JPH0512287Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 この考案は水素発生装置に関する。さらに詳し
くはガスクロマトグラフの水素炎イオン化検出器
またはキヤリアガス等に使用される水素ガス供給
源として好適な水素発生装置に関する。

(ロ) 従来の技術 ガスクロマトグラフの検出器またはキヤリアガ
スに使用される水素ガス供給源として好適な水素
発生装置としては、一対の電極を両面に有する高
分子電解質を隔膜として陽極室および陰極室が構
成された電解セルと、陽極室および陰極室へ各々
弁を介して水を供給する給水槽と、上記一対の電
極間に電圧を印加する電圧印加手段と、陰極室か
ら発生水素含有水を放出し水分離部へ延設される
水素放出流路および陽極室から発生酸素含有水を
放出する酸素放出流路とを備え、さらに前記水分
離部で水素ガスと分離される水を給水槽へ戻す戻
し流路が付設された構成のものが知られている。

(ハ) 考案が解決しようとする問題点 しかしながら上記電解質セルを使用する水素発
生装置は、低価格、高効率、高純度等の利点を有
しかつ電解質溶液を用いず純水のみで電解できる
利点を有するが、純水中に金属イオンが混入して
いると上記セル内ことに電極表面に該金属が析出
してセルを汚染し、水素発生の効率が急に低下す
る。このため従来より供給する純水に金属イオン
が混入しないように充分注意する必要があり、ま
た一旦セルが汚染されると交換するまで使用でき
ないという問題もある。

この考案はかかる状況に鑑み為されたものであ
り、ことに上記電解セルの水素発生効率を良好に
維持しうる機構を備えた水素発生装置を提供しよ
うとするものである。

(ニ) 問題点を解決するための手段 かくしてこの考案によれば、一対の電極を両面
に有する高分子電解質を隔膜として陽極室および
陰極室が構成された電解セルと、陽極室および陰
極室へ各々弁を介して水を供給する給水槽と、陰
極室から発生水素含有水を放出し気液分離手段へ
延設される水素放出流路および陽極室から発生酸
素含有水を放出する酸素放出流路から構成されて
なり、 上記陽極室および陰極室それぞれに不活性ガス
導入管路および排水用管路が付設され、 電解セルへの給水を停止した後陽極室および陰
極室に不活性ガスを導入してこれらの室の残存水
をそれぞれの排水用管路から排水し次いでこれら
の室に水を導入しこの状態で前記一対の電極間に
逆電圧を印加すべく制御しうる制御手段が具備さ
れてなる水素発生装置が提供される。

この考案の水素発生装置は、水を電気分解して
水素を発生させる電解セルが水素発生用の通常の
電圧およびその逆電圧の印加を可能に構成されか
つ該電解セル内からの速やかな気体・液体の排出
機構を有し、通常の電圧による電解の後所定時間
逆電圧を印加して該電解セル内ことに電極上に析
出した金属をイオン化して溶解しかつこの金属イ
オン含有水溶液を電解セル外へ排出することによ
り電解セル内の金属イオンによる汚染を除去しう
るよう構成されたことを特徴とする。

上記電解セルは、一対の電極を両面に有する高
分子電解質を隔膜として陽極室および陰極室が構
成され、これらの各室に導入された水を一対の電
極間に印加された電圧により電気分解し、通常、
陽極室に酸素を陰極室に水素をそれぞれ発生する
よう構成されている。これら陽極室および陰極室
それぞれに付設される不活性ガス導入管路および
排水用管路は、これらの各室からの気体・液体の
排出を意図する以外は通常使用しないため、弁が
設けられる。弁は各排水用管路および各不活性ガ
ス導入管路それぞれに独立して設定されてもよい
が、各排水用管路をその排出口部で１つの管路に
合流してこの合流管路に１つの弁を設定するもの
であつてもよく、同じく各不活性ガス導入管路も
その不活性ガス供給部からの１つの供給路を分岐
して各不活性ガス導入管路に構成されている場合
分岐手前の供給路に１つの弁を設定するものであ
つてもよい。

上記電解セルの陽極室に設定される酸素放出流
路は、通常給水槽に接続されるものが好ましい。

この考案の装置において電解セルの陽極室およ
び陰極室からの気体・液体の排出を行うときは、
上記不活性ガス導入路から導入される不活性ガス
圧により行うため、このとき排水用管路以外の流
路を機密に保持しうるよう構成されるものが排水
の効率の点で好ましく、従つて上記酸素放出流路
および水素放出流路に弁が設定されることが好ま
しい。

この考案の装置の制御においては、上記電解セ
ルへの給水を停止した後、該電解セルの一対の電
極に逆電圧を印加するに先立つて陽極室および陰
極室に不活性ガスを導入して各室内、水素放出流
路内および酸素放出流路内に残存している発生水
素含有水および発生酸素含有水を排出するが、こ
れは逆電圧の印加により陽極室に水素、陰極室に
酸素が発生し、水素と酸素が混在して爆発が生ず
る危険を避ける点で必要な作動である。

上記制御において、不活性ガスの導入により電
解セル内から気体・液体の排出を行うときは電解
セルへの電圧の印加を停止しうる制御がなされる
ことが好ましい。

この考案の装置において、逆電圧の印加により
電解セル内ことに電極上の析出金属を除去する時
期としては、水素の発生効率が低下してきたとき
に随時行うように制御部に指示してもよく、また
定期的に行うように予め制御部の作動に組込んで
おくものであつてもよい。

この考案の装置に用いられる不活性ガスとして
は、窒素ガスが好ましい。

(ホ) 作用 この考案によれば、電気分解による水素の発生
後、電解セル内に不活性ガスが導入されて陽極室
内および陰極室内に保留されている発生酸素含有
水および発生水素含有水が排水され、次いでこれ
らの各室内に給水されて逆電圧を所定時間印加さ
れて析出した金属が水相中に金属イオンとして溶
解され、その後該金属イオン含有水溶液が不活性
ガスの導入により電解セル外へ排出されて金属イ
オンによる汚染が除去された後再び該電解セル内
に給水されて通常の電圧で水素発生が続行され
る。

以下実施例によりこの考案を詳細に説明する
が、これによりこの考案は限定されるものではな
い。

(ヘ) 実施例 第１図はこの考案の一実施例の構成説明図であ
る。図において水素発生装置１は、給水槽２から
電解セル３へ純水を供給する純水供給流路ａと、
電解セル３から水分離部４へ発生水素含有水を移
送する水素放出流路ｂと、上記電解セル３で発生
する酸素を発生酸素含有水として放出する酸素放
出流路ｃと、前記水分離部４から給水槽２へ該分
離部で水素から分離した純水を戻す戻し流路ｄ
と、該水分離部４で分離された水素を乾燥部５を
経て供給する水素供給流路ｅと、電解セルへの窒
素導入用管路ｆと制御部６とから構成されてい
る。

電解セル３は一対の電極を両面に有する高分子
電解質を隔膜３１として陰極室３２および陽極室
３３が構成されており、陰極室３２には上記水素
放出流路ｂおよび排水用管路g₁が、陽極室３３に
は上記純水供給流路ａ、酸素放出流路ｃおよび排
水用管路g₂がそれぞれ接続されている。また上記
一対の電極は制御部６に電気的に接続され、この
接続は該制御部内で正負切換可能に構成されてい
る。通常水素発生時は陰極室３２側が負極に、陽
極室３３側が正極に接続されている。

上記窒素導入用管路ｆは分岐部Ａから２本の管
路f₁，f₂に分かれ、電解セル３近傍で一方f₁は純
水供給流路ａに、他方f₂は水素放出流路ｂにそれ
ぞれ管路接続されている。

また酸素放出流路ｃは給水槽２に接続され、陽
極室３３から酸素と同時に流出する純水を給水槽
にもどしている。

酸素放出流路ｃ、戻し流路ｄ、水素供給流路
ｅ、窒素導入用管路f₁，f₂および排水用管路g₁，
g₂にはそれぞれ電磁弁Vc，Vd，Ve，Vf₁，Vf₂
およびVg₁，Vg₂が設定されており、これらの電
磁弁は制御部６に電気的に接続され該制御部から
の電気信号によりそれぞれ作動される。純水供給
流路ａ上のVaは逆止弁である。

次ぎにこの考案の装置の作動を説明する。

まず制御部により電磁弁Vc，Vd，Veが開状
態にかつ電磁弁Vf₁，Vf₂，Vg₁，Vg₂が閉状態に
保持され、電極は陰極室側が負極に、陽極室側が
正極になるように切換接続され、電解セルが給水
槽からの純水で満たされた後一定の直流電圧（通
常２〜3V）が電解セルに印加されて電気分解が
開始され、陰極室には水素陽極室には酸素がそれ
ぞれ発生する。発生した水素は純水と共に水素放
出流路内を進み水分離部に流入して該水分離部で
水素は純水と分離され、ついで水素供給流路を進
み乾燥部で乾燥されて電磁弁を経て供給部に供給
される。一方水分離部で分離された純水は戻し流
路により給水槽に戻される。

また水素と同時に陽極室で発生する酸素は純水
と共に酸素放出流路内に放出され給水槽に移送さ
れて酸素は該給水槽から放出される。

上記作動が制御部に予め設定された時間続けら
れた後、該制御部は次のように装置を作動する。
まず電解セルの印加電圧を0Vにし次いで電磁弁
Vc，Vd，Veを閉状態にかつ電磁弁Vf₁，Vf₂，
Vg₁，Vg₂を開状態に切換える。と同時に窒素導
入用管路に窒素が導入されこの窒素圧により電解
セルの陰極室から残存水素および純水が、陽極室
から残存酸素および純水がそれぞれの排水用管路
から排出される。次ぎに電磁弁Vc，Vd，Veを
開状態にかつ電磁弁Vf₁，Vf₂，Vg₁，Vg₂を閉状
態に切換えて電解セル内に純水を満たした後電極
の極性を反対に切換接続して通常の場合の逆電圧
（−2V〜−3V）を所定時間（30秒間程度）電解
セルに印加する。次いで再び電解セルの印加電圧
を0Vにした後電磁弁Vc，Vd，Veを閉状態にか
つ電磁弁Vf₁，Vf₂，Vg₁，Vg₂を開状態に切換え
て陰極室および陽極室内の金属イオン含有水をそ
れぞれの排水用管路から窒素圧により排出する。
この後電磁弁Vc，Vd，Veを開状態にかつ電磁
弁Vf₁，Vf₂，Vg₁，Vg₂を閉状態に切換えさらに
電解セル中の電極の極性を反対に切換接続して通
常の水素発生を行う。

上記作動により電解セルの中に析出した金属が
逆電圧により金属イオンとして溶解され、さらに
この金属イオン含有水が電解セルから排出されて
水素発生の効率が向上することとなる。

(ト) 考案の効果 この考案によれば、電解セルが金属イオンに基
づく汚染により水素発生効率が低下した際、該汚
染が簡便に除去できかつ該電解セルの使用を続行
できるので、該セルを交換する手間がかからず水
素発生が効率良く行える。また定期的に金属イオ
ンによる汚染を除去することにより電解セルの損
傷を少なくし長期間にわたつて使用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例の構成説明図であ
る。 ２……給水槽、３……電解セル、４……水分離
部、５……乾燥部、６……制御部、３１……電
極、３２……陰極室、３３……陽極室、ａ……純
水供給流路、ｂ……水素放出流路、ｃ……酸素放
出流路、ｄ……戻し流路、ｅ……水素供給流路、
ｆ……窒素導入用管路、g₁，g₂……排水用管路、
Vc，Vd，Ve，Vf₁，Vf₂，Vg₁，Vg₂……電磁
弁。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 一対の電極を両面に有する高分子電解質を隔膜
   として陽極室および陰極室が構成された電解セル
   と、電解セルに水を給水槽から供給する水供給流
   路と、陰極室から発生水素含有水を放出し気液分
   離手段へ延設される水素放出流路および陽極室か
   ら発生酸素含有水を放出する酸素放出流路から構
   成されてなり、 上記陽極室および陰極室それぞれに不活性ガス
   導入管路と、陽極室および陰極室の残存水を排水
   しうる排水用管路が付設され、 前記一対の電極間に印加される電圧を正負切換
   可能に構成した制御部を具備してなる水素発生装
   置。