WO2012056751A1 - 水電気分解装置及び該水電気分解装置を備えた燃料供給装置 - Google Patents

水電気分解装置及び該水電気分解装置を備えた燃料供給装置 Download PDF

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electrode plates
water electrolysis
electrolysis apparatus
mixed gas
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PCT/JP2011/058908
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敏明 鈴木
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有限会社Ｔ＆Ｋ
株式会社アシスタ
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the present invention relates to a water electrolysis apparatus and a fuel supply apparatus including the water electrolysis apparatus, and in particular, the number of electrode plates contributing to electrolysis is increased or decreased depending on the temperature of the electrolyte, thereby improving electrolysis efficiency.
  • the present invention relates to a device that has been devised so as to be able to achieve an optimum mounting state by absorbing expansion and contraction due to heat of the electrode plate.
  • a water electrolysis apparatus that electrolyzes water to generate a mixed gas of hydrogen and oxygen has been developed.
  • an electrolytic cell is provided that electrolyzes water to generate a mixed gas of hydrogen and oxygen.
  • the electrolytic cell a plurality of electrode plates are laminated and arranged via a spacer in a state where the electrode plates are immersed in the electrolytic solution.
  • the electrolytic cell has been increased or enlarged in order to improve the processing capacity of the water electrolysis apparatus.
  • a cooling device is provided separately, and the generation of increased heat is suppressed by improving the cooling efficiency of the cooling device.
  • a fuel supply device that supplies fuel to a burner such as a boiler includes a fuel supply path that supplies fuel such as heavy oil and kerosene to the burner, and an air supply path that supplies air to burn the fuel. Is provided. However, it is difficult to burn the fuel completely with air alone. If it is not possible to burn it completely, there is an environmental problem that a large amount of black smoke, carbon monoxide, etc. is generated, and the fuel consumption is increased. In addition, there will be a safety problem that the combustion flame is not stable.
  • Patent Document 3 shows such a thing.
  • the invention according to Patent Document 3 is based on the present patent applicant.
  • the conventional configuration has the following problems.
  • the plurality of electrode plates expands and contracts due to heat, so that there is a problem that the normal mounting state of the electrode plates with spacers interposed is impaired. In particular, excessive force may act on the spacers interposed between the electrode plates due to expansion, and the soundness of the spacers may be impaired. Become.
  • the present invention has been made on the basis of such points, the purpose of which is to increase the capacity of water electrolysis without increasing the size of the apparatus and the increase in equipment costs,
  • a water electrolysis device that can absorb the expansion and contraction of the electrode plate due to heat and always obtain a normal mounting state is provided.
  • the water electrolysis device it is environmentally friendly and economical. It is to provide a safe fuel supply device.
  • a water electrolysis apparatus generates a mixed gas of hydrogen and oxygen by electrolyzing water in an electrolytic cell containing a plurality of electrode plates.
  • the temperature of the electrolytic solution is detected by the electrolytic solution temperature detecting unit, and the plurality of the plurality of the plurality of mixed gases are determined based on the electrolytic solution temperature detected by the electrolytic solution temperature detecting unit.
  • the number of electrode plates contributing to the internal electrolysis of the electrode plates is increased or decreased.
  • the water electrolysis apparatus according to claim 2 is characterized in that, in the water electrolysis apparatus according to claim 1, the number of electrode plates contributing to electrolysis is increased as the temperature of the electrolytic solution increases. Is.
  • the water electrolysis apparatus according to the second aspect, wherein a change-over switch is installed in a power supply line for supplying power to the plurality of electrode plates.
  • a plurality of switches are provided in an increasing direction of the electrode plate, and the plurality of switches are switched based on an electrolyte temperature detected by the electrolyte temperature detecting means.
  • the water electrolysis apparatus according to claim 4 is the water electrolysis apparatus according to claim 3, wherein the plurality of electrode plates are respectively attached to a plurality of through holes provided in the electrode plates. Are laminated and arranged by penetrating them, and an elastic member that absorbs expansion / contraction by heat of the electrode plate is inserted at one end of the electrode plate mounting tie rod. .
  • a fuel supply apparatus comprises a fuel supply path for supplying fuel pressure-fed by a fuel pump to the burner nozzle, and a combustion gas supply path for supplying combustion gas to the burner nozzle.
  • the gas supply path includes an air supply path for supplying compressed air generated by a compressor to the burner nozzle, and a mixed gas supply path for supplying a mixed gas of hydrogen and oxygen generated by a water electrolyzer to the burner nozzle.
  • the water electrolysis apparatus according to any one of claims 1 to 7 is used as the water electrolysis apparatus.
  • water is electrolyzed in an electrolytic cell containing a plurality of electrode plates to generate a mixed gas of hydrogen and oxygen, and the generated mixed gas
  • the temperature of the electrolytic solution is detected by the electrolytic solution temperature detecting means, and the plurality of electrodes are based on the electrolytic solution temperature detected by the electrolytic solution temperature detecting means Since the number of electrode plates contributing to internal electrolysis of the plate is increased or decreased, electrolysis can be performed with the number of electrode plates suitable for the temperature of the electrolyte, and the efficiency of electrolysis can be improved. Can do.
  • a changeover switch is installed in a power supply line for supplying power to the plurality of electrode plates.
  • the changeover switch has a plurality of switches in the direction in which the electrode plate increases, and is configured to switch the plurality of switches based on the electrolyte temperature detected by the electrolyte temperature detecting means. The desired action and effect can be obtained with a simple configuration.
  • the plurality of electrode plates are laminated by passing the electrode plate mounting tie rods through the plurality of through holes provided in the electrode plates. Since it is arranged and an elastic member that absorbs expansion / contraction by heat of the electrode plate is inserted at one end side of the electrode plate mounting tie rod, the plurality of electrodes are heated by heat. Even if the plate expands and absorbs, it can be absorbed by elastic deformation of the elastic member, and the plurality of electrodes can be always maintained in a normal mounting state. Further, according to the water electrolyzer described in claim 5, in the water electrolyzer described in claim 4, the thickness of the electrode plates disposed at both ends of the plurality of electrode plates is set to other electrode plates.
  • the elastic member is elastically biased, it can be prevented from being inadvertently damaged.
  • the elastic member is a coil spring, a desired effect can be obtained with a relatively simple structure. it can.
  • the coil spring is a pair of coils penetrating and arranged on one end side of the electrode plate mounting tie rod. Since it is configured to be stretched between the spring receiving members, the elastic deformation is also smoothly performed, and the above effect can be further ensured.
  • the fuel supply path for supplying the fuel pumped by the fuel pump to the burner nozzle constituted by the two-fluid nozzle, and the combustion for supplying the combustion gas to the burner nozzle A gas supply path, wherein the combustion gas supply path supplies an air supply path for supplying compressed air generated by a compressor to the burner nozzle, and a mixed gas of hydrogen and oxygen generated by a water electrolyzer.
  • a mixed gas supply path for supplying to the burner nozzle, and the water electrolyzer according to any one of claims 1 to 7 is used as the water electrolyzer. High combustion efficiency can be provided.
  • FIG. 7A is a front view showing an electrode plate
  • FIG. 7B is a partial enlarged cross-sectional view of a portion b of FIG. 7A.
  • FIG. 9 is a diagram showing an embodiment of the present invention, and is a view taken along arrow IX-IX in FIG. 10A and 10B are diagrams showing an embodiment of the present invention, in which FIG. 10A is an enlarged view of a portion X in FIG. 8, FIG. 10B is an enlarged view of a portion b in FIG. (C) is an enlarged view of part c of FIG. 10 (a).
  • FIG. 1 is a view showing a water electrolysis apparatus 1 according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a view showing a fuel supply apparatus 3 using the water electrolysis apparatus 1 shown in FIG.
  • the water electrolysis apparatus 1 includes a housing 5 shielded from an external space.
  • the housing 5 is a sealed square box-like member having a top plate 7, a bottom plate 9, left and right side plates 11 and 13, a back plate 15 and an openable front door 17. It is.
  • pure distilled water or soft water is used as the raw material water W.
  • the front door 17 is provided with an operation panel 19 as shown in FIG.
  • the back plate 15 is provided with a piping panel 21 as shown in FIG.
  • the piping panel 21 includes a water discharge port 33 for overflowing and discharging water W from the water supply tank 25, a water intake port 29 for taking water W into the water supply tank 25, and air to be described later.
  • An exhaust port 69 for the mixed gas G of hydrogen and oxygen separated from the water W by the water separator 41 is provided.
  • the lower surface of the housing 5 is provided with a caster C used when the water electrolyzer 1 is moved and a stopper S used when the water electrolyzer 1 is installed at a predetermined place. It has been.
  • the water supply unit 23 is a part mainly having a role of supplying the water W in the water supply tank 25 to the electrolytic bath 53. That is, the water supply unit 23 includes a water supply tank 25 that temporarily stores water W, a water intake pipe 27 that takes water W into the water supply tank 25 from the outside, a water intake port 29 at the tip of the water intake pipe 27, and the water supply An overflow line 31 for draining the overflowed water W from the tank 25, a drain port 33 at the tip of the overflow line 31, and a water supply line 35 for supplying the water W in the water supply tank 25 to the electrolytic cell 53 And a water supply pump 37 provided with the water supply pipe 35.
  • the circulation unit 39 includes a cooling unit 47, and a first circulation line 43 ⁇ / b> A and a second circulation line 43 ⁇ / b> B are installed between the cooling unit 47 and the electrolytic bath 53.
  • a circulation pump 45 is inserted in the first circulation conduit 43A, and a filter 46 is inserted.
  • the filter 46 is provided with an electrolyte temperature detection sensor 48 for detecting the temperature of the circulating electrolyte.
  • the cooling unit 47 includes a cooling fan 49 and a cooling pipe 51, and the first circulation pipe 43 ⁇ / b> A and the second circulation pipe 43 ⁇ / b> B are connected to both ends of the cooling pipe 51, respectively. Yes.
  • air cooling is described as an example, but other than that, for example, water cooling may be used.
  • the mixed gas discharge unit 66 includes a steam / water separator 41 and is a part mainly having a role of receiving the mixed gas G of hydrogen and oxygen generated in the electrolytic cell 53 into the steam / water separator 41.
  • a pipe 43 ⁇ / b> C is installed between the steam / water separator 41 and the electrolytic cell 53, and an exhaust pipe 67 is installed from the upper space of the steam / water separator 41 toward the external space of the housing 5. Yes.
  • An exhaust port 69 is provided at the tip of the exhaust pipe 67.
  • a drain line 42 is connected to the steam / water separator 41, and a drain open / close valve 44 is inserted in the drain line 42.
  • a drain port 50 is provided at the tip of the drain pipe line 42.
  • a drain pipe 61 is also connected to the electrolytic bath 53, and a drain opening / closing valve 63 is inserted in the drain pipe 61.
  • a drain port 65 is provided at the tip of the drain pipe 61.
  • a plurality of electrode plates 55 each having a substantially disc shape are accommodated in the electrolytic cell 53.
  • the front and back surfaces of the plurality of electrode plates 55 are subjected to fine dimple processing 59 so that the surface area of the electrode plates 55 is increased.
  • Both surfaces of the electrode plate 55 function as an anode and a cathode.
  • the two electrode plates 55 and 55 constitute a set of cells.
  • two sets of cells are constituted by the three electrode plates 55, 55, 55. That is, (number of electrode plates 55 ⁇ 1) sets of cells are formed.
  • shot blasting of, for example, about 60 mesh is applied as the dimple processing 59, and the surface area of the electrode plate 55 is expanded two to three times by the shot blasting.
  • a plurality of through holes 55a are formed in the outer peripheral portion of the electrode plate 55 (six places in this embodiment).
  • an electrode plate mounting tie rod 171 to be described later is inserted and disposed.
  • the thickness of the electrode plates 55 and 55 arranged at the left and right ends is larger than the thickness of the other electrode plates 55 as shown in FIGS. The reason will be described later.
  • the water electrolysis apparatus 1 is provided with a control unit 71 that controls the water supply unit 23, the circulation unit 39, and the mixed gas discharge unit 66, and is provided outside the housing 5.
  • the hydrogen leak information detected by the hydrogen leak detector 73 is sent to the control unit 71 as operation stop information via the processing device 75. Based on this, the control unit 71 is configured to stop the operations of the water supply unit 23, the circulation unit 39, and the mixed gas discharge unit 66.
  • the ventilating fan 77 as a ventilating means for ventilating the outside of the housing 5 is operated to perform indoor ventilation, and the hydrogen leak information is notified as abnormality information. It is sent to the display board 79 as means to transmit the occurrence of abnormality to the user.
  • the fuel supply device 3 includes a fuel supply pump 83.
  • Fuel O such as heavy oil and kerosene, pumped by the fuel supply pump 83 is supplied to a burner nozzle 85 constituted by a two-fluid nozzle. Supply through.
  • a combustion gas supply path 89 for supplying combustion gas to the burner nozzle 85 is provided.
  • the combustion gas supply path 89 includes an air supply path 93 for supplying compressed air (air) A generated by the compressor 91 to the burner nozzle 85, and hydrogen and oxygen generated by the water electrolysis apparatus 1.
  • the mixed gas supply path 95 for supplying the mixed gas G to the burner nozzle 85 is connected.
  • the fuel supply path 87 is provided with a three-way valve 97 downstream of the fuel pump 83 described above, and a normal time path 99 that is selected during normal time when the mixed gas G is supplied by the three-way valve 97; Switching to the abnormal time path 101 to be selected at the time of abnormality where the mixed gas G is not supplied is executed.
  • a throttle valve 103 is provided in the normal time path 99, and a throttle valve 105 is provided in the abnormal time path 101.
  • An electromagnetic valve 107 is provided downstream of the normal time path 99 and the abnormal time path 101. Further, switching between the normal time path 99 and the abnormal time path 101 is performed by manually switching the three-way valve 97.
  • the throttle valves 103 and 105 are each throttled to provide a predetermined flow rate.
  • a three-way valve 109 is provided downstream of the above-described compressor 91, and a normal-time path 111 selected at a normal time when the mixed gas G is supplied by the three-way valve 109; Switching to the abnormal time path 113 selected at the time of abnormality where the mixed gas G is not supplied is executed. Further, a throttle valve 115 is provided in the normal time path 111, and a throttle valve 117 is provided in the abnormal time path 113. An electromagnetic valve 119 is provided downstream of the normal time path 111 and the abnormal time path 113, and a mixing plug 121 is provided downstream of the electromagnetic valve 119. The normal path 111 and the abnormal path 113 are switched by manually switching the three-way valve 109. The throttle valves 115 and 117 are each throttled to provide a predetermined flow rate.
  • the mixed gas supply path 95 is provided with a control valve 123 that opens at the normal time when the mixed gas G is supplied downstream of the water electrolysis apparatus 1 already described, and closes at an abnormal time when the mixed gas G is not supplied. Is provided.
  • An electromagnetic valve 125 is provided downstream of the control valve 123, and the downstream end of the mixed gas supply path 95 is connected to the mixing plug 121 downstream of the electromagnetic valve 125.
  • a control circuit 126 is provided, and the control circuit 126 switches and controls the opening and closing of the electromagnetic valves 107, 119, and 125 as appropriate.
  • a plurality of electrode plates 55 are accommodated in the electrolytic cell 5.
  • the number of electrode plates 55 contributing to electrolysis among the plurality of electrode plates 55 is increased or decreased depending on the temperature of the electrolytic solution, and thereby the number suitable for the temperature of the electrolytic solution.
  • the electrode plate 55 is made to contribute to electrolysis, thereby improving the electrolysis efficiency.
  • a negative power supply terminal 141 is attached to the left end of the plurality of electrode plates 55 in FIG.
  • a power supply terminal plate 143 is installed on the upper side opposite to the negative side power supply terminal 141 (right side in FIG. 8).
  • the power supply terminal plate 143 is provided with a positive first power supply terminal 145, a positive second power supply terminal 147, and a positive third power supply terminal 149.
  • a positive fourth power supply terminal 151 is provided on the opposite side (right side in FIG. 8) of the power supply terminal 141.
  • the number of electrode plates 55 to be contributed to electrolysis is set in four stages. That is, there are four stages of a first stage, a second stage, a third stage, and a fourth stage.
  • the number of electrode plates 55 contributing to electrolysis gradually increases from the first stage to the fourth stage, and the fourth stage is configured to cause all electrode plates 55 to contribute to electrolysis. .
  • the + side first power supply terminal 145, the + side second power supply terminal 147, the + side third power supply terminal 149, and the + side fourth power supply terminal 151 are the first stage, the second stage, and the third stage. This corresponds to the stage 4th stage.
  • the control unit 71 is provided with a changeover switch 153.
  • the changeover switch 153 is provided with a first switch 155, a second switch 157, a third switch 159, and a fourth switch 161.
  • first switch 155 When the first switch 155 is turned “ON”, power is supplied through the positive first power supply terminal 145, and the first stage of electricity with the least number of electrode plates 55 contributing to electrolysis is provided. Decomposition takes place.
  • the second switch 157 is “ON”, power is supplied through the positive second power supply terminal 147, and the second stage in which the number of electrode plates 55 contributing to electrolysis is the second smallest. Is electrolyzed.
  • the changeover switch group 153 is switched based on the detection signal from the temperature detection sensor 48 already described. This point will be described in detail.
  • the voltage between the electrode plates 55 (between one cell) is inversely proportional to the temperature of the electrolytic solution. For example, when the temperature of the electrolytic solution is 20 ° C., it is 2.45 V, and when it is 80 ° C., it is 1.90 V.
  • electrolysis when electrolysis is performed, heat is generated and the temperature of the electrolyte rises. From these facts, it can be said that the efficiency of electrolysis depends on the temperature of the electrolytic solution, and the higher the temperature of the electrolytic solution, the higher the efficiency. This point will be described in more detail.
  • the generation amount of the mixed gas of hydrogen gas and oxygen gas is proportional to the current, and the generation amount of the mixed gas increases as the current flowing between the electrode plates 55 increases.
  • the current value does not increase, and eventually the amount of the mixed gas generated does not increase. Therefore, when the temperature of the electrolytic solution is low, the number of electrode plates 55 contributing to electrolysis is reduced to ensure a current value, and the number of electrode plates 55 contributing to electrolysis as the temperature of the electrolytic solution increases.
  • the current value is secured throughout. This point will be described with reference to the following formulas (I) and (II).
  • the operation is sequentially switched from the first stage to the fourth stage as the temperature rises based on the detection signal from the temperature detection sensor 48. Thereby, the generation amount of hydrogen / oxygen can be increased while the electric power W remains unchanged. Note that this series of control is performed under the control of the control unit 71 when the detection signal from the temperature detection sensor 48 is input to the control unit 71.
  • the plurality of electrode plates 55 are stacked and arranged via a plurality (six in this embodiment) of electrode plate mounting tie rods 171.
  • a sleeve 173 is built in the side wall 53 a of the electrolytic cell 53, and one end of the electrode plate mounting tie rod 171 passes through the sleeve 173.
  • Nuts 177 and 179 are screwed into end portions of the electrode plate mounting tie rods 171 protruding and arranged so as to penetrate through end members 175.
  • FIG. 8 when the right end in FIG. 8 of the electrode plate mounting tie rod 171 is viewed, the structure is as shown in FIG. First, a sleeve 181 is housed in the side wall 53 b of the electrolytic cell 53, and the other end of the electrode plate mounting tie rod 171 passes through the sleeve 181. Nuts 185 and 187 are screwed into the other end of the electrode plate mounting tie rod 171 protruding and arranged through the end member 183.
  • the electrode plates 55 and 55 at both ends of the plurality of electrode plates 55 are configured to be thicker than the other electrode plates 55 as described above.
  • a pair of Teflon (registered trademark) coil spring receiving members 191 and 193 are installed between the electrode plate 55 at the right end in the drawing and the sleeve 181.
  • a coil spring 195 as an elastic member is stretched between the pair of coil spring receiving members 191 and 193.
  • six electrode plate mounting tie rods 171 are provided, and the same configuration is adopted in all of these six electrode plate mounting tie rods 171.
  • another electrode plate mounting tie rod 201 is attached to the electrode plates 55, 55 at both ends.
  • the side wall 53b of the electrolytic cell 53 has a sleeve 203 built therein, and the other end of the electrode plate mounting tie rod 201 protrudes and is disposed through the sleeve 203.
  • the + side 4th power supply terminal 151 mentioned above is screwed together there.
  • Another member 207 is fixed to the flange portion of the sleeve 203 by a bolt 209.
  • a pair of Teflon (registered trademark) coil spring receiving members 211 and 213 are installed between the end electrode plate 55 and the sleeve 203.
  • the configuration at the left end in the figure is the same, and the above-described negative side power supply terminal 141 is attached thereto.
  • the plurality of electrode plates 55 are stacked and arranged with a Teflon (registered trademark) collar 217 interposed therebetween.
  • the mixed gas G is generated by the water electrolysis apparatus 1 and is supplied to the burner nozzle 85 (1) when normal, and the mixed gas G is not supplied to the burner nozzle 85 (2) abnormal I will explain it separately.
  • (1) Normal time Water W taken into the housing 5 from the water intake port 29 passes through the water intake conduit 27 and is temporarily stored in the water supply tank 25. Then, the water W in the water supply tank 25 is supplied into the electrolytic cell 53 through the water supply pipe 35 by the operation of the water supply pump 37. The water W that has overflowed in the water supply tank 25 passes through the overflow pipe 31 and is discharged to the outside from the drain port 33.
  • Water W supplied into the electric field tank 53 is transported to the cooling unit 47 through the first circulation pipe 43A by the operation of the circulation pump 45.
  • the cooling unit 47 the water W flowing in the cooling pipe 51 is cooled by the action of cooling air generated by the cooling fan 49.
  • the cooled water W is supplied into the electrolytic cell 53 through the second circulation pipe 43B. Water will circulate through this path.
  • the electrolytic cell 53 In the electrolytic cell 53, current is passed through the electrode plate 55 to perform electrolysis, and a mixed gas G of hydrogen and oxygen is generated and collected in the upper space of the electrolytic cell 53.
  • the water W after the electrolysis is appropriately discharged from the drain port 65 at the tip of the drain pipe 61 by opening the drain valve 63.
  • the mixed gas G collected in the upper space of the electrolytic cell 53 is supplied to the steam separator 41, and moisture contained in the mixed gas G is removed and collected in the space above the steam separator 41. Then, the gas is discharged from the exhaust port 69 to the outside of the housing 5 through the exhaust pipe 67 and introduced into the mixed gas supply path 95 shown in FIG.
  • the normal time path 99 is selected in the fuel supply path 87 and the normal time path 111 is selected in the air supply path 93 at the normal time, the control valve 123 of the mixed gas supply path 95 is opened, and the fuel O is supplied to the burner nozzle 85.
  • the mixed gas G of hydrogen and oxygen is supplied to burn the burner.
  • the combustion gas is completely burned, so that generation of harmful substances such as black smoke and carbon monoxide can be prevented. Further, since the combustion efficiency is improved, the consumption amount of the fuel O can be cut by 30% or more. Further, since the combustion flame is stabilized, the disappearance of the combustion flame is prevented and the safety is improved.
  • the control circuit 126 opens the solenoid valves 107 and 119 and closes the solenoid valve 125. Thereby, only the fuel O and air A are supplied to the burner nozzle 85. Thereafter, the solenoid valve 125 is opened for a predetermined time (5 seconds in this embodiment), and the solenoid valve 119 is closed when the solenoid valve 125 is fully opened. As a result, the supply of air A gradually decreases, and conversely, the supply of the mixed gas G of hydrogen and oxygen increases. Thereafter, the combustion shifts to the fuel O, the mixed gas G of hydrogen and oxygen.
  • the changeover switch 153 is sequentially switched as the temperature rises. That is, the first to fourth stages are sequentially switched as the temperature rises. Thereby, the generation amount of hydrogen / oxygen can be increased while the electric power W remains unchanged.
  • the temperature of the electrolytic solution is detected by the electrolytic solution temperature sensor 48, and the number of electrode plates 55 contributing to electrolysis is increased or decreased based on the detection signal. Therefore, the temperature is suitable for the temperature of the electrolytic solution. Electrolysis can be performed with the number of electrode plates 55, and a sufficient current value can be ensured to improve electrolysis efficiency. As a whole, the amount of mixed gas of hydrogen gas and oxygen gas to be generated can be reduced. Can be increased.
  • the selector switch 153 is installed in the power supply line, and the selector switch 153 is switched based on the detection signal from the electrolyte temperature sensor 48. Desired actions and effects can be obtained with a simple configuration.
  • the plurality of electrode plates 55 are stacked and arranged via a plurality of electrode plate mounting tie rods 171, 201. At this time, a coil is placed on the other end side of the electrode plate mounting tie rods 171, 201.
  • the springs 195 and 215 are disposed, and the coil springs 195 and 215 are appropriately elastically deformed to absorb expansion / contraction of the electrode plate 55 due to heat.
  • a plurality of electrode plates 55 can be stacked and arranged in a normal state at all times. For example, excessive force acts on the collar 217 due to thermal expansion, resulting in insulation performance. Can be prevented, and greatly contributes to the improvement of electrolysis efficiency.
  • the electrode plates 55, 55 arranged at both ends are configured to be thick, so that the biasing force of the coil springs 195, 215 is not affected. There will be no damage.
  • the fuel supply apparatus according to the present embodiment is configured using the water electrolysis apparatus 1 as described above, high combustion efficiency can be obtained.
  • the present invention is not limited to the one embodiment.
  • the number of electrode plates 55 contributing to electrolysis is adjusted in four stages, but the control is performed in three stages, five stages or more. It may be.
  • the configuration of the switch for switching is not particularly limited.
  • the configurations of the fuel supply path 87 and the combustion gas supply path 89 in the fuel supply apparatus 3 are not limited to the above-described configurations, and various types of switching can be performed between normal times and abnormal times as described above. A route configuration can be adopted.
  • the ventilation means is not limited to the ventilation fan 77, and other various means such as an open / close switching type ventilation damper can be adopted.
  • the notification means is also a siren or other various means such as a sound that informs the user of an abnormality.
  • Means can be employed.
  • the coil spring is used as the elastic member.
  • the use of a rubber sleeve or the use of other types of springs is assumed.
  • the number of electrode plate mounting tie rods is not particularly limited.
  • the configurations of the fuel supply path 87 and the combustion gas supply path 89 in the fuel supply apparatus 3 are not limited to the above-described configurations, and various types of path switching similar to the above can be executed between normal times and abnormal times. A route configuration can be adopted.
  • the ventilation means is not limited to the ventilation fan 77, and other various means such as an open / close switching type ventilation damper can be adopted.
  • the notification means is also a siren or other various means such as a sound that informs the user of an abnormality. Means can be employed.
  • the present invention relates to a water electrolysis apparatus and a fuel supply apparatus including the water electrolysis apparatus, and in particular, the number of electrode plates contributing to electrolysis is increased or decreased depending on the temperature of the electrolyte, thereby improving electrolysis efficiency.
  • a boiler is used to absorb the expansion / contraction of the electrode plate due to heat and provide an optimal mounting state at all times. It can be used in hot springs, bathing facilities, etc., and is particularly suitable when it is desired to improve water electrolysis treatment capacity and fuel efficiency without increasing the size of the apparatus and increasing the equipment cost.

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Abstract

装置の大型化や設備コストの増大を招くことなく、水電気分解処理能力の優れた水電気分解装置を提供し、該水電気分解装置を利用することで環境に優しく、経済的で安全な燃料供給装置を提供することを企図し、その為に、複数枚の電極板を収容した電解槽内において水を電気分解して水素と酸素の混合ガスを生成し、この生成された混合ガスを排出するように構成された水電気分解装置において、電解液温度検出手段により電解液の温度を検出し、上記電解液温度検出手段により検出される電解液温度に基づいて、上記複数枚の電極板の内電気分解に寄与する電極板の枚数を増減させるようにした。

Description

水電気分解装置及び該水電気分解装置を備えた燃料供給装置
本発明は、水電気分解装置及び該水電気分解装置を備えた燃料供給装置に係り、特に、電解液の温度によって電気分解に寄与する電極板の枚数を増減させ、それによって、電解効率の向上を図ることができるように工夫するとともに、電極板の熱による膨張・収縮を吸収して、常時、最適な取付状態を提供することができるように工夫したものに関する。
下記の特許文献１、２に示すように、水を電気分解して水素と酸素の混合ガスを生成する水電気分解装置が開発されている。この種の水電気分解装置においては、水を電気分解して水素と酸素の混合ガスを生成する電解槽が設けられている。上記電解槽には、複数枚の電極板が電解液中に浸漬された状態で、スぺーサを介して積層・配置されている。又、この種の装置においては、水電気分解装置の処理能力を向上させるために、上記電解槽の増設や大型化が行われていた。又、別途、冷却装置が設けられていて、その冷却装置の冷却効率を向上させることにより増大した熱の発生を抑制していた。
一方、ボイラ等のバーナに燃料を供給する燃料供給装置には、燃料である重油や灯油等をバーナに供給する燃料供給経路と、上記燃料を燃焼させるためにエアを供給するエア供給経路とが設けられている。しかし、エアだけで燃料を完全燃焼させることは難しく、完全燃焼させることができない場合には、黒煙や一酸化炭素等を大量に発生させるという環境上の問題、燃料消費量が嵩むという経済的な問題、さらには、燃焼炎が安定しないという安全性の問題が発生してしまうことになる。
　そこで、上記水電気分解装置により生成される水素と酸素の混合ガスを上記燃料供給装置に供給し、それによって、燃焼効率を向上させることが提案されている。そのようなものを示すものとして、例えば、特許文献３がある。この特許文献３による発明は、本件特許出願人によるものである。
特開２００５―１４６３０２号公報 特開２００７―１１９８０１号公報 実用新案登録第３１５１６７２号公報
　上記従来の構成によると次のような問題がった。
まず、特許文献３に記載された発明によれば、ある程度燃焼効率の向上を図ることができるものの、さらなる改良が要求されていた。
　又、複数枚の電極板が熱により膨張・収縮してしまい、それによって、スぺーサを介在させた電極板の正常の取付状態が損なわれてしまうという問題があった。特に、膨張により電極板相互間に介在しているスぺーサに過度の力が作用し、その健全性が損なわれてしまうおそれがあり、その場合には、絶縁性能も低下してしまうことになる。
　本発明は、このような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、装置の大型化や設備コストの増大を招くことなく、水電気分解処理能力の向上を図ることができるとともに、熱による電極板の膨張・収縮を吸収して、常に、正常な取付状態を得ることが可能な水電気分解装置を提供し、該水電気分解装置を利用することにより環境に優しく、経済的で安全な燃料供給装置を提供することにある。
上記目的を達成するべく本願発明の請求項１による水電気分解装置は、複数枚の電極板を収容した電解槽内において水を電気分解して水素と酸素の混合ガスを生成し、この生成された混合ガスを排出するように構成された水電気分解装置において、電解液温度検出手段により電解液の温度を検出し、上記電解液温度検出手段により検出される電解液温度に基づいて、上記複数枚の電極板の内電気分解に寄与する電極板の枚数を増減させるようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項２による水電気分解装置は、請求項１記載の水電気分解装置において、電解液の温度上昇に伴って電気分解に寄与する電極板の枚数を増加させていくことを特徴とするものである。
又、請求項３による水電気分解装置は、請求項２記載の水電気分解装置において、上記複数枚の電極板に電源を供給する電源供給ラインに切換スイッチが設置されていて、上記切換スイッチは上記電極板が増加する方向に複数個のスイッチを備えていて、上記電解液温度検出手段により検出される電解液温度に基づいて、上記複数個のスイッチを切り換えるようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項４による水電気分解装置は、請求項３記載の水電気分解装置において、　上記複数枚の電極板は、該電極板に設けられた複数個の貫通孔にそれぞれ電極板取付用タイロッドを貫通させることにより積層・配置されていて、上記電極板取付用タイロッドの一端側には電極板の熱により膨張・収縮を吸収する弾性部材が介挿されていることを特徴とするものである。
又、請求項５による水電気分解装置は、請求項４記載の水電気分解装置において、　上記複数枚の電極板の内両端に配置される電極板の肉厚をその他の電極板の肉厚より厚くしたことを特徴とするものである。
又、請求項６による水電気分解装置は、請求項５記載の水電気分解装置において、　上記弾性部材はコイルスプリングであることを特徴とするものである。
又、請求項７による水電気分解装置は、請求項６記載の水電気分解装置において、　上記コイルスプリングは、上記電極板取付用タイロッドの一端側に貫通・配置された一対のコイルスプリング受け部材の間に張設されていることを特徴とするものである。
又、請求項８による燃料供給装置は、燃料ポンプによって圧送された燃料をバーナーノズルに供給する燃料供給経路と、燃焼ガスを上記バーナーノズルに供給する燃焼ガス供給経路と、を具備し、上記燃焼ガス供給経路は、コンプレッサによって生成された圧縮空気を上記バーナーノズルに供給するエア供給経路と、水電気分解装置によって生成された水素と酸素の混合ガスを上記バーナーノズルに供給する混合ガス供給経路と、を備え、上記水電気分解装置として、上記請求項１～請求項７の何れかに記載の水電気分解装置を使用したことを特徴とするものである。
したがって、請求項１に記載された水電気分解装置によると、複数枚の電極板を収容した電解槽内において水を電気分解して水素と酸素の混合ガスを生成し、この生成された混合ガスを排出するように構成された水電気分解装置において、電解液温度検出手段により電解液の温度を検出し、上記電解液温度検出手段により検出される電解液温度に基づいて、上記複数枚の電極板の内電気分解に寄与する電極板の枚数を増減させるようにした構成したので、電解液の温度に適した電極板の枚数で電気分解を行うことができ、電気分解の効率を向上させることができる。
又、請求項２に記載された水電気分解装置によると、請求項１記載の水電気分解装置において、電解液の温度上昇に伴って電気分解に寄与する電極板の枚数を増加させていく構成になっているので、上記効果を確実なものとすることができる。
又、請求項３に記載された水電気分解装置によると、請求項２記載の水電気分解装置において、上記複数枚の電極板に電源を供給する電源供給ラインに切換スイッチが設置されていて、上記切換スイッチは上記電極板が増加する方向に複数個のスイッチを備えていて、上記電解液温度検出手段により検出される電解液温度に基づいて、上記複数個のスイッチを切り換えるように構成したので、簡単な構成で所望の作用・効果を得ることができる。
又、請求項４に記載された水電気分解装置によると、以上記複数枚の電極板は、該電極板に設けられた複数個の貫通孔にそれぞれ電極板取付用タイロッドを貫通させることにより積層・配置されていて、上記電極板取付用タイロッドの一端側には電極板の熱により膨張・収縮を吸収する弾性部材が介挿されている構成になっているので、熱により上記複数枚の電極板が膨張・吸収しても、これを弾性部材の弾性変形により吸収することができ、上記複数枚の電極を常時正常な取付状態で維持することができる。
又、請求項５に記載された水電気分解装置によると、請求項４記載の水電気分解装置において、上記複数枚の電極板の内両端に配置される電極板の肉厚をその他の電極板の肉厚より厚くした構成になっているので、弾性部材により弾性付勢された状態になっても、不用意に破損するようなことを防止することができる。
又、請求項６に記載された水電気分解装置によると、請求項５記載の水電気分解装置において、上記弾性部材はコイルスプリングであるので、比較的簡単な構成で所望の効果を得ることができる。
又、請求項７に記載された水電気分解装置によると、請求項６記載の水電気分解装置において、上記コイルスプリングは、上記電極板取付用タイロッドの一端側に貫通・配置された一対のコイルスプリング受け部材の間に張設されている構成になっているので、弾性変形も円滑に行われることになり、上記効果をより確実なものとすることができる。
又、請求項８に記載された燃料供給装置によると、燃料ポンプによって圧送された燃料を２流体ノズルによって構成されるバーナーノズルに供給する燃料供給経路と、燃焼ガスを上記バーナーノズルに供給する燃焼ガス供給経路と、を具備し、上記燃焼ガス供給経路は、コンプレッサによって生成された圧縮空気を上記バーナーノズルに供給するエア供給経路と、水電気分解装置によって生成された水素と酸素の混合ガスを上記バーナーノズルに供給する混合ガス供給経路と、を備え、上記水電気分解装置として、上記請求項１～請求項７の何れかに記載の水電気分解装置を使用した構成になっているので、高い燃焼効率を提供することができる。
本発明の一実施の形態を示す図で、水電気分解装置の概要を示す系統図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、水電気分解装置を備えた燃料供給装置の概要を示す系統図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、水電気分解装置の筺体内部の構造を示す側断面図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、水電気分解装置の外観を示す背面図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、水電気分解装置の外観を示す正面図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、水電気分解装置の筺体内部の構造を示す平断面図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、図７（ａ）は電極板を示す正面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のｂ部の部分拡大断面図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、水電気分解装置の要部の構成を示す断面図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、図８のＩＸ－ＩＸ矢視図である 本発明の一実施の形態を示す図で、図１０（ａ）は図８のＸ部を拡大して示す図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のｂ部の拡大図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のｃ部の拡大図である。
以下、図１乃至図１０を参照して本発明の一実施の形態を説明する。図１は本実施の形態による水電気分解装置１を示す図であり、図２は図１に示す水電気分解装置１を使用した燃料供給装置３を示す図である。
　まず、水電気分解装置１の構成から説明する。水電気分解装置１は、外部空間と遮蔽された筺体５を備えている。筺体５は、図３～図５に示すように、天板７、底板９、左右の側板１１、１３及び背面板１５と開閉自在の前面扉１７とを備えた密閉された角箱状の部材である。
尚、この水電気分解装置１では、例えば、純粋な蒸留水や軟水を原料の水Ｗとして使用している。
上記前面扉１７には、図５に示すように、操作パネル１９が設けられている。又、上記背面板１５には、図４に示すように、配管パネル２１が設けられている。この配管パネル２１には、図１に示すように、給水タンク２５からオーバーフロして排出される水Ｗの排水口３３、給水タンク２５に水Ｗを取水するための取水口２９、後述する気水分離器４１によって水Ｗから分離された水素と酸素の混合ガスＧの排気口６９等が設けられている。又、上記筺体５の下面には、水電気分解装置１を移動させる場合に使用されるキャスタＣと、水電気分解装置１を所定の場所に設置する場合に使用されるストッパＳと、が設けられている。
上記筺体５内には、給水部２３と、循環部３９と、混合ガス排出部６６とが設けられている。上記給水部２３は、主として、給水タンク２５内の水Ｗを電解槽５３に供給する役割を有する部位である。すなわち、給水部２３は、水Ｗを一時貯溜する給水タンク２５と、該給水タンク２５に外部から水Ｗを取水する取水管路２７と、この取水管路２７先端の取水口２９と、上記給水タンク２５からオーバーフロした水Ｗを排水するオーバーフロ管路３１と、オーバーフロ管路３１先端の排水口３３と、上記給水タンク２５内の水Ｗを電解槽５３に供給する給水管路３５と、該給水管路３５の設けられる給水ポンプ３７と、から構成されている。
又、上記循環部３９は、冷却部４７を備えていて、この冷却部４７と電解槽５３との間には第１循環管路４３Ａと第２循環管路４３Ｂが設置されている。上記第１循環管路４３Ａには循環ポンプ４５が介挿されているとともに、フィルタ４６が介挿されている。又、このフィルタ４６には、循環する電解液の温度を検出する電解液温度検出センサ４８が設置されている。
上記冷却部４７は、冷却ファン４９と冷却管路５１とから構成されていて、上記冷却管路５１の両端には、上記第１循環管路４３Ａと第２循環管路４３Ｂがそれぞれ接続されている。
尚、本実施の形態の場合には、空冷を例に挙げて説明しているが、それ以外にも、例えば、水冷でも良い。
上記混合ガス排出部６６は気水分離器４１を備えていて、主として、電解槽５３内にて発生した水素と酸素の混合ガスＧを気水分離器４１内に受け入れる役割を有する部位である。上記気水分離器４１と電解槽５３との間には配管４３Ｃが設置されており、又、気水分離器４１の上部空間から筺体５の外部空間に向けて排気管路６７が設置されている。この排気管路６７先端には排気口６９が設けられている。
　上記気水分離器４１にはドレン管路４２が接続されていて、このドレン管路４２にはドレン用開閉弁４４が介挿されている。又、上記ドレン管路４２の先端にはドレン口５０が設けられている。又、上記電解槽５３にもドレン管路６１が接続されていて、このドレン管路６１にはドレン用開閉弁６３が介挿されている。又、上記ドレン管路６１の先端にはドレン口６５が設けられている。
又、上記電解槽５３内には、図７に示すように、例えば、略円板状をした電極板５５が複数枚収容されている。これら複数枚の電極板５５の表裏面には微細なディンプル（窪み）加工５９が施されていて、電極板５５の表面積の拡大が図られている。電極板５５はその両面がそれぞれ陽極、陰極として機能するものであり、例えば、２枚の電極板５５、５５によって１組のセルを構成することになる。又、３枚の電極板５５、５５、５５によって、２組のセルを構成することになる。つまり、（電極板５５の枚数－１）組のセルが構成されることになる。
尚、本実施の形態では、ディンプル加工５９として、例えば、６０メッシュ程度のショットブラスト加工が適用されており、該ショットブラスト加工によって電極板５５の表面積は２～３倍に拡大されている。
又、上記電極板５５の外周部には、複数箇所（この実施の形態の場合には６箇所）に貫通孔５５ａが穿孔されている。この貫通孔５５ａには後述する電極板取付用タイロッド１７１が貫通・配置されることになる。
又、上記複数枚の電極板５５の内、左右両端に配置される電極板５５、５５の厚みは、図８、図１０に示すように、その他の電極板５５の厚みより厚くなっている。その理由については後述する。
　この他、図１に示すように、水電気分解装置１には、上記給水部２３と循環部３９と混合ガス排出部６６を制御する制御部７１が設けられており、筺体５外に設けられる水素漏れ検知器７３によって検出された水素漏れ情報が、処理装置７５を介して、動作停止情報として上記制御部７１に送られる。制御部７１は、それに基づいて、上記給水部２３と循環部３９と混合ガス排出部６６との動作を停止するように構成されている。
　又、上記処理装置７５に送られた水素漏れ情報に基づいて、筺体５外の室内換気を行う換気手段としての換気扇７７を作動させて室内換気を行うと共に、上記水素漏れ情報を異常情報として告知手段としての表示盤７９に送って使用者に異常の発生を伝達する。
次に、図２に戻って、燃料供給装置３の構成について説明する。燃料供給装置３は、燃料供給ポンプ８３を備えていて、この燃料供給ポンプ８３によって圧送された重油、灯油等の燃料Ｏを、二流体ノズルによって構成されているバーナーノズル８５に燃料供給経路８７を介して供給する。又、燃焼ガスを上記バーナーノズル８５に供給する燃焼ガス供給経路８９が設けられている。又、上記燃焼ガス供給経路８９には、コンプレッサ９１によって生成された圧縮空気（エア）Ａを上記バーナーノズル８５に供給するエア供給経路９３と、上記水電気分解装置１によって生成された水素と酸素の混合ガスＧを上記バーナーノズル８５に供給する混合ガス供給経路９５とが接続されている。
　上記燃料供給経路８７には、上述した燃料ポンプ８３の下流に、三方弁９７が設けられており、該三方弁９７によって上記混合ガスＧが供給されている通常時に選択する通常時経路９９と、上記混合ガスＧが供給されていない異常時に選択する異常時経路１０１との切り換えが実行されている。又、上記通常時経路９９には絞り弁１０３が設けられており、上記異常時経路１０１には絞り弁１０５が設けられている。そして、上記通常時経路９９と異常時経路１０１の下流に電磁弁１０７が設けられている。　又、上記通常時経路９９と異常時経路１０１の切り換えは、上記三方弁９７を手動で切り換えることにより行われる。
尚、上記絞り弁１０３、１０５はそれぞれ所定の流量を提供できるような開度に絞られている。
　上記エア供給経路９３においては、上述したコンプレッサ９１の下流に三方弁１０９が設けられており、該三方弁１０９によって上記混合ガスＧが供給されている通常時に選択される通常時経路１１１と、上記混合ガスＧが供給されていない異常時に選択される異常時経路１１３との切り換えが実行されている。又、上記通常時経路１１１には絞り弁１１５が設けられており、上記異常時経路１１３には絞り弁１１７が設けられている。そして、上記通常時経路１１１と異常時経路１１３の下流に電磁弁１１９、電磁弁１１９の下流に混合栓１２１が設けられている。又、上記通常時経路１１１と異常時経路１１３の切り換えは、上記三方弁１０９を手動で切り換えることにより行われる。
尚、上記絞り弁１１５、１１７はそれぞれ所定の流量を提供できるような開度に絞られている。
　上記混合ガス供給経路９５には、既に説明した水電気分解装置１の下流に上記混合ガスＧが供給されている通常時に開いて、上記混合ガスＧが供給されていない異常時に閉じる制御弁１２３が設けられている。又、上記制御弁１２３の下流に電磁弁１２５が設けられており、該電磁弁１２５の下流において、上記混合栓１２１に混合ガス供給経路９５の下流端が接続されている。
又、図２に示すように、制御回路１２６が設けられていて、この制御回路１２６によって、電磁弁１０７、１１９、１２５の開閉を適宜切換制御するものである。
既に説明したように、電解槽５内には複数枚の電極板５５が複数枚収容されている。本実施の形態の場合には、電解液の温度によって、上記複数枚の電極板５５の内、電気分解に寄与する電極板５５の枚数を増減させ、それによって、電解液の温度に適した枚数の電極板５５を電気分解に寄与させ、それによって、電解効率を向上させるようにしている。
以下、詳細に説明する。図８に示すように、まず、複数枚の電極板５５の図８中左端に－側電源供給端子１４１が取り付けられている。又、上記－側電源供給端子１４１の反対側（図８中右側）の上部には電源供給端子板１４３が設置されている。この電源供給端子板１４３には、＋側第１電源供給端子１４５、＋側第２電源供給端子１４７、＋側第３電源供給端子１４９が設置されている。又、それとは別に、上記電源供給端子１４１の反対側（図８中右側）には＋側第４電源供給端子１５１が設置されている。
又、上記複数枚の電極板５５に関して、何枚の電極板５５を電気分解に寄与させるかについて、４段階に分けてその枚数が設定されている。すなわち、第１段階、第２段階、第３段階、第４段階の４段階である。第１段階から第４段階に向けて、電気分解に寄与する電極板５５の枚数が徐々に増加していき、第４段階は全ての電極板５５を電気分解に寄与させるように構成されている。
そして、上記＋側第１電源供給端子１４５、＋側第２電源供給端子１４７、＋側第３電源供給端子１４９、＋側第４電源供給端子１５１がそれら第１段階、第２段階、第３段階、第４段階に対応しているものである。
又、制御部７１には切換スイッチ１５３が設置されている。この切換スイッチ１５３には、第１スイッチ１５５、第２スイッチ１５７、第３スイッチ１５９、第４スイッチ１６１が設置されている。そして、第１スイッチ１５５が「ＯＮ」した場合には、上記＋側第１電源供給端子１４５を介して電源が供給され、電気分解に寄与する電極板５５の枚数が最も少ない第１段階の電気分解が行われる。
又、第２スイッチ１５７が「ＯＮ」した場合には、上記＋側第２電源供給端子１４７を介して電源が供給され、電気分解に寄与する電極板５５の枚数が二番目に少ない第２段階の電気分解が行われる。
又、第３スイッチ１５９が「ＯＮ」した場合には、上記＋側第３電源供給端子１４９を介して電源が供給され、電気分解に寄与する電極板５５、５７の枚数が三番目に少ない第３段階の電気分解が行われる。
さらに、第４スイッチ１６１が「ＯＮ」した場合には、上記＋側第４電源供給端子１５１を介して電源が供給され、電気分解に寄与する電極板５５の枚数が最も多い第４段階の電気分解が行われる。
尚、図９中符号１６３は直流電源である。
又、上記切換スイッチ群１５３の切換は、既に説明した温度検出センサ４８からの検出信号に基づいて行われる。この点について詳しく説明する。
まず、一対の電極板５５間（１セル間）にある種の電流を流す場合、電極板５５間（１セル間）の電圧は電解液の温度に反比例する。例えば、電解液の温度が２０℃の場合には２．４５Ｖ、８０℃では１．９０Ｖである。又、電気分解を行うと、発熱して電解液の温度が上昇する。これらのことから、電気分解の効率は電解液の温度に依存し、電解液の温度が高くなればなるほど効率が高くなるといえる。
この点に関してさらに詳しく説明すると、水素ガスと酸素ガスの混合ガスの生成量は電流に比例し、電極板５５相互間に流れる電流が大きくなれば混合ガスの生成量も増大する。そして、例えば、電解液の温度が低い場合に、多くの電極板５５相互間に電圧をかけても電流値はあがらず、結局、生成される混合ガスの量も増大しない。そこで、電解液の温度が低い場合には、電気分解に寄与する電極板５５の枚数を少なくして電流値を確保し、電解液の温度上昇に伴って電気分解に寄与する電極板５５の枚数を増大させていき、全体を通して電流値を確保して混合ガスの生成量の増大を図ろうとするものである。
この点に関して次の式（Ｉ）、（ＩＩ） を参照して説明する。
Ｗ＝Ｖ×Ｉ―――（Ｉ）
Ｖ＝ｖ×ｎ―――（ＩＩ）
但し、
Ｗ：電力
Ｖ：電気分解に寄与する全ての電極板５５に印加される電圧
ｖ：１セルあたりの電圧
ｎ：セル数
Ｉ：電流
　上記式（Ｉ）において電力Ｗ、電圧Ｖ、電流Ｉを一定とした場合、例えば、電解液の温度が２０℃の場合には、１セルあたりの電圧ｖは２．４５Ｖであり、よって、全体の電圧Ｖを一定値に保とうとすると、セル数ｎを小さくする必要がある。これに対して、電解液の温度が８０℃では１セルあたりの電圧ｖは１．９０Ｖとなるので、セル数を増やしても全体の電圧Ｖを一定値に保つことができる。このような制御を行うことにより一定の電流値を確保して混合ガスの生成量の増大を図ることができることになる。
そこで、本実施の形態の場合には、温度検出センサ４８からの検出信号に基づいて、温度上昇に伴って、第１段階～第４段階へと順次切り換えるようにしていくものである。それによって、電力Ｗはそのままで水素・酸素の発生量を増大させることができるものである。
尚、この一連の制御は、上記温度検出センサ４８からの検出信号が制御部７１に入力され、制御部７１の制御によって行われることになる。
次に、上記複数枚の電極板５５の取付状態について説明する。上記複数枚の電極板５５は、複数本（この実施の形態の場合には６本）の電極板取付用タイロッド１７１を介して積層・配置されている。上記電極板取付用タイロッド１７１の図８中左端をみると、まず、電解槽５３の側壁５３ａにはスリーブ１７３が内装されていて、上記電極板取付用タイロッド１７１の一端はこのスリーブ１７３を貫通している。貫通して突出・配置された上記電極板取付用タイロッド１７１の端には、端部材１７５を介してナット１７７、１７９が螺合されている。
又、上記電極板取付用タイロッド１７１の図８中右端をみると、図１０に示すような構成になっている。まず、電解槽５３の側壁５３ｂにはスリーブ１８１が内装されていて、上記電極板取付用タイロッド１７１の他端はこのスリーブ１８１を貫通している。貫通して突出・配置された上記電極板取付用タイロッド１７１の他端には、端部材１８３を介してナット１８５、１８７が螺合されている。
又、上記複数枚の電極板５５の内の両端の電極板５５、５５は、前述したように、その他の電極板５５より厚く構成されている。そして、図中右端の電極板５５と上記スリーブ１８１との間には一対のテフロン（登録商標）製のコイルスプリング受け部材１９１、１９３が設置されている。これら一対のコイルスプリング受け部材１９１、１９３の間には弾性部材としてのコイルスプリング１９５が張設されている。
尚、本実施の形態の場合には、６本の電極板取付用タイロッド１７１が設けられていて、これら６本の電極板取付用タイロッド１７１の全てにおいて、同様の構成が採用されている。
又、図８に示すように、上記両端の電極板５５、５５には、別の電極板取付用タイロッド２０１が取り付けられている。その内、図１０中右端の構成をみると、電解槽５３の側壁５３ｂにはスリーブ２０３が内装されていて、上記電極板取付用タイロッド２０１の他端はこのスリーブ２０３を貫通して突出・配置されている。そして、そこには、前述した＋側第４電源供給端子１５１が螺合されている。上記スリーブ２０３の鍔部には別の部材２０７がボルト２０９によって固定されている。又、上記端の電極板５５と上記スリーブ２０３の間には、一対のテフロン（登録商標）「製のコイルスプリング受け部材２１１、２１３が設置されている。これら一対のコイルスプリング受け部材２１１、２１３の間には弾性部材としてのコイルスプリング２１５が張設されている。
又、図８に示すように、図中左端の構成も同様であり、そこには、前述した－側電源供給端子１４１が取り付けられている。
又、上記複数枚の電極板５５はテフロン（登録商標）製のカラー２１７を介在させた状態で積層・配置されているものである。
　以上の構成を基にその作用を説明する。
まず、上記混合ガスＧが水電気分解装置１によって生成され、上記バーナーノズル８５に供給されている（１）通常時と、上記バーナーノズル８５に上記混合ガスＧが供給されていない（２）異常時に分けて説明する。
（１）通常時
　取水口２９から筺体５内に取り込まれた水Ｗは取水管路２７を通って給水タンク２５内に一時貯溜される。そして、給水タンク２５内の水Ｗは給水ポンプ３７の作動によって給水管路３５を通って電解槽５３内に供給される。
尚、給水タンク２５内でオーバーフロした水Ｗはオーバーフロ管路３１を通って排水口３３から外部に排出される。
　電界槽５３内に供給された水Ｗは、循環ポンプ４５の作動によって第１循環管路４３Ａを通って冷却部４７に搬送される。そして、冷却部４７では、冷却管路５１内を流れる水Ｗは冷却ファン４９によって生起される冷却風の作用で冷却される。又、上記冷却された水Ｗは第２循環管路４３Ｂを通って電解槽５３内に供給される。水はこの経路で循環することになる。
電解槽５３内では電極板５５に電流を流して電気分解が実行され、水素と酸素の混合ガスＧが生成されて電解槽５３の上部空間に集められる。
尚、電気分解後の水Ｗはドレンバルブ６３を開いてドレン管路６１先端のドレン口６５から外部に適宜排出される。
電解槽５３の上部空間に集められた上記混合ガスＧは、気水分離器４１に供給されて、混合ガスＧ中に含まれる水分等が取り除かれて気水分離器４１の上方空間に集められ、排気管路６７を通って排気口６９から筺体５外に排出されて図２に示す混合ガス供給経路９５に導入される。
そして、通常時には燃料供給経路８７では通常時経路９９が、エア供給経路９３では通常時経路１１１がそれぞれ選択され、混合ガス供給経路９５の制御弁１２３が開いて、バーナーノズル８５に燃料Ｏと、水素と酸素の混合ガスＧが供給されてバーナの燃焼が実行される。
尚、上記混合ガスＧを燃焼ガスとして使用した場合には、燃焼ガスが完全燃焼するため黒煙や、一酸化炭素等の有害物質の発生を防止することができる。又、燃焼効率が向上するため燃料Ｏの消費量を３０％以上カットすることができる。又、燃焼炎が安定するため、燃焼炎の立ち消えが防止されて安全性が向上する。
上記通常時の燃焼についてさらに詳しく説明する。
まず、着火時であるが、制御回路１２６によって、電磁弁１０７、１１９を開弁し、電磁弁１２５は閉弁とする。それによって、燃料ＯとエアＡのみをバーナーノズル８５に供給する。
その後、所定時間（この実施の形態の場合には５秒）を掛けて、電磁弁１２５を開弁していき、電磁弁１２５が全開になった時点で電磁弁１１９を閉弁する。それによって、エアＡの供給は徐々に減少していき、逆に、水素と酸素の混合ガスＧの供給が増大していく。その後、燃料Ｏと水素と酸素の混合ガスＧとによる燃焼に移行する。
次に、消火する場合について説明する。ボイラから制御回路１２６に消火指令が入力されると、電磁弁１１９を開弁するとともに電磁弁１２５を徐々に（約５～６秒掛けて）閉弁していく。このことにより、水素と酸素の混合ガスＧの供給は徐々に減少していき、逆に、エアＡの供給が増大していく。電磁弁１２５が完全に閉弁した時点で（この時点では水素と酸素の混合ガスからエアに完全に置き換わっている。）、電磁弁１１９と電磁弁１０７を閉弁することにより消火する。
このように、着火時と消火時に、エアＡを供給することにより、水素と酸素の混合ガスＧの比率（２：１）を崩すようにし、それによって、「逆火現象」の発生を防止するようにしているものである。
尚、この実施の形態では、電磁弁を使用しているが、開度の調整がし易い別のタイプのバルブを使用してもよい。
（２）異常時
　水素漏れ検知器７３が水素の漏れを検出した場合には、水素漏れ情報が処理装置７５に送られ、処理装置７５から制御部７１に動作停止情報が送られて水電気分解装置１の作動が停止される。
　又、処理装置７５は換気扇７７に作動指令を出して、筺体５の外部空間の室内換気を実行すると共に、上記水素漏れ情報を異常情報として表示盤７９に送り、異常の発生をモニタ表示や異常ランプ等によって使用者に告知する。
　そして、図２に示す燃料供給経路８７では異常時経路１０１が、エア供給経路９３では異常時経路１１３がそれぞれ選択され、混合ガス供給経路９５の制御弁１２３が閉じて、バーナーノズル８５に燃料Ｏと、エアＡが供給されて従来と同様のバーナの燃焼が実行される。
　したがって、異常時でも燃料供給装置３の作動を停止させることなく、作動を継続することが可能になっている。
次に、電解液の温度によって、電気分解に寄与する電極板５５の枚数を増加させていく作用について説明する。
すなわち、温度検出センサ４８からの検出信号に基づいて、温度上昇に伴って、切換スイッチ１５３を順次切り換えていく。すなわち、温度上昇に伴って第１段階～第４段階へと順次切り換えるようにしている。それによって、電力Ｗはそのままで水素・酸素の発生量を増大させることができるものである。
　以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、電解液温度検センサ４８により電解液の温度を検出し、その検出信号に基づいて、電気分解に寄与する電極板５５の枚数を増減させるように構成したので、電解液の温度に適した電極板５５の枚数で電気分解を行うことができ、十分な電流値を確保して電気分解の効率を向上させることができ、全体として、生成される水素ガスと酸素ガスの混合ガスの量を増大させることができる。
又、本実施の形態の場合には、電源供給ラインに切換スイッチ１５３が設置されていて、電解液温度検センサ４８からの検出信号に基づいて、上記切換スイッチ１５３を切り換えるように構成したので、簡単な構成で所望の作用・効果を得ることができる。
又、複数枚の電極板５５は、複数本の電極板取付用タイロッド１７１、２０１を介して積層・配置されているが、その際、上記電極板取付用タイロッド１７１、２０１の他端側にコイルスプリング１９５、２１５が配置されていて、このコイルスプリング１９５、２１５が適宜弾性変形することにより、熱による電極板５５の膨張・収縮を吸収することができる。それによって、複数枚の電極板５５を、常時正常な状態で積層・配置させることができ、例えば、熱膨張によりカラー２１７に過度な力が作用して損傷してしまい、それに起因して絶縁性能が低下するといったことを防止することができ、電気分解の効率の向上に大きく寄与するものである。
又、複数枚の電極板５５の内、両端に配置されている電極板５５、５５は、その肉厚が厚く構成されているので、上記コイルスプリング１９５、２１５の付勢力が作用しても不用意に破損するようなことはない。
又、本実施の形態による燃料供給装置は、上記のような水電気分解装置１を使用した構成になっているので、高い燃焼効率を得ることができる。
　尚、本発明は前記一実施の形態に限定されるものではない。
例えば、前記一実施の形態の場合には、４段階に分けて、電気分解に寄与する電極板５５の枚数を調整するようにしたが、３段階、５段階以上に区分けてして制御するようにしてもよい。
又、切り換えるためのスイッチの構成等についてはこれを特に限定するものではない。
又、前記燃料供給装置３における燃料供給経路８７と燃焼ガス供給経路８９の構成は上述した構成に限定されることなく、通常時と異常時とで上記と同様の経路の切り換えを実行できる種々の経路構成が採用可能である。
　又、上記換気手段は換気扇７７に限らず開閉切換え式の換気ダンパ等、他の種々の手段が採用でき、上記告知手段もサイレン等、音で使用者に異常を知らせるもの等、他の種々の手段が採用できる。
又、前記一実施の形態の場合には、弾性部材としてコイルスプリングを使用したが、それ以外にも、ゴム製のスリーブの使用、その他の種類のバネの使用が想定される。
又、電極板取付用タイロッドの個数はこれを特に限定するものではない、
又、上記燃料供給装置３における燃料供給経路８７と燃焼ガス供給経路８９の構成は上述した構成に限定されることなく、通常時と異常時とで上記と同様の経路の切り換えを実行できる種々の経路構成が採用可能である。
　又、上記換気手段は換気扇７７に限らず開閉切換え式の換気ダンパ等、他の種々の手段が採用でき、上記告知手段もサイレン等、音で使用者に異常を知らせるもの等、他の種々の手段が採用できる。
この他、ボイラの異常信号としてボイラの警報盤にその異常信号を送って表示させることも可能である。
　本発明は、水電気分解装置及び該水電気分解装置を備えた燃料供給装置に係り、特に、電解液の温度によって電気分解に寄与する電極板の枚数を増減させ、それによって、電解効率の向上を図ることができるように工夫するとともに、電極板の熱による膨張・収縮を吸収して、常時、最適な取付状態を提供することができるように工夫したものに関し、例えば、ボイラー等を使用している温泉や入浴施設等で利用でき、特に装置の大型化や設備コストの増大を招くことなく、水電気分解処理能力と燃料効率の向上を図りたい場合に好適である。
１　水電気分解装置
３　燃料供給装置
４８　電解液温度検出センサ
５３　電解槽
５５　電極板
７１　制御部
１４１　－側電源供給端子
１４５～１５１　＋側電源供給端子
１５３　切換スイッチ
Ｗ　水
Ｇ　混合ガス
Ａ　圧縮空気（エア）
Ｏ　燃料
 

Claims (8)

  1. 複数枚の電極板を収容した電解槽内において水を電気分解して水素と酸素の混合ガスを生成し、この生成された混合ガスを排出するように構成された水電気分解装置において、
    　電解液温度検出手段により電解液の温度を検出し、
    　上記電解液温度検出手段により検出される電解液温度に基づいて、上記複数枚の電極板の内電気分解に寄与する電極板の枚数を増減させるようにしたことを特徴とする水電気分解装置。
  2. 請求項１記載の水電気分解装置において、
    　電解液の温度上昇に伴って電気分解に寄与する電極板の枚数を増加させていくことを特徴とする水電気分解装置。
  3. 請求項２記載の水電気分解装置において、
    　上記複数枚の電極板に電源を供給する電源供給ラインに切換スイッチが設置されていて、
    上記切換スイッチは上記電極板が増加する方向に複数個のスイッチを備えていて、
    上記電解液温度検出手段により検出される電解液温度に基づいて、上記複数個のスイッチを切り換えるようにしたことを特徴とする水電気分解装置。
  4. 請求項３記載の水電気分解装置において、
    　上記複数枚の電極板は、該電極板に設けられた複数個の貫通孔にそれぞれ電極板取付用タイロッドを貫通させることにより積層・配置されていて、
    　上記電極板取付用タイロッドの一端側には電極板の熱による膨張・収縮を吸収する弾性部材が介挿されていることを特徴とする水電気分解装置。
  5. 請求項４記載の水電気分解装置において、
    　上記複数枚の電極板の内両端に配置される電極板の肉厚をその他の電極板の肉厚より厚くしたことを特徴とする水電気分解装置。
  6. 請求項５記載の水電気分解装置において、
    　上記弾性部材はコイルスプリングであることを特徴とする水電気分解装置。
  7. 請求項６記載の水電気分解装置において、
    　上記コイルスプリングは、上記電極板取付用タイロッドの一端側に貫通・配置された一対のコイルスプリング受け部材の間に張設されていることを特徴とする水電気分解装置。
  8. 燃料ポンプによって圧送された燃料をバーナーノズルに供給する燃料供給経路と、
    燃焼ガスを上記バーナーノズルに供給する燃焼ガス供給経路と、を具備し、
    上記燃焼ガス供給経路は、コンプレッサによって生成された圧縮空気を上記バーナーノズルに供給するエア供給経路と、水電気分解装置によって生成された水素と酸素の混合ガスを上記バーナーノズルに供給する混合ガス供給経路と、を備え、
    　上記水電気分解装置として、上記請求項１～請求項７の何れかに記載の水電気分解装置を使用したことを特徴とする水電気分解装置を備えた燃料供給装置。
     
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