酸水素ガス発生装置
【課題】電解水溶液を用いて水を電気分解して、酸素ガスと水素ガスを発生させ、それらを混合状態で取り出すようにした酸水素混合ガス発生装置において、酸水素ガスに混入した水蒸気がガス導出経路内で凝縮・結露して、安定動作および安全上の問題を生じることに対して、信頼性の高い酸水素ガス発生装置を提供する。
【解決手段】発生させたガスをとりだすガス導出経路に、放熱により水蒸気を凝縮・結露させ復水させる復水器３を設け、その水を電解槽１に回収するようにしたことにより、酸水素ガス中の水蒸気・水分を除去し、配管内結露などの問題を生じない安全性および信頼性の高い酸水素ガス発生装置を提供するものである。
【解決手段】発生させたガスをとりだすガス導出経路に、放熱により水蒸気を凝縮・結露させ復水させる復水器３を設け、その水を電解槽１に回収するようにしたことにより、酸水素ガス中の水蒸気・水分を除去し、配管内結露などの問題を生じない安全性および信頼性の高い酸水素ガス発生装置を提供するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水を電気分解して酸素ガスと水素ガスを発生させ、それらを混合状態で取り出すようにした酸水素混合ガス発生装置に関するものである。そのガスを燃焼させて、溶接や溶断、溶射加工などを行なうことができる。
【背景技術】
【０００２】
水を電気分解して水素と酸素を発生させる方法としては、それぞれのガスを分離した状態で発生させる方法と、それぞれのガスを混合した形態で発生させる方法がある。
本発明は、後者の水素と酸素を混合した形態で発生させる酸水素ガス発生装置に関する。
【０００３】
水素と酸素との混合ガス発生装置としては、従来から、電解槽内部に複数の電極板を積層し、その間に絶縁部材を挿入介在させて、それぞれの電極板の間を隔離絶縁した構造のものが広く使用されている。ところが、時間の経過とともに、電解槽内の発熱により、電解液の温度上昇とともに、発生さすべき酸水素ガスのほかに水蒸気が多量に混入するようになり、酸水素ガスの純度が低下するだけでなく、その水蒸気がガス導出経路内で凝縮・結露して、計器類の動作不良やガス燃焼用のバーナーの動作不良や逆火の原因となり、安定動作および安全上の問題があった。
【特許文献１】特開２００５−１４６３０２号公報
【特許文献２】特開平１１−００１７９０号公報
【特許文献３】特開平０６−１９２８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、従来の水素と酸素との混合ガス発生装置におけるこのような問題を解消して、水素・酸素混合ガスを安定的で安全に発生・利用できる酸水素ガス発生装置を提供するものである。
【０００５】
従来では、電解槽で発生させたガスをとりだすガス導出経路に水式逆火防止器を用い、電解槽本体に及ぶ逆火を防止するようにしている。酸水素混合ガスではアセチレンと酸素の組み合わせに比較して、ガスそのものに最初から酸素を含んでいるので燃焼反応がガス供給源に逆流する逆火現象を生じやすい欠点があるので、その対策を十分に施す必要がある。また、電解槽内の発熱により、電解液の温度上昇とともに、発生さすべき酸水素ガスのほかに水蒸気が多量に混入するようになり、酸水素ガスの純度が低下するだけでなく、その水蒸気がガス導出経路内で凝縮・結露して、計器類の動作不良やガス燃焼用のバーナーの動作不良やさらに逆火の原因となり、安定動作および安全上の問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、電解水溶液を電気分解して酸素ガスと水素ガスを発生させ、それらを混合状態で取り出すようにした酸水素混合ガス発生装置において、発生させたガスをとりだすガス導出経路に、発生させたガス中に含まれる水蒸気を除去するため、放熱器により水蒸気を凝縮・結露させ復水させる復水器を設け、その水を電解槽に回収するようにしたことを特徴とし、これにより酸水素ガス中の水蒸気・水分を除去し、結露などの問題を生じない、安全性および信頼性の高い酸水素ガス発生装置を提供するものである。
【０００７】
酸水素ガス発生装置は水を電気分解し、水素ガスと酸素ガスの混合ガスを発生させる装置である。水の電気分解は電解液（電解質水溶液・ＫＯＨ、ＮａＯＨ、等）に電気を流すことにより起きる電気化学反応である。陽極（＋）では水酸イオンＯＨ−が反応、電子を電極に放出して酸素分子Ｏ２と水分子が発生する。陰極（−）では水分子が電子を受け取って水酸イオンＯＨ−と水素分子Ｈ２が発生する。この様に水が電気によって水素と酸素に分解され、気体（ガス）として取り出される。本装置での酸水素ガス発生装置は、酸素ガスと水素ガスを分離しないで混合ガス状態として燃料ガスとして取り出される。電解液の電解質は電気を流し易くし、水の電気分解を促進する役割をしている。全体としては水（Ｈ２Ｏ）だけが電気分解によりガスとなって消費され、電解質は分解されることなく残るので、水のみを補給すればよい。本発明では、発生させたガスをとりだすガス導出経路に、発生させたガス中に含まれる水蒸気を除去するため、放熱器により水蒸気を凝縮・結露させ復水させる復水器を設け、その水を電解槽に回収するようにしたことを特徴とし、これにより酸水素ガス中の水蒸気・水分を除去し、結露などの問題を生じない、安全性および信頼性の高い酸水素ガス発生装置を提供するものである。
【０００８】
酸水素ガス発生装置は、商用の電源を用いて、水を電気分解し酸素と水素を連続的に発生させる装置であるので、わずらわしいガスボンベ等が一切不要となり、電源投入ですぐにガス燃料として利用できる。また酸水素ガス発生装置は水を電気分解し、完全燃焼に必要な酸素自体を含む水素ガス２：酸素ガス１の混合ガスを発生させる装置であり、ガス貯蔵部を設けず、発生させたガスを直ちに利用するので、環境への影響なく、またガス貯蔵部を持たないので爆発の危険性なく、安心して使用することができるようになる。
【０００９】
本発明として、酸水素ガス発生装置に用いられる復水器の構造の実施例を図１に示す。発生させたガス中に含まれる水蒸気を除去するため、放熱器により水蒸気を冷却し、凝縮・結露させ復水させて、その水を電解槽に回収するようにしている。
１は電解槽であり、２は酸水素ガス導出部である。３は復水器を構成するステンレスパイプであり、４は水蒸気を含んだ酸水素ガスを冷却するための放熱用フィンである。５は酸水素ガスと水蒸気が凝縮して生じた水滴を分離する分離器であり水タンクを兼ねている。６は酸水素ガスと復水器で生じた水滴の出口であり、７は回収された水である。８は酸水素ガス導出部であり、本実施例では逆火防止器に接続されている。９はバルブであり、これを開くことによって回収された水はパイプ１０を経て電解槽１に戻される。
【００１０】
図２は、酸水素ガス発生装置の全体を示す。図２Ａは平面図、図２Ｂは正面図である。図２Ａの２１は電解槽であり、発生した酸水素ガスは、結合部２を経て、本発明の復水器を構成するステンレスパイプ３および放熱器４の部分を経て冷却され、水蒸気成分は凝縮・液化してガス・水滴分離器５に水として回収される。回収された水はバルブ部９を経て電解槽２１に戻される。水分を除去された酸水素ガスは逆火防止装置２２および乾式逆火防止器２３を経て、ガス出力２４となる。逆火防止装置２２の構成に関し、水に比較して飽和蒸気圧が十分に低い水溶性物質を溶解させた水溶液またはその原液、ここではエチレングリコール水溶液、を用いた液体バブリング方式を採用しており、酸水素ガス中に残存する水分をさらに除去して信頼性を高めるようにしている。２５は消費した水を補給するための水タンクであり、圧力ポンプ２６により電解槽２１に水が補給される。水タンクと水道栓を切り替えで併用してもよい。電解槽２１の液面モニターを用いることにより、自動給水もできるようにした。２７は電解槽や直流電源の発熱に対する冷却ファンである。２８は商用電源２００Ｖ，３相、５０Ａへの接続端子である。図２Ｂの２９は直流電源であり、スイッチング電源方式のものを採用しており、容量５０Ｖ，２００Ａのものを用いている。スイッチング電源方式のものは、小型、軽量で大容量という長所がある。この電源は定電圧定電流制御方式であり、一定ガス発生条件に対しては定電流動作モードを適用でき、使いやすい。４０は制御盤であり、電源のＯＮ，ＯＦＦの操作および電解槽２１内のガス圧力をモニターして、設定ガス圧力を維持するように直流電源２９を制御する。圧力０−０．５ＭＰａで制御できるようにした。また、電解槽には安全弁を設け、さらに電解槽の温度を監視し、安全動作を確保するようにしている。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明では、発生させたガスをとりだすガス導出経路に、放熱により水蒸気を凝縮・結露させ復水させる復水器を設け、その水を電解槽に回収するようにしたことにより、酸水素ガス中の水蒸気・水分を除去し、配管内結露などの問題を生じない、安全性および信頼性の高い酸水素ガス発生装置を提供するものである。さらに、ガス導出経路に逆火防止装置を設け、ガスに対する除湿機能を持たせ、配管内結露などの問題を生じない、安全性および信頼性の高い酸水素ガス発生装置を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例を示す酸水素ガス発生装置の概念斜視図である。
【図２】本発明酸水素ガス発生装置の一実施例の平面図および正面図である。
【符号の説明】
【００１３】
１ 電解槽
２ 酸水素ガス導出部
３ ステンレスパイプ
４ 放熱用フィン（放熱器）
５ ガス・水滴分離器
６ ガス・水滴出口
７ 回収された水
８ 酸水素ガス導出部
９ バルブ
１０ パイプ
２１ 電解槽
２２ 逆火防止装置
２３ 逆火防止器
２４ ガス出力
２５ 水タンク
２６ 圧力ポンプ
２７ 冷却ファン
２８ 電源２００Ｖ，３相への接続端子
２９ 直流電源
３０ 制御盤
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水を電気分解して酸素ガスと水素ガスを発生させ、それらを混合状態で取り出すようにした酸水素混合ガス発生装置に関するものである。そのガスを燃焼させて、溶接や溶断、溶射加工などを行なうことができる。
【背景技術】
【０００２】
水を電気分解して水素と酸素を発生させる方法としては、それぞれのガスを分離した状態で発生させる方法と、それぞれのガスを混合した形態で発生させる方法がある。
本発明は、後者の水素と酸素を混合した形態で発生させる酸水素ガス発生装置に関する。
【０００３】
水素と酸素との混合ガス発生装置としては、従来から、電解槽内部に複数の電極板を積層し、その間に絶縁部材を挿入介在させて、それぞれの電極板の間を隔離絶縁した構造のものが広く使用されている。ところが、時間の経過とともに、電解槽内の発熱により、電解液の温度上昇とともに、発生さすべき酸水素ガスのほかに水蒸気が多量に混入するようになり、酸水素ガスの純度が低下するだけでなく、その水蒸気がガス導出経路内で凝縮・結露して、計器類の動作不良やガス燃焼用のバーナーの動作不良や逆火の原因となり、安定動作および安全上の問題があった。
【特許文献１】特開２００５−１４６３０２号公報
【特許文献２】特開平１１−００１７９０号公報
【特許文献３】特開平０６−１９２８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、従来の水素と酸素との混合ガス発生装置におけるこのような問題を解消して、水素・酸素混合ガスを安定的で安全に発生・利用できる酸水素ガス発生装置を提供するものである。
【０００５】
従来では、電解槽で発生させたガスをとりだすガス導出経路に水式逆火防止器を用い、電解槽本体に及ぶ逆火を防止するようにしている。酸水素混合ガスではアセチレンと酸素の組み合わせに比較して、ガスそのものに最初から酸素を含んでいるので燃焼反応がガス供給源に逆流する逆火現象を生じやすい欠点があるので、その対策を十分に施す必要がある。また、電解槽内の発熱により、電解液の温度上昇とともに、発生さすべき酸水素ガスのほかに水蒸気が多量に混入するようになり、酸水素ガスの純度が低下するだけでなく、その水蒸気がガス導出経路内で凝縮・結露して、計器類の動作不良やガス燃焼用のバーナーの動作不良やさらに逆火の原因となり、安定動作および安全上の問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、電解水溶液を電気分解して酸素ガスと水素ガスを発生させ、それらを混合状態で取り出すようにした酸水素混合ガス発生装置において、発生させたガスをとりだすガス導出経路に、発生させたガス中に含まれる水蒸気を除去するため、放熱器により水蒸気を凝縮・結露させ復水させる復水器を設け、その水を電解槽に回収するようにしたことを特徴とし、これにより酸水素ガス中の水蒸気・水分を除去し、結露などの問題を生じない、安全性および信頼性の高い酸水素ガス発生装置を提供するものである。
【０００７】
酸水素ガス発生装置は水を電気分解し、水素ガスと酸素ガスの混合ガスを発生させる装置である。水の電気分解は電解液（電解質水溶液・ＫＯＨ、ＮａＯＨ、等）に電気を流すことにより起きる電気化学反応である。陽極（＋）では水酸イオンＯＨ−が反応、電子を電極に放出して酸素分子Ｏ２と水分子が発生する。陰極（−）では水分子が電子を受け取って水酸イオンＯＨ−と水素分子Ｈ２が発生する。この様に水が電気によって水素と酸素に分解され、気体（ガス）として取り出される。本装置での酸水素ガス発生装置は、酸素ガスと水素ガスを分離しないで混合ガス状態として燃料ガスとして取り出される。電解液の電解質は電気を流し易くし、水の電気分解を促進する役割をしている。全体としては水（Ｈ２Ｏ）だけが電気分解によりガスとなって消費され、電解質は分解されることなく残るので、水のみを補給すればよい。本発明では、発生させたガスをとりだすガス導出経路に、発生させたガス中に含まれる水蒸気を除去するため、放熱器により水蒸気を凝縮・結露させ復水させる復水器を設け、その水を電解槽に回収するようにしたことを特徴とし、これにより酸水素ガス中の水蒸気・水分を除去し、結露などの問題を生じない、安全性および信頼性の高い酸水素ガス発生装置を提供するものである。
【０００８】
酸水素ガス発生装置は、商用の電源を用いて、水を電気分解し酸素と水素を連続的に発生させる装置であるので、わずらわしいガスボンベ等が一切不要となり、電源投入ですぐにガス燃料として利用できる。また酸水素ガス発生装置は水を電気分解し、完全燃焼に必要な酸素自体を含む水素ガス２：酸素ガス１の混合ガスを発生させる装置であり、ガス貯蔵部を設けず、発生させたガスを直ちに利用するので、環境への影響なく、またガス貯蔵部を持たないので爆発の危険性なく、安心して使用することができるようになる。
【０００９】
本発明として、酸水素ガス発生装置に用いられる復水器の構造の実施例を図１に示す。発生させたガス中に含まれる水蒸気を除去するため、放熱器により水蒸気を冷却し、凝縮・結露させ復水させて、その水を電解槽に回収するようにしている。
１は電解槽であり、２は酸水素ガス導出部である。３は復水器を構成するステンレスパイプであり、４は水蒸気を含んだ酸水素ガスを冷却するための放熱用フィンである。５は酸水素ガスと水蒸気が凝縮して生じた水滴を分離する分離器であり水タンクを兼ねている。６は酸水素ガスと復水器で生じた水滴の出口であり、７は回収された水である。８は酸水素ガス導出部であり、本実施例では逆火防止器に接続されている。９はバルブであり、これを開くことによって回収された水はパイプ１０を経て電解槽１に戻される。
【００１０】
図２は、酸水素ガス発生装置の全体を示す。図２Ａは平面図、図２Ｂは正面図である。図２Ａの２１は電解槽であり、発生した酸水素ガスは、結合部２を経て、本発明の復水器を構成するステンレスパイプ３および放熱器４の部分を経て冷却され、水蒸気成分は凝縮・液化してガス・水滴分離器５に水として回収される。回収された水はバルブ部９を経て電解槽２１に戻される。水分を除去された酸水素ガスは逆火防止装置２２および乾式逆火防止器２３を経て、ガス出力２４となる。逆火防止装置２２の構成に関し、水に比較して飽和蒸気圧が十分に低い水溶性物質を溶解させた水溶液またはその原液、ここではエチレングリコール水溶液、を用いた液体バブリング方式を採用しており、酸水素ガス中に残存する水分をさらに除去して信頼性を高めるようにしている。２５は消費した水を補給するための水タンクであり、圧力ポンプ２６により電解槽２１に水が補給される。水タンクと水道栓を切り替えで併用してもよい。電解槽２１の液面モニターを用いることにより、自動給水もできるようにした。２７は電解槽や直流電源の発熱に対する冷却ファンである。２８は商用電源２００Ｖ，３相、５０Ａへの接続端子である。図２Ｂの２９は直流電源であり、スイッチング電源方式のものを採用しており、容量５０Ｖ，２００Ａのものを用いている。スイッチング電源方式のものは、小型、軽量で大容量という長所がある。この電源は定電圧定電流制御方式であり、一定ガス発生条件に対しては定電流動作モードを適用でき、使いやすい。４０は制御盤であり、電源のＯＮ，ＯＦＦの操作および電解槽２１内のガス圧力をモニターして、設定ガス圧力を維持するように直流電源２９を制御する。圧力０−０．５ＭＰａで制御できるようにした。また、電解槽には安全弁を設け、さらに電解槽の温度を監視し、安全動作を確保するようにしている。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明では、発生させたガスをとりだすガス導出経路に、放熱により水蒸気を凝縮・結露させ復水させる復水器を設け、その水を電解槽に回収するようにしたことにより、酸水素ガス中の水蒸気・水分を除去し、配管内結露などの問題を生じない、安全性および信頼性の高い酸水素ガス発生装置を提供するものである。さらに、ガス導出経路に逆火防止装置を設け、ガスに対する除湿機能を持たせ、配管内結露などの問題を生じない、安全性および信頼性の高い酸水素ガス発生装置を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例を示す酸水素ガス発生装置の概念斜視図である。
【図２】本発明酸水素ガス発生装置の一実施例の平面図および正面図である。
【符号の説明】
【００１３】
１ 電解槽
２ 酸水素ガス導出部
３ ステンレスパイプ
４ 放熱用フィン（放熱器）
５ ガス・水滴分離器
６ ガス・水滴出口
７ 回収された水
８ 酸水素ガス導出部
９ バルブ
１０ パイプ
２１ 電解槽
２２ 逆火防止装置
２３ 逆火防止器
２４ ガス出力
２５ 水タンク
２６ 圧力ポンプ
２７ 冷却ファン
２８ 電源２００Ｖ，３相への接続端子
２９ 直流電源
３０ 制御盤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解槽中の電解水溶液を用いて水を電気分解して、酸素ガスと水素ガスを発生させ、それらを混合状態で取り出すようにした酸水素ガス発生装置において、発生させたガスをとりだすガス導出経路に、発生させたガス中に含まれる水蒸気を除去するため、放熱器により水蒸気を凝縮・結露させ復水させる復水器を設け、その水を電解槽に回収するようにしたことを特徴とする酸水素ガス発生装置。
【請求項２】
請求項１において、復水された水を一時的に溜めるタンクを設け、その水を電解槽に導く経路を設けたことを特徴とする酸水素ガス発生装置。
【請求項３】
請求項１において、放熱器により水蒸気を凝縮・結露させ復水させる復水器のガス導出経路にさらに水分除去機能を有する逆火防止器を設けたことを特徴とする酸水素ガス発生装置。
【請求項１】
電解槽中の電解水溶液を用いて水を電気分解して、酸素ガスと水素ガスを発生させ、それらを混合状態で取り出すようにした酸水素ガス発生装置において、発生させたガスをとりだすガス導出経路に、発生させたガス中に含まれる水蒸気を除去するため、放熱器により水蒸気を凝縮・結露させ復水させる復水器を設け、その水を電解槽に回収するようにしたことを特徴とする酸水素ガス発生装置。
【請求項２】
請求項１において、復水された水を一時的に溜めるタンクを設け、その水を電解槽に導く経路を設けたことを特徴とする酸水素ガス発生装置。
【請求項３】
請求項１において、放熱器により水蒸気を凝縮・結露させ復水させる復水器のガス導出経路にさらに水分除去機能を有する逆火防止器を設けたことを特徴とする酸水素ガス発生装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２０２９６８（Ｐ２０１０−２０２９６８Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７２７３４（Ｐ２００９−７２７３４）
【出願日】平成２１年３月２日（２００９．３．２）
【出願人】（５０７２１０４３２）株式会社ジーコス (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２日（２００９．３．２）
【出願人】（５０７２１０４３２）株式会社ジーコス (3)
【Ｆターム（参考）】
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