及び陰極主ブスバー 71 b' に接続されており、これら陽極主ブスバー 71 a' 及び陰極主ブスバ一 71 b* は図 1に示されている電源 34に接続されている。

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 1 5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 1 5日（株）広信社発行「表面技術総覧」 30 1〜 302頁、同 5 1 7〜 527頁、同 1 050〜1053頁、昭和 46年 7月 25日日刊工業新聞社発行「めつき技術便覧」 365〜 369頁、同 6 1 8~622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を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、ドロツバ一方式の電源、スイッチング電源、シリコン整流器、 S CR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 P owe r Ma s t e r) , (株）三社電機製作所製の K T Sシリーズ、四国電機株式会社製の RCV電源、スイッチングレギユレータ式電源とトランジスタスィヅチとからなりトランジスタスィツチが ON— 0 F F 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（交流をダイォ一ドにて直流に変換した後にパワー卜ランドス夕で 20 〜 30 K H z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）、 P R式整流器、高周波制御方式の高速パルス P R電源（例えば H i P Rシリーズ（（株）千代田）などが利用可能である。

各電極にかかる電圧はできる限り均等であることが好ましく、そのため、各電極間にコンデンサを配置することが望ましい。陽極 71 aと陰極 7 1 b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、 N aOHなど）またはアルカリ土類金属水酸化物（例えば B a (OH) 2 、 Mg (OH) ₂ 、 C a (OH) ₂ など）、あるいは第 4級アルキルアンモニゥムなど、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、 5〜1 0%が好ましい。また、電解液の pHは、 7〜1 0であるのが好ましい。

図 1〜図 2に示されている様に、電解槽 1 OAの上部には蓋部材 10 B 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一酸素ガスを回収するための水素—酸素ガス取出口 10 B' が設けられている。該取出 □ 10 B' には、水素—酸素ガス採取管 10 B" が接続されている。これらの蓋部材 10 B及び水素-酸素ガス採取管 1 O B" を含んで、水素-酸素ガス捕集手段が構成される。

電解槽 1 O A及び蓋部材 1 0 B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。

振動撹拌手段 1 6の振動棒 1 6 eは、蓋部材 10 Bを上下方向に貫通して延びている。この貫通は、図 4に示されている様に、蓋部材 10 Bに設けられた開口の内端縁に付された固定部材と振動棒 1 6 eの外面に付された固定部材との間をゴム板等のフレキシブル部材 10 Cにより気密にシ一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 1 6 e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 1 OB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。この様なス卜ロークユニットとしては、 T H K (株）製 N S— A型 (商品名）、 NS型（商品名）が例示される。あるいは、蓋部材 1 0 Bに設けられた開口に、振動棒 16 e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 5 mm以下であり、その下限は例えば 0. 1 mm以上、好ましくは 0. 5 mm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 2 0〜7 0 °Cで、電流密度 5〜2 0 AZ d m ² 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 2 6に示されて铸る様に、ガス採取管 1 0 B " に接続されたシールポット 1 0 B " ' を経て取り出される。シールポット 1 0 B " ' もガス捕集手段を構成する。図 2 7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。

本発明により発生せしめられる水素一酸素ガスは、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 1 5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 1 6 aは、振動吸収部材 4 1を介して電解槽 1 O Aの上部に取り付けられた取り付け台 4 0上に固定されている。また、取り付け台 4 0には、垂直方向に上方へと延びた棒状のガイド部材 4 3が固定されており、該ガイド部材 4 3はコイルパネ 1 6 b内に位置している。振動モ一タ 1 6 dとそれを駆動するための電源 1 3 6との間には、振動モータ 1 6 dの振動周波数を制御するためのトランジスタ，インバ一夕 3 5が介在している。電源 1 3 6は、例えば 2 0 0 Vである。このような振動モータ 1 6 d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 1 6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 1 6 cに垂直方向に下方へと延びた棒状の上側ガイド部材 1 4 4が固定されており、取り付け台 4 0に垂直方向に上方へと延びた棒状の下側ガイド部材 1 4 5が固定されており、これらガイド部材 1 4 4， 1 4 5はコイルパネ 1 6 b内に位置している。上側ガイド部材 1 4 4の下端と下側ガイド部材 1 4 5の上端との間には、振動部材 1 6 c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 1 7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、振動モー夕 1 6 dは、振動部材 1 6の上側に付設された付加的振動部材 1 6 c ' の下側に取り付けられている。また、振動棒 1 6 eは、電解槽 1 O A 内において分岐して 2つの部分 1 3 4とされており、これら 2つのロッド部分 1 3 4の間に振動羽根 1 6 ΐが掛け渡されて取り付けられている。図 1 8及び図 1 9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 1 6 fが下向きに傾斜しており、その他の振動羽根 1 6 fが上向きに傾斜している。このようにすると、電解槽 1 0 A の底部に近い部分の電解液 1 4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 1 6 ΐの全部を下向きに傾斜させることができる。

図 2 0及び図 2 1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 2 2はその平面図である。図 2 0及び図 2 1はそれぞれ図 2 2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 1 6 b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 1 O Aの上端縁部に固定された取り付け部材 1 1 8に防振ゴム 1 1 2を介して取り付けられた金属板をボルト 1 3 1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 1 1 6及びナツト 1 1 7により一体化することで形成されている。

振動モータ 1 6 dは支持部材 1 1 5を介してボルト 1 3 2により金属板 1に固定されている。また、振動棒 1 6 eの上端部はゴムリング 1 1 9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 1 6 c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 1 6 aの機能をも発揮するものである。そして、これら金属板 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パネ 1 6 bと同様な振動吸収機能を発揮する。

図 2 3 A〜2 3 Cは積層体 3の平面図を示す。図 2 0〜2 2の形態に対 -応する図 2 3 Aの例では、積層体 3には振動棒 1 6 eを通すための貫通孔 5が形成されている。また、図 2 3 B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 3 a , 3 bからなり、これによれば装置組立の際に振動棒 1 6 eを容易に通すことができる。また、図 2 3 Cの例では、積層体 3は、電解槽 1 O A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 2 3 A , 2 3 Bの例では、電解槽 1 0 A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 1 0 Bと同等の機能が発揮される。

図 2 4 A , 2 4 Bは、このような積層体 3による電解槽の閉塞（シ一ル）の様子を示す断面図である。図 2 4 Aの形態では、ゴム板 2が貫通孔 5において振動棒 1 6 eに当接してシールがなされる。また、図 2 4 B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 1 6 e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 1 3 6が設けられている。

図 2 5 A〜2 5 Eに振動吸収部材としての積層体 3の例を示す。図 2 5 Bの例は上記図 2 0〜2 2の実施形態のものである。図 2 5 Aの例では、積層体 3は金属板 1とゴム板 2とからなる。図 2 5 C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 2 5 D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 ' と下側金属板とからなる。積曆体 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 -ニゥム、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 1 0〜4 O m m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 . 3〜1 0 m m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、 J I SK6386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 4~22 k g f /cm² 好ましくは 5〜 1 0 k g f /cm² 、伸び 250%以上のものが好ましい。合成ゴムとしては、クロ口プレンゴム、二トリルゴム、二トリル—クロロプレンゴム、スチレン一クロロプレンゴム、アクリロニトリル一ブタジエンゴム、イソプレンゴム、エチレン—プロピレン—ジェン共重合体ゴム、ェピクロルヒドリン系ゴム、アルキレンォキシド系ゴム、フッ素系ゴム、シリコーン系ゴム、ゥレタン系ゴム、多硫化ゴム、フォスファビンゴムを例示することができる。ゴム板の厚さは、例えば 5〜6 Ommである。

図 2 5 E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 ' ととからなり、ゴム板 2が上側ソリッドゴム層 2 aとスポンジゴム層 2 bと下側ソリッドゴム層 2 cとからなる。下側ソリドゴム層 2 a， 2 ' c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 28は、振動撹拌手段 16の変形例を示す図である。この例では、振動モ一夕 1 6 dが電解槽 10 Aの側方に位置しており、振動部材 1 6 cが電解槽 1 OAの上方へと水平に延びている。そして、該振動部材 1 6 cに振動棒 1 6 cが取り付けられている。この構成によれば、電解槽 1 OAに対する上記蓋部材 10 Bの着脱が容易になる。

図 29に、蓋部材 1 0 Bの変形例を示す。この例では、蓋部材 1 0 B は、図 1に示されている電極群 2 X, 2 yの上方の部分のみにおいて、電解槽 1 OAに付設される。そして、該蓋部材 10 Bの両端部には、下方へと延びた囲み部材 63が付設されている。この囲み部材 63には、その下部の電解液中に浸漬される部分に該電解液の流通を可能となすための開口 ' 65が形成されている。囲み部材 63には、該開口 65の上部領域の一部を遮蔽する遮蔽板 64を上下位置調節可能に取り付けることができる。この上下位置調節のために、遮蔽板 64に上下方向の長孔 66を形成し、該長孔を介して、囲み部材 63に形成されたネジ穴 68にボルト 67を適合させるようにすることができる。遮蔽板 64の上下位置を調節することで、電極群 2 x， 2 yの上方の部分の液位を調節することができ、ひいてはガス圧が調節される。

この蓋部材を使用する場合には、振動撹拌手段の振動棒 16 eは蓋部材を貫通しないが、上記の様な密閉シール構造とすることが、水素一酸素ガスの回収効率向上や電解液の飛散防止等の観点から、好ましい。

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て回収す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。この様な分離回収方式のガス発生装置については、例えば、 M. Yama g uc h iらの De ve l opmen t o f 2500 cm² S o l i d P o l me r E l e c t r o l y t e Wat e r E l e c七 r o l y z e r i n WE— NET と題する報文に記載がある。

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

[実施例 1 ] .

図 1〜3に関し説明した装置を用い、但し、蓋部材 10Bとして図 29 に関し説明したものを使用して、以下の条件で水素一酸素ガスを発生させ、回収した。

電解槽及び蓋部材：

ステンレススチール製

270mmX 1660mmX 390mm (H)

振動発生手段：

振動モータ：（株）村上精機製作所製ュ一ラスバイブレータ

(商品名）、 250WX 3相 X 200 V、 2軸タイプ

振動羽根：ステンレススチール（SUS 304) 製、 6枚振動棒：チ夕ン製、直径 1 2 mm

スぺーサ：チタン製、 1 2個

振動羽根用固定部材： 12個

振動羽根用パッキング：テフロン（登録商標）製、 12枚陽極：酸化皮膜ができず長期使用可能な白金めつきチタン合金製、 50枚

陰極：チタン合金製、 50枚

絶縁体枠：合成ゴム製、厚さ 5 mm

電解液：蒸留水中に電解質として KOHを 8重量％添加したもの、温度 55で、 p H 10

陽極一陰極間の印加電圧： 2. OV (直流）

電流密度： 5 A/dm²

- 水素—酸素ガスの回収量は、 1000リットル/時であった。

[実施例 2]

陽極—陰極間の印加電圧として、「電気化学」第 24巻 398〜403 頁、同 449〜456頁に記載のような交流重畳電流を用いること以外は実施例 1と同様に実施した。

水素—酸素ガスの回収量は、 1200リツトル同時であった。

1か月間にわたって継続運転したところ、実施例 1よりも低消費電力で安定して水素一酸素ガスの回収ができた。

[実施例 3]

電解槽として 27 OmmX 85 OmmX 34 Omm (H) のものを使用し、振動モータとして（株）村上精機製作所製ハイフレュ一ラス KHE— 2— 2 T [ 100〜120Hz] (商品名）を 1台のみ用いたこと以外は

-実施例 1と同様に実施した。

水素—酸素ガスの回収量は、 800リツトル/時であった。

[実施例 4及び実施例 5]

蓋部材 1 ◦ Βの付されていない振動撹拌手段の位置において、図 20〜図 24 Βに関し説明した密閉シールを施したこと以外は実施例 1及び実施例 2と同様に実施した。

実施例 1と同様に実施した実施例 4では、水素一酸素ガスの回収量は、 2000リツトル/時であり、実施例 2と同様に実施した実施例 5では、水素—酸素ガスの回収量は、 2500リツトル/時であり、いずれも大幅に向上した。 - [実施例 6 ]

陽極—陰極間の印加電圧として、昭和 46年 7月 25日日刊工業新聞社発行「めっき技術便覧」 367〜368頁に記載のょぅな30只形6相半波整流のパルス電源から得られるものを用いたこと以外は実施例 1と同様に実施した。

実施例 1よりもエネルギー消費量が少ないにもかかわらず、水素一酸素ガスの回収量は、 2200リツトル//時であった。

[実施例 7]

蓋部材 10 Bとして図 1〜図 3に関し説明したものを使用したこと以外は実施例 1と同様に実施した。

水素一酸素ガスの回収量は、 3000リツトル/時であり、実施例 1に比べて大幅に向上した。

- [実施例 8]

電源 34として（株）中央製作所製のインバ一夕デジタル制御方式の多機能型整流器パワーマスター PND— 1型を使用し、矩形波形のパルス電流（0. 08秒通電、 0. 02秒遮断）を用いたこと以外は実施例 7と同様に実施した。

エネルギー消費量が少ないにもかかわらず、水素-酸素ガスの回収量は、 3500リヅトルノ時であった。産業上の利用可能性

( 1 ) 驚くべきことに、振動撹拌手段を併用すると、電極間の間隔を 2 0 mm以下にしても電解が良好に行なわれ、結果として水素 -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) 振動撹拌手段の使用により、電解液中で発生する水素一酸素ガスの泡立ちが大きくならず、電気抵抗が大きくなることはない。

(4) 本発明の装置は、深夜の安い電力を利用して、水素一酸素ガスを作り、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。

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

(6) 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。

(7) 本発明の装置により発生するガスを用いて'、小型、中型、大型の都市ゴミゃ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。

(8) 本発明の装置によれば、ボイラ一やガスタービン等への燃料供給が可能である。

( 9 ) 都市部における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。

( 10) 船舶の燃料製造装置としても有用である。

( 1 1 ) ガスのプロペラ撹拌等の特別の手段を施さなくとも、均一性の "良好なガスを発生させることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 電解槽と、該電解槽内にて交互に配置された第 1の電極及び第 2の電極からなる電極群と、前記第 1の電極と前記第 2の電極との間に電圧を印加する電源と、前記電解槽内に収容される電解液の電気分解により発生する水素—酸素ガスを捕集するためのガス捕集手段とを有する水素一酸素ガス発生装置であって、

前記電解槽内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を備えており、且つ、前記電極群において隣接する前記第 1の電極と前記第 2の電極との間の距離が 1 m m〜2 0 m mの範囲内に設定されていることを特徴とする水素 -酸素ガス発生装置。

2 . 前記ガス捕集手段は、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ことを特徴とする、請求項 1に記載の水素 -酸素ガス発

3 . 前記振動撹拌手段は、振動モータを含む振動発生手段と、該振動発生手段に連係して前記電解槽内で振動する振動棒に回転不能に且つ少なくとも一段に取り付けられた振動羽根とを含んでなり、前記振動モータは 1 0 H z〜2 0 0 H zの振動数で振動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。

4 . 前記振動発生手段は、前記電解槽の上部に振動吸収部材を介して取り付けられていることを特徴とする、請求項 3に記載の水素—酸素ガス発生装置。

5 . 前記振動発生手段は、前記電解槽とは別の支持台により支持されていることを特徴とする、請求項 3に記載の水素一酸素ガス発生装

6 . 前記ガス捕集手段は、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一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ことを特徴とする、請求項 3に記載の水素-酸素ガス発生装置。

7. 前記第 1の電極及び前記第 2の電極の少なくとも一方は多孔性のものであることを特徴とする、請求項 1に記載の水素一酸素ガス発生装

8. 前記電源は直流パルス電源であ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。

9. 請求項 1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％〜10重量％の電解質を含み液温 20°C〜70°Cで p H 7 〜10のものを用いて、電流密度 5AZdm² 〜20 A/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。

1 0. 前記電気分解は、前記電解槽に蓋部材を付設した密閉下でなされることを特徴とする、請求項 9に記載の水素一酸素ガス発生方法。

1 1. 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ことを特徴とする、請求項 9に記載の水素一酸素ガス発生方法。

1 2. 前記電源として直流パルス電源を用いることを特徴とする、請求項 9に記載の水素-酸素ガス発生方法。