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TWI772629B - 鹼性水電解裝置及氣體製造方法 - Google Patents

鹼性水電解裝置及氣體製造方法 Download PDF

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TWI772629B
TWI772629B TW108109754A TW108109754A TWI772629B TW I772629 B TWI772629 B TW I772629B TW 108109754 A TW108109754 A TW 108109754A TW 108109754 A TW108109754 A TW 108109754A TW I772629 B TWI772629 B TW I772629B
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末岡春実
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日商德山股份有限公司
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Abstract

一種鹼性水電解裝置，具備：電解槽、氣液分離由陽極室流出的電解液及氧氣之第1氣液分離器、氣液分離由陰極室流出的電解液及氫氣之第2氣液分離器、分別貯留藉由第1及第2氣液分離器被氣液分離的電解液之第1及第2電解液槽、分別把被氣液分離的氧氣及氫氣導至第1及第2電解液槽的氣相區域之氧氣吹入管及氫氣吹入管、使氧氣及氫氣分別由第1及第2電解液槽的氣相區域流出的氧氣排出管及氫氣排出管、以及由第1及第2電解液槽對電解槽供給電解液之循環裝置。

Description

鹼性水電解裝置及氣體製造方法
本發明係關於鹼性水電解裝置以及根據鹼性水電解法之氣體製造方法。
氫氣及氧氣之製造方法，已知有鹼性水電解法。於鹼性水電解法，把鹼金屬氫氧化物(例如NaOH,KOH等)溶解之鹽基性的水溶液(鹼性水)作為電解液使用而藉由電解水，由陰極產生氫氣，由陽極產生氧氣。通常，鹼性水電解用之電解胞，具備以離子透過性隔膜隔開的陽極室及陰極室，電解係於陽極室及陰極室分別使電解液循環同時進行。由各極室回收的電解液暫時被收集貯留於循環槽，被貯留於循環槽的電解液再度被供給至各極室。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2017-039982號公報 [專利文獻2]日本特許6008482號公報 [專利文獻3]日本特開2017-119895號公報 [專利文獻4]日本特開2017-203218號公報 [專利文獻5]日本特開2017-179557號公報
[發明所欲解決之課題]
根據鹼性水的電解之氫氣及氧氣的製造程序有溶存氣體的問題。亦即，由陽極室回收的電解液，溶存著在陽極反應產生的氧氣的一部分，由陰極室回收的電解液，溶存著在陰極反應產生的氫氣的一部分。由陽極室回收的電解液與由陰極室回收的電解液在循環槽內混合，所以於循環槽內的電解液溶存氧氣與氫氣雙方。溶存於循環槽內的電解液中的氧氣及氫氣徐徐放出至氣相中，所以循環槽上部的氣相部分的氧氣及氫氣濃度徐徐上升。因此在繼續著電解裝置的運作的期間，有循環槽上部的氣相部分的氣體組成達到爆發臨界之虞。
針對產生氫氣的電解程序，例如於專利文獻1記載著具備：收容陽極產生陽極氣體的陽極室、收容陰極產生氫氣的陰極室、區劃前述陽極室與前述陰極室之隔膜、使電解液由前述陽極室排出同時返回前述陽極室的陽極側循環管線之電解裝置；其特徵為：前述陽極側循環管線，具備：由前述電解液分離前述陽極氣體的陽極側氣液分離手段，連接前述陽極室與前述陽極側氣液分離手段，使前述電解液與前述陽極氣體由前述陽極室排出而給送至前述陽極側氣液分離手段之陽極側排出管線，以及連接前述陽極室與前述陽極側氣液分離手段，使前述電解液由前述陽極側氣液分離手段排出而給送至前述陽極室之陽極側供給管線；溶存的前述氫氣以氣相存在，具有連接前述氫氣與前述陽極氣體混合之氣相區域與前述陽極側氣液分離手段之陽極氣體給送管線；前述陽極氣體給送管線將前述陽極氣體之至少一部分給送至前述氣相區域，前述氣相區域中的前述氫氣濃度未達爆發臨界下限值。根據專利文獻1的記載型態，主張著於產生氫的電解程序，可以確實解消微量的氣體於電解液之循環管線逐漸蓄積而達到氫的爆發臨界之可能性。
然而，於引用文獻1，記載著把循環槽之氣相區域所排出的氣體作為排放氣體往系外排出。於引用文獻1記載的型態，使用陽極氣體壓出循環槽的氣相區域中的氣體(沖洗,purge)，所以由循環槽的氣相區域排出的氣體，除了供給至氣相區域的陽極氣體以外，還混入由循環槽中的電解液放出至氣相區域的陰極氣體。亦即，於引用文獻1記載的型態，即便是回收由循環槽的氣相區域排出的氣體，要得到純度高的陽極氣體也是困難的。
作為解決相關問題的手段，也考慮把由陽極室回收的電解液，與由陰極回收的電解液回收及貯留於分別的循環槽。亦即，也考慮由陽極室回收的電解液回收及貯留於陽極側循環槽，被貯留於陽極側循環槽的電解液供給至陽極室，同時由陰陽極室回收的電解液回收及貯留於陰極側循環槽，被貯留於陰極側循環槽的電解液供給至陰極室。然而，於鹼性水的電解程序，在陽極反應與陰極反應每1mol電子的水消耗量不同，所以伴隨著電解反應的進行，陽極側循環槽與陰極側循環槽之間產生液面差。為了抑制陽極側循環槽與陰極側循環槽之間的液面差的產生，進而設置連通陽極側循環槽的液相區域與陰極側循環槽的液相區域的配管(連通管)的場合，電解液通過連通管由一方之槽往另一方之槽流入的同時，通過連通管流入的電解液也把溶存氣體一起帶入，所以於電解液通過連通管流入之側的槽，氣相區域中的氣體組成有達到爆發臨界之虞。
本發明，課題在於提供可防止循環槽的氣相區域中的氣體組成達到爆發臨界，同時可減低電解液中的溶存氣體對氣體純度造成不良影響同時製造氫氣及氧氣雙方之鹼性水電解裝置。此外，提供可防止循環槽的氣相區域中的氣體組成達到爆發臨界，同時可減低電解液中的溶存氣體對氣體純度造成不良影響同時製造氫氣及氧氣雙方之氧氣及氫氣之製造方法。 [供解決課題之手段]
本發明提供以下[1]～[9]之型態。 [1]一種鹼性水電解裝置，其特徵為具備： 具備收容陽極產生氧氣的陽極室、收容陰極產生氫氣的陰極室及區劃前述陽極室與前述陰極室的離子透過性隔膜之電解槽； 被連接於前述陽極室，將由前述陽極室流出的電解液及氧氣進行氣液分離之第1氣液分離器； 被連接於前述陰極室，將由前述陰極室流出的電解液及氫氣進行氣液分離之第2氣液分離器； 被連接於前述第1氣液分離器，收容藉由前述第1氣液分離器分離的電解液而貯留之第1電解液槽； 被連接於前述第2氣液分離器，收容藉由前述第2氣液分離器分離的電解液而貯留之第2電解液槽； 被連接於前述第1氣液分離器及前述第1電解液槽，把藉由前述第1氣液分離器分離的氧氣，導至前述第1電解液槽的氣相區域之氧氣吹入管； 被連接於前述第2氣液分離器及前述第2電解液槽，把藉由前述第2氣液分離器分離的氫氣，導至前述第2電解液槽的氣相區域之氫氣吹入管； 被連接於前述第1電解液槽，使氧氣由前述第1電解液槽的氣相區域流出的氧氣排出管； 被連接於前述第2電解液槽，使氫氣由前述第2電解液槽的氣相區域流出的氫氣排出管； 以及由前述第1電解液槽及前述第2電解液槽，對前述陽極室及前述陰極室供給電解液之循環裝置； 前述電解液為鹼性水溶液。
[2]如[1]之鹼性水電解裝置，前述循環裝置具備： 被連接於前述第1電解液槽及前述第2電解液槽的集合配管，以及 被連接於前述集合配管及前述電解槽，將通過前述集合配管而導引的電解液供給至前述陽極室及前述陰極室的循環泵。
[3]如[1]之鹼性水電解裝置，前述循環裝置具備： 由前述第1電解液槽對前述陽極室供給電解液之第1循環泵，以及 由前述第2電解液槽對前述陰極室供給電解液之第2循環泵。
[4]如[1]～[3]之任一之鹼性水電解裝置，進而具備 監視前述第1電解液槽的氣相區域之氣體組成的第1氣體組成感知器，以及 監視前述第2電解液槽的氣相區域之氣體組成的第2氣體組成感知器。
[5]如[1]～[3]之任一之鹼性水電解裝置，進而具備 電解液可流通地連接前述第1電解液槽的液相區域與前述第2電解液槽的液相區域之連通配管。
[6]一種氧氣及氫氣之製造方法，係使用具備收容陽極產生氧氣的陽極室、收容陰極產生氫氣的陰極室及區劃前述陽極室與前述陰極室的離子透過性隔膜之電解槽，藉由電解鹼性水溶液之電解液而製造氧氣及氫氣的方法，包含： (a)藉由對前述陽極室及前述陰極室供給電解液同時於前述陽極與前述陰極之間通電，使由前述陽極產生氧氣且使由前述陰極產生氫氣之工程、 (b)由前述陽極室回收包含電解液及氧氣的第1氣液混合物之工程、 (c)由前述陰極室回收包含電解液及氫氣的第2氣液混合物之工程、 (d)氣液分離前述第1氣液混合物之工程、 (e)氣液分離前述第2氣液混合物之工程、 (f)把藉由前述第1氣液混合物的氣液分離而分離之電解液，貯留於第1電解液槽的工程、 (g)把藉由前述第2氣液混合物的氣液分離而分離之電解液，貯留於第2電解液槽的工程、 (h)把藉由前述第1氣液混合物的氣液分離而分離之氧氣，導入前述第1電解液槽的氣相區域之工程、 (i)把藉由前述第2氣液混合物的氣液分離而分離之氫氣，導入前述第2電解液槽的氣相區域之工程、 (j)由前述第1電解液槽的氣相區域回收氧氣之工程、 (k)由前述第2電解液槽的氣相區域回收氫氣之工程、 (l)由前述第1電解液槽及前述第2電解液槽，對前述陽極室及前述陰極室供給電解液之工程。
[7]如[6]之氧氣及氫氣之製造方法， 前述工程(l)，包含：把被貯留於前述第1電解液槽的電解液與被貯留於前述第2電解液槽的電解液之混合物，供給至前述陽極室及前述陰極室。
[8]如[6]之氧氣及氫氣之製造方法， 前述工程(l)，包含：把被貯留於前述第1電解液槽的電解液，供給至前述陽極室，以及 把被貯留於前述第2電解液槽的電解液，供給至前述陰極室。
[9]如[6]～[8]之任一之氧氣及氫氣之製造方法，進而包含 (m)監視前述第1電解液槽的氣相區域中的氣體組成之工程，以及 (n)監視前述第2電解液槽的氣相區域中的氣體組成之工程。 [發明之效果]
於本發明之鹼性水電解裝置，在貯留由陽極室回收的電解液之第1電解液槽的氣相區域，由陽極室回收的氧氣通過氧氣吹入管被導引，氧氣由第1電解液槽的氣相區域通過氧氣排出管流出，同時在貯留由陰極室回收的電解液之第2電解液槽的氣相區域，由陰極室回收的氫氣通過氫氣吹入管被導引，氫氣由第2電解液槽的氣相區域通過氫氣排出管流出。亦即，根據本發明之鹼性水電解裝置，可提供可防止循環槽的氣相區域中的氣體組成達到爆發臨界，同時可減低電解液中的溶存氣體對氣體純度造成不良影響同時製造氫氣及氧氣雙方之鹼性水電解裝置。
於本發明之氫氣及氧氣製造方法，特別是藉由具備工程(f)至(k)，在貯留由陽極室回收的電解液之第1電解液槽的氣相區域，由陽極室回收的氧氣被導入，氧氣由第1電解液槽的氣相區域回收，同時在貯留由陰極室回收的電解液之第2電解液槽的氣相區域，由陰極室回收的氫氣被導入，氫氣由第2電解液槽的氣相區域回收。亦即，根據本發明之氫氣及氧氣製造方法，可提供可以防止循環槽的氣相區域中的氣體組成達到爆發臨界，同時可減低電解液中的溶存氣體對氣體純度造成不良影響同時製造氫氣及氧氣雙方之氧氣及氫氣之製造方法。
本發明之前述作用及利益，可由供實施以下說明的發明之型態而明白。以下，參照圖式同時說明本發明之實施型態。但，本發明並不僅以這些型態為限。又，圖式未必反映正確的尺寸。此外，在圖式亦有省略部分符號的情形。於本說明書，在沒有特別聲明時，關於數值A及B之「A～B」之標記意味著「A以上B以下」。於相關的標記，僅對數值B賦予單位的場合，該單位也適用於數值A。此外「或」及「或者」之用語，在沒有特別聲明時意味著邏輯和。
＜1.鹼性水電解裝置(1)＞ 圖1係模式說明相關於本發明之一實施型態之鹼性水電解裝置100(以下亦稱為「電解裝置100」)之圖。電解裝置100，是使用鹼性水作為電解液，藉由鹼性水的電解製造氧氣及氫氣的裝置。電解裝置100，具備電解槽10、第1氣液分離器20、第2氣液分離器30、第1電解液槽40、第2電解液槽50、以及循環裝置60。圖1中，箭頭指出物質的流動方向。
電解槽10，具備收容陽極產生氧氣的陽極室11、收容陰極產生氫氣的陰極室12、及區劃陽極室11與陰極室12的離子透過性隔膜13。電解槽10，可以無特別限制地採用從前用於鹼性水電解裝置的型態之電解槽。
第1氣液分離器20，通過陽極液/氣體回收管21連接於陽極室11，氣液分離由陽極室11流出的電解液及氧氣。第2氣液分離器30，通過陰極液/氣體回收管31連接於陰極室12，氣液分離由陰極室12流出的電解液及氫氣。第1氣液分離器20及第2氣液分離器30，可以無特別限制地採用從前用於鹼性水電解裝置的型態之氣液分離器。
第1電解液槽40，被連接於第1氣液分離器20，收容貯留藉由第1氣液分離器20分離的電解液。藉由第1氣液分離器20分離的電解液，通過陽極液排出管22被導入第1電解液槽40。於第1電解液槽40的內部，存在著被貯留的電解液佔有的液相區域40a，與液相區域40a上側的氣相區域40b。 第2電解液槽50，被連接於第2氣液分離器30，收容貯留藉由第2氣液分離器30分離的電解液。藉由第2氣液分離器30分離的電解液，通過陰極液排出管32被導入第2電解液槽50。於第2電解液槽50的內部，存在著被貯留的電解液佔有的液相區域50a，與液相區域50a上側的氣相區域50b。 第1電解液槽40的液相區域40a，與第2電解液槽50的液相區域50a，藉由連通配管80使電解液可流通地連接著。亦即，佔有第1電解液槽40的液相區域40a的電解液，可以通過連通配管80移動至第2電解液槽50的液相區域50a，此外，佔有第2電解液槽50的液相區域50a的電解液，可以通過連通配管80移動至第1電解液槽40的液相區域40a。
循環裝置60，由第1電解液槽40及第2電解液槽50，對陽極室11及陰極室12供給電解液。循環裝置60，具備被連接於第1電解液槽40的液相區域40a及第2電解液槽的液相區域50a的集合配管62，以及被連接於集合配管62及電解槽10，將通過集合配管62而導引的電解液，通過電解液供給管63供給至陽極室及陰極室12的循環泵61。電解液供給管63在途中分歧，把由循環泵61送出的電解液，導入陽極室11及陰極室12之各個。循環泵61，可以無特別限制地使用從前用於鹼性水電解裝置的型態之循環泵
電解裝至100，進而具備：被連接於第1氣液分離器20及第1電解液槽40，將藉由第1氣液分離器20分離的氧氣導往第1電解液槽40的氣相區域40b的氧氣吹入管23、以及被連接於第2氣液分離器30及第2電解液槽50，將藉由第2氣液分離器30分離的氫氣導往第2電解液槽50的氣相區域50b的氫氣吹入管33。 電解裝置100，進而具備：被連接於第1電解液槽40，使氧氣由第1電解液槽40的氣相區域40b流出的氧氣排出管41、以及被連接於第2電解液槽50，使氫氣由第2電解液槽50的氣相區域50b流出的氫氣排出管51。於電解裝置100製造的氧氣最終由氧氣排出管41回收，於電解裝置100製造的氫氣最終由氫氣排出管51回收。 電解裝置100，進而具備監視第1電解液槽40的氣相區域40b之氣體組成的第1氣體組成感知器71，以及監視第2電解液槽50的氣相區域50b之氣體組成的第2氣體組成感知器72。於電解裝置100，第1氣體組成感知器71被連接於第1電解液槽40之出氣側(亦即，氧氣排出管41的途中)，第2氣體組成感知器72被連接於第2電解液槽50之出氣側(亦即，氫氣排出管51的途中)。第1氣體組成感知器71，可以無特別限制地使用可以測定以氧為主成分的氣體中的氫氣濃度之從前的氣體組成感知器，第2氣體組成感知器72，可以無特別限制地使用可以測定以氫為主成分的氣體中的氧氣濃度之從前的氣體組成感知器。
＜2.氧氣及氫氣製造方法(1)＞ 參照圖1進而說明電解裝置100的動作，以及使用電解裝置100的型態之氧氣及氫氣之製造方法。
藉由對電解槽10的陽極室11及陰極室12供給電解液，同時對收容於陽極室11的陽極與收容於陰極室12的陰極之間通電，於陽極室11由陽極產生氧氣，於陰極室12由陰極產生氫氣(步驟(a))。
由陽極室11，回收包含電解液及在陽極室11產生的氧氣之第1氣液混合物(步驟(b))。由陽極室11回收的第1氣液混合物，通過陽極液/氣體回收管21被導至第1氣液分離器20。 由陰極室12，回收包含電解液及在陰極室12產生的氫氣之第2氣液混合物(步驟(c))。由陰極室12回收的第2氣液混合物，通過陰極液/氣體回收管31被導至第2氣液分離器30。
通過陽極液/氣體回收管21由陽極室11導引的第1氣液混合物，於第1氣液分離器20被氣液分離(步驟(d))。第1氣液分離器20，使氣液分離之電解液(陽極液)流出至陽極液排出管22，使氣液分離之氧氣流出至氧氣吹入管23。 通過陰極液/氣體回收管31由陰極室12導引的第2氣液混合物，於第2氣液分離器30被氣液分離(步驟(e))。第2氣液分離器30，使氣液分離之電解液(陰極液)流出至陰極液排出管32，使氣液分離之氫氣流出至氫氣吹入管33。
於第1氣液分離器20，被氣液分離的電解液(陽極液)，通過陽極液排出管22被導至第1電解液槽40，被貯留於第1電解液槽40(步驟(f))。 於第2氣液分離器30，被氣液分離的電解液(陰極液)，通過陰極液排出管32被導至第2電解液槽50，被貯留於第2電解液槽50(步驟(g))。
於第1氣液分離器20被氣液分離的氧氣，通過氧氣吹入管23，被導入第1電解液槽40的氣相區域40b(步驟(h))。 於第2氣液分離器30被氣液分離的氫氣，通過氫氣吹入管33，被導入第2電解液槽50的氣相區域50b(步驟(i))。
第1電解液槽40的氣相區域40b中的氧氣，通過氧氣排出管41由氣相區域40b回收(步驟(j))。通過氧氣排出管41由氣相區域40b回收的氣體，除了通過氧氣吹入管23導入氣相區域40b的氧氣以外，也包含由佔有第1電解液槽40的液相區域40a的電解液所放出至氣相區域40b的溶存氣體。如前所述，於步驟(a)，藉由對電解槽10的陽極室11及陰極室12供給電解液，同時對收容於陽極室11的陽極與收容於陰極室12的陰極之間通電，於陽極室11由陽極產生氧氣，於陰極室12由陰極產生氫氣。於電解槽10，陽極室11與陰極室12，藉由離子透過性隔膜13區劃，但是隔膜13的氣體遮斷性通常並不完全，所以由陽極室11回收的氧氣會混入少量在鄰接的陰極室12產生的氫氣。同樣地，由陰極室12回收的氫氣會混入少量在鄰接的陽極室11產生的氧氣。此外，第1氣液分離器20及第2氣液分離器30，具備包含金屬材料而成的接液部，與抑制該金屬材料的電蝕之用的犧牲電極的場合，藉由來自電解槽10的洩漏電流引起逆電解反應，所以在第1氣液分離器20(氧氣側)產生微量的氫氣而該產生的微量的氫氣混入由第1氣液分離器20流出的氧氣中，在第2氣液分離器30(氫氣側)產生微量的氧氣而該產生的微量的氧氣混入由第2氣液分離器30流出的氫氣中。亦即，佔有液相區域40a的電解液中的溶存氣體不僅有氧氣也包含若干量的氫氣。然而，即使該氫氣由液相區域40a放出至氣相區域40b，該氫氣也與通過氧氣吹入管23導入氣相區域40b的氧氣一起，通過氧氣排出管41由氣相區域40b迅速排出，所以防止氣相區域40b中的氫氣濃度上升至爆發臨界。而且，佔有第1電解液槽40的液相區域40a的電解液，是由陽極室11回收的電解液(陽極液)，所以該電解液中的溶存氣體的主成分為氧氣。亦即，該電解液中的溶存氣體即使含有氫氣，氫氣只不過是溶存氣體的副成分。也就是說，從佔有第1電解液槽40的液相區域40a的電解液放出至氣相區域40b的溶存氣體對從氧氣排出管41回收的氧氣純度造成的影響為輕微。
第2電解液槽50的氣相區域50b中的氫氣，通過氫氣排出管51由氣相區域50b回收(步驟(k))。通過氫氣排出管51由氣相區域50b回收的氣體，除了通過氫氣吹入管33導入氣相區域50b的氫氣以外，也包含由佔有第2電解液槽50的液相區域50a的電解液所放出至氣相區域50b的溶存氣體。於此溶存氣體，與前述說明的第1電解槽40之液相區域40a的場合為相反關係，不只氫氣也含有若干量的氧氣。然而，即使該氧氣由液相區域50a放出至氣相區域50b，該氧氣也與通過氫氣吹入管33導入氣相區域50b的氫氣一起，通過氫氣排出管51由氣相區域50b迅速排出，所以防止氣相區域50b中的氧氣濃度上升至爆發臨界。而且，佔有第2電解液槽50的液相區域50a的電解液，是由陰極室12回收的電解液(陰極液)，所以該電解液中的溶存氣體的主成分為氫氣。亦即，該電解液中的溶存氣體即使含有氧氣，氧氣只不過是溶存氣體的副成分。也就是說，從佔有第2電解液槽50的液相區域50a的電解液放出至氣相區域50b的溶存氣體對從氫氣排出管51回收的氫氣純度造成的影響為輕微。
被貯留於第1電解液槽40及第2電解液槽50的電解液，通過集合配管62被導向循環泵61由循環泵61送出，從第1電解液槽40導引的電解液與從第2電解液槽50導引的電解液之混合物通過電解液供給管63供給至陽極室11及陰極室12(步驟(l))。藉由使電解裝置100連續運作，也就是同時連續地進行前述步驟(a)至(l)，根據鹼性水的電解之氧氣及氫氣的製造連續進行。使電解裝置100運作的期間，由於陰極反應與陽極反應之水消耗速度的不同等而使第1電解液槽40與第2電解液槽50之間產生液面差的場合，藉由通過連通配管80使電解液由一方之電解液槽移動至另一方之電解液槽，液面差會減低或解消。於具備這樣的連通配管的型態之電解裝置，電解液通過連通配管由一方之槽往另一方之槽流入的同時，通過連通配管流入的電解液也把該電解液中的溶存氣體一起帶入，所以在電解裝置不具有本發明的構成的場合，於電解液通過連通配管流入之側的槽，氣相區域中的氣體組成變得容易達到爆發臨界。相對於此，根據本發明之電解裝置，即使具備這樣的連通配管的場合，也可以防止各電解液槽的氣相區域中的氣體組成達到爆發臨界。亦即，於具備這樣的連通配管的型態之電解裝置，本發明之防止各電解液槽的氣相區域中的氣體組成達到爆發臨界的效果更顯著地發揮。
藉由被配置於第1電解液槽40的出氣側之第1氣體組成感知器71，監視第1電解液槽40的氣相區域40b之氣體組成(步驟(m))。於第1電解液槽40的出氣側被觀測的氣體組成，與氣相區域40b之氣體組成為相同，所以可藉由被配置於第1電解液槽40的出氣側的氣體組成感知器監視氣相區域40b之氣體組成。 藉由被配置於第2電解液槽50的出氣側之第2氣體組成感知器72，監視第2電解液槽50的氣相區域50b之氣體組成(步驟(n))。於第2電解液槽50的出氣側被觀測的氣體組成，與氣相區域50b之氣體組成為相同，所以可藉由被配置於第2電解液槽50的出氣側的氣體組成感知器監視氣相區域50b之氣體組成。 根據第1氣體組成感知器71之氣體組成的監視(步驟(m))，及根據第2氣體組成感知器72之氣體組成的監視(步驟(n))，亦可連續進行，亦可間歇進行，但由早期感知電解裝置100的異常的觀點來看以連續進行為佳。
關於本發明之前述說明，舉出具備被配置於第1電解液槽40的出氣側之第1氣體組成感知器71，及被配置於第2電解液槽50的出氣側之第2氣體組成感知器72的型態之電解裝置100，以及使用該電解裝置100的型態之氧氣及氫氣之製造方法為例，但本發明並不限於該型態。第1氣體組成感知器及第2氣體組成感知器的配置處所，亦可為各電解液槽的出氣側以外之處所。例如，把各氣體組成感知器配置於各電解液槽的氣相區域中亦可。此外例如，把各氣體組成感知器配置於各氣液分離器的出氣側(各電解液槽的上游側)亦可。於本發明之鹼性水電解裝置，由電解槽回收的各氣體，經由各電解液槽的氣相區域後取出。亦即，即使把各氣體組成感知器配置於各氣液分離器的出氣側(各電解液槽的上游側)的場合，也可以監視各電解液槽的氣相區域之氣體組成。此外，例如也可以是不具備第1氣體組成感知器及第2氣體組成感知器的型態之鹼性水電解裝置。
在關於本發明之前述說明，舉出具備電解液可流通地連接第1電解液槽40的液相區域40a，與第2電解液槽50的液相區域50a之連通配管80的型態之電解裝置100，以及使用該電解裝置的型態之氧氣及氫氣之製造方法為例，但本發明並不限於該型態。例如，也可以是不具備連接第1電解液槽的液相區域與第2電解液槽的液相區域之連通配管的型態之鹼性水電解裝置。
＜3.鹼性水電解裝置(2)＞ 在關於本發明之前述說明，循環裝置60，具備被連接於第1電解液槽40及第2電解液槽50的集合配管62，以及被連接於集合配管62及電解槽10，將通過集合配管62而導引的電解液供給至陽極室11及陰極室12的循環泵61的型態之電解裝置100，以及使用該電解裝置100的型態之氧氣及氫氣之製造方法為例，但本發明並不限於該型態。例如，循環裝置，也可以為具備由第1電解液槽對陽極室供給電解液之第1循環泵，以及由第2電解液槽對陰極室供給電解液之第2循環泵的型態之鹼性水電解裝置。圖2係模式說明相關於那樣的其他實施型態之鹼性水電解裝置200(以下亦稱為「電解裝置200」)之圖。於圖2，對已圖示於圖1的要素相同的要素賦予與圖1同一符號而省略說明。
電解裝置200，替代循環裝置60而具備循環裝置260這點，與前述說明的電解裝置100不同。循環裝置260，具備由第1電解液槽40對陽極室11供給電解液之第1循環泵261，以及由第2電解液槽50對陰極室12供給電解液之第2循環泵262。循環裝置260，進而具備把電解液由第1電解液槽40的液相區域40a導向第1循環泵261的配管263，與把由第1循環泵261送出的電解液導向陽極室11的配管265。此外，循環裝置260，進而具備把電解液由第2電解液槽50的液相區域50a導向第2循環泵262的配管264，與把由第2循環泵262送出的電解液導向陰極室12的配管266。第1循環泵261及第2循環泵262，可以無特別限制地使用從前用於鹼性水電解裝置的型態之循環泵。
＜4.氧氣及氫氣製造方法(2)＞ 參照圖2進而說明電解裝置200的動作，以及使用電解裝置200的型態之氧氣及氫氣之製造方法。使用電解裝置200的型態之氧氣及氫氣之製造方法，僅於前述步驟(l)不同。亦即，被貯留於第1電解液槽40的電解液，通過配管263被導向第1循環泵261而由第1循環泵261送出，通過配管265供給至陽極室11。此外，被貯留於第2電解液槽50的電解液，通過配管264被導向第2循環泵262，由第2循環泵262送出，通過配管266供給至陰極室(步驟(l’))。
藉由使電解裝置200連續運作，也就是同時連續地進行前述步驟(a)至(k)及(l’)，根據鹼性水的電解之氧氣及氫氣的製造連續進行。使電解裝置200運作的期間，由於陰極反應與陽極反應之水消耗速度的不同等而使第1電解液槽40與第2電解液槽50之間產生液面差的場合，藉由通過連通配管80使電解液由一方之電解液槽移動至另一方之電解液槽，液面差會減低或解消。
藉由這樣的電解裝置200，及使用電解裝置200的型態之氧氣及氫氣之製造方法，也同樣可以關聯於電解裝置100得到前述說明之效果。
100、200‧‧‧電解裝置 10‧‧‧電解槽 11‧‧‧陽極室 12‧‧‧陰極室 13‧‧‧(離子透過性之)隔膜 20‧‧‧第1氣液分離器 21‧‧‧陽極液/氣體回收管 22‧‧‧陽極液排出管 23‧‧‧氧氣吹入管 30‧‧‧第2氣液分離器 31‧‧‧陰極液/氣體回收管 32‧‧‧陰極液排出管 33‧‧‧氫氣吹入管 40‧‧‧第1電解液槽 40a、50a‧‧‧液相區域 40b、50b‧‧‧氣相區域 41‧‧‧氧氣排出管 50‧‧‧第2電解液槽 51‧‧‧氫氣排出管 60、260‧‧‧循環裝置 61‧‧‧循環泵 62‧‧‧集合配管 63‧‧‧電解液供給管 261‧‧‧第1循環泵 262‧‧‧第2循環泵 263、264、265、266‧‧‧配管 71‧‧‧第1氣體組成感知器 72‧‧‧第2氣體組成感知器 80‧‧‧連通配管
圖1係模式說明相關於本發明之一實施型態之鹼性水電解裝置100之圖。 圖2係模式說明相關於本發明之其他實施型態之鹼性水電解槽200之圖。
10‧‧‧電解槽
11‧‧‧陽極室
12‧‧‧陰極室
13‧‧‧(離子透過性之)隔膜
20‧‧‧第1氣液分離器
21‧‧‧陽極液/氣體回收管
22‧‧‧陽極液排出管
23‧‧‧氧氣吹入管
30‧‧‧第2氣液分離器
31‧‧‧陰極液/氣體回收管
32‧‧‧陰極液排出管
33‧‧‧氫氣吹入管
40‧‧‧第1電解液槽
40a、50a‧‧‧液相區域
40b、50b‧‧‧氣相區域
41‧‧‧氧氣排出管
50‧‧‧第2電解液槽
51‧‧‧氫氣排出管
60‧‧‧循環裝置
61‧‧‧循環泵
62‧‧‧集合配管
63‧‧‧電解液供給管
71‧‧‧第1氣體組成感知器
72‧‧‧第2氣體組成感知器
80‧‧‧連通配管
100‧‧‧電解裝置

Claims (9)

  1. 一種鹼性水電解裝置，其特徵為具備：具備收容陽極產生氧氣的陽極室、收容陰極產生氫氣的陰極室及區劃前述陽極室與前述陰極室的離子透過性隔膜之電解槽； 被連接於前述陽極室，將由前述陽極室流出的電解液及氧氣進行氣液分離之第1氣液分離器； 被連接於前述陰極室，將由前述陰極室流出的電解液及氫氣進行氣液分離之第2氣液分離器； 被連接於前述第1氣液分離器，收容藉由前述第1氣液分離器分離的電解液而貯留之第1電解液槽； 被連接於前述第2氣液分離器，收容藉由前述第2氣液分離器分離的電解液而貯留之第2電解液槽； 被連接於前述第1氣液分離器及前述第1電解液槽，把藉由前述第1氣液分離器分離的氧氣，導至前述第1電解液槽的氣相區域之氧氣吹入管； 被連接於前述第2氣液分離器及前述第2電解液槽，把藉由前述第2氣液分離器分離的氫氣，導至前述第2電解液槽的氣相區域之氫氣吹入管； 被連接於前述第1電解液槽，使氧氣由前述第1電解液槽的氣相區域流出的氧氣排出管； 被連接於前述第2電解液槽，使氫氣由前述第2電解液槽的氣相區域流出的氫氣排出管； 以及由前述第1電解液槽及前述第2電解液槽，對前述陽極室及前述陰極室供給電解液之循環裝置； 前述電解液為鹼性水溶液。
  2. 如申請專利範圍第1項之鹼性水電解裝置，其中前述循環裝置，具備： 被連接於前述第1電解液槽及前述第2電解液槽的集合配管，以及 被連接於前述集合配管及前述電解槽，將通過前述集合配管而導引的電解液供給至前述陽極室及前述陰極室的循環泵。
  3. 如申請專利範圍第1項之鹼性水電解裝置，其中前述循環裝置，具備： 由前述第1電解液槽對前述陽極室供給電解液之第1循環泵，以及 由前述第2電解液槽對前述陰極室供給電解液之第2循環泵。
  4. 如申請專利範圍第1～3項之任一項之鹼性水電解裝置，其中進而具備 監視前述第1電解液槽的氣相區域之氣體組成的第1氣體組成感知器，以及 監視前述第2電解液槽的氣相區域之氣體組成的第2氣體組成感知器。
  5. 如申請專利範圍第1～3項之任一項之鹼性水電解裝置，其中進而具備 電解液可流通地連接前述第1電解液槽的液相區域與前述第2電解液槽的液相區域之連通配管。
  6. 一種氧氣及氫氣之製造方法，係使用具備收容陽極產生氧氣的陽極室、收容陰極產生氫氣的陰極室及區劃前述陽極室與前述陰極室的離子透過性隔膜之電解槽，藉由電解鹼性水溶液之電解液而製造氧氣及氫氣的方法，其特徵為包含： (a)藉由對前述陽極室及前述陰極室供給電解液同時於前述陽極與前述陰極之間通電，使由前述陽極產生氧氣且使由前述陰極產生氫氣之工程、 (b)由前述陽極室回收包含電解液及氧氣的第1氣液混合物之工程、 (c)由前述陰極室回收包含電解液及氫氣的第2氣液混合物之工程、 (d)氣液分離前述第1氣液混合物之工程、 (e)氣液分離前述第2氣液混合物之工程、 (f)把藉由前述第1氣液混合物的氣液分離而分離之電解液，貯留於第1電解液槽的工程、 (g)把藉由前述第2氣液混合物的氣液分離而分離之電解液，貯留於第2電解液槽的工程、 (h)把藉由前述第1氣液混合物的氣液分離而分離之氧氣，導入前述第1電解液槽的氣相區域之工程、 (i)把藉由前述第2氣液混合物的氣液分離而分離之氫氣，導入前述第2電解液槽的氣相區域之工程、 (j)由前述第1電解液槽的氣相區域回收氧氣之工程、 (k)由前述第2電解液槽的氣相區域回收氫氣之工程、 (l)由前述第1電解液槽及前述第2電解液槽，對前述陽極室及前述陰極室供給電解液之工程。
  7. 如申請專利範圍第6項之氧氣及氫氣之製造方法，其中 前述工程(l)，包含： 把被貯留於前述第1電解液槽的電解液與被貯留於前述第2電解液槽的電解液之混合物，供給至前述陽極室及前述陰極室。
  8. 如申請專利範圍第6項之氧氣及氫氣之製造方法，其中 前述工程(l)，包含： 把被貯留於前述第1電解液槽的電解液，供給至前述陽極室，以及 把被貯留於前述第2電解液槽的電解液，供給至前述陰極室。
  9. 如申請專利範圍第6～8項之任一項之氧氣及氫氣之製造方法，其中進而包含 (m)監視前述第1電解液槽的氣相區域中的氣體組成之工程，以及 (n)監視前述第2電解液槽的氣相區域中的氣體組成之工程。
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