JPS595675B2 - デンキブンカイノホウホウ オヨビ ソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気分解に関し、特に水素および酸素を形成
するための水の電気分解に適用されるがそれに限られる
ものではない。

電気分解においては、電解質導体に接触するアノードお
よびカソード間に電位差を加えてこの電解質導体に電流
を生じる。

多くの溶融塩および水酸化物は電解質導体であるけれど
も、普通この導体は、溶液中に解離してイオンを形成す
る物質の溶液である。本願で使用される用語「電解質］
は、適当な溶剤中に溶解されたときに少なくとも或る程
度イオンに解離する物質をいう。結果とし生じる溶液は
、電解質溶液と称せらる。フアラデ一の電気分解の法則
によれば、どんな電解法においても、アノードまたはカ
ソードに生じる物質の質量は、式ｍ−ｚ−ｑに従う。

ここに、ｍは生じる物質の質量（単位グラム）であり、
ｚはその物質の電気化学当量、ｑは通電電気量（単位ク
ーロン）である。フアラデ一の法則の重要な結論は、電
解質の分解速度は電流に依存し、電圧に依存しないとい
うことである。例えば、一定電流１アンペアがｔ秒間流
れる従来の電解法においては、ｑ＝Ｉ−ｔであつて析出
または溶解された物質の量は、電圧に関係なくＩに依存
するだろう、ただしその電圧は電解を進行するために必
要な最小値を超えているものとする。多くの電解に対し
て、この最小電圧値は非常に低いものである。従来の技
術は、直流を使用した電解反応またぱ、必然的に小さい
脈動成分を持つた整流された交流を使用した電解反応を
示している。前者の一例は、例えばキルガス（Ｋｉｌｇ
ｕｓ）氏の米国特許第２０１６４４２号明細書に示され
、後者の一例は、エミツク（Ｅｍｉｃ）氏他の米国特許
第３４８５７４２号明細書に示されている。

また、キルガス氏の特許は、電解質に磁界を適用するこ
とを開示しており、この磁界は両極におけるガスの生成
を増加するといわれていることが注意される。本発明は
、電解生成物を生じる電気エネルギ源の使用をこれまで
可能であつたよりもつと有効にすることを目的としてい
る。

本発明の方法においては、電解槽の中に保持されている
電解質導体に脈動する電流パルスが印加される。本方法
によれば、十分に高い電流値と適当に低い電圧のパルス
が全く適度の直流の入力供給電流により電解質導体内に
発生されて、その導体にその供給電流を通すことにより
達成され得たであろう生産高よりも大いに増加した生産
高の電解生成物を生産することができる。この脈・動電
流（電流パルス）は、交流電流の整流時に生じる通常の
変動とは区別されるべきものであつて、以下に使用され
るように、この脈動電流（電流パルス）なる用語は０．
５より小さい衝撃係数を持つ電流を意味するものとされ
る。本発明の装置は、前述の方法を実施するように構成
され、更に電気的損失を減少し、かつ電子移動度を増大
させることによつて電解反応を改良する新規な構成を有
し、従つてかような新規な構成を持つ電解装置を提供す
ることが本発明の目的である。

本発明の他の目的は、多量の電解質導体をアノードおよ
びこのアノードのまわりに配置されたカソードの間にか
つこれらに接触状態に入れかつ電解質導体内に脈動電流
を誘起するように電気的エネルギのパルスを加えること
を含む電解方法を提供することである。

前記の電気エネルギのパルスは、ほＫ均一の電圧および
電流の一定の直流の供給を電気的に変換することによつ
て得られる。

本発明による一電解方法においては、アノード・カソー
ド間に加えられる電気エネルギのパルスは各々前記均一
電流よりも大きい電流値にありかつ前記均一電圧よりも
低い電圧値にありそれによりこの電解質導体内の脈動電
流は各々が前記均一電流より大きい電流値と前記均一電
圧よりも低い電圧値を有するパルスから成つている。本
発明による代りの電解方法においては、アノードおよび
カソード間に加えられる電気エネルギのパルスは各々前
記均一電流より大きくかつ前記脈動電流を構成する電流
のパルスを電解質導体内に生じるような態様でアノード
およびカソードを放電させるに足る比較的高い電圧にあ
る。本発明はまた、 （ａ）電解質導体を保持し、かつ前記電解質導体に接触
するアノードおよびカソードを含む電解槽および（ｂ）
前記電解槽のアノードおよびカソード間に電気エネルギ
のパルスを加えて前記電解質導体中に脈動電流を誘起さ
せる電気供給装置、を有する電解装置を提供する。

前に述べたように、本発明は、水素および酸素ガスを発
生するための水溶液の電解に特に適用されるものであつ
て、本発明を更に詳細に説明するために、このような水
素および酸素を発生するために特に設計された装置が添
付図面に関連して詳細に説明されるだろう。

例示された装置は、全体を１１で示した電解槽と、アノ
ード１２およびカソード１３を持つている。

本発明によつて、電気エネルギのパルスは、アノード１
２とカソード１３の間に加えられ、これは槽内の電解質
溶液を通る高い電流のパルスを生じる。電気エネルギの
パルスを生じるための２個の代替的回路が第１図および
第２図に示されている。第１図および第２図に例示され
た２個の回路は、大体において同一であつて、類似の部
品は同様の符号で示されている。

これら２個の回路の唯一の相違は、槽１１のアノード内
部に設けた最終段の変圧器の巻線と、この変圧器の二次
線輪の電気的接続にある。各回路において、直流電気エ
ネルギの供給源は、例えば１２Ｖ電池でよく、端子１４
，１５に接続され、端子１４からの線１６は、正極入力
を受けるものと考え、端子１５からの線１７はこの回路
に対する共通の負極と考えてよい。

線１６は、簡単なオン・オフ式主制御スイツチ１８を含
む。例示された回路の各々は、ユニジヤンクシヨン・ト
ランジスタＱ１とこれに関連する抵抗器Ｒｌ，Ｒ２およ
びＲ３とコンデンサＣ２およびＣ３とを有するパルス発
生器回路を持つている。この回路装置は、ＮＰＮ型シリ
コン電力トランジスタＱ２をトリガするために使用され
るパルスを生じ、トランジスタＱ２は、コンデンサＣ４
を経てサイリスタＴ１に対するトリガ・パルスを発生す
る。抵抗器Ｒ１とコンデンサＣ２とは、線２１に直列に
接続され、リレーＲＬｌの固定接点の一つに延びている
。リレーＲＬｌのコイル２６は、線１６と線２７との間
に接続され、線２７は、リレーの可動接点から常閉の圧
カスイツチ１９を経て共通の負線１７に達している。ス
イツチ１９への圧力制御管２０は、以下に説明するよう
に電解槽１１のガス収集室に接続されて制御のための結
合を提供し、それによつて収集室内のガスが或る圧力に
達したときにスイツチ１９が開くようにしている。しか
し、スイツチ１９が閉じている限りは、リレーＲＬｌは
、主制御スイツチ１８が閉じているときに動作して線２
１と２７間を連結し、それによつてコンデンサＣ２を共
通負線１７に接続するであろう。リレーＲＬｌの主目的
は、回路が最初に付勢されるときに、コンデンサＣ２と
共通負線１７との接続に僅かな遅れをあたえることであ
る。これは、以下に説明するように変圧器回路装置中に
所要の電気的状態が形成されるまで、サイリスタＴｌ，
へのトリガ・パルスの発生を遅らせるであろう。リレー
ＲＬｌは密封され、かつどんな位置においても動作でき
かつかなりの衝撃または振動に耐えるように、平衡形可
能鉄片を有することが好ましい。コンデンサＣ２と線１
７との連結がリレーＲＬｌを経て作られると、ユニジヤ
ンクシヨン・トランジスタＱ１は、発振器として動作し
てＲ１：Ｃ２の比によつて決定されるパルス繰返周波数
およびＲ２：Ｒ３の比によつて決定される高さの出力パ
ルスを線２４に送り出すであろう。

これらのパルスは、コンデンサＣ３を充電するだろう。
電解コンデンサＣ１は、回路装置をすべての電気雑音か
ら遮断するために共通正線１６と共通負線１７との間に
直接連結されている。抵抗器Ｒ１とコンデンサＣ２とは
、トランジスタＱ１への入力においてパルスが鋸歯状と
なるよ゛うに選定される。

これはその後に続く回路装置において発生されるパルス
の形を制御するだろう。この鋸歯状パルスの形状は、そ
れが最も満足すべきパルス回路装置の動作を生じると信
じられているので、選択される。しかし、その他のパル
ス形状例えば方形波パルスも使用することができること
が強調されるべきである。コンデンサＣ３は、トランジ
スタＱ１の出力パルスによつて充電され、抵抗器Ｒ４を
経て放電して、トランジスタＱ２に対するトリガ信号を
あたえる。

抵抗器Ｒ４は、共通負線１７に接続されて、トランジス
タＱ２に対するゲート電流制限装置として作用する。コ
ンデンサＣ３および抵抗器Ｒ４の回路網を経てトランジ
スタＱ２によつて生じたトリガ信号は、鋭いスパイク形
状の正のパルスとなるだろう。

トランジスタＱ２のコレクタは、抵抗器Ｒ６を経て正の
供給線１６に接続され、このトランジスタのエミツタは
、抵抗器Ｒ５を経て共通負線１７に接続される。これら
の抵抗器Ｒ５およびＲ６は、コンデンサＣ４に加えられ
る電流パルスの強さを決定し、コンデンサＣ４は抵抗器
Ｒ７を経て共通負線１７に放電し、そにによつてサイリ
スタＴ１のゲートにトリガ信号を供給する。サイリスタ
Ｔ１のゲートは、抵抗器Ｒ７を経て共通負線から負のバ
イアスを受け、流入電流によづてサイリスタをトリガす
ることを防止する作用をする。サイリスタＴ１のゲート
に加えられるトリガ・パルスは、ユニジヤンクシヨン・
トランジスタＱ１によつて作られた鋸歯状の波形のパル
スと同一周波数で生じる非常に鋭いスパイク状であろう
。

好ましくは、この周波数は１００００パルス／分程度で
あつて、この結果を得られる特殊回路部品の詳細は、後
に表に示してある。トランジスタＱ２は、ユニジャンク
シヨン・トランジスタＱ１とサイリスタＴ１との間の中
間段として作用し、これがないとトランジスタＱ１の動
作を妨害すると思われるサイリスタＴ１ゲートからの逆
起電力の逆流を阻止している。サイリスタＴ１によつて
扱われる高電圧と、トランジスタＱ２に加えられる高い
逆起電力の故に、後者のトランジスタは、放熱体（Ｈｅ
ａｔｓｉｎｌｃ）の上に取付けられなければならない。
サイリスタＴ１のカソードは、線２９を経て共通負線１
７に接続され、アノードは線３１を経て第１段変圧器Ｔ
Ｒｌの二次コイル３２の中央に接続される。

この変圧器コイル３２の両端は、この変圧器の出力の全
波整流を提供するためにダイオードＤ１およびＤ２およ
び線３３を経て共通負線１７に接続されている。第１段
変圧器ＴＲｌは、鉄心３７のまわりに一緒に巻かれた３
個の一次コイル３４，３５，３６と二次コイル３２とを
持つている。

この変圧器は、フエライト・コアを持つた通常のハーフ
・カツプ構造のものでよい。二次コイルは、その鉄心の
まわりに配置されたコイル巻型の上に巻かれてよくまた
一次コイル３４および３６は二次コイルの上に二本巻き
状に巻かれてよい。次に、その他の一次コイル３５はコ
イル３４，３６の上に稼）れてよい。一次コイル３４お
よび３６は、その一側を線３８によつて共通正線１６の
均一正電位に接続され、もう一方の側を線３９，４０に
よつてトランジスタＱ３，Ｑ４のコレクタに接続されて
いる。トランジスタＱ３，Ｑ４のエミツタは、線４１を
経て共通負線１７に接続される。コンデンサＣ６は、線
３９，４０の間に接続されて、トランジスタＱ３，Ｑ４
のコレクタ間に電位差を生じないようにするフイルタと
して動作する。一次コイル３５の両端は、４２，４３に
よつてトランジスタＱ３，Ｑ４のベースに接続される。

このコイルは、その中央を線４４によつてタツプが引き
出され、この線４４は、抵抗器Ｒ９を経て正線１６に接
続され、抵抗器ＲｌＯを経て共通負線１７に接続される
。電力が最初に回路に加えられたときには、トランジス
タＱ３およびＱ４は、非導通状態にあつて、一次コイル
３４，３６に電流は流れていないだろう。

しかし、線１６内の正の電流は、抵抗器Ｒ９を経てコイ
ル３５の中央タツプに印加されるトリガ信号を提供しそ
してこの信号はトランジスタＱ３，Ｑ４の交互の高周波
振動をトリガするように動作し、その結果、一次コイル
３４，３６内に迅速な交番パルスを生じる。コイル３５
の中央タツプに加えられたトリガ信号は、抵抗器Ｒ９お
よびＲｌＯによつて作られる抵抗器回路網によつて、そ
のトリガ信号の大きさがこれらのトランジスタＱ３およ
びＱ４のうちの一つをトリガするには十分であるが両者
を同時にトリガするには不十分であるように、制御され
る。従つて、これらのトランジスタのうちの一方だけが
最初のトリガ信号によつて導通してそれに関連する一次
コイル３４または３６の一方に電流を流させる。トラン
ジスタを導通状態に保持するに要する信号は、それを最
初にトリガするに要するものよりもはるかに少ないので
、一方のトランジスタが導通状態になるときコイル３５
の中央タツプに印加された信号のいくらかは非導通の他
方のトランジスタの方へ送られてそれをトリガするだろ
う。この第２番自のトランジスタがこのようにして導通
状態になると、電流は一次コイル３４，３６のうちの他
方に流れるだろう。そして、これらの２個のトランジス
タのエミツタは直接一緒に結合されているので、２番目
のトランジスタの正出力は最初に導通したトランジスタ
を遮断させるだろう。２番目に導通したトランジスタの
コレクタによつて引かれていた電流が落ちると、コイル
３５の中央タツプ上の信号の一部は最初のトランジスタ
のコレクタへ戻され、このトランジスタが再び導通する
。

このサイクルは、以後は無限に繰り返されて、トランジ
スタＱ３，Ｑ４は非常に速いシーケンスで交互に導通さ
れかつ遮断されることが分るだろう。従つて、電流パル
スは、非常に高い周波数で一次コイル３４，３６を通つ
て交互の順序に流れるが、この周波数は一定であつて回
路への入力電圧の変化には無関係である。一次コイル３
４および３６内の迅速に交番するパルスは、主制御スイ
ツチ１８が閉じられている限りは継続して、変圧器二次
コイル３２内に同じ周波数で比較的高い電圧の信号を生
じるだろう。抵抗器Ｒ８によつてブリツジされたダンプ
（Ｄｕｎｌｐ）コンデンサＣ５は、線４６によつて変圧
器ＴＲｌの二次コイルからの線３１に接続され、変圧器
からの出力を線４７を経て第２段変圧器ＴＲ２に供給す
る。

サイリスタＴ１がトリガされて導通しているときには、
このダンプ・コンデンサＣ５の全電荷は第２段変圧器Ｔ
Ｒ２へと放電する。

それと同時に、第１段変圧器ＴＲｌは、この瞬間この変
圧器に跨つて短絡回路が作られるので、作用を停止し、
従つてサイリスタＴ１は解放される、すなわち非導通と
なる。これは、ダンプ・コンデンサＣ５に、サイリスタ
がトランジスタＱ２からの信号によつて次にトリガされ
たときに、放電するところの電荷が再び蓄積されること
を可能にする。このように、サイリスタがその非導通状
態にある各期間中、連続的に振動するトランジスタＱ３
，Ｑ４によつて発生される変圧器ＴＲｌの一次コイル３
４，３６内の迅速に交番するパルスは、変圧器結合を介
して、比較的高い電圧の出力パルスを生じ、これらのパ
ルスはコンデンサＣ５内に高い電荷を作り上げ、そして
この電荷はサイリストがトリガされると急に解放される
。端子１４，１５の間に１２Ｖの直流電源を使用する代
表的な装置においては、３００Ｖ２２Ａ程度のパルスが
線４７に生じるだろう。前に述べたように、リレーＲＬ
ｌは共通負線１７へのコンデンサＣ２の接続に遅延をあ
たえるために回路中に設けられている。

この遅延は、非常に短いけれども、最初のトリガ信号が
サイリスタＴ１に加えられてダンプ・コンデンサＣ５を
放電させる前に、トランジスタＱ３，Ｑ４に振動を開始
させて、変圧器ＴＲｌをしてダンプ・コンデンサＣ５に
電荷が蓄積されるのを可能にするに足るものである。前
に述べたように、第１図および第２図の回路は、同一で
あつて、いずれも第２段変圧器であり得る電気変換装置
ＴＲ２を使用している。

しかし、第１図に示１回路の場合には、第２段変圧器Ｔ
Ｒ２は、逓降変圧器であつて、低電圧の非常に大きな電
流のパルスを生じるが、第２図の第２段変圧器は、逓昇
変圧器であつて非常に高い電圧のパルスを生じるように
動作する。両方とも、第２段変圧器は電解槽１１のアノ
ードの中に組み込まれるだろう。両方の場合物理的構造
は同様であつて、各々鉄心５１のまわりに巻かれた一次
コイル４８と二次コイル４９を持つが、逓降変圧器の二
次コイルは、その中に生じる電流を処理するために逓昇
変圧器の二次コイルよりもはるかに太い巻線を使用する
必要があろう。第１図の回路では、逓降第２段変圧器Ｔ
Ｒ２を使用して、その二次コイル４９は電解槽１１のア
ノード１２とカソード１３の間に接続されている。

第２図の回路では、逓昇第２段変圧器を使用して、その
二次コイルはアノードとカソード間だけでなく、一次コ
イル４８の負側にも接続されている。以下に説明される
ように、槽１１は、二次コイル４９からの高電圧出力が
実際に電解質溶液内に比較的低い電圧の非常に大きい電
流パルスを生じるように設計されている。代表的な装置
においては、第１段変圧器ＴＲｌからの出力は、０．０
０６より僅かに小さい衝撃係数での毎分１００００パル
スの２２Ａ程度の３００Ｖのパルスとなるだろう。

これは、下記の回路部品を使用して、端子１４，１５間
に印加された均一な１２Ｖ、４０Ａ直流供給源から達成
することができる。の適当な放熱体は３５Ｄ３ＣＢであ
る。

他の回路部品は、鋼製の容器内に設置することができ、
放熱体に取付けたトランジスタは鋼製容器の外面に装着
される。或は、もし延長した表面区域を持つた適当な放
熱体をこの容器内に設けるならばこの容器内に少くとも
トランジスタＱ２だけは取付けることができるだろう。
電解槽１１と第２段変圧器ＴＲ２の物理的構造は、第３
図乃至第８図に例示されている。

電解槽は、外側ケーシング７１を有し、このケーシング
は、管状周壁７２および頂囲７３、底囲７４を持つてい
る。底囲７４は、ドーム状のカバー７５と電気的に絶縁
する円板７６とを有し、絶縁円板７６は円周に間隔を持
つた締付スタツドJモVによつて周壁７２の底部に保持さ
れている。頂囲７３は、互いに面接触状態に位置して、
周壁７２の上端部のタツプ孔に螺入した円周方向に隔置
された締付スタツド８１によつて保持された１対の頂板
７８，７９で構成される。電解槽のアノード１２は、大
体において管状をしている。

それは、外側ケーシング内に垂直に配置され、上部およ
び下部の絶縁体８２，８３の間に締付けられている。上
部絶縁体８２は、中央ボス部８４と環状の外周フランジ
部８５とを持ち、外周フランジ部の外周リムは上部囲板
７９と周壁７２の上端部との間に締着される。下部絶縁
体８３は、中央ボス部８６、このボス部を包囲する環状
フランジ部８７およびこのフランジ部８７の外縁部から
立ち上る外側管状部８８を持つている。絶縁体８２，８
３は、またアルカリに耐える電気絶縁材料で成形される
。ポリテトラフルオロエチレンは、一つの適当な材料で
ある。上記および下部の囲板によつて締めつけられると
、絶縁体８２，８３は、アノード１２と第２段変圧器Ｔ
Ｒ２とがその中に配置される閉鎖囲を形成する。

アノード１２は、大体において管状の構造であつて、絶
縁体８２，８３の間に単に締付けられていて、その円筒
状の内側周面はこれらの絶縁体のボス部８４，８６上に
位置している。二つの絶縁体のボス部によつて閉鎖され
た空間は、変圧器室を形成し、適当な変圧器油で満たさ
れる。絶縁体ボス８６とアノードとの間にＯ（オ一）リ
ング密封９０を嵌合して、変圧器室からの油の損失を防
止する。変圧器鉄心５１は、約１９ｕ（％Ｉｎ）の方形
断面の積層軟鋼棒として形成される。

これは絶縁体ボス部８４，８６間に垂直に延びて、その
両端はこれらのボス部の凹所内に位置している。変圧器
一次巻線４８は、鉄心５１上に直接に巻かれるが、二次
巻線４９は、油を満たした変圧器室内で一次巻線から外
方に間隔を持つように管状の巻型８９の上に巻かれてい
る。カソード１３は、長さ方向にスロツトを切られた管
の形状のものであつて、絶縁体８３の外側管状部８８内
に密嵌している。

それは８か所の等間隔の長手スロツト間に配置され、頂
部と底部だけで結合した８本のカソード条片９２で構成
されている。アノードおよびカソードは両方ともニツケ
ル材にで作られる。

アノード１２の外周は、８個の周方向に隔置された縦溝
９３を形成するように加され、これらの溝の間に画成さ
れた鋭い頂線または尾根９４で会合する弓状の根元を持
つている。これらの８個のアノード尾根部９４は、カソ
ード条片９２の中心と半径方向に整列し、外面に沿つて
測つたアノードの周囲は、カソード条片の内面において
測つたカソード条片の合計の幅に等しいので、アノード
とカソードとは両者の長さの主要部分は、等しい有効面
積を持つている。この面積を等しくすることは、従来の
円筒状のアノード・カソード装置においては一般に達成
されていないものである。アノードとカソードとの間の
環状空間９５は、電解質溶液の室として使用される。

この室は、０．３８１ａ１（０．０１５１ｎ）以下の厚
さのニツケル・フイルムで作られた管状の膜９６によつ
て区画される。この膜には、毎平方センチに７７３孔（
毎平方インチに５０００孔）を０．１ｍｍ（０．００４
ｉｎ）以下の直径の孔によつて穿孔してある。この多孔
膜は、カソードおよびアノードにそれぞれ発生される水
素および酸素の混合に対する防壁として作用し、同時に
電極間に電流を電解的に流す作用をする。その両端部は
、上部および下部の絶縁体８２，８３の外周フランジ部
の環状溝内に嵌入し、それによつて槽のすべての他の部
品から電気的に隔絶されている。この防壁は、十分に小
さい網目のナイロン網材料の緊張した引張ウエブによつ
て形成してもよく、すなわちその網目の開口（Ｍｅｓｈ
Ｏｐｅｎｉｎｇ）は０．１ｕ（０．００４１ｎ）より大
きい直径の気泡を通過させないようにする。この網材料
は、絶縁体８２，８３の環状溝間に嵌合されたプラスチ
ツク保持体の端環の間に展張されてよい。最初には、室
９５の中に、蒸溜水２５％ＫＯＨを含む電解質溶液を、
その容積の約７５％入れる。

しかる後に、反応の進行につれて、水は減耗するので、
上部頂板７８に形成された入口ノズル９７を経て室９５
の内側区間に清水を導入して補充される。電解液は、膜
９６の孔を通つて室の内側区間から外側区間に通過する
。しかし、ここで分るように、膜９６は、電解質溶液の
レベル以下にだけ孔があいているので槽内の水素と酸素
との混合は起らない。これらの孔は、電解質溶液がこれ
を通過することを許すに足る大きさであるけれども、反
応中に通常生じる水素および酸索の気泡を通過させない
程度に十分に小さいものである。ガス防壁をナイロン網
目で形成した場合には、保持体の上部環体は、電解質溶
液のレベルの上方に固形防壁を作るように形成すればよ
い。ノズル９７は、室９５内のフロート１０１によつて
制御される電解質溶液入口弁９９に達する流路９８を持
つている。

弁９９は、上部囲板７８と上部絶縁体８２の外周フラン
ジ部８５を貫通して下方に延びる開孔内に装架したブツ
シング１０２を有し、このブツシングは弁針１０３と協
動する弁座を持つている。針１０３は、弁ブツシング１
０２内のばね１０４によつて上方に軽く押されている。
しかし、ノズル９７内の電解質溶液の圧力は、フロート
１０１が弁座に向つて針頭部を持ち上げるまでは、室９
５に電解質溶液を導入させるように針をばねに抗して下
方に押し下げるに十分である。フロートは、上部および
下部の絶縁体８２，８３間に延び同様にポリテトラフル
オロエチレンで形成した１対の星形断面の滑り棒１０６
上を垂直方向に摺動する。これらの棒１０６は、フロー
トを貫通して適当な孔１０７の中を通つてのびている。
フロート１０１の深さは、電解質溶液が室９５の約７５
％を満たして、槽内の加熱のために発生ガスが膨張でき
るガス空間として室の上部を残すように選択される。

室９５内で電解質溶液の電気分解が進行するにノ従つて
、水素ガスは、カソードに生じ、酸素ガスは、アノード
に生じる。

これらのガスは、室９５の上部に気泡状に上昇して、膜
９６によつて画成された内側区画と外側区画に分離され
た状態となるので、電解質溶液は水素で満たされた室の
部分よりも酸素で満された室の部分に入るので、水素が
電解液入口ノズル９７を通つて逆に漏れる機会はないこ
とが分ると思う。上部の囲板７８，７９の当接面は、こ
れらの頂板の内部に内側および外側ガス集合路１０８，
１０９を形成する適合環状溝を持つている。

外側の通路１０８は、円形であつて、頂部囲板７９と、
カソード条片９２に隣接する上部絶縁体８２の外周フラ
ンジ部とを貫通して下方に延びる８個の孔１１１を経て
室９５の水素区画と連通する。水素ガスは、孔１１１を
通つて上方に流れて通路１０８に入り、そして一方弁１
１２（第８図）を上方に通つてプラスチツク外囲１１４
によつて作られた貯室１１３の中に入る。このプラスチ
ツク外囲１１４は、中央スタツド１１５によつて頂部囲
板７８にボルト締めされ、ガスケツト１１６によつて密
封される。外囲１１４の下部は、水１１７が入れられて
いて、水素は管１１８を経て貯室１１３に入る。この弁
１１２は、弁棒１２１に対する弁座を有するブツシング
１１９を持ち、この弁捧はばね１２２により、かつこれ
に作用する水の重量によつて下方に押されている。水素
は、頂部囲板７８内の出口通路１２４と連結された曲管
１２３を経て貯室１１３から引き出される。

出口通路１２４は、水素排出ノズル１２５に終端し、こ
のノズルは、水素を貯槽またぱ直接に消費場所へ送り出
すことができる。酸素は、頂部囲内の内側の環状通路１
０９を経て室９５から引き出される。通路１０９は、円
形ではなく、電解質溶液入口に届くように扇形を持つて
いる。酸素は、頂部囲板７９と、上部絶縁体８２の環状
フランジ部とを貫通する７個の孔１３１を通つて入る。
酸素は、通路１０９から一方弁１３２を経て、プラスチ
ツク外囲１３４によつて作られた貯室１３３に上方に向
つて流入する。この説明は、水素の取出しの場合と同様
であつて、詳細には説明しない。ただ、室の底部は水を
入れ、酸素は、曲つた管１３５と酸素送出ノズル１３７
に終端する頂部囲板７８内の出口通路１３６とを通つて
取出されることをいえば足りる。制御スイツチ１９の圧
力感知管２０は、室９５内の上部の水素圧力を感知する
ために頂板７８内の通路１３８を経て室９５の上部に直
接に連結されている。

もし、この圧力が所定のレベルより上昇すれば、スイツ
チ１９が動作してコンデンサＣ２を共通負線１７から切
り離す。これは、サイリスタＴ１にトリガ・パルスを発
生するためのパルス発生回路装置の連続動作を維持する
ために必要なコンデンサＣ２の共通負線１７への接続を
除去する、従つて、これらのトリガ・パルスは中断され
る。変圧器ＴＲｌは、ダンプ・コンデンサＣ５を充電す
る動作を続けているけれども、サイリスタＴ１がトリガ
されないので、ダンプ・コンデンサＣ５は、室９５内の
水素圧力が所定のレベル以下に落ちて、サイリスタＴ１
にトリガ・パルスがもう一度加えられるまでは、単に充
電されたまｋであるだろう。圧カスイツチ１９は、この
ようにして、ガスが引き抜かれる速度に応じてガスの生
成率を制御する。従つて、例えば中間の貯槽を必要とし
ないで水素ガスおよび酸素ガスを内燃機関に直接に供給
することができ、そしてこの装置は要求に応じてガスを
生成するだろう。ガス逃出弁１１２，１３２に対する制
御ばねの強さは、水素と酸素とが電気分解によつて作ら
れた比率、すなわち体積比２：１で水素と酸素が逃出す
るように選ばなければならないことはもちろんである。
貯室１１３，１３３は、安全対策として設けられている
。もし、送出管内に急激な逆圧力が発生したときには、
これは単にブラスチツク外囲１１４，１３４を破砕する
だけであつて、電解槽内に逆流して到達することはでき
ないだろう。その際は、スイツチ１９を動作して、槽力
におけるそれ以上のガス発生を停止するだろう。アノー
ドおよびカソート−の変圧器二次コイル４９の電気的接
続は、第４図に示される。

コイル４９の一端は、導線１４１によつてアノードに接
続され、この接続部は全体がアノードの中にある。コイ
ル４９のもう一つの端部は、導線１４２を介してカソー
ドに接続され、この導線は底部絶縁体８３内の孔を通つ
て下方に延び、そして底部絶縁円板７６と絶縁体８３と
の間からケーシング７１を水平に離れる。円板７６の上
面と、絶縁体８３の下面とは、溝が設けられ、導線１４
２を受容し締付けている。ケーシングの外側で、導線１
４２は、カソード端子ボルト１４３に結合される。端子
ボルト１４３は、カソードの孔と、ケーシング壁７２の
整列孔に嵌合した絶縁ブツシング１６５とを貫通する軸
部１４４を持つ。端子ボルトの頭部１４６は、締付ナツ
ト１４７を締めることによつてカソードの内周面に押し
つけられる。導線１４２の端部は環を持ち、これは端子
ナット１４９を締めることによつてナツト１４７とワツ
シヤ１４８の間に締めつけられる。ナツト１４７とブツ
シユ１６５の間に、ワツシヤ１５１が設けられ、ボルト
頭部１４６とカソードの間、およびブツシユ１６５とケ
ーシング壁７２の間に密封０（オ一）リング１５２，１
５３を設け電解質溶液の逃出を防止する。この端子接続
部は、固定ねじ１５５によつて保持された外囲１５４に
よつて被覆される。変圧器一次コイル４８の両端は、導
線１５６，１５７によつて導体１５８，１５９に接続さ
れ、これらの導体は、上部絶縁体８２の中央ボス部を上
方に貫通する。

導体１５８，１５９の上端部は、上部絶縁体８２の頂部
に形成された凹所１６１内のピンとして上方に突出する
。この凹所１６１の頂部はカバー１６２によつて閉鎖さ
れ、このカバーは中央の止めボルト１６３によつて保持
され、通路１６４を持ち、この通路を通つて外部回路か
らの導線が延ばされ、凹所１６１内にある適当な接続体
（図示せず）によつて導体１５８，１５９に接続される
。第４図に示した変圧器接続は、第１図の回路に従つて
おり、すなわち二次コイル４９の両端はアノードおよび
カソード間に接続されているだけである。

この場合の変圧器ＴＲ２は、逓降変圧器であるだろう。
２２Ａ、３００Ｖのパルスの入力であつて、一次と二次
のコイル比を１０：１とすると、アノードとカソード間
に加えられる出力は、３Ｖ程度の低電圧の２００Ａのパ
ルスであるであろう。

この電圧は、電解を進行するために要する電圧を十分に
超えており、得られる非常に大きい電流は、水素および
酸素の高い収率を得ることができる。第２図に示した回
路の場合には、導線１４２と、一次コイル４８の負側に
接続されている導体１５８，１５９のいずれかとの間に
アノード内で簡単な電気的接続を行なつている。

変圧器コイル４８，４９の巻線は、電圧に逓昇をあたえ
るように変更されるだろう。３００Ｖ２２Ａの入力と、
コイル比を１００：１とすると、アノードおよびカソー
ドに加えられる出力は、３００００Ｖ２２０ｍＡとなる
であろう。

このようにアノードとカソードとの間に加えられる非常
に大きい電圧は、電解槽をして電解質溶液内に低電圧の
非常に大きい電流を生じさせる。更に詳細に言えば、電
解槽は、加えられた３００００Ｖパルスから約２Ｖ乃至
７Ｖの低電圧において２２０Ａの電流パルスを生じるだ
ろう。前の場合におけると同様に、電解質溶液内の非常
に大きい電流が、電極に水素および酸素の高い収率を与
える。大きな電流の流れを生じる急速なエネルギ放出は
、熱の放出を伴つて達成されるだろう。このエネルギは
、その結果として生じる電解質溶液の加熱が電解速度を
増加する傾向のあるイオンの移動度を増加する点におい
て、全くの損失となるものではない。電解槽のアノード
およびカソード装置の構成形態は、非常に重要である。

アノードの縦溝状の外周は、電流の流れを集中させ、あ
たえられた電極面積に対して、より良好なガスの収率を
与える。この特殊な構成形態は、またアノードの表面積
を拡張させて、アノードとカソードとが等しい表面積を
持つ装置とするが、これは電気的損失を最小にするため
には最も望ましいことである。また、ガスを発生するア
ノードおよびカソード表面を例えば砂吹きつけによつて
粗面とすることは望ましいことである。これは、電極表
面からのガス気泡の分離を促進し、過電圧の可能性を避
ける。アノードおよびカソードは、両方ともニツケルで
作ることができるけれども、これは必須なことではなく
、それらの電極はニツケルめつきした鋼で形成されても
よく、或は白金または白金めつき鋼で作ることもできる
。中央のアノードが、カソードによつて包囲されている
第２段変圧器ＴＲ２の配列もまた非常に重要である。

このアノードは、磁性材料で構成されているので、変圧
器ＴＲ２の付勢期間中はこの変圧器の磁界の作用を受け
て、強い導磁性体として作用する。従つて、これは、ア
ノードとカソードとの間の電極間空間に強い磁界を作り
出す。この磁界は、溶液中のイオンの移動度を増加し、
それによつて電解槽の効率を改良すると信じられる。変
圧器ＴＲ２によつて発生された熱はアノードを経て電解
質溶液に伝導されまた電解質溶液内のイオン移動度を増
加しかつまたかくして電解の進行に貢献する。もし、熱
の放散を望むならば、フィン１５０のような冷却フイン
を設けてもよい。変圧器がアノード内に位置決めされる
ことはまた、二次コイル４９のアノードおよびカソート
−の接続を短かい良く保護された導体とすることを可能
にする。変圧器ＴＲ２が電圧逓昇用である場合には、中
央アノードがカソードに包囲される配置は、非常に望ま
しい。ダンプ・コンデンサＣ５は、放電時間に対する充
電時間の比を決定するがこの比はパルス繰返周波数には
あまり関係ないだろう。

ユニジャンクシヨン・トランジスタＱ１によつて決めら
れるパルス繰返周波数は、放電時間が変圧器コイル更に
詳細には変圧器ＴＲ２の二次コイル４９の過熱を生じる
程に長くならないように、選ばれなければならない。実
験が、例示されたような小さい装置について毎分約５０
００パルス乃至４００００パルスの繰返周波数約２２０
Ａの電流および約３Ｖの電圧で、実施された。約５００
０以下のパルス繰返数においては過熱の問題が生じかつ
本装置は直流装置のように挙動すること、そして約４０
０００パルス以上のパルス繰返周波数においては性能が
低下することが発見された。毎分約１００００パルスの
パルス繰返周波数が、調査をした特定の装置に対する試
験条件下ではほぼ最適であることが分つた。好ましい発
振器回路による鋸歯状波形入力と鋭く尖つた出力パルス
によつて、毎分１００００パルスの周波数において発生
されたパルスの衝撃係数は約０．００６であつた。この
パルス形状は、使用された高いパルス繰返周波数におい
て発振器回路の部品の過熱問題を最小にすることを助け
る。方形波入力から生じるような約０．１に及ぶ衝撃係
数は可能であるが、しかし毎分１００００パルスのパル
ス繰返周波数において発振器回路の構成部品のいくらか
はその際異常に高い熱入力に耐えることを要求されるだ
ろう。例示した形式の発振器回路で得られる衝撃係数は
、約０．００５が最小であるだろう。一般に、パルス電
流は、上記の範囲外でも、直流よりも優れていると考え
られている、なぜならば電極はパルス間の時間期間中電
極からのガス気泡の離脱によつて必然的に成極作用を減
らす機会を与えられる。例示した電解槽１１は内燃機関
の運転および当該技術において公知のその他の用途に対
して十分な速度で水素および酸素を生成するように設計
される。

代表的には、それは約２０ＣＴｒＬ（８１ｎ）の直径、
２０ｃｍ．（８１ｎ）の高さを持つこともできるので、
極めて小型に見えるであろう。例示した装置は、単に例
示のために示したものであり、本発明は、決してこの特
定の装置の細目に制限されるものではない。本発明は、
大型の固定設備における動力発生などの目的のために多
量に水素および酸素を発生することができることが理解
されるだろう。小さい装置においては変圧器ＴＲ２を逓
降変圧器にすることが好ましいけれども、高い電気的入
力で動作する大きなガス発生装置は二次コイル内に極端
に大きい電流を生じることを避け従つて非常に大きい導
体を避けるために一般に逓昇変圧器ＴＲ２を使用するだ
ろう。以上説明した本発明の方法および装置は、本発明
の好ましい実施例を示しているけれども、本発明は、こ
れらの方法および装置の構成に厳密に制限されるもので
はなく、本発明の範囲から離脱することなく多くの変更
が可能であることが理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置のための一つの実施可能な回路
配線図、第２図は、同装置のための一部変形された回路
配線図、第３図は、同装置の電解槽の平面図、第４図は
、第３図の線４−４に沿つた断面図、第５図は、第４図
の線５−５に沿つた断面図、第６図ぱ、上部を一部除去
した電解槽の平面図、第７図は、第３図の線７ー７に沿
つた断面図、第８図は、第３図の線８−８に沿つた断面
図である。 １１・・・・・・電解槽、１２・・・・・・アノード、
１３・・・・・・カソード、１４，１５・・・・・・直
流供給源端子、３２・・・・・・第１段変圧器二次コイ
ル、４８・・・・・・第２段変圧器一次コイル、４９・
・・・・・第２段変圧器二次コイル、９２・・・・・・
カソード条片、９３・・・・・・アノード縦溝、７１・
・・・・・電解槽ケーシング、Ｃ５・・・・・・ダンプ
・コンデンサ、Ｑｌ，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４・・・・・・ト
ランジスタ、Ｔ１・・−・・・サイリスタ、ＴＲｌ・・
・・・・第１段変圧器、ＴＲ２・・・・・・第２段変圧
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電解質水溶液を保持しかつ前記電解質水溶液に接触
   するアノードおよびカソードを収容する電解槽と、ほぼ
   均一の電圧および電流の直流エネルギ源と、前記電解質
   水溶液中を流れる尖鋭な電流パルスを発生するように前
   記アノードおよびカソードに接続された電気供給装置と
   を有する水の電気分解装置であつて、前記電気供給装置
   は、前記直流エネルギ源よりエネルギの供給を受け、前
   記アノードおよびカソード間に印加するための実質的に
   毎分５０００ないし４００００パルスの範囲の繰返周波
   数の尖鋭な電気エネルギ・パルスに変換する電気変換装
   置を包含する水の電気分解装置。 ２ 電解質水溶液を保持しかつ前記電解質水溶液に接触
   するアノードおよびカソードを収容する電解槽と、ほぼ
   均一な電圧および電流の直流エネルギ源と、前記電解質
   水溶液中を流れる尖鋭な電流パルスを発生するように前
   記アノードおよびカソードに接続された電気供給装置と
   を有する水の電気分解装置であつて、前記電気供給装置
   は、前記直流エネルギ源より供給される直流エネルギに
   よつて付勢される一次コイルと、前記一次コイルに誘導
   結合された二次コイルとを持つ第１変圧器、前記第１変
   圧器の電気的出力によつて充電されるように前記第１変
   圧器の前記二次コイルに接続された充放電コンデンサ、
   前記直流エネルギ源より直流エネルギの供給を受け電気
   的パルスを発生する発振器装置、前記発振器装置により
   発生された電気的パルスの各々に応答して非導通状態か
   ら導通状態に切換えられる切換装置であつて、前記第１
   変圧器の前記二次コイルの出力端と前記充放電コンデン
   サの一端とに接続され、前記切換装置の非導通状態から
   導通状態への切換のおのおのが前記充放電コンデンサを
   放電させ、かつ同時に前記第１変圧器の電気的出力を短
   絡することにより前記切換装置を非導通状態にもどらせ
   るように構成された前記切換装置、並びに、前記充放電
   コンデンサの放電パルスを受け取る一次コイルと、前記
   一次コイルに誘導結合されかつその出力端は前記アノー
   ドと前記カソードとの間に実質的に毎分５０００ないし
   ４００００パルスの範囲の繰返周波数の尖鋭な出力電気
   エネルギ・パルスを印加するように接続された二次コイ
   ルとを有する第２変圧器、を包含しており、 更に、前記アノードは中空であり、かつその外表面の周
   辺上において周囲方向に隔置されかつ縦方向にのびる一
   連の縦溝を備え、前記カソードも中空であり、前記アノ
   ードのまわりに配置され、かつ互いに電気的に接続され
   た縦方向にのびる一連の条片に分割されており、前記条
   片は、前記縦溝の数と同数であり、前記条片の縦方向中
   心線は前記縦溝同士の間の尾根部と半径方向に整列し、
   かつ前記条片は前記縦溝の全活動表面積と実質的に等し
   い全活動表面積を持ち、更に、前記電気供給装置の前記
   第２変圧器は前記アノードの内側に配設された構成を有
   する水の電気分解装置。