CN113631761A - 电解生成气体的纯化方法及电解装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电解生成气体的纯化方法，在对供给到具有阴极和阳极的电解槽内的电解液进行电解、使电解后的电解液经由设在电解槽外的电解液循环罐进行循环并且反复进行电解的工序中，在所述电解液循环罐的内部配置有袋状隔膜体，该袋状隔膜体由特有的多孔隔膜材料形成，是在上端具有开口并且整个侧面和整个底面封闭的形状，在该整个侧面和该整个底面具有较大的透过面积，从而能够对溶解有通过所述电解生成的电解生成气体并且共存有该电解生成气体的气泡的电解液进行纯化并且对该电解液进行电解，从而对自所述电解槽产生的电解生成气体进行纯化。
Description
技术领域
本发明涉及使通过电解生成的阴极气体或阳极气体在电解工艺内有效地高纯度化的电解生成气体的纯化方法及电解装置。本发明尤其涉及通过电解而生成被高纯度地纯化的氢气的电解装置及电解生成气体纯化方法。
背景技术
在碱水电解、非纯化水的电解、食盐电解、氯化物水溶液、溴化物水溶液、盐酸水溶液、硫酸水溶液的电解等电解中，通过电解从阴极室产生氢气。作为产生氢气的电解装置及电解方法的一个例子，有专利文献1所记载的碱水电解装置及碱水电解方法。在专利文献1所记载的电解方法中，将碱性水溶液作为电解液而供给到具有由隔膜隔离开的阳极室和阴极室的电解槽的阳极室和阴极室，使其经由电解液循环罐进行循环并且连续地进行电解处理。具体而言，将在所述电解槽的阴极室中进行了电解处理的阴极侧电解液和作为阴极侧电解生成气体的氢气从阴极室排出，从自该阴极室排出来的阴极侧电解液和氢气分离出氢气，之后将分离气体后的阴极侧电解液供给到电解液循环罐。与此同时，将在所述阳极室中进行了电解处理的阳极侧电解液和作为阳极侧电解生成气体的氧气从阳极室排出，从自该阳极室排出来的阳极侧电解液和氧气分离出氧气，之后将分离气体后的阳极侧电解液供给到电解液循环罐。然后，在该电解液循环罐中将所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液混合，使向两个电解室内供给的电解液的浓度成为相同的浓度，并且在始终维持一定浓度的同时进行连续电解。
近年来，为了防止地球温室化，摆脱化石燃料是很重要的，作为替代能源，广泛研究了氢气的应用。也期待应用通过电解生成的氢气。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015－29921号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，针对通过采用隔膜的碱水电解装置的电解而生成的氢气而言，在阳极侧产生的氧气会在浓度扩散等现象的作用下经由膜向作为相对电极室的阴极室扩散，作为杂质混入到该氢气中。达到例如纯度99.95％以上的高浓度是较为困难的。因此，将通过电解生成的氢气输送到反应塔，通过使用金属催化剂对在氢气中作为杂质而含有的氧气进行除去的方法等手段进行高纯度化。然而，在此使用的金属催化剂会在长期使用的过程中劣化，需要重制处理、更换适当新品，较为花费成本，此外，即便设置纯化***，也需要充分容量的反应塔的设备，为了提高氢气的纯度，花费了巨大的实用成本。
对于上述情况，在使用隔膜的碱水电解装置中，通过进行增厚隔膜的厚度等设计变更，根据情况的不同也有时能够实现99.95％等级的纯度。但是，在该情况下，膜阻力会升高，运转时的电池电压会上升，结果是电力消耗量升高，不能说是高性能的电解***。即，是不现实的装置。
在碱水电解、非纯化水的电解、食盐电解、氯化物水溶液、溴化物水溶液、盐酸水溶液、硫酸水溶液、固体高分子型水电解等电解中，在任一种情况下都能通过电解从阴极室生成氢气。与此同时，从阳极室生成氧气、臭氧和/或氯气等阳极侧电解生成气体。氧气等上述的阳极侧电解生成气体只要也有放出到大气的情况，就也有回收以供其他用途的情况。在该情况下也期望阳极侧电解生成气体的高纯度化。然而，针对氧气等阳极侧电解生成气体而言也没有找到提高纯度的有效的方法。
在以往的电解装置中，利用气液分离装置自电解液分离出氢气、氧气等电解生成气体。然后，在碱水电解装置中，将在电解液循环罐中混合得到的碱性电解液在阳极室和阴极室中循环使用。因此，不可避免混合在供给电解液中的溶解气体、微细气泡向气相、特别是向从各个电极生成的电解生成气体中的共同迁移。这是杂质混入到作为目标物的电解生成气体中的主要原因。此外，在食盐电解的过程中，阳极液和阴极液存在不循环地使用的情况和循环使用的情况。但是，在任一种情况下在阴极室的供给电解液中都会存在共存气体等杂质，因此在阴极室中生成的氢气会含有杂质，需要进行高纯度化。
像上述那样，在水溶液的电解装置中，作为阴极侧电解生成气体而产生氢气，作为阳极侧电解生成气体而产生依存于电解***的氧气或者氯气等卤素气体等。而且，对于这些电解生成气体而言，它们会作为溶解气体或微细气泡而共存在阳极侧电解液或阴极侧电解液中，因此例如在氢气中会存在氧气等而作为杂质，在氧气中会混入有氢气等而作为杂质。因此，存在很难简单地制造纯度较高的电解生成气体这样的问题。
因而，本发明的目的在于解决以往技术的问题，提供这样的电解装置及电解生成气体的纯化方法：利用能够减少使用金属催化剂和反应塔的比较高价的设备、工序的负荷以及运行成本的简单的手段，例如提高作为阴极侧电解生成气体的氢气的纯度，此外，根据情况的不同也能够提高氧气等阳极侧电解生成气体的纯度。
用于解决问题的方案
通过下述的本发明能达到上述的目的。本发明作为第1解决方案提供下述的电解生成气体的纯化方法。
[1]一种电解生成气体的纯化方法，在对供给到具有阴极和阳极的电解槽内的电解液进行电解、使电解后的电解液经由设在电解槽外的电解液循环罐进行循环并且反复进行电解的工序中，在纯化共存有该电解生成气体的气泡的电解液的同时对该电解液进行电解，从而纯化自所述电解槽产生的电解生成气体，其特征在于，在所述电解液循环罐的内部，与所述电解液循环罐的内表面之间空开间隔地设置有袋状隔膜体，该袋状隔膜体由使所述电解生成气体和与所述电解液共存的气泡直径较大的气泡不透过而残留的结构的多孔隔膜材料形成，是在上端具有开口并且整个侧面和整个底面封闭的形状，在所述整个侧面和所述整个底面具有较大的透过面积，将共存有所述电解生成气体的气泡的电解液从所述袋状隔膜体的开口供给到所述袋状隔膜体的内部，在由供给到所述袋状隔膜体的内部的所述电解液的自重引起的压力差的作用下使所述电解液和与所述电解液共存的气泡直径较小的气泡从所述袋状隔膜体自所述整个侧面和所述整个底面向所述电解液循环罐内透过，使所述电解生成气体和所述气泡直径较大的气泡残留在所述袋状隔膜体的内部，使减少了共存的气泡的所述电解液从所述电解液循环罐连续地向所述电解槽循环并且反复进行电解，从而纯化自所述电解槽产生的电解生成气体。
本发明作为第2解决方案提供下述的电解生成气体的纯化方法。
[2]根据上述[1]的电解生成气体的纯化方法，其中，使用碱水电解槽作为所述电解槽，该碱水电解槽具有由隔膜或离子交换膜隔离开的阴极室和阳极室，在所述阴极室和所述阳极室内分别具有阴极和阳极，向该电解槽的所述阴极室和所述阳极室内供给含有苛性碱的共用的组成的电解液，并且使用所述电解液循环罐作为阴极侧电解液和阳极侧电解液所共用的共用电解液循环罐，在所述阴极室内生成阴极侧电解生成气体，在所述阳极室内生成阳极侧电解生成气体，将所述阴极侧电解生成气体、所述阴极侧电解液及与所述阴极侧电解液共存的气泡、以及所述阳极侧电解生成气体、所述阳极侧电解液及与所述阳极侧电解液共存的气泡从所述袋状隔膜体的开口供给到内部，在由供给到所述袋状隔膜体的内部的所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液的自重引起的压力差的作用下使所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液以及与所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液共存的气泡直径较小的气泡从所述袋状隔膜体自所述袋状隔膜体的所述整个侧面和所述整个底面向所述共用电解液循环罐内透过，使所述阴极侧电解生成气体、所述阳极侧电解生成气体以及与所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液共存的气泡直径较大的气泡残留在所述袋状隔膜体的内部，使减少了与所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液共存的气泡的共用的组成的电解液从所述共用电解液循环罐连续地向所述电解槽循环并且反复进行电解，
从而纯化作为所述阴极侧电解生成气体的氢气或者该氢气和作为所述阳极侧电解生成气体的所述氧气。
本发明作为第3解决方案提供下述的电解装置。
[3]一种电解装置，其用于对供给到具有阴极和阳极的电解槽内的电解液进行电解，利用电解液循环罐使电解后的电解液进行循环并且连续地进行电解处理，并且回收电解生成气体，从而得到纯化的电解生成气体，其特征在于，该电解装置具有：电解液，其被供给到所述电解槽内；电解液循环罐，其用于使所述电解槽内的所述电解液循环；以及袋状隔膜体，其与所述电解液循环罐的内表面之间空开间隔地设置在所述电解液循环罐的内部，所述袋状隔膜体由如下的袋状隔膜体形成，其由使所述电解液和与所述电解液共存的气泡直径较大的气泡不透过而残留的结构的多孔隔膜材料形成，是在上端具有开口并且整个侧面和整个底面封闭的形状，在所述整个侧面和所述整个底面具有较大的透过面积，构成为，将共存有所述电解生成气体的气泡的电解液从所述袋状隔膜体的开口供给到所述袋状隔膜体的内部，在由供给到所述袋状隔膜体的内部的所述电解液的自重引起的压力差的作用下使所述电解液和与所述电解液共存的气泡直径较小的气泡从所述袋状隔膜体自所述袋状隔膜体的所述整个侧面和所述整个底面向所述电解液循环罐内透过，使所述电解生成气体和与电解液共存的气泡直径较大的气泡残留在所述袋状隔膜体的内部，使减少了共存的气泡的所述电解液从所述电解液循环罐连续地向所述电解槽循环并且反复进行电解，从而能够纯化自所述电解槽产生的电解生成气体。
本发明作为第4解决方案提供下述的电解装置。
[4]根据上述[3]所述的电解装置，其中，所述电解槽具有由隔膜或离子交换膜隔离开的阴极室和阳极室，在所述阴极室和所述阳极室内分别具有阴极和阳极，供给到该电解槽内的阴极侧电解液和阳极侧电解液由共用的组成的苛性碱水溶液形成，所述电解液循环罐是所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液所共用的共用电解液循环罐，该电解液循环罐用于将所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液混合，并将其作为共用的组成的苛性碱水溶液而分别供给到所述阴极室和所述阳极室，在所述电解装置中，将在所述阴极室生成的阴极侧电解生成气体、所述阴极侧电解液和与所述阴极侧电解液共存的气泡、以及在所述阳极室生成的阳极侧电解生成气体、阳极侧电解液和与所述阳极侧电解液共存的气泡从所述袋状隔膜体的开口供给到内部，在由供给到所述袋状隔膜体的内部的所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液的自重引起的压力差的作用下使所述阴极侧电解液、所述阳极侧电解液、与所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液共存的气泡直径较小的气泡从所述袋状隔膜体自所述袋状隔膜体的所述整个侧面和所述整个底面向所述共用电解液循环罐内透过，使所述阴极侧电解生成气体、所述阳极侧电解生成气体、以及与所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液共存的气泡直径较大的气泡残留在所述袋状隔膜体的内部，使减少了与所述阳极侧电解液和所述阴极侧电解液共存的气泡的共用的组成的电解液从所述共用电解液循环罐连续地向所述电解槽循环并且反复进行电解，从而纯化作为所述阴极侧电解生成气体的氢气或者该氢气和作为所述阳极侧电解生成气体的氧气。
发明的效果
本发明的特征在于，在对供给到具有阴极和阳极的电解槽内的电解液进行电解、使电解后的电解液经由设在电解槽外的电解液循环罐进行循环并且反复进行电解的工序中，在所述电解液循环罐的内部配置有袋状隔膜体(以下也称为“袋状隔膜体”或“薄膜袋”)，该袋状隔膜体由特有的多孔隔膜材料形成，是在上端具有开口并且整个侧面和整个底面封闭的形状，在该整个侧面和该整个底面具有较大的透过面积。通过这样构成，能够在对溶解有通过电解生成的电解生成气体并且共存有该电解生成气体的气泡的电解液进行纯化的同时对该电解液进行电解，实现对自所述电解槽产生的电解生成气体进行纯化的电解生成气体的纯化。根据本发明，所述电解生成气体和在所述电解液中共存的气泡直径较大的气泡(以下也称为“气泡直径较大的共存气泡”)被分离、保持在袋状隔膜体(薄膜袋)内，含有与电解液共存的气泡直径较小的气泡(以下也称为“气泡直径较小的共存气泡”)和在电解液中溶解的溶解气体的电解液在电解槽中被再次电解。因此，气泡直径较大的共存气泡不会循环到电解槽，结果能纯化电解生成气体。
本申请将日本国的特愿2019－060832号作为优先权的基础(称为基础申请)，全部记载该基础申请的内容。在主张优先权提出申请的过程中，像下述那样地限定了使本发明具有特征的“袋状隔膜体”。这是表达的变更，像下述说明的那样，并不是实质地变更基础申请的技术方案。在基础申请中，记载了“所述袋状隔膜体(薄膜袋)由水溶性透过性的隔膜形成”，此外，针对该袋状隔膜体(薄膜袋)的构造，记载了“所述电解生成气体和在所述电解液中共存的气泡直径较大的气泡被分离、保持在该袋状隔膜体(薄膜袋)内部，气泡直径较小的气泡共存的电解液透过该袋状隔膜体(薄膜袋)的简单的结构”，此外，记载了“通过使用于分离为含有共存的气泡直径较小的气泡的电解液和含有气泡直径较大的气泡(共存气泡)的电解液的隔膜的透过面积较大，从而使电解液透过隔膜”。在本发明中，将“袋状隔膜体”限定为“由使电解生成气体和与电解液共存的气泡直径较大的气泡不透过而残留的结构的多孔隔膜材料形成，是在上端具有开口并且整个侧面和整个底面封闭的形状，在整个侧面和整个底面具有较大的透过面积”。
像之前说明的那样，根据本发明，循环的电解液中的气泡的量变少，并且气泡直径较大的共存气泡不会循环到电解槽，供给电解液中的成为杂质的共存气体变少，因此抑制了电解液的溶解气体与在再次电解时在电极产生的气体一同从液相迁移到气相，不会降低产品气体的纯度、品质，能够提高电解生成气体的纯度。特别是，在电解液中共存的气泡中的氧气、氯气等阳极侧电解生成气体存在平均气泡直径较大的倾向，通过应用本发明的电解生成气体的纯化方法，能获得显著的效果，是有用的。
即，在本发明中，仅通过构成为，在电解液循环罐内设置所述袋状隔膜体(薄膜袋)，在使电解液循环时使该袋状隔膜体内的电解液向电解液循环罐内透过，例如就能抑制在电解液中共存的气泡直径较大的氧气、氯气等阳极侧电解生成气体向电解液循环罐内透过。根据本发明，利用上述简单的手段容易地除去了在作为阴极侧电解生成气体的氢气中作为杂质而存在的氧气等，其结果，能够制造高纯度地纯化的氢气。
更具体而言，根据本发明，能够减少在以往技术中为了纯化作为阴极侧电解生成气体的氢气而使用的采用金属催化剂的反应塔、其他的装置、工序的负荷，不特别设置氢纯化设备，能够利用简单的手段将作为阴极侧电解生成气体的氢气的纯度至少提高到99.94％以上。并且，根据本发明，仅通过在电解液循环罐内设置袋状隔膜体，不特别设置需要空间的任何的附带设备、工序就也能够高纯度地纯化氧气等阳极侧电解生成气体。此外，根据本发明，由于无需使用任何的附带设备、工序，因此能够削减设备容积。此外，没有振动、噪声、长期运转时的机械的损伤，能够长期稳定地工作，大幅度地减少了装置的维护费用。
另一方面，在电解液中溶解的溶解气体和气泡直径较小的共存气泡从袋状隔膜体内透过到电解液循环罐，与电解液一同循环到电解槽从而再次被电解。但是，即使因再次电解而剧烈地产生新的气体，溶解气体和气泡直径较小的共存气泡也不会因该产生气体而成为从液相迁移到气相的杂质气体，因此能够得到纯度较高的电解生成气体。因而，根据本发明，不在工艺内设置特别的高压泵等，能够活用自重的压力差通过通常的运转来纯化电解生成气体。
与此相对地，在利用以往技术对电解液进行电解的***中进行连续运转的情况下，存在下述的问题。例如在水电解过程中，作为阴极侧电解生成气体而生成氢气，作为阳极侧电解生成气体而生成氧气，同时在电解液中共存有作为阴极侧电解生成气体的氢气的气泡和作为阳极侧电解生成气体的氧气的气泡。而且已知的是，氢气的气泡直径比较小而氧气的气泡的气泡直径比较大。因此，在使电解液循环并且连续电解的情况下，在不使用构成本发明的袋状隔膜体而是使在电解槽中生成的电解液直接从循环罐循环到电解槽而再次进行电解时，作为气泡直径较大的共存气泡的氧气气泡会与电解液一同循环到电解槽。而且，在阴极中，会被在再次电解时在电极产生的气体(氢气)剧烈地搅拌，与该产生气体一同在电解液中溶解的氧气和共存的氧气气泡会作为杂质并作为氧气混入到氢气中，因此会降低作为电解生成气体的氢气的纯度、品质。
即，根据发明人的研究，在以往方法的对电解液进行电解的***中进行连续运转的情况下，在电解时会产生气液混合流体，即使经过第1级的气液分离装置，与电解液共存的共存气泡也无法被除去、分离，而是被供给到电解液循环罐，该共存气泡会与电解液同时循环到电解槽。
附图说明
图1是用于说明利用示出本发明的一个例子的碱水电解装置对作为阴极侧电解生成气体的氢气和作为阳极侧电解生成气体的氧气进行纯化的情况的流程图。
图2是用于说明利用示出本发明的另一个例子的食盐电解装置对作为阴极侧电解生成气体的氢气进行纯化的情况的流程图。
具体实施方式
接着，列举本发明的优选的方式详细地说明本发明。首先，对发明人实现本发明的原委进行说明。
在利用对电解液进行电解的***进行连续运转的情况下，通常需要电解液的电解液循环罐以使电解液循环，进行电解液的电解和再利用。在该***中，在电解时会产生气液混合流体，即使经过第一级的气液分离部件，也无法将在液体中共存的气泡全部分离而是将其供给到电解液循环罐，将气泡共存的电解液再次供给到电解槽。此时，若对该电解液进行电解，则共存气泡会被在再次电解时在电极产生的气体剧烈地搅拌，电解液的溶解气体会与该产生气体一同从液相迁移到气相，与产生气体共同从电解槽被排出。此时，在将产生气体作为产品的情况下，夹带的共存气体会成为杂质，其结果，会降低产品气体的纯度、品质。发明人为了解决该问题，在电解液循环罐内设置由多孔隔膜材料形成的、在上端具有开口并且整个侧面和整个底面封闭的形状的、在这些侧面和底面具有较大的透过面积的袋状隔膜体，从而能够简单且有效地分离除去电解液中的较大的共存气泡，由此，成功地提高了电解生成物的纯度和品质。
发明人在为了解决之前说明的以往技术的问题而进行研究的过程中，调查了上述那样的氢气、氧气等电解生成气体的性状，结果发现如下倾向：在电解液中共存的气泡的大小不同，氢气的气泡的气泡直径的大小比较小，随后按照氧气、氯气的顺序变大。然后，基于该见解进行了深入研究，结果发现：通过使电解液在电解处理后通过石棉隔膜这样的水溶液透过性的隔膜，从而能将气泡直径较大的共存气泡分离、保持在隔膜的内侧，在电解液中溶解的溶解气体和气泡直径较小的共存气泡会通过所述隔膜，能够分离为含有气泡直径较小的共存气泡的电解液和含有气泡直径较大的共存气泡的电解液。
发明人还发现了这样的方法：通过使用于分离为含有气泡直径较小的共存气泡的电解液和含有气泡直径较大的共存气泡的电解液的隔膜的透过面积较大，从而不需要特别的驱动力(加压)来使电解液透过隔膜，能够在自重的液体压力的作用下以预定的流量流过隔膜。该方法是在电解液循环罐的内部设置由隔膜形成的袋状隔膜体(薄膜袋)。而且，优选的是，在设置于电解液循环罐的内部时，例如在从上方观察的情况下，在与该罐的内周面之间设置间隔而成为同心圆的位置(罐内成为双层构造的位置)设置袋状隔膜体(参照图1和图2)。通过这样构成，在电解液循环罐内循环的电解液会于在电解槽内循环之前被供给到该设置的袋状隔膜体内并透过袋状隔膜体，结果，能简单地实现大幅度地除去在电解液中共存的气泡气体的情况。特别是，能够提高在电解后的电解液中存在的气泡直径较大的共存气泡的除去率，因此混入到电解生成气体中的成为杂质的气体的量会下降。其结果，即使剧烈地产生在再次电解时产生的新的气体，电解液的溶解气体与该产生气体一同从液相迁移到气相的杂质气体也变少，能够实现得到纯度较高的电解生成气体的情况。
以下，对电解液是纯水或含电解质的水溶液的情况下的例子即本发明的电解装置的结构及电解方法进行说明。本发明的电解装置带有具有阳极和阴极的电解槽，将电解液供给到电解槽，对电解液进行电解处理，除了在电解液循环罐内设置有袋状隔膜体之外基本上没有与以往的电解处理方法的不同之处。例如将这样的结构作为基本结构：将进行了电解处理的电解液与电解生成气体的气液混合流体从所述电解槽排出，将排出来的气液混合流体或自气液混合流体分离出电解生成气体之后的电解液供给到电解液循环罐，使供给到该电解液循环罐的电解液循环到所述电解槽，对电解液连续地进行电解。而且，特征在于，通过像上述那样地电解，从而能够实现使得到的电解生成气体成为高纯度地纯化的电解生成气体的效果。即，在本发明中，其特征在于具有下述的结构，其结果，通过像下述那样地进行电解从而能获得下述的效果。
(1)设为这样的结构：在电解液循环罐内与电解液循环罐的内表面之间空开间隔地设置有袋状隔膜体，该袋状隔膜体由使电解生成气体和气泡直径较大的共存气泡不透过而残留的结构的多孔隔膜材料形成，是在上端具有开口并且整个侧面和整个底面封闭的形状，在整个侧面和整个底面具有较大的透过面积。
(2)将共存有电解生成气体的气泡的电解液从袋状隔膜体的开口供给到袋状隔膜体的内部。
(3)在由供给到袋状隔膜体的内部的所述电解液的自重引起的压力差的作用下使所述电解液和在所述电解液中溶解的溶解气体以及所述电解液和气泡直径较小的共存气泡从所述袋状隔膜体自所述袋状隔膜体的具有较大的透过面积的所述整个侧面和所述整个底面向所述电解液循环罐内透过，
(4)使所述电解生成气体和所述气泡直径较大的共存气泡残留在所述袋状隔膜体的内部，
(5)使透过到电解液循环罐内的、共存气泡较少的电解液循环到电解槽，连续地进行电解处理(再次电解)，
(6)由于供给电解液中的成为杂质的共存气泡较少，因此抑制了电解液的溶解气体与在再次电解时在电极产生的电解生成气体一同从液相迁移到气相。
(7)通过像上述那样地构成，例如自作为电解生成气体的氢气、氧气等除去作为杂质的气泡直径较大的共存气泡，其结果，能高纯度地纯化并回收电解生成气体。
使本发明具有特征的袋状隔膜体具有这样的过滤功能：能够使作为水溶液的电解液透过，而且能够将气泡直径较大的共存气泡分离、保持在袋状隔膜体的内部，使共存气泡的含量较少的电解液透过到外部，只要是水溶液透过性的隔膜即可，没有特别的限定。例如适合使用石棉隔膜、PPS(聚苯硫醚)的无纺布、浸渗有PTFE(聚四氟乙烯)、PSF(聚砜)等聚合物的具有化学耐性的无纺布等。
在本发明中，为了增大由所述袋状隔膜体实现的气泡直径较大的共存气泡的分离效率，增大透过所述袋状隔膜体的电解液的透过面积的做法是有效的。袋状隔膜体例如通过将其整个侧面和整个底面形成为波纹状，从而能进一步增大电解液的透过面积。此外，通过将袋状隔膜体的形状设为电解液循环罐内的形状、相似形状或者与其接近的形状，从而能够进一步扩大其透过面积。
构成本发明的所述袋状隔膜体形成为袋状并设置在电解液循环罐内，从而如图所示能够将电解液循环罐内的状态设为双层构造。电解液从袋状隔膜体的整个侧面和整个底面透过。即，供给到袋状隔膜体中的电解液在其自重的作用下从前后、左右及下方的各方向向电解液循环罐内转移。通过这样设为袋状，从而使电解液透过的面成为整个侧面和整个底面，透过面积变广泛。因此，成为杂质的氧气等的气泡直径较大的气泡被有效率地除去，使该电解液循环到电解槽，因此能够高纯度地纯化氢气等。
与此相对地，在替代薄膜袋状的袋状隔膜体而例如使用平面上的隔膜片并将其设置在电解液循环罐的上部的情况下，电解液能够透过的面积变得极小，几乎不能实现利用本发明实现的气泡直径较大的共存气泡的除去。
以下，对本发明的实施方式进行说明。
〔第1实施方式〕
图1是用于说明一个例子的碱水电解的流程图，该碱水电解使用碱水电解槽作为电解槽1，将阴极室内的阴极侧电解液和阳极室内的阳极侧电解液在共用的共用电解液循环罐5中混合并进行循环，同时在阴极室内和阳极室内分别持续进行电解，纯化出作为阴极侧电解生成气体的氢气和作为阳极侧电解生成气体的氧气，该碱水电解基于上述那样的目的应用了本发明的纯化方法。在图1中，碱水电解装置具有电解槽1。附图标记2是收纳阴极的阴极室，附图标记3是收纳阳极的阳极室，附图标记4是划分阴极室2和阳极室3的隔膜。以下，参照图1进行说明。
作为阴极侧的电解液的输送路径，设有阴极侧电解液循环部件和阴极侧电解生成气体分离部件。阴极侧电解液循环部件由阴极侧电解液供给部件和阴极侧电解液排出部件构成。阴极侧电解液供给部件具有共用电解液循环罐5、与共用电解液循环罐5的底部连接的电解液供给线路7、循环泵8、以及阴极侧电解液供给线路14。利用泵20从纯水罐21向共用电解液循环罐5供给纯水22，利用泵23从碱水罐24供给碱水25，在共用电解液循环罐5内混合的电解处理前的电解液经由电解液供给线路7、循环泵8及阴极侧电解液供给线路14被供给到阴极室2内。不过，泵23的工作仅在初始电解液建浴时和碱浓度因长期运转而减少的情况下进行。此外，在图1的例子中，在电解液供给线路7上设置有换热器13。
阴极侧电解液排出部件将阴极侧电解液从与阴极室9的上部连结的阴极侧气液混合流体排出线路9排出，利用阴极侧气液分离部件10将其分离为作为阴极侧电解生成气体的氢气和阴极侧电解液，利用阴极侧电解液循环线路11将分离出氢气之后的阴极侧电解液从在设置于所述共用电解液循环罐5内的袋状隔膜体32的上表面形成的开口30供给到袋状隔膜体32的内部。该袋状隔膜体32由仅使所述电解液和所述气泡直径较小的共存气泡透过而使所述电解生成气体和所述气泡直径较大的气泡不透过的多孔隔膜材料形成。因此，共存的气泡变少的电解液会在由自重引起的压力差的作用下向所述共用电解液循环罐5内透过。
阴极侧电解液排出部件利用阴极侧气液分离部件10将从阴极侧气液混合流体排出线路9排出来的阴极侧电解液分离为作为阴极侧电解生成气体的氢气和阴极侧电解液，利用阴极侧电解液循环线路11将分离出氢气之后的阴极侧电解液供给到在上部具有开口30且底面31封闭的、由水溶液透过性的隔膜形成的袋状隔膜体32。该袋状隔膜体32设置在共用电解液循环罐5内，将供给到袋状隔膜体32内的阴极侧电解液从该袋状隔膜体32的整个侧面33和底面31排出到所述共用电解液循环罐5内。
在供给到使本发明具有特征的由水溶液透过性的隔膜形成的袋状隔膜体32内的阴极侧电解液中，从由隔膜隔离开的相对电极室即阳极室3透过来的溶解氧气和气泡状氧气以及通过阴极室中的电解生成而产生的溶解氢气和气泡状氢气彼此混合。在本发明中构成为，气泡直径较大的气泡状氧气残留在袋状隔膜体32内，仅是含有溶解氧气、溶解氢气及气泡直径较小的气泡状氢气的电解液从袋状隔膜体32内排出到共用电解液循环罐5内。因此，气泡直径较大的共存气泡气体不会循环到电解槽。
阴极侧气体分离部件具有阴极侧气液混合流体排出线路9、阴极侧气液分离部件10、以及阴极侧电解生成气体排出线路12。阴极侧气液分离部件10经由阴极侧电解生成气体排出线路12连接于水封装置19。水封装置19在内部收纳有水。阴极侧电解生成气体排出线路12的顶端浸渍在水封装置19内的水中，该处理方法也带有对电解工艺中的阳极室的压力和阴极室的压力进行控制的目的，能高纯度地纯化并回收分离出的氢气。另外，气液分离部件10也可以仅是利用配管进行T字型配管连接的简单的方法。该方法是使T字型连接的配管***比单纯的线路配管稍粗一些的程度，并不特别施加技术技巧，根据该方法，是气液混合流体水平地供给、气体垂直地朝向上方向并且液体向下方向流动的工艺。
碱水电解的氢气侧始终需要采取该气液分离手段，但碱水电解的阳极侧气液混合流体也可以完全不进行气液分离手段而是直接供给到循环罐。在这样构成的情况下，能够出于相对地降低循环罐内的氢浓度的目的不使氧气分离而是直接供给。因此，根据该方法，具有这样的优点：不使用氮气，而是能够利用通过电解运转而自身产生的氧气来稀释循环罐内的氢浓度。
另外，袋状隔膜体(薄膜袋)32和共用电解液循环罐5的上部的、作为电解生成气体的氢气和氧气从排气管29经由阳极侧电解生成气体排出线路27、水封装置28而从管26回收或者排出到大气中。
作为阳极侧的电解液的输送路径，设有阳极侧电解液循环部件和阳极气体分离部件。阳极侧电解液循环部件由阳极侧电解液供给部件和阳极侧电解液排出部件构成。阳极侧电解液供给部件具有共用电解液循环罐5、与共用电解液循环罐5的底部连接的电解液供给线路7、循环泵8及阳极侧电解液供给线路15。在共用电解液循环罐5内混合的电解液经由电解液供给线路7、循环泵8及阳极侧电解液供给线路15被供给到阳极室3内。
阳极侧电解液排出部件如下所述地构成。利用阳极侧气液分离部件17将从阳极侧气液混合流体排出线路16排出来的阳极侧电解液分离为作为阳极侧电解生成气体的氧气和阳极侧电解液，利用阳极侧电解液循环线路18将分离出氧气之后的阳极侧电解液供给到在上表面具有开口30且底面31封闭的、由水溶液透过性的隔膜形成的袋状隔膜体32。该袋状隔膜体32像所述那样设置在共用电解液循环罐5内，供给到袋状隔膜体32内的阳极侧电解液从该袋状隔膜体32的整个侧面33和底面31排出到所述共用电解液循环罐5。
在供给到袋状隔膜体32内的阳极侧电解液中，从相对电极室的阴极室2透过来的溶解氢气和气泡状氢气以及通过阳极的电解生成而产生的溶解氧气和气泡状氧气彼此混合。在此，气泡直径较大的气泡状氧气等残留在由水溶液透过性的隔膜形成的袋状隔膜体32内。另一方面，含有溶解氧气、溶解氢气及气泡直径较小的气泡状氢气的电解液从袋状隔膜体32内排出到共用电解液循环罐5内。其结果，像氧的气泡气体那样气泡直径较大的气泡气体被分离到袋状隔膜体32的内部，因此抑制了其向电解槽循环。该抑制效果依赖于所使用的袋状隔膜体的特性。利用循环泵8将从袋状隔膜体32内排出到共用电解液循环罐5内的电解液经由电解液供给线路7、阳极侧电解液供给线路15供给到阳极室3。
阳极气体分离部件具有阳极侧气液混合流体排出线路16、阳极侧气液分离部件17、以及阳极侧电解生成气体排出线路27。在阳极侧气液分离部件17的上方设有阀6，通过打开该阀6，从而使由阳极侧气液分离部件17分离出的阳极侧电解生成气体经由阳极侧电解生成气体排出线路27连接于水封装置28。水封装置28在内部收纳有水。阳极侧电解生成气体排出线路27的顶端浸渍在水封装置28内的水中，将分离出的阳极气体即氧气从管26回收或排出。
根据本实施方式，由于所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液均是在经由袋状隔膜体32供给到所述共用电解液循环罐5之后循环到阴极室和阳极室，因此气泡直径较大的共存气泡会残留在袋状隔膜体32内，无法循环到所述阴极室和所述阳极室。因此，能防止由气泡直径较大的共存气泡导致的、电解液中的成为杂质的溶解气体与在再次电解时在电极剧烈地产生的电解生成气体一同从液相迁移到气相的情况，因此不会降低产品气体的纯度、品质。结果，与作为阴极侧电解生成气体的氢气同时地也纯化了作为阳极侧电解生成气体的氧气。
在图1的例子中，电解液是碱性水溶液(例如KOH水溶液或NaOH水溶液)，即使在常压下也能够同样地实现加压***。本实施方式的电解装置包括电解液补充部件和水补充部件。电解液补充部件包括泵23和贮存高浓度的碱水25的碱水罐24。水补充部件包括泵20和贮存纯水22的纯水罐21。
〔第2实施方式〕
像上述那样，参照图1，对阳极侧电解液排出部件利用阳极侧气液分离部件17将从阳极侧气液混合流体排出线路16排出来的阳极侧电解液分离为作为阳极气体的氧气和阳极侧电解液，利用阳极侧电解液循环线路18将分离出氧气之后的阳极侧电解液供给到由水溶液透过性的隔膜形成的袋状隔膜体32的上部的开口30的例子进行了说明。然而，也可以是这样的形态：通过关闭设在阳极侧气液分离部件17的上方的阀6，不利用阳极侧气液分离部件17对作为阳极侧电解生成气体的氧气进行分离，而是将其作为阳极侧气液混合流体并利用阳极侧电解液循环线路18将其从阳极侧气液混合流体排出线路16供给到袋状隔膜体32。以下，对该第2实施方式进行说明。
在该情况下，在阳极电解生成的大量的氧气会供给到袋状隔膜体32的上部的开口30，但该大量的氧气不会在袋状隔膜体32的内部的电解液中溶解，而是从其上部的开口30经由排出管29、阳极侧电解生成气体排出线路27并经过水封装置28而被回收或排出到大气中。在阳极侧电解液中，除了上述的大量的氧气之外，从相对电极的阴极室2透过来的溶解氢气和气泡状氢气以及通过阳极的电解生成而产生的溶解氧气和气泡状氧气彼此混合。在此，气泡状氧气残留在由水溶液透过性的隔膜形成的袋状隔膜体32内，仅是含有溶解氧气、溶解氢气、气泡直径较小的气泡状氢气的电解液从袋状隔膜体32排出到共用电解液循环罐5内。
另外，在不自阳极侧气液混合流体分离出阳极侧电解生成气体、而是利用阳极侧电解液循环线路18将阳极侧气液混合流体直接从阳极侧气液混合流体排出线路16供给到袋状隔膜体32的第2实施方式的情况下，也可以设为这样的结构：不设置阳极侧气液分离部件17、阀6，而是利用阳极侧气液混合流体排出线路16和阳极侧电解液循环线路18直接连接阳极室3和袋状隔膜体32。并且，本发明的电解生成气体的纯化方法在加压***中也可以应用。另外，在加压***的情况下，阳极室、阴极室均被加压。因而，***内的阳极室与阴极室之间的压力差会成为与常压的情况相同的关系，利用袋状隔膜体32进行过滤的现象是相同的。
〔第3实施方式〕
像在第1实施方式和第2实施方式的例子中说明的那样，在图1所示的碱水电解装置中，在阳极侧和阴极侧对共用电解液循环罐进行共用。因而，在阴极侧电解液循环部件和阳极侧电解液循环部件中成为如下结构：阳极侧电解液和阴极侧电解液混合而成的电解液分别在阴极室2和共用电解液循环罐5之间以及阳极室3和共用电解液循环罐5之间进行循环。但是，本发明并不限于上述的图示的例子，也可以是这样的结构(未图示)：仅设置阴极侧电解液循环部件，仅使阴极侧电解液在电解液循环罐5和阴极室2之间循环，阳极侧电解液不循环。
并且，本发明除了碱水电解之外，也可以应用于食盐电解、氯化钾等卤化碱金属电解、固体高分子型水电解、硫酸电解、盐酸电解等水溶液电解。在这些电解中，替代图1所示的共用电解液循环罐5而设置阴极侧电解液循环罐和阳极侧电解液循环罐。而且，构成为在阴极侧使阴极侧电解液在阴极侧电解液循环罐和阴极室之间循环，在阳极侧使阳极侧电解液在阳极侧电解液循环罐和阳极室之间循环。此外，并不限于上述的例子，也可以是仅设置阴极侧电解液循环部件和阳极侧电解液循环部件中的任一者的结构。例如也可以是，阴极侧是设置阴极侧电解液循环部件而使电解液循环的结构，而阳极侧是使电解液从阳极侧电解液循环线路排出到装置外的结构。
接着，对使用食盐电解槽或氯化钾电解槽来作为本发明的电解生成气体的纯化方法所使用的电解槽的情况进行说明。
〔第4实施方式〕
图2示出了在本发明中电解槽使用食盐电解槽的情况的流程。在图2所示的例子中，使用食盐电解槽101，使用由氢氧化钠或氢氧化钾水溶液形成的电解液作为阴极侧电解液，使用由食盐水形成的电解液作为阳极侧电解液。而且，使用设置有袋状隔膜体(薄膜袋)132a的阴极侧电解液循环罐105a和未设置袋状隔膜体(薄膜袋)的阳极侧电解液循环罐105b来作为电解液循环罐。附图标记103是阳极室，附图标记104是阳离子交换膜。
作为阴极侧的电解液的输送路径，设有阴极侧电解液循环部件和阴极气体分离部件。阴极侧电解液循环部件由阴极侧电解液供给部件和阴极侧电解液排出部件构成。阴极侧电解液供给部件具有阴极侧电解液循环罐105a、与该阴极侧电解液循环罐105a的底部连接的阴极侧电解液供给线路114以及循环泵108。自阴极侧的泵123从纯水罐121向阴极侧电解液循环罐105a供给纯水122，并经由阴极侧电解液供给线路114和循环泵108从阴极侧电解液循环罐105a向阴极室102内供给阴极侧电解液。
阴极侧电解液排出部件像下述那样地构成。利用阴极侧气液分离部件110将从阴极侧气液混合流体排出线路109排出来的电解处理后的阴极侧电解液分离为作为阴极侧电解生成气体的氢气和阴极侧电解液。利用阴极侧电解液循环线路111将分离出氢气之后的电解处理后的阴极侧电解液供给到在上部具有开口130a且整个底面131a和整个侧面133a封闭的袋状隔膜体132a。该袋状隔膜体132a在电解液循环罐105a内与该电解液循环罐105a空开间隔地设置，供给到袋状隔膜体132a内的电解处理后的阴极侧电解液从该袋状隔膜体132a的整个侧面133a和整个底面131a透过到所述电解液循环罐105a内。在供给到袋状隔膜体132a内的阴极侧电解液中，气泡直径较大的氧气气泡、氯气气泡及气泡直径较小的氢气气泡等与未被气液分离的氢气和从阳极室103透过来的源自阳极室的透过氯气一同共存于阴极侧电解液中。在此，在阴极侧电解液中共存的气泡状氯气和气泡状氧气气泡由于气泡直径较大而残留在袋状隔膜体132a内，含有气泡直径较小的气泡状氢气的电解液在由自重引起的压力差的作用下从袋状隔膜体132a透过到电解液循环罐105a内。因而，像气泡状氯气和气泡状氧气那样气泡直径较大的共存气泡气体即使在阴极侧电解液中共存也不会循环到电解槽。
利用循环泵108将从袋状隔膜体132a排出到电解液循环罐105a内的电解处理后的阴极侧电解液经由阴极侧电解液供给线路114供给到阴极室102。阴极侧气体分离部件具有阴极侧气液混合流体排出线路109、阴极侧气液分离部件110、以及阴极侧电解生成气体排出线路112。阴极侧气液分离部件110经由阴极侧电解生成气体排出线路112连接于水封装置119。水封装置119在内部收纳有水。阴极侧电解生成气体排出线路112的顶端浸渍在水封装置119内的水中，能高纯度地纯化并回收分离出的氢气。另外，袋状隔膜体(薄膜袋)132a和阴极侧电解液循环罐105a的上部的氢气从阴极侧的排出管131经由水封装置被回收。
阳极侧电解液循环部件由阳极侧电解液供给部件和阳极侧电解液排出部件构成。阳极侧电解液供给部件具有阳极侧电解液循环罐105b、与阳极侧电解液循环罐105b的底部连接的阳极侧电解液供给线路115以及循环泵108。针对电解处理前的阳极侧电解液而言，自泵123从供给盐水罐124供给作为供给盐水125的饱和食盐水，阳极侧电解液循环罐105b内的阳极侧电解液在阳极侧电解液供给线路115内与饱和食盐水混合，并经由循环泵108供给到阳极室103内。
阳极侧电解液排出部件像下述那样构成。利用阳极侧气液分离部件117将从阳极侧气液混合流体排出线路116排出来的电解处理后的阳极侧电解液分离为作为阳极侧电解生成气体的氯气和电解处理后的阳极侧电解液，利用阳极侧电解液循环线路118将分离出氯气之后的电解处理后的阳极侧电解液供给到阳极侧电解液循环罐105b。将阳极侧电解液循环罐105b的上部的氯气从排出管129经由水封装置回收。利用循环泵108将供给到阳极侧电解液循环罐105b内的电解处理后的阳极侧电解液经由电解液供给线路115供给到阳极室103。
阳极侧气体分离部件具有阳极侧气液混合流体排出线路116、阳极侧气液分离部件117、以及阳极侧电解生成气体排出线路127。阳极侧气液分离部件117经由阳极气体气液混合流体排出线路127连接于水封装置128。水封装置128在内部收纳有水。阳极侧电解生成气体排出线路127的顶端浸渍在水封装置128内的水中，将分离出的作为阳极侧电解生成气体的氯气分离并回收。另外，即使替代食盐电解槽的食盐而使用采用氟、溴、碘等卤素的卤化碱金属电解槽，也能够实现相同的电解***。
〔第5实施方式〕
在图2所示的食盐电解装置中，在阳极侧和阴极侧分别设有电解液循环罐。因而，在上述的内容中，对阳极侧电解液和阴极侧电解液分别在阴极侧电解液循环部件和阳极侧电解液循环部件中进行循环的例子进行了说明。但是，本发明也可以是这样的结构：仅设置阴极侧电解液循环部件，仅使阴极侧电解液在阴极侧电解液循环罐105a和阴极室102之间循环，阳极侧电解液不循环。
〔第6实施方式〕
在图2所示的食盐电解装置中示出了这样的例子：在阳极侧和阴极侧分别设有电解液循环罐，使用在罐内设置有袋状隔膜体132a的阴极侧电解液循环罐105a和在罐内未设置袋状隔膜体的阳极侧循环罐105b来作为所述电解液循环罐。但是，本发明并不限定于上述的形态，例如也可以在阳极侧循环罐105b内也设置袋状隔膜体，在使阳极侧电解液通过袋状隔膜体而使气泡直径较大的共存气泡残留在袋状隔膜体内并被除去之后使该阳极侧电解液循环到阳极室。通过这样做，能够同时也纯化阳极侧电解生成气体。
〔第7实施方式〕
在第4实施方式和第6实施方式中示出了“利用阳极侧气液分离部件117将从阳极侧气液混合流体排出线路116排出来的电解处理后的阳极侧电解液分离为作为阳极侧电解生成气体的氯气和电解处理后的阳极侧电解液，利用阳极侧电解液循环线路118将分离出氯气之后的电解处理后的阳极侧电解液供给到阳极侧电解液循环罐105b。”的例子。但是，并不限定于此，也可以不利用阳极侧气液分离部件117将从阳极侧气液混合流体排出线路116排出来的电解处理后的阳极侧电解液气液分离为作为阳极侧电解生成气体的氯气和电解处理后的阳极侧电解液，而是将其作为阳极侧气液混合流体供给到阳极侧循环罐105b或设于阳极侧循环罐105b的袋状隔膜体。
并且，本发明的电解生成气体的纯化方法也可以在加压***中应用。另外，在加压***的情况下，阳极室、阴极室均被加压。因而，***内的阳极室与阴极室之间的压力差会成为与常压的情况相同的关系，利用袋状隔膜体进行过滤的现象是相同的。
【实施例】
接着，列举实施例更详细地说明本发明，但本发明并不限定于此。
＜实施例1＞
使用按照图1所示的流程进行运转的碱水电解槽来作为电解槽。利用电解面积16dm2的电解槽1实施了试验。阳极室3(容量18L)、阴极室2(容量18L)均为Ni制，阳极使用对扩张网(厚度约1.0mm×SW约4.0mm×LW8.0mm)实施了活性阳极涂覆而成的构件。阴极使用对细格网(厚度约0.2mm×SW2.0mm×LW1.0mm)实施了贵金属类的活性阴极涂覆而成的构件。使用在实施了亲水处理的PPS(聚苯硫醚)制的无纺布中浸渗有高分子聚合物的、厚度为250μm的膜状的隔膜来作为电解槽1的隔膜4，将其夹在两极之间，在零间隙的状态下进行组装。
作为袋状隔膜体32，分别使用由下述的3种隔膜材料形成的、上表面开口且底面封闭的圆筒状的构件。具体而言，分别使用利用由PSF(聚砜)和ZrO2形成的以PSF为基底的ZIRFON PERL UTP 500(商品名称、AGFA公司制、膜厚500μm)制作的袋状隔膜体、利用厚度为500μm的与所述的用于隔离电解槽的隔膜4相同的材料制作的、在PPS无纺布中浸渗高分子聚合物而成的袋状隔膜体、使用作为PTFE(聚四氟乙烯)的多孔膜的POREFLON FP－500(商品名称、住友电工公司制、膜厚500μm)的袋状隔膜体。上述袋状隔膜体的形状均使用纵向：50cm、直径：20cm、表面积：3454cm3、内容积：15.7L的、上表面开口且底面封闭的圆筒状。
在本实施例的电解液的循环方法中，如图1所示，从设置在碱水电解槽1的下部的电解液循环罐5(电解液容量32L)，利用循环泵8将共用的电解液从电解液供给喷嘴向阳极室3和阴极室2中以流量0.5L/分～2.0L/分供给。从电解槽1的上部的喷嘴排出的各气液流体经过气液分离器10和气液分离器17，液体均返回到电解液循环罐5，气体分别被放出到***外。作为运转条件，是40A/dm2、电解液：30质量％KOH、电解温度：75℃～85℃、大气压运转，针对单元***内的压力差而言，通过对从阳极室、阴极室分别排出的氧气和氢气进行水封来确定预定的条件。为了防止在运转时隔膜4振动，阳极室、阴极室之间的压力差保持在50mmH2O～100mmH2O。此外，在本实施例中，出于提高氢纯度的目的，维持阴极加压的状态。
在将通过电解使水分解而得到的相当量的纯水连续地向电解液循环罐5供给的同时进行运转。不进行夜间的运转地实施试验。为了获取有再现性的数据，按照进行5天、每天6小时的运转工作的方式进行如下形式的间歇反复运转：每天早上从电解液循环罐5向电解槽1供给电解液并开始运转，夜间停止运转并将电解液从电解槽1排出并回收到电解液循环罐5。在该工作过程中也是，不会大量消耗起初准备的碱性水溶液(在此是苛性钾KOH)，能够进行期望的浓度的运转，通过将电解而分解出的水向***内添加，从而能够进行连续运转。此外，与排出的氢气一同夹带的碱性雾量在5天的运转过程中未变大。另外，用作电解液的碱性水溶液即便使用苛性钠NaOH也是完全相同的情况，本发明并不限定于在本例中使用的苛性钾KOH。
将电解液和气液混合电解液向设置在循环罐内的、由上述的各个材料形成的袋状隔膜体(薄膜袋)32供给。其结果，首先能够确认到，在电解液的自重的作用下能够使电解液透过到电解液循环罐5内。此外，能够确认到，通过使气泡共存的电解液透过该袋状隔膜体32，从而能使从电解工艺排出的(作为产品的氢气)氢在任一种情况下均成为较高的纯度。并且可知的是，根据袋状隔膜体(薄膜袋)的材料的不同，电解生成气体的纯度有差异，能够确认到，能够通过考虑电解液、电解条件来选择适当的隔膜，从而得到更高纯度的产品。详细内容见后述。
＜比较例1＞
在图1的碱水电解槽中，对隔离电解槽的阴极室和阳极室的隔膜分别使用在实施例1中袋状隔膜体的形成材料所使用的3种隔膜材料，除了在电解液循环罐5内不设置袋状隔膜体32的情况之外，在任一种情况下都以与实施例1相同的装置和与实施例1相同的电解条件进行电解。
＜试验结果＞
在表1和表2中分别示出了通过在实施例1和比较例1中进行的电解工艺而得到的作为阴极侧电解生成气体的氢气和氧气的纯度。表中所示的纯度以进行了5天的间歇运转试验中的、在每天6小时的运转工作之后得到的各电解生成气体的纯度的最低值和最高值的范围进行表示。
表1：实施例1的试验结果
电解槽的隔膜使用实施了亲水处理的PPS制的隔膜。
表2：比较例1的试验结果
根据表1和表2的结果能够确认到，在使用任一种隔膜材料的情况下均是，与在电解液循环罐5内不设置袋状隔膜体32的结构的比较例相比，在实施例中能够提高电解生成气体的纯度。认为其原因在于，在电解液中混合的气泡直径较大的共存气泡会残留在设于电解液循环罐5内的袋状隔膜体32的内部，能够自从电解液循环罐5连续地供给到电解槽1内的电解液中除去共存气泡。即，基于上述的结果认为，气泡直径较大的共存气泡不会循环到电解槽1，即使电解液被在再次电解时在电极产生的气体剧烈地搅拌，但由于共存气泡较少，因此也能减少电解液的溶解气体与该产生气体一同从液相迁移到气相的状况，其结果，不会降低产品气体的纯度、品质，能够提高电解生成气体的纯度。
根据表1所示的、通过电解工艺得到的作为阴极侧电解生成气体的氢气和氧气的纯度的结果，能够确认到，通过选择以PSF为基底的隔膜或者在PPS无纺布中浸渗有高分子聚合物的隔膜来作为袋状隔膜体(薄膜袋)32的材料，能够实现稳定地得到99.94％以上的较高纯度的电解生成气体。特别是针对作为阴极侧电解生成气体的氢气而言，能够得到超过99.96％的高纯度的产品。另一方面，如表2的比较例所示，在使电解液循环时不使用袋状隔膜体(薄膜袋)的情况下，针对作为阴极侧电解生成气体的氢气的浓度而言，无法具有99.95％以上的纯度，因此在该情况下需要另外进行纯化处理。
此外，如表1和表2所示，确认到，针对作为阳极侧电解生成气体的氧气而言也是，通过使循环的电解液透过设在电解液循环罐5内的袋状隔膜体(薄膜袋)，从而能自向电解槽1内循环的电解液中除去气泡直径较大的杂质气体(共存气泡)，因此在实施例中能够得到具有99.94％以上的纯度的被纯化的作为阳极侧电解生成气体的氧气。另一方面，在使电解液循环时不使用袋状隔膜体(薄膜袋)的以往的方法的情况下，如表2所示，针对作为阳极侧电解生成气体的氧气而言，无法得到具有浓度超过99.92％的纯度的氧气。
以上，对使用碱水电解槽的情况下的电解***进行了说明，但在使用食盐电解槽或者其他的卤化碱金属电解槽的情况下也能得到与上述使用碱水电解槽的情况相同的结果。
产业上的可利用性
根据本发明，由隔膜材料形成袋状隔膜体(薄膜袋)，该隔膜材料具有比在循环使用的电解液中共存的气泡(气泡)小的细孔径、具有极大的透过面积并且具有有效的过滤功能，利用将该袋状隔膜体设置在电解液循环罐内这样的极为简单的手段从而能够使气泡直径较大的共存气泡残留在袋状隔膜体内而将其除去，其结果，能够减少在向电解槽循环的电解液中共存的气泡的量。而且，由于能够根据上述手段优先除去气泡直径较大的气泡，因此能防止因在电解液中共存的共存气泡导致的、因在再次电解时在电极产生的气体被剧烈地搅拌而导致电解液的溶解气体与该产生气体一同从液相迁移到气相的状况，因此不会降低产品气体的纯度、品质，能够提高电解生成气体的纯度，之后无需另外设置气体的纯化工序。
因而，根据本发明，在利用电解液循环罐使电解液循环的同时连续地进行电解处理并回收电解生成气体从而得到电解生成气体的情况下，能够在不设置以往为了进行电解生成气体的纯化而使用的采用金属催化剂的反应塔、其他的装置、工序等的特别的驱动设备的前提下将作为阴极侧电解生成气体的氢气的纯度提高到99.9％以上，将作为阳极侧电解生成气体的氧气的纯度提高到相当程度。此外，根据本发明，由于无需为了纯化电解生成气体而设置任何的附带设备、工序，因此能够削减设备面积、容积，此外，没有源自这些附带设备、工序的振动、噪声、长期运转时的机械的损伤，能够长期稳定地工作，大幅度地减少了装置的维护费用，因此其实用价值极高。
附图标记说明
1、电解槽；2、阴极室；3、阳极室；4、隔膜/离子交换膜；5、共用电解液循环罐；11、阴极侧电解液循环线路；14、阴极侧电解液供给线路；15、阳极侧电解液供给线路；16、阳极侧气液混合流体排出线路；17、阳极侧气液分离部件；18、阳极侧电解液循环线路；27、阳极侧电解生成气体排出线路；29、阳极侧电解生成气体排出线路；30、开口；31、整个底面；32、袋状隔膜体；33、整个侧面；101、电解槽；102、阴极室；103、阳极室；104、隔膜/离子交换膜；105a、阴极侧电解液循环罐；109、阴极侧气液混合流体排出线路；110、阴极侧气液分离部件；111、阴极侧电解液循环线路；112、阴极侧电解生成气体排出线路；114、阴极侧电解液供给线路；127、阳极侧电解生成气体排出线路；129、阳极侧电解生成气体排出线路；130a、开口；131a、整个底面；132a、袋状隔膜体(薄膜袋)；133a、整个侧面；131、阴极侧电解生成气体排出线路。
Claims (4)
1.一种电解生成气体的纯化方法，在对供给到具有阴极和阳极的电解槽内的电解液进行电解、使电解后的电解液经由设在电解槽外的电解液循环罐进行循环并且反复进行电解的工序中，在纯化共存有该电解生成气体的气泡的电解液的同时对该电解液进行电解，从而纯化自所述电解槽产生的电解生成气体，其特征在于，
在所述电解液循环罐的内部，与所述电解液循环罐的内表面之间空开间隔地设置有袋状隔膜体，该袋状隔膜体由使所述电解生成气体和与所述电解液共存的气泡直径较大的气泡不透过而残留的结构的多孔隔膜材料形成，是在上端具有开口并且整个侧面和整个底面封闭的形状，在所述整个侧面和所述整个底面具有较大的透过面积，
将共存有所述电解生成气体的气泡的电解液从所述袋状隔膜体的开口供给到所述袋状隔膜体的内部，
在由供给到所述袋状隔膜体的内部的所述电解液的自重引起的压力差的作用下使所述电解液和与所述电解液共存的气泡直径较小的气泡从所述袋状隔膜体自所述整个侧面和所述整个底面向所述电解液循环罐内透过，使所述电解生成气体和所述气泡直径较大的气泡残留在所述袋状隔膜体的内部，
使减少了共存的气泡的所述电解液从所述电解液循环罐连续地向所述电解槽循环并且反复进行电解，从而纯化自所述电解槽产生的电解生成气体。
2.根据权利要求1所述的电解生成气体的纯化方法，其特征在于，
使用碱水电解槽作为所述电解槽，该碱水电解槽具有由隔膜或离子交换膜隔离开的阴极室和阳极室，在所述阴极室和所述阳极室内分别具有阴极和阳极，向该电解槽的所述阴极室和所述阳极室内供给含有苛性碱的共用的组成的电解液，并且使用所述电解液循环罐作为阴极侧电解液和阳极侧电解液所共用的共用电解液循环罐，在所述阴极室内生成阴极侧电解生成气体，在所述阳极室内生成阳极侧电解生成气体，
将所述阴极侧电解生成气体、所述阴极侧电解液及与所述阴极侧电解液共存的气泡、以及所述阳极侧电解生成气体、所述阳极侧电解液及与所述阳极侧电解液共存的气泡从所述袋状隔膜体的开口供给到内部，
在由供给到所述袋状隔膜体的内部的所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液的自重引起的压力差的作用下使所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液以及与所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液共存的气泡直径较小的气泡从所述袋状隔膜体自所述袋状隔膜体的所述整个侧面和所述整个底面向所述共用电解液循环罐内透过，使所述阴极侧电解生成气体、所述阳极侧电解生成气体以及与所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液共存的气泡直径较大的气泡残留在所述袋状隔膜体的内部，
使减少了与所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液共存的气泡的共用的组成的电解液从所述共用电解液循环罐连续地向所述电解槽循环并且反复进行电解，
从而纯化作为所述阴极侧电解生成气体的氢气或者该氢气和作为所述阳极侧电解生成气体的所述氧气。
3.一种电解装置，其用于对供给到具有阴极和阳极的电解槽内的电解液进行电解，利用电解液循环罐使电解后的电解液进行循环并且连续地进行电解处理，并且回收电解生成气体，从而得到纯化的电解生成气体，其特征在于，
该电解装置具有：
电解液，其被供给到所述电解槽内；
电解液循环罐，其用于使所述电解槽内的所述电解液循环；以及
袋状隔膜体，其与所述电解液循环罐的内表面之间空开间隔地设置在所述电解液循环罐的内部，
所述袋状隔膜体由如下的袋状隔膜体形成，其由使所述电解液和与所述电解液共存的气泡直径较大的气泡不透过而残留的结构的多孔隔膜材料形成，是在上端具有开口并且整个侧面和整个底面封闭的形状，在所述整个侧面和所述整个底面具有较大的透过面积，
构成为，
将共存有所述电解生成气体的气泡的电解液从所述袋状隔膜体的开口供给到所述袋状隔膜体的内部，
在由供给到所述袋状隔膜体的内部的所述电解液的自重引起的压力差的作用下使所述电解液和与所述电解液共存的气泡直径较小的气泡从所述袋状隔膜体自所述袋状隔膜体的所述整个侧面和所述整个底面向所述电解液循环罐内透过，使所述电解生成气体和与电解液共存的气泡直径较大的气泡残留在所述袋状隔膜体的内部，
使减少了共存的气泡的所述电解液从所述电解液循环罐连续地向所述电解槽循环并且反复进行电解，从而能够纯化自所述电解槽产生的电解生成气体。
4.根据权利要求3所述的电解装置，其特征在于，
所述电解槽具有由隔膜或离子交换膜隔离开的阴极室和阳极室，在所述阴极室和所述阳极室内分别具有阴极和阳极，
供给到该电解槽内的阴极侧电解液和阳极侧电解液由共用的组成的苛性碱水溶液形成，
所述电解液循环罐是所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液所共用的共用电解液循环罐，该电解液循环罐用于将所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液混合，并将其作为共用的组成的苛性碱水溶液而分别供给到所述阴极室和所述阳极室，
将在所述阴极室生成的阴极侧电解生成气体、所述阴极侧电解液和与所述阴极侧电解液共存的气泡、以及在所述阳极室生成的阳极侧电解生成气体、阳极侧电解液和与所述阳极侧电解液共存的气泡从所述袋状隔膜体的开口供给到内部，
在由供给到所述袋状隔膜体的内部的所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液的自重引起的压力差的作用下使所述阴极侧电解液、所述阳极侧电解液、与所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液共存的气泡直径较小的气泡从所述袋状隔膜体自所述袋状隔膜体的所述整个侧面和所述整个底面向所述共用电解液循环罐内透过，使所述阴极侧电解生成气体、所述阳极侧电解生成气体、以及与所述阴极侧电解液和所述阳极侧电解液共存的气泡直径较大的气泡残留在所述袋状隔膜体的内部，
使减少了与所述阳极侧电解液和所述阴极侧电解液共存的气泡的共用的组成的电解液从所述共用电解液循环罐连续地向所述电解槽循环并且反复进行电解，
从而纯化作为所述阴极侧电解生成气体的氢气或者该氢气和作为所述阳极侧电解生成气体的氧气。
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