JP2009035804A - 大容量ブラウンガス発生装置およびその電解槽 - Google Patents

Abstract

【課題】大量のブラウンガスを安全で効率的に発生させることができる大容量ブラウンガス発生装置とその電解槽の提供。
【解決手段】大容量ブラウンガス発生装置１０は、水を電気分解してブラウンガスを生成する多数の電解槽１００ａ〜１００ｆからなる電解部１００と、電解槽装着フレーム２００と、電解部１００に直流電流を供給する電源供給部３００と、電解部１００の冷却手段４００と、ブラウンガスを集合させ送り出すガス集合手段と、送り出されたブラウンガスの圧力を一定に制御する圧力調節部と、ブラウンガスを水中を通過させることによって外部からの火炎が電解槽へ逆流することを遮断する水封式逆火防止器７００と、ブラウンガスに含まれている水分を除去するための水分除去器８００と、電圧と電流の制御及び各種計器やセンサー等の構成要素を総合的に制御する制御部９００を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は水を電気分解させて、水素対酸素の化学当量比が２対１で構成されたブラウンガスを発生させる装置に関するものである。

水を電気分解すると、水素と酸素が発生されるという電気分解の理論は約２００年前からのことである。その理論に基づいて様々な研究が現在まで続いているが、水を電気分解してガスを発生させるには、水素と酸素を分離して発生させる方法と、水素と酸素を混合状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状態で発生させる装置に関するものである。

ブラウンガス発生装置は約３５年前から現在まで研究開発されており、この装置の核心は水を電気分解する電解槽の構造にある。電解槽の構造を大別すると、円筒形電解槽と四角形電解槽に分けられる。

前者の円筒形電解槽は円筒形ケースに陰極電源を印加し、円筒形ケースの中にニッケル板を装着して陽極電源を印加する構造がある。この構造においては円筒形ケースが陰極板として機能し、ニッケル板が陽極板として機能するが、陰極板と陽極板の面積が異なり、不要な電力消耗が多く、その結果、電解槽の過熱によって長時間運転が困難である。他の構造としては、円筒形ケースの中に２枚のニッケル板を装着し、２枚のニッケル板にそれぞれ陰極電源と陽極電源を印加する構造がある。この構造の場合、２枚のニッケル板はぞれぞれ陰極板と陽極板として機能し、陰極板と陽極板の面積は同一であるので、多少安定的にブラウンガスを発生させることができる。しかし、上記で説明した円筒形電解槽はいずれも円筒形ケースの中にニッケル板を装着し、電線と連結する部位を円形にシーリング（Ｓｅａｌｉｎｇ）して絶縁する過程において気密性の維持が困難となり、気密部位が圧力に弱くて連続運転ができるブラウンガス発生装置には不適当である。

一方、後者の四角形電解槽としては面積の狭い多数の電極板を一定間隔に配置し、その間にゴム材質の絶縁部材を介在して電解室を設け、両端に陽極電源と陰極電源を印加する構造がある。このような電解槽の構造においては、電極板と電極板との間を絶縁させるコム類の絶縁部材を多く使用することによって時間が経過すると、熱によって絶縁部材が溶け、電解液が漏出されたりしてショートが発生する恐れがあり、連続運転には不適当である。上記の構造的問題点を多少でも解消するために、左右の四角ケースを絶縁させ、陽極電源と陰極電源をそれぞれ印加する構造として、この四角ケースの中に面積の広い複数の電極板を積層し、その間に絶縁部材を挿入介在する構造がある。しかし、この構造においても四角形電解槽の特性上、圧力に弱い短所があり、運転の際、圧力によって電解槽が変形される恐れやそれによって電極板が乱れ、ショートが発生する等の恐れもある。

本発明は、従来のブラウンガス発生装置における問題を解消して、大量のブラウンガスを安全で効率的に発生させることができる大容量ブラウンガス発生装置とその電解槽を提供するものである。

上記の課題を解決するための本発明の全体的な構成は、その内部において水を電気分解してブラウンガスを生成して出力する多数の電解槽によって形成される電解部と、電解槽を安着させて固定するための電解槽装着フレームと、電解部に直流電源を供給して電解ができるようにする電源供給部と、電解部の過熱防止のための冷却手段と、出力されたブラウンガスを集合させ、送り出すガス集合手段と、送り出されたブラウンガスの圧力を一定に制御する圧力調節部と、内部に水を充填し、ブラウンガスを水中を通過させて送り出すことによって外部からの火炎が電解槽へ逆流することを遮断する水封式逆火防止器と、排出されたブラウンガスに含まれている水分を除去するための水分除去器と、さらに、電圧と電流の制御及び各種計器やセンサー等の本装置の構成要素を総合的に制御する制御部を有することを特徴とする。

また、本発明の水を電気分解してブラウンガスを発生するための電解槽の基本構成は、左右対称に配置され、左右両側にそれぞれ陽・陰直流電源が印加され、それぞれが合体されて内部に電解室を形成し、その電解室の内部に供給された水を電気分解してブラウンガスを生成して排出する左右一対の半円筒体の電解槽ケースと、下部には通水孔が形成され、上部にはガス通気孔が形成されている複数の電極板と、それぞれの電極板が垂直装着するための装着スロットが形成され、一定間隔に電極板を電解室の中に配列支持するための電極板絶縁支持枠とを有し、前記一対の半円筒体の電解槽ケースの結合接触部の間に絶縁板を配置して、電解槽を相互に絶縁させてなることを特徴とする。

本発明の大容量ブラウンガス発生装置は、多数の電解槽が配置されているので、これらの電解槽で生成されたブラウンガスを収集することによって大量のブラウンガスが供給できる。

また、電解槽を円筒形に設計することによって圧力に強い装置の構築が可能であり、電解槽の直径と高さを調整することにより、ブラウンガスの発生量を調節するこができる。

以下、本発明の実施の形態を添付した図面に示す実施例に基づいて説明すれば、下記のとおりである。

図１は本発明の大容量ブラウンガス発生装置の分解斜視図であり、図２は図１の組立斜視図を示す。

図示したとおり、本発明の大容量ブラウンガス発生装置１０は、その内部において水を電気分解してブラウンガスを生成して出力する多数の電解槽１００ａ〜１００ｆによって構成された電解部１００を有する。

電解槽１００ａ〜１００ｆは、それぞれその上段において両側面に装着掛け１１２ａ、１１２ｂが突き出てこれらの装着掛け１１２ａ、１１２ｂの下にそれぞれ絶縁材片２０２を介在させた状態で電解槽装着フレーム２００に安着させて固定することにより、電解槽装着フレーム２００と絶縁されることになり、電解槽１００ａ〜１００ｆの下段部は、本装置の床板１２から離隔させて設置することにより、絶縁されることになる。このような電解槽の構造については後でより詳しく説明することにする。

電解部１００には、直流電源を供給して電解ができるようにする電源供給部３００と電解部１００の過熱を防止するための冷却手段４００が設けられている。

この冷却手段４００は、それぞれの電解槽１００ａ〜１００ｆに隣接して配置された冷却ファン４１０、４２０によって構成されている。これらの冷却ファン４１０、４２０は、それぞれの電解槽１００ａ〜１００ｆの温度が、一定温度以上に上昇すると、自動的に作動して、それぞれの電解槽１００ａ〜１００ｆを冷却する。

また、本装置１０にはそれぞれの電解槽１００ａ〜１００ｆにおいて発生したブラウンガスを集合して送り出すガス集合手段５００が設けられている。

このガス集合手段５００は、それぞれの電解槽１００ａ〜１００ｆのガス排出口１０２を連結バルブ５１０とホース５２０によって一つに連結し、それぞれの電解槽１００ａ〜１００ｆにおいて生成されたブラウンガスを一つに集め、送り出すことになる。

ガス集合手段５００の後端には、このように集合されて送り出されるブラウンガスの圧力を一定に制御する圧力調節部６００が設けられている。

この圧力調節部６００は、１次圧力調節スイッチ６１０と２次圧力調節スイッチ６２０によって構成される。

１次圧力調節スイッチ６１０は生成ガス圧力が一定圧力になると、電解槽１００ａ〜１００ｆにおいてガス生産を中断させ、また、一定圧力までに降下すると、再び生産を再開するようにする。また、２次圧力調節スイッチ６２０は１次圧力調節スイッチ６１０の故障の際に、ガス圧力が一定圧力になると、ガス生産を中断させる２次安全手段の機能を有する。

圧力調節部６００の後端には、発生したブラウンガスが水中を通過することによって逆火を防止する水封式逆火防止器７００が設けられている。

この水封式逆火防止器７００の後端には、排出されたブラウンガスに含まれている水分を除去するための水分除去器８００が設けられている。

また、９００は、電圧と電流の制御及び各種計器やセンサー等の本装置１０の構成要素を総合的に制御する制御部を示す。

前述した電源供給部３００は、ＡＣ２００Ｖ〜４００Ｖの３相電源を変圧器によって一定電圧に変圧し、さらに、ＡＣ／ＤＣ変換器によって直流に変換した後、電解槽１００ａ〜１００ｆに電源を供給する。

特に、電源供給部３００によって電解槽１００ａ〜１００ｆに電源が供給される際には、電解槽１００ａ〜１００ｆが安着される電解槽装着フレーム２００への漏電を防ぐために、電解槽１００ａ〜１００ｆと電解槽装着フレーム２００との間には絶縁材片２０２を介在させた状態でボルト２０４に絶縁ブッシング２０６を挿入し、反対側では絶縁ワッシャー２０７を介在させた状態でナット２０８を締結する。

図３〜７は、上記図１〜図２に示すそれぞれの構成部材の詳細を示す。

図３は、図１に示された電解部１００を構成する電解槽１００ａ〜１００ｆの中の一つを示す１００ａの分解斜視図であり、図４はその組立斜視図を示し、図５は図４のＡ−Ａ線の断面図である。

これらの図に示すとおり、電解槽１００ａは、一対の半円筒体１１０ａ、１１０ｂが左右対称に配置される。

一対の半円筒体１１０ａ、１１０ｂのそれぞれの縁には結合孔１１６ａ、１１６ｂが形成されており、それぞれの結合板１１４ａ、１１４ｂを密着させた状態で、ボルト１３０を挿入し、これをナット１３２で締結することによって一対の半円筒体１１０ａ、１１０ｂを密着して合体し、結合する。

この一対の半円筒体１１０ａ、１１０ｂの結合の際には、結合板１１４ａ、１１４ｂの間に絶縁板１２０を介在させて密着合体し、一対の半円筒体１１０ａ、１１０ｂの間は絶縁状態に形成され、その内部には電解室が形成される。

上記絶縁板１２０には、結合板１１４ａ、１１４ｂと同一の大きさと形状の四角形の中空が形成されており、結合孔１１６ａ、１１６ｂと対応する部位には、挿入される締結ボルト１３０を貫通するための貫通孔１２２が形成されている。その結果、一対の半円筒体１１０ａ、１１０ｂの結合孔１１６ａ、１１６ｂと貫通孔１２２は連通し、その連通孔を通して締結ボルト１３０とナット１３２によって、一対の半円筒体１１０ａ、１１０ｂは結合されることになる。

この結合に際しては、締結ボルト１３０も金属製であるので、一対の半円筒体１１０ａ、１１０ｂを完全に絶縁させるために、結合孔１１６ａ、１１６ｂと貫通孔１２２に絶縁ブッシング１３４を挿入した状態で絶縁ブッシング１３４の内部へ締結ボルト１３０を挿入し、また、ナット１３２側には絶縁性のワッシャー１３６を介在した状態で結合孔１１６ａ、１１６ｂと貫通孔１２２を挿通した締結ボルト１３０にナット１３２を締結する。

一対の半円筒体１１０ａ、１１０ｂが合体されることによって形成される内部の電解室には、多数の電極板１７０が配列されている。また、これらの電極板１７０を等間隔で配列するために、電解室に電極板を絶縁状態で支持する電極板絶縁支持枠１８０が設けられている。

前述のとおり、一対の半円筒体１１０ａ、１１０ｂからなる電解槽１００ａの上部側には発生したブラウンガスを排出するガス排出口１０２と手動で水を供給する場合の手動給水口１０３及び電解槽１００ａ内の異常圧力発生の際に作動する安全弁１０４が設けられている。

電解槽１００ａには、また、使用者が電解液の水位を目認できる水位計１４０が設けられており、電解槽の掃除と電解液の取替えの際に電解液を排出するためのドレインバルブ１５０が設けられている。

さらに、電解槽１００ａには、電解槽温度感知センサー１６０が設けられて電解槽の温度が一定温度以上に上昇すると、冷却ファン４１０、４２０が自動的に作動して電解部１００を冷却する。また、電解槽１００ａの温度が設定温度以上に過熱すると、自動的に電解部１００への電源供給が遮断される。

前述のとおり、一対の半円筒体１１０ａ、１１０ｂは電気的に絶縁されており、一側には陽極を連結し、他側には陰極を連結するために、一対の半円筒体１１０ａ、１１０ｂの中間部位にはそれぞれ電源入力端子１１８ａ、１１８ｂが設けられている。

図６〜図７は、前記電極板１７０及び電極板絶縁支持枠１８０の詳細を示す。図６は図３に図示された電極板１７０及び電極板を支持している電極板絶縁支持枠１８０の構造を詳細に示す分離斜視図であり、図７は図６のＢ部の拡大断面図である。

これらの図に示すように、電極板絶縁支持枠１８０は、上下に同一形状の４個の円板１８０ａ〜１８０ｄとこれらの円板を支持固定するための４個の支持固定棒１８０ｅ〜１８０ｈによって構成されており、これらが合体されて円筒形の型枠が形成される。

４個の円板１８０ａ〜１８０ｄの中、上下電極板挿入板部１８０ａ、１８０ｂには電極板１７０の上下の縁が一定部分進入して支持される電極板装着スロット１８１が等間隔で形成されており、上下絶縁板部１８０ｃ、１８０ｄは平らな板状体である。

また、４個の支持固定棒１８０ｅ〜１８０ｈのそれぞれの上下端には上下電極板挿入板部１８０ａ、１８０ｂを支持固定するための支持用ナット１８２ａと固定用ナット１８２ｂが締結されるようにボルト形状が形成されている。

上下電極板挿入板部１８０ａ、１８０ｂ及び上下絶縁板部１８０ｃ、１８０ｄの中、上部電極板挿入板部１８０ａ及び上部絶縁板部１８０ｃには図６に示すように、電解槽１００ａの上部側に形成されたガス排出口１０２、手動給水口１０３、安全弁１０４と連結されるガス排出口連通孔１８５ａ、１８５ｂ、手動給水口連通孔１８６ａ、１８６ｂ、安全弁連通孔１８７ａ、１８７ｂが穿孔されている。これらの孔らを通じて生成生産されたブラウンガスの排出と給水が可能であり、安全弁の作動を可能とする。

なお、上下電極板挿入板部１８０ａ、１８０ｂには図７に示すように４個の支持固定棒１８０ｅ〜１８０ｈが貫通できるように貫通ホール１８３が形成されており、固定用ナット１８２ｂが上下電極板挿入板部１８０ａ、１８０ｂの中に完全に入るように固定用ナット安着溝１８４が形成されている。

電極板１７０の下端には電解液通過用の通水孔１７２が形成されており、上部には発生したブラウンガスが流動できるガス通気孔１７４が形成されている。また、多数の電極板１７０は電極板装着スロット１８１の長さによって左右対称に配置されるようになる。

前述の上下電極板挿入板部１８０ａ、１８０ｂ及び上下絶縁板部１８０ｃ、１８０ｄは耐熱絶縁性の優れた材質からなり、４個の支持固定棒１８０ｅ〜１８０ｈ及び支持固定用ナット１８４ａ、１８４ｂはステンレススチール製からなる。また、電解槽１００ａ及び電極板１７０もステンレススチール製からなり、絶縁板１２０は弾性を持つ材質からなる。

以上で説明した多数の電解槽１００ａ〜１００ｆは、３基ずつ二列に配列されており、各列の３基ずつの電解槽１００ａ〜１００ｃ、１００ｄ〜１００ｆは電気的に直列に連結され、二列は互いに並列に連結されている。この時、電源は、直列に連結された電解槽の一番前と一番後ろの半円筒体にそれぞれ陽極と陰極を連結することになる。

また、多数の電解槽１００ａ〜１００ｆは、それぞれの下部がホースによって連結され、電解液が流動できるようになっている。

ここに開示された実施例は、当業者の理解を助けるためのもので、本発明の技術的思想がこの実施例の記載によって限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で多様な変形が可能であるのは勿論である。

本発明の大容量ブラウンガス発生装置によって生産されたブラウンガスは、高温の炭素を含まない無公害ガスで、各種の熱加工等の熱源として使用されるだけでなく、温風器、ボイラー、焼却炉等のための燃料供給装置としても幅広く使用できる。また、他の燃料との併用もできる。

本発明の大容量ブラウンガス発生装置の分解斜視図であり、 本発明の大容量ブラウンガス発生装置の組立図を示す。 本発明による大容量ブラウンガス発生装置の電解槽の分解斜視図を示す。 同じく電解槽の組立斜視図を示す。 図４のＡ−Ａ線の断面図である。 電極板及び電極板を支持している電極板絶縁支持枠の分離斜視図を示す。 図６のＢ部の拡大断面図である。

符号の説明

１００：電解部 １００ａ〜１００ｆ：電解槽
１１０ａ、１１０ｂ：半円筒体 １１２ａ、１１２ｂ：装着掛け
１１４ａ、１１４ｂ：結合板 １２０：絶縁板
１７０：電極板 １８０：電極板絶縁支持枠
１８０ａ、１８０ｂ：上下電極板挿入板部 １８０ｃ、１８０ｄ：上下絶縁板部
１８０ｅ〜１８０ｈ：支持固定棒 １８１：電極板装着スロット
２００電解槽装着フレーム ３００：電源供給部
４００：冷却手段 ５００：ガス集合手段
６００：圧力調節部 ６１０：１次圧力調節スイッチ
６２０：２次圧力調節スイッチ ７００：水封式逆火防止器
８００：水分除去器 ９００：制御部

Claims (4)

1. その内部において水を電気分解してブラウンガスを生成して出力する多数の電解槽によって形成される電解部と、
   電解槽を安着させて固定するための電解槽装着フレームと、
   電解部に直流電源を供給して電解ができるようにする電源供給部と、
   電解部の過熱防止のための冷却手段と、
   出力されたブラウンガスを集合させ、送り出すガス集合手段と、
   送り出されたブラウンガスの圧力を一定に制御する圧力調節部と、
   内部に水を充填し、ブラウンガスを水中を通過させて送り出すことによって外部からの火炎が電解槽へ逆流することを遮断する水封式逆火防止器と、
   排出されたブラウンガスに含まれている水分を除去するための水分除去器と、電圧と電流の制御及び各種計器やセンサー等の本装置の構成要素を総合的に制御する制御部とを有することを特徴とする大容量ブラウンガス発生装置
2. 左右対称に配置され、左右両側にそれぞれ陽・陰直流電源が印加され、それぞれが合体されて内部に電解室を形成し、その電解室の内部に供給された水を電気分解してブラウンガスを生成して排出する左右一対の半円筒体の電解槽ケースと、
   電極板装着スロットの長さによって左右対称に配置される電極板と、
   上下に同一形状の４個の円板とこれらの円板を支持固定するための４個の支持固定棒によって構成された電極板絶縁支持枠と、
   左右一対の半円筒体の電解槽ケースの結合接触部の間に絶縁板を具備した請求項１に記載の大容量ブラウンガス発生装置の電解槽。
3. 電極板絶縁支持枠は、電極板の上下の縁が一定部分進入して支持される電極板装着スロットが等間隔で形成されている上下電極板挿入板部と、
   平らな板状体の上下絶縁板部と、
   ４個の支持固定棒を具備した請求項２に記載の大容量ブラウンガス発生装置の電解槽。
4. 上下電極板挿入板部には４個の支持固定棒が貫通できるように貫通ホールが形成されており、固定用ナットが上下電極板挿入板部の中に完全に入るように固定用ナット安着溝が形成されている請求項２に記載の大容量ブラウンガス発生装置の電解槽。

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