JPH0718761Y2

JPH0718761Y2 - 水素発生装置

Info

Publication number: JPH0718761Y2
Application number: JP1987129397U
Authority: JP
Inventors: 一也中川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1987-08-26
Filing date: 1987-08-26
Publication date: 1995-05-01
Anticipated expiration: 2002-08-26
Also published as: JPS6437471U

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ャリア
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ャリアガスに使用
される水素ガス供給源に用いられる水素発生装置として
は、表裏で一対の電極を構成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解セル電源
と、陰極室から水分離トラップに接続される発生水素含
有水供給流路と、陽極室から発生酸素含有水を放出する
酸素放出流路と、前記水分離トラップで水素ガスと分離
された水を給水槽へ戻す戻し流路とから構成のものが知
られている。上記装置においては戻し流路には通常電磁
弁が設けられ、一方分離トラップ内にはその上方に液面
を検出するセンサが設けられている。従って分離トラッ
プ内に貯留される発生水素含有水の液面が上昇して上記
センサにより検知されると、電磁弁が作動されてある時
間戻し流路が開放され上記トラップ内の水素圧によって
水を給水槽に戻すよう制御されている。

（ハ）考案が解決しようとする問題点しかしながら上記装置において、水分離トラップの液面
センサが故障したり電磁弁が故障して開かなかったりし
たときには、水が分離トラップからあふれだし、この分
離トラップの後段に付設される乾燥部（シリカゲル充
填）や圧力スイッチを水浸しにしたり、さらにひどいと
きにはこの装置が接続されたガスクロマトグラフの流路
系やFID検出器をも水浸しにする危険がある。また、電
磁弁の故障で開いたまま閉じなかったときは、給水槽に
水素が戻され続けることになり、これを放置すれば引火
して爆発する危険性も生じていた。

この考案はかかる状況に鑑み為されたものであり、機械
的に摩耗しやすい電磁弁や液面センサが故障しても、水
分離トラップから後段に接続される部材への水の流出を
防ぎかつ電磁弁が開放のままの状態になっても給水槽に
水素が戻され続けないよう構成され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この考案は、水を電気分解して水素を発生する電解セル
と、この電界セルに電圧を印加するセル用電源と、電解
セルに水を供給する給水槽と、電界セルから発生した水
素を水と分離する水分離トラップと、このトラップの底
部付近に設置された液面検知センサと、トラップによっ
て分離された水を電磁弁を介して前記給水槽へ還流する
戻し流路と、前記セル用電源の起動を制御する制御部と
をそれぞれ備え、前記制御部に、セル用電源のONに連動して作動し一定時
間後のこの電源をOFFするタイマ手段と、セル用電源のO
N-OFFに連動して前記電磁弁をこれと逆相的にOFF-ON
（閉路−開路）する手段と、前記液面検知センサの作動
信号によって前記セル用電源の起動をトリガーする手
段、とを併せ設けたことを特徴とする水素発生装置であ
る。

この考案の水素発生装置は、電解セルへの通電時間をタ
イマ手段によって一定時間に制限することにより、水素
発生を一定時間で終了させること、この一定時間が経過
するとセルへの通電をOFFすると同時に戻し流路を開放
して水分離トラップの水位を下げること、さらにこの水
位が所定レベルまで降下したとき液面検知センサの作動
によりトリガー信号を出し、セルへの通電を再開すると
同時に電磁弁を閉じること、を特徴とする。

この考案の装置に用いる制御部に内蔵されるタイマ手段
は、電解セルへのセル用電源ONと同時にこの通電時間を
カウントし、所定時間経過後直ちにセル用電源をOFFし
かつ戻し流路に設定される電磁弁をON（開路）するよう
に信号出力する構成のものが好ましい。上記タイマ手段
はセル用電源ONと同時に発信する発信器および該発信器
をカウントするカウンタによりなされる構成が好まし
い。

この考案の戻し流路に設定される電磁弁は、上記制御部
８内のタイマ手段からの出力信号により作動されるもの
である。

この考案に用いられる液面検知センサは、水分離トラッ
プ内の底部付近に設置される。該液面検知水センサに
は、通常の液面センサが用いられる、液中での浸漬状態
から液面の下降により該液面から露出するときに液面を
検知するように作動するよう構成される。

この考案に用いる制御部には、タイマセット手段が内蔵
され、そのタイマセット手段は、電源が投入された際、
あるいはタイマ手段の作動が終了した際、水分離トラッ
プ内の水を給水槽への流出後、セル用電源ONおよび流路
開成状態に復帰し得る手段であり、上記液面検知センサ
の液面検知信号に基づいて作動し得るよう構成される。

この考案に用いられる電解セルとしては当該分野で通常
使用されるものが用いられる。すなわち表裏で一対の電
極が構成された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本体と、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水分離トラップへ延設される水
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
酸素放出流路から主として構成されるものが適してい
る。

（ホ）作用この考案によれば、タイマ手段によって、電解セルへの
通電開始（ON）から一定時間後に通電が終了（OFF）し
て、水素発生が停止され、かつこのとき電磁弁がONして
戻し流路を開放されるので、水分離トラップに貯留され
ている発生水素含有水はこの戻し流路を通って給水槽に
還流される。これに伴って水分離トラップ内の水位が降
下し、水位が所定レベルまで降下したとき液面検知セン
サが作動してトリガー信号を出し、セルへの通電が再開
されると同時に電磁弁を閉じる（OFF/閉路）。

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）から水分離トラップ（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給水槽（２）に
戻す酸素放出流路（ｃ）と、前記水分離トラップ（４）
から給水槽（２）へ該分離トラップで水素から分離した
水を戻す戻し流路（ｄ）と、該水分離トラップ（４）で
分離された水素を乾燥部（５）および圧力スイッチ（5
1）を経て後段へ供給する水素供給流路（ｅ）とから主
として流路構成されており、さらに上記電解セル（３）
に接続されるセル用電源（６）、上記水分離トラップ内
の底部近傍に設定される液面センサ（７）および上記戻
し流路に設定される電磁弁（Vd）にそれぞれ電気接続さ
れこれらに所定の作動を指令する電解セル・水分離トラ
ップ管理制御部（以下制御部）（８）を具備して構成さ
れている。

電解セル（３）は表裏で一対の電極を構成する高分子電
解質を隔膜（31）として陰極室（32）および陽極室（3
3）が構成されており、陰極室（32）には上記水素放出
流路（ｂ）が、陽極室（33）には上記純水供給流路
（ａ）および酸素放出流路（ｃ）がそれぞれ接続されて
いる。また上記一対の電極はセル用電源（６）に接続さ
れており、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。なおこの接続
は正負逆に切換接続可能に構成されていてもよい。また
純水供給流路（ａ）上の（Va）は逆止弁である。

制御部（８）にはタイマ手段（イ）およびタイマセット
手段が具備されている。タイマ手段（イ）はセル用電源
（６）からのON信号が入力される発振器（９）と該発振
器のパルス数を計数し所定パルス数後にパルス出力する
カウンタ（10）とフリップフロップ（11）で構成されて
おり、一方タイマセット手段（ロ）は上記液面センサ
（液面検知センサ）に接続されるワンショットマルチバ
イブレータ（12）から主として構成されている。上記フ
リップフロップ（11）はＤ端子、クロック（CK）端子、
プリセット（PR）端子およびクリア（CL）端子の入力端
子とＱ出力端子とを有するＤフリップフロップであり、
Ｄ端子はHighにセットされている。さらにCK端子には上
記カウンタ（10）が接続され、PR端子には初期化回路
（13）が接続され、CL端子にはワンショットマルチバイ
ブレータ（12）の出力と、抵抗R2とコンデンサC2とから
なる時定数回路からの出力との論理積の結果が入力され
るように接続されている。上記カウンタの作動時間は液
面センサの液面検出位置から水素供給流路の開口部
（Ａ）まで水が達するよりも短い時間に予め設定され
る。

なお、セル用電源（６）は通常電源ON時において電解セ
ル（３）に電圧を印加して水素を発生させ発振器（９）
も発振させる。このセル用電源（６）はフリップフロッ
プ（11）Ｑ端子がLow状態において電源ONとなり、High
状態においてOFFとなるよう構成されている。このOFFに
伴って電解セルへの電圧印加を停止するが、このとき発
振器の発振も停止させることとなる。また、電磁弁（V
d）はフリップフロップ（11）Ｑ端子のHigh状態によっ
てON（流路開成）し、Low状態によってOFF（流路閉成）
するよう構成されている。またさらに液面センサ（７）
は液面下にあるときはOFF状態であり、液面上に露出し
た状態ではON状態となって液面検知信号を出力し、これ
によりワンショットマルチバイブレータ（12）を作動さ
せるように構成されている。

即ち、液面センサ（７）は、これが液面上に露出した瞬
間にONとなり、フリップフロップ（11）のCL端子はトリ
ガー信号を出力しＱ端子をLOW状態にする。これにより
セル用電源（６）にONとなり、電磁弁（Vd）はOFF（閉
路）となる。

次ぎに上記構成の水素発生装置の作動を説明する。

まず水素発生に伴う給水槽からの水の流れを説明する。
電磁弁（Vd）が開状態に保持され、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）がセル用電源によって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トラップに流入して該水分離トラッ
プ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該乾燥部後段へ供給される。一方水
分離トラップ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。

次に上記装置の初期操作における制御部の作動を説明す
る。装置全体を稼働する装置電源（セル用電源とは別）
をONする場合、水が水分離トラップ内の液面センサより
上のレベルまで入っているとすると、上記装置電源ON
で、初期化回路は抵抗R1とコンデンサC1との時定数で決
定される時間の間LowパルスをフリップフロップのPR端
子に出力し、Ｑ端子をHigh状態とする（ただしC1R1＞C2
R2とする）。このためセル用電源OFF、電磁弁ONとな
り、水素発生が停止した状態で戻し流路が開成され、水
分離トラップ内に貯留される水面が液面センサに検知さ
れるまで、水が該トラップから給水槽に戻される。

一方、上記装置電源ON時に水レベルが液面センサより下
であると、液面センサのスイッチはON、初期化回路（1
3）のゲートがLowとなり、上記回路（13）の出力はHigh
となる。またCL端子はR2,C2によって決まる時定数の期
間Lowとなる。これによりＱ端子がLow状態となり、セル
用電源がONしかつ電磁弁はOFFした初期状態となる。

次にこの装置の制御部の通常作動時の説明をする。セル
用電源がONされると電解セルに電圧印加され水素発生が
行われるが、この時同時に発振器も発振する。この発振
器から出力されるパルスがカウンタにより所定数までカ
ウントされると（一定時間経過すると）該カウンタから
フリップフロップCK端子に信号出力されてＱ端子がHigh
状態となり、セル用電源がOFFされ同時に電磁弁がONさ
れて、水素発生が停止されると同時に戻し流路が開成さ
れて水分離トラップから水が給水槽に戻される。これに
よって水分離トラップ内の水位が降下するが、該トラッ
プ内に設定された液面センサよりも水面が下がると、該
液面センサの検知信号がワンショットマルチバイブレー
タに出力され、さらにワンショットマルチバイブレータ
からフリップフロップCL端子にトリガー信号が出力され
てフリップフロップがクリアされ、Ｑ端子がLow状態に
なる。これによりセル用電源がONされかつ電磁弁がOFF
されて、戻し流路が閉成されかつ水素発生が再開され
る。

以上述べた構成により、電解セルに一定時間通電される
と、自動的に通電が停止し水素発生が中断されるととも
に、液面センサ設定位置まで水面が下降しないと復帰し
ないので、電磁弁が故障でOFFしたままであれば、戻し
流路は開成されず水素発生も停止したままとなる。電磁
弁が故障でONしたままであれば、水はすべて給水槽に戻
され発生水素も給水槽に戻されることになるが、タイマ
で規定された一定時間後には必ずセル用電源がOFFとな
り水素発生は中断されるので、給水槽などに水素が危険
な状態まで充満することはない。

また、若し液面センサが故障でスイッチONの状態のまま
になったとしても、これがONになった瞬間だけワンショ
ットマルチバイブレータが作動し（フリップフロップの
CL端子にトリガーパルスが与えられる）、以後液面セン
サのON状態が続いても二度とトリガーパルスは出ないの
で（ワンショットマルチバイブレータが作動しないの
で）、フリップフロップのＱ端子はLOWレベルに維持さ
れ、タイマ作動は正常どうり継続され一定時間後に水素
発生は中止され以後二度と水素発生が復帰することはな
い。

また、液面センサがOFFしたままであっても、フリップ
フロップのＱ端子のレベルは変わらないので、カウンタ
によって定まる一定時間だけ、水素が発生することがあ
っても、その後水素発生は復帰することはないので危険
はない。

（ト）考案の効果この考案によれば、電源投入時から所定時間の水素ガス
発生と水分離トラップ内の水位の調整を交互に繰り返し
自動的に行うことができ、さらに、戻し流路に設定され
る電磁弁や水分離トラップ内の底部付近に設定される液
面センサが故障しても、水分離トラップの後段に接続さ
れる部材への水の流入を防ぐことができる。電磁弁の故
障によりこれが開放状態に維持され、或いは液面センサ
が故障しても一定時間で水素発生が停止するので外部か
ら引火して爆発する危険がない。

【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
分離トラップ、（５）……乾燥部、（６）……セル用電
源、（７）……液面センサ、（８）……制御部、（９）
……発振器、（10）……カウンタ、（11）……フリップ
フロップ、（12）ワンショットマルチバイブレータ、
（31）……隔膜、（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、（Vd）……電磁弁。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】水を電気分解して水素を発生する電解セル
と、この電界セルに電圧を印加するセル用電源と、電解
セルに水を供給する給水槽と、電界セルから発生した水
素を水と分離する水分離トラップと、このトラップの底
部付近に設置された液面検知センサと、トラップによっ
て分離された水を電磁弁を介して前記給水槽へ還流する
戻し流路と、前記セル用電源の起動を制御する制御部と
をそれぞれ備え、前記制御部に、セル用電源のONに連動して作動し一定時
間後のこの電源をOFFするタイマ手段と、セル用電源のO
N-OFFに連動して前記電磁弁をこれと逆相的にOFF-ON
（閉路−開路）する手段と、前記液面検知センサの作動
信号によって前記セル用電源の起動をトリガーする手
段、とを併せ設けたことを特徴とする水素発生装置。