KR102664170B1

KR102664170B1 - 가스 제조 장치 및 가스 제조 방법

Info

Publication number: KR102664170B1
Application number: KR1020207037748A
Authority: KR
Inventors: 야스유키 다나카; 요시카즈 고다마; 다이스케 마츠나가
Original assignee: 가부시끼가이샤 도꾸야마
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2024-05-10
Also published as: CN112534087B; TW202010875A; US20210262101A1; JP6826699B2; EP3831986A4; TWI777076B; KR20210033952A; US11505872B2; CA3107396A1; JPWO2020022190A1; PH12021550131A1; WO2020022190A1; EP3831986A1; CN112534087A

Abstract

전해조와, 제1 및 제2 전해액 순환계와, 전해액 교환 장치를 구비하는 가스 제조 장치로서, 제1/제2 전해액 순환계는, 양극실/음극실로부터 유출된 제1/제2 전해액을 수용하여 저류(貯留)하는 제1/제2 순환 탱크와, 제1/제2 전해액을 양극실/음극실에 공급하는 제1/제2 순환 펌프를 포함하고, 전해액 교환 장치는, 제1 전해액 순환계에 존재하는 제1 전해액의 일부를 제2 전해액 순환계에 이송하며 또한 제2 전해액 순환계에 존재하는 제2 전해액의 일부를 제1 전해액 순환계에 이송하는, 가스 제조 장치.

Description

가스 제조 장치 및 가스 제조 방법

본 발명은, 알칼리수 전해법에 의한 가스 제조 방법 및 가스 제조 장치에 관한 것이며, 특히 가압 조건 하에서 알칼리수의 전해를 행하는 경우에 바람직한 가스 제조 방법 및 가스 제조 장치에 관한 것이다.

수소 가스 및 산소 가스의 제조 방법으로서, 알칼리수 전해법이 알려져 있다. 알칼리수 전해법에 있어서는, 알칼리 금속 수산화물(예를 들면 NaOH, KOH 등)이 용해한 염기성의 수용액(알칼리수)을 전해액으로서 이용해서 물을 전기 분해함으로써, 음극으로부터 수소 가스가 발생하고, 양극으로부터 산소 가스가 발생한다. 통상적으로, 알칼리수 전해용의 전해 셀은, 이온투과성의 격막(隔膜)으로 격리된 양극실 및 음극실을 구비하고 있고, 전기 분해는 양극실 및 음극실에 각각 전해액을 순환시키면서 행해진다. 각 극실로부터 회수된 전해액은 일단 순환 탱크에 모아져서 저류(貯留)되고, 순환 탱크에 저류된 전해액이 다시 각 극실에 공급된다.

일본 특개2017-039982호 공보 일본 특허 제6008482호 공보 일본 특개2017-119895호 공보 일본 특개2017-203218호 공보 일본 특개2017-179557호 공보

알칼리수의 전기 분해에 의한 수소 가스 및 산소 가스의 제조 프로세스에는, 용존 가스의 문제가 있다. 즉, 양극실로부터 회수되는 전해액에는, 양극 반응에서 발생한 산소 가스의 일부가 용존하고 있고, 음극실로부터 회수되는 전해액에는, 음극 반응에서 발생한 수소 가스의 일부가 용존하고 있다. 양극실로부터 회수된 전해액과, 음극실로부터 회수된 전해액이 순환 탱크 내에서 혼합되므로, 순환 탱크 내의 전해액에는 산소 가스 및 수소 가스의 양쪽이 용존하게 된다. 순환 탱크 내의 전해액 중에 용존하고 있는 산소 가스 및 수소 가스는 서서히 기상(氣相) 중에 방출되므로, 순환 탱크 상부의 기상 부분의 산소 가스 및 수소 가스의 농도가 서서히 상승한다. 그 때문에 전해 장치의 운전을 계속하는 동안, 순환 탱크 상부의 기상 부분의 가스 조성이 폭발 한계에 달할 우려가 있다. 특히 가압 조건 하에서 전해를 행하는 고압 타입의 알칼리수 전해 장치에 있어서는, 전해조의 극실 내부의 압력, 및, 전해조로부터 회수되는 가스 및 전해액의 압력이 상압보다도 높게 유지되므로, 전해액 중의 용존 가스량이 상압에 있을 때보다도 증대하고, 따라서 용존 가스의 문제가 현저해진다.

수소 가스를 발생하는 전해 프로세스에 대하여, 예를 들면 특허문헌 1에는, 양극을 수용하여 양극 가스를 발생하는 양극실과, 음극을 수용하여 수소 가스를 발생하는 음극실과, 상기 양극실과 상기 음극실을 구획하는 격막과, 전해액을 상기 양극실로부터 배출함과 함께 상기 양극실로 되돌리는 양극측 순환 라인을 구비하는 전해 장치로서, 상기 양극측 순환 라인이, 상기 전해액으로부터 상기 양극 가스를 분리하는 양극측 기액 분리 수단과, 상기 양극실과 상기 양극측 기액 분리 수단을 접속하고, 상기 전해액과 상기 양극 가스를 상기 양극실로부터 배출해서 상기 양극측 기액 분리 수단에 송급하는 양극측 배출 라인과, 상기 양극실과 상기 양극측 기액 분리 수단을 접속하고, 상기 전해액을 상기 양극측 기액 분리 수단으로부터 배출해서 상기 양극실에 송급하는 양극측 공급 라인을 구비하고, 용존한 상기 수소 가스가 기상으로서 존재하고, 상기 수소 가스와 상기 양극 가스가 혼합되는 기상 영역과 상기 양극측 기액 분리 수단을 접속하는 양극 가스 송급 라인을 갖고, 상기 양극 가스 송급 라인이 상기 양극 가스의 적어도 일부를 상기 기상 영역에 송급하고, 상기 기상 영역 중의 상기 수소 가스 농도가 폭발 한계 하한값 미만인 것을 특징으로 하는 전해 장치가 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 형태에 따르면, 수소를 발생하는 전해 프로세스에 있어서, 미량의 가스가 전해액의 순환 라인에 점차 축적되어 수소의 폭발 한계에 달할 가능성을 확실히 해소할 수 있다고 주장되고 있다.

그러나, 인용문헌 1에는, 순환 탱크의 기상 영역으로부터 배출된 가스를 배기 가스로서 계 외로 방출하는 것이 기재되어 있다. 인용문헌 1에 기재된 형태에 있어서는, 양극 가스를 이용해서 순환 탱크의 기상 영역 중의 가스를 압출하므로(퍼지하므로), 순환 탱크의 기상 영역으로부터 배출되는 가스에는, 기상 영역에 공급된 양극 가스에 더하여, 순환 탱크 중의 전해액으로부터 기상 영역에 방출된 음극 가스가 혼입되어 있다. 따라서, 인용문헌 1에 기재된 형태에 있어서 가령 순환 탱크의 기상 영역으로부터 배출되는 가스를 회수했다고 해도, 순도가 높은 양극 가스를 얻는 것은 곤란하다.

이러한 문제를 해결하는 수단으로서는, 양극실로부터 회수된 전해액과, 음극실로부터 회수된 전해액을 별개의 순환 탱크에 회수 및 저류하는 것도 생각할 수 있다. 즉, 양극실로부터 회수된 전해액은 양극측 순환 탱크에 회수 및 저류하고, 양극측 순환 탱크에 저류된 전해액을 양극실에 공급함과 함께, 음극실로부터 회수된 전해액은 음극측 순환 탱크에 회수 및 저류하고, 음극측 순환 탱크에 저류된 전해액을 음극실에 공급하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 알칼리수의 전해 프로세스에 있어서, 양극 반응은

2OH^-→(1/2)O₂↑+H₂O+2e^- …(1)

로 표시되고, 음극 반응은

2H₂O+2e^-→H₂↑+2OH^- …(2)

로 표시된다. 따라서 알칼리수의 전해 프로세스에 있어서는, 전체적으로는 물이 소비되지만, 음극 반응에 있어서 물이 소비되는데 반해서 양극 반응에 있어서는 물이 생성되므로, 전해 반응의 진행에 수반해서 양극측 순환 탱크와 음극측 순환 탱크 사이에 액면차가 발생해 버린다. 또한 양극 반응에서는 OH^-이온이 소비되고, 음극 반응에서는 OH^-이온이 생성되므로, 양극실과 음극실 사이에서 전하 중성을 유지하도록 격막을 투과해서 이온이 이동하지만, 음극 반응에서 생성된 OH^-이온 모두가 음극실로부터 양극실에 이동하는 것은 아니다. 즉, 통상적으로, 음극 반응에서 생성된 OH^-이온의 일부만이 격막을 투과해서 음극실로부터 양극실에 이동하고, 그 잔부(殘部)에 대응하는 음극실에 있어서의 음전하의 과잉은 양이온(알칼리수의 용질이 NaOH이면 Na⁺이온, 알칼리수의 용질이 KOH이면 K⁺이온)이 격막을 투과해서 양극실로부터 음극실에 이동함으로써서 해소된다. 그 결과, 전해 반응의 진행에 수반해서 양극측 순환 탱크와 음극측 순환 탱크 사이에서 전해액의 농도차가 발생해 버린다.

저압(상압) 프로세스이면, 양극측 순환 라인과 음극측 순환 라인을 분리한 경우여도, 양극측 순환 탱크의 액상 영역과 음극측 순환 탱크의 액상 영역에 연통하는 배관(연통관)을 더 설치하면, 중력 및 확산 법칙에 따라서 물 및 이온이 치우침을 해소하도록 연통관을 통해 이동하므로, 양극측 순환 탱크와 음극측 순환 탱크 사이의 액면차 및 농도차가 자동적으로 해소 내지 일정 수준 이하로 완화된다. 그러나 가압 조건 하에서 전해를 행하는 고압 프로세스에 있어서는 일반적으로 중력보다도 압력차가 지배적으로 되므로, 고압 프로세스에 있어서 상기와 같이 양극측 순환 라인과 음극측 순환 라인을 분리한 후에 양극측 순환 탱크의 액상 영역과 음극측 순환 탱크의 액상 영역 사이에 연통관을 설치했을 경우, 양극측 순환 라인과 음극측 순환 라인 사이의 압력차에 기인해서 압력이 높은 측의 순환 탱크로부터 압력이 낮은 측의 순환 탱크에 전해액이 이동함으로써 양 순환 탱크의 액면이 변동하고, 심한 경우에는 압력이 낮은 측의 순환 탱크가 전해액으로 흘러 넘쳐서, 전해 장치의 운전을 정지해야만 할 우려가 있다.

본 발명은, 가압 조건 하에서 알칼리수의 전해를 행하는 경우여도, 순환 탱크의 기상 영역 중의 가스 조성이 폭발 한계에 달하는 것을 방지함과 함께, 전해액 중의 용존 가스가 가스 순도에 미치는 악영향을 저감하면서 수소 가스 및 산소 가스의 양쪽을 안정적으로 제조하는 것이 가능한, 가스 제조 장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 가압 조건 하에서 알칼리수의 전해를 행하는 경우여도, 순환 탱크의 기상 영역 중의 가스 조성이 폭발 한계에 달하는 것을 방지함과 함께, 전해액 중의 용존 가스가 가스 순도에 미치는 악영향을 저감하면서 수소 가스 및 산소 가스의 양쪽을 안정적으로 제조하는 것이 가능한, 가스 제조 방법을 제공한다.

본 발명은, 다음의 [1]∼[14]의 형태를 포함한다.

[1] 양극을 수용하여 산소 가스를 발생하는 양극실과, 음극을 수용하여 수소 가스를 발생하는 음극실과, 상기 양극실과 상기 음극실을 구획하는 이온투과성의 격막을 구비하는 전해조와,

제1 전해액 순환계와,

제2 전해액 순환계와,

전해액 교환 장치

를 구비하는, 가스 제조 장치로서,

상기 제1 전해액 순환계는,

상기 양극실로부터 유출된 제1 전해액을 수용하여 저류하는, 제1 순환 탱크와,

상기 제1 순환 탱크에 저류된 상기 제1 전해액을 상기 양극실에 공급하는, 제1 순환 펌프를 포함하고,

상기 제2 전해액 순환계는,

상기 음극실로부터 유출된 제2 전해액을 수용하여 저류하는, 제2 순환 탱크와,

상기 제2 순환 탱크에 저류된 상기 제2 전해액을 상기 음극실에 공급하는, 제2 순환 펌프를 포함하고,

상기 전해액 교환 장치는, 상기 제1 전해액 순환계에 존재하는 상기 제1 전해액의 일부를 상기 제2 전해액 순환계에 이송하며, 또한, 상기 제2 전해액 순환계에 존재하는 상기 제2 전해액의 일부를 상기 제1 전해액 순환계에 이송하는 것을 특징으로 하는, 가스 제조 장치.

[2] 상기 전해액 교환 장치가,

상기 제1 순환 탱크에 저류된 상기 제1 전해액의 일부를 상기 제2 순환 탱크에 이송하는, 제1 전해액 이송 수단과,

상기 제2 순환 펌프의 출구측과 상기 음극실의 입구측을 잇는 배관을 흐르는 상기 제2 전해액의 일부를, 상기 제1 순환 펌프의 출구측과 상기 양극실의 입구측을 잇는 배관에 이송하는, 제2 전해액 이송 수단을 포함하는, [1]에 기재된 가스 제조 장치.

[3] 상기 전해액 교환 장치가,

상기 제2 순환 탱크에 저류된 상기 제2 전해액의 일부를 상기 제1 순환 탱크에 이송하는, 제1 전해액 이송 수단과,

상기 제1 순환 펌프의 출구측과 상기 양극실의 입구측을 잇는 배관을 흐르는 상기 제1 전해액의 일부를, 상기 제2 순환 펌프의 출구측과 상기 음극실의 입구측을 잇는 배관에 이송하는, 제2 전해액 이송 수단을 포함하는, [1]에 기재된 가스 제조 장치.

[4] 상기 양극실로부터 유출된 제1 가스 흐름의 압력을 제어하는, 제1 압력 제어 밸브와,

상기 음극실로부터 유출된 제2 가스 흐름의 압력을 제어하는, 제2 압력 제어 밸브

를 더 구비하는, [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 가스 제조 장치.

[5] 상기 제1 가스 흐름을 수용하여 냉각하는, 제1 냉각 장치와,

상기 제2 가스 흐름을 수용하여 냉각하는, 제2 냉각 장치와,

상기 제1 냉각 장치에 접속되고, 상기 제1 냉각 장치에 의해서 냉각된 제1 가스 흐름을 수용하여, 당해 제1 가스 흐름 중의 액화된 수분을 제거하는, 제1 필터 장치와,

상기 제2 냉각 장치에 접속되고, 상기 제2 냉각 장치에 의해서 냉각된 제2 가스 흐름을 수용하여, 당해 제2 가스 흐름 중의 액화된 수분을 제거하는, 제2 필터 장치

를 더 구비하고,

상기 제1 냉각 장치 및 상기 제1 필터 장치는, 상기 제1 압력 제어 밸브의 상류측에 배치되고,

상기 제2 냉각 장치 및 상기 제2 필터 장치는, 상기 제2 압력 제어 밸브의 상류측에 배치되어 있는, [4]에 기재된 가스 제조 장치.

[6] 상기 제1 압력 제어 밸브의 상류측에 있어서의 상기 제1 가스 흐름의 압력과, 상기 제2 압력 제어 밸브의 상류측에 있어서의 상기 제2 가스 흐름의 압력의 차압을 소정의 값으로 제어하는, 차압 제어 수단을 더 구비하는, [4] 또는 [5]에 기재된 가스 제조 장치.

[7] 상기 차압 제어 수단이,

상기 제1 압력 제어 밸브의 상류측에 있어서의 상기 제1 가스 흐름의 압력과, 상기 제2 압력 제어 밸브의 상류측에 있어서의 상기 제2 가스 흐름의 압력의 차압을 측정하는, 차압 검지기와,

상기 차압 검지기의 측정 결과에 의거해서, 상기 제1 압력 제어 밸브 및/또는 상기 제2 압력 제어 밸브를 제어하는, 밸브 제어 장치를 구비하는, [6]에 기재된 가스 제조 장치.

[8] 양극을 수용하여 산소 가스를 발생하는 양극실과, 음극을 수용하여 수소 가스를 발생하는 음극실과, 상기 양극실과 상기 음극실을 구획하는 이온투과성의 격막을 구비하는 전해조를 이용해서, 알칼리 수용액인 전해액을 전해함으로써 산소 가스 및 수소 가스를 제조하는 방법으로서,

(a) 상기 양극실에 제1 전해액을 공급하며 또한 상기 음극실에 제2 전해액을 공급하면서 상기 양극과 상기 음극 사이에 통전함으로써, 상기 양극으로부터 산소 가스를 발생시키며 또한 상기 음극으로부터 수소 가스를 발생시키는 공정과,

(b) 상기 양극실로부터, 산소 가스를 포함하는 제1 가스 흐름, 및, 상기 제1 전해액을 회수하는 공정과,

(c) 상기 음극실로부터, 수소 가스를 포함하는 제2 가스 흐름, 및, 상기 제2 전해액을 회수하는 공정과,

(d) 상기 양극실로부터 회수된 상기 제1 전해액을, 제1 순환 탱크에 저류하는 공정과,

(e) 상기 음극실로부터 회수된 상기 제2 전해액을, 제2 순환 탱크에 저류하는 공정과,

(f) 상기 제1 순환 탱크에 저류된 상기 제1 전해액을, 제1 순환 펌프를 이용해서 상기 양극실에 송액하는 공정과,

(g) 상기 제2 순환 탱크에 저류된 상기 제2 전해액을, 제2 순환 펌프를 이용해서 상기 음극실에 송액하는 공정과,

(h) 상기 제1 전해액의 일부를, 상기 제2 전해액 중에 도입하는 공정과,

(i) 상기 제2 전해액의 일부를, 상기 제1 전해액 중에 도입하는 공정을 포함하는, 가스 제조 방법.

[9] 상기 공정(h)가, 상기 제1 순환 탱크에 저류된 상기 제1 전해액의 일부를, 상기 제2 순환 탱크에 이송하는 것을 포함하고,

상기 공정(i)가, 상기 제2 순환 펌프로부터 송출된 상기 제2 전해액의 일부를, 상기 제1 순환 펌프로부터 송출된 상기 제1 전해액에 합류시키는 것을 포함하는, [8]에 기재된 가스 제조 방법.

[10] 상기 공정(h)가, 상기 제1 순환 펌프로부터 송출된 상기 제1 전해액의 일부를, 상기 제2 순환 펌프로부터 송출된 상기 제2 전해액에 합류시키는 것을 포함하고,

상기 공정(i)가, 상기 제2 순환 탱크에 저류된 상기 제2 전해액의 일부를, 상기 제1 순환 탱크에 이송하는 것을 포함하는, [8]에 기재된 가스 제조 방법.

[11] (j) 상기 양극실로부터 회수된 상기 제1 가스 흐름의 압력을, 당해 제1 가스 흐름의 유로에 설치된 제1 압력 제어 밸브를 이용해서 제어하는 공정과,

(k) 상기 음극실로부터 회수된 상기 제2 가스 흐름의 압력을, 당해 제2 가스 흐름의 유로에 설치된 제2 압력 제어 밸브를 이용해서 제어하는 공정을 더 포함하는, [8]∼[10]의 어느 하나에 기재된 가스 제조 방법.

[12] (l) 상기 제1 가스 흐름을 냉각하는 공정과,

(m) 상기 제2 가스 흐름을 냉각하는 공정과,

(n) 상기 공정(l)을 거친 상기 제1 가스 흐름으로부터, 상기 공정(l)에 있어서 응축된 수분을 제거하는 공정과,

(o) 상기 공정(m)을 거친 상기 제2 가스 흐름으로부터, 상기 공정(m)에 있어서 응축된 수분을 제거하는 공정을 더 포함하고,

상기 공정(j)는, 상기 공정(l) 및 (n)을 거친 상기 제1 가스 흐름의 압력을, 상기 제1 압력 제어 밸브를 이용해서 제어함으로써 행해지고,

상기 공정(k)는, 상기 공정(m) 및 (o)를 거친 상기 제2 가스 흐름의 압력을, 상기 제2 압력 제어 밸브를 이용해서 제어함으로써 행해지는, [11]에 기재된 가스 제조 방법.

[13] (p) 상기 제1 압력 제어 밸브의 상류측에 있어서의 상기 제1 가스 흐름의 압력과, 상기 제2 압력 제어 밸브의 상류측에 있어서의 상기 제2 가스 흐름의 압력의 차압을, 소정의 값으로 제어하는 공정을 더 포함하는, [11] 또는 [12]에 기재된 가스 제조 방법.

[14] 상기 공정(p)가,

(p1) 상기 제1 압력 제어 밸브의 상류측에 있어서의 상기 제1 가스 흐름의 압력과, 상기 제2 압력 제어 밸브의 상류측에 있어서의 상기 제2 가스 흐름의 압력의 차압을 측정하는 공정과,

(p2) 상기 공정(p1)의 측정 결과에 의거해서, 상기 공정(j) 및 (k)에 있어서 상기 제1 압력 제어 밸브 및/또는 상기 제2 압력 제어 밸브를 제어하는 공정을 포함하는, [13]에 기재된 가스 제조 방법.

[15] 상기 음극실의 내부의 압력이, 대기압에 대해서 20kPa 이상 고압으로 유지되는, [8]∼[14]의 어느 하나에 기재된 가스 제조 방법.

[16] 상기 양극실의 내부의 압력이, 대기압에 대해서 20kPa 이상 고압으로 유지되는, [8]∼[15]의 어느 하나에 기재된 가스 제조 방법.

본 발명의 가스 제조 장치는, 양극실에 제1 전해액을 순환 공급하는 제1 전해액 순환계와, 음극실에 제2 전해액을 순환 공급하는 제2 전해액 순환계를 개별적으로 구비한다. 따라서 본 발명의 가스 제조 장치에 의하면, 가압 조건 하에서 알칼리수의 전해를 행하는 경우여도, 순환 탱크의 기상 영역 중의 가스 조성이 폭발 한계에 달하는 것을 방지함과 함께, 전해액 중의 용존 가스가 가스 순도에 미치는 악영향을 저감하면서 수소 가스 및 산소 가스의 양쪽을 제조하는 것이 가능하게 된다. 또한 본 발명의 가스 제조 장치는, 제1 전해액 순환계에 존재하는 제1 전해액의 일부를 제2 전해액 순환계에 이송하며 또한 제2 전해액 순환계에 존재하는 제2 전해액의 일부를 제1 전해액 순환계에 이송하는 전해액 교환 장치를 구비하므로, 제1 전해액 순환계와 제2 전해액 순환계 사이의 압력차의 크고 작음에 관계없이, 제1 순환 탱크와 제2 순환 탱크 사이의 액면차 및 농도차를 해소 내지 완화하는 것이 가능하다. 따라서 본 발명의 가스 제조 장치에 의하면, 가압 조건 하에서 알칼리수의 전해를 행하는 경우여도, 각 가스를 안정적으로 제조하는 것이 가능하게 된다. 따라서 본 발명의 가스 제조 장치에 의하면, 가압 조건 하에서 알칼리수의 전해를 행하는 경우여도, 순환 탱크의 기상 영역 중의 가스 조성이 폭발 한계에 달하는 것을 방지함과 함께, 전해액 중의 용존 가스가 가스 순도에 미치는 악영향을 저감하면서 수소 가스 및 산소 가스의 양쪽을 안정적으로 제조하는 것이 가능하다.

본 발명의 가스 제조 방법은, 공정(b) 내지 (g)를 구비하므로, 양극실로부터 회수된 제1 전해액이 제1 순환 탱크에 저류되고, 제1 순환 탱크에 저류된 제1 전해액이 제1 순환 펌프에 의해 양극실에 공급됨과 함께, 음극실로부터 회수된 제2 전해액이 제2 순환 탱크에 저류되고, 제2 순환 탱크에 저류된 제2 전해액이 제2 순환 펌프에 의해 음극실에 공급된다. 따라서 본 발명의 가스 제조 방법에 따르면, 가압 조건 하에서 알칼리수의 전해를 행하는 경우여도, 순환 탱크의 기상 영역 중의 가스 조성이 폭발 한계에 달하는 것을 방지함과 함께, 전해액 중의 용존 가스가 가스 순도에 미치는 악영향을 저감하면서 수소 가스 및 산소 가스의 양쪽을 제조하는 것이 가능하게 된다. 또한 본 발명의 가스 제조 방법은 공정(h) 및 (i)를 구비하므로, 양극측의 전해액 순환계와 음극측의 전해액 순환계의 압력차의 크고 작음에 관계없이, 제1 순환 탱크와 제2 순환 탱크 사이의 액면차 및 농도차를 해소 내지 완화하는 것이 가능하다. 따라서 본 발명의 가스 제조 방법에 따르면, 가압 조건 하에서 알칼리수의 전해를 행하는 경우여도, 각 가스를 안정적으로 제조하는 것이 가능하게 된다. 따라서 본 발명의 가스 제조 방법에 따르면, 가압 조건 하에서 알칼리수의 전해를 행하는 경우여도, 순환 탱크의 기상 영역 중의 가스 조성이 폭발 한계에 달하는 것을 방지함과 함께, 전해액 중의 용존 가스가 가스 순도에 미치는 악영향을 저감하면서 수소 가스 및 산소 가스의 양쪽을 안정적으로 제조하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 가스 제조 장치(100)를 모식적으로 설명하는 도면.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시형태에 따른 가스 제조 장치(200)를 모식적으로 설명하는 도면.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시형태에 따른 가스 제조 장치(300)를 모식적으로 설명하는 도면.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시형태에 따른 가스 제조 장치(400)를 모식적으로 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시형태에 따른 가스 제조 장치(500)를 모식적으로 설명하는 도면.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시형태에 따른 가스 제조 장치(600)를 모식적으로 설명하는 도면.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시형태에 따른 가스 제조 장치(600')를 모식적으로 설명하는 도면.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시형태에 따른 가스 제조 장치(700)를 모식적으로 설명하는 도면.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시형태에 따른 가스 제조 장치(800)를 모식적으로 설명하는 도면.

본 발명의 상기한 작용 및 이득은, 이하에 설명하는 발명을 실시하기 위한 형태로부터 명백해진다. 이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 단, 본 발명은 이들 형태로 한정되는 것은 아니다. 또, 도면은 반드시 정확한 치수를 반영한 것은 아니다. 또한 도면에서는, 일부의 부호를 생략하는 경우가 있다. 본 명세서에 있어서는 특별히 단서를 달지 않는 한, 수치 A 및 B에 대하여 「A∼B」라는 표기는 「A 이상 B 이하」를 의미하는 것으로 한다. 이러한 표기에 있어서 수치 B에만 단위를 부여한 경우에는, 당해 단위가 수치 A에도 적용되는 것으로 한다. 또한 「또는」 및 「혹은」의 단어는, 특별히 단서를 달지 않는 한 논리합을 의미하는 것으로 한다. 본 명세서에 있어서, 요소 E₁ 및 E₂에 대하여 「E₁ 및/또는 E₂」라는 표기는 「E₁ 혹은 E₂, 또는 그들의 조합」을 의미하는 것으로 하고, 요소 E₁, …, E_N(N은 3 이상의 정수)에 대하여 「E₁, …, E_N-1, 및/또는 E_N」이라는 표기는 「E₁, …, E_N-1, 혹은 E_N, 또는 그들의 조합」을 의미하는 것으로 한다.

<1. 가스 제조 장치(1)>

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 가스 제조 장치(100)를 모식적으로 설명하는 도면이다. 가스 제조 장치(100)는, 전해액으로서 알칼리수를 이용하여, 알칼리수의 전기 분해에 의해 산소 가스 및 수소 가스를 제조하는 장치이다. 가스 제조 장치(100)는, 전해조(10)와, 제1 전해액 순환계(20)와, 제2 전해액 순환계(30)와, 순수(純水) 공급계(40)와, 전해액 교환 장치(50)와, 제1 가스 회수 라인(60)과, 제2 가스 회수 라인(70)을 구비하고 있다. 도 1 중, 화살표는 물질이 흐르는 방향을 가리키고 있다.

전해조(10)는, 양극을 수용하여 산소 가스를 발생하는 양극실(11), 음극을 수용하여 수소 가스를 발생하는 음극실(12), 및, 양극실(11)과 음극실(12)을 구획하는 이온투과성의 격막(13)을 구비하고 있다. 전해조(10)로서는, 알칼리수 전해 장치에 종래 이용되고 있는 형태의 전해조를 특별히 제한 없이 채용할 수 있다.

제1 전해액 순환계(20)는, 양극실(11)로부터 유출된 제1 전해액을 수용하여 저류하는, 제1 순환 탱크(21)와, 제1 순환 탱크(21)에 저류된 제1 전해액을 양극실(11)에 공급하는, 제1 순환 펌프(22)를 포함한다. 제1 순환 탱크(21)의 내부에는, 저류된 제1 전해액으로 점해져 있는 액상 영역(21a)과, 액상 영역(21a)의 상측의 공간인 기상 영역(21b)이 존재한다. 제1 전해액 순환계(20)는, 양극실(11)로부터 유출된 제1 전해액 및 양극 가스를 제1 순환 탱크(21)에 유도하는 배관(23)과, 제1 순환 탱크(21)의 액상 영역(21a)으로부터 제1 전해액을 제1 순환 펌프(22)에 유도하는 배관(24)과, 제1 순환 펌프(22)로부터 송출된 제1 전해액을 양극실(11)에 유도하는 제1 배관(25)을 더 구비하고 있다.

양극실(11)로부터는, 제1 전해액과 양극실(11)에서 발생한 가스를 포함하는 제1 기액 혼합물이 유출된다. 양극실(11)로부터 유출된 제1 기액 혼합물은, 배관(23)을 통해 제1 순환 탱크(21)에 유도되고, 제1 순환 탱크(21) 내부에 있어서, 제1 전해액은 액상 영역(21a)으로, 가스(제1 가스 흐름)는 기상 영역(21b)으로, 각각 분리(기액 분리)된다.

제2 전해액 순환계(30)는, 음극실(12)로부터 유출된 제2 전해액을 수용하여 저류하는, 제2 순환 탱크(31)와, 제2 순환 탱크(31)에 저류된 제1 전해액을 음극실(12)에 공급하는, 제2 순환 펌프(32)를 포함한다. 제2 순환 탱크(31)의 내부에는, 저류된 제2 전해액으로 점해져 있는 액상 영역(31a)과, 액상 영역(31a)의 상측의 공간인 기상 영역(31b)이 존재한다. 제2 전해액 순환계(30)는, 음극실(12)로부터 유출된 제2 전해액 및 음극 가스를 제2 순환 탱크(31)에 유도하는 배관(33)과, 제2 순환 탱크(31)의 액상 영역(31a)으로부터 제2 전해액을 제2 순환 펌프(32)에 유도하는 배관(34)과, 제2 순환 펌프(32)로부터 송출된 제2 전해액을 음극실(12)에 유도하는 제2 배관(35)을 더 구비하고 있다.

음극실(12)로부터는, 제2 전해액과 음극실(12)에서 발생한 가스를 포함하는 제2 기액 혼합물이 유출된다. 음극실(12)로부터 유출된 제2 기액 혼합물은, 배관(33)을 통해 제2 순환 탱크(31)에 유도되고, 제2 순환 탱크(31) 내부에 있어서, 제2 전해액은 액상 영역(31a)으로, 가스(제2 가스 흐름)는 기상 영역(31b)으로, 각각 분리(기액 분리)된다.

순수 공급계(40)는, 순수를 저류하는 순수 탱크(41)와, 순수 탱크(41)에 저류된 순수를 제2 순환 탱크(31)에 송액하는 물 공급 펌프(42)를 갖는다. 물 공급 펌프(42)가 순수 탱크(41)로부터 제2 순환 탱크(31)에 순수를 송액함으로써, 전해조(10)에 있어서의 물의 전해 반응에 의해서 소비된 물이 보충된다.

전해액 교환 장치(50)는, 제1 전해액 이송 수단(51)과, 제2 전해액 이송 수단(52)을 구비한다. 제1 전해액 이송 수단(51)은, 제1 순환 탱크(21)에 저류된 제1 전해액의 일부를 제2 순환 탱크(31)에 송액한다. 제2 전해액 이송 수단(52)은, 제2 순환 펌프(32)의 출구측과 음극실(12)의 입구측을 잇는 제2 배관(35)을 흐르는 제2 전해액의 일부를, 제1 순환 펌프(22)의 출구측과 양극실(11)의 입구측을 잇는 제1 배관(25)에 송액한다. 일 실시형태에 있어서, 제1 전해액 이송 수단(51) 및 제2 전해액 이송 수단(52)으로서는, 예를 들면 용적식 펌프 및 비용적식 펌프 등의 공지의 펌프를 이용할 수 있다. 용적식 펌프의 예로서는, 플런저 펌프, 피스톤 펌프, 다이어프램 펌프, 기어 펌프 등을 들 수 있다. 비용적식 펌프의 예로서는, 와권(渦卷) 펌프, 터빈 펌프 등을 들 수 있다. 또, 비용적식 펌프를 이용하는 경우여도, 비용적식 펌프와 유량 제어를 행하는 제어 장치를 조합함으로써, 전해액을 소정의 방향으로 소정의 유량으로 송액하는 것이 가능하다.

전해액 교환 장치(50)에 있어서의 제1 전해액 이송 수단(51)의 송액량 및 제2 전해액 이송 수단(52)의 송액량, 그리고 순수 공급계(40)에 있어서의 순수의 송액량은, 제1 순환 탱크(21)에 저류된 제1 전해액의 액량(액면 레벨) 및 농도, 그리고, 제2 순환 탱크(31)에 저류된 제2 전해액의 액량(액면 레벨) 및 농도를 소정의 수준으로 유지하도록 조정된다.

전해액의 액량 및 농도에 대하여 정상 상태가 실현되는 조건, 즉 제1 전해액 순환계(20) 및 제2 전해액 순환계(30)에 있어서의 전해액의 액량 및 농도가 각각 일정하게 유지되는 조건은, 제1 전해액 순환계(20) 및 제2 전해액 순환계(30)에 있어서의 전해액의 액량(체적) 및 OH^-이온 함유량의 시간 미분이 모두 0로 되는 것이므로, 다음의 4개의 식으로 표시된다. 단 제1 전해액 순환계(20) 및 제2 전해액 순환계(30)에 있어서의 전해액(알칼리수)의 농도는 충분히 높으므로, 물의 해리 평형을 무시하는 근사를 채용하고 있다. 또한 제1 순환 탱크(21) 및 제2 순환 탱크(31)로부터 제1 가스 회수 라인(60) 및 제2 가스 회수 라인(70)을 통해 가스 중의 미스트 또는 수증기로서 계 외로 이탈하는 수분은 무시하고 있다.

0=dV₁/dt=-w_c1-v₁₂+v₂₁ …(3)

0=dV₂/dt=-w_c2+v₁₂-v₂₁+w_s2 …(4)

0=dN₁/dt=n_f1+n_p21-v₁₂·C₁+v₂₁·C₂ …(5)

0=dN₂/dt=n_f2-n_p21+v₁₂·C₁-v₂₁·C₂ …(6)

(식 중,

V₁ : 제1 전해액 순환계(20)의 액량[L]

V₂ : 제2 전해액 순환계(30)의 액량[L]

N₁ : 제1 전해액 순환계(20)의 OH^-이온 함유량[mol]

N₂ : 제2 전해액 순환계(30)의 OH^-이온 함유량[mol]

w_c1 : 양극실에 있어서의 단위 시간마다의 물 소비량[L/s](물이 생성되는 경우는 음의 값)

w_c2 : 음극실에 있어서의 단위 시간마다의 물 소비량[L/s]

w_s2 : 순수 공급계(40)에 의한 제2 순환 탱크(31)에의 단위 시간마다의 물 공급량[L/s]

n_f1 : 양극실에 있어서의 단위 시간마다의 OH^-이온 생성량[mol/s](OH^-이온이 소비되는 경우는 음의 값)

n_f2 : 음극실에 있어서의 단위 시간마다의 OH^-이온 생성량[mol/s]

n_p21 : 격막(13)을 투과해서 음극실(12)로부터 양극실(11)에 이동하는 OH^-이온의 단위 시간마다의 양[mol/s]

v₁₂ : 전해액 교환 장치(50)에 의한 제1 전해액 순환계(20)로부터 제2 전해액 순환계(30)에의 단위 시간마다의 송액량[L/s]

v₂₁ : 전해액 교환 장치(50)에 의한 제2 전해액 순환계(30)로부터 제1 전해액 순환계(20)에의 단위 시간마다의 송액량[L/s]

이다)

또 가스 제조 장치(100)에 있어서, v₁₂는 제1 전해액 이송 수단(51)의 송액량과 동의(同義)이고, v₂₁은 제2 전해액 이송 수단(52)의 송액량과 동의이다.

식(3)∼(6)을 푼다. 우선 식(3)+식(4)로부터

w_s2=w_c1+w_c2 …(7)

이 얻어진다. 즉 순수 공급계(40)에 의한 물의 공급량은 전해조(10)에 있어서의 물의 소비량과 동등하면 된다.

또한 식(4)-식(3)으로부터

v₁₂-v₂₁=-w_c1 …(8)

이 얻어진다.

식(5)+식(6)으로부터

n_f1+n_f2=0 …(9)

가 얻어진다. 이것은 항상 만족된다(상기 식(1)(2) 참조).

식(6)-식(5)로부터

n_f2-n_f1-2n_p21+2(v₁₂·C₁-v₂₁·C₂)=0

이 얻어지고, 식(9)로부터 n_f1=-n_f2이므로

n_f2-n_p21+v₁₂·C₁-v₂₁·C₂=0 …(10)

으로 된다. 음극실(12)에서 생성된 OH^-이온의 전부가 격막(13)을 투과해서 양극실(11)에 이동하면 n_p21=n_f2이지만, 상기한 바와 같이 실제로는 그렇지 않으므로, 0<n_p21<n_f2이다. 따라서 무차원수 α(0<α<1. 이하에 있어서 「OH^-투과율 α」라 하는 경우가 있다)를 이용해서

n_p21=α·n_f2 …(11)

로 표시할 수 있고, 식(10)으로부터

(1-α)n_f2+v₁₂·C₁-v₂₁·C₂=0 …(10')

로 된다. 식(8)을 이용해서 v₂₁을 소거하면

v₁₂={(1-α)n_f2-w_c1·C₂}/(C₂-C₁) …(12)

가 얻어지고, 식(8)로부터

v₂₁={(1-α)n_f2-w_c1·C₁}/(C₂-C₁) …(13)

으로 된다.

여기에서, n_f2, w_c1, 및 w_c2는, 음극 반응에 관여하는 전자의 단위 시간당의 양 n_e[mol/s]을 이용해서

n_f2=n_e …(14)

w_c1=(18/1000)×(-1/2)n_e=-0.009n_e …(15)

w_c2=(18/1000)×n_e=0.018n_e …(16)

으로 표시할 수 있다. 단 가스 제조 장치(100) 운전 시의 전해액 온도에 있어서의 물의 밀도를 1000g/L로 하는 근사를 채용하고 있다. 식(14)∼(16)을 식(12)(13)(7) 및 (8)에 대입하면

v₁₂={(1-α)n_e+0.009n_e·C₂}/(C₂-C₁) …(12')

v₂₁={(1-α)n_e+0.009n_e·C₁}/(C₂-C₁) …(13')

w_s2=0.009n_e …(7')

v₁₂=v₂₁+0.009n_e …(8')

가 얻어진다. 식(12')(13')에 있어서 좌변(v₁₂ 및 v₂₁)은 양이고, 우변의 분자도 항상 양이므로, 우변의 분모에 있어서 C₂>C₁가 성립된다. 즉 정상 상태에 있어서는, 제2 전해액 순환계(30)에 있어서의 전해액 농도 C₂(즉 제2 전해액의 농도)가, 제1 전해액 순환계(20)에 있어서의 전체적인 전해액 농도 C₁(즉 제1 전해액의 농도)보다도 높게 유지된다.

식(12')(13')로부터, 전해액 교환 장치(50)의 송액량 v₁₂, v₂₁을 늘릴수록, 정상 상태에 있어서의 제1 전해액과 제2 전해액의 농도차 C₂-C₁은 작아지는 것이 이해된다. 즉, 원하는 농도차 C₂-C₁의 상한값에 대해서, 제1 및 제2 전해액 이송 수단(51, 52)의 송액량 v₁₂, v₂₁의 하한값을, 각각 식(12')(13')로부터 산출할 수 있다. 구체적인 수치로 한정되는 것은 아니지만, 단순한 예로서, n_e=1mol/s, α=0.5, C₂=10mol/L, C₁=9.9mol/L로 가정하면, 식(12')(13') 및 (7')로부터 v₁₂=5.9L/s, v₂₁=5.891L/s, w_s2=9mL/s로 산출된다. 실제로는 OH^-투과율 α의 값은 격막에 의해서만 정해지는 것은 아니고, 전해조의 구조 외에, 각 극실에 공급되는 전해액의 농도 및 공급량이나 전해 전류값, 전해액 온도, 극실 간 차압 등의 운전 조건에도 의존한다. 송액량 v₁₂ 및 v₂₁의 산출에 필요한 OH^-투과율 α의 값은, 예를 들면, 전해조의 실제 기계에, 전해액 교환 장치(50)를 작동시키지 않는 것 이외는 예정되어 있는 운전 조건과 마찬가지로 전해액을 유통시키고, 양극실(11) 출구측과 음극실(12) 출구측 사이에서 전해액 농도의 차를 측정함으로써 추정할 수 있다.

또한 식(7')에 의해서 산출되는 w_s2의 값은, 전해 반응에 의해서 소비되는 물만을 고려한 것이다. 실제로는 제1 및 제2 가스 회수 라인(60, 70)으로부터 회수되는 가스 중의 미스트 또는 수증기로서도 물이 계 외로 이탈한다. 일 실시형태에 있어서, 순수 공급 수단(40)의 물 공급 펌프(42)의 송액량은, 예를 들면 그와 같은 가스 흐름과 함께 계 외로 이탈하는 물의 양을 w_s2에 더한 값으로 해도 된다.

양극실(11)에의 전해액 공급량 v₁[L/s], 및 음극실(12)에의 전해액 공급량 v₂[L/s]는, 제1 순환 펌프(22)의 송액량 v_p1[L/s], 제2 순환 펌프(32)의 송액량 v_p2[L/s], 및 제2 전해액 이송 수단(52)의 송액량 v₂₁[L/s]를 이용해서, 각각

v₁=v_p1+v₂₁ …(14)

v₂=v_p2-v₂₁ …(15)

로 표시된다. 양극실(11) 및 음극실(12)에의 전해액 공급량 v₁, v₂는 거의 동등한 것이 바람직하다. 구체적으로는, 비 v₂/v₁이 0.80∼1.20, 보다 바람직하게는 0.90∼1.10으로 되도록, 제1 순환 펌프(22), 제2 순환 펌프(32), 및 제2 전해액 이송 수단(52)의 송액량 v_p1, v_p2, 및 v₂₁이 제어되는 것이 바람직하다. 비 v₂/v₁이 상기 범위 내임에 의해, 양극실(11)과 음극실(12) 사이에서의 전해 후의 전해액 농도차가 안정되므로, 전해조(10)의 전해 전압을 안정화하는 것이 용이하게 된다.

제2 전해액 이송 수단(52)의 송액량 v₂₁의, 제1 순환 펌프(22)의 송액량 v_p1 및 제2 순환 펌프(32)의 송액량 v_p2에 대한 비 v₂₁/v_p1, v₂₁/v_p2는, 각각 바람직하게는 0.001 이상, 보다 바람직하게는 0.003 이상이고, 또한 일 실시형태에 있어서 0.03 이하, 바람직하게는 0.01 이하이다. 제2 전해액 이송 수단(52)의 송액량의 제1 순환 펌프(22)의 송액량 및 제2 순환 펌프(32)의 송액량에 대한 비가 각각 상기 하한값 이상임에 의해, 제1 전해액 순환계(20)에 있어서의 전해액 농도와 제2 전해액 순환계(30)에 있어서의 전해액 농도의 차를 더 저감할 수 있으므로, 양극실(11)에 공급되는 전해액 및 음극실(12)에 공급되는 전해액의 농도를, 전력 효율이 높은 범위로 유지하는 것이 용이하게 된다. 또한 제2 전해액 이송 수단(52)의 송액량의 제1 순환 펌프(22)의 송액량 및 제2 순환 펌프(32)의 송액량에 대한 비가 각각 상기 상한값 이하임에 의해, 제1 전해액 순환계(20)로부터 전해액과 함께 제2 전해액 순환계(30)에 유입되는 용존 산소 가스, 및, 제2 전해액 순환계(30)로부터 전해액과 함께 제1 전해액 순환계(20)에 유입되는 용존 수소 가스를 저감할 수 있으므로, 제1 순환 탱크(21)의 액상 영역(21a)으로부터 기상 영역(21b)에 방출되는 수소 가스를 저감하고, 제1 가스 회수 라인(60)으로부터 회수되는 산소 가스의 순도를 더 높이는 것이 가능하게 됨과 함께, 제2 순환 탱크(31)의 액상 영역(31a)으로부터 기상 영역(31b)에 방출되는 산소 가스를 저감하고, 제2 가스 회수 라인(70)으로부터 회수되는 수소 가스의 순도를 더 높이는 것이 가능하게 된다.

제1 순환 탱크(21)에 저류되는 제1 전해액의 양은, 제1 순환 탱크(21)의 총용적에 대해서, 1∼99체적%의 범위 내로 유지되는 것이 바람직하고, 30∼70체적%의 범위 내로 유지되는 것이 보다 바람직하다. 마찬가지로, 제2 순환 탱크(31)에 저류되는 제2 전해액의 양은, 제2 순환 탱크(31)의 총용적에 대해서, 1∼99체적%의 범위 내로 유지되는 것이 바람직하고, 30∼70체적%의 범위 내로 유지되는 것이 보다 바람직하다. 각 순환 탱크(21, 31)에 저류되는 전해액의 양이 상기 범위 내임에 의해, 가스 제조 장치(100)를 보다 안정적으로 운전하는 것이 가능하게 된다.

제1 가스 회수 라인(60)으로부터는 산소 가스가 회수된다. 제1 가스 회수 라인(60)은, 제1 압력 제어 밸브(61)와, 양극실(11)로부터 유출된 제1 가스 흐름을 제1 순환 탱크(21)의 기상 영역(21b)으로부터 제1 압력 제어 밸브(61)의 일차측(입구측)에 유도하는 배관(62)과, 배관(62)의 도중에 설치되고, 배관(62)을 흐르는 제1 가스 흐름의 압력을 감시하는 압력계(63)를 구비한다. 제1 압력 제어 밸브(61)는, 제1 가스 흐름의 압력을 소정의 값으로 제어한다. 즉, 제1 압력 제어 밸브(61)는, 양극실(11)의 출구측으로부터 제1 순환 탱크(21)를 통해 제1 압력 제어 밸브(61)의 일차측에 이를 때까지의 영역에 있어서의 가스 압력을 소정의 값으로 제어한다. 제1 압력 제어 밸브(61)로서는, 일차측의 압력을 소정의 값으로 제어 가능한 공지의 제어 밸브를 특별히 제한 없이 이용할 수 있고, 일차측의 압력을 소정의 값으로 유지하는 전자 밸브 혹은 에어 구동 밸브를 바람직하게 이용할 수 있다. 전자 밸브 혹은 에어 구동 밸브인 제1 압력 제어 밸브(61)는, 일차측의 압력이 설정값에 달할 때까지는 가스를 이차측(출구측)에 유출시키지 않고, 기상 영역(21b)에 가스가 모여서 일차측의 압력이 설정값에 달하면, 일차측의 압력이 설정값을 초과하지 않도록 이차측에 가스를 유출시킨다. 제1 가스 회수 라인(60)이 제1 압력 제어 밸브(61)를 구비함으로써, 양극실(11), 제1 순환 탱크(21), 제1 순환 펌프(22)를 포함하는 제1 전해액 순환계(20)의 압력이 소정의 값으로 유지된다.

제2 가스 회수 라인(70)으로부터는 수소 가스가 회수된다. 제2 가스 회수 라인(70)은, 제2 압력 제어 밸브(71)와, 음극실(12)로부터 유출된 제2 가스 흐름을 제2 순환 탱크(31)의 기상 영역(31b)으로부터 제2 압력 제어 밸브(71)의 일차측(입구측)에 유도하는 배관(72)과, 배관(72)의 도중에 설치되고, 배관(72)을 흐르는 제2 가스 흐름의 압력을 감시하는 압력계(73)를 구비한다. 제2 압력 제어 밸브(71)는, 제2 가스 흐름의 압력을 소정의 값으로 제어한다. 즉, 제2 압력 제어 밸브(71)는, 음극실(12)의 출구측으로부터 제2 순환 탱크(31)를 통해 제2 압력 제어 밸브(71)의 일차측에 이를 때까지의 영역에 있어서의 가스 압력을 소정의 값으로 제어한다. 제2 압력 제어 밸브(71)로서는, 일차측의 압력을 소정의 값으로 제어 가능한 공지의 제어 밸브를 특별히 제한 없이 이용할 수 있고, 일차측의 압력을 소정의 값으로 유지하는 전자 밸브 혹은 에어 구동 밸브를 바람직하게 이용할 수 있다. 전자 밸브 혹은 에어 구동 밸브인 제2 압력 제어 밸브(71)는, 일차측의 압력이 설정값에 달할 때까지는 가스를 이차측(출구측)에 유출시키지 않고, 기상 영역(31b)에 가스가 모여서 일차측의 압력이 설정값에 달하면, 일차측의 압력이 설정값을 초과하지 않도록 이차측에 가스를 유출시킨다. 제2 가스 회수 라인(70)이 제2 압력 제어 밸브(71)를 구비함으로써, 음극실(12), 제2 순환 탱크(31), 제2 순환 펌프(32)를 포함하는 제2 전해액 순환계(30)의 압력이 소정의 값으로 유지된다.

일 실시형태에 있어서, 양극실(11) 및 음극실(12)의 한쪽 또는 양쪽의 내부의 압력을, 대기압에 대해서 20kPa 이상 고압으로 유지하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 제1 압력 제어 밸브(61)의 상류측(일차측)에 있어서의 제1 가스 흐름의 압력, 및, 제2 압력 제어 밸브(71)의 상류측(일차측)에 있어서의 제2 가스 흐름의 압력은, 예를 들면 950∼200kPa, 바람직하게는 900∼400kPa로 유지할 수 있다. 제1 압력 제어 밸브(61)의 상류측 및 제2 압력 제어 밸브(71)의 상류측에 있어서의 제1 가스 흐름 및 제2 가스 흐름의 압력이 상기 하한값 이상으로 유지될 경우, 일반적으로는 용존 가스의 문제가 현재화(顯在化)되기 쉬우므로, 본 발명의 효과가 현저해진다. 즉, 본 발명의 가스 제조 장치 및 가스 제조 방법에 따르면, 이와 같은 가압 조건 하에서 알칼리수의 전해를 행하는 경우여도, 순환 탱크의 기상 영역 중의 가스 조성이 폭발 한계에 달하는 것을 방지함과 함께, 전해액 중의 용존 가스가 가스 순도에 미치는 악영향을 저감하면서 수소 가스 및 산소 가스의 양쪽을 제조하는 것이 가능하다. 또한 제1 압력 제어 밸브(61)의 상류측 및 제2 압력 제어 밸브(71)의 상류측에 있어서의 제1 가스 흐름 및 제2 가스 흐름의 압력이 상기 상한값 이하임에 의해, 압력 제어가 용이하게 되는 것 외에, 전해조(10)를 구성하는 부재의 선정이 용이하게 된다.

<2. 가스 제조 방법(1)>

가스 제조 장치(100)의 동작, 및, 가스 제조 장치(100)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법에 대하여, 도 1을 참조하면서 더 설명한다.

전해조(10)의 양극실(11)에 제1 전해액을 공급하며 또한 음극실(12)에 제2 전해액을 공급하면서, 양극실(11)에 수용된 양극과 음극실(12)에 수용된 음극 사이에 통전함으로써, 양극실(11)에 있어서는 양극으로부터 산소 가스가 발생하고, 음극실(12)에 있어서는 음극으로부터 수소 가스가 발생한다(스텝(a)).

양극실(11)로부터는, 양극실(11)에서 발생한 산소 가스를 포함하는 제1 가스 흐름, 및, 제1 전해액이 회수된다(스텝(b)). 제1 가스 흐름 및 제1 전해액은 기액 혼합물로서 배관(23)을 통해 양극실(11)로부터 회수되어 제1 순환 탱크(21)에 유도되고, 제1 순환 탱크(21)에 있어서 기액 분리된다. 양극실(11)로부터 제1 순환 탱크(21)에 회수되어 기액 분리된 제1 전해액은 제1 순환 탱크(21)에 저류된다(스텝(d)). 제1 순환 탱크(21)에 저류된 제1 전해액은, 제1 순환 펌프(22)에 의해 양극실(11)에 송액된다(스텝(f)).

음극실(12)로부터는, 음극실(12)에서 발생한 수소 가스를 포함하는 제2 가스 흐름, 및, 제2 전해액이 회수된다(스텝(c)). 제2 가스 흐름 및 제2 전해액은 기액 혼합물로서 배관(33)을 통해 음극실(12)로부터 회수되어 제2 순환 탱크(31)에 유도되고, 제2 순환 탱크(31)에 있어서 기액 분리된다. 음극실(12)로부터 제2 순환 탱크(31)에 회수되어 기액 분리된 제2 전해액은 제2 순환 탱크(31)에 저류된다(스텝(e)). 제2 순환 탱크(31)에 저류된 제2 전해액은, 제2 순환 펌프(32)에 의해 음극실(12)에 송액된다(스텝(g)).

제1 순환 탱크(21)에 저류된 제1 전해액의 일부는, 제1 전해액 이송 수단(51)에 의해 제2 순환 탱크(31)에 이송된다. 이에 의해 제1 전해액의 일부가 제2 전해액 중에 도입된다(스텝(h)). 또한 제2 순환 펌프(32)로부터 송출된 제2 전해액의 일부는, 제2 전해액 이송 수단(52)에 의해 분기되고, 제1 순환 펌프(22)로부터 송출된 제1 전해액에 합류한다. 이에 의해 제2 전해액의 일부가 제1 전해액 중에 도입된다(스텝(i)).

양극실(11)로부터 회수된 제1 가스 흐름은, 제1 순환 탱크(21)의 기상 영역(21b)으로부터 제1 가스 회수 라인(60)을 통해 취출된다. 제1 가스 흐름의 압력은, 제1 가스 흐름의 유로(제1 가스 회수 라인(60))에 설치된 제1 압력 제어 밸브(61)에 의해서 소정의 값으로 제어된다(스텝(j)). 또한 음극실(12)로부터 회수된 제2 가스 흐름은, 제2 순환 탱크(31)의 기상 영역(31b)으로부터 제2 가스 회수 라인(70)을 통해 취출된다. 제2 가스 흐름의 압력은, 제2 가스 흐름의 유로(제2 가스 회수 라인(70))에 설치된 제2 압력 제어 밸브(71)에 의해서 소정의 값으로 제어된다(스텝(k)).

스텝(a) 내지 (k)가 동시에 연속적으로 행해짐에 의해, 산소 가스 및 수소 가스가 제조된다. 전해에 의해서 소비되는 물은 순수 공급계(40)에 의해 보충된다.

가스 제조 장치(100)에 있어서는, 양극실(11)에 순환 공급되는 제1 전해액과, 음극실(12)에 순환 공급되는 제2 전해액이, 제1 순환 탱크(21) 및 제2 순환 탱크(31)에 개별적으로 저류된다. 그리고 전해액 교환 장치(50)가 제1 전해액의 일부와 제2 전해액의 일부를 교환함으로써, 전해에 의해서 양극측과 음극측 사이에 발생하는 전해액량 및 전해액 농도의 불균형이 해소된다. 제1 전해액에 있어서의 용존 가스의 주성분은 산소 가스이고, 제2 전해액에 있어서의 용존 가스의 주성분은 수소 가스이다. 전해액 교환 장치(50)의 작용에 의해, 제1 전해액의 용존 산소 가스의 일부가 제2 전해액 중에 유입됨과 함께, 제2 전해액의 용존 수소 가스의 일부가 제1 전해액 중에 유입된다. 그러나 전해액 교환 장치(50)는 제1 전해액 및 제2 전해액의 일부를 교환하는데 지나지 않으므로, 가스 제조 장치(100)의 운전을 계속해도 제1 전해액에 있어서의 용존 가스의 주성분은 계속 산소 가스이고, 제2 전해액에 있어서의 용존 가스의 주성분은 계속 수소 가스이다. 따라서 전해액 교환 장치(50)의 작용이 제1 가스 회수 라인(60)으로부터 취출되는 산소 가스 및 제2 가스 회수 라인(70)으로부터 취출되는 수소 가스의 순도에 미치는 영향은 경미하다.

<3. 가스 제조 장치(2)>

본 발명에 관한 상기 설명에서는, 제1 순환 탱크(21)에 저류된 제1 전해액의 일부를 제2 순환 탱크(31)에 이송하는 제1 전해액 이송 수단(51), 및, 제2 순환 펌프(32)의 출구측과 음극실(12)의 입구측을 잇는 제2 배관(35)을 흐르는 제2 전해액의 일부를 제1 순환 펌프(22)의 출구측과 양극실(11)의 입구측을 잇는 제1 배관(25)에 이송하는 제2 전해액 이송 수단(52)을 포함하는 전해액 교환 장치(50)를 구비하는 형태의 가스 제조 장치(100), 그리고, 당해 가스 제조 장치(100)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법을 예로 들었지만, 본 발명은 당해 형태로 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 전해액 이송 수단이, 제2 순환 탱크(31)에 저류된 제2 전해액의 일부를 제1 순환 탱크(21)에 이송하고, 제2 전해액 이송 수단이, 제1 순환 펌프(22)의 출구측과 양극실(11)의 입구측을 잇는 제1 배관(25)을 흐르는 제1 전해액의 일부를 제2 순환 펌프(32)의 출구측과 음극실(12)의 입구측을 잇는 제2 배관(35)에 이송하는 형태의 전해액 교환 장치를 구비하는 가스 제조 장치, 및, 당해 가스 제조 장치를 이용하는 형태의 가스 제조 방법으로 하는 것도 가능하다.

도 2는, 그와 같은 다른 일 실시형태에 따른 가스 제조 장치(200)를 모식적으로 설명하는 도면이다. 도 2에 있어서, 도 1에 이미 나타난 요소에는 도 1에 있어서의 부호와 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략하는 경우가 있다. 가스 제조 장치(200)는, 전해액 교환 장치(50) 대신에 전해액 교환 장치(250)를 구비하는 점에 있어서, 가스 제조 장치(100)와 다르다. 전해액 교환 장치(250)는, 제1 전해액 이송 수단(51) 대신에 제1 전해액 이송 수단(251)을 구비하고, 제2 전해액 이송 수단(52) 대신에 제2 전해액 이송 수단(252)을 구비하는 점에 있어서, 전해액 교환 장치(50)와 다르다. 제1 전해액 이송 수단(251)은, 제2 순환 탱크(31)에 저류된 제2 전해액의 일부를 제1 순환 탱크(21)에 이송하는 점에 있어서, 제1 전해액 이송 수단(51)과 다르다. 또한 제2 전해액 이송 수단(252)은, 제1 순환 펌프(22)의 출구측과 양극실(11)의 입구측을 잇는 제1 배관(25)을 흐르는 제1 전해액의 일부를 제2 순환 펌프(32)의 출구측과 음극실(12)의 입구측을 잇는 제2 배관(35)에 이송하는 점에 있어서, 제2 전해액 이송 수단(52)과 다르다. 일 실시형태에 있어서, 제1 전해액 이송 수단(251) 및 제2 전해액 이송 수단(252)으로서는, 예를 들면 용적식 펌프 및 비용적식 펌프 등의 공지의 펌프를 이용할 수 있다. 용적식 펌프의 예로서는, 플런저 펌프, 피스톤 펌프, 다이어프램 펌프, 기어 펌프 등을 들 수 있다. 비용적식 펌프의 예로서는, 와권 펌프, 터빈 펌프 등을 들 수 있다. 또, 비용적식 펌프를 이용하는 경우여도, 비용적식 펌프와 유량 제어를 행하는 제어 장치를 조합함으로써, 전해액을 소정의 방향으로 소정의 유량으로 송액하는 것이 가능하다.

가스 제조 장치(200)에 있어서 전해액의 액량 및 농도에 대하여 정상 상태가 실현되는 조건은, 가스 제조 장치(100)에 있어서의 경우와 마찬가지로 생각할 수 있고, 식(3)∼(6)으로 표시된다.

0=dV₁/dt=-w_c1-v₁₂+v₂₁ …(3)

0=dV₂/dt=-w_c2+v₁₂-v₂₁+w_s2 …(4)

0=dN₁/dt=n_f1+n_p21-v₁₂·C₁+v₂₁·C₂ …(5)

0=dN₂/dt=n_f2-n_p21+v₁₂·C₁-v₂₁·C₂ …(6)

가스 제조 장치(200)에 있어서, v₁₂는 제2 전해액 이송 수단(252)의 송액량과 동의이고, v₂₁은 제1 전해액 이송 수단(251)의 송액량과 동의이다. 식(3)∼(6)은 상기와 마찬가지로 풀 수 있고, 상기와 마찬가지로

v₁₂={(1-α)n_e+0.009n_e·C₂}/(C₂-C₁) …(12')

v₂₁={(1-α)n_e+0.009n_e·C₁}/(C₂-C₁) …(13')

w_s2=0.009n_e …(7')

v₁₂=v₂₁+0.009n_e …(8')

가 얻어진다. 즉 가스 제조 장치(100)에 있어서의 경우와 마찬가지로, 정상 상태에 있어서는, 제2 전해액 순환계(30)에 있어서의 전해액 농도 C₂(즉 제2 전해액의 농도)가, 제1 전해액 순환계(20)에 있어서의 전체적인 전해액 농도 C₁(즉 제1 전해액의 농도)보다도 높게 유지된다. 또한 전해액 교환 장치(250)의 송액량 v₁₂, v₂₁을 늘릴수록, 정상 상태에 있어서의 제1 전해액과 제2 전해액의 농도차 C₂-C₁은 작아진다.

가스 제조 장치(200)에 있어서, 양극실(11)에의 전해액 공급량 v₁[L/s], 및 음극실(12)에의 전해액 공급량 v₂[L/s]는, 제1 순환 펌프(22)의 송액량 v_p1[L/s], 제2 순환 펌프(32)의 송액량 v_p2[L/s], 및 제2 전해액 이송 수단(252)의 송액량 v₁₂[L/s]를 이용해서, 각각

v₁=v_p1-v₁₂ …(14')

v₂=v_p2+v₁₂ …(15')

로 표시된다. 양극실(11) 및 음극실(12)에의 전해액 공급량 v₁, v₂는 거의 동등한 것이 바람직하다. 구체적으로는, 비 v₂/v₁이 0.80∼1.20, 보다 바람직하게는 0.90∼1.10으로 되도록, 제1 순환 펌프(22), 제2 순환 펌프(32), 및 제2 전해액 이송 수단(252)의 송액량 v_p1, v_p2, 및 v₁₂가 제어되는 것이 바람직하다. 비 v₂/v₁이 상기 범위 내임에 의해, 양극실(11)과 음극실(12) 사이에서의 전해 후의 전해액 농도차가 안정되므로, 전해조(10)의 전해 전압을 안정화하는 것이 용이하게 된다.

가스 제조 장치(200)에 있어서, 제2 전해액 이송 수단(252)의 송액량 v₁₂의, 제1 순환 펌프(22)의 송액량 v_p1 및 제2 순환 펌프(32)의 송액량 v_p2에 대한 비 v₁₂/v_p1, v₁₂/v_p2는, 각각 바람직하게는 0.001 이상, 보다 바람직하게는 0.003 이상이고, 또한 일 실시형태에 있어서 0.03 이하, 바람직하게는 0.01 이하이다. 제2 전해액 이송 수단(252)의 송액량의 제1 순환 펌프(22)의 송액량 및 제2 순환 펌프(32)의 송액량에 대한 비가 각각 상기 하한값 이상임에 의해, 제1 전해액 순환계(20)에 있어서의 전해액 농도와 제2 전해액 순환계(30)에 있어서의 전해액 농도의 차를 더 저감할 수 있으므로, 양극실(11)에 공급되는 전해액 및 음극실(12)에 공급되는 전해액의 농도를, 전력 효율이 높은 범위로 유지하는 것이 용이하게 된다. 또한 제2 전해액 이송 수단(252)의 송액량의 제1 순환 펌프(22)의 송액량 및 제2 순환 펌프(32)의 송액량에 대한 비가 각각 상기 상한값 이하임에 의해, 제1 전해액 순환계(20)로부터 전해액과 함께 제2 전해액 순환계(30)에 유입되는 용존 산소 가스, 및, 제2 전해액 순환계(30)로부터 전해액과 함께 제1 전해액 순환계(20)에 유입되는 용존 수소 가스를 저감할 수 있으므로, 제1 순환 탱크(21)의 액상 영역(21a)으로부터 기상 영역(21b)에 방출되는 수소 가스를 저감하고, 제1 가스 회수 라인(60)으로부터 회수되는 산소 가스의 순도를 더 높이는 것이 가능하게 됨과 함께, 제2 순환 탱크(31)의 액상 영역(31a)으로부터 기상 영역(31b)에 방출되는 산소 가스를 저감하고, 제2 가스 회수 라인(70)으로부터 회수되는 수소 가스의 순도를 더 높이는 것이 가능하게 된다.

제1 순환 탱크(21)에 저류되는 제1 전해액의 양은, 제1 순환 탱크(21)의 총용적에 대해서, 1∼99체적%의 범위 내로 유지되는 것이 바람직하고, 30∼70체적%의 범위 내로 유지되는 것이 보다 바람직하다. 마찬가지로, 제2 순환 탱크(31)에 저류되는 제2 전해액의 양은, 제2 순환 탱크(31)의 총용적에 대해서, 1∼99체적%의 범위 내로 유지되는 것이 바람직하고, 30∼70체적%의 범위 내로 유지되는 것이 보다 바람직하다. 각 순환 탱크(21, 31)에 저류되는 전해액의 양이 상기 범위 내임에 의해, 가스 제조 장치(200)를 보다 안정적으로 운전하는 것이 가능하게 된다.

<4. 가스 제조 방법(2)>

가스 제조 장치(200)의 동작, 및, 가스 제조 장치(200)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법에 대하여, 도 2를 참조하면서 더 설명한다.

제2 순환 탱크(31)에 저류된 제2 전해액의 일부는, 제1 전해액 이송 수단(251)에 의해 제1 순환 탱크(21)에 이송된다. 이에 의해 제2 전해액의 일부가 제1 전해액 중에 도입된다(스텝(h)). 또한 제1 순환 펌프(22)로부터 송출된 제1 전해액의 일부는, 제2 전해액 이송 수단(252)에 의해 분기되고, 제2 순환 펌프(32)로부터 송출된 제2 전해액에 합류한다. 이에 의해 제1 전해액의 일부가 제2 전해액 중에 도입된다(스텝(i)).

스텝(a) 내지 (k)가 동시에 연속적으로 행해짐에 의해, 산소 가스 및 수소 가스가 제조된다. 전해에 의해서 소비되는 물은 순수 공급계(40)에 의해 보충된다. 가스 제조 장치(200) 및 당해 가스 제조 장치(200)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법에 의해서도, 상기와 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하다.

<5. 가스 제조 장치(3)>

본 발명에 관한 상기 설명에서는, 제2 순환 탱크(31)에 물을 공급하는 순수 공급계(40)를 구비하는 형태의 가스 제조 장치(100 및 200), 그리고, 당해 가스 제조 장치(100 및 200)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법을 예로 들었지만, 본 발명은 당해 형태로 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 순환 탱크(21)에 물을 공급하는 순수 공급계를 구비하는 형태의 가스 제조 장치, 및, 당해 가스 제조 장치를 이용하는 형태의 가스 제조 방법으로 하는 것도 가능하다.

도 3은, 그와 같은 다른 일 실시형태에 따른 가스 제조 장치(300)를 모식적으로 설명하는 도면이다. 도 3에 있어서, 도 1∼2에 이미 나타난 요소에는 도 1∼2에 있어서의 부호와 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략하는 경우가 있다. 가스 제조 장치(300)는, 순수 공급계(40) 대신에 순수 공급계(340)를 구비하는 점에 있어서, 가스 제조 장치(100)와 다르다. 순수 공급계(340)는, 순수 공급계(40)와 마찬가지로 순수 탱크(41) 및 물 공급 펌프(42)를 구비하지만, 물 공급 펌프(42)가 순수 탱크(41)에 저류된 물을 제1 순환 탱크(21)에 공급하는 점에 있어서, 순수 공급계(40)와 다르다.

가스 제조 장치(300)에 있어서 전해액의 액량 및 농도에 대하여 정상 상태가 실현되는 조건은, 식(18)(19)(5)(6)으로 표시된다.

0=dV₁/dt=-w_c1-v₁₂+v₂₁+w_s1 …(18)

0=dV₂/dt=-w_c2+v₁₂-v₂₁ …(19)

0=dN₁/dt=n_f1+n_p21-v₁₂·C₁+v₂₁·C₂ …(5)

0=dN₂/dt=n_f2-n_p21+v₁₂·C₁-v₂₁·C₂ …(6)

(식(18) 및 (19) 중, w_s1은 순수 공급계(40)에 의한 제1 순환 탱크(21)에의 단위 시간마다의 물 공급량[L/s]을 나타낸다)

가스 제조 장치(300)에 있어서, v₁₂는 제1 전해액 이송 수단(51)의 송액량과 동의이고, v₂₁은 제2 전해액 이송 수단(52)의 송액량과 동의이다. 식(18)(19)(5)(6)을 푼다. 식(18)+(19)로부터

w_s1=w_c1+w_c2 …(20)

이다. 식(2)-(1)로부터,

w_c1-w_c2+2(v₁₂-v₂₁)-w_s1=0

추가로 식(20)을 대입해서

v₁₂-v₂₁=w_c2 …(21)

이 얻어진다.

식(5) 및 (6)으로부터, 상기와 마찬가지로

n_f1+n_f2=0 …(9)

및

n_f2-n_p21+v₁₂·C₁-v₂₁·C₂=0 …(10)

이 얻어진다. 상기와 마찬가지로 OH^- 투과율 α(0<α<1)를 이용해서

n_p21=α·n_f2 …(11)

으로 표시할 수 있고, 식(10)으로부터

(1-α)n_f2+v₁₂·C₁-v₂₁·C₂=0 …(10')

로 된다. 식(10') 및 (21)로부터

v₁₂={(1-α)n_f2+w_c2·C₂}/(C₂-C₁) …(22)

v₂₁={(1-α)n_f2+w_c2·C₁}/(C₂-C₁) …(23)

이 얻어진다. 상기와 마찬가지로

n_f2=n_e …(14)

w_c1=(18/1000)×(-1/2)n_e=-0.009n_e …(15)

w_c2=(18/1000)×n_e=0.018n_e …(16)

으로 표시할 수 있다. 식(14)∼(16)을 식(20)∼(23)에 대입하면

v₁₂={(1-α)n_e+0.018n_e·C₂}/(C₂-C₁) …(22')

v₂₁={(1-α)n_e+0.018n_e·C₁}/(C₂-C₁) …(23')

w_s1=0.009n_e …(20')

v₁₂=v₂₁+0.018n_e …(21')

가 얻어진다. 즉 가스 제조 장치(100)에 있어서의 경우와 마찬가지로, 정상 상태에 있어서는, 제2 전해액 순환계(30)에 있어서의 전해액 농도 C₂(즉 제2 전해액의 농도)가, 제1 전해액 순환계(20)에 있어서의 전체적인 전해액 농도 C₁(즉 제1 전해액의 농도)보다도 높게 유지된다. 또한 전해액 교환 장치(50)의 송액량 v₁₂, v₂₁을 늘릴수록, 정상 상태에 있어서의 제1 전해액과 제2 전해액의 농도차 C₂-C₁은 작아진다.

가스 제조 장치(300)에 있어서, 양극실(11)에의 전해액 공급량 v₁[L/s], 및 음극실(12)에의 전해액 공급량 v₂[L/s]는, 제1 순환 펌프(22)의 송액량 v_p1[L/s], 제2 순환 펌프(32)의 송액량 v_p2[L/s], 및 제2 전해액 이송 수단(52)의 송액량 v₂₁[L/s]를 이용해서, 각각

v₁=v_p1+v₂₁ …(14)

v₂=v_p2-v₂₁ …(15)

가스 제조 장치(300)에 있어서, 제2 전해액 이송 수단(52)의 송액량 v₂₁의, 제1 순환 펌프(22)의 송액량 v_p1 및 제2 순환 펌프(32)의 송액량 v_p2에 대한 비 v₂₁/v_p1, v₂₁/v_p2는, 각각 바람직하게는 0.001 이상, 보다 바람직하게는 0.003 이상이고, 또한 일 실시형태에 있어서 0.03 이하, 바람직하게는 0.01 이하이다. 제2 전해액 이송 수단(52)의 송액량의 제1 순환 펌프(22)의 송액량 및 제2 순환 펌프(32)의 송액량에 대한 비가 각각 상기 하한값 이상임에 의해, 제1 전해액 순환계(20)에 있어서의 전해액 농도와 제2 전해액 순환계(30)에 있어서의 전해액 농도의 차를 더 저감할 수 있으므로, 양극실(11)에 공급되는 전해액 및 음극실(12)에 공급되는 전해액의 농도를, 전력 효율이 높은 범위로 유지하는 것이 용이하게 된다. 또한 제2 전해액 이송 수단(52)의 송액량의 제1 순환 펌프(22)의 송액량 및 제2 순환 펌프(32)의 송액량에 대한 비가 각각 상기 상한값 이하임에 의해, 제1 전해액 순환계(20)로부터 전해액과 함께 제2 전해액 순환계(30)에 유입되는 용존 산소 가스, 및, 제2 전해액 순환계(30)로부터 전해액과 함께 제1 전해액 순환계(20)에 유입되는 용존 수소 가스를 저감할 수 있으므로, 제1 순환 탱크(21)의 액상 영역(21a)으로부터 기상 영역(21b)에 방출되는 수소 가스를 저감하고, 제1 가스 회수 라인(60)으로부터 회수되는 산소 가스의 순도를 더 높이는 것이 가능하게 됨과 함께, 제2 순환 탱크(31)의 액상 영역(31a)으로부터 기상 영역(31b)에 방출되는 산소 가스를 저감하고, 제2 가스 회수 라인(70)으로부터 회수되는 수소 가스의 순도를 더 높이는 것이 가능하게 된다.

제1 순환 탱크(21)에 저류되는 제1 전해액의 양은, 제1 순환 탱크(21)의 총용적에 대해서, 1∼99체적%의 범위 내로 유지되는 것이 바람직하고, 30∼70체적%의 범위 내로 유지되는 것이 보다 바람직하다. 마찬가지로, 제2 순환 탱크(31)에 저류되는 제2 전해액의 양은, 제2 순환 탱크(31)의 총용적에 대해서, 1∼99체적%의 범위 내로 유지되는 것이 바람직하고, 30∼70체적%의 범위 내로 유지되는 것이 보다 바람직하다. 각 순환 탱크(21, 31)에 저류되는 전해액의 양이 상기 범위 내임에 의해, 가스 제조 장치(300)를 보다 안정적으로 운전하는 것이 가능하게 된다.

<6. 가스 제조 방법(3)>

가스 제조 장치(300)의 동작, 및, 가스 제조 장치(300)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법은, 순수 공급계(40)가 제2 순환 탱크(31)가 아닌 제1 순환 탱크(21)에 물을 공급하는 점 이외는, 가스 제조 장치(100)에 관한 상기 설명과 마찬가지이다. 가스 제조 장치(300) 및 당해 가스 제조 장치(300)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법에 의해서도, 상기와 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하다.

<7. 가스 제조 장치(4)>

도 4는, 다른 일 실시형태에 따른 가스 제조 장치(400)를 모식적으로 설명하는 도면이다. 도 4에 있어서, 도 1∼3에 이미 나타난 요소에는 도 1∼3에 있어서의 부호와 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략하는 경우가 있다. 가스 제조 장치(400)는, 전해액 교환 장치(50) 대신에 전해액 교환 장치(250)(도 2 참조)를 구비하는 점에 있어서, 가스 제조 장치(300)와 다르다.

가스 제조 장치(400)에 있어서 전해액의 액량 및 농도에 대하여 정상 상태가 실현되는 조건은, 가스 제조 장치(300)에 있어서의 경우와 마찬가지로 생각할 수 있고, 식(18)(19)(5)(6)으로 표시된다.

0=dV₁/dt=-w_c1-v₁₂+v₂₁+w_s1 …(18)

0=dV₂/dt=-w_c2+v₁₂-v₂₁ …(19)

0=dN₁/dt=n_f1+n_p21-v₁₂·C₁+v₂₁·C₂ …(5)

0=dN₂/dt=n_f2-n_p21+v₁₂·C₁-v₂₁·C₂ …(6)

가스 제조 장치(400)에 있어서, v₁₂는 제2 전해액 이송 수단(252)의 송액량과 동의이고, v₂₁은 제1 전해액 이송 수단(251)의 송액량과 동의이다. 식(18)(19)(5)(6)은 상기와 마찬가지로 풀 수 있고,

v₁₂={(1-α)n_e+0.018n_e·C₂}/(C₂-C₁) …(22')

v₂₁={(1-α)n_e+0.018n_e·C₁}/(C₂-C₁) …(23')

w_s1=0.009n_e …(20')

v₁₂=v₂₁+0.018n_e …(21')

가 얻어진다. 즉 가스 제조 장치(300)에 있어서의 경우와 마찬가지로, 정상 상태에 있어서는, 제2 전해액 순환계(30)에 있어서의 전해액 농도 C₂(즉 제2 전해액의 농도)가, 제1 전해액 순환계(20)에 있어서의 전체적인 전해액 농도 C₁(즉 제1 전해액의 농도)보다도 높게 유지된다. 또한 전해액 교환 장치(250)의 송액량 v₁₂, v₂₁을 늘릴수록, 정상 상태에 있어서의 제1 전해액과 제2 전해액의 농도차 C₂-C₁은 작아진다.

가스 제조 장치(400)에 있어서, 양극실(11)에의 전해액 공급량 v₁[L/s], 및 음극실(12)에의 전해액 공급량 v₂[L/s]는, 제1 순환 펌프(22)의 송액량 v_p1[L/s], 제2 순환 펌프(32)의 송액량 v_p2[L/s], 및 제2 전해액 이송 수단(252)의 송액량 v₁₂[L/s]를 이용해서, 각각

v₁=v_p1-v₁₂ …(14')

v₂=v_p2+v₁₂ …(15')

가스 제조 장치(400)에 있어서, 제2 전해액 이송 수단(252)의 송액량 v₁₂의, 제1 순환 펌프(22)의 송액량 v_p1 및 제2 순환 펌프(32)의 송액량 v_p2에 대한 비 v₁₂/v_p1, v₁₂/v_p2는, 각각 바람직하게는 0.001 이상, 보다 바람직하게는 0.003 이상이고, 또한 일 실시형태에 있어서 0.03 이하, 바람직하게는 0.01 이하이다. 제2 전해액 이송 수단(252)의 송액량의 제1 순환 펌프(22)의 송액량 및 제2 순환 펌프(32)의 송액량에 대한 비가 각각 상기 하한값 이상임에 의해, 제1 전해액 순환계(20)에 있어서의 전해액 농도와 제2 전해액 순환계(30)에 있어서의 전해액 농도의 차를 더 저감할 수 있으므로, 양극실(11)에 공급되는 전해액 및 음극실(12)에 공급되는 전해액의 농도를, 전력 효율이 높은 범위로 유지하는 것이 용이하게 된다. 또한 제2 전해액 이송 수단(252)의 송액량의 제1 순환 펌프(22)의 송액량 및 제2 순환 펌프(32)의 송액량에 대한 비가 각각 상기 상한값 이하임에 의해, 제1 전해액 순환계(20)로부터 전해액과 함께 제2 전해액 순환계(30)에 유입되는 용존 산소 가스, 및, 제2 전해액 순환계(30)로부터 전해액과 함께 제1 전해액 순환계(20)에 유입되는 용존 수소 가스를 저감할 수 있으므로, 제1 순환 탱크(21)의 액상 영역(21a)으로부터 기상 영역(21b)에 방출되는 수소 가스를 저감하고, 제1 가스 회수 라인(60)으로부터 회수되는 산소 가스의 순도를 더 높이는 것이 가능하게 됨과 함께, 제2 순환 탱크(31)의 액상 영역(31a)으로부터 기상 영역(31b)에 방출되는 산소 가스를 저감하고, 제2 가스 회수 라인(70)으로부터 회수되는 수소 가스의 순도를 더 높이는 것이 가능하게 된다.

제1 순환 탱크(21)에 저류되는 제1 전해액의 양은, 제1 순환 탱크(21)의 총용적에 대해서, 1∼99체적%의 범위 내로 유지되는 것이 바람직하고, 30∼70체적%의 범위 내로 유지되는 것이 보다 바람직하다. 마찬가지로, 제2 순환 탱크(31)에 저류되는 제2 전해액의 양은, 제2 순환 탱크(31)의 총용적에 대해서, 1∼99체적%의 범위 내로 유지되는 것이 바람직하고, 30∼70체적%의 범위 내로 유지되는 것이 보다 바람직하다. 각 순환 탱크(21, 31)에 저류되는 전해액의 양이 상기 범위 내임에 의해, 가스 제조 장치(400)를 보다 안정적으로 운전하는 것이 가능하게 된다.

<8. 가스 제조 방법(4)>

가스 제조 장치(400)의 동작, 및, 가스 제조 장치(400)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법은, 순수 공급계(40)가 제2 순환 탱크(31)가 아닌 제1 순환 탱크(21)에 물을 공급하는 점 이외는, 가스 제조 장치(200)에 관한 상기 설명과 마찬가지이다. 가스 제조 장치(400) 및 당해 가스 제조 장치(400)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법에 의해서도, 상기와 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하다.

<9. 가스 제조 장치(5)>

도 5는, 다른 일 실시형태에 따른 가스 제조 장치(500)를 모식적으로 설명하는 도면이다. 도 5에 있어서, 도 1∼4에 이미 나타낸 요소에는 도 1∼4에 있어서의 부호와 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략하는 경우가 있다. 가스 제조 장치(500)는, 제1 압력 제어 밸브(61)의 상류측에 있어서의 제1 가스 흐름의 압력과, 제2 압력 제어 밸브(71)의 상류측에 있어서의 제2 가스 흐름의 압력의 차압을 제어하는 차압 제어 수단(80)을 더 구비하는 점에 있어서, 가스 제조 장치(100)(도 1 참조)와 다르다. 도 5에 있어서, 파선의 화살표는 정보가 흐르는 방향을 나타낸다.

차압 제어 수단(80)은, 차압 검지기(81)와, 밸브 제어 장치(82)를 구비한다. 차압 검지기(81)는, 제1 압력 제어 밸브(61)의 상류측에 있어서의 제1 가스 흐름의 압력과, 제2 압력 제어 밸브(71)의 상류측에 있어서의 제2 가스 흐름의 압력의 차압을 측정한다. 차압 검지기(81)로서는, 공지의 차압 센서를 이용할 수 있다. 차압 검지기(81)의 측정 결과는, 밸브 제어 장치(82)에 입력된다. 밸브 제어 장치(82)는, 적어도 차압 검지기(81)의 검출 신호를 수취하고, 제1 압력 제어 밸브(61) 및/또는 제2 압력 제어 밸브(71)에 밸브의 개도를 제어하는 신호를 송신한다. 일 실시형태에 있어서, 밸브 제어 장치(82)는, 차압 검지기(81)의 측정 결과에 의거해서, 상기 차압이 소정의 상한값 이하로 유지되도록, 제1 압력 제어 밸브(61) 및/또는 제2 압력 제어 밸브(71)의 개도를 제어한다. 차압 제어 수단(80)은, 제1 압력 제어 밸브(61)의 개도를 고정하고 제2 압력 제어 밸브(71)의 개도를 조정함으로써 차압 제어를 행해도 되고, 제2 압력 제어 밸브(71)의 개도를 고정하고 제1 압력 제어 밸브(61)의 개도를 조정함으로써 차압 제어를 행해도 되고, 제1 압력 제어 밸브(61)의 개도와 제2 압력 제어 밸브(71)의 개도의 양쪽을 조정함으로써 차압 제어를 행해도 된다.

또, 밸브 제어 장치(82)는, 차압 검지기(81)의 검출 신호에 더하여, 압력계(63) 및/또는 압력계(73)의 검출 신호를 더 수취해도 된다. 일 실시형태에 있어서, 밸브 제어 장치(82)는, 제1 압력 제어 밸브(61) 및/또는 제2 압력 제어 밸브(71)의 제어를, 차압 검지기(81)의 측정 결과에 더하여 압력계(63) 및/또는 압력계(73)의 측정 결과에 의거해서 행하여, 제1 압력 제어 밸브(61)의 상류측에 있어서의 제1 가스 흐름의 압력 및 제2 압력 제어 밸브(71)의 상류측에 있어서의 제2 가스 흐름의 압력이 소정의 범위 내로 유지되며 또한 상기 차압이 소정의 상한값 이하로 유지되도록, 제1 압력 제어 밸브(61) 및/또는 제2 압력 제어 밸브(71)의 개도를 제어해도 된다.

밸브 제어 장치(82)에 의한 제1 압력 제어 밸브(61) 및/또는 제2 압력 제어 밸브(71)의 제어에는, 예를 들면 종래의 피드백 제어 등을 특별히 제한 없이 채용할 수 있다. 또한 밸브 제어 장치(82)로서는, 그와 같은 피드백 제어를 행할 수 있는 종래의 제어 장치(예를 들면 마이크로프로세서 및 기억 장치를 구비한 전자계산기, 프로그래머블·로직·컨트롤러(PLC) 등)를 특별히 제한 없이 이용할 수 있다.

차압 제어 수단(80)을 구비하는 형태의 가스 제조 장치(500)에 의하면, 제1 순환 탱크(21) 및 제2 순환 탱크(31)에 있어서의 액면 레벨의 차를 더 저감하는 것이 가능하게 되는 것 외에, 전해조(10)에 있어서 차압에 의해서 한쪽의 극실 중의 가스가 격막을 투과해서 다른 쪽의 극실 중에 밀어 넣어짐에 의한 가스 순도의 저하를 억제하는 것이 가능하게 된다. 차압 제어 수단(80)을 구비함에 의한 당해 효과를 더 높이는 관점에서는, 차압 제어 장치(80)는, 제1 압력 제어 밸브(61)의 상류측에 있어서의 제1 가스 흐름의 압력과, 제2 압력 제어 밸브(71)의 상류측에 있어서의 제2 가스 흐름의 압력의 차압을, 10kPa 이하로 제어하는 것이 바람직하고, 1kPa 이하로 제어하는 것이 보다 바람직하다.

<10. 가스 제조 방법(5)>

가스 제조 장치(500)의 동작, 및, 가스 제조 장치(500)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법은, 차압 제어 수단(80)에 관한 사항 이외는, 가스 제조 장치(100)에 관한 상기 설명과 마찬가지이다. 가스 제조 장치(500)에 있어서는 또한, 차압 제어 수단(80)에 의해, 제1 압력 제어 밸브(61)의 상류측에 있어서의 제1 가스 흐름의 압력과, 제2 압력 제어 밸브(71)의 상류측에 있어서의 제2 가스 흐름의 압력의 차압이 소정의 값으로 제어된다(스텝(p)). 구체적으로는, 차압 검지기(81)에 의해, 제1 압력 제어 밸브(61)의 상류측에 있어서의 제1 가스 흐름의 압력과, 제2 압력 제어 밸브(71)의 상류측에 있어서의 제2 가스 흐름의 압력의 차압이 측정되고(스텝(p1)), 스텝(p1)의 측정 결과에 의거해서, 상기 스텝(j) 및 (k)에 있어서 제1 압력 제어 밸브(61) 및/또는 제2 압력 제어 밸브(71)가 제어된다(스텝(p2)). 스텝(p)는, 상기 설명한 스텝(a) 내지 (k)와 동시에 연속적으로 행해진다. 이러한 형태의 가스 제조 방법에 따르면, 가스 제조 장치(100)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법에 대하여 상기 설명한 효과에 더하여, 제1 순환 탱크(21) 및 제2 순환 탱크(31)에 있어서의 액면 레벨의 차를 더 저감하는 것이 가능하게 되는 것 외에, 전해조(10)에 있어서 차압에 의해서 한쪽의 극실 중의 가스가 격막을 투과해서 다른 쪽의 극실 중에 밀어 넣어짐에 의한 가스 순도의 저하를 억제하는 것이 가능하게 된다.

<11. 가스 제조 장치(6)>

도 6은, 다른 일 실시형태에 따른 가스 제조 장치(600)를 모식적으로 설명하는 도면이다. 도 6에 있어서, 도 1∼5에 이미 나타난 요소에는 도 1∼5에 있어서의 부호와 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략하는 경우가 있다. 가스 제조 장치(600)는, 제1 가스 회수 라인(60) 대신에 제1 가스 회수 라인(660)을 구비하고, 제2 가스 회수 라인(70) 대신에 제2 가스 회수 라인(670)을 구비하는 점에 있어서, 가스 제조 장치(500)(도 5 참조)와 다르다.

제1 가스 회수 라인(660)은, 제1 냉각 장치(664) 및 제1 필터 장치(665)를 더 구비하는 점에 있어서, 제1 가스 회수 라인(60)과 다르다. 제1 냉각 장치(664) 및 제1 필터 장치(665)는, 제1 압력 제어 밸브(61)의 상류측에 배치되어 있다. 제1 냉각 장치(664)는, 제1 순환 탱크(21)의 기상 영역(21b)으로부터 유출된 제1 가스 흐름을 수용하여 냉각한다. 제1 필터 장치(665)는, 제1 냉각 장치(664)의 하류측에 배치되어 있고, 제1 냉각 장치(664)에 의해서 냉각된 제1 가스 흐름을 수용하여, 당해 제1 가스 흐름 중의 액화된 수분을 제거한다. 제1 가스 흐름이 제1 냉각 장치(664) 및 제1 필터 장치(665)를 거침에 의해, 제1 가스 흐름으로부터 전해액 미스트 및 수증기가 제거된다. 제1 냉각 장치(664) 및 제1 필터 장치(665)로서는, 종래 가스 정제에 이용되고 있는 가스 냉각 장치 및 필터 장치를 이용할 수 있다. 제1 냉각 장치(664) 및 제1 필터 장치(665)에 있어서 발생하는 드레인수는, 폐기해도 되고, 전해액으로 되돌려도 된다. 제1 냉각 장치(664) 및 제1 필터 장치(665)가, 제1 압력 제어 밸브(61)의 상류측에 배치되어 있음에 의해, 제1 압력 제어 밸브(61)가 제1 가스 흐름에 포함되는 전해액 미스트 및 수증기의 영향을 받기 어려워진다.

제2 가스 회수 라인(670)은, 제2 냉각 장치(674) 및 제2 필터 장치(675)를 더 구비하는 점에 있어서, 제2 가스 회수 라인(70)과 다르다. 제2 냉각 장치(674) 및 제2 필터 장치(675)는, 제2 압력 제어 밸브(71)의 상류측에 배치되어 있다. 제2 냉각 장치(674)는, 제2 순환 탱크(31)의 기상 영역(31b)으로부터 유출된 제2 가스 흐름을 수용하여 냉각한다. 제2 필터 장치(675)는, 제2 냉각 장치(674)의 하류측에 배치되어 있고, 제2 냉각 장치(674)에 의해서 냉각된 제2 가스 흐름을 수용하여, 당해 제2 가스 흐름 중의 액화된 수분을 제거한다. 제2 가스 흐름이 제2 냉각 장치(674) 및 제2 필터 장치(675)를 거침에 의해, 제2 가스 흐름으로부터 전해액 미스트 및 수증기가 제거된다. 제2 냉각 장치(674) 및 제2 필터 장치(675)로서는, 종래 가스 정제에 이용되고 있는 가스 냉각 장치 및 필터 장치를 이용할 수 있다. 제2 냉각 장치(674) 및 제2 필터 장치(675)에 있어서 발생하는 드레인수는, 폐기해도 되고, 전해액으로 되돌려도 된다. 제2 냉각 장치(674) 및 제1 필터 장치(675)가, 제2 압력 제어 밸브(71)의 상류측에 배치되어 있음에 의해, 제2 압력 제어 밸브(71)가 제2 가스 흐름에 포함되는 전해액 미스트 및 수증기의 영향을 받기 어려워진다.

제1 냉각 장치(664) 및 제1 필터 장치(665), 그리고 제2 냉각 장치(674) 및 제2 필터 장치(675)를 더 구비하는 형태의 가스 제조 장치(600)에 의하면, 순도가 더 높아진 산소 가스 및 수소 가스를 제조하는 것이 가능하게 된다. 또 제1 냉각 장치(664) 및 제1 필터 장치(665)의 하류측, 또는 제1 압력 제어 밸브(61)의 하류측에, 제1 가스 흐름으로부터 수소 가스를 제거하는 수소 가스 제거 장치를 더 설치해도 되고, 제2 냉각 장치(674) 및 제2 필터 장치(675)의 하류측, 또는 제2 압력 제어 밸브(71)의 하류측에, 제2 가스 흐름으로부터 산소 가스를 제거하는 산소 가스 제거 장치를 더 설치해도 된다.

<12. 가스 제조 방법(6)>

가스 제조 장치(600)의 동작, 및, 가스 제조 장치(600)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법에 대해서는, 제1 냉각 장치(664) 및 제1 필터 장치(665), 그리고 제2 냉각 장치(674) 및 제2 필터 장치(675)에 관한 사항 이외는, 가스 제조 장치(500)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법에 관한 상기 설명과 마찬가지이다.

양극실(11)로부터 회수되고, 제1 순환 탱크(21)의 기상 영역(21b)으로부터 유출된 제1 가스 흐름은, 제1 냉각 장치(664)에 있어서 냉각된다(스텝(l)). 제1 필터 장치(665)에 있어서, 스텝(l)을 거친 제1 가스 흐름으로부터, 스텝(l)에 있어서 응축된 수분이 제거된다(스텝(n)). 스텝(l) 및 (n)을 거친 제1 가스 흐름의 압력은, 제1 압력 제어 밸브(61)에 의해 제어된다(스텝(j)).

음극실(12)로부터 회수되고, 제2 순환 탱크(31)의 기상 영역(31b)으로부터 유출된 제2 가스 흐름은, 제2 냉각 장치(674)에 있어서 냉각된다(스텝(m)). 제2 필터 장치(675)에 있어서, 스텝(m)을 거친 제2 가스 흐름으로부터, 스텝(m)에 있어서 응축된 수분이 제거된다(스텝(o)). 스텝(m) 및 (o)를 거친 제2 가스 흐름의 압력은, 제2 압력 제어 밸브(71)에 의해 제어된다(스텝(k)).

스텝(l) 내지 (o)는, 상기 설명한 스텝(a) 내지 (k) 및 (p)와 동시에 연속적으로 행해진다.

제1 냉각 장치(664) 및 제1 필터 장치(665), 그리고 제2 냉각 장치(674) 및 제2 필터 장치(675)를 더 구비하는 가스 제조 장치(600)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법에 따르면, 가스 제조 장치(500)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법과 비교해서, 순도가 더 높아진 산소 가스 및 수소 가스를 제조하는 것이 가능하게 된다.

본 발명에 관한 상기 설명에서는, 제1 냉각 장치(664) 및 제1 필터 장치(665)가 제1 압력 제어 밸브(61)의 상류측에 배치되고, 제2 냉각 장치(674) 및 제2 필터 장치(675)가 제2 압력 제어 밸브(71)의 상류측에 배치된 형태의 가스 제조 장치(600), 그리고, 당해 가스 제조 장치(600)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법에 대하여 설명했지만, 본 발명은 당해 형태로 한정되지 않는다. 도 7은, 다른 일 실시형태에 따른 가스 제조 장치(600')를 모식적으로 설명하는 도면이다. 도 7에 있어서, 도 1∼6에 이미 나타난 요소에는 도 1∼6에 있어서의 부호와 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략하는 경우가 있다. 가스 제조 장치(600')는, 제1 냉각 장치(664) 및 제1 필터 장치(665)가 제1 압력 제어 밸브(61)의 하류측에 배치되고, 제2 냉각 장치(674) 및 제2 필터 장치(675)가 제2 압력 제어 밸브(71)의 하류측에 배치되어 있는 점에 있어서, 상기 설명한 가스 제조 장치(600)(도 6)와 다르다. 가스 제조 장치(600')에 있어서, 제1 냉각 장치(664)는, 제1 압력 제어 밸브(61)의 이차측으로부터 유출된 제1 가스 흐름을 수용하여 냉각한다. 제1 필터 장치(665)는, 제1 냉각 장치(664)에 의해서 냉각된 제1 가스 흐름을 수용하여, 당해 제1 가스 흐름 중의 액화된 수분을 제거한다. 제1 가스 흐름이 제1 냉각 장치(664) 및 제1 필터 장치(665)를 거침에 의해, 제1 가스 흐름으로부터 전해액 미스트 및 수증기가 제거된다. 또한 가스 제조 장치(600')에 있어서, 제2 냉각 장치(674)는, 제2 압력 제어 밸브(71)의 이차측으로부터 유출된 제2 가스 흐름을 수용하여 냉각한다. 제2 필터 장치(675)는, 제2 냉각 장치(674)에 의해서 냉각된 제2 가스 흐름을 수용하여, 당해 제2 가스 흐름 중의 액화된 수분을 제거한다. 제2 가스 흐름이 제2 냉각 장치(674) 및 제2 필터 장치(675)를 거침에 의해, 제2 가스 흐름으로부터 전해액 미스트 및 수증기가 제거된다. 이와 같은 형태의 가스 제조 장치(600')에 의해서도, 상기 설명한 가스 제조 장치(600)와 마찬가지로, 순도가 높아진 산소 가스 및 수소 가스를 제조하는 것이 가능하게 된다. 또 가스 제조 장치(600')에 있어서, 제1 냉각 장치(664) 및 제1 필터 장치(665)의 하류측에, 제1 가스 흐름으로부터 수소 가스를 제거하는 수소 가스 제거 장치를 더 설치해도 되고, 제2 냉각 장치(674) 및 제2 필터 장치(675)의 하류측에, 제2 가스 흐름으로부터 산소 가스를 제거하는 산소 가스 제거 장치를 더 설치해도 된다.

가스 제조 장치(600')의 동작, 및, 가스 제조 장치(600)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법에 대해서는, 제1 가스 흐름이 제1 압력 제어 밸브(61)를 거친 후에 제1 냉각 장치(664) 및 제1 필터 장치(665)를 통과하는 것, 및, 제2 가스 흐름이 제2 압력 제어 밸브(71)를 거친 후에 제2 냉각 장치(674) 및 제2 필터 장치(675)를 통과하는 것 이외는, 가스 제조 장치(600)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법에 관한 상기 설명과 마찬가지이다.

제1 압력 제어 밸브(61)를 거친 제1 가스 흐름은, 제1 냉각 장치(664)에 있어서 냉각된다(스텝(l)). 제1 필터 장치(665)에 있어서, 스텝(l)을 거친 제1 가스 흐름으로부터, 스텝(l)에 있어서 응축된 수분이 제거된다(스텝(n)).

제2 압력 제어 밸브(71)를 거친 제2 가스 흐름은, 제2 냉각 장치(674)에 있어서 냉각된다(스텝(m)). 제2 필터 장치(675)에 있어서, 스텝(m)을 거친 제2 가스 흐름으로부터, 스텝(m)에 있어서 응축된 수분이 제거된다(스텝(o)).

가스 제조 장치(600')를 이용하는 형태의 가스 제조 방법에 의해서도, 가스 제조 장치(500)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법과 비교해서, 순도가 더 높아진 산소 가스 및 수소 가스를 제조하는 것이 가능하게 된다.

<13. 가스 제조 장치(7)>

본 발명에 관한 상기 설명에서는, 제1 전해액 이송 수단(51/251) 및 제2 전해액 이송 수단(52/252)으로서 각각 펌프를 갖는 전해액 교환 장치(50/250)를 구비하는 형태의 가스 제조 장치(100, 200, 300, 400, 500, 및 600), 그리고 이러한 형태의 가스 제조 장치를 이용하는 가스 제조 방법을 주로 예로 들었지만, 본 발명은 당해 형태로 한정되지 않는다. 예를 들면, 펌프를 갖지 않는 전해액 교환 장치를 구비하는 형태의 가스 제조 장치, 및 당해 가스 제조 장치를 이용하는 형태의 가스 제조 방법으로 하는 것도 가능하다.

도 8은, 그와 같은 다른 일 실시형태에 따른 가스 제조 장치(700)를 모식적으로 설명하는 도면이다. 도 8에 있어서, 도 1∼7에 이미 나타난 요소에는 도 1∼7에 있어서의 부호와 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략하는 경우가 있다. 가스 제조 장치(700)는, 전해액 교환 장치(50) 대신에 전해액 교환 장치(750)를 갖는 점에 있어서, 상기 설명한 가스 제조 장치(100)(도 1)와 다르다. 전해액 교환 장치(750)는, 제1 전해액 이송 수단(51) 대신에 제1 전해액 이송 수단(751)을 갖고, 제2 전해액 이송 수단(52) 대신에 제2 전해액 이송 수단(752)을 갖는 점에 있어서, 전해액 교환 장치(50)와 다르다. 또한 가스 제조 장치(700)에 있어서, 제1 순환 펌프(22) 및 제2 순환 펌프(32)로서는, 비용적식 펌프를 바람직하게 이용할 수 있다.

설명의 편의를 위하여, 제1 전해액 이송 수단(751)에 대하여 설명하기 전에, 제2 전해액 이송 수단(752)에 대하여 설명한다. 제2 전해액 이송 수단(752)은, 제1 배관(25)에 있어서 제1 순환 펌프(22)의 출구측에 직렬로 설치된 제1 유량계(F1) 및 제1 유량 제어 밸브(FCV1)와; 제2 배관(35)에 있어서 제2 순환 펌프(32)의 출구측에 설치된 제2 유량계(F2)와; 제2 배관(35)에 있어서 제2 유량계(F2)의 하류측에 설치된 제2 유량 제어 밸브(FCV2)와; 제2 배관(35)에 있어서의 제2 유량계(F2)의 하류측이며 또한 제2 유량 제어 밸브(FCV2)의 상류측으로부터, 제1 배관(25)에 있어서의 제1 유량계 및 제1 유량 제어 밸브(FCV1)의 하류측에 전해액을 유도하는, 제3 배관(7525)과; 제3 배관(7525)의 도중에 직렬로 설치된 제3 유량계(F3) 및 제3 유량 제어 밸브(FCV3)를 갖고 있다. 제1, 제2, 및 제3 유량계(F1, F2, 및 F3)로서는, 면적 유량계, 용적 유량계, 코리올리 유량계, 전자 유량계 등, 전해액의 유량을 측정 가능한 공지의 유량계를 특별히 제한 없이 이용할 수 있다. 또한 제1, 제2, 및 제3 유량 제어 밸브(FCV1, FCV2, 및 FCV3)로서는, 볼 밸브, 버터플라이 밸브, 글로브 밸브, 니들 밸브 등, 밸브 개도의 연속적인 제어가 가능한 공지의 제어 밸브를 특별히 제한 없이 이용할 수 있다. 제1, 제2, 및 제3 유량 제어 밸브(FCV1, FCV2, 및 FCV3)의 개도는, 각각 제1, 제2, 및 제3 유량계(F1, F2, 및 F3)의 측정값이 소정의 값으로 되도록 제어된다.

제1 순환 펌프(22)의 송액량 v_p1[L/s], 제2 순환 펌프(32)의 송액량 v_p2[L/s], 제2 전해액 이송 수단(752)의 송액량 v₂₁[L/s], 양극실(11)에의 전해액 공급량 v₁[L/s], 및 음극실(12)에의 전해액 공급량 v₂[L/s]는, 제1 유량계(F1)의 측정값 f₁[L/s], 제2 유량계(F2)의 측정값 f₂[L/s], 및 제3 유량계(F3)의 측정값 f₃[L/s]를 이용해서, 각각

v_p1=f₁ …(24)

v_p2=f₂ …(25)

v₂₁=f₃ …(26)

v₁=f₁+f₃ …(27)

v₂=f₂-f₃ …(28)

로 표시된다. f₃의 목표값은 예를 들면 상기 식(13')에 의해 v₂₁로서 구할 수 있다.

가스 제조 장치(100)에 관련해서 상기 설명한 바와 같이, 양극실(11) 및 음극실(12)에의 전해액 공급량 v₁, v₂는 거의 동등한 것이 바람직하다. 구체적으로는, 비 v₂/v₁이 0.80∼1.20, 보다 바람직하게는 0.90∼1.10으로 되도록, 제1 순환 펌프(22), 제2 순환 펌프(32), 및 제2 전해액 이송 수단(752)의 송액량 v_p1, v_p2, 및 v₂₁이 제어되는 것이 바람직하다. 비 v₂/v₁이 상기 범위 내임에 의해, 양극실(11)과 음극실(12) 사이에서의 전해 후의 전해액 농도차가 안정되므로, 전해조(10)의 전해 전압을 안정화하는 것이 용이하게 된다.

또한 가스 제조 장치(100)에 관련해서 상기 설명한 바와 같이, 제2 전해액 이송 수단(752)의 송액량 v₂₁의, 제1 순환 펌프(22)의 송액량 v_p1 및 제2 순환 펌프(32)의 송액량 v_p2에 대한 비 v₂₁/v_p1, v₂₁/v_p2는, 각각 바람직하게는 0.001 이상, 보다 바람직하게는 0.003 이상이고, 또한 일 실시형태에 있어서 0.03 이하, 바람직하게는 0.01 이하이다. 제2 전해액 이송 수단(752)의 송액량의 제1 순환 펌프(22)의 송액량 및 제2 순환 펌프(32)의 송액량에 대한 비가 각각 상기 하한값 이상임에 의해, 제1 전해액 순환계(20)에 있어서의 전해액 농도와 제2 전해액 순환계(30)에 있어서의 전해액 농도의 차를 더 저감할 수 있으므로, 양극실(11)에 공급되는 전해액 및 음극실(12)에 공급되는 전해액의 농도를, 전력 효율이 높은 범위로 유지하는 것이 용이하게 된다. 또한 제2 전해액 이송 수단(752)의 송액량의 제1 순환 펌프(22)의 송액량 및 제2 순환 펌프(32)의 송액량에 대한 비가 각각 상기 상한값 이하임에 의해, 제1 전해액 순환계(20)로부터 전해액과 함께 제2 전해액 순환계(30)에 유입되는 용존 산소 가스, 및, 제2 전해액 순환계(30)로부터 전해액과 함께 제1 전해액 순환계(20)에 유입되는 용존 수소 가스를 저감할 수 있으므로, 제1 순환 탱크(21)의 액상 영역(21a)으로부터 기상 영역(21b)에 방출되는 수소 가스를 저감하고, 제1 가스 회수 라인(60)으로부터 회수되는 산소 가스의 순도를 더 높이는 것이 가능하게 됨과 함께, 제2 순환 탱크(31)의 액상 영역(31a)으로부터 기상 영역(31b)에 방출되는 산소 가스를 저감하고, 제2 가스 회수 라인(70)으로부터 회수되는 수소 가스의 순도를 더 높이는 것이 가능하게 된다.

양극실(11)에의 전해액 공급량 v₁(=f₁+f₃: 식(27)), 음극실(12)에의 전해액 공급량 v₂(=f₂-f₃: 식(28)), 및 제2 전해액 이송 수단(752)의 송액량 v₂₁(=f₃: 식(26))의 목표값이 정해지면, f₁ 및 f₂의 목표값도, 식(27) 및 (28)로부터 각각,

f₁=v₁-v₂₁ …(27')

f₂=v₂+v₂₁ …(28')

로서 정해지므로, f₁, f₂, 및 f₃의 목표값이 실현되도록 제1∼제3 유량 제어 밸브(FCV1, FCV2, 및 FCV3)의 개도를 제어할 수 있다. 제1∼제3 유량 제어 밸브(FCV1, FCV2, 및 FCV3)의 개도의 제어에 있어서는, 피드백 제어 등의 공지의 제어 수단을 이용할 수 있다.

일례로서, 제1 유량계(F1)를 흐르는 유량 f₁과 제2 유량계(F2)를 흐르는 유량 f₂가 동일하게 유지되는 경우에는, 제2 유량 제어 밸브(FCV2)의 압력 손실 P^d _FCV2가 제1 유량 제어 밸브(FCV1)의 압력 손실 P^d _FCV1보다 커지도록(즉 P^d _FCV2>P^d _FCV1) 제1 및 제2 유량 제어 밸브(FCV1, FCV2)의 개도를 조정함(예를 들면 제1 및 제2 유량 제어 밸브(FCV1, FCV2)가 동일 사양의 제어 밸브인 경우에는, 제1 유량 제어 밸브(FCV1)의 개도 O_FCV1을 제2 유량 제어 밸브(FCV2)의 개도 O_FCV2보다도 크게 함(O_FCV1>O_FCV2))에 의해, 제3 유량 제어 밸브(FCV3) 및 제3 유량계(F3)를 구비하는 제3 배관(7525)을 통해 제2 배관(35)으로부터 제1 배관(25)에 전해액을 이송할 수 있다. 또, 제1 배관(25)의 제1 유량 제어 밸브(FCV1)의 하류측에 있어서의 압력에 거슬러서 전해액을 이송하는 관점에서는, 제3 유량 제어 밸브(FCV3)의 개도는, 제3 유량 제어 밸브(FCV3)의 압력 손실 P^d _FCV3이 제1 유량 제어 밸브(FCV1)의 압력 손실 P^d _FCV1보다도 작아지도록(P^d _FCV3<P^d _FCV1) 제어되는 것이 바람직하다. 또한 제3 배관(7525)의 도중에는, 전해액이 역방향으로(제1 배관(25)으로부터 제2 배관(35)에) 흐르는 것을 막기 위한 역지(逆止) 밸브(체크 밸브)가 더 설치되어 있어도 된다.

제1 전해액 이송 수단(751)은, 제1 순환 탱크(21)의 액상 영역(21a)과 제2 순환 탱크(31)의 액상 영역(31a)을 접속하는 연통 배관이다(이하에 있어서 제1 전해액 이송 수단(751)을 「연통 배관(751)」이라 하는 경우가 있다). 또 가스 제조 장치(700)에 있어서, 제1 순환 탱크(21) 및 제2 순환 탱크(31)는, 거의 동일한 높이에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 설명한 바와 같이, 제2 전해액 이송 수단(752)은, 제2 순환 펌프(32)의 출구측과 음극실(12)의 입구측을 잇는 제2 배관(35)을 흐르는 제2 전해액의 일부를, 제1 순환 펌프(22)의 출구측과 양극실(11)의 입구측을 잇는 제1 배관(25)에 송액하므로, 제1 순환 탱크(21)에 저류되는 제1 전해액의 액량을 제2 순환 탱크(31)에 저류되는 제2 전해액의 액량보다도 늘리도록 작용한다. 따라서 제1 순환 탱크(21)에 저류된 제1 전해액의 일부는, 중력을 구동력으로 해서, 제1 순환 탱크(21)의 액면과 제2 순환 탱크(31)의 액면 사이의 액면차를 해소하도록, 연통 배관(751)을 통해 제2 순환 탱크(31)에 이동한다. 이와 같이 해서, 제1 전해액 이송 수단(751)에 의해, 제1 순환 탱크(21)에 저류된 제1 전해액의 일부가 제2 순환 탱크(31)에 송액된다.

제1 순환 탱크(21)에 저류되는 제1 전해액의 양은, 제1 순환 탱크(21)의 총용적에 대해서, 1∼99체적%의 범위 내로 유지되는 것이 바람직하고, 30∼70체적%의 범위 내로 유지되는 것이 보다 바람직하다. 마찬가지로, 제2 순환 탱크(31)에 저류되는 제2 전해액의 양은, 제2 순환 탱크(31)의 총용적에 대해서, 1∼99체적%의 범위 내로 유지되는 것이 바람직하고, 30∼70체적%의 범위 내로 유지되는 것이 보다 바람직하다. 각 순환 탱크(21, 31)에 저류되는 전해액의 양이 상기 범위 내임에 의해, 가스 제조 장치(700)를 보다 안정적으로 운전하는 것이 가능하게 된다.

이와 같이, 전해액 교환 장치로서 펌프 대신에 유량 제어 밸브(FCV1, FCV2, FCV3)와 연통 배관(751)의 조합을 이용하는 형태의 가스 제조 장치(700)에 의해서도, 상기와 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하다. 또한 이러한 형태의 가스 제조 장치(700)에 의하면, 또한, 전해액 교환 장치에 있어서의 에너지 소비를 저감하는 것이 가능하게 되는 것 외에, 제1 순환 탱크(21)와 제2 순환 탱크(31)의 액면차가 연통 배관(751)에 의해 자동적으로 저감 내지 해소되므로, 제1 및 제2 순환 탱크(21, 31)의 액면 레벨을 소정의 수준으로 유지하도록 제1 전해액 이송 수단(51, 251) 및 제2 전해액 이송 수단(52, 252)의 송액량을 제어하는 처리가 불요해진다. 따라서 이러한 형태의 가스 제조 장치(700)에 의하면, 설비 비용 및 운전 비용의 삭감 그리고 제어의 간소화가 가능하게 된다.

<14. 가스 제조 방법(7)>

가스 제조 장치(700)의 동작, 및, 가스 제조 장치(700)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법에 대하여, 도 8을 참조하면서 더 설명한다.

스텝(a)∼(g), (j) 및 (k)에 대해서는, 가스 제조 장치(100)(도 1)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법에 관한 상기 설명과 마찬가지이다.

제2 순환 펌프(32)로부터 송출된 제2 전해액의 일부는, 제2 전해액 이송 수단(752)에 의해 분기되고, 제1 순환 펌프(22)로부터 송출된 제1 전해액에 합류한다. 이에 의해 제2 전해액의 일부가 제1 전해액 중에 도입된다(스텝(i)). 제1 순환 탱크(21)에 저류된 제1 전해액의 일부는, 제1 전해액 이송 수단(연통 배관)(751)에 의해 제2 순환 탱크(31)에 이송된다. 이에 의해 제1 전해액의 일부가 제2 전해액 중에 도입된다(스텝(h)).

가스 제조 장치(700) 및 당해 가스 제조 장치(700)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법에 의해서도, 상기와 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하다.

<15. 가스 제조 장치(8)>

본 발명에 관한 상기 설명에서는, 제1 순환 탱크(21)에 저류된 제1 전해액의 일부를 제2 순환 탱크(31)에 이송하는 제1 전해액 이송 수단(751), 및, 제2 순환 펌프(32)의 출구측과 음극실(12)의 입구측을 잇는 제2 배관(35)을 흐르는 제2 전해액의 일부를 제1 순환 펌프(22)의 출구측과 양극실(11)의 입구측을 잇는 제1 배관(25)에 이송하는 제2 전해액 이송 수단(752)을 포함하는 전해액 교환 장치(750)를 구비하는 형태의 가스 제조 장치(700), 그리고, 당해 가스 제조 장치(700)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법을 예로 들었지만, 본 발명은 당해 형태로 한정되지 않는다. 예를 들면, 펌프를 갖지 않는 전해액 교환 장치를 구비하고, 제1 전해액 이송 수단이, 제2 순환 탱크(31)에 저류된 제2 전해액의 일부를 제1 순환 탱크(21)에 이송하고, 제2 전해액 이송 수단이, 제1 순환 펌프(22)의 출구측과 양극실(11)의 입구측을 잇는 제1 배관(25)을 흐르는 제1 전해액의 일부를 제2 순환 펌프(32)의 출구측과 음극실(12)의 입구측을 잇는 제2 배관(35)에 이송하는 형태의 전해액 교환 장치를 구비하는 가스 제조 장치, 및, 당해 가스 제조 장치를 이용하는 형태의 가스 제조 방법으로 하는 것도 가능하다.

도 9는, 그와 같은 다른 일 실시형태에 따른 가스 제조 장치(800)를 모식적으로 설명하는 도면이다. 도 9에 있어서, 도 1∼8에 이미 나타낸 요소에는 도 1∼8에 있어서의 부호와 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략하는 경우가 있다. 가스 제조 장치(800)는, 전해액 교환 장치(250) 대신에 전해액 교환 장치(850)를 구비하는 점에 있어서, 가스 제조 장치(200)(도 2)와 다르다. 전해액 교환 장치(850)는, 제1 전해액 이송 수단(251) 대신에 제1 전해액 이송 수단(851)을 구비하고, 제2 전해액 이송 수단(252) 대신에 제2 전해액 이송 수단(852)을 구비하는 점에 있어서, 전해액 교환 장치(250)와 다르다. 또한 가스 제조 장치(800)에 있어서, 제1 순환 펌프(22) 및 제2 순환 펌프(32)로서는, 비용적식 펌프를 바람직하게 이용할 수 있다.

설명의 편의를 위하여, 제1 전해액 이송 수단(851)에 대하여 설명하기 전에, 제2 전해액 이송 수단(852)에 대하여 설명한다. 제2 전해액 이송 수단(852)은, 제1 배관(25)에 있어서 제1 순환 펌프(22)의 출구측에 설치된 제1 유량계(F1)와; 제1 배관(25)에 있어서 제1 유량계(F1)의 하류측에 설치된 제1 유량 제어 밸브(FCV1)와; 제2 배관(35)에 있어서 제2 순환 펌프(32)의 출구측에 직렬로 설치된 제2 유량계(F2) 및 제2 유량 제어 밸브(FCV2)와; 제1 배관(25)에 있어서의 제1 유량계(F1)의 하류측이며 또한 제1 유량 제어 밸브(FCV1)의 상류측으로부터, 제2 배관(35)에 있어서의 제2 유량계(F2) 및 제2 유량 제어 밸브(FCV2)의 하류측에 전해액을 유도하는, 제3 배관(8525)과; 제3 배관(8525)의 도중에 직렬로 설치된 제3 유량계(F3) 및 제3 유량 제어 밸브(FCV3)를 갖고 있다. 제1, 제2, 및 제3 유량계(F1, F2, 및 F3)로서는, 면적 유량계, 용적 유량계, 코리올리 유량계, 전자 유량계 등, 전해액의 유량을 측정 가능한 공지의 유량계를 특별히 제한 없이 이용할 수 있다. 또한 제1, 제2, 및 제3 유량 제어 밸브(FCV1, FCV2, 및 FCV3)로서는, 볼 밸브, 버터플라이 밸브, 글로브 밸브, 니들 밸브 등, 밸브 개도의 연속적인 제어가 가능한 공지의 제어 밸브를 특별히 제한 없이 이용할 수 있다. 제1, 제2, 및 제3 유량 제어 밸브(FCV1, FCV2, 및 FCV3)의 개도는, 각각 제1, 제2, 및 제3 유량계(F1, F2, 및 F3)의 측정값이 소정의 값으로 되도록 제어된다.

제1 순환 펌프(22)의 송액량 v_p1[L/s], 제2 순환 펌프(32)의 송액량 v_p2[L/s], 제2 전해액 이송 수단(852)의 송액량 v₁₂[L/s], 양극실(11)에의 전해액 공급량 v₁[L/s], 및 음극실(12)에의 전해액 공급량 v₂[L/s]는, 제1 유량계(F1)의 측정값 f₁[L/s], 제2 유량계(F2)의 측정값 f₂[L/s], 및 제3 유량계(F3)의 측정값 f₃[L/s]를 이용해서, 각각

v_p1=f₁ …(24)

v_p2=f₂ …(25)

v₁₂=f₃ …(29)

v₁=f₁-f₃ …(30)

v₂=f₂+f₃ …(31)

로 표시된다. f₃의 목표값은 예를 들면 상기 식(12')에 의해 v₁₂로서 구할 수 있다.

가스 제조 장치(200)에 관련해서 상기 설명한 바와 같이, 양극실(11) 및 음극실(12)에의 전해액 공급량 v₁, v₂는 거의 동등한 것이 바람직하다. 구체적으로는, 비 v₂/v₁이 0.80∼1.20, 보다 바람직하게는 0.90∼1.10으로 되도록, 제1 순환 펌프(22), 제2 순환 펌프(32), 및 제2 전해액 이송 수단(852)의 송액량 v_p1, v_p2, 및 v₁₂가 제어되는 것이 바람직하다. 비 v₂/v₁이 상기 범위 내임에 의해, 양극실(11)과 음극실(12) 사이에서의 전해 후의 전해액 농도차가 안정되므로, 전해조(10)의 전해 전압을 안정화하는 것이 용이하게 된다.

또한 가스 제조 장치(200)에 관련해서 상기 설명한 바와 같이, 제2 전해액 이송 수단(852)의 송액량 v₁₂의, 제1 순환 펌프(22)의 송액량 v_p1 및 제2 순환 펌프(32)의 송액량 v_p2에 대한 비 v₁₂/v_p1, v₁₂/v_p2는, 각각 바람직하게는 0.001 이상, 보다 바람직하게는 0.003 이상이고, 또한 일 실시형태에 있어서 0.03 이하, 바람직하게는 0.01 이하이다. 제2 전해액 이송 수단(852)의 송액량의 제1 순환 펌프(22)의 송액량 및 제2 순환 펌프(32)의 송액량에 대한 비가 각각 상기 하한값 이상임에 의해, 제1 전해액 순환계(20)에 있어서의 전해액 농도와 제2 전해액 순환계(30)에 있어서의 전해액 농도의 차를 더 저감할 수 있으므로, 양극실(11)에 공급되는 전해액 및 음극실(12)에 공급되는 전해액의 농도를, 전력 효율이 높은 범위로 유지하는 것이 용이하게 된다. 또한 제2 전해액 이송 수단(852)의 송액량의 제1 순환 펌프(22)의 송액량 및 제2 순환 펌프(32)의 송액량에 대한 비가 각각 상기 상한값 이하임에 의해, 제1 전해액 순환계(20)로부터 전해액과 함께 제2 전해액 순환계(30)에 유입되는 용존 산소 가스, 및, 제2 전해액 순환계(30)로부터 전해액과 함께 제1 전해액 순환계(20)에 유입되는 용존 수소 가스를 저감할 수 있으므로, 제1 순환 탱크(21)의 액상 영역(21a)으로부터 기상 영역(21b)에 방출되는 수소 가스를 저감하고, 제1 가스 회수 라인(60)으로부터 회수되는 산소 가스의 순도를 더 높이는 것이 가능하게 됨과 함께, 제2 순환 탱크(31)의 액상 영역(31a)으로부터 기상 영역(31b)에 방출되는 산소 가스를 저감하고, 제2 가스 회수 라인(70)으로부터 회수되는 수소 가스의 순도를 더 높이는 것이 가능하게 된다.

양극실(11)에의 전해액 공급량 v₁(=f₁-f₃: 식(30)), 음극실(12)에의 전해액 공급량 v₂(=f₂+f₃: 식(31)), 및 제2 전해액 이송 수단(852)의 송액량 v₁₂(=f₃: 식(29))의 목표값이 정해지면, f₁ 및 f₂의 목표값도, 식(30) 및 (31)로부터 각각,

f₁=v₁+v₁₂ …(30')

f₂=v₂-v₁₂ …(31')

일례로서, 제1 유량계(F1)를 흐르는 유량 f₁과 제2 유량계(F2)를 흐르는 유량 f₂가 동일하게 유지되는 경우에는, 제2 유량 제어 밸브(FCV2)의 압력 손실 P^d _FCV2가 제1 유량 제어 밸브(FCV1)의 압력 손실 P^d _FCV1보다 작아지도록(즉 P^d _FCV2<P^d _FCV1) 제1 및 제2 유량 제어 밸브(FCV1, FCV2)의 개도를 조정함(예를 들면 제1 및 제2 유량 제어 밸브(FCV1, FCV2)가 동일 사양의 제어 밸브인 경우에는, 제1 유량 제어 밸브(FCV1)의 개도 O_FCV1을 제2 유량 제어 밸브(FCV2)의 개도 O_FCV2보다도 작게 함(O_FCV1<O_FCV2))에 의해, 제3 유량 제어 밸브(FCV3) 및 제3 유량계(F3)를 구비하는 제3 배관(8525)을 통해 제1 배관(25)으로부터 제2 배관(35)에 전해액을 이송할 수 있다. 또, 제2 배관(35)의 제2 유량 제어 밸브(FCV2)의 하류측에 있어서의 압력에 거슬러서 전해액을 이송하는 관점에서는, 제3 유량 제어 밸브(FCV3)의 개도는, 제3 유량 제어 밸브(FCV3)의 압력 손실 P^d _FCV3이 제2 유량 제어 밸브(FCV2)의 압력 손실 P^d _FCV2보다도 작아지도록(P^d _FCV3<P^d _FCV2) 제어되는 것이 바람직하다. 또한 제3 배관(8525)의 도중에는, 전해액이 역방향으로(제2 배관(35)으로부터 제1 배관(25)에) 흐르는 것을 막기 위한 역지 밸브(체크 밸브)가 더 설치되어 있어도 된다.

제1 전해액 이송 수단(851)은, 제1 순환 탱크(21)의 액상 영역(21a)과 제2 순환 탱크(31)의 액상 영역(31a)을 접속하는 연통 배관이다(이하에 있어서 제1 전해액 이송 수단(851)을 「연통 배관(851)」이라 하는 경우가 있다). 또 가스 제조 장치(800)에 있어서, 제1 순환 탱크(21) 및 제2 순환 탱크(31)는, 거의 동일한 높이에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 설명한 바와 같이, 제2 전해액 이송 수단(852)은, 제1 순환 펌프(22)의 출구측과 양극실(11)의 입구측을 잇는 제1 배관(25)을 흐르는 제1 전해액의 일부를, 제2 순환 펌프(32)의 출구측과 음극실(12)의 입구측을 잇는 제2 배관(35)에 송액하므로, 제2 순환 탱크(31)에 저류되는 제2 전해액의 액량을 제1 순환 탱크(21)에 저류되는 제1 전해액의 액량보다도 늘리도록 작용한다. 따라서 제2 순환 탱크(31)에 저류된 제2 전해액의 일부는, 중력을 구동력으로 해서, 제1 순환 탱크(21)의 액면과 제2 순환 탱크(31)의 액면 사이의 액면차를 해소하도록, 연통 배관(851)을 통해 제1 순환 탱크(21)에 이동한다. 이와 같이 해서, 제1 전해액 이송 수단(851)에 의해, 제2 순환 탱크(31)에 저류된 제2 전해액의 일부가 제1 순환 탱크(21)에 송액된다.

제1 순환 탱크(21)에 저류되는 제1 전해액의 양은, 제1 순환 탱크(21)의 총용적에 대해서, 1∼99체적%의 범위 내로 유지되는 것이 바람직하고, 30∼70체적%의 범위 내로 유지되는 것이 보다 바람직하다. 마찬가지로, 제2 순환 탱크(31)에 저류되는 제2 전해액의 양은, 제2 순환 탱크(31)의 총용적에 대해서, 1∼99체적%의 범위 내로 유지되는 것이 바람직하고, 30∼70체적%의 범위 내로 유지되는 것이 보다 바람직하다. 각 순환 탱크(21, 31)에 저류되는 전해액의 양이 상기 범위 내임에 의해, 가스 제조 장치(800)를 보다 안정적으로 운전하는 것이 가능하게 된다.

이와 같이, 전해액 교환 장치로서 펌프 대신에 제어 밸브(FCV1∼FCV3)와 연통 배관(851)의 조합을 이용하는 형태의 가스 제조 장치(800)에 의해서도, 상기와 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하다. 또한 이러한 형태의 가스 제조 장치(800)에 의하면, 또한, 전해액 교환 장치에 있어서의 에너지 소비를 저감하는 것이 가능하게 되는 것 외에, 제1 순환 탱크(21)와 제2 순환 탱크(31)의 액면차가 연통 배관(851)에 의해 자동적으로 저감 내지 해소되므로, 제1 및 제2 순환 탱크(21, 31)의 액면 레벨을 소정의 수준으로 유지하도록 제1 전해액 이송 수단(51, 251) 및 제2 전해액 이송 수단(52, 252)의 송액량을 제어하는 처리가 불요해진다. 따라서 이러한 형태의 가스 제조 장치(800)에 의하면, 설비 비용 및 운전 비용의 삭감 그리고 제어의 간소화가 가능하게 된다.

<16. 가스 제조 방법(8)>

가스 제조 장치(800)의 동작, 및, 가스 제조 장치(800)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법에 대하여, 도 9를 참조하면서 더 설명한다.

스텝(a)∼(g), (j) 및 (k)에 대해서는, 가스 제조 장치(200)(도 2)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법에 관한 상기 설명과 마찬가지이다.

제1 순환 펌프(22)로부터 송출된 제1 전해액의 일부는, 제2 전해액 이송 수단(852)에 의해 분기되고, 제2 순환 펌프(32)로부터 송출된 제2 전해액에 합류한다. 이에 의해 제1 전해액의 일부가 제2 전해액 중에 도입된다(스텝(i)). 또한 제2 순환 탱크(31)에 저류된 제2 전해액의 일부는, 제1 전해액 이송 수단(연통 배관)(851)에 의해 제1 순환 탱크(21)에 이송된다. 이에 의해 제2 전해액의 일부가 제1 전해액 중에 도입된다(스텝(h)).

가스 제조 장치(800) 및 당해 가스 제조 장치(800)를 이용하는 형태의 가스 제조 방법에 의해서도, 상기와 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하다.

본 발명에 관한 상기 설명에서는, 제1 순환 탱크(21) 또는 제2 순환 탱크(31)의 어느 한쪽에 물을 공급하는 순수 공급계(40 또는 340)를 구비하는 형태의 가스 제조 장치(100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 및 800), 그리고 당해 가스 제조 장치를 이용하는 형태의 가스 제조 방법을 예로 들었지만, 본 발명은 당해 형태로 한정되지 않는다. 예를 들면, 순수 공급계가 제1 순환 탱크 및 제2 순환 탱크의 양쪽에 물을 공급하는 형태의 가스 제조 장치, 및 당해 가스 제조 장치를 이용하는 형태의 가스 제조 방법으로 하는 것도 가능하다.

본 발명에 관한 상기 설명에서는, 기액 분리기를 구비하지 않고, 제1 순환 탱크(21)의 내부에서 제1 가스 흐름과 제1 전해액의 기액 분리가 행해지고, 제2 순환 탱크(31)의 내부에서 제2 가스 흐름과 제2 전해액의 기액 분리가 행해지는 형태의 가스 제조 장치(100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 및 800), 그리고, 당해 가스 제조 장치를 이용하는 형태의 가스 제조 방법을 예로 들었지만, 본 발명은 당해 형태로 한정되지 않는다. 예를 들면, 양극실로부터 유출된 제1 가스 흐름과 제1 전해액의 기액 혼합물을 수용하여 기액 분리하는 제1 기액 분리기와, 음극실로부터 유출된 제2 가스 흐름과 제2 전해액의 기액 혼합물을 수용하여 기액 분리하는 제2 기액 분리기를 구비하고, 제1 기액 분리기에 의한 기액 분리 후의 제1 전해액이 제1 순환 탱크에 저류되고, 제1 기액 분리기에 의한 기액 분리 후의 제1 가스 흐름이 제1 가스 회수 라인으로부터 회수되고, 제2 기액 분리기에 의한 기액 분리 후의 제2 전해액이 제2 순환 탱크에 저류되고, 제2 기액 분리기에 의한 기액 분리 후의 제2 가스 흐름이 제2 가스 회수 라인으로부터 회수되는 형태의 가스 제조 장치, 및, 당해 가스 제조 장치를 이용하는 형태의 가스 제조 방법으로 하는 것도 가능하다. 그와 같은 형태의 가스 제조 장치 및 가스 제조 방법에 의해서도, 본 발명의 상기 효과를 얻는 것이 가능하다.

100, 200, 300, 400, 500, 600, 600', 700, 800 : 가스 제조 장치
10 : 전해조
11 : 양극실
12 : 음극실
13 : (이온투과성의) 격막
20 : 제1 전해액 순환계
21 : 제1 순환 탱크
21a : 액상 영역
21b : 기상 영역
22 : 제1 순환 펌프
23, 24 : 배관
25 : 제1 배관
30 : 제2 전해액 순환계
31 : 제2 순환 탱크
31a : 액상 영역
31b : 기상 영역
32 : 제2 순환 펌프
33, 34 : 배관
35 : 제2 배관
40 : 순수 공급계
41 : 순수 탱크
42 : 물 공급 펌프
50, 250, 750, 850 : 전해액 교환 장치
51, 251, 751, 851 : 제1 전해액 이송 수단
52, 252, 752, 852 : 제2 전해액 이송 수단
7525, 8525 : 제3 배관
F1 : 제1 유량계
F2 : 제2 유량계
F3 : 제3 유량계
FCV1 : 제1 유량 제어 밸브
FCV2 : 제2 유량 제어 밸브
FCV3 : 제3 유량 제어 밸브
60, 660 : 제1 가스 회수 라인
61 : 제1 압력 제어 밸브
62 : 배관
63 : 압력계
664 : 제1 냉각 장치
665 : 제1 필터 장치
70, 670 : 제2 가스 회수 라인
71 : 제2 압력 제어 밸브
72 : 배관
73 : 압력계
674 : 제2 냉각 장치
675 : 제2 필터 장치
80 : 차압 제어 수단
81 : 차압 검지기
82 : 밸브 제어 장치

Claims

삭제
양극을 수용하여 산소 가스를 발생하는 양극실과, 음극을 수용하여 수소 가스를 발생하는 음극실과, 상기 양극실과 상기 음극실을 구획하는 이온투과성의 격막(隔膜)을 구비하는 전해조와,
제1 전해액 순환계와,
제2 전해액 순환계와,
전해액 교환 장치
를 구비하는, 가스 제조 장치로서,
상기 제1 전해액 순환계는,
상기 양극실로부터 유출된 제1 전해액을 수용하여 저류(貯留)하는, 제1 순환 탱크와,
상기 제1 순환 탱크에 저류된 상기 제1 전해액을 상기 양극실에 공급하는, 제1 순환 펌프
를 포함하고,
상기 제2 전해액 순환계는,
상기 음극실로부터 유출된 제2 전해액을 수용하여 저류하는, 제2 순환 탱크와,
상기 제2 순환 탱크에 저류된 상기 제2 전해액을 상기 음극실에 공급하는, 제2 순환 펌프
를 포함하고,
상기 전해액 교환 장치는, 상기 제1 전해액 순환계에 존재하는 상기 제1 전해액의 일부를 상기 제2 전해액 순환계에 이송하며, 또한, 상기 제2 전해액 순환계에 존재하는 상기 제2 전해액의 일부를 상기 제1 전해액 순환계에 이송하고,
상기 전해액 교환 장치가,
상기 제1 순환 탱크에 저류된 상기 제1 전해액의 일부를 상기 제2 순환 탱크에 이송하는, 제1 전해액 이송 수단과,
상기 제2 순환 펌프의 출구측과 상기 음극실의 입구측을 잇는 배관을 흐르는 상기 제2 전해액의 일부를, 상기 제1 순환 펌프의 출구측과 상기 양극실의 입구측을 잇는 배관에 이송하는, 제2 전해액 이송 수단
을 포함하는, 가스 제조 장치.
양극을 수용하여 산소 가스를 발생하는 양극실과, 음극을 수용하여 수소 가스를 발생하는 음극실과, 상기 양극실과 상기 음극실을 구획하는 이온투과성의 격막을 구비하는 전해조와,
제1 전해액 순환계와,
제2 전해액 순환계와,
전해액 교환 장치
를 구비하는, 가스 제조 장치로서,
상기 제1 전해액 순환계는,
상기 양극실로부터 유출된 제1 전해액을 수용하여 저류하는, 제1 순환 탱크와,
상기 제1 순환 탱크에 저류된 상기 제1 전해액을 상기 양극실에 공급하는, 제1 순환 펌프
를 포함하고,
상기 제2 전해액 순환계는,
상기 음극실로부터 유출된 제2 전해액을 수용하여 저류하는, 제2 순환 탱크와,
상기 제2 순환 탱크에 저류된 상기 제2 전해액을 상기 음극실에 공급하는, 제2 순환 펌프
를 포함하고,
상기 전해액 교환 장치는, 상기 제1 전해액 순환계에 존재하는 상기 제1 전해액의 일부를 상기 제2 전해액 순환계에 이송하며, 또한, 상기 제2 전해액 순환계에 존재하는 상기 제2 전해액의 일부를 상기 제1 전해액 순환계에 이송하고,
상기 전해액 교환 장치가,
상기 제2 순환 탱크에 저류된 상기 제2 전해액의 일부를 상기 제1 순환 탱크에 이송하는, 제1 전해액 이송 수단과,
상기 제1 순환 펌프의 출구측과 상기 양극실의 입구측을 잇는 배관을 흐르는 상기 제1 전해액의 일부를, 상기 제2 순환 펌프의 출구측과 상기 음극실의 입구측을 잇는 배관에 이송하는, 제2 전해액 이송 수단
을 포함하는, 가스 제조 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 양극실로부터 유출된 제1 가스 흐름의 압력을 제어하는, 제1 압력 제어 밸브와,
상기 음극실로부터 유출된 제2 가스 흐름의 압력을 제어하는, 제2 압력 제어 밸브
를 더 구비하는, 가스 제조 장치.
제4항에 있어서,
상기 제1 가스 흐름을 수용하여 냉각하는, 제1 냉각 장치와,
상기 제2 가스 흐름을 수용하여 냉각하는, 제2 냉각 장치와,
상기 제1 냉각 장치에 접속되고, 상기 제1 냉각 장치에 의해서 냉각된 제1 가스 흐름을 수용하여, 당해 제1 가스 흐름 중의 액화된 수분을 제거하는, 제1 필터 장치와,
상기 제2 냉각 장치에 접속되고, 상기 제2 냉각 장치에 의해서 냉각된 제2 가스 흐름을 수용하여, 당해 제2 가스 흐름 중의 액화된 수분을 제거하는, 제2 필터 장치
를 더 구비하고,
상기 제1 냉각 장치 및 상기 제1 필터 장치는, 상기 제1 압력 제어 밸브의 상류측에 배치되고,
상기 제2 냉각 장치 및 상기 제2 필터 장치는, 상기 제2 압력 제어 밸브의 상류측에 배치되어 있는, 가스 제조 장치.
제4항에 있어서,
상기 제1 압력 제어 밸브의 상류측에 있어서의 상기 제1 가스 흐름의 압력과, 상기 제2 압력 제어 밸브의 상류측에 있어서의 상기 제2 가스 흐름의 압력의 차압을 소정의 값으로 제어하는, 차압 제어 수단을 더 구비하는,
가스 제조 장치.
제6항에 있어서,
상기 차압 제어 수단이,
상기 제1 압력 제어 밸브의 상류측에 있어서의 상기 제1 가스 흐름의 압력과, 상기 제2 압력 제어 밸브의 상류측에 있어서의 상기 제2 가스 흐름의 압력의 차압을 측정하는, 차압 검지기와,
상기 차압 검지기의 측정 결과에 의거해서, 상기 제1 압력 제어 밸브 및/또는 상기 제2 압력 제어 밸브를 제어하는, 밸브 제어 장치
를 구비하는,
가스 제조 장치.
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양극을 수용하여 산소 가스를 발생하는 양극실과, 음극을 수용하여 수소 가스를 발생하는 음극실과, 상기 양극실과 상기 음극실을 구획하는 이온투과성의 격막을 구비하는 전해조를 이용해서, 알칼리 수용액인 전해액을 전해함으로써 산소 가스 및 수소 가스를 제조하는 방법으로서,
(a) 상기 양극실에 제1 전해액을 공급하며 또한 상기 음극실에 제2 전해액을 공급하면서 상기 양극과 상기 음극 사이에 통전함으로써, 상기 양극으로부터 산소 가스를 발생시키며 또한 상기 음극으로부터 수소 가스를 발생시키는 공정과,
(b) 상기 양극실로부터, 산소 가스를 포함하는 제1 가스 흐름, 및, 상기 제1 전해액을 회수하는 공정과,
(c) 상기 음극실로부터, 수소 가스를 포함하는 제2 가스 흐름, 및, 상기 제2 전해액을 회수하는 공정과,
(d) 상기 양극실로부터 회수된 상기 제1 전해액을, 제1 순환 탱크에 저류하는 공정과,
(e) 상기 음극실로부터 회수된 상기 제2 전해액을, 제2 순환 탱크에 저류하는 공정과,
(f) 상기 제1 순환 탱크에 저류된 상기 제1 전해액을, 제1 순환 펌프를 이용해서 상기 양극실에 송액하는 공정과,
(g) 상기 제2 순환 탱크에 저류된 상기 제2 전해액을, 제2 순환 펌프를 이용해서 상기 음극실에 송액하는 공정과,
(h) 상기 제1 전해액의 일부를, 상기 제2 전해액 중에 도입하는 공정과,
(i) 상기 제2 전해액의 일부를, 상기 제1 전해액 중에 도입하는 공정
을 포함하고,
상기 공정(h)가,
상기 제1 순환 탱크에 저류된 상기 제1 전해액의 일부를, 상기 제2 순환 탱크에 이송하는 것
을 포함하고,
상기 공정(i)가,
상기 제2 순환 펌프로부터 송출된 상기 제2 전해액의 일부를, 상기 제1 순환 펌프로부터 송출된 상기 제1 전해액에 합류시키는 것
을 포함하는,
가스 제조 방법.
양극을 수용하여 산소 가스를 발생하는 양극실과, 음극을 수용하여 수소 가스를 발생하는 음극실과, 상기 양극실과 상기 음극실을 구획하는 이온투과성의 격막을 구비하는 전해조를 이용해서, 알칼리 수용액인 전해액을 전해함으로써 산소 가스 및 수소 가스를 제조하는 방법으로서,
(a) 상기 양극실에 제1 전해액을 공급하며 또한 상기 음극실에 제2 전해액을 공급하면서 상기 양극과 상기 음극 사이에 통전함으로써, 상기 양극으로부터 산소 가스를 발생시키며 또한 상기 음극으로부터 수소 가스를 발생시키는 공정과,
(b) 상기 양극실로부터, 산소 가스를 포함하는 제1 가스 흐름, 및, 상기 제1 전해액을 회수하는 공정과,
(c) 상기 음극실로부터, 수소 가스를 포함하는 제2 가스 흐름, 및, 상기 제2 전해액을 회수하는 공정과,
(d) 상기 양극실로부터 회수된 상기 제1 전해액을, 제1 순환 탱크에 저류하는 공정과,
(e) 상기 음극실로부터 회수된 상기 제2 전해액을, 제2 순환 탱크에 저류하는 공정과,
(f) 상기 제1 순환 탱크에 저류된 상기 제1 전해액을, 제1 순환 펌프를 이용해서 상기 양극실에 송액하는 공정과,
(g) 상기 제2 순환 탱크에 저류된 상기 제2 전해액을, 제2 순환 펌프를 이용해서 상기 음극실에 송액하는 공정과,
(h) 상기 제1 전해액의 일부를, 상기 제2 전해액 중에 도입하는 공정과,
(i) 상기 제2 전해액의 일부를, 상기 제1 전해액 중에 도입하는 공정
을 포함하고,
상기 공정(h)가,
상기 제1 순환 펌프로부터 송출된 상기 제1 전해액의 일부를, 상기 제2 순환 펌프로부터 송출된 상기 제2 전해액에 합류시키는 것
을 포함하고,
상기 공정(i)가,
상기 제2 순환 탱크에 저류된 상기 제2 전해액의 일부를, 상기 제1 순환 탱크에 이송하는 것
을 포함하는,
가스 제조 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서,
(j) 상기 양극실로부터 회수된 상기 제1 가스 흐름의 압력을, 당해 제1 가스 흐름의 유로에 설치된 제1 압력 제어 밸브를 이용해서 제어하는 공정과,
(k) 상기 음극실로부터 회수된 상기 제2 가스 흐름의 압력을, 당해 제2 가스 흐름의 유로에 설치된 제2 압력 제어 밸브를 이용해서 제어하는 공정
을 더 포함하는, 가스 제조 방법.
제11항에 있어서,
(l) 상기 제1 가스 흐름을 냉각하는 공정과,
(m) 상기 제2 가스 흐름을 냉각하는 공정과,
(n) 상기 공정(l)을 거친 상기 제1 가스 흐름으로부터, 상기 공정(l)에 있어서 응축된 수분을 제거하는 공정과,
(o) 상기 공정(m)을 거친 상기 제2 가스 흐름으로부터, 상기 공정(m)에 있어서 응축된 수분을 제거하는 공정
을 더 포함하고,
상기 공정(j)는, 상기 공정(l) 및 (n)을 거친 상기 제1 가스 흐름의 압력을, 상기 제1 압력 제어 밸브를 이용해서 제어함으로써 행해지고,
상기 공정(k)는, 상기 공정(m) 및 (o)를 거친 상기 제2 가스 흐름의 압력을, 상기 제2 압력 제어 밸브를 이용해서 제어함으로써 행해지는, 가스 제조 방법.
제11항에 있어서,
(p) 상기 제1 압력 제어 밸브의 상류측에 있어서의 상기 제1 가스 흐름의 압력과, 상기 제2 압력 제어 밸브의 상류측에 있어서의 상기 제2 가스 흐름의 압력의 차압을, 소정의 값으로 제어하는 공정
을 더 포함하는,
가스 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 공정(p)가,
(p1) 상기 제1 압력 제어 밸브의 상류측에 있어서의 상기 제1 가스 흐름의 압력과, 상기 제2 압력 제어 밸브의 상류측에 있어서의 상기 제2 가스 흐름의 압력의 차압을 측정하는 공정과,
(p2) 상기 공정(p1)의 측정 결과에 의거해서, 상기 공정(j) 및 (k)에 있어서 상기 제1 압력 제어 밸브 및/또는 상기 제2 압력 제어 밸브를 제어하는 공정
을 포함하는,
가스 제조 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 음극실의 내부의 압력이, 대기압에 대해서 20kPa 이상 고압으로 유지되는,
가스 제조 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 양극실의 내부의 압력이, 대기압에 대해서 20kPa 이상 고압으로 유지되는,
가스 제조 방법.
제15항에 있어서,
상기 양극실의 내부의 압력이, 대기압에 대해서 20kPa 이상 고압으로 유지되는,
가스 제조 방법.