電気分解を利用した電解装置

【課題】電気分解を利用した電解装置において、この装置で発生したガスを効率よく大量に長時間発生させ、電気分解により発生するガスから液体の分離を効果的に行なうことができる。
【解決手段】電解液を充填した電解槽１０内に正極電極１２及び負極電極１３を浸漬し、両電極１２，１３間に直流交番電圧を印加する。両電極１２，１３間には複数の中間電極１４が配置される。前記電解槽１０は密閉蓋１８により密閉され、電気分解により発生したガスが密閉蓋１８に設けられた排出口１９から取り出される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気分解を利用した電解装置及びこれの気液分離装置、特に電気分解を利用して得られた混合ガスを工業用のガスとして発生させる改良された電解装置及びこれの気液分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水を電気分解して水素と酸素の混合ガスすなわちブラウンガスを短時間に大量に発生させ、これを溶融炉あるいは燃焼炉などに用いる技術はすでに特許文献１として公知である。また、このような技術を実現したブラウンガス発生器も販売されており、例えばＢ．Ｅ．Ｓ．Ｔ．ＫＯＲＥＡＣＯ．，ＬＴＤ．社製のブラウンガス発生器が知られている。（ｗｗｗ．ｂｒｏｗｎｇａｓ．ｃｏｍ）
【０００３】
また、このようなブラウンガスあるいは電気分解発生ガスに好適なガス発生装置として、特許文献２あるいは特許文献３が知られており、電解槽と正極および負極電極並びに両極電極間に配置された中間電極の構造も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３１３００１４号
【特許文献２】特開２００４−１３７５２８号公報
【特許文献３】特開昭６３−３０３０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来提案されている電気分解ガス発生装置（電解装置）においては充分に満足のいく効率を得ることができないという問題があった。この結果、装置は一般的に大型化し且つ重量の大きな装置となっていた。
【０００６】
また、従来提案されている電解装置においては、例えば水を電気分解した場合、発生した水素と酸素の混合ガスが、発生当初はガスと液体がまざった状態として取り出されてしまい、このままでは、良好な工業用のガスとしては用いられないという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、新たな機構の組み合わせにより、電気分解により発生するガスを効率よく連続大量に発生させることができる電解装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の目的は、電気分解により発生するガスから液体の分離を効果的に行なうことができる電解装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電気分解を利用した電解装置は、電解液を充填した電解槽と、前記電解槽内の電解液中に浸漬された正極電極及び負極電極と、前記両電極間に両電極に対して及び互いに絶縁して配置され、両電極間電圧をそれぞれ分圧して受ける複数の中間電極と、前記両電極に直流交番電圧を印加する電源装置と、前記電解槽を密閉すると共に、電気分解により発生した、水素と酸素との混合ガスを排出する排出口を有する密閉蓋と、電解槽の上部であって密閉蓋との間に配置され電解槽にて泡状に発生した混合ガスと電解液とを分離する気液分離装置と、排出口に接続され、混合ガスから液体分を分離する第一気液分離装置と、を含む。
【００１０】
そして、前記気液分離装置は、隔壁にて複数室に分けられた有底分離室を有し、各隔壁及び各室の底には開口が設けられる。
【００１１】
そして、前記第一気液分離装置は、混合ガスが下部から上部に向けて流れる第一分離室と、外周が前記第一分離室の内壁に接し、その一部と前記第一分離室の内壁との間に混合ガスが流れる隙間を有する複数のじゃま板と、を有する。
【００１２】
また、本発明の電気分解を利用した電解装置は、電解液を充填した電解槽と、前記電解槽内の電解液中に浸漬された正極電極及び負極電極と、前記両電極間に両電極に対して及び互いに絶縁して配置され、両電極間電圧をそれぞれ分圧して受ける複数の中間電極と、前記両電極に直流交番電圧を印加する電源装置と、前記電解槽を密閉すると共に、電気分解により発生した、水素と酸素との混合ガスを排出する排出口を有する密閉蓋と、電解槽の上部であって密閉蓋との間に配置され電解槽にて泡状に発生した混合ガスと電解液とを分離する気液分離装置と、排出口に接続され、混合ガスから液体分を分離する第二気液分離装置と、を含む。
【００１３】
そして、前記気液分離装置は、隔壁にて複数室に分けられた有底分離室を有し、各隔壁及び各室の底には開口が設けられ、前記第二気液分離装置は、外筒と内筒からなる二重円筒であり、その上部が閉塞された第二分離室と、先端が前記外筒から筒内に挿入され、その先端に設けられた横穴から混合ガスを前記外筒の内面に沿ってらせん状に下降するように噴出する噴出管と、前記内筒に差し込まれ、その内筒の上部で一端が開放してそこから混合ガスを抽出する抽出管と、を有する。
【００１４】
また、前記第二気液分離装置は、前記第二分離室の下部と前記電解槽とを接続して混合ガスから分離した液体分を前記電解槽に帰還させる管路に設けられ、前記電解槽から前記第二分離装置に向かう流体の流れを阻止する逆止弁を有することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電解装置によれば、新たな機構の組み合わせにより、電気分解により発生するガスを効率よく連続大量に発生させることができる。
【００１６】
また、本発明の電解装置によれば、電気分解を利用した電解装置で発生したガスから液体の分離を効果的に行なうことができる。
【００１７】
また、分離された液体を再び電解装置へ効果的に帰還させ、長時間にわたって少ないメンテナンスにて連続運転を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る燃焼ガス発生装置の好適な第１実施形態を示す概略構成図。
【図２】図１における燃焼ガス発生装置の要部を示す断面図。
【図３】図２における中間電極の支持構造を示す要部斜視図。
【図４】図４Ａは、図３と同様に、図２における中間電極の支持構造を示す要部斜視図であり、図４Ｂは、下側固定板の断面図である。
【図５】第１実施形態における電解槽と冷却装置との関係を示す平面図。
【図６】第１実施形態における第１気液分離装置の詳細を示す平面図。
【図７】第１実施形態における、電解槽外部に設けられた多段気液分離装置を示す概略説明図。
【図８】第１実施形態における第２気液分離装置を示す要部断面図。
【図９】図８における気液分離室の内部を示す平面図。
【図１０】第１実施形態における第２気液分離装置の上部に設けられた防爆装置を示す要部断面図。
【図１１】第１実施形態における第３気液分離装置を示す概略説明図。
【図１２】第１実施形態における第４気液分離装置の除湿管を示す平面図。
【図１３】第１実施形態における第４気液分離装置の他の除湿管を示す平面図。
【図１４】第１実施形態における第５気液分離装置の概略構成を示す説明図。
【図１５】第１実施形態における第６気液分離装置を示す概略断面図。
【図１６】本発明に係る車載用燃焼ガス発生装置の好適な実施形態を示す概略構成図。
【図１７】図１６の第２実施形態の電解槽を示す要部斜視図。
【図１８】図１７における電解槽の内部構造を示す分解斜視図。
【図１９】第３実施形態における冷却装置を示す概略説明図。
【図２０】第３実施形態における沈殿物除去装置を示す概略説明図。
【図２１】正負電極の切り替え装置を示す概略説明図。
【図２２】第４実施形態における、燃焼ガス発生装置に接続された気液分離装置を示す概略説明図。
【図２３】第４実施形態における第７気液分離装置を示す概略断面図。
【図２４】図２３における気液分離室の内部を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１には本発明に係る、電解装置の好適な第１実施形態の概略構成が示されている。なお、本実施形態においては、電解装置の一例として燃焼用のガスを発生させる燃焼ガス発生装置を挙げ、この装置について説明する。
【００２０】
電解槽１０には水酸化ナトリウムあるいは水酸化カリウムなどの電解液１１が充填されており、この電解液１１中に正極および負極電極が浸漬されている。本実施形態において、正極電極１２は電解槽１０のほぼ中央に固定された金属製電極棒からなり、一方負極電極１３は電解槽１０自体が兼用している。
【００２１】
本発明における電極構造は、前記正極電極１２と負極電極１３との間に、複数の中間電極１４が配置され、これら複数の中間電極１４は前記両電極１２，１３に対して絶縁され、また中間電極１４自体が互いに絶縁して配置され、この結果、正極電極１２と負極電極１３との間に印加された直流電圧は各中間電極１４によってそれぞれ分圧されることとなる。
【００２２】
前記両電極１２，１３間に電気分解を行うための電圧を印加するために、両電極間には電源装置１５が接続されている。
【００２３】
本発明において、この電源装置１５は両電極１２，１３に直流交番電圧を印加する。本発明における電源装置１５がこのように単なる連続的な直流電圧でなくパルス状の直流交番電圧を各電極１２，１３に供給することにより、供給電圧を増加し、また電解液１１中を流れる電流密度を大きくすることが可能となる。
【００２４】
そして、前述した正極電極１２、負極電極１３及び中間電極１４の電極配置とこの直流交番電圧を印加する電源装置１５との組み合わせによって、本発明によれば、電解液１１を効率よく電気分解することが可能となる。
【００２５】
周知のように、例えば水の電気分解においては、電解液から発生した生成物質が電極に付着して、電気分解が急速に減衰してしまう現象が生じる。
【００２６】
このために、従来においては、電解液１１を強制循環するために外付けのポンプを設けるなどの改良が行われていたが、このような強制循環方式では、循環のためにエネルギーを損失し、全体の効率が著しく低下するという問題があった。
【００２７】
このような問題を解消するために、本実施形態においては、前記電解槽に自然循環型の冷却装置を設置することを特徴とする。
【００２８】
図１において、冷却装置は符号１６にて示され、電解槽１０の上下両端に接続された冷却フィン１７を含み、電解槽１０内の電解液１１を冷却フィン１７内に自然循環させて電解槽１０の外部にて冷却し、これを再び電解槽１０内に戻すことによって、液温を最適に保つと共に、電解物質が電極１２あるいは１３の周囲に付着して、電気分解の機能が低下することを確実に防止することができる。
【００２９】
もちろん、本発明において、このような冷却装置１７による自然循環を行うことなく、他の強制循環を用いることも可能である。
【００３０】
直流交番電圧が電極１２，１３間に印加されると、本発明にかかる燃焼ガス発生装置はただちに水素と酸素との混合ガスを発生する。この混合ガスを大気に逃がさないように、電解槽１０には密閉蓋１８が気密状態で固定配置され、電解槽を密閉する。この密閉蓋１８には排出口１９が設けられており、電気分解により発生した混合ガスがこの排出口１９を通って外部に導かれる。
【００３１】
本発明において、混合ガスの発生は極めて迅速に行われ、電気分解による混合ガスの発生は電源投入から１分以内に開始され、このガス発生は継続し、大量の混合ガスを連続的に発生することができる。ガスの発生が急激であることから、混合ガスは電解液との泡状の混合状態で排出口１９から外部に導かれる。したがってこのままの気液混合状態では、燃焼ガスとして用いることはできないので、本発明においては、混合ガスから液体分を分離するために少なくとも２段の気液分離装置２０，２１が直列接続されている。各気液分離装置２０，２１から分離された液体は戻し路２２を介して電解槽１０に返却される。
【００３２】
したがって、本発明によれば、装置を連続的に作動させても、電解質はほとんど減少することはなく、混合ガスとして分解された水分のみを補給すれば、連続的に混合ガスの発生を継続することが可能となる。
【００３３】
図２には、図１に示した本発明の好適な第１実施形態のさらに具体化された燃焼ガス発生装置の要部が示されている。
【００３４】
電解槽１０はこの実施形態において、縦長の有底筒状の金属体からなり、負極電極１３を兼用している。電解槽１０内には実施形態において水酸化ナトリウムなどの電解液１１が充填され、この電解液１１内に正極電極１２が浸漬された状態で電解槽１０内に固定される。正極電極１２は金属円筒からなり、その上端においてフランジ２３を介して電極端子２４と一体的に結合している。
【００３５】
前記正極電極１２を電解槽１０内に固定配置するために、電解槽１０には正極電極１２の上下に上側固定板２５及び下側固定板２６を配置している。
【００３６】
図３、４Ａには、図２に示した正極電極１２の上側固定板２５及び下側固定板２６の詳細が示され、これらの固定板２５，２６は、各電極を絶縁状態に配置するためにプラスチック、テフロン（登録商標）、セラミックなどの絶縁材から形成されている。
【００３７】
上側固定板２５の中央には、正極電極１２の電極端子２４が貫通する貫通穴２７が設けられ、また上側固定板２５の底面においては、前記正極電極１２と電極端子２４とを結合するフランジ２３を受け入れる円柱溝２８が設けられ、正極電極１２と上側固定板２５とは一体的に強固に結合される。上側固定板２５には６個の長穴２９が等間隔に半径方向に沿って設けられており、この長穴２９を通して電気分解により発生した水素と酸素の混合ガスが電解液と混ざって泡状に電解槽１０の上部に排出される。
【００３８】
一方、下側固定板２６も、電気絶縁材からなり、上面に設けられたリング状の電極支持溝３０によって、正極電極１２の下端が支持されている。
【００３９】
また、下側固定板２６の中央には透孔３１が設けられ、さらに下側固定板２６を貫通してその径方向に放射状に設けられた複数の小貫通孔３２によって電解槽１０内の電解液１１が下側固定板２６を通過して移動可能となっている。
【００４０】
図４Ａから明らかなように、下側固定板２６の裏面には、径方向に放射状に設けられた６筋の溝３３が設けられ、電解液１１の移動を容易にすると共に、電気分解によって発生する異物あるいは混入した塵埃等をこの溝３３に溜めることができる。
【００４１】
このような下側固定板２６は、電解槽１０の内部において、その底部に配置された円盤状の簀の子３４の上に置かれ、この状態で、前記溝３３はその一部が下側固定板２６の側方に延び、開口部３５を形成し後述する冷却装置への導路を形成している。
【００４２】
図４Ｂは、下側固定板２６の断面図である。この図から明らかなように、小貫通孔３２は断面略円錐形状である。具体的には、下側固定板２６の上面に形成される小貫通孔３２の径ｒ１は、下側固定板２６の下面に形成される小貫通孔３２の径ｒ２より大きい。小貫通孔３２をこのような形状にすることにより、電気分解によって発生する異物あるいは混入した塵埃等が小貫通孔３２を通過して、下側固定板２６の上側から下側に移動し易くすると共に、下側固定板２６の下側から上側に移動することを抑制することができる。
【００４３】
本実施形態において、負極電極１３は電解槽１０自体が受け持ち、前記正極電極１２との間に直流交番電圧が印加される。
【００４４】
この時の印加電圧は６〜２００ボルトの間で任意に選択され、この時の電解液１１を流れる電流は１０〜４００アンペアに達している。
【００４５】
また、本発明において印加電圧の交番周波数は１Ｈｚ〜４０ｋＨｚに設定されている。
【００４６】
従って、本発明によれば、正極及び負極電極１２，１３間には高電圧、高電流をかけることができ、極めて効率の良い電気分解を継続的に行うことができ、この結果、ガス発生装置として小型化および軽量化を図ることが可能となる。
【００４７】
前述した高電圧、高電流は、単なる正極、負極電極１２，１３間に印加すると、急速な電気分解によって、電解液には局所的な激しい電気分解が発生し、電解液１１に不均一な領域が生じ、全体として電気分解効率を引き下げる要素となる。
【００４８】
本発明においては、このような不均一な分布発生を防止するために、正極電極１２と負極電極１３すなわち電解槽１０との間には複数の中間電極１４が設けられ、電気分解を電解槽１０内で均一に行わせることを可能としている。
【００４９】
図２から図４において、この中間電極は符号１４で示され、この実施形態においては複数の金属製同心円筒として形成されている。これらの複数の中間電極は、図３、４に詳細に示されるように、上側固定板２５及び下側固定板２６のそれぞれ底面及び上面に設けられた複数の中間電極支持溝４０，４１にはめ込まれ、電解槽１０内にて複数の中間電極１４が、各正極電極１２及び負極電極１３そして中間電極１４同士においても互いに絶縁した状態で電解槽１０内に配置されることとなる。
【００５０】
この中間電極１４を複数配置することによって、電解液１１は隣接する電極間で分離され、印加電圧も各分離された電極対ごとに分圧されるので、急激な電気分解が局部的に発生することを防止し、電解液１１の全域に渡って安定した電気分解作用を得ることができる。
【００５１】
以上のようにして、本発明によれば、効率の良い電気分解を行い、大量の水素と酸素との混合ガスを連続的に発生することができるが、さらに、電気分解の効率を改善するためにはガス発生装置に冷却装置を設けることが効果的である。
【００５２】
すなわち、本発明者らの実験によれば、水酸化ナトリウムを電解液として用いた場合、最も効率の良い電気分解を行うためには、電解液の温度をほぼ５０〜８０℃に設定することが好適であることが突きとめられた。
【００５３】
このために、本実施形態においては、電解槽１０の外側に自然循環による空冷の冷却装置１６が設けられている。
【００５４】
また、この自然循環型冷却装置１６によれば、電解液１１を電解槽１０内において順次移動させ、この自然循環によって、電気分解の時に生じる生成物質が各電極１２，１３に付着して、電気分解作用を低下させることを確実に防止することが可能であった。
【００５５】
この冷却装置は、基本的に２枚の平板状フィン４２，４３を電解槽１０の外周に並列的に配置し、電解槽１０との間を上端にて導路４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂにて結び、また下向を同様に導路４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂにて結合している。これらの導路と対向して、電解槽１０には開口４８，４９が設けられ電解槽１０内の電解液１１はその上部から冷却フィン４２，４３に導かれ、各フィン４２，４３から電解槽１０の下部に向かって流れ込む自然循環型の水冷冷却路を形成することができる。
【００５６】
本発明において、この冷却装置１６は必ずしも必須ではなく、冷却装置１６が無い場合にも、充分に従来に比して良好な電気分解作用を得ることができたが、この冷却装置１６を設けることによって、前述した最適な温度条件を維持し、また電解液１１の循環によって電気分解効率を低下させないという二重の効果を得ることができ、装置として有用性を著しく高めることができた。
【００５７】
前記中間電極１４は、任意の枚数配置することができるが、本実施形態においては、電解槽１０の大きさに従って、各電極間距離を１ｍｍから２０ｍｍに設定した。
【００５８】
本発明において、この電極間距離に対しては、直流交番電圧の交番周波数を比例関係に置くことが効率の良い電気分解を得るために有用であった。
【００５９】
すなわち、電極間距離が増加するに伴い、交番周波数を増加させ、これによって、電気分解の効率を最適値に維持することが可能であった。
【００６０】
このようにして、前述したように冷却装置１６の作用によって、温度を最適値に保ち、また電気分解を阻害する化学物質を電極周辺に滞留させないという大きな利点がある。
【００６１】
以上のようにして、本発明によれば、電気分解を高電圧高電流にて行い、効率よく連続的な大量ガス発生を可能とするが、発生したガスは電解槽から液と混合した泡状になって排出され、このまま液を含んだ状態では燃焼ガスとして用いることができない。本発明においては、このような気液混合ガスを、外部からの動力を与えることなく静的に気液分離することにより、効率よく燃焼ガスを取り出すことができた。
【００６２】
このために、本発明においては、電解槽１０から発生した水素と酸素との混合ガスから液体分から分離する少なくとも２段直列接続された気液分離装置を設けている。
【００６３】
本実施形態において、第１段の気液分離装置は、電解槽１０の上部に配置されている。この第１気液分離装置は電解槽１０にて泡状に発生した混合ガスと電解液とを分離するものであり、図６に示される有底円筒状のプラスチック製分離室４９を有する。この分離室４９は中央に通孔５０を有し、この通孔５０内を前述した正極電極１２の電極端子２４が通り抜ける。
【００６４】
分離室４９は内部が６室に分けられ、各室間には隔壁５１が設けられている。各隔壁５１にはそれぞれ複数の開口５２が設けられ、また分離室４９の底には図６で示されるように各室毎に開口５３が設けられている。
【００６５】
そして、分離室４９の上面には絶縁材の板からなる分離蓋５４が分離室４９を封止し、この分離蓋５４に設けられた開口５５から多くの液体成分が除去された混合ガスが取り出される。
【００６６】
図２から明らかなように、この分離蓋５４の上部には、電解槽１０を封止する密閉蓋１８が固定され、前記開口５５と一致した位置に設けられた排出口１９より、電解槽１０外へ混合ガスが取り出されることとなる。
【００６７】
図６の矢印は、第１気液分離室４９に導かれた気液混合体が各隔壁５１の開口５２を通って排出口１９から取り出される経路を示し、各室を通過する度に、気液混合体はその方向が分散され、液体成分が分離室４９の底部から電解槽１０内に落下し、効果的に気液分離が行われることが理解される。
【００６８】
前述した正極電極１２の電極端子２４は密閉蓋１８を貫通して上方に突出し、閉止ナット５６によって密閉蓋１８に強固に固定され、また電極端子２４と密閉蓋１８との間はＯリングなどを用いた気密閉止部５７によって気密に閉止される。
【００６９】
以上述べたように、第１気液分離装置は電解槽内の上部に設けられているが、本実施形態において、多段配置された気液分離装置は更に電解槽１０の外部に複数段配置されている。
【００７０】
図７は、このような本実施形態の全体構成が示され、電解槽１０の外部に設けられた５段の気液分離によって、最終的な排出口５８からは、直ちに燃焼に供することのできる、乾燥混合ガスを得ることが可能となる。
【００７１】
図７において、電解槽１０の外部に配置される気液分離装置は、第２気液分離装置６０、第３気液分離装置６１、第４気液分離装置６２、第５気液分離装置６３、そして第６気液分離装置５９からなり、混合ガスは電解槽１０からこの順番を経て最終的な排出口５８に導かれる。
【００７２】
図８には、本実施形態における第２気液分離装置６０の好適な実施例が示されている。
【００７３】
電解槽１０の密閉蓋１８の上には、排出口１９にあわせて第２気液分離室６４が固定されている。この分離室６４はほぼ円筒形状からなり、その上部には複数のじゃま板６５が配置され、その上部の側壁に導管６６が設けられている。
【００７４】
図９は、第２気液分離室６４内に設けられているじゃま板６５の概略図が示され、各じゃま板６５はその外周が第２気液分離室６４の内壁に固定されているが、その一部６５ａが下方に折り曲げられ、第２気液分離室６４との間に隙間６７が設けられ、この隙間から混合ガスが順次導管６６に向かって上昇する。前述したように、混合ガスの温度は約６５℃前後で電解槽１０から排出されるが、第２気液分離室６４はほぼ常温に保たれており、この結果高湿度の混合ガスは前記じゃま板６５により冷やされ、液分が混合ガスから分離される。
【００７５】
また、この第２気液分離装置６０は、分離室６４の上に防爆機構が併設されていることを特徴とする。この防爆機構は図１０に詳細に示され、第２気液分離室６４の上部に固定された外リング６８とこの外リングにねじ結合する内リング６９とからなる。そして、両リング６８，６９の間にＯリング７０を介して金属薄板７１が挟み込まれている。したがって、この防爆機構によれば、通常は金属薄板７１が第２気液分離室６４を機密に封止しているが、この金属薄板７１の両面のいずれかの方向から圧力が加わった場合には、所定の圧力以上で金属薄板が外れ或いは破られ、第２気液分離室６４内の圧力を外部に逃がすことができる。水素と酸素との混合ガスの場合、水素の爆発と、水素と酸素とが反応して水に戻るいわゆる爆縮の両現象が生じ、爆発の場合には金属薄板７１は外側に破れ、また爆縮の場合には逆に内側に破れて圧力の均等化を図る。いずれの場合においても、第２気液分離室６４において爆発或いは爆縮を効果的に吸収することができる。尚、金属薄板７１に僅かな傷を付けておくことで破れを生じ易くすることもできる。
【００７６】
図８において、第２気液分離室６４の下方側壁には注水管７２の一端が固定され、またその他端には注水蓋７３が設けられている。本発明において、多段気液分離装置はいずれも分離された液を電解槽１０へ戻す働きを行い、このために、ガス発生装置を長時間稼働させて電気分解による混合ガスを多量に発生させても電解質は外部に漏洩することがない。このために、本発明によれば、外部からの補充は水のみでよく、図８に示した注水管７２によって必要な水の補給が行われる。
【００７７】
図１１は、第３気液分離装置６１を示し、分離室７４は二重円筒形状をしており、上部が閉塞されている。そして内筒７５の中には細い抽出管７６が差し込まれ、この抽出管７６の一端が内筒７５の上部で開放している。そして、分離室７４の外筒７７の下端はロウト状に細い管となり、この細管７７ａが図７に示されるように冷却フィンを通って電解槽１０に接続されている。一方、外筒７７の上部には、前記導管６６の先端が絞り７８を介して開放し、混合ガスがこの絞りから外筒７７の内部に噴出し、この混合ガスが内筒７５を通って抽出管７６に達するまでの行程において液が混合ガスから更に分離され、電解槽１０へ戻される。
【００７８】
第４気液分離装置６２は、混合ガスを除湿する装置であり、図１２に示すように、抽出管７６の先端にらせん状の除湿管８０が接続されている。この除湿管８０の上方には冷却ファン８２が設けられており、混合ガスは除湿管８０の中で除湿され、このとき発生した液分は混合ガス通過路に設けられたドレンパイプから電解槽１０に戻される。
【００７９】
図１３には、第４気液分離装置６２の他の実施例が示されており、この実施例は、除湿管８０が図１２の実施例と異なり、矩形状に近接して折り曲げられた形状からなる。図１２の円形状の除湿管８０と同様に、図１３の除湿管８０に対しても冷却用のファンによって冷風が与えられ、所望の除湿作用が行われる。
【００８０】
図１４には本発明の実施例における第５気液分離装置６３が示され、その構造は第３気液分離装置と類似し、外筒８１、内筒８２からなる二重円筒と抽出管８３を含み、除湿した液体は細管８１ａから電解槽１０に戻される。
【００８１】
第５気液分離装置６３が第３気液分離装置６１と異なる点は、除湿管８０の先端が外筒８１から筒内に挿入され、この除湿管８０の先端に設けられた横孔８０ａから混合ガスが外筒８１の内面に沿って若干下向きに向け噴出されることであり、この結果、混合ガスは外筒８１内を図示の様にらせん状に下降しながら移動し、更に内筒８２を通って抽出管８３に導かれる。したがって、この構造により、乾燥度の高い混合ガスを得ることができる。
【００８２】
図１５は、第６気液分離装置５９を示し、その構造は第２気液分離装置と類似するが、ガス入路が分離室８８の上部に設けられ、混合ガスが下部から排出されることが第２気液分離装置と異なり、図１５において入管が８３で出管が８４で示されている。このような入出路位置の相違によって、第６気液分離装置５９ではじゃま板８５の折り曲げ部８６は上方に向かっている。第２気液分離装置と同様に第６気液分離装置においてもこの気液分離室８５の上方には防爆機構８７が設けられている。第６気液分離装置５９から排出された液分も冷却フィンを介して電解槽１０に戻される。
【００８３】
以上のようにして、多段気液分離装置を用いることによって、排出された混合ガスは著しく高い乾燥度に保たれ、これをそのまま燃焼ガスとして直ちに利用することが可能となる。
【００８４】
図１６、１７、１８には、本発明にかかる燃焼ガス発生装置を車載するために好適な形態とした実施形態が示され、基本的に矩形の箱形形状に構成されている。
【００８５】
この第２実施形態においても、原理的には第１実施形態と全く同様であるが、形状を矩形の箱形としたことにより、例えば車載のバッテリなどの代わりにエンジンルームに置くこともでき、第１実施形態のような円柱形状より車載時のスペースユーティリティが高いという利点がある。
【００８６】
電解槽１００は負極を兼ね、正極電極１０１との間には電源装置１１６から直流交番電圧が印加されている。また電解槽１００内には矩形の中間電極１０２が複数枚配置されている。
【００８７】
電解槽１００の両側方には、それぞれ複数の冷却フィン１０５，１０６が設けられ、これによって電解液の温度を５０〜８０℃の最適状態に保ち、また電解液を自然循環することによって電気分解による生成物質が電極周囲に滞留して電気分解の作用を阻害することを防止している。
【００８８】
また、電解槽１００の底部からは配水管１０７によって必要な場合に排水を行い、このときに電解槽１００の底部に溜まったゴミを除去することができる。電解槽１００の上部には第１気液分離装置１０８が載置される。この第１気液分離装置１０８も隔壁１０９によって複数の小部屋に分けられ、電気分解により発生した泡状の混合ガスが各部屋を通り抜ける時に気液分離を行い、混合ガスを排出する。
【００８９】
第１気液分離装置は分離室１１０と分離蓋１１１を含むが、この分離蓋１１１の上には更に電解槽１００を機密に封止する密閉蓋１１２が設けられ、この密閉蓋に第２気液分離装置１１３が固定されている。この第２気液分離装置１１３の上部には防爆装置１１４が設けられ、またその下部には注水管１１５が接続されている。
【００９０】
第２実施形態においては、２段の気液分離装置しか示されていないが、第１実施形態と同様に更に多段の気液分離装置を接続することも可能である。
【００９１】
以上説明したように、本発明によれば、高電圧高電流で電気分解を行い、大量の水素と酸素との混合ガスを多量に連続的に発生することができる。このため、装置を小型軽量と
し車載或いは移動型燃焼ガス発生装置として用いることが可能となる。
【００９２】
次に、本発明にかかる別の冷却装置１２０について説明する。図１９は、第３実施形態における冷却装置１２０を示す概略説明図である。
【００９３】
冷却装置１２０は、電解槽１０に接して設けられで冷却コイル１２２と、冷却液を流す循環ポンプ１２４と、後述する放熱手段と、冷却液を溜めるタンク１２８とを有し、これらが循環流路１２３により順に接続されている。冷却液は、水であるが、これに限らずオイルにすることもできる。冷却コイル１２２は、電解槽１０の外周を取り巻くように配置される。放熱手段は、ラジエータ１２５、放熱流路１２６、そしてエアコン１２７である。これらの放熱手段は、循環流路１２３に並列にそれぞれ接続され、バルブ１２９により切り替え可能になっている。これらの放熱手段は、たとえばビニールハウス内に設けられ、放熱手段からビニールハウス内に熱を放熱し、ハウス内を暖める。一方、冷却コイル１２２が電解槽１０内から熱を奪うことにより、電解槽１０内の電解液を冷却する。この冷却装置１２０によれば、電解槽１０内の電解液を効果的に冷却することができる。また、冷却コイル１２２が耐振動性に優れた構造になっているため、振動の多い場所、例えば自動車に搭載することができる。
【００９４】
図２０は、第３実施形態における沈殿物除去装置１３０を示す概略説明図である。電解槽１０の下側に配置される下側固定板２６の下部には、電気分解によって発生する異物あるいは混入した塵埃などを沈殿させて溜める沈殿室１３１が設けられている。この沈殿室１３１と電解槽１０とを沈殿物除去装置１３０が接続している。具体的には、沈殿物除去装置１３０は、電解液１１に含まれる異物あるいは塵埃を除去するフィルタ１３２と、沈殿室１３１から電解槽１０へ電解液１１を流すポンプ１３３とを有し、これらを流路１３４が順に接続している。流路１３４の両端は、沈殿室１３１の接続口１３１ａと、電解槽１０の接続口１０ａにそれぞれ接続している。この構成によれば、沈殿室１３１に沈殿して溜まった沈殿物がフィルタ１３２で除去されるので、電解槽１０内の清掃作業あるいは電解液１１の交換作業の頻度を低減することができる。
【００９５】
上述した第１実施形態においては、正極電極１２と負極電極１３すなわち電解槽１０との間に直流交番電圧が印加されることについて説明した。しかしながら、この電気分解を継続して行なうと、電気分解時に生じる生成物質が各電極１２，１３に付着して、電気分解作用を低下させてしまう。そこで、以下に図を用いて説明するように、正負電極を切り替えることにより、電気分解作用の低下を防止する。
【００９６】
図２１は、正負電極の切り替え装置１４０を示す概略説明図である。切替え装置１４０は、２つの接点を有し回路を切り替える切り替えスイッチ１４１と、切り替えスイッチ１４１に切り替え指令を出力するコントローラ１４２とを有する。図に示される回路状態は、正極電極１２が正極であり、負極電極１３が負極であるときの状態である。コントローラ１４２の指令で切り替えスイッチ１４１が接点を切り替えることにより、各電極１２，１３の間に印加される電圧が正負逆転する。すなわち、正極電極１２が負極となり、負極電極１３が正極となる。このように切り替え装置１４０により、各電極１２，１３の間に印加される電圧が正負逆転することで、各電極１２，１３に付着した生成物質を各電極１２，１３から剥離させることができる。この結果、電気分解を継続して行なうことにより生じる電気分解の機能の低下を確実に防止することができる。
【００９７】
上述した各実施形態において、電解装置が、電解液１１である水酸化カリウムあるいは水酸化ナトリウムを電気分解して水素と酸素との混合ガスを発生させる場合について説明したが、これに限定されない。電解液１１を希硫酸あるいは塩水（海水）にすることもできる。希硫酸を電気分解することにより、硫化水素と酸素との混合ガスが発生し、塩水を電気分解することにより、塩化水素と酸素との混合ガスが発生する。これらの混合ガスは、燃焼用のガスとしてではなく、その他の工業用のガスとして用いることができる。当然に、本発明にかかる電解装置によれば、要求があり次第、効率よく連続的な大量ガス発生を可能とし、工業用のガスとして直ちに利用することが可能となる。
【００９８】
図２２，２３，２４には、本発明にかかる燃焼ガス発生器に接続する気液分離装置の好適な実施形態が示されている。
【００９９】
この第４の実施形態においても、原理的には第１実施形態と全く同様であるが、気液分離装置を２個の直列接続としたことにより、第１実施形態のような６個の気液分離装置を直列接続としたときよりスペースユーティリティが高いという利点がある。
【０１００】
本実施形態における気液分離装置は、第７気液分離装置１５１と、上述した第５気液分離装置６３とを直列接続して構成される。混合ガスは電解槽１０から第７気液分離装置１５１そして第５気液分離装置６３を経て排出される。第５気液分離装置６３の下部と電解槽１０は導管にて接続されており、第５気液分離装置６３において、混合ガスから分離した液体を電解槽１０に帰還させる。第５気液分離装置６３の下部に接続される導管には、逆止弁１５０が設けられている。この逆止弁１５０は、電解槽１０から第５気液分離装置６３に向かう混合ガスの流れを阻止する。
【０１０１】
図２３には、本実施形態における第７気液分離装置１５１の好適な実施例が示されている。
【０１０２】
第７気液分離室１５２はほぼ円筒形状からなり、上部には複数のじゃま板１５４が配置され、その上部の側壁に導管１５３が設けられている。なお、導管１５３は、第７気液分離室１５２の天井面に設けることもできる。
【０１０３】
そして、第７気液分離室１５２の上端は閉塞しており、下端はロウト状に細い管となっている。この細い管は、図２２に示されるように、電解槽１０の上部に接続されている。
【０１０４】
各じゃま板１５４は、支持軸１５５にそれぞれ所定の間隔をあけて固定されており、支持軸１５５は第７気液分離室１５２の天井面に固定されている。
【０１０５】
図２４には、第７気液分離室１５２内に設けられているじゃま板１５４の概略図が示され、各じゃま板１５４は、外周の一部が切断された円板である。これらのじゃま板１５４は、切断された部分の向きを変えて支持軸１５５にそれぞれ固定される。各じゃま板１５４は、その外周が第７気液分離室１５２の内壁に接するように配置される。この状態におおいて、じゃま板１５４の外周の一部が切断されているため、その一部と第７気液分離室１５２の内壁との間に隙間１５６が設けられる。電解槽１０から第７気液分離室１５２の下部に導入された混合ガスは、隙間１５６を通って順次導管１５３に向かって上昇する。このとき、高湿度の混合ガスはじゃま板１５４により冷やされ、液分が混合ガスから分離される。液分は第７気液分離室１５２の下部から電解槽１０に戻される。なお、第５気液分離装置６３については、前の実施形態において説明したので省略する。
【０１０６】
以上のように、２つの直列接続した気液分離装置を用いることによって、排出された混合ガスは著しく高い乾燥度に保たれ、これをそのまま燃焼ガスとして直ちに利用することが可能となる。
【符号の説明】
【０１０７】
１０，１００電解槽、１１電解液、１２正極電極、１３負極電極、１４，１０２中間電極、１５，１１６電源装置、１６自然循環型冷却装置、１８，１１２密閉蓋、１９排出口、２５上側固定板、２６下側固定板、４９気液分離室、５９第６気液分離装置、６０，１１３第２気液分離装置、６１第３気液分離装置、６２第４気液分離装置、６３第５気液分離装置、８０除湿管、８１外筒、８２内筒、８３抽出管、１０５，１０６冷却フィン、１０８第１気液分離装置、１１４防爆装置、１２０冷却装置、１２２冷却コイル、１３１沈殿室、１３２フィルタ、１３３ポンプ、１３４流路、１５０逆止弁、１５１第７気液分離装置、１５２第７気液分離室、１５３導管、１５４じゃま板、１５５支持軸、１５６隙間。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を充填した電解槽と、
前記電解槽内の電解液中に浸漬された正極電極及び負極電極と、
前記両電極間に両電極に対して及び互いに絶縁して配置され、両電極間電圧をそれぞれ分圧して受ける複数の中間電極と、
前記両電極に直流交番電圧を印加する電源装置と、
前記電解槽を密閉すると共に、電気分解により発生した、水素と酸素との混合ガスを排出する排出口を有する密閉蓋と、
電解槽の上部であって密閉蓋との間に配置され電解槽にて泡状に発生した混合ガスと電解液とを分離する気液分離装置と、
排出口に接続され、混合ガスから液体分を分離する第一気液分離装置と、
を含み、
前記気液分離装置は、
隔壁にて複数室に分けられた有底分離室を有し、
各隔壁及び各室の底には開口が設けられ、
前記第一気液分離装置は、
混合ガスが下部から上部に向けて流れる第一分離室と、
外周が前記第一分離室の内壁に接し、その一部と前記第一分離室の内壁との間に混合ガスが流れる隙間を有する複数のじゃま板と、
を有することを特徴とする電気分解を利用した電解装置。
【請求項２】
電解液を充填した電解槽と、
前記電解槽内の電解液中に浸漬された正極電極及び負極電極と、
前記両電極間に両電極に対して及び互いに絶縁して配置され、両電極間電圧をそれぞれ分圧して受ける複数の中間電極と、
前記両電極に直流交番電圧を印加する電源装置と、
前記電解槽を密閉すると共に、電気分解により発生した、水素と酸素との混合ガスを排出する排出口を有する密閉蓋と、
電解槽の上部であって密閉蓋との間に配置され電解槽にて泡状に発生した混合ガスと電解液とを分離する気液分離装置と、
排出口に接続され、混合ガスから液体分を分離する第二気液分離装置と、
を含み、
前記気液分離装置は、
隔壁にて複数室に分けられた有底分離室を有し、
各隔壁及び各室の底には開口が設けられ、
前記第二気液分離装置は、
外筒と内筒からなる二重円筒であり、その上部が閉塞された第二分離室と、
先端が前記外筒から筒内に挿入され、その先端に設けられた横穴から混合ガスを前記外筒の内面に沿ってらせん状に下降するように噴出する噴出管と、
前記内筒に差し込まれ、その内筒の上部で一端が開放してそこから混合ガスを抽出する抽出管と、
を有することを特徴とする電気分解を利用した電解装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電気分解を利用した電解装置において、
前記第二気液分離装置は、前記第二分離室の下部と前記電解槽とを接続して混合ガスから分離した液体分を前記電解槽に帰還させる管路に設けられ、前記電解槽から前記第二分離装置に向かう流体の流れを阻止する逆止弁を有する、
ことを特徴とする電気分解を利用した電解装置。

【図１】