专利名称：氢-氧气体发生装置和使用该装置的氢-氧气体发生方法
技术领域：
本发明涉及一种通过电解发生氢-氧气体的装置以及方法，特别是涉及一种旨在高效地发生氢-氧气体的氢-氧气体发生装置以及氢-氧气体发生方法。
背景技术：
众所周知，法拉第开发了电解技术，作为利用这种技术对水进行电解后的生成物，可以得到由21比率的氢气和氧气构成的氢-氧气体。迄今为止，对于氢-氧气体的研究一直持续不断的进行着，作为具有实用性的技术，有澳大利亚的布朗能源系统科技有限公司(Brown EnergySystem Technology PTY.LTD.)的尤尔布朗博士(Dr.Yull Brown)开发的气体发生机，作为与此相关的专利文献，有在日本注册的实用新型第3037633号公报。
该技术的发生氢-氧气体的电解槽的结构中，有多个电极板，电极板的四面形成螺栓孔，在其中心的上侧和下侧，形成彼此垂直的气体流通长孔和电解液流通长孔，被设置在前述电极板之间向外侧突出的螺栓垫圈孔形成的多个隔板与多个电极板相互交替结合，在隔板内周的边缘面通过O型环密封并形成电解液填充质，同时，在前述电极板的两侧安装具有电流连接螺栓和气体连接螺纹接头及电解液连接螺纹接头的电解槽精加工板，在前述电极板的螺栓孔、隔板的螺栓垫圈孔和电解槽精加工板的螺栓孔之间夹持的支撑螺栓与螺母连接使电极板、隔板和电解槽精加工板相互结合。
然而，在以往的方法中，设置在电解槽内的电极板，相邻的之间作为不会短路的距离最短必须保持50mm的间隔。如果小于该距离接近，会产生电流过载，易发生事故。因此，以往的装置及方法中，增大电流密度并且高效地产生氢-氧气体受到限制，不能得到良好的效率。
另一方面，由于电解槽大小自然存在上限，通过一台氢-氧气体发生装置生产的氢-氧气体的量也存在上限。因此，从实用的观点考虑，期望能通过尽可能小的装置在单位时间内产生尽可能多量的氢-氧气体。就这点而言，以往的装置很难使装置的小型化和提高氢-氧气体的发生量两方面都满足。
因此，本发明改善电解条件并提高氢-氧气体发生的效率，由此，单位时间、电极单位面积发生的氢-氧气体的量增大，装置的小型化及装置的氢-氧气体的发生量都能够提高。
发明内容
根据本发明，为了实现以上目的，提供一种氢-氧气体发生装置，具有电解槽；电极群，由在该电解槽内交替设置的第一电极和第二二电极构成；电源，用于在前述第一电极和前述第二电极间施加电压；和气体收集装置，用于收集对前述电解槽内容纳的电解液进行电解而产生的氢-氧气体，其特征在于具有振动搅拌装置，用于对前述电解槽内容纳的电极液进行振动搅拌；并且，前述电极群中相邻的前述第一电极和前述第二电极之间的距离设定在1mm～20mm的范围以内。
本发明的一个方式中，前述气体收集装置包含安装在前述电解槽的盖部件，和与设置在该盖部件上的氢-氧气体排出口连接的氢-氧气体采集管。
本发明的一个方式中，前述振动搅拌装置包含振动发生装置，其包含振动电动机；和振动叶片，安装在与该振动发生装置连接并在前述电解槽内振动的振动棒上，不能旋转并且至少有一段，前述振动电动机以10Hz～200Hz的频率振动。本发明的一个方式中，前述振动发生装置经由振动吸收部件安装在前述电解槽的上部。本发明的一个方式中，前述振动发生装置通过与前述电解槽不同的支撑台支撑。本发明的一个方式中，前述气体收集装置包含安装在前述电解槽上的盖部件，和与设置在该盖部件上的氢-氧气体排出口连接的氢-氧气体采集管，前述振动棒贯通前述盖部件并延伸，密封装置介于该盖部件和前述振动棒之间，允许前述振动棒的振动并且阻止前述氢-氧气体的通过。
本发明的一个方式中，前述第一电极和第二电极中至少有一个是多孔性的。本发明的一个方式中，前述电源是直流脉冲电源。
此外，根据本发明，为了实现以上目的，提供一种氢-氧气体发生方法，使用上述那样的氢-氧气体发生装置，使用包含5％～10％重量的电解质、液温是20℃～70℃、pH7～10的电解液作为前述电解液，以电流密度是5A/dm2～20A/dm2对前述电解液进行电解。
本发明的一个方式中，前述电解在前述电解槽上安装有盖部件且密闭的条件下进行。本发明的一个方式中，前述电解质是水溶性的碱金属氢氧化物或者碱土金属氢氧化物。本发明的一个方式中，使用直流脉冲电源作为前述电源。
以上的本发明中，由于通过振动搅拌装置的振动叶片使电解液中产生有力的振动流动，电解液与电极的接触可以保持充分良好的均匀性和充分的供给量。因此，阳极和阴极间的距离即使比以往显著的缩短，也可以为其间的电解充分地提供必要的离子，此外，电极产生的电解热可以迅速的放热。因此，以高电流密度进行电解时，能够高效率回收氢-氧气体。此外，象以上那样缩短阳极和阴极间的距离，可以充分提高单位容积上设置的电极的有效表面积，因此即使电解槽小型化也可以产生充足量的氢-氧气体。
特别是，在随着上述振动搅拌装置振动搅拌电解液而进行电解的情况下，由于在电极附近产生的氢气和氧气在形成气泡前，被输送到电解液面并进入气相，不会出现电解液中生成的氢和氧成为气泡附着在电极表面从而增加电阻。因此，上述那样可以容易以高电流密度实现电解。
图1是表示本发明的氢-氧气体发生装置的结构的剖视图。
图2是图1的氢-氧气体发生装置的平面图。
图3是图1装置的侧视图。
图4是图1装置的局部放大剖视图。
图5A是表示电极群的结构的透视图。
图5B是表示电极群的结构的正视图。
图6A是表示构成电极群的绝缘体框的正视图。
图6B是表示构成电极群的电极的正视图。
图7是图1装置中在振动部件一侧振动棒的安装部分的放大剖视图。
图8是表示在振动部件一侧振动棒的安装部分的变形例的放大剖视图。
图9是表示图1装置中在振动棒一侧振动叶片的安装部分的放大剖视图。
图10是表示振动叶片及固定部件的变形例的平面图。
图11是表示振动叶片及固定部件的变形例的平面图。
图12是表示振动叶片及固定部件的变形例的平面图。
图13是表示振动叶片及固定部件的变形例的平面图。
图14是表示振动叶片的长度和弯曲程度的关系的曲线图。
图15是表示振动搅拌装置的变形例的剖视图。
图16是表示振动搅拌装置的变形例的剖视图。
图17是表示振动搅拌装置的变形例的剖视图。
图18是表示振动搅拌装置的变形例的剖视图。
图19是表示振动搅拌装置的变形例的剖视图。
图20是表示构成本发明的氢-氧气体发生装置的振动搅拌装置在电解槽一侧的安装形态的剖视图。
图21是图20所示装置的剖视图。
图22是图20所示装置的平面图。
图23A～23C是层叠体的平面图。
图24A，24B是表示用层叠体密封电解槽的方式的剖视图。
图25A～25E是层叠体的剖视图。
图26是表示本发明的氢-氧气体发生装置的气体收集装置的一部分的图。
图27是表示一个利用由氢-氧气体发生装置回收的氢-氧气体的气体燃烧装置的例子的示意图。
图28是表示振动搅拌装置的变形例的剖视图。
图29是表示盖部件的变形例的透视图。
具体实施例方式
以下参照附图对本发明具体的实施方式进行说明。在附图中具有相同功能的部件或者部分用同一符号标明。
图1～图3表示实施本发明的氢-氧气体发生方法的氢-氧气体发生装置的一个实施方式的结构。其中，图1是剖视图，图2是平面图，图3是侧视图。
在这些图中，10A是电解槽，该电解槽容纳电解液14。16是振动搅拌装置。该振动搅拌装置16具有基台16a，经由防振橡胶安装在分别设置于电解槽10A上的支撑台100上；螺旋弹簧16b，作为振动吸收部件，其下端被固定在该基台；振动部件16c，被固定在该螺旋弹簧的上端；振动电动机16d，被安装在该振动部件上；振动棒(振动传递棒)16e，上端被安装在振动部件16c上；和振动叶片16f，被安装在该振动棒的下半部浸渍在电解液14中的位置，不能旋转且有多段。振动电动机16d和振动部件16c构成振动发生装置，该振动发生装置与振动棒16e连接。也可以如后述图16所示的其它例子那样，在螺旋弹簧16b内设置棒状的导向部件。
例如通过使用变流器控制，振动电动机16d以10～200Hz振动，优选以20～60Hz振动。通过振动电动机16d产生的振动经由振动部件16c和振动棒16e传递到振动叶片16f。根据电解液14中所要求的振动数，振动叶片16f的前端边缘进行振动。该振动以从振动叶片16f位于振动棒16e一侧的安装部到前端边缘一侧“弯曲”的形式发生。该振动的振幅和频率与振动电动机16d的不同，根据振动传递路径的力学特性及电解液14的相互作用的特性等决定，本发明优选的振幅是0.1～15.0mm，频率是200～1000次/分。
图7是振动部件16c一侧的振动棒16e的安装部分111的放大剖视图。在振动棒16e的上端形成的外螺纹部，从振动部件16c上侧通过振动应力分散部件16g1和垫圈16h与螺母16i1、16i2啮合，从振动部件16c下侧通过振动应力分散部件16g2与螺母16i3、16i4啮合。振动应力分散部件16g1、16g2用作振动应力分散装置，例如由橡胶构成。振动应力分散部件16g1、16g2，例如可以由硬天然橡胶、硬合成橡胶、合成树脂等邵式A硬度为80～120、优选90～100的硬质弹性体构成。特别是，邵式A硬度为90～100的硬质聚氨酯橡胶由于其耐用性及耐腐蚀性的特点成为优选。通过使用振动应力分散装置，可以防止振动部件16c和振动棒16e的接合部分附近的振动应力的集中，使振动棒16e不易折断。特别是，振动电动机16d的振动频率在100Hz以上的较高的情况下，防止振动棒16e折断的效果显著。
图8是表示在振动部件16c一侧振动棒16e的安装部分111的变形例的放大剖视图。该变形例与图7的安装部只有以下两处不同，其它都相同，即在振动部件16c的上侧没有设置振动应力分散部件16g1，以及球面隔板16x介于振动部件16c和振动应力分散部件16g2之间。
图9是在振动棒16e一侧振动叶片16f的安装部分的放大剖视图。在振动叶片16f各自的上下两侧设置振动叶片固定部件16j。相邻的振动叶片16f之间经由固定部件16j设置用于设定振动叶片16f的间隔的隔离环16k。此外，如图1所示，最上部的振动叶片16f的上侧以及最下部的振动叶片16f的下侧，没有经由隔离环16k，而是设置与在振动棒16e上形成的螺纹啮合的螺母16m。如图9所示，由氟系树脂和含氟橡胶等构成的作为振动应力分散装置的弹性部件片16p介于各振动叶片16f和固定部件16j之间，能防止振动叶片16f的破损。为了更加提高对振动叶片16f破损的防止效果，优选将弹性部件片16p设置成从固定部件16j露出一些。如图所示，使上侧的固定部件16j的下面(挤压面)为凸状面，使下侧的固定部件16j的上面(挤压面)为对应的凹状面。由此，使通过固定部件16j从上下方向挤压的振动叶片16f的一部分弯曲，使振动叶片16f的前端相对水平面形成角度a。例如可以使该角度α在-30°以上30°以下，优选-20°以上20°以下。特别是，使角度α在-30°以上-5°以下或者5°以上30°以下，优选在-20°以上-10°以下或者10°以上20°以下。在固定部件16j的挤压面成为平面的情况下，角度α是0°。不需要使全部振动叶片16f的角度α都相同，例如，可以使下方的1～2枚振动叶片16f的角度α是负值(即朝下图9所示的朝向)，除此以外的16f的角度α是正值(即朝上与图9所示的朝向相反的朝向)。
图10～图13是表示振动叶片16f和固定部件16j的变形例的平面图。在图10和图11的变形例中，振动叶片16f可以是使两枚短条状的叶片重叠并彼此垂直，也可以把一个板如图所示那样剪切成十字形状。
作为振动叶片16f可以使用有弹性的金属板、合成树脂板或者橡胶板等。根据振动条件和电解液14的粘度等，振动叶片16f厚度的优选范围不相同，可以设定成在振动搅拌装置16动作时，振动叶片16f的前端部分呈“摆动现象”(波动状态)，从而提高振动搅拌的效率而不折断振动叶片。当振动叶片16f由不锈钢板等金属板构成时，可以使其厚度为0.2～2mm。此外，当振动叶片16f由合成树脂板或橡胶板构成时，可以使其厚度为0.5～10mm。也可以使用把振动叶片16f和固定部件16j一体成形的部件。在该情况下，可以避免花费时间和劳力去冲洗当浸入电解液14后附着在振动叶片16f和固定部件16j的连接部的固体成分。
作为由金属制成的振动叶片16f的材料可以列举钛、铝、铜、钢铁、不锈钢、磁钢等磁性金属，以及这些成分的合金。作为由合成树脂制成的振动叶片16f的材料可以列举聚碳酸酯、氯化乙烯系树脂、聚丙烯等。
在电解液14内伴随振动叶片16f的振动而产生的振动叶片的“摆动现象”的程度，随着振动电动机16d的振动频率、振动叶片16f的长度(从固定部件16j的前端边缘到振动叶片16f的前端边缘的长度)和厚度以及电解液14的粘度和比重等变化。在给定频率时可以选择最好的“弯曲”的振动叶片16f的长度和厚度。使振动电动机16d的振动频率和振动叶片16f的厚度一定，然后使振动叶片16f的长度发生变化时振动叶片的弯曲程度如图14所示。即，随着长度m变大，弯曲程度到某个阶段变大，而过了该阶段以后弯曲的程度F变小，某个长度时弯曲几乎没有，进而判定使振动叶片加长时弯曲程度又变大的关系重复的。
振动叶片的长度优选第一个峰值所表示的长度L1或者第二个峰值所表示的长度L2。使振动叶片的长度确定为L1还是为L2，可以根据使系统的振动增强还是使流动增强来进行适宜的选择。选择第三个峰值所表示的长度L3的情况下，有振幅变小的趋势。
作为如上所述的振动搅拌装置16，可以使用以下的文献(这些是与本发明者发明的专利申请有关的文献)及作为根据本申请人的专利申请的特愿2001-135528、特愿2001-338422所记载的振动搅拌机(振动搅拌装置)。
特开平3-275130号公报(专利第1941498号)，特开平6-220697号公报(专利第2707530号)，特开平6-312124号公报(专利第2762388号)，特开平8-281272号公报(专利第2767771号)，特开平8-173785号公报(专利第2852878号)，特开平7-126896号公报(专利第2911350号)，特开平9-40482号公报(专利第2911393号)，特开平11-189880号公报(专利第2988624号)，特开平7-54192号公报(专利第2989440号)，特开平6-33035号公报(专利第2992177号)，特开平6-287799号公报(专利第3035114号)，特开平6-280035号公报(专利第3244334号)，特开平6-304461号公报(专利第3142417号)，特开平10-43569号公报，特开平10-369453号公报，特开平11-253782号公报。
如图1所示，本发明中振动搅拌装置16可以设置在电解槽的两端，也可以只设置在一端。此外，如果使用两侧对称延伸的振动叶片，可以把振动搅拌装置16设置在电解槽的中央，在其两侧设置如后述的电极群。
此外，本发明中，如果使用如特开平6-304431号公报记载的振动叶片存在于电解槽底部的类型的振动搅拌装置，具有以下的优点，即能够使电解槽内电极群设置的空间变大，使电解槽的单位容积的气体发生量提高，同时，在沿上下方向设置电极的情况下作为电极没有必要使用后述的多孔性的电极。
再参照图1和图2。本实施方式中在电解槽10A的两端分别设置如上所述的振动搅拌装置16。在电解槽10A内设置两个同样的电极群2x、2y。电极群2x、2y具有如图5A和图5B所示的结构。即，作为第一电极的阳极71a和作为第二电极的阴极71b经由绝缘体框70交替设置。图5A表示阳极71a和阴极71b各有一个的情况，而实际上可以按所需数目(例如25～50个)使用阳极71a和阴极71b。图6A是表示绝缘体框70的图，图6B是表示阳极71a的图。
作为电极的材料，可以使用通常在水电解中使用的材料。例如，作为阳极71a可以使用二氧化铅、四氧化三铁、铁氧体、石墨、铂、Pt-Ir合金、钛合金、被贵金属覆盖的钛(例如被铂覆盖的钛)等，作为阴极71b可以使用銠、镍、镍合金(Ni-Mo2，Ni-Co，Ni-Fe，Ni-Mo-Cd，Ni-Sx，兰尼镍等)、钛合金等贵金属。作为绝缘体框70的材料可以使用天然橡胶、合成橡胶、合成树脂等。根据绝缘体框70的厚度设定阳极71a和阴极71b之间的距离，该绝缘体框70的厚度为1mm～20mm，优选1mm～20mm，更优选的是1mm～5mm的范围。
如图1所示，由于电极是板状体，在与朝向振动叶片16f的方向大致垂直设置，可以遮挡通过振动搅拌装置16的振动叶片16f振动搅拌而产生的电解液14的流动，在这种情况下，需要使用如图5B和图6B所示的电极(阳极71a和阴极71b)上开有多个小孔74的多孔性电极。由此，电解液14可以通过小孔74平滑的流动。孔的形状可以是圆形状也可以是多角形状，并没有特别的限制。此外，小孔74的大小和数目要综合考虑电极本来的目的和使之多孔性的目的进行适宜的设定。如果以有效面积(即与电解液14的接触面积)记，优选的是电极中小孔74的面积比例是电极面积的50％以上。多孔性电极也可以是网状。
另一方面，在电极设置成与电解液14流动的方向大致平行的情况下，不需要使电极为多孔性，在该情况下，绝缘体框70可以不是环状的，可以在电极周围适宜的几个位置分散设置，或者在电极的上下端分开设置。
阳极71a和阴极71b分别与图2所示的阳极主母线71a’和阴极主母线71b’连接，该阳极主母线71a’和阴极主母线71b’与图1所示的电源34连接。
电源34可以是产生直流的电源，可以使用通常的稳定的直流，也可以使用其它各种波形的电流。这种电解电流的波形，例如，在《电气化学》第24卷398～403页、同449～456页，1996年4月15日全国镀金材料组合联合会发行的《电镀技术指导》378～385页，昭和58年6月15日(株)広信社发行的《表面技术总览》301～302页、同517～527页、同1050～1053页，昭和46年7月25日日刊工业新闻社发行的《电镀技术手册》365～369页、同618～622页等有记载。
基于提高能源效率的考虑，本发明的脉冲波形中优选使用矩形波脉冲波形。这样的电源(电源装置)，可以是把交流电压转换成矩形波状电压的电源，此种电源例如具有使用晶体管的整流电路的电源，作为脉冲电源装置被公知。作为这种电源装置或者整流器，可以利用晶体管调整式电源、下电路器式电源、开关电源、硅整流器、SCR型整流器、高频型整流器、逆变数字控制方式的整流器(例如(株)中央制作所制的Power Master)、(株)三社电机制作所制的KTS系列、四国电机株式会社制的RCV电源、开关调节式电源和晶体管开关构成的通过晶体管开关ON-OFF而提供矩形波状的脉冲电流、高频开关电源(交流电压经由二极管变换为直流电压后，再把通过功率晶体管转换成的20～30Khz的高频波加到变压器再度整流，稳定后输出)、PR式整流器、高频控制式的高速脉冲PR电源(例如HiPR系列((株)千代田)等。
优选的是各电极施加的电压尽可能的均衡，因此希望在各电极间设置电容。在阳极71a和阴极71b间施加的电压，与通常的水电解情况相同。
电解液14是包含电解质的水。作为电解质，可以使用水溶性的碱金属氢氧化物(KOH、NaOH等)或者碱土类金属氢氧化物(例如Ba(OH)2、Mg(OH)2、Ca(OH)2等)、或者四级烷基铵等现在公知的电解质。其中优选KOH。电解液中电解质的含有量优选5～10％。此外，电解液的pH值优选7～10。
如图1～图2所示，在电解槽10A的上部设置盖部件10B。在该盖部件上设置用于回收通过电解发生的氢-氧气体的氢-氧气体排出口10B’。该排出口10B’与氢-氧气体采集管10B”连接。氢-氧气体收集装置包含该盖部件10B和氢-氧气体采集管10B”。
作为电解槽10A和盖部件10B的材质，可以是例如不锈钢、铜、其它金属或者聚碳酸酯等的合成树脂。
振动搅拌装置16的振动棒16e从上下方向贯通盖子部材10B并延伸。该贯通如图4所示，可以在盖部件10B上设置的开口的内侧边缘安装的固定部件和在振动棒16e的外面安装的固定部件之间，通过橡胶板等弹性部件10C气密性密封。或者，作为用于密封的装置，也可以在振动棒16e安装支撑轴承的内轮，该支撑轴承的外轮安装在盖子部材10B的开口的内侧边缘，通过将内轮相对外轮上下适宜的推动可以移动也是可以的。作为这种推动单元，例如有THK(株)制NS-A型(商品名)、NS型(商品名)。或者，也可以在盖部件10B上设置的开口安装仅仅使通过振动棒16e的部分开口的橡胶板或者其层叠体等密封装置。作为该密封装置，例如可以使用变形性良好并柔软的橡胶。由于振动棒的上下振动的振幅通常在20mm以下，优选10mm以下，特别优选5mm以下，其下限例如是0.1mm以上，优选0.5mm以上，通过作为密封部件使用橡胶等，可以具有灵活性、减少摩擦热的发生以及实现良好的密封状态。
优选在液温是20～70°，电流密度是5～20A/dm2的情况下进行电解。如图26所示，通过电解产生的氢-氧气体经由与气体采集管10B”连接的密封室10B被排出。密封室10B也是气体采集装置的构成部分。图27是表示利用通过气体发生装置回收的氢-氧气体的燃烧装置的一个例子的图。氢-氧气体经由规定容量的储气器、除湿器及防焰器被供给到燃烧喷嘴。该燃烧装置可以适用于飞机、汽车、船舶等的动力装置、发电装置、气体切割机、锅炉以及其它方面。
根据本发明产生的氢-氧气体，作为所谓的布朗气已被公知，其在燃烧时不需要空气，因此，不会因为燃烧而产生氮氧化物等污染环境的物质。
图15是表示振动搅拌装置的一个变形例的剖视图。在该例中，基台16a经由振动吸收部件41固定在安装于电解槽10A上部的安装台40上。此外，沿垂直方向向上延伸的棒状的导向部件43被固定在安装台40上，该导向部件43位于螺旋弹簧16b内。用于控制振动电动机16d的振动频率的晶体管逆变器35介于振动电动机16d和用于驱动它的电源136之间。电源136例如是200V。这样的振动电动机16d的驱动装置，也可以在上述其它本发明的实施方式中使用。
图16是表示振动搅拌装置的一个变形例的剖视图。在该例中，与沿垂直方向向下延伸的棒状的上侧导向部件144被固定在振动部件16c上，沿垂直方向向上延伸的棒状的下侧导向部件145被固定在安装台40上。该导向部件144、145位于螺旋弹簧16b内。上侧导向部件144的下端和下侧导向部件145的上端之间形成适度的间隙，从而允许振动部件16c的振动。
图17是表示振动搅拌装置的一个变形例的剖视图。在该例中，振动电动机16d安装在振动部件16的上侧设置的附加的振动部件16c’的下侧。此外，振动棒16e在电解槽10A内分开成为两个部分134，在这两个杆部分134之间横跨架设安装振动叶片16f。
图18和图19是表示振动搅拌装置的一个变形例的剖视图。在该例中，最下侧的振动叶片16f向下倾斜，其它的振动叶片16f向上倾斜。这样可以对接近电解槽10A的底部的电解液14进行充分地振动搅拌，防止其贮留在电解槽底部。此外，也可以使振动叶片16f的全部向下倾斜。
图20和图21是表示构成本发明装置的振动搅拌装置安装在电解槽一侧的其它的方式的剖视图，图22是其平面图。图20和图21分别相当于图22的X-X’截面及Y-Y’截面。
在该方式中，使用橡胶板2和金属板1、1’的层叠体3代替上述螺旋弹簧16b作为振动吸收部件。即，层叠体3，经由防振橡胶112安装在被固定在电解槽10A上端边缘部的安装部件18上的金属板1’，通过螺栓131固定，在该金属板1’上设置橡胶板2，在该橡胶板2上设置金属板1，它们通过螺栓116和螺母117形成一体化。
振动电动机16d经由支撑部件115通过螺栓132固定在金属板1上。此外，振动棒16e的上端部分经由橡胶环119安装在层叠体3上，特别是金属板1和橡胶板2上。即，上侧金属板1发挥图1记载的另外的实施方式中的振动部件16c的功能，下侧金属板1’发挥图1记载的另外的实施方式中的基台16a的功能。包含金属板1，1’的层叠体3(主要是橡胶板2)发挥与图1记载的螺旋弹簧16b同样的功能。
图23A～23C表示层叠体3的平面图。与图20～22的方式相对应的图23A的例子中，层叠体3上形成用于通过振动棒16e的贯通孔5。此外，图23B的例子中，层叠体3由通过贯通孔5的分割线分割成的两部分3a、3b构成，如果这样，装置组装时振动棒16e可以容易地通过。此外，图23C的例子中，层叠体3上形成与电解槽10A的上端边缘部分对应的环形状，中央部形成开口6。
图23A、23B的例子中，电解槽10A的上部通过层叠体3密封，由此，发挥与上述盖部件10B同样的功能。
图24A、24B是表示利用以上的层叠体3电解槽的闭塞(密封)状态的剖视图。图24A的方式中，橡胶板2在贯通孔5中与振动棒16e抵接而密封。此外，图24B的方式中，在层叠体3的开口部6，在该层叠体3和振动棒16e上安装能堵住它们之间空隙的柔性密封部件136。
图25A～25E表示作为振动吸收部件的层叠体3的例子。图25B的例子是上述图20～22的实施方式的层叠体3。图25A的例子中，层叠体3由金属板1和橡胶板2构成。图25C的例子中，层叠体3由上侧金属板1、上侧橡胶板2、下侧金属板1’和下侧橡胶板2’构成。图25D的例子中，层叠体3由上侧金属板1、上侧橡胶板2、中间金属板1”、下侧橡胶板2’和下侧金属板1’构成。层叠体3中金属板和橡胶板的数目例如可以是1～5。此外，本发明中，只由橡胶板构成振动吸收部件也是可以的。
作为金属板1、1’、1”的材质可以使用不锈钢、铁、铜、铝以及其它适宜的合金。金属板的厚度例如可以是10～40mm。但是，不与层叠体以外的部件直接固定的金属板(例如上述中间金属板1”)可以使其薄到0.3～10mm。
作为橡胶板2，2’的材质，可以使用合成橡胶或者天然橡胶的加硫物。优选JISK6386规定的防振橡胶，特别是静态剪切弹性模量是4～22kgf/cm2，优选5～10kgf/cm2、延伸率是250％以上的橡胶。作为合成橡胶，可以使用氯丁二烯橡胶、丁腈橡胶、丁腈-氯丁二烯橡胶、苯乙烯-氯丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、乙烯-丙烯二烯共聚物橡胶、表氯醇橡胶、环氧烷烃系橡胶、含氟橡胶、硅橡胶、聚氨酯系橡胶、聚硫橡胶、磷硅橡胶。橡胶板的厚度例如可以是5～60mm。
图25E的例子中，层叠体3由上侧金属板1、橡胶板2和下侧金属板1’构成，橡胶板2由上侧固体橡胶层2a、海绵橡胶层2b和下侧海绵橡胶层2c构成。也可以去掉下侧固体橡胶层2a和2c中的一个，也可以层叠更多个固体橡胶层和更多个海绵橡胶层。
图28是表示振动搅拌装置16的一个变形例的图。在该例中，振动电动机16d位于电解槽10A的侧面，振动部件16c从电解槽10A的上方沿水平延伸。振动棒16c安装在该振动部件16c上。根据该结构，容易装卸与电解槽10A相对的盖部件10B。
图29是表示盖部件10B的一个变形例的图。在该例中，盖部件10B只在图1所示的电极群2x、2y的上方的部分安装于电解槽10A上。在该盖部件10B的两端部安装向下方延伸的包围部件63。在该包围部件63的下部浸渍在电解液中的部分形成为了使该电解液可以流通的开口65。在包围部件63上安装用于遮挡该开口65的上部区域的一部分的遮挡板64，并且其上下位置可以调节。为了调节其上下位置，在遮挡板64上形成上下方向的长孔66，螺栓67可以经由该长孔与在包围部件63上形成的螺孔68啮合。通过调节遮挡板64的上下位置可以调节电极群2x、2y的上方部分的液位，从而调节气压。
在使用该盖部件的情况下，振动搅拌装置的振动棒16e不从盖部件贯通，成为上述那样的密封的结构，由于可以提高氢-氧气体的回收效率并且防止电解液的飞散等，因此是优选的。
此外，本发明中，在阴极和阳极之间设置分离氢气和氧气的隔膜，分离回收氢气和氧气方式的电解也适用与气体发生装置。这样的分离回收方式的气体发生装置，例如M.Yamaguchi的题为“Development of2500cm2Solid Polymer Electrolyte Water Electrolyzer in WE-NET”的论文中有记载。
以下，列举实施例对本发明进行说明，但本发明不限定与此。
使用图1～3说明的装置，但使用图29说明的盖部件作为盖部件10B，按照以下的条件产生、回收氢-氧气体。
电解槽和盖部件不锈钢制270mm×1660mm×390mm(H)振动发生装置振动电动机(株)村上精机制作所制ユ一ラスバイブレ一タ(电动旋转式振动器)(商品名)、250W×3相×220V、双轴型振动叶片不锈钢(SUS304)制、6枚振动棒钛制、直径12mm隔板钛制、12个振动叶片固定部件12个振动叶片密封材料特氟纶(Teflon，注册商标)、12枚电极群阳极不产生氧化膜可以长期使用的覆盖铂的钛合金制、50枚阴极钛合金制、50枚绝缘体框合成橡胶制、厚5mm电解液在蒸馏水中添加8重量％的KOH作为电解质，温度55°C、pH10阳极-阴极间施加的电压2.0V(直流)电流密度5A/dm2氢-氧气体的回收量是1000升/小时。
除了作为阳极-阴极间施加的电压，使用《电气化学》第24卷398～403页、同449～456页记载的交流重叠电流以外，实施和实施例1相同的操作。
氢-氧气体的回收量是1200升/小时。
如果持续运转一个月，能够比实施例1耗电低且稳定的回收氢-氧气体。
除了使用270mm×850mm×340mm(H)的电解槽、以及作为振动电动机仅使用一台(株)村上精机制作所制ハイ フレユ一ラスKHE-2-2T[100～120Hz](商品名)以外，实施和实施例1相同的操作。
氢-氧气体的回收量是800升/小时。
在不安装于盖部件10B上的振动搅拌装置的位置上，使用图20～图24B说明的密封装置，除此以外实施与实施例1和实施例2相同的操作。
与实施例1同样实施的实施例4，氢-氧气体的回收量是2000升/小时，与实施例2同样实施的实施例5，氢-氧气体的回收量是2500升/小时，每一个都有大幅提高。
作为阳极-阴极间施加的电压，使用从昭和46年7月25日日刊工业新闻社发行的《电镀技术手册》第367～368页记载的SCR形6相半波整流的脉冲电源得到的电压，除此以外实施和实施例1相同的操作。
与实施例1相比能量消耗少，氢-氧气体的回收量是2200升/小时。
作为盖部件10B使用图1～图3说明的部件，除此以外实施与实施例1相同的操作。
氢-氧气体的回收量是3000升/小时，与实施例1相比有大幅提高。
作为电源34使用(株)中央制作所制的逆变数字控制方式的多功能型整流器パワ一マスタ一PND-1型，矩形波形的脉冲电流(0.08秒通电、0.02秒断开)，除此以外实施与实施例7相同的操作。
能量消耗低，氢-氧气体的回收量是3500升/小时。
工业实用性(1)令人吃惊的是，由于使用振动搅拌装置，电极间的间隔即使在20mm以下电解也可以良好地进行，结果可以大幅提高氢-氧气体的发生效率。
(2)由于可以减小电极间的间隔，可以使一个气体发生装置中的氢-氧气体的发生量大幅提高。
(3)通过使用振动搅拌装置，电解液中发生的氢-氧气体的起泡不会变大，电阻也不会变大。
(4)本发明的装置，利用深夜的稳定的电力产生氢-氧气体，并将其储存，对于有大量需求时可以灵活的适应。如果使用直流脉冲波形作为电解的电源，就更加节约电力。
(5)本发明的装置可以作为安全的盒式炉的燃料供给源。
(6)使用通过本发明装置得到的气体，可以提供更优于以往的蓄热冷暖气的冷暖气设备。
(7)通过本发明装置得到的气体，可以用于小型、中型、大型的城市垃圾和废弃物的焚烧炉的燃烧，由此可以进行无公害焚烧并且提高经济性。
(8)根据本发明的装置，可以为锅炉和燃气轮机等提供燃料。
(9)可以安全的作为城市的无公害的清洁的气体发生装置。
(10)可以作为船舶的燃料制造装置。
(11)不必使用气体的螺旋搅拌等特殊的装置，就可以产生均匀、良好的气体。
权利要求
1.一种氢-氧气体发生装置，具有电解槽；电极群，由在该电解槽内交替设置的第一电极和第二电极构成；电源，用于在所述第一电极和所述第二电极间施加电压；和气体收集装置，用于收集对所述电解槽内容纳的电解液进行电解而产生的氢-氧气体，其特征在于具有振动搅拌装置，用于对所述电解槽内容纳的电极液进行振动搅拌；并且，所述电极群中相邻的所述第一电极和所述第二电极之间的距离设定在1mm～20mm的范围以内。
2.根据权利要求1所述的氢-氧气体发生装置，其特征在于所述气体收集装置包含安装在所述电解槽上的盖部件，和与设置在该盖部件上的氢-氧气体排出口连接的氢-氧气体采集管。
3.根据权利要求1所述的氢-氧气体发生装置，其特征在于所述振动搅拌装置包含具有振动电动机的振动发生装置、和振动叶片，安装在与该振动发生装置连接并在所述电解槽内振动的振动棒上，不能旋转并且至少有一段，所述振动电动机以10Hz～200Hz的频率振动。
4.根据权利要求3所述的氢-氧气体发生装置，其特征在于所述振动发生装置经由振动吸收部件安装在所述电解槽的上部。
5.根据权利要求3所述的氢-氧气体发生装置，其特征在于所述振动发生装置通过与所述电解槽不同的支撑台支撑。
6.根据权利要求3所述的氢-氧气体发生装置，其特征在于所述气体收集装置包含安装在所述电解槽上的盖部件，和与设置在该盖部件上的氢-氧气体排出口连接的氢-氧气体采集管，所述振动棒贯通所述盖部件并延伸，密封装置介于该盖部件和所述振动棒之间，允许所述振动棒的振动并且阻止所述氢-氧气体的通过。
7.根据权利要求1所述的氢-氧气体发生装置，其特征在于所述第一电极和第二电极中至少有一个是多孔性的。
8.根据权利要求1所述的氢-氧气体发生装置，其特征在于所述电源是直流脉冲电源。
9.一种氢-氧气体发生方法，其特征在于使用权利要求1所述的氢-氧气体发生装置，使用包含5重量％～10重量％的电解质、液温是20℃～70℃、pH7～10的电解液作为所述电解液，以电流密度是5A/dm2～20A/dm2对所述电解液进行电解。
10.根据权利要求9所述的氢-氧气体发生装置，其特征在于所述电解在所述电解槽上安装有盖部件的密闭条件下进行。
11.根据权利要求9所述的氢-氧气体发生装置，其特征在于所述电解质是水溶性的碱金属氢氧化物或者碱土金属氢氧化物。
12.根据权利要求9所述的氢-氧气体发生装置，其特征在于使用直流脉冲电源作为所述电源。
全文摘要
具有电解槽(10A)；电极群(2x，2y)，由在该电解槽内交替设置的阳极和阴极构成；电源(34)，用于在阳极－阴极间施加电压；和气体收集装置，用于收集通过对电解液(14)进行电解产生的氢－氧气体。气体收集装置包含安装在电解槽(10A)上的盖部件(10B)，和与它的氢－氧气体排出口(10B’)连接的氢－氧气体采集管(10B”)。通过支撑台(100)支撑用于对电解液(14)振动搅拌的振动搅拌装置(16)。电极群(2x，2y)内相邻的阳极－阴极间的距离设定在1mm～20mm的范围内。振动搅拌装置(16)包含以10Hz～200Hz振动的振动电动机(16d)；和安装在与其连接并在电解槽(10A)内振动的振动棒(16e)上的振动叶片(16f)，且振动叶片不能旋转。
文档编号C25B9/00GK1505698SQ02809260
公开日2004年6月16日 申请日期2002年5月2日 优先权日2001年5月2日
发明者大政龙晋 申请人:日本科技股份有限公司