(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極を収容し酸素ガスを発生する陽極室と、陰極を収容し水素ガスを発生する陰極室と、前記陽極室と前記陰極室とを区画するイオン透過性の隔膜とを備える電解槽と、
第１の電解液循環系と、
第２の電解液循環系と、
電解液交換装置と
を備える、ガス製造装置であって、
前記第１の電解液循環系は、
前記陽極室から流出した第１の電解液を受け容れ貯留する、第１の循環タンクと、
前記第１の循環タンクに貯留された前記第１の電解液を前記陽極室に供給する、第１の循環ポンプと
を含み、
前記第２の電解液循環系は、
前記陰極室から流出した第２の電解液を受け容れ貯留する、第２の循環タンクと、
前記第２の循環タンクに貯留された前記第２の電解液を前記陰極室に供給する、第２の循環ポンプと
を含み、
前記電解液交換装置は、前記第１の電解液循環系に存在する前記第１の電解液の一部を前記第２の電解液循環系に移送し、且つ、前記第２の電解液循環系に存在する前記第２の電解液の一部を前記第１の電解液循環系に移送し、
前記電解液交換装置が、
前記第１の循環タンクに貯留された前記第１の電解液の一部を前記第２の循環タンクに移送する、第１の電解液移送手段と、
前記第２の循環ポンプの出側と前記陰極室の入側とを繋ぐ配管を流れる前記第２の電解液の一部を、前記第１の循環ポンプの出側と前記陽極室の入側とを繋ぐ配管に移送する、第２の電解液移送手段と
を含む、ガス製造装置。
【請求項２】
陽極を収容し酸素ガスを発生する陽極室と、陰極を収容し水素ガスを発生する陰極室と、前記陽極室と前記陰極室とを区画するイオン透過性の隔膜とを備える電解槽と、
第１の電解液循環系と、
第２の電解液循環系と、
電解液交換装置と
を備える、ガス製造装置であって、
前記第１の電解液循環系は、
前記陽極室から流出した第１の電解液を受け容れ貯留する、第１の循環タンクと、
前記第１の循環タンクに貯留された前記第１の電解液を前記陽極室に供給する、第１の循環ポンプと
を含み、
前記第２の電解液循環系は、
前記陰極室から流出した第２の電解液を受け容れ貯留する、第２の循環タンクと、
前記第２の循環タンクに貯留された前記第２の電解液を前記陰極室に供給する、第２の循環ポンプと
を含み、
前記電解液交換装置は、前記第１の電解液循環系に存在する前記第１の電解液の一部を前記第２の電解液循環系に移送し、且つ、前記第２の電解液循環系に存在する前記第２の電解液の一部を前記第１の電解液循環系に移送し、
前記電解液交換装置が、
前記第２の循環タンクに貯留された前記第２の電解液の一部を前記第１の循環タンクに移送する、第１の電解液移送手段と、
前記第１の循環ポンプの出側と前記陽極室の入側とを繋ぐ配管を流れる前記第１の電解液の一部を、前記第２の循環ポンプの出側と前記陰極室の入側とを繋ぐ配管に移送する、第２の電解液移送手段と
を含む、ガス製造装置。
【請求項３】
前記陽極室から流出した第１のガス流の圧力を制御する、第１の圧力制御弁と、
前記陰極室から流出した第２のガス流の圧力を制御する、第２の圧力制御弁と、
をさらに備える、請求項１又は２に記載のガス製造装置。
【請求項４】
前記第１のガス流を受け容れ冷却する、第１の冷却装置と、
前記第２のガス流を受け容れ冷却する、第２の冷却装置と、
前記第１の冷却装置に接続され、前記第１の冷却装置によって冷却された第１のガス流を受け容れ、該第１のガス流中の液化された水分を除去する、第１のフィルタ装置と、
前記第２の冷却装置に接続され、前記第２の冷却装置によって冷却された第２のガス流を受け容れ、該第２のガス流中の液化された水分を除去する、第２のフィルタ装置と、
をさらに備え、
前記第１の冷却装置および前記第１のフィルタ装置は、前記第１の圧力制御弁の上流側に配置され、
前記第２の冷却装置および前記第２のフィルタ装置は、前記第２の圧力制御弁の上流側に配置されている、請求項３に記載のガス製造装置。
【請求項５】
前記第１の圧力制御弁の上流側における前記第１のガス流の圧力と、前記第２の圧力制御弁の上流側における前記第２のガス流の圧力との差圧を所定の値に制御する、差圧制御手段をさらに備える、
請求項３又は４に記載のガス製造装置。
【請求項６】
前記差圧制御手段が、
前記第１の圧力制御弁の上流側における前記第１のガス流の圧力と、前記第２の圧力制御弁の上流側における前記第２のガス流の圧力との差圧を測定する、差圧検知器と、
前記差圧検知器の測定結果に基づいて、前記第１の圧力制御弁および／または前記第２の圧力制御弁を制御する、弁制御装置と
を備える、
請求項５に記載のガス製造装置。
【請求項７】
陽極を収容し酸素ガスを発生する陽極室と、陰極を収容し水素ガスを発生する陰極室と、前記陽極室と前記陰極室とを区画するイオン透過性の隔膜とを備える電解槽を用いて、アルカリ水溶液である電解液を電解することにより酸素ガス及び水素ガスを製造する方法であって、
（ａ）前記陽極室に第１の電解液を供給し且つ前記陰極室に第２の電解液を供給しながら前記陽極と前記陰極との間に通電することにより、前記陽極から酸素ガスを発生させ且つ前記陰極から水素ガスを発生させる工程と、
（ｂ）前記陽極室から、酸素ガスを含む第１のガス流、及び、前記第１の電解液を回収する工程と、
（ｃ）前記陰極室から、水素ガスを含む第２のガス流、及び、前記第２の電解液を回収する工程と、
（ｄ）前記陽極室から回収された前記第１の電解液を、第１の循環タンクに貯留する工程と、
（ｅ）前記陰極室から回収された前記第２の電解液を、第２の循環タンクに貯留する工程と、
（ｆ）前記第１の循環タンクに貯留された前記第１の電解液を、第１の循環ポンプを用いて前記陽極室に送液する工程と、
（ｇ）前記第２の循環タンクに貯留された前記第２の電解液を、第２の循環ポンプを用いて前記陰極室に送液する工程と、
（ｈ）前記第１の電解液の一部を、前記第２の電解液中に導入する工程と、
（ｉ）前記第２の電解液の一部を、前記第１の電解液中に導入する工程と、
を含み、
前記工程（ｈ）が、
前記第１の循環タンクに貯留された前記第１の電解液の一部を、前記第２の循環タンクに移送すること
を含み、
前記工程（ｉ）が、
前記第２の循環ポンプから送出された前記第２の電解液の一部を、前記第１の循環ポンプから送出された前記第１の電解液に合流させること
を含む、ガス製造方法。
【請求項８】
陽極を収容し酸素ガスを発生する陽極室と、陰極を収容し水素ガスを発生する陰極室と、前記陽極室と前記陰極室とを区画するイオン透過性の隔膜とを備える電解槽を用いて、アルカリ水溶液である電解液を電解することにより酸素ガス及び水素ガスを製造する方法であって、
（ａ）前記陽極室に第１の電解液を供給し且つ前記陰極室に第２の電解液を供給しながら前記陽極と前記陰極との間に通電することにより、前記陽極から酸素ガスを発生させ且つ前記陰極から水素ガスを発生させる工程と、
（ｂ）前記陽極室から、酸素ガスを含む第１のガス流、及び、前記第１の電解液を回収する工程と、
（ｃ）前記陰極室から、水素ガスを含む第２のガス流、及び、前記第２の電解液を回収する工程と、
（ｄ）前記陽極室から回収された前記第１の電解液を、第１の循環タンクに貯留する工程と、
（ｅ）前記陰極室から回収された前記第２の電解液を、第２の循環タンクに貯留する工程と、
（ｆ）前記第１の循環タンクに貯留された前記第１の電解液を、第１の循環ポンプを用いて前記陽極室に送液する工程と、
（ｇ）前記第２の循環タンクに貯留された前記第２の電解液を、第２の循環ポンプを用いて前記陰極室に送液する工程と、
（ｈ）前記第１の電解液の一部を、前記第２の電解液中に導入する工程と、
（ｉ）前記第２の電解液の一部を、前記第１の電解液中に導入する工程と、
を含み、
前記工程（ｈ）が、
前記第１の循環ポンプから送出された前記第１の電解液の一部を、前記第２の循環ポンプから送出された前記第２の電解液に合流させること
を含み、
前記工程（ｉ）が、
前記第２の循環タンクに貯留された前記第２の電解液の一部を、前記第１の循環タンクに移送すること
を含む、ガス製造方法。
【請求項９】
（ｊ）前記陽極室から回収された前記第１のガス流の圧力を、該第１のガス流の流路に設けられた第１の圧力制御弁を用いて制御する工程と、
（ｋ）前記陰極室から回収された前記第２のガス流の圧力を、該第２のガス流の流路に設けられた第２の圧力制御弁を用いて制御する工程と、
をさらに含む、請求項７又は８に記載のガス製造方法。
【請求項１０】
（ｌ）前記第１のガス流を冷却する工程と、
（ｍ）前記第２のガス流を冷却する工程と、
（ｎ）前記工程（ｌ）を経た前記第１のガス流から、前記工程（ｌ）において凝縮した水分を除去する工程と、
（ｏ）前記工程（ｍ）を経た前記第２のガス流から、前記工程（ｍ）において凝縮した水分を除去する工程と、
をさらに含み、
前記工程（ｊ）は、前記工程（ｌ）及び（ｎ）を経た前記第１のガス流の圧力を、前記第１の圧力制御弁を用いて制御することにより行われ、
前記工程（ｋ）は、前記工程（ｍ）及び（ｏ）を経た前記第２のガス流の圧力を、前記第２の圧力制御弁を用いて制御することにより行われる、請求項９に記載のガス製造方法。
【請求項１１】
（ｐ）前記第１の圧力制御弁の上流側における前記第１のガス流の圧力と、前記第２の圧力制御弁の上流側における前記第２のガス流の圧力との差圧を、所定の値に制御する工程
をさらに含む、
請求項９又は１０に記載のガス製造方法。
【請求項１２】
前記工程（ｐ）が、
（ｐ１）前記第１の圧力制御弁の上流側における前記第１のガス流の圧力と、前記第２の圧力制御弁の上流側における前記第２のガス流の圧力との差圧を測定する工程と、
（ｐ２）前記工程（ｐ１）の測定結果に基づいて、前記工程（ｊ）及び（ｋ）において前記第１の圧力制御弁および／または前記第２の圧力制御弁を制御する工程と、
を含む、
請求項１１に記載のガス製造方法。
【請求項１３】
前記陰極室の内部の圧力が、大気圧に対して２０ｋＰａ以上高圧に維持される、
請求項７〜１２のいずれかに記載のガス製造方法。
【請求項１４】
前記陽極室の内部の圧力が、大気圧に対して２０ｋＰａ以上高圧に維持される、
請求項７〜１３のいずれかに記載のガス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ水電解法によるガス製造方法及びガス製造装置に関し、特に加圧条件下でアルカリ水の電解を行う場合に好適なガス製造方法及びガス製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素ガスおよび酸素ガスの製造方法として、アルカリ水電解法が知られている。アルカリ水電解法においては、アルカリ金属水酸化物（例えばＮａＯＨ、ＫＯＨ等。）が溶解した塩基性の水溶液（アルカリ水）を電解液として用いて水を電気分解することにより、陰極から水素ガスが発生し、陽極から酸素ガスが発生する。通常、アルカリ水電解用の電解セルは、イオン透過性の隔膜で隔てられた陽極室および陰極室を備えており、電気分解は陽極室および陰極室にそれぞれ電解液を循環させながら行われる。各極室から回収された電解液は一旦循環タンクに集められて貯留され、循環タンクに貯留された電解液が再び各極室に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−０３９９８２号公報
【特許文献２】特許第６００８４８２号公報
【特許文献３】特開２０１７−１１９８９５号公報
【特許文献４】特開２０１７−２０３２１８号公報
【特許文献５】特開２０１７−１７９５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アルカリ水の電気分解による水素ガス及び酸素ガスの製造プロセスには、溶存ガスの問題がある。すなわち、陽極室から回収される電解液には、陽極反応で発生した酸素ガスの一部が溶存しており、陰極室から回収される電解液には、陰極反応で発生した水素ガスの一部が溶存している。陽極室から回収された電解液と、陰極室から回収された電解液とが循環タンク内で混合されるので、循環タンク内の電解液には酸素ガス及び水素ガスの両方が溶存することになる。循環タンク内の電解液中に溶存している酸素ガス及び水素ガスは徐々に気相中に放出されるので、循環タンク上部の気相部分の酸素ガス及び水素ガスの濃度が徐々に上昇する。そのため電解装置の運転を続ける間に、循環タンク上部の気相部分のガス組成が爆発限界に達するおそれがある。特に加圧条件下で電解を行う高圧タイプのアルカリ水電解装置においては、電解槽の極室内部の圧力、及び、電解槽から回収されるガス及び電解液の圧力が常圧よりも高く維持されるので、電解液中の溶存ガス量が常圧におけるよりも増大し、したがって溶存ガスの問題が顕著になる。【０００５】
水素ガスを発生する電解プロセスについて、例えば特許文献１には、陽極を収容し陽極ガスを発生する陽極室と、陰極を収容し水素ガスを発生する陰極室と、前記陽極室と前記陰極室とを区画する隔膜と、電解液を前記陽極室から排出するとともに前記陽極室に戻す陽極側循環ラインと、を備える電解装置であって、前記陽極側循環ラインが、前記電解液から前記陽極ガスを分離する陽極側気液分離手段と、前記陽極室と前記陽極側気液分離手段とを接続し、前記電解液と前記陽極ガスとを前記陽極室から排出して前記陽極側気液分離手段に送給する陽極側排出ラインと、前記陽極室と前記陽極側気液分離手段とを接続し、前記電解液を前記陽極側気液分離手段から排出して前記陽極室に送給する陽極側供給ラインと、を備え、溶存した前記水素ガスが気相として存在し、前記水素ガスと前記陽極ガスとが混合する気相領域と前記陽極側気液分離手段とを接続する陽極ガス送給ラインを有し、前記陽極ガス送給ラインが前記陽極ガスの少なくとも一部を前記気相領域に送給し、前記気相領域中の前記水素ガス濃度が爆発限界下限値未満であることを特徴とする電解装置が記載されている。特許文献１に記載の形態によれば、水素を発生する電解プロセスにおいて、微量のガスが電解液の循環ラインに漸次蓄積されて水素の爆発限界に達する可能性を確実に解消できると主張されている。【０００６】
しかしながら、引用文献１には、循環タンクの気相領域から排出されたガスを排気ガスとして系外に放出することが記載されている。引用文献１に記載の形態においては、陽極ガスを用いて循環タンクの気相領域中のガスを押し出す（パージする）ので、循環タンクの気相領域から排出されるガスには、気相領域に供給された陽極ガスに加えて、循環タンク中の電解液から気相領域に放出された陰極ガスが混入している。したがって、引用文献１に記載の形態において仮に循環タンクの気相領域から排出されるガスを回収したとしても、純度の高い陽極ガスを得ることは困難である。【０００７】
かかる問題を解決する手段としては、陽極室から回収された電解液と、陰極室から回収された電解液とを別々の循環タンクに回収および貯留することも考えられる。すなわち、陽極室から回収された電解液は陽極側循環タンクに回収及び貯留し、陽極側循環タンクに貯留された電解液を陽極室に供給するとともに、陰極室から回収された電解液は陰極側循環タンクに回収及び貯留し、陰極側循環タンクに貯留された電解液を陰極室に供給することも考えられる。しかしながら、アルカリ水の電解プロセスにおいて、陽極反応は
２ＯＨ−→（１／２）Ｏ２↑＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−  …（１）
で表され、陰極反応は
２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→Ｈ２↑＋２ＯＨ−  …（２）
で表される。したがってアルカリ水の電解プロセスにおいては、全体としては水が消費されるものの、陰極反応において水が消費されるのに対し陽極反応においては水が生成するので、電解反応の進行に伴って陽極側循環タンクと陰極側循環タンクとの間に液面差が生じてしまう。また陽極反応ではＯＨ−イオンが消費され、陰極反応ではＯＨ−イオンが生成するので、陽極室と陰極室との間で電荷中性を保つように隔膜を透過してイオンが移動するところ、陰極反応で生成したＯＨ−イオンの全てが陰極室から陽極室に移動するわけではない。すなわち、通常、陰極反応で生成したＯＨ−イオンの一部のみが隔膜を透過して陰極室から陽極室に移動し、その残部に対応する陰極室における負電荷の過剰は陽イオン（アルカリ水の溶質がＮａＯＨならＮａ＋イオン、アルカリ水の溶質がＫＯＨならＫ＋イオン）が隔膜を透過して陽極室から陰極室に移動することによって解消される。その結果、電解反応の進行に伴って陽極側循環タンクと陰極側循環タンクとの間で電解液の濃度差が生じてしまう。【０００８】
低圧（常圧）プロセスであれば、陽極側循環ラインと陰極側循環ラインとを分離した場合であっても、陽極側循環タンクの液相領域と陰極側循環タンクの液相領域とに連通する配管（連通管）をさらに設ければ、重力および拡散法則に従って水およびイオンが偏りを解消するように連通管を通って移動するので、陽極側循環タンクと陰極側循環タンクとの間の液面差および濃度差が自動的に解消ないし一定水準以下に緩和される。しかしながら加圧条件下で電解を行う高圧プロセスにおいては一般に重力よりも圧力差が支配的になるので、高圧プロセスにおいて上記のように陽極側循環ラインと陰極側循環ラインとを分離した上で陽極側循環タンクの液相領域と陰極側循環タンクの液相領域との間に連通管を設けた場合、陽極側循環ラインと陰極側循環ラインとの間の圧力差に起因して圧力が高い側の循環タンクから圧力が低い側の循環タンクに電解液が移動することにより両循環タンクの液面が変動し、甚だしい場合には圧力が低い側の循環タンクが電解液で溢れ、電解装置の運転を停止しなければならなくなるおそれがある。【０００９】
本発明は、加圧条件下でアルカリ水の電解を行う場合であっても、循環タンクの気相領域中のガス組成が爆発限界に達することを防止するとともに、電解液中の溶存ガスがガス純度に及ぼす悪影響を低減しながら水素ガス及び酸素ガスの両方を安定して製造することが可能な、ガス製造装置を提供することを課題とする。また、加圧条件下でアルカリ水の電解を行う場合であっても、循環タンクの気相領域中のガス組成が爆発限界に達することを防止するとともに、電解液中の溶存ガスがガス純度に及ぼす悪影響を低減しながら水素ガス及び酸素ガスの両方を安定して製造することが可能な、ガス製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、次の［１］〜［１４］の形態を包含する。
［１］  陽極を収容し酸素ガスを発生する陽極室と、陰極を収容し水素ガスを発生する陰極室と、前記陽極室と前記陰極室とを区画するイオン透過性の隔膜とを備える電解槽と、
第１の電解液循環系と、
第２の電解液循環系と、
電解液交換装置と
を備える、ガス製造装置であって、
前記第１の電解液循環系は、
前記陽極室から流出した第１の電解液を受け容れ貯留する、第１の循環タンクと、
前記第１の循環タンクに貯留された前記第１の電解液を前記陽極室に供給する、第１の循環ポンプとを含み、
前記第２の電解液循環系は、
前記陰極室から流出した第２の電解液を受け容れ貯留する、第２の循環タンクと、
前記第２の循環タンクに貯留された前記第２の電解液を前記陰極室に供給する、第２の循環ポンプとを含み、
前記電解液交換装置は、前記第１の電解液循環系に存在する前記第１の電解液の一部を前記第２の電解液循環系に移送し、且つ、前記第２の電解液循環系に存在する前記第２の電解液の一部を前記第１の電解液循環系に移送することを特徴とする、ガス製造装置。【００１１】
［２］  前記電解液交換装置が、
前記第１の循環タンクに貯留された前記第１の電解液の一部を前記第２の循環タンクに移送する、第１の電解液移送手段と、
前記第２の循環ポンプの出側と前記陰極室の入側とを繋ぐ配管を流れる前記第２の電解液の一部を、前記第１の循環ポンプの出側と前記陽極室の入側とを繋ぐ配管に移送する、第２の電解液移送手段とを含む、［１］に記載のガス製造装置。【００１２】
［３］  前記電解液交換装置が、
前記第２の循環タンクに貯留された前記第２の電解液の一部を前記第１の循環タンクに移送する、第１の電解液移送手段と、
前記第１の循環ポンプの出側と前記陽極室の入側とを繋ぐ配管を流れる前記第１の電解液の一部を、前記第２の循環ポンプの出側と前記陰極室の入側とを繋ぐ配管に移送する、第２の電解液移送手段とを含む、［１］に記載のガス製造装置。【００１３】
［４］  前記陽極室から流出した第１のガス流の圧力を制御する、第１の圧力制御弁と、
前記陰極室から流出した第２のガス流の圧力を制御する、第２の圧力制御弁と、
をさらに備える、［１］〜［３］のいずれかに記載のガス製造装置。【００１４】
［５］  前記第１のガス流を受け容れ冷却する、第１の冷却装置と、
前記第２のガス流を受け容れ冷却する、第２の冷却装置と、
前記第１の冷却装置に接続され、前記第１の冷却装置によって冷却された第１のガス流を受け容れ、該第１のガス流中の液化された水分を除去する、第１のフィルタ装置と、
前記第２の冷却装置に接続され、前記第２の冷却装置によって冷却された第２のガス流を受け容れ、該第２のガス流中の液化された水分を除去する、第２のフィルタ装置と、
をさらに備え、
前記第１の冷却装置および前記第１のフィルタ装置は、前記第１の圧力制御弁の上流側に配置され、
前記第２の冷却装置および前記第２のフィルタ装置は、前記第２の圧力制御弁の上流側に配置されている、［４］に記載のガス製造装置。【００１５】
［６］  前記第１の圧力制御弁の上流側における前記第１のガス流の圧力と、前記第２の圧力制御弁の上流側における前記第２のガス流の圧力との差圧を所定の値に制御する、差圧制御手段をさらに備える、［４］又は［５］に記載のガス製造装置。【００１６】
［７］  前記差圧制御手段が、
前記第１の圧力制御弁の上流側における前記第１のガス流の圧力と、前記第２の圧力制御弁の上流側における前記第２のガス流の圧力との差圧を測定する、差圧検知器と、
前記差圧検知器の測定結果に基づいて、前記第１の圧力制御弁および／または前記第２の圧力制御弁を制御する、弁制御装置とを備える、［６］に記載のガス製造装置。【００１７】
［８］  陽極を収容し酸素ガスを発生する陽極室と、陰極を収容し水素ガスを発生する陰極室と、前記陽極室と前記陰極室とを区画するイオン透過性の隔膜とを備える電解槽を用いて、アルカリ水溶液である電解液を電解することにより酸素ガス及び水素ガスを製造する方法であって、
（ａ）前記陽極室に第１の電解液を供給し且つ前記陰極室に第２の電解液を供給しながら前記陽極と前記陰極との間に通電することにより、前記陽極から酸素ガスを発生させ且つ前記陰極から水素ガスを発生させる工程と、
（ｂ）前記陽極室から、酸素ガスを含む第１のガス流、及び、前記第１の電解液を回収する工程と、
（ｃ）前記陰極室から、水素ガスを含む第２のガス流、及び、前記第２の電解液を回収する工程と、
（ｄ）前記陽極室から回収された前記第１の電解液を、第１の循環タンクに貯留する工程と、
（ｅ）前記陰極室から回収された前記第２の電解液を、第２の循環タンクに貯留する工程と、
（ｆ）前記第１の循環タンクに貯留された前記第１の電解液を、第１の循環ポンプを用いて前記陽極室に送液する工程と；
（ｇ）前記第２の循環タンクに貯留された前記第２の電解液を、第２の循環ポンプを用いて前記陰極室に送液する工程と；
（ｈ）前記第１の電解液の一部を、前記第２の電解液中に導入する工程と、
（ｉ）前記第２の電解液の一部を、前記第１の電解液中に導入する工程とを含む、ガス製造方法。【００１８】
［９］  前記工程（ｈ）が、前記第１の循環タンクに貯留された前記第１の電解液の一部を、前記第２の循環タンクに移送することを含み、
前記工程（ｉ）が、前記第２の循環ポンプから送出された前記第２の電解液の一部を、前記第１の循環ポンプから送出された前記第１の電解液に合流させることを含む、［８］に記載のガス製造方法。【００１９】
［１０］  前記工程（ｈ）が、前記第１の循環ポンプから送出された前記第１の電解液の一部を、前記第２の循環ポンプから送出された前記第２の電解液に合流させることを含み、
前記工程（ｉ）が、前記第２の循環タンクに貯留された前記第２の電解液の一部を、前記第１の循環タンクに移送することを含む、［８］に記載のガス製造方法。【００２０】
［１１］  （ｊ）前記陽極室から回収された前記第１のガス流の圧力を、該第１のガス流の流路に設けられた第１の圧力制御弁を用いて制御する工程と、
（ｋ）前記陰極室から回収された前記第２のガス流の圧力を、該第２のガス流の流路に設けられた第２の圧力制御弁を用いて制御する工程とをさらに含む、［８］〜［１０］のいずれかに記載のガス製造方法。【００２１】
［１２］  （ｌ）前記第１のガス流を冷却する工程と、
（ｍ）前記第２のガス流を冷却する工程と、
（ｎ）前記工程（ｌ）を経た前記第１のガス流から、前記工程（ｌ）において凝縮した水分を除去する工程と、
（ｏ）前記工程（ｍ）を経た前記第２のガス流から、前記工程（ｍ）において凝縮した水分を除去する工程とをさらに含み、
前記工程（ｊ）は、前記工程（ｌ）及び（ｎ）を経た前記第１のガス流の圧力を、前記第１の圧力制御弁を用いて制御することにより行われ、
前記工程（ｋ）は、前記工程（ｍ）及び（ｏ）を経た前記第２のガス流の圧力を、前記第２の圧力制御弁を用いて制御することにより行われる、［１１］に記載のガス製造方法。【００２２】
［１３］  （ｐ）前記第１の圧力制御弁の上流側における前記第１のガス流の圧力と、前記第２の圧力制御弁の上流側における前記第２のガス流の圧力との差圧を、所定の値に制御する工程をさらに含む、［１１］又は［１２］に記載のガス製造方法。【００２３】
［１４］  前記工程（ｐ）が、
（ｐ１）前記第１の圧力制御弁の上流側における前記第１のガス流の圧力と、前記第２の圧力制御弁の上流側における前記第２のガス流の圧力との差圧を測定する工程と、
（ｐ２）前記工程（ｐ１）の測定結果に基づいて、前記工程（ｊ）及び（ｋ）において前記第１の圧力制御弁および／または前記第２の圧力制御弁を制御する工程とを含む、［１３］に記載のガス製造方法。【００２４】
［１５］  前記陰極室の内部の圧力が、大気圧に対して２０ｋＰａ以上高圧に維持される、［８］〜［１４］のいずれかに記載のガス製造方法。【００２５】
［１６］  前記陽極室の内部の圧力が、大気圧に対して２０ｋＰａ以上高圧に維持される、［８］〜［１５］のいずれかに記載のガス製造方法。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のガス製造装置は、陽極室に第１の電解液を循環供給する第１の電解液循環系と、陰極室に第２の電解液を循環供給する第２の電解液循環系とを別々に備える。したがって本発明のガス製造装置によれば、加圧条件下でアルカリ水の電解を行う場合であっても、循環タンクの気相領域中のガス組成が爆発限界に達することを防止するとともに、電解液中の溶存ガスがガス純度に及ぼす悪影響を低減しながら水素ガス及び酸素ガスの両方を製造することが可能になる。さらに本発明のガス製造装置は、第１の電解液循環系に存在する第１の電解液の一部を第２の電解液循環系に移送し且つ第２の電解液循環系に存在する第２の電解液の一部を第１の電解液循環系に移送する電解液交換装置を備えるので、第１の電解液循環系と第２の電解液循環系との間の圧力差の大小に関わらず、第１の循環タンクと第２の循環タンクとの間の液面差および濃度差を解消ないし緩和することが可能である。したがって本発明のガス製造装置によれば、加圧条件下でアルカリ水の電解を行う場合であっても、各ガスを安定して製造することが可能になる。よって本発明のガス製造装置によれば、加圧条件下でアルカリ水の電解を行う場合であっても、循環タンクの気相領域中のガス組成が爆発限界に達することを防止するとともに、電解液中の溶存ガスがガス純度に及ぼす悪影響を低減しながら水素ガス及び酸素ガスの両方を安定して製造することが可能である。【００２７】
本発明のガス製造方法は、工程（ｂ）乃至（ｇ）を備えるので、陽極室から回収された第１の電解液が第１の循環タンクに貯留され、第１の循環タンクに貯留された第１の電解液が第１の循環ポンプにより陽極室に供給されるとともに、陰極室から回収された第２の電解液が第２の循環タンクに貯留され、第２の循環タンクに貯留された第２の電解液が第２の循環ポンプにより陰極室に供給される。したがって本発明のガス製造方法によれば、加圧条件下でアルカリ水の電解を行う場合であっても、循環タンクの気相領域中のガス組成が爆発限界に達することを防止するとともに、電解液中の溶存ガスがガス純度に及ぼす悪影響を低減しながら水素ガス及び酸素ガスの両方を製造することが可能になる。さらに本発明のガス製造方法は工程（ｈ）及び（ｉ）を備えるので、陽極側の電解液循環系と陰極側の電解液循環系との圧力差の大小に関わらず、第１の循環タンクと第２の循環タンクとの間の液面差および濃度差を解消ないし緩和することが可能である。したがって本発明のガス製造方法によれば、加圧条件下でアルカリ水の電解を行う場合であっても、各ガスを安定して製造することが可能になる。よって本発明のガス製造方法によれば、加圧条件下でアルカリ水の電解を行う場合であっても、循環タンクの気相領域中のガス組成が爆発限界に達することを防止するとともに、電解液中の溶存ガスがガス純度に及ぼす悪影響を低減しながら水素ガス及び酸素ガスの両方を安定して製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一の実施形態に係るガス製造装置１００を模式的に説明する図である。
【図２】本発明の他の一の実施形態に係るガス製造装置２００を模式的に説明する図である。
【図３】本発明の他の一の実施形態に係るガス製造装置３００を模式的に説明する図である。
【図４】本発明の他の一の実施形態に係るガス製造装置４００を模式的に説明する図である。
【図５】本発明の他の一の実施形態に係るガス製造装置５００を模式的に説明する図である。
【図６】本発明の他の一の実施形態に係るガス製造装置６００を模式的に説明する図である。
【図７】本発明の他の一の実施形態に係るガス製造装置６００’を模式的に説明する図である。
【図８】本発明の他の一の実施形態に係るガス製造装置７００を模式的に説明する図である。
【図９】本発明の他の一の実施形態に係るガス製造装置８００を模式的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の上記した作用および利得は、以下に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。なお、図面は必ずしも正確な寸法を反映したものではない。また図では、一部の符号を省略することがある。本明細書においては特に断らない限り、数値Ａ及びＢについて「Ａ〜Ｂ」という表記は「Ａ以上Ｂ以下」を意味するものとする。かかる表記において数値Ｂのみに単位を付した場合には、当該単位が数値Ａにも適用されるものとする。また「又は」及び「若しくは」の語は、特に断りのない限り論理和を意味するものとする。本明細書において、要素Ｅ１及びＥ２について「Ｅ１及び／又はＥ２」という表記は「Ｅ１若しくはＥ２、又はそれらの組み合わせ」を意味するものとし、要素Ｅ１、…、ＥＮ（Ｎは３以上の整数）について「Ｅ１、…、ＥＮ−１、及び／又はＥＮ」という表記は「Ｅ１、…、ＥＮ−１、若しくはＥＮ、又はそれらの組み合わせ」を意味するものとする。
【００３０】
＜１．ガス製造装置（１）＞
図１は、本発明の一の実施形態に係るガス製造装置１００を模式的に説明する図である。ガス製造装置１００は、電解液としてアルカリ水を用い、アルカリ水の電気分解により酸素ガス及び水素ガスを製造する装置である。ガス製造装置１００は、電解槽１０と、第１の電解液循環系２０と、第２の電解液循環系３０と、純水供給系４０と、電解液交換装置５０と、第１のガス回収ライン６０と、第２のガス回収ライン７０とを備えている。図１中、矢印は物質の流れる向きを指している。
【００３１】
電解槽１０は、陽極を収容し酸素ガスを発生する陽極室１１、陰極を収容し水素ガスを発生する陰極室１２、及び、陽極室１１と陰極室１２とを区画するイオン透過性の隔膜１３を備えている。電解槽１０としては、アルカリ水電解装置に従来用いられている形態の電解槽を特に制限なく採用できる。
【００３２】
第１の電解液循環系２０は、陽極室１１から流出した第１の電解液を受け容れ貯留する、第１の循環タンク２１と、第１の循環タンク２１に貯留された第１の電解液を陽極室１１に供給する、第１の循環ポンプ２２とを含む。第１の循環タンク２１の内部には、貯留された第１の電解液で占められている液相領域２１ａと、液相領域２１ａの上側の空間である気相領域２１ｂとが存在する。第１の電解液循環系２０はさらに、陽極室１１から流出した第１の電解液及び陽極ガスを第１の循環タンク２１に導く配管２３と、第１の循環タンク２１の液相領域２１ａから第１の電解液を第１の循環ポンプ２２に導く配管２４と、第１の循環ポンプ２２から送出された第１の電解液を陽極室１１に導く第１の配管２５とを備えている。
陽極室１１からは、第１の電解液と陽極室１１で発生したガスとを含む第１の気液混合物が流出する。陽極室１１から流出した第１の気液混合物は、配管２３を通じて第１の循環タンク２１に導かれ、第１の循環タンク２１内部において、第１の電解液は液相領域２１ａに、ガス（第１のガス流）は気相領域２１ｂに、それぞれ分離（気液分離）する。
【００３３】
第２の電解液循環系３０は、陰極室１２から流出した第２の電解液を受け容れ貯留する、第２の循環タンク３１と、第２の循環タンク３１に貯留された第１の電解液を陰極室１２に供給する、第２の循環ポンプ３２とを含む。第２の循環タンク３１の内部には、貯留された第２の電解液で占められている液相領域３１ａと、液相領域３１ａの上側の空間である気相領域３１ｂとが存在する。第２の電解液循環系３０はさらに、陰極室１２から流出した第２の電解液及び陰極ガスを第２の循環タンク３１に導く配管３３と、第２の循環タンク３１の液相領域３１ａから第２の電解液を第２の循環ポンプ３２に導く配管３４と、第２の循環ポンプ３２から送出された第２の電解液を陰極室１２に導く第２の配管３５とを備えている。
陰極室１２からは、第２の電解液と陰極室１２で発生したガスとを含む第２の気液混合物が流出する。陰極室１２から流出した第２の気液混合物は、配管３３を通じて第２の循環タンク３１に導かれ、第２の循環タンク３１内部において、第２の電解液は液相領域３１ａに、ガス（第２のガス流）は気相領域３１ｂに、それぞれ分離（気液分離）する。
【００３４】
純水供給系４０は、純水を貯留する純水タンク４１と、純水タンク４１に貯留された純水を第２の循環タンク３１に送液する水供給ポンプ４２とを有する。水供給ポンプ４２が純水タンク４１から第２の循環タンク３１に純水を送液することにより、電解槽１０における水の電解反応によって消費された水が補充される。
【００３５】
電解液交換装置５０は、第１の電解液移送手段５１と、第２の電解液移送手段５２とを備える。第１の電解液移送手段５１は、第１の循環タンク２１に貯留された第１の電解液の一部を第２の循環タンク３１に送液する。第２の電解液移送手段５２は、第２の循環ポンプ３２の出側と陰極室１２の入側とを繋ぐ第２の配管３５を流れる第２の電解液の一部を、第１の循環ポンプ２２の出側と陽極室１１の入側とを繋ぐ第１の配管２５に送液する。一の実施形態において、第１の電解液移送手段５１及び第２の電解液移送手段５２としては、例えば容積式ポンプ及び非容積式ポンプ等の公知のポンプを用いることができる。容積式ポンプの例としては、プランジャーポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプ、ギヤーポンプ等を挙げることができる。非容積式ポンプの例としては、渦巻ポンプ、タービンポンプ等を挙げることができる。なお、非容積式ポンプを用いる場合であっても、非容積式ポンプと流量制御を行う制御装置とを組み合わせることにより、電解液を所定の方向に所定の流量で送液することが可能である。
【００３６】
電解液交換装置５０における第１の電解液移送手段５１の送液量および第２の電解液移送手段５２の送液量、並びに純水供給系４０における純水の送液量は、第１の循環タンク２１に貯留された第１の電解液の液量（液面レベル）および濃度、並びに、第２の循環タンク３１に貯留された第２の電解液の液量（液面レベル）および濃度を所定の水準に維持するように調整される。
【００３７】
電解液の液量および濃度について定常状態が実現される条件、すなわち第１の電解液循環系２０及び第２の電解液循環系３０における電解液の液量および濃度がそれぞれ一定に維持される条件は、第１の電解液循環系２０及び第２の電解液循環系３０における電解液の液量（体積）およびＯＨ−イオン含有量の時間微分が全て０になることであるから、次の４つの式で表される。ただし第１の電解液循環系２０及び第２の電解液循環系３０における電解液（アルカリ水）の濃度は十分に高いので、水の解離平衡を無視する近似を採用している。また第１の循環タンク２１及び第２の循環タンク３１から第１のガス回収ライン６０及び第２のガス回収ライン７０を通じてガス中のミスト又は水蒸気として系外に離脱する水分は無視している。
０＝ｄＶ１／ｄｔ＝−ｗｃ１−ｖ１２＋ｖ２１  …（３）
０＝ｄＶ２／ｄｔ＝−ｗｃ２＋ｖ１２−ｖ２１＋ｗｓ２  …（４）
０＝ｄＮ１／ｄｔ＝ｎｆ１＋ｎｐ２１−ｖ１２・Ｃ１＋ｖ２１・Ｃ２  …（５）
０＝ｄＮ２／ｄｔ＝ｎｆ２−ｎｐ２１＋ｖ１２・Ｃ１−ｖ２１・Ｃ２  …（６）
（式中、
Ｖ１：第１の電解液循環系２０の液量［Ｌ］
Ｖ２：第２の電解液循環系３０の液量［Ｌ］
Ｎ１：第１の電解液循環系２０のＯＨ−イオン含有量［ｍｏｌ］
Ｎ２：第２の電解液循環系３０のＯＨ−イオン含有量［ｍｏｌ］
ｗｃ１：陽極室における単位時間毎の水消費量［Ｌ／ｓ］（水が生成する場合は負の値）
ｗｃ２：陰極室における単位時間毎の水消費量［Ｌ／ｓ］
ｗｓ２：純水供給系４０による第２の循環タンク３１への単位時間毎の水供給量［Ｌ／ｓ］
ｎｆ１：陽極室における単位時間毎のＯＨ−イオン生成量［ｍｏｌ／ｓ］（ＯＨ−イオンが消費される場合は負の値）
ｎｆ２：陰極室における単位時間毎のＯＨ−イオン生成量［ｍｏｌ／ｓ］
ｎｐ２１：隔膜１３を透過して陰極室１２から陽極室１１へ移動するＯＨ−イオンの単位時間毎の量［ｍｏｌ／ｓ］
ｖ１２：電解液交換装置５０による第１の電解液循環系２０から第２の電解液循環系３０への単位時間毎の送液量［Ｌ／ｓ］
ｖ２１：電解液交換装置５０による第２の電解液循環系３０から第１の電解液循環系２０への単位時間毎の送液量［Ｌ／ｓ］
である。）
なおガス製造装置１００において、ｖ１２は第１の電解液移送手段５１の送液量と同義であり、ｖ２１は第２の電解液移送手段５２の送液量と同義である。
【００３８】
式（３）〜（６）を解く。まず式（３）＋式（４）から
ｗｓ２＝ｗｃ１＋ｗｃ２  …（７）
が得られる。すなわち純水供給系４０による水の供給量は電解槽１０における水の消費量と等しければよい。
また式（４）−式（３）から
ｖ１２−ｖ２１＝−ｗｃ１  …（８）
が得られる。
式（５）＋式（６）から
ｎｆ１＋ｎｆ２＝０  …（９）
が得られる。これは常に満たされる（上記式（１）（２）参照）。
式（６）−式（５）から
ｎｆ２−ｎｆ１−２ｎｐ２１＋２（ｖ１２・Ｃ１−ｖ２１・Ｃ２）＝０
が得られ、式（９）からｎｆ１＝−ｎｆ２なので
ｎｆ２−ｎｐ２１＋ｖ１２・Ｃ１−ｖ２１・Ｃ２＝０  …（１０）
となる。陰極室１２で生成したＯＨ−イオンの全部が隔膜１３を透過して陽極室１１に移動すればｎｐ２１＝ｎｆ２であるが、上記の通り実際にはそうではないので、０＜ｎｐ２１＜ｎｆ２である。したがって無次元数α（０＜α＜１。以下において「ＯＨ−透過率α」ということがある。）を用いて
ｎｐ２１＝α・ｎｆ２  …（１１）
と表すことができ、式（１０）から
（１−α）ｎｆ２＋ｖ１２・Ｃ１−ｖ２１・Ｃ２＝０  …（１０’）
となる。式（８）を用いてｖ２１を消去すると
ｖ１２＝｛（１−α）ｎｆ２−ｗｃ１・Ｃ２｝／（Ｃ２−Ｃ１）  …（１２）
が得られ、式（８）から
ｖ２１＝｛（１−α）ｎｆ２−ｗｃ１・Ｃ１｝／（Ｃ２−Ｃ１）  …（１３）
となる。
【００３９】
ここで、ｎｆ２、ｗｃ１、及びｗｃ２は、陰極反応に関与する電子の単位時間あたりの量ｎｅ［ｍｏｌ／ｓ］を用いて
ｎｆ２＝ｎｅ  …（１４）
ｗｃ１＝（１８／１０００）×（−１／２）ｎｅ＝−０．００９ｎｅ  …（１５）
ｗｃ２＝（１８／１０００）×ｎｅ＝０．０１８ｎｅ  …（１６）
と表すことができる。ただしガス製造装置１００運転時の電解液温度における水の密度を１０００ｇ／Ｌとする近似を採用している。式（１４）〜（１６）を式（１２）（１３）（７）及び（８）に代入すると
ｖ１２＝｛（１−α）ｎｅ＋０．００９ｎｅ・Ｃ２｝／（Ｃ２−Ｃ１）  …（１２’）
ｖ２１＝｛（１−α）ｎｅ＋０．００９ｎｅ・Ｃ１｝／（Ｃ２−Ｃ１）  …（１３’）
ｗｓ２＝０．００９ｎｅ  …（７’）
ｖ１２＝ｖ２１＋０．００９ｎｅ  …（８’）
が得られる。式（１２’）（１３’）において左辺（ｖ１２及びｖ２１）は正であり、右辺の分子も常に正であるから、右辺の分母においてＣ２＞Ｃ１が成り立つ。すなわち定常状態においては、第２の電解液循環系３０における電解液濃度Ｃ２（すなわち第２の電解液の濃度。）が、第１の電解液循環系２０における全体としての電解液濃度Ｃ１（すなわち第１の電解液の濃度。）よりも高く維持される。
【００４０】
式（１２’）（１３’）から、電解液交換装置５０の送液量ｖ１２、ｖ２１を増やすほど、定常状態における第１の電解液と第２の電解液との濃度差Ｃ２−Ｃ１は小さくなることが理解される。すなわち、所望の濃度差Ｃ２−Ｃ１の上限値に対して、第１及び第２の電解液移送手段５１、５２の送液量ｖ１２、ｖ２１の下限値を、それぞれ式（１２’）（１３’）から算出できる。具体的な数値に限定されるものではないが、単純な例として、ｎｅ＝１ｍｏｌ／ｓ、α＝０．５、Ｃ２＝１０ｍｏｌ／Ｌ、Ｃ１＝９．９ｍｏｌ／Ｌと仮定すると、式（１２’）（１３’）及び（７’）からｖ１２＝５．９Ｌ／ｓ、ｖ２１＝５．８９１Ｌ／ｓ、ｗｓ２＝９ｍＬ／ｓと算出される。実際にはＯＨ−透過率αの値は隔膜のみによって定まるものではなく、電解槽の構造のほか、各極室に供給される電解液の濃度および供給量や電解電流値、電解液温度、極室間差圧等の運転条件にも依存する。送液量ｖ１２及びｖ２１の算出に必要なＯＨ−透過率αの値は、例えば、電解槽の実機に、電解液交換装置５０を作動させない以外は予定されている運転条件と同様に電解液を流通させ、陽極室１１出側と陰極室１２出側との間で電解液濃度の差を測定することにより推定することができる。
【００４１】
また式（７’）によって算出されるｗｓ２の値は、電解反応によって消費される水のみを考慮したものである。実際には第１及び第２のガス回収ライン６０、７０から回収されるガス中のミスト又は水蒸気としても水が系外に離脱する。一の実施形態において、純粋供給手段４０の水供給ポンプ４２の送液量は、例えばそのようなガス流と共に系外に離脱する水の量をｗｓ２に加えた値としてもよい。
【００４２】
陽極室１１への電解液供給量ｖ１［Ｌ／ｓ］、及び陰極室１２への電解液供給量ｖ２［Ｌ／ｓ］は、第１の循環ポンプ２２の送液量ｖｐ１［Ｌ／ｓ］、第２の循環ポンプ３２の送液量ｖｐ２［Ｌ／ｓ］、及び第２の電解液移送手段５２の送液量ｖ２１［Ｌ／ｓ］を用いて、それぞれ
ｖ１＝ｖｐ１＋ｖ２１  …（１４）
ｖ２＝ｖｐ２−ｖ２１  …（１５）
と表される。陽極室１１及び陰極室１２への電解液供給量ｖ１、ｖ２は略等しいことが好ましい。具体的には、比ｖ２／ｖ１が０．８０〜１．２０、より好ましくは０．９０〜１．１０となるように、第１の循環ポンプ２２、第２の循環ポンプ３２、及び第２の電解液移送手段５２の送液量ｖｐ１、ｖｐ２、及びｖ２１が制御されることが好ましい。比ｖ２／ｖ１が上記範囲内であることにより、陽極室１１と陰極室１２との間での電解後の電解液濃度差が安定するので、電解槽１０の電解電圧を安定化することが容易になる。
【００４３】
第２の電解液移送手段５２の送液量ｖ２１の、第１の循環ポンプ２２の送液量ｖｐ１及び第２の循環ポンプ３２の送液量ｖｐ２に対する比ｖ２１／ｖｐ１、ｖ２１／ｖｐ２は、それぞれ好ましくは０．００１以上、より好ましくは０．００３以上であり、また一の実施形態において０．０３以下、好ましくは０．０１以下である。第２の電解液移送手段５２の送液量の第１の循環ポンプ２２の送液量及び第２の循環ポンプ３２の送液量に対する比がそれぞれ上記下限値以上であることにより、第１の電解液循環系２０における電解液濃度と第２の電解液循環系３０における電解液濃度との差をさらに低減できるので、陽極室１１に供給される電解液および陰極室１２に供給される電解液の濃度を、電力効率の高い範囲に維持することが容易になる。また第２の電解液移送手段５２の送液量の第１の循環ポンプ２２の送液量及び第２の循環ポンプ３２の送液量に対する比がそれぞれ上記上限値以下であることにより、第１の電解液循環系２０から電解液とともに第２の電解液循環系３０に持ち込まれる溶存酸素ガス、及び、第２の電解液循環系３０から電解液とともに第１の電解液循環系２０に持ち込まれる溶存水素ガスを低減できるので、第１の循環タンク２１の液相領域２１ａから気相領域２１ｂに放出される水素ガスを低減し、第１のガス回収ライン６０から回収される酸素ガスの純度をさらに高めることが可能になるとともに、第２の循環タンク３１の液相領域３１ａから気相領域３１ｂに放出される酸素ガスを低減し、第２のガス回収ライン７０から回収される水素ガスの純度をさらに高めることが可能になる。
【００４４】
第１の循環タンク２１に貯留される第１の電解液の量は、第１の循環タンク２１の総容積に対して、１〜９９体積％の範囲内に維持されることが好ましく、３０〜７０体積％の範囲内に維持されることがより好ましい。同様に、第２の循環タンク３１に貯留される第２の電解液の量は、第２の循環タンク３１の総容積に対して、１〜９９体積％の範囲内に維持されることが好ましく、３０〜７０体積％の範囲内に維持されることがより好ましい。各循環タンク２１、３１に貯留される電解液の量が上記範囲内であることにより、ガス製造装置１００をより安定的に運転することが可能になる。
【００４５】
第１のガス回収ライン６０からは酸素ガスが回収される。第１のガス回収ライン６０は、第１の圧力制御弁６１と、陽極室１１から流出した第１のガス流を第１の循環タンク２１の気相領域２１ｂから第１の圧力制御弁６１の一次側（入側）に導く配管６２と、配管６２の途中に設けられ、配管６２を流れる第１のガス流の圧力を監視する圧力計６３とを備える。第１の圧力制御弁６１は、第１のガス流の圧力を所定の値に制御する。すなわち、第１の圧力制御弁６１は、陽極室１１の出側から第１の循環タンク２１を通じて第１の圧力制御弁６１の一次側に至るまでの領域におけるガス圧力を所定の値に制御する。第１の圧力制御弁６１としては、一次側の圧力を所定の値に制御可能な公知の制御弁を特に制限なく用いることができ、一次側の圧力を所定の値に維持する電磁弁あるいはエアー駆動弁を好ましく用いることができる。電磁弁あるいはエアー駆動弁である第１の圧力制御弁６１は、一次側の圧力が設定値に達するまではガスを二次側（出側）に流出させず、気相領域２１ｂにガスが溜まって一次側の圧力が設定値に達すると、一次側の圧力が設定値を超えないように二次側にガスを流出させる。第１のガス回収ライン６０が第１の圧力制御弁６１を備えることにより、陽極室１１、第１の循環タンク２１、第１の循環ポンプ２２を含む第１の電解液循環系２０の圧力が所定の値に維持される。
【００４６】
第２のガス回収ライン７０からは水素ガスが回収される。第２のガス回収ライン７０は、第２の圧力制御弁７１と、陰極室１２から流出した第２のガス流を第２の循環タンク３１の気相領域３１ｂから第２の圧力制御弁７１の一次側（入側）に導く配管７２と、配管７２の途中に設けられ、配管７２を流れる第２のガス流の圧力を監視する圧力計７３とを備える。第２の圧力制御弁７１は、第２のガス流の圧力を所定の値に制御する。すなわち、第２の圧力制御弁７１は、陰極室１２の出側から第２の循環タンク３１を通じて第２の圧力制御弁７１の一次側に至るまでの領域におけるガス圧力を所定の値に制御する。第２の圧力制御弁７１としては、一次側の圧力を所定の値に制御可能な公知の制御弁を特に制限なく用いることができ、一次側の圧力を所定の値に維持する電磁弁あるいはエアー駆動弁を好ましく用いることができる。電磁弁あるいはエアー駆動弁である第２の圧力制御弁７１は、一次側の圧力が設定値に達するまではガスを二次側（出側）に流出させず、気相領域３１ｂにガスが溜まって一次側の圧力が設定値に達すると、一次側の圧力が設定値を超えないように二次側にガスを流出させる。第２のガス回収ライン７０が第２の圧力制御弁７１を備えることにより、陰極室１２、第２の循環タンク３１、第２の循環ポンプ３２を含む第２の電解液循環系３０の圧力が所定の値に維持される。
【００４７】
一の実施形態において、陽極室１１及び陰極室１２の一方又は両方の内部の圧力を、大気圧に対して２０ｋＰａ以上高圧に維持することが好ましい。例えば、第１の圧力制御弁６１の上流側（一次側）における第１のガス流の圧力、及び、第２の圧力制御弁７１の上流側（一次側）における第２のガス流の圧力は、例えば９５０〜２００ｋＰａ、好ましくは９００〜４００ｋＰａに維持することができる。第１の圧力制御弁６１の上流側および第２の圧力制御弁７１の上流側における第１のガス流および第２のガス流の圧力が上記下限値以上に維持される場合、一般には溶存ガスの問題が顕在化しやすいので、本発明の効果が顕著になる。すなわち、本発明のガス製造装置及びガス製造方法によれば、このような加圧条件下でアルカリ水の電解を行う場合であっても、循環タンクの気相領域中のガス組成が爆発限界に達することを防止するとともに、電解液中の溶存ガスがガス純度に及ぼす悪影響を低減しながら水素ガス及び酸素ガスの両方を製造することが可能である。また第１の圧力制御弁６１の上流側および第２の圧力制御弁７１の上流側における第１のガス流および第２のガス流の圧力が上記上限値以下であることにより、圧力制御が容易になるほか、電解槽１０を構成する部材の選定が容易になる。
【００４８】
＜２．ガス製造方法（１）＞
ガス製造装置１００の動作、及び、ガス製造装置１００を用いる形態のガス製造方法について、図１を参照しつつさらに説明する。
【００４９】
電解槽１０の陽極室１１に第１の電解液を供給し且つ陰極室１２に第２の電解液を供給しながら、陽極室１１に収容された陽極と陰極室１２に収容された陰極との間に通電することにより、陽極室１１においては陽極から酸素ガスが発生し、陰極室１２においては陰極から水素ガスが発生する（ステップ（ａ））。
【００５０】
陽極室１１からは、陽極室１１で発生した酸素ガスを含む第１のガス流、及び、第１の電解液が回収される（ステップ（ｂ））。第１のガス流および第１の電解液は気液混合物として配管２３を通じて陽極室１１から回収されて第１の循環タンク２１に導かれ、第１の循環タンク２１において気液分離される。陽極室１１から第１の循環タンク２１に回収され気液分離された第１の電解液は第１の循環タンク２１に貯留される（ステップ（ｄ））。第１の循環タンク２１に貯留された第１の電解液は、第１の循環ポンプ２２により陽極室１１に送液される（ステップ（ｆ））。
【００５１】
陰極室１２からは、陰極室１２で発生した水素ガスを含む第２のガス流、及び、第２の電解液が回収される（ステップ（ｃ））。第２のガス流および第２の電解液は気液混合物として配管３３を通じて陰極室１２から回収されて第２の循環タンク３１に導かれ、第２の循環タンク３１において気液分離される。陰極室１２から第２の循環タンク３１に回収され気液分離された第２の電解液は第２の循環タンク３１に貯留される（ステップ（ｅ））。第２の循環タンク３１に貯留された第２の電解液は、第２の循環ポンプ３２により陰極室１２に送液される（ステップ（ｇ））。
【００５２】
第１の循環タンク２１に貯留された第１の電解液の一部は、第１の電解液移送手段５１により第２の循環タンク３１に移送される。これにより第１の電解液の一部が第２の電解液中に導入される（ステップ（ｈ））。また第２の循環ポンプ３２から送出された第２の電解液の一部は、第２の電解液移送手段５２により分岐され、第１の循環ポンプ２２から送出された第１の電解液に合流する。これにより第２の電解液の一部が第１の電解液中に導入される（ステップ（ｉ））。
【００５３】
陽極室１１から回収された第１のガス流は、第１の循環タンク２１の気相領域２１ｂから第１のガス回収ライン６０を通じて取り出される。第１のガス流の圧力は、第１のガス流の流路（第１のガス回収ライン６０）に設けられた第１の圧力制御弁６１によって所定の値に制御される（ステップ（ｊ））。また陰極室１２から回収された第２のガス流は、第２の循環タンク３１の気相領域３１ｂから第２のガス回収ライン７０を通じて取り出される。第２のガス流の圧力は、第２のガス流の流路（第２のガス回収ライン７０）に設けられた第２の圧力制御弁７１によって所定の値に制御される（ステップ（ｋ））。
【００５４】
ステップ（ａ）乃至（ｋ）が同時に連続的に行われることにより、酸素ガス及び水素ガスが製造される。電解によって消費される水は純水供給系４０により補充される。
【００５５】
ガス製造装置１００においては、陽極室１１に循環供給される第１の電解液と、陰極室１２に循環供給される第２の電解液とが、第１の循環タンク２１及び第２の循環タンク３１に別々に貯留される。そして電解液交換装置５０が第１の電解液の一部と第２の第２の電解液の一部とを交換することにより、電解によって陽極側と負極側との間に生じる電解液量及び電解液濃度の不均衡が解消される。第１の電解液における溶存ガスの主成分は酸素ガスであり、第２の電解液における溶存ガスの主成分は水素ガスである。電解液交換装置５０の作用により、第１の電解液の溶存酸素ガスの一部が第２の電解液中に持ち込まれるとともに、第２の電解液の溶存水素ガスの一部が第１の電解液中に持ち込まれる。しかしながら電解液交換装置５０は第１の電解液および第２の電解液の一部を交換するに過ぎないので、ガス製造装置１００の運転を継続しても第１の電解液における溶存ガスの主成分は酸素ガスであり続け、第２の電解液における溶存ガスの主成分は水素ガスであり続ける。したがって電解液交換装置５０の作用が第１のガス回収ライン６０から取り出される酸素ガス及び第２のガス回収ライン７０から取り出される水素ガスの純度に及ぼす影響は軽微である。
【００５６】
＜３．ガス製造装置（２）＞
本発明に関する上記説明では、第１の循環タンク２１に貯留された第１の電解液の一部を第２の循環タンク３１に移送する第１の電解液移送手段５１、及び、第２の循環ポンプ３２の出側と陰極室１２の入側とを繋ぐ第２の配管３５を流れる第２の電解液の一部を第１の循環ポンプ２２の出側と陽極室１１の入側とを繋ぐ第１の配管２５に移送する第２の電解液移送手段５２を含む電解液交換装置５０を備える形態のガス製造装置１００、並びに、該ガス製造装置１００を用いる形態のガス製造方法を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、第１の電解液移送手段が、第２の循環タンク３１に貯留された第２の電解液の一部を第１の循環タンク２１に移送し、第２の電解液移送手段が、第１の循環ポンプ２２の出側と陽極室１１の入側とを繋ぐ第１の配管２５を流れる第１の電解液の一部を第２の循環ポンプ３２の出側と陰極室１２の入側とを繋ぐ第２の配管３５に移送する形態の電解液交換装置を備えるガス製造装置、及び、該ガス製造装置を用いる形態のガス製造方法とすることも可能である。
【００５７】
図２は、そのような他の一の実施形態に係るガス製造装置２００を模式的に説明する図である。図２において、図１に既に表れた要素には図１における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。ガス製造装置２００は、電解液交換装置５０に代えて電解液交換装置２５０を備える点において、ガス製造装置１００と異なっている。電解液交換装置２５０は、第１の電解液移送手段５１に代えて第１の電解液移送手段２５１を備え、第２の電解液移送手段５２に代えて第２の電解液移送手段２５２を備える点において、電解液交換装置５０と異なっている。第１の電解液移送手段２５１は、第２の循環タンク３１に貯留された第２の電解液の一部を第１の循環タンク２１に移送する点において、第１の電解液移送手段５１と異なっている。また第２の電解液移送手段２５２は、第１の循環ポンプ２２の出側と陽極室１１の入側とを繋ぐ第１の配管２５を流れる第１の電解液の一部を第２の循環ポンプ３２の出側と陰極室１２の入側とを繋ぐ第２の配管３５に移送する点において、第２の電解液移送手段５２と異なっている。一の実施形態において、第１の電解液移送手段２５１及び第２の電解液移送手段２５２としては、例えば容積式ポンプ及び非容積式ポンプ等の公知のポンプを用いることができる。容積式ポンプの例としては、プランジャーポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプ、ギヤーポンプ等を挙げることができる。非容積式ポンプの例としては、渦巻ポンプ、タービンポンプ等を挙げることができる。なお、非容積式ポンプを用いる場合であっても、非容積式ポンプと流量制御を行う制御装置とを組み合わせることにより、電解液を所定の方向に所定の流量で送液することが可能である。
【００５８】
ガス製造装置２００において電解液の液量および濃度について定常状態が実現される条件は、ガス製造装置１００における場合と同様に考えることができ、式（３）〜（６）で表される。
０＝ｄＶ１／ｄｔ＝−ｗｃ１−ｖ１２＋ｖ２１  …（３）
０＝ｄＶ２／ｄｔ＝−ｗｃ２＋ｖ１２−ｖ２１＋ｗｓ２  …（４）
０＝ｄＮ１／ｄｔ＝ｎｆ１＋ｎｐ２１−ｖ１２・Ｃ１＋ｖ２１・Ｃ２  …（５）
０＝ｄＮ２／ｄｔ＝ｎｆ２−ｎｐ２１＋ｖ１２・Ｃ１−ｖ２１・Ｃ２  …（６）
ガス製造装置２００において、ｖ１２は第２の電解液移送手段２５２の送液量と同義であり、ｖ２１は第１の電解液移送手段２５１の送液量と同義である。式（３）〜（６）は上記同様に解くことができ、上記同様に
ｖ１２＝｛（１−α）ｎｅ＋０．００９ｎｅ・Ｃ２｝／（Ｃ２−Ｃ１）  …（１２’）
ｖ２１＝｛（１−α）ｎｅ＋０．００９ｎｅ・Ｃ１｝／（Ｃ２−Ｃ１）  …（１３’）
ｗｓ２＝０．００９ｎｅ  …（７’）
ｖ１２＝ｖ２１＋０．００９ｎｅ  …（８’）
が得られる。すなわちガス製造装置１００における場合と同様に、定常状態においては、第２の電解液循環系３０における電解液濃度Ｃ２（すなわち第２の電解液の濃度。）が、第１の電解液循環系２０における全体としての電解液濃度Ｃ１（すなわち第１の電解液の濃度。）よりも高く維持される。また電解液交換装置２５０の送液量ｖ１２、ｖ２１を増やすほど、定常状態における第１の電解液と第２の電解液との濃度差Ｃ２−Ｃ１は小さくなる。
【００５９】
ガス製造装置２００において、陽極室１１への電解液供給量ｖ１［Ｌ／ｓ］、及び陰極室１２への電解液供給量ｖ２［Ｌ／ｓ］は、第１の循環ポンプ２２の送液量ｖｐ１［Ｌ／ｓ］、第２の循環ポンプ３２の送液量ｖｐ２［Ｌ／ｓ］、及び第２の電解液移送手段２５２の送液量ｖ１２［Ｌ／ｓ］を用いて、それぞれ
ｖ１＝ｖｐ１−ｖ１２  …（１４’）
ｖ２＝ｖｐ２＋ｖ１２  …（１５’）
と表される。陽極室１１及び陰極室１２への電解液供給量ｖ１、ｖ２は略等しいことが好ましい。具体的には、比ｖ２／ｖ１が０．８０〜１．２０、より好ましくは０．９０〜１．１０となるように、第１の循環ポンプ２２、第２の循環ポンプ３２、及び第２の電解液移送手段２５２の送液量ｖｐ１、ｖｐ２、及びｖ１２が制御されることが好ましい。比ｖ２／ｖ１が上記範囲内であることにより、陽極室１１と陰極室１２との間での電解後の電解液濃度差が安定するので、電解槽１０の電解電圧を安定化することが容易になる。
【００６０】
ガス製造装置２００において、第２の電解液移送手段２５２の送液量ｖ１２の、第１の循環ポンプ２２の送液量ｖｐ１及び第２の循環ポンプ３２の送液量ｖｐ２に対する比ｖ１２／ｖｐ１、ｖ１２／ｖｐ２は、それぞれ好ましくは０．００１以上、より好ましくは０．００３以上であり、また一の実施形態において０．０３以下、好ましくは０．０１以下である。第２の電解液移送手段２５２の送液量の第１の循環ポンプ２２の送液量及び第２の循環ポンプ３２の送液量に対する比がそれぞれ上記下限値以上であることにより、第１の電解液循環系２０における電解液濃度と第２の電解液循環系３０における電解液濃度との差をさらに低減できるので、陽極室１１に供給される電解液および陰極室１２に供給される電解液の濃度を、電力効率の高い範囲に維持することが容易になる。また第２の電解液移送手段２５２の送液量の第１の循環ポンプ２２の送液量及び第２の循環ポンプ３２の送液量に対する比がそれぞれ上記上限値以下であることにより、第１の電解液循環系２０から電解液とともに第２の電解液循環系３０に持ち込まれる溶存酸素ガス、及び、第２の電解液循環系３０から電解液とともに第１の電解液循環系２０に持ち込まれる溶存水素ガスを低減できるので、第１の循環タンク２１の液相領域２１ａから気相領域２１ｂに放出される水素ガスを低減し、第１のガス回収ライン６０から回収される酸素ガスの純度をさらに高めることが可能になるとともに、第２の循環タンク３１の液相領域３１ａから気相領域３１ｂに放出される酸素ガスを低減し、第２のガス回収ライン７０から回収される水素ガスの純度をさらに高めることが可能になる。
【００６１】
第１の循環タンク２１に貯留される第１の電解液の量は、第１の循環タンク２１の総容積に対して、１〜９９体積％の範囲内に維持されることが好ましく、３０〜７０体積％の範囲内に維持されることがより好ましい。同様に、第２の循環タンク３１に貯留される第２の電解液の量は、第２の循環タンク３１の総容積に対して、１〜９９体積％の範囲内に維持されることが好ましく、３０〜７０体積％の範囲内に維持されることがより好ましい。各循環タンク２１、３１に貯留される電解液の量が上記範囲内であることにより、ガス製造装置２００をより安定的に運転することが可能になる。
【００６２】
＜４．ガス製造方法（２）＞
ガス製造装置２００の動作、及び、ガス製造装置２００を用いる形態のガス製造方法について、図２を参照しつつさらに説明する。
【００６３】
電解槽１０の陽極室１１に第１の電解液を供給し且つ陰極室１２に第２の電解液を供給しながら、陽極室１１に収容された陽極と陰極室１２に収容された陰極との間に通電することにより、陽極室１１においては陽極から酸素ガスが発生し、陰極室１２においては陰極から水素ガスが発生する（ステップ（ａ））。
【００６４】
陽極室１１からは、陽極室１１で発生した酸素ガスを含む第１のガス流、及び、第１の電解液が回収される（ステップ（ｂ））。第１のガス流および第１の電解液は気液混合物として配管２３を通じて陽極室１１から回収されて第１の循環タンク２１に導かれ、第１の循環タンク２１において気液分離される。陽極室１１から第１の循環タンク２１に回収され気液分離された第１の電解液は第１の循環タンク２１に貯留される（ステップ（ｄ））。第１の循環タンク２１に貯留された第１の電解液は、第１の循環ポンプ２２により陽極室１１に送液される（ステップ（ｆ））。
【００６５】
陰極室１２からは、陰極室１２で発生した水素ガスを含む第２のガス流、及び、第２の電解液が回収される（ステップ（ｃ））。第２のガス流および第２の電解液は気液混合物として配管３３を通じて陰極室１２から回収されて第２の循環タンク３１に導かれ、第２の循環タンク３１において気液分離される。陰極室１２から第２の循環タンク３１に回収され気液分離された第２の電解液は第２の循環タンク３１に貯留される（ステップ（ｅ））。第２の循環タンク３１に貯留された第２の電解液は、第２の循環ポンプ３２により陰極室１２に送液される（ステップ（ｇ））。
【００６６】
第２の循環タンク３１に貯留された第２の電解液の一部は、第１の電解液移送手段２５１により第１の循環タンク２１に移送される。これにより第２の電解液の一部が第１の電解液中に導入される（ステップ（ｈ））。また第１の循環ポンプ２２から送出された第１の電解液の一部は、第２の電解液移送手段２５２により分岐され、第２の循環ポンプ３２から送出された第２の電解液に合流する。これにより第１の電解液の一部が第２の電解液中に導入される（ステップ（ｉ））。
【００６７】
陽極室１１から回収された第１のガス流は、第１の循環タンク２１の気相領域２１ｂから第１のガス回収ライン６０を通じて取り出される。第１のガス流の圧力は、第１のガス流の流路（第１のガス回収ライン６０）に設けられた第１の圧力制御弁６１によって所定の値に制御される（ステップ（ｊ））。また陰極室１２から回収された第２のガス流は、第２の循環タンク３１の気相領域３１ｂから第２のガス回収ライン７０を通じて取り出される。第２のガス流の圧力は、第２のガス流の流路（第２のガス回収ライン７０）に設けられた第２の圧力制御弁７１によって所定の値に制御される（ステップ（ｋ））。
【００６８】
ステップ（ａ）乃至（ｋ）が同時に連続的に行われることにより、酸素ガス及び水素ガスが製造される。電解によって消費される水は純水供給系４０により補充される。ガス製造装置２００及び該ガス製造装置２００を用いる形態のガス製造方法によっても、上記同様の効果を得ることが可能である。
【００６９】
＜５．ガス製造装置（３）＞
本発明に関する上記説明では、第２の循環タンク３１に水を供給する純水供給系４０を備える形態のガス製造装置１００及び２００、並びに、該ガス製造装置１００及び２００を用いる形態のガス製造方法を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、第１の循環タンク２１に水を供給する純水供給系を備える形態のガス製造装置、及び、該ガス製造装置を用いる形態のガス製造方法とすることも可能である。
【００７０】
図３は、そのような他の一の実施形態に係るガス製造装置３００を模式的に説明する図である。図３において、図１〜２に既に表れた要素には図１〜２における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。ガス製造装置３００は、純水供給系４０に代えて純水供給系３４０を備える点において、ガス製造装置１００と異なっている。純水供給系３４０は、純水供給系４０と同様に純水タンク４１及び水供給ポンプ４２を備えるが、水供給ポンプ４２が純水タンク４１に貯留された水を第１の循環タンク２１に供給する点において、純水供給系４０と異なっている。
【００７１】
ガス製造装置３００において電解液の液量および濃度について定常状態が実現される条件は、式（１８）（１９）（５）（６）で表される。
０＝ｄＶ１／ｄｔ＝−ｗｃ１−ｖ１２＋ｖ２１＋ｗｓ１  …（１８）
０＝ｄＶ２／ｄｔ＝−ｗｃ２＋ｖ１２−ｖ２１  …（１９）
０＝ｄＮ１／ｄｔ＝ｎｆ１＋ｎｐ２１−ｖ１２・Ｃ１＋ｖ２１・Ｃ２  …（５）
０＝ｄＮ２／ｄｔ＝ｎｆ２−ｎｐ２１＋ｖ１２・Ｃ１−ｖ２１・Ｃ２  …（６）
（式（１８）及び（１９）中、ｗｓ１は純水供給系４０による第１の循環タンク２１への単位時間毎の水供給量［Ｌ／ｓ］を表す。）
ガス製造装置３００において、ｖ１２は第１の電解液移送手段５１の送液量と同義であり、ｖ２１は第２の電解液移送手段５２の送液量と同義である。式（１８）（１９）（５）（６）を解く。式（１８）＋（１９）より
ｗｓ１＝ｗｃ１＋ｗｃ２  …（２０）
である。式（２）−（１）より、
ｗｃ１−ｗｃ２＋２（ｖ１２−ｖ２１）−ｗｓ１＝０
さらに式（２０）を代入して
ｖ１２−ｖ２１＝ｗｃ２  …（２１）
が得られる。
式（５）及び（６）より、上記同様に
ｎｆ１＋ｎｆ２＝０  …（９）
及び
ｎｆ２−ｎｐ２１＋ｖ１２・Ｃ１−ｖ２１・Ｃ２＝０  …（１０）
が得られる。上記同様にＯＨ−透過率α（０＜α＜１）を用いて
ｎｐ２１＝α・ｎｆ２  …（１１）
と表すことができ、式（１０）から
（１−α）ｎｆ２＋ｖ１２・Ｃ１−ｖ２１・Ｃ２＝０  …（１０’）
となる。式（１０’）及び（２１）から
ｖ１２＝｛（１−α）ｎｆ２＋ｗｃ２・Ｃ２｝／（Ｃ２−Ｃ１）  …（２２）
ｖ２１＝｛（１−α）ｎｆ２＋ｗｃ２・Ｃ１｝／（Ｃ２−Ｃ１）  …（２３）
が得られる。上記同様に
ｎｆ２＝ｎｅ  …（１４）
ｗｃ１＝（１８／１０００）×（−１／２）ｎｅ＝−０．００９ｎｅ  …（１５）
ｗｃ２＝（１８／１０００）×ｎｅ＝０．０１８ｎｅ  …（１６）
と表せる。式（１４）〜（１６）を式（２０）〜（２３）に代入すると
ｖ１２＝｛（１−α）ｎｅ＋０．０１８ｎｅ・Ｃ２｝／（Ｃ２−Ｃ１）  …（２２’）
ｖ２１＝｛（１−α）ｎｅ＋０．０１８ｎｅ・Ｃ１｝／（Ｃ２−Ｃ１）  …（２３’）
ｗｓ１＝０．００９ｎｅ  …（２０’）
ｖ１２＝ｖ２１＋０．０１８ｎｅ  …（２１’）
が得られる。すなわちガス製造装置１００における場合と同様に、定常状態においては、第２の電解液循環系３０における電解液濃度Ｃ２（すなわち第２の電解液の濃度。）が、第１の電解液循環系２０における全体としての電解液濃度Ｃ１（すなわち第１の電解液の濃度。）よりも高く維持される。また電解液交換装置５０の送液量ｖ１２、ｖ２１を増やすほど、定常状態における第１の電解液と第２の電解液との濃度差Ｃ２−Ｃ１は小さくなる。
【００７２】
ガス製造装置３００において、陽極室１１への電解液供給量ｖ１［Ｌ／ｓ］、及び陰極室１２への電解液供給量ｖ２［Ｌ／ｓ］は、第１の循環ポンプ２２の送液量ｖｐ１［Ｌ／ｓ］、第２の循環ポンプ３２の送液量ｖｐ２［Ｌ／ｓ］、及び第２の電解液移送手段５２の送液量ｖ２１［Ｌ／ｓ］を用いて、それぞれ
ｖ１＝ｖｐ１＋ｖ２１  …（１４）
ｖ２＝ｖｐ２−ｖ２１  …（１５）
と表される。陽極室１１及び陰極室１２への電解液供給量ｖ１、ｖ２は略等しいことが好ましい。具体的には、比ｖ２／ｖ１が０．８０〜１．２０、より好ましくは０．９０〜１．１０となるように、第１の循環ポンプ２２、第２の循環ポンプ３２、及び第２の電解液移送手段５２の送液量ｖｐ１、ｖｐ２、及びｖ２１が制御されることが好ましい。比ｖ２／ｖ１が上記範囲内であることにより、陽極室１１と陰極室１２との間での電解後の電解液濃度差が安定するので、電解槽１０の電解電圧を安定化することが容易になる。
【００７３】
ガス製造装置３００において、第２の電解液移送手段５２の送液量ｖ２１の、第１の循環ポンプ２２の送液量ｖｐ１及び第２の循環ポンプ３２の送液量ｖｐ２に対する比ｖ２１／ｖｐ１、ｖ２１／ｖｐ２は、それぞれ好ましくは０．００１以上、より好ましくは０．００３以上であり、また一の実施形態において０．０３以下、好ましくは０．０１以下である。第２の電解液移送手段５２の送液量の第１の循環ポンプ２２の送液量及び第２の循環ポンプ３２の送液量に対する比がそれぞれ上記下限値以上であることにより、第１の電解液循環系２０における電解液濃度と第２の電解液循環系３０における電解液濃度との差をさらに低減できるので、陽極室１１に供給される電解液および陰極室１２に供給される電解液の濃度を、電力効率の高い範囲に維持することが容易になる。また第２の電解液移送手段５２の送液量の第１の循環ポンプ２２の送液量及び第２の循環ポンプ３２の送液量に対する比がそれぞれ上記上限値以下であることにより、第１の電解液循環系２０から電解液とともに第２の電解液循環系３０に持ち込まれる溶存酸素ガス、及び、第２の電解液循環系３０から電解液とともに第１の電解液循環系２０に持ち込まれる溶存水素ガスを低減できるので、第１の循環タンク２１の液相領域２１ａから気相領域２１ｂに放出される水素ガスを低減し、第１のガス回収ライン６０から回収される酸素ガスの純度をさらに高めることが可能になるとともに、第２の循環タンク３１の液相領域３１ａから気相領域３１ｂに放出される酸素ガスを低減し、第２のガス回収ライン７０から回収される水素ガスの純度をさらに高めることが可能になる。
【００７４】
第１の循環タンク２１に貯留される第１の電解液の量は、第１の循環タンク２１の総容積に対して、１〜９９体積％の範囲内に維持されることが好ましく、３０〜７０体積％の範囲内に維持されることがより好ましい。同様に、第２の循環タンク３１に貯留される第２の電解液の量は、第２の循環タンク３１の総容積に対して、１〜９９体積％の範囲内に維持されることが好ましく、３０〜７０体積％の範囲内に維持されることがより好ましい。各循環タンク２１、３１に貯留される電解液の量が上記範囲内であることにより、ガス製造装置３００をより安定的に運転することが可能になる。
【００７５】
＜６．ガス製造方法（３）＞
ガス製造装置３００の動作、及び、ガス製造装置３００を用いる形態のガス製造方法は、純水供給系４０が第２の循環タンク３１ではなく第１の循環タンク２１に水を供給する点以外は、ガス製造装置１００に関する上記説明と同様である。ガス製造装置３００及び該ガス製造装置３００を用いる形態のガス製造方法によっても、上記同様の効果を得ることが可能である。
【００７６】
＜７．ガス製造装置（４）＞
図４は、他の一の実施形態に係るガス製造装置４００を模式的に説明する図である。図４において、図１〜３に既に表れた要素には図１〜３における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。ガス製造装置４００は、電解液交換装置５０に代えて電解液交換装置２５０（図２参照）を備える点において、ガス製造装置３００と異なっている。
【００７７】
ガス製造装置４００において電解液の液量および濃度について定常状態が実現される条件は、ガス製造装置３００における場合と同様に考えることができ、式（１８）（１９）（５）（６）で表される。
０＝ｄＶ１／ｄｔ＝−ｗｃ１−ｖ１２＋ｖ２１＋ｗｓ１  …（１８）
０＝ｄＶ２／ｄｔ＝−ｗｃ２＋ｖ１２−ｖ２１  …（１９）
０＝ｄＮ１／ｄｔ＝ｎｆ１＋ｎｐ２１−ｖ１２・Ｃ１＋ｖ２１・Ｃ２  …（５）
０＝ｄＮ２／ｄｔ＝ｎｆ２−ｎｐ２１＋ｖ１２・Ｃ１−ｖ２１・Ｃ２  …（６）
ガス製造装置４００において、ｖ１２は第２の電解液移送手段２５２の送液量と同義であり、ｖ２１は第１の電解液移送手段２５１の送液量と同義である。式（１８）（１９）（５）（６）は上記同様に解くことができ、
ｖ１２＝｛（１−α）ｎｅ＋０．０１８ｎｅ・Ｃ２｝／（Ｃ２−Ｃ１）  …（２２’）
ｖ２１＝｛（１−α）ｎｅ＋０．０１８ｎｅ・Ｃ１｝／（Ｃ２−Ｃ１）  …（２３’）
ｗｓ１＝０．００９ｎｅ  …（２０’）
ｖ１２＝ｖ２１＋０．０１８ｎｅ  …（２１’）
が得られる。すなわちガス製造装置３００における場合と同様に、定常状態においては、第２の電解液循環系３０における電解液濃度Ｃ２（すなわち第２の電解液の濃度。）が、第１の電解液循環系２０における全体としての電解液濃度Ｃ１（すなわち第１の電解液の濃度。）よりも高く維持される。また電解液交換装置２５０の送液量ｖ１２、ｖ２１を増やすほど、定常状態における第１の電解液と第２の電解液との濃度差Ｃ２−Ｃ１は小さくなる。
【００７８】
ガス製造装置４００において、陽極室１１への電解液供給量ｖ１［Ｌ／ｓ］、及び陰極室１２への電解液供給量ｖ２［Ｌ／ｓ］は、第１の循環ポンプ２２の送液量ｖｐ１［Ｌ／ｓ］、第２の循環ポンプ３２の送液量ｖｐ２［Ｌ／ｓ］、及び第２の電解液移送手段２５２の送液量ｖ１２［Ｌ／ｓ］を用いて、それぞれ
ｖ１＝ｖｐ１−ｖ１２  …（１４’）
ｖ２＝ｖｐ２＋ｖ１２  …（１５’）
と表される。陽極室１１及び陰極室１２への電解液供給量ｖ１、ｖ２は略等しいことが好ましい。具体的には、比ｖ２／ｖ１が０．８０〜１．２０、より好ましくは０．９０〜１．１０となるように、第１の循環ポンプ２２、第２の循環ポンプ３２、及び第２の電解液移送手段２５２の送液量ｖｐ１、ｖｐ２、及びｖ１２が制御されることが好ましい。比ｖ２／ｖ１が上記範囲内であることにより、陽極室１１と陰極室１２との間での電解後の電解液濃度差が安定するので、電解槽１０の電解電圧を安定化することが容易になる。
【００７９】
ガス製造装置４００において、第２の電解液移送手段２５２の送液量ｖ１２の、第１の循環ポンプ２２の送液量ｖｐ１及び第２の循環ポンプ３２の送液量ｖｐ２に対する比ｖ１２／ｖｐ１、ｖ１２／ｖｐ２は、それぞれ好ましくは０．００１以上、より好ましくは０．００３以上であり、また一の実施形態において０．０３以下、好ましくは０．０１以下である。第２の電解液移送手段２５２の送液量の第１の循環ポンプ２２の送液量及び第２の循環ポンプ３２の送液量に対する比がそれぞれ上記下限値以上であることにより、第１の電解液循環系２０における電解液濃度と第２の電解液循環系３０における電解液濃度との差をさらに低減できるので、陽極室１１に供給される電解液および陰極室１２に供給される電解液の濃度を、電力効率の高い範囲に維持することが容易になる。また第２の電解液移送手段２５２の送液量の第１の循環ポンプ２２の送液量及び第２の循環ポンプ３２の送液量に対する比がそれぞれ上記上限値以下であることにより、第１の電解液循環系２０から電解液とともに第２の電解液循環系３０に持ち込まれる溶存酸素ガス、及び、第２の電解液循環系３０から電解液とともに第１の電解液循環系２０に持ち込まれる溶存水素ガスを低減できるので、第１の循環タンク２１の液相領域２１ａから気相領域２１ｂに放出される水素ガスを低減し、第１のガス回収ライン６０から回収される酸素ガスの純度をさらに高めることが可能になるとともに、第２の循環タンク３１の液相領域３１ａから気相領域３１ｂに放出される酸素ガスを低減し、第２のガス回収ライン７０から回収される水素ガスの純度をさらに高めることが可能になる。
【００８０】
第１の循環タンク２１に貯留される第１の電解液の量は、第１の循環タンク２１の総容積に対して、１〜９９体積％の範囲内に維持されることが好ましく、３０〜７０体積％の範囲内に維持されることがより好ましい。同様に、第２の循環タンク３１に貯留される第２の電解液の量は、第２の循環タンク３１の総容積に対して、１〜９９体積％の範囲内に維持されることが好ましく、３０〜７０体積％の範囲内に維持されることがより好ましい。各循環タンク２１、３１に貯留される電解液の量が上記範囲内であることにより、ガス製造装置４００をより安定的に運転することが可能になる。
【００８１】
＜８．ガス製造方法（４）＞
ガス製造装置４００の動作、及び、ガス製造装置４００を用いる形態のガス製造方法は、純水供給系４０が第２の循環タンク３１ではなく第１の循環タンク２１に水を供給する点以外は、ガス製造装置２００に関する上記説明と同様である。ガス製造装置４００及び該ガス製造装置４００を用いる形態のガス製造方法によっても、上記同様の効果を得ることが可能である。
【００８２】
＜９．ガス製造装置（５）＞
図５は、他の一の実施形態に係るガス製造装置５００を模式的に説明する図である。図５において、図１〜４に既に表れた要素には図１〜４における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。ガス製造装置５００は、第１の圧力制御弁６１の上流側における第１のガス流の圧力と、第２の圧力制御弁７１の上流側における第２のガス流の圧力との差圧を制御する差圧制御手段８０をさらに備える点において、ガス製造装置１００（図１参照）と異なっている。図５において、破線の矢印は情報の流れる向きを表す。
【００８３】
差圧制御手段８０は、差圧検知器８１と、弁制御装置８２とを備える。差圧検知器８１は、第１の圧力制御弁６１の上流側における第１のガス流の圧力と、第２の圧力制御弁７１の上流側における第２のガス流の圧力との差圧を測定する。差圧検知器８１としては、公知の差圧センサを用いることができる。差圧検知器８１の測定結果は、弁制御装置８２に入力される。弁制御装置８２は、少なくとも差圧検知器８１の検出信号を受け取り、第１の圧力制御弁６１及び／又は第２の圧力制御弁７１に弁の開度を制御する信号を送信する。一の実施形態において、弁制御装置８２は、差圧検知器８１の測定結果に基づいて、上記差圧が所定の上限値以下に維持されるように、第１の圧力制御弁６１及び／又は第２の圧力制御弁７１の開度を制御する。差圧制御手段８０は、第１の圧力制御弁６１の開度を固定して第２の圧力制御弁７１の開度を調整することにより差圧制御を行ってもよく、第２の圧力制御弁７１の開度を固定して第１の圧力制御弁６１の開度を調整することにより差圧制御を行ってもよく、第１の圧力制御弁６１の開度と第２の圧力制御弁７１の開度との両方を調整することにより差圧制御を行ってもよい。
【００８４】
なお、弁制御装置８２は、差圧検知器８１の検出信号に加えて、圧力計６３及び／又は圧力計７３の検出信号をさらに受け取ってもよい。一の実施形態において、弁制御装置８２は、第１の圧力制御弁６１及び／又は第２の圧力制御弁７１の制御を、差圧検知器８１の測定結果に加えて圧力計６３及び／又は圧力計７３の測定結果に基づいて行い、第１の圧力制御弁６１の上流側における第１のガス流の圧力および第２の圧力制御弁７１の上流側における第２のガス流の圧力が所定の範囲内に維持され且つ上記差圧が所定の上限値以下に維持されるように、第１の圧力制御弁６１及び／又は第２の圧力制御弁７１の開度を制御してもよい。
【００８５】
弁制御装置８２による第１の圧力制御弁６１及び／又は第２の圧力制御弁７１の制御には、例えば従来のフィードバック制御等を特に制限なく採用できる。また弁制御装置８２としては、そのようなフィードバック制御を行うことのできる従来の制御装置（例えばマイクロプロセッサ及び記憶装置を備えた電子計算機、プログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）等。）を特に制限なく用いることができる。
【００８６】
差圧制御手段８０を備える形態のガス製造装置５００によれば、第１の循環タンク２１及び第２の循環タンク３１における液面レベルの差をさらに低減することが可能になるほか、電解槽１０において差圧によって一方の極室中のガスが隔膜を透過して他方の極室中に押し込まれることによるガス純度の低下を抑制することが可能になる。差圧制御手段８０を備えることによる当該効果をさらに高める観点からは、差圧制御装置８０は、第１の圧力制御弁６１の上流側における第１のガス流の圧力と、第２の圧力制御弁７１の上流側における第２のガス流の圧力との差圧を、１０ｋＰａ以下に制御することが好ましく、１ｋＰａ以下に制御することがより好ましい。
【００８７】
＜１０．ガス製造方法（５）＞
ガス製造装置５００の動作、及び、ガス製造装置５００を用いる形態のガス製造方法は、差圧制御手段８０に関する事項以外は、ガス製造装置１００に関する上記説明と同様である。ガス製造装置５００においては更に、差圧制御手段８０により、第１の圧力制御弁６１の上流側における第１のガス流の圧力と、第２の圧力制御弁７１の上流側における第２のガス流の圧力との差圧が所定の値に制御される（ステップ（ｐ））。具体的には、差圧検知器８１により、第１の圧力制御弁６１の上流側における第１のガス流の圧力と、第２の圧力制御弁７１の上流側における第２のガス流の圧力との差圧が測定され（ステップ（ｐ１））、ステップ（ｐ１）の測定結果に基づいて、上記ステップ（ｊ）及び（ｋ）において第１の圧力制御弁６１及び／又は第２の圧力制御弁７１が制御される（ステップ（ｐ２））。ステップ（ｐ）は、上記説明したステップ（ａ）乃至（ｋ）と同時に連続的に行われる。かかる形態のガス製造方法によれば、ガス製造装置１００を用いる形態のガス製造方法について上記説明した効果に加えて、第１の循環タンク２１及び第２の循環タンク３１における液面レベルの差をさらに低減することが可能になるほか、電解槽１０において差圧によって一方の極室中のガスが隔膜を透過して他方の極室中に押し込まれることによるガス純度の低下を抑制することが可能になる。
【００８８】
＜１１．ガス製造装置（６）＞
図６は、他の一の実施形態に係るガス製造装置６００を模式的に説明する図である。図６において、図１〜５に既に表れた要素には図１〜５における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。ガス製造装置６００は、第１のガス回収ライン６０に代えて第１のガス回収ライン６６０を備え、第２のガス回収ライン７０に代えて第２のガス回収ライン６７０を備える点において、ガス製造装置５００（図５参照）と異なっている。
【００８９】
第１のガス回収ライン６６０は、第１の冷却装置６６４及び第１のフィルタ装置６６５を更に備える点において、第１のガス回収ライン６０と異なっている。第１の冷却装置６６４及び第１のフィルタ装置６６５は、第１の圧力制御弁６１の上流側に配置されている。第１の冷却装置６６４は、第１の循環タンク２１の気相領域２１ｂから流出した第１のガス流を受け容れ冷却する。第１のフィルタ装置６６５は、第１の冷却装置６６４の下流側に配置されており、第１の冷却装置６６４によって冷却された第１のガス流を受け容れ、該第１のガス流中の液化された水分を除去する。第１のガス流が第１の冷却装置６６４及び第１のフィルタ装置６６５を経ることにより、第１のガス流から電解液ミスト及び水蒸気が除去される。第１の冷却装置６６４及び第１のフィルタ装置６６５としては、従来ガス精製に用いられているガス冷却装置およびフィルタ装置を用いることができる。第１の冷却装置６６４及び第１のフィルタ装置６６５において生じるドレン水は、廃棄してもよく、電解液に戻してもよい。第１の冷却装置６６４及び第１のフィルタ装置６６５が、第１の圧力制御弁６１の上流側に配置されていることにより、第１の圧力制御弁６１が第１のガス流に含まれる電解液ミスト及び水蒸気の影響を受けにくくなる。
【００９０】
第２のガス回収ライン６７０は、第２の冷却装置６７４及び第２のフィルタ装置６７５を更に備える点において、第２のガス回収ライン７０と異なっている。第２の冷却装置６７４及び第２のフィルタ装置６７５は、第２の圧力制御弁７１の上流側に配置されている。第２の冷却装置６７４は、第２の循環タンク３１の気相領域３１ｂから流出した第２のガス流を受け容れ冷却する。第２のフィルタ装置６７５は、第２の冷却装置６７４の下流側に配置されており、第２の冷却装置６７４によって冷却された第２のガス流を受け容れ、該第２のガス流中の液化された水分を除去する。第２のガス流が第２の冷却装置６７４及び第２のフィルタ装置６７５を経ることにより、第２のガス流から電解液ミスト及び水蒸気が除去される。第２の冷却装置６７４及び第２のフィルタ装置６７５としては、従来ガス精製に用いられているガス冷却装置およびフィルタ装置を用いることができる。第２の冷却装置６７４及び第２のフィルタ装置６７５において生じるドレン水は、廃棄してもよく、電解液に戻してもよい。第２の冷却装置６７４及び第１のフィルタ装置６７５が、第２の圧力制御弁７１の上流側に配置されていることにより、第２の圧力制御弁７１が第２のガス流に含まれる電解液ミスト及び水蒸気の影響を受けにくくなる。
【００９１】
第１の冷却装置６６４及び第１のフィルタ装置６６５、並びに第２の冷却装置６７４及び第２のフィルタ装置６７５を更に備える形態のガス製造装置６００によれば、さらに純度の高められた酸素ガス及び水素ガスを製造することが可能になる。なお第１の冷却装置６６４及び第１のフィルタ装置６６５の下流側、又は第１の圧力制御弁６１の下流側に、第１のガス流から水素ガスを除去する水素ガス除去装置をさらに設けてもよく、第２の冷却装置６７４及び第２のフィルタ装置６７５の下流側、又は第２の圧力制御弁７１の下流側に、第２のガス流から酸素ガスを除去する酸素ガス除去装置をさらに設けてもよい。
【００９２】
＜１２．ガス製造方法（６）＞
ガス製造装置６００の動作、及び、ガス製造装置６００を用いる形態のガス製造方法については、第１の冷却装置６６４及び第１のフィルタ装置６６５、並びに第２の冷却装置６７４及び第２のフィルタ装置６７５に関する事項以外は、ガス製造装置５００を用いる形態のガス製造方法に関する上記説明と同様である。
【００９３】
陽極室１１から回収され、第１の循環タンク２１の気相領域２１ｂから流出した第１のガス流は、第１の冷却装置６６４において冷却される（ステップ（ｌ））。第１のフィルタ装置６６５において、ステップ（ｌ）を経た第１のガス流から、ステップ（ｌ）において凝縮した水分が除去される（ステップ（ｎ））。ステップ（ｌ）及び（ｎ）を経た第１のガス流の圧力は、第１の圧力制御弁６１により制御される（ステップ（ｊ））。
陰極室１２から回収され、第２の循環タンク３１の気相領域３１ｂから流出した第２のガス流は、第２の冷却装置６７４において冷却される（ステップ（ｍ））。第２のフィルタ装置６７５において、ステップ（ｍ）を経た第２のガス流から、ステップ（ｍ）において凝縮した水分が除去される（ステップ（ｏ））。ステップ（ｍ）及び（ｏ）を経た第２のガス流の圧力は、第２の圧力制御弁７１により制御される（ステップ（ｋ））。
ステップ（ｌ）乃至（ｏ）は、上記説明したステップ（ａ）乃至（ｋ）及び（ｐ）と同時に連続的に行われる。
【００９４】
第１の冷却装置６６４及び第１のフィルタ装置６６５、並びに第２の冷却装置６７４及び第２のフィルタ装置６７５を更に備えるガス製造装置６００を用いる形態のガス製造方法によれば、ガス製造装置５００を用いる形態のガス製造方法に比較して、さらに純度の高められた酸素ガス及び水素ガスを製造することが可能になる。
【００９５】
本発明に関する上記説明では、第１の冷却装置６６４及び第１のフィルタ装置６６５が第１の圧力制御弁６１の上流側に配置され、第２の冷却装置６７４及び第２のフィルタ装置６７５が第２の圧力制御弁７１の上流側に配置された形態のガス製造装置６００、並びに、該ガス製造装置６００を用いる形態のガス製造方法について説明したが、本発明は当該形態に限定されない。図７は、他の一の実施形態に係るガス製造装置６００’を模式的に説明する図である。図７において、図１〜６に既に表れた要素には図１〜６における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。ガス製造装置６００’は、第１の冷却装置６６４及び第１のフィルタ装置６６５が第１の圧力制御弁６１の下流側に配置され、第２の冷却装置６７４及び第２のフィルタ装置６７５が第２の圧力制御弁７１の下流側に配置されている点において、上記説明したガス製造装置６００（図６）と異なっている。ガス製造装置６００’において、第１の冷却装置６６４は、第１の圧力制御弁６１の二次側から流出した第１のガス流を受け容れ冷却する。第１のフィルタ装置６６５は、第１の冷却装置６６４によって冷却された第１のガス流を受け容れ、該第１のガス流中の液化された水分を除去する。第１のガス流が第１の冷却装置６６４及び第１のフィルタ装置６６５を経ることにより、第１のガス流から電解液ミスト及び水蒸気が除去される。またガス製造装置６００’において、第２の冷却装置６７４は、第２の圧力制御弁７１の二次側から流出した第２のガス流を受け容れ冷却する。第２のフィルタ装置６７５は、第２の冷却装置６７４によって冷却された第２のガス流を受け容れ、該第２のガス流中の液化された水分を除去する。第２のガス流が第２の冷却装置６７４及び第２のフィルタ装置６７５を経ることにより、第２のガス流から電解液ミスト及び水蒸気が除去される。このような形態のガス製造装置６００’によっても、上記説明したガス製造装置６００と同様に、純度の高められた酸素ガス及び水素ガスを製造することが可能になる。なおガス製造装置６００’において、第１の冷却装置６６４及び第１のフィルタ装置６６５の下流側に、第１のガス流から水素ガスを除去する水素ガス除去装置をさらに設けてもよく、第２の冷却装置６７４及び第２のフィルタ装置６７５の下流側に、第２のガス流から酸素ガスを除去する酸素ガス除去装置をさらに設けてもよい。
【００９６】
ガス製造装置６００’の動作、及び、ガス製造装置６００を用いる形態のガス製造方法については、第１のガス流が第１の圧力制御弁６１を経た後に第１の冷却装置６６４及び第１のフィルタ装置６６５を通ること、及び、第２のガス流が第２の圧力制御弁７１を経た後に第２の冷却装置６７４及び第２のフィルタ装置６７５を通ること以外は、ガス製造装置６００を用いる形態のガス製造方法に関する上記説明と同様である。
【００９７】
第１の圧力制御弁６１を経た第１のガス流は、第１の冷却装置６６４において冷却される（ステップ（ｌ））。第１のフィルタ装置６６５において、ステップ（ｌ）を経た第１のガス流から、ステップ（ｌ）において凝縮した水分が除去される（ステップ（ｎ））。
第２の圧力制御弁７１を経た第２のガス流は、第２の冷却装置６７４において冷却される（ステップ（ｍ））。第２のフィルタ装置６７５において、ステップ（ｍ）を経た第２のガス流から、ステップ（ｍ）において凝縮した水分が除去される（ステップ（ｏ））。
ステップ（ｌ）乃至（ｏ）は、上記説明したステップ（ａ）乃至（ｋ）及び（ｐ）と同時に連続的に行われる。
【００９８】
ガス製造装置６００’を用いる形態のガス製造方法によっても、ガス製造装置５００を用いる形態のガス製造方法に比較して、さらに純度の高められた酸素ガス及び水素ガスを製造することが可能になる。
【００９９】
＜１３．ガス製造装置（７）＞
本発明に関する上記説明では、第１の電解液移送手段５１／２５１及び第２の電解液移送手段５２／２５２としてそれぞれポンプを有する電解液交換装置５０／２５０を備える形態のガス製造装置１００、２００、３００、４００、５００、及び６００、並びにかかる形態のガス製造装置を用いるガス製造方法を主に例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、ポンプを有しない電解液交換装置を備える形態のガス製造装置、及び該ガス製造装置を用いる形態のガス製造方法とすることも可能である。
【０１００】
図８は、そのような他の一の実施形態に係るガス製造装置７００を模式的に説明する図である。図８において、図１〜７に既に表れた要素には図１〜７における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。ガス製造装置７００は、電解液交換装置５０に代えて電解液交換装置７５０を有する点において、上記説明したガス製造装置１００（図１）と異なっている。電解液交換装置７５０は、第１の電解液移送手段５１に代えて第１の電解液移送手段７５１を有し、第２の電解液移送手段５２に代えて第２の電解液移送手段７５２を有する点において、電解液交換装置５０と異なっている。またガス製造装置７００において、第１の循環ポンプ２２及び第２の循環ポンプ３２としては、非容積式ポンプを好ましく用いることができる。
【０１０１】
説明の便宜のため、第１の電解液移送手段７５１について説明する前に、第２の電解液移送手段７５２について説明する。第２の電解液移送手段７５２は、第１の配管２５において第１の循環ポンプ２２の出側に直列に設けられた第１の流量計Ｆ１及び第１の流量制御弁ＦＣＶ１と；第２の配管３５において第２の循環ポンプ３２の出側に設けられた第２の流量計Ｆ２と；第２の配管３５において第２の流量計Ｆ２の下流側に設けられた第２の流量制御弁ＦＣＶ２と；第２の配管３５における第２の流量計Ｆ２の下流側かつ第２の流量制御弁ＦＣＶ２の上流側から、第１の配管２５における第１の流量計及び第１の流量制御弁ＦＣＶ１の下流側に電解液を導く、第３の配管７５２５と；第３の配管７５２５の途中に直列に設けられた第３の流量計Ｆ３及び第３の流量制御弁ＦＣＶ３と、を有している。第１、第２、及び第３の流量計Ｆ１、Ｆ２、及びＦ３としては、面積流量計、容積流量計、コリオリ流量計、電磁流量計等、電解液の流量を測定可能な公知の流量計を特に制限なく用いることができる。また第１、第２、及び第３の流量制御弁ＦＣＶ１、ＦＣＶ２、及びＦＣＶ３としては、ボール弁、バタフライ弁、グローブ弁、ニードル弁等、弁開度の連続的な制御が可能な公知の制御弁を特に制限なく用いることができる。第１、第２、及び第３の流量制御弁ＦＣＶ１、ＦＣＶ２、及びＦＣＶ３の開度は、それぞれ第１、第２、及び第３の流量計Ｆ１、Ｆ２、及びＦ３の測定値が所定の値となるように制御される。
【０１０２】
第１の循環ポンプ２２の送液量ｖｐ１［Ｌ／ｓ］、第２の循環ポンプ３２の送液量ｖｐ２［Ｌ／ｓ］、第２の電解液移送手段７５２の送液量ｖ２１［Ｌ／ｓ］、陽極室１１への電解液供給量ｖ１［Ｌ／ｓ］、及び陰極室１２への電解液供給量ｖ２［Ｌ／ｓ］は、第１の流量計Ｆ１の測定値ｆ１［Ｌ／ｓ］、第２の流量計Ｆ２の測定値ｆ２［Ｌ／ｓ］、及び第３の流量計Ｆ３の測定値ｆ３［Ｌ／ｓ］を用いて、それぞれ
ｖｐ１＝ｆ１  …（２４）
ｖｐ２＝ｆ２  …（２５）
ｖ２１＝ｆ３  …（２６）
ｖ１＝ｆ１＋ｆ３  …（２７）
ｖ２＝ｆ２−ｆ３  …（２８）
と表される。ｆ３の目標値は例えば上記式（１３’）によりｖ２１として求めることができる。
【０１０３】
ガス製造装置１００に関連して上記説明したように、陽極室１１及び陰極室１２への電解液供給量ｖ１、ｖ２は略等しいことが好ましい。具体的には、比ｖ２／ｖ１が０．８０〜１．２０、より好ましくは０．９０〜１．１０となるように、第１の循環ポンプ２２、第２の循環ポンプ３２、及び第２の電解液移送手段７５２の送液量ｖｐ１、ｖｐ２、及びｖ２１が制御されることが好ましい。比ｖ２／ｖ１が上記範囲内であることにより、陽極室１１と陰極室１２との間での電解後の電解液濃度差が安定するので、電解槽１０の電解電圧を安定化することが容易になる。
【０１０４】
またガス製造装置１００に関連して上記説明したように、第２の電解液移送手段７５２の送液量ｖ２１の、第１の循環ポンプ２２の送液量ｖｐ１及び第２の循環ポンプ３２の送液量ｖｐ２に対する比ｖ２１／ｖｐ１、ｖ２１／ｖｐ２は、それぞれ好ましくは０．００１以上、より好ましくは０．００３以上であり、また一の実施形態において０．０３以下、好ましくは０．０１以下である。第２の電解液移送手段７５２の送液量の第１の循環ポンプ２２の送液量及び第２の循環ポンプ３２の送液量に対する比がそれぞれ上記下限値以上であることにより、第１の電解液循環系２０における電解液濃度と第２の電解液循環系３０における電解液濃度との差をさらに低減できるので、陽極室１１に供給される電解液および陰極室１２に供給される電解液の濃度を、電力効率の高い範囲に維持することが容易になる。また第２の電解液移送手段７５２の送液量の第１の循環ポンプ２２の送液量及び第２の循環ポンプ３２の送液量に対する比がそれぞれ上記上限値以下であることにより、第１の電解液循環系２０から電解液とともに第２の電解液循環系３０に持ち込まれる溶存酸素ガス、及び、第２の電解液循環系３０から電解液とともに第１の電解液循環系２０に持ち込まれる溶存水素ガスを低減できるので、第１の循環タンク２１の液相領域２１ａから気相領域２１ｂに放出される水素ガスを低減し、第１のガス回収ライン６０から回収される酸素ガスの純度をさらに高めることが可能になるとともに、第２の循環タンク３１の液相領域３１ａから気相領域３１ｂに放出される酸素ガスを低減し、第２のガス回収ライン７０から回収される水素ガスの純度をさらに高めることが可能になる。
【０１０５】
陽極室１１への電解液供給量ｖ１（＝ｆ１＋ｆ３：式（２７））、陰極室１２への電解液供給量ｖ２（＝ｆ２−ｆ３：式（２８））、及び第２の電解液移送手段７５２の送液量ｖ２１（＝ｆ３：式（２６））の目標値が定まったら、ｆ１及びｆ２の目標値も、式（２７）及び（２８）からそれぞれ、
ｆ１＝ｖ１−ｖ２１  …（２７’）
ｆ２＝ｖ２＋ｖ２１  …（２８’）
として定まるので、ｆ１、ｆ２、及びｆ３の目標値が実現されるように第１〜第３の流量制御弁ＦＣＶ１、ＦＣＶ２、及びＦＣＶ３の開度を制御することができる。第１〜第３の流量制御弁ＦＣＶ１、ＦＣＶ２、及びＦＣＶ３の開度の制御にあたっては、フィードバック制御等の公知の制御手段を用いることができる。
【０１０６】
一例として、第１の流量計Ｆ１を流れる流量ｆ１と第２の流量計Ｆ２を流れる流量ｆ２とが同一に維持される場合には、第２の流量制御弁ＦＣＶ２の圧力損失ＰｄＦＣＶ２が第１の流量制御弁ＦＣＶ１の圧力損失ＰｄＦＣＶ１より大（すなわちＰｄＦＣＶ２＞ＰｄＦＣＶ１）となるように第１及び第２の流量制御弁ＦＣＶ１、ＦＣＶ２の開度を調整する（例えば第１及び第２の流量制御弁ＦＣＶ１、ＦＣＶ２が同一仕様の制御弁である場合には、第１の流量制御弁ＦＣＶ１の開度ＯＦＣＶ１を第２の流量制御弁ＦＣＶ２の開度ＯＦＣＶ２よりも大（ＯＦＣＶ１＞ＯＦＣＶ２）とする）ことにより、第３の流量制御弁ＦＣＶ３及び第３の流量計Ｆ３を備える第３の配管７５２５を通じて第２の配管３５から第１の配管２５に電解液を移送することができる。なお、第１の配管２５の第１の流量制御弁ＦＣＶ１の下流側における圧力に逆らって電解液を移送する観点からは、第３の流量制御弁ＦＣＶ３の開度は、第３の流量制御弁ＦＣＶ３の圧力損失ＰｄＦＣＶ３が第１の流量制御弁ＦＣＶ１の圧力損失ＰｄＦＣＶ１よりも小さく（ＰｄＦＣＶ３＜ＰｄＦＣＶ１）なるように制御されることが好ましい。また第３の配管７５２５の途中には、電解液が逆向きに（第１の配管２５から第２の配管３５に）流れることを防ぐための逆止弁（チェック弁）がさらに設けられていてもよい。
【０１０７】
第１の電解液移送手段７５１は、第１の循環タンク２１の液相領域２１ａと第２の循環タンク３１の液相領域３１ａとを接続する連通配管である（以下において第１の電解液移送手段７５１を「連通配管７５１」ということがある。）。なおガス製造装置７００において、第１の循環タンク２１及び第２の循環タンク３１は、略同一の高さに配置されることが好ましい。上記説明したように、第２の電解液移送手段７５２は、第２の循環ポンプ３２の出側と陰極室１２の入側とを繋ぐ第２の配管３５を流れる第２の電解液の一部を、第１の循環ポンプ２２の出側と陽極室１１の入側とを繋ぐ第１の配管２５に送液するので、第１の循環タンク２１に貯留される第１の電解液の液量を第２の循環タンク３１に貯留される第２の電解液の液量よりも増やすように作用する。したがって第１の循環タンク２１に貯留された第１の電解液の一部は、重力を駆動力として、第１の循環タンク２１の液面と第２の循環タンク３１の液面との間の液面差を解消するように、連通配管７５１を通って第２の循環タンク３１に移動する。このようにして、第１の電解液移送手段７５１により、第１の循環タンク２１に貯留された第１の電解液の一部が第２の循環タンク３１に送液される。
【０１０８】
第１の循環タンク２１に貯留される第１の電解液の量は、第１の循環タンク２１の総容積に対して、１〜９９体積％の範囲内に維持されることが好ましく、３０〜７０体積％の範囲内に維持されることがより好ましい。同様に、第２の循環タンク３１に貯留される第２の電解液の量は、第２の循環タンク３１の総容積に対して、１〜９９体積％の範囲内に維持されることが好ましく、３０〜７０体積％の範囲内に維持されることがより好ましい。各循環タンク２１、３１に貯留される電解液の量が上記範囲内であることにより、ガス製造装置７００をより安定的に運転することが可能になる。
【０１０９】
このように、電解液交換装置としてポンプに代えて流量制御弁（ＦＣＶ１、ＦＣＶ２、ＦＣＶ３）と連通配管（７５１）との組み合わせを用いる形態のガス製造装置７００によっても、上記同様の効果を得ることが可能である。またかかる形態のガス製造装置７００によれば、さらに、電解液交換装置におけるエネルギー消費を低減することが可能になるほか、第１の循環タンク２１と第２の循環タンク３１との液面差が連通配管７５１により自動的に低減ないし解消されるので、第１及び第２の循環タンク２１、３１の液面レベルを所定の水準に維持するように第１の電解液移送手段（５１、２５１）及び第２の電解液移送手段（５２、２５２）の送液量を制御する処理が不要になる。したがってかかる形態のガス製造装置７００によれば、設備コスト及び運転コストの削減ならびに制御の簡素化が可能になる。
【０１１０】
＜１４．ガス製造方法（７）＞
ガス製造装置７００の動作、及び、ガス製造装置７００を用いる形態のガス製造方法について、図８を参照しつつさらに説明する。
【０１１１】
ステップ（ａ）〜（ｇ）、（ｊ）及び（ｋ）については、ガス製造装置１００（図１）を用いる形態のガス製造方法に関する上記説明と同様である。
【０１１２】
第２の循環ポンプ３２から送出された第２の電解液の一部は、第２の電解液移送手段７５２により分岐され、第１の循環ポンプ２２から送出された第１の電解液に合流する。これにより第２の電解液の一部が第１の電解液中に導入される（ステップ（ｉ））。第１の循環タンク２１に貯留された第１の電解液の一部は、第１の電解液移送手段（連通配管）７５１により第２の循環タンク３１に移送される。これにより第１の電解液の一部が第２の電解液中に導入される（ステップ（ｈ））。
【０１１３】
ステップ（ａ）乃至（ｋ）が同時に連続的に行われることにより、酸素ガス及び水素ガスが製造される。電解によって消費される水は純水供給系４０により補充される。
【０１１４】
ガス製造装置７００及び該ガス製造装置７００を用いる形態のガス製造方法によっても、上記同様の効果を得ることが可能である。
【０１１５】
＜１５．ガス製造装置（８）＞
本発明に関する上記説明では、第１の循環タンク２１に貯留された第１の電解液の一部を第２の循環タンク３１に移送する第１の電解液移送手段７５１、及び、第２の循環ポンプ３２の出側と陰極室１２の入側とを繋ぐ第２の配管３５を流れる第２の電解液の一部を第１の循環ポンプ２２の出側と陽極室１１の入側とを繋ぐ第１の配管２５に移送する第２の電解液移送手段７５２を含む電解液交換装置７５０を備える形態のガス製造装置７００、並びに、該ガス製造装置７００を用いる形態のガス製造方法を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、ポンプを有しない電解液交換装置を備え、第１の電解液移送手段が、第２の循環タンク３１に貯留された第２の電解液の一部を第１の循環タンク２１に移送し、第２の電解液移送手段が、第１の循環ポンプ２２の出側と陽極室１１の入側とを繋ぐ第１の配管２５を流れる第１の電解液の一部を第２の循環ポンプ３２の出側と陰極室１２の入側とを繋ぐ第２の配管３５に移送する形態の電解液交換装置を備えるガス製造装置、及び、該ガス製造装置を用いる形態のガス製造方法とすることも可能である。
【０１１６】
図９は、そのような他の一の実施形態に係るガス製造装置８００を模式的に説明する図である。図９において、図１〜８に既に表れた要素には図１〜８における符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。ガス製造装置８００は、電解液交換装置２５０に代えて電解液交換装置８５０を備える点において、ガス製造装置２００（図２）と異なっている。電解液交換装置８５０は、第１の電解液移送手段２５１に代えて第１の電解液移送手段８５１を備え、第２の電解液移送手段２５２に代えて第２の電解液移送手段８５２を備える点において、電解液交換装置２５０と異なっている。またガス製造装置８００において、第１の循環ポンプ２２及び第２の循環ポンプ３２としては、非容積式ポンプを好ましく用いることができる。
【０１１７】
説明の便宜のため、第１の電解液移送手段８５１について説明する前に、第２の電解液移送手段８５２について説明する。第２の電解液移送手段８５２は、第１の配管２５において第１の循環ポンプ２２の出側に設けられた第１の流量計Ｆ１と；第１の配管２５において第１の流量計Ｆ１の下流側に設けられた第１の流量制御弁ＦＣＶ１と；第２の配管３５において第２の循環ポンプ３２の出側に直列に設けられた第２の流量計Ｆ２及び第２の流量制御弁ＦＣＶ２と；第１の配管２５における第１の流量計Ｆ１の下流側かつ第１の流量制御弁ＦＣＶ１の上流側から、第２の配管３５における第２の流量計Ｆ２及び第２の流量制御弁ＦＣＶ２の下流側に電解液を導く、第３の配管８５２５と；第３の配管８５２５の途中に直列に設けられた第３の流量計Ｆ３及び第３の流量制御弁ＦＣＶ３と、を有している。第１、第２、及び第３の流量計Ｆ１、Ｆ２、及びＦ３としては、面積流量計、容積流量計、コリオリ流量計、電磁流量計等、電解液の流量を測定可能な公知の流量計を特に制限なく用いることができる。また第１、第２、及び第３の流量制御弁ＦＣＶ１、ＦＣＶ２、及びＦＣＶ３としては、ボール弁、バタフライ弁、グローブ弁、ニードル弁等、弁開度の連続的な制御が可能な公知の制御弁を特に制限なく用いることができる。第１、第２、及び第３の流量制御弁ＦＣＶ１、ＦＣＶ２、及びＦＣＶ３の開度は、それぞれ第１、第２、及び第３の流量計Ｆ１、Ｆ２、及びＦ３の測定値が所定の値となるように制御される。
【０１１８】
第１の循環ポンプ２２の送液量ｖｐ１［Ｌ／ｓ］、第２の循環ポンプ３２の送液量ｖｐ２［Ｌ／ｓ］、第２の電解液移送手段８５２の送液量ｖ１２［Ｌ／ｓ］、陽極室１１への電解液供給量ｖ１［Ｌ／ｓ］、及び陰極室１２への電解液供給量ｖ２［Ｌ／ｓ］は、第１の流量計Ｆ１の測定値ｆ１［Ｌ／ｓ］、第２の流量計Ｆ２の測定値ｆ２［Ｌ／ｓ］、及び第３の流量計Ｆ３の測定値ｆ３［Ｌ／ｓ］を用いて、それぞれ
ｖｐ１＝ｆ１  …（２４）
ｖｐ２＝ｆ２  …（２５）
ｖ１２＝ｆ３  …（２９）
ｖ１＝ｆ１−ｆ３  …（３０）
ｖ２＝ｆ２＋ｆ３  …（３１）
と表される。ｆ３の目標値は例えば上記式（１２’）によりｖ１２として求めることができる。
【０１１９】
ガス製造装置２００に関連して上記説明したように、陽極室１１及び陰極室１２への電解液供給量ｖ１、ｖ２は略等しいことが好ましい。具体的には、比ｖ２／ｖ１が０．８０〜１．２０、より好ましくは０．９０〜１．１０となるように、第１の循環ポンプ２２、第２の循環ポンプ３２、及び第２の電解液移送手段８５２の送液量ｖｐ１、ｖｐ２、及びｖ１２が制御されることが好ましい。比ｖ２／ｖ１が上記範囲内であることにより、陽極室１１と陰極室１２との間での電解後の電解液濃度差が安定するので、電解槽１０の電解電圧を安定化することが容易になる。
【０１２０】
またガス製造装置２００に関連して上記説明したように、第２の電解液移送手段８５２の送液量ｖ１２の、第１の循環ポンプ２２の送液量ｖｐ１及び第２の循環ポンプ３２の送液量ｖｐ２に対する比ｖ１２／ｖｐ１、ｖ１２／ｖｐ２は、それぞれ好ましくは０．００１以上、より好ましくは０．００３以上であり、また一の実施形態において０．０３以下、好ましくは０．０１以下である。第２の電解液移送手段８５２の送液量の第１の循環ポンプ２２の送液量及び第２の循環ポンプ３２の送液量に対する比がそれぞれ上記下限値以上であることにより、第１の電解液循環系２０における電解液濃度と第２の電解液循環系３０における電解液濃度との差をさらに低減できるので、陽極室１１に供給される電解液および陰極室１２に供給される電解液の濃度を、電力効率の高い範囲に維持することが容易になる。また第２の電解液移送手段８５２の送液量の第１の循環ポンプ２２の送液量及び第２の循環ポンプ３２の送液量に対する比がそれぞれ上記上限値以下であることにより、第１の電解液循環系２０から電解液とともに第２の電解液循環系３０に持ち込まれる溶存酸素ガス、及び、第２の電解液循環系３０から電解液とともに第１の電解液循環系２０に持ち込まれる溶存水素ガスを低減できるので、第１の循環タンク２１の液相領域２１ａから気相領域２１ｂに放出される水素ガスを低減し、第１のガス回収ライン６０から回収される酸素ガスの純度をさらに高めることが可能になるとともに、第２の循環タンク３１の液相領域３１ａから気相領域３１ｂに放出される酸素ガスを低減し、第２のガス回収ライン７０から回収される水素ガスの純度をさらに高めることが可能になる。
【０１２１】
陽極室１１への電解液供給量ｖ１（＝ｆ１−ｆ３：式（３０））、陰極室１２への電解液供給量ｖ２（＝ｆ２＋ｆ３：式（３１））、及び第２の電解液移送手段８５２の送液量ｖ１２（＝ｆ３：式（２９））の目標値が定まったら、ｆ１及びｆ２の目標値も、式（３０）及び（３１）からそれぞれ、
ｆ１＝ｖ１＋ｖ１２  …（３０’）
ｆ２＝ｖ２−ｖ１２  …（３１’）
として定まるので、ｆ１、ｆ２、及びｆ３の目標値が実現されるように第１〜第３の流量制御弁ＦＣＶ１、ＦＣＶ２、及びＦＣＶ３の開度を制御することができる。第１〜第３の流量制御弁ＦＣＶ１、ＦＣＶ２、及びＦＣＶ３の開度の制御にあたっては、フィードバック制御等の公知の制御手段を用いることができる。
【０１２２】
一例として、第１の流量計Ｆ１を流れる流量ｆ１と第２の流量計Ｆ２を流れる流量ｆ２とが同一に維持される場合には、第２の流量制御弁ＦＣＶ２の圧力損失ＰｄＦＣＶ２が第１の流量制御弁ＦＣＶ１の圧力損失ＰｄＦＣＶ１より小（すなわちＰｄＦＣＶ２＜ＰｄＦＣＶ１）となるように第１及び第２の流量制御弁ＦＣＶ１、ＦＣＶ２の開度を調整する（例えば第１及び第２の流量制御弁ＦＣＶ１、ＦＣＶ２が同一仕様の制御弁である場合には、第１の流量制御弁ＦＣＶ１の開度ＯＦＣＶ１を第２の流量制御弁ＦＣＶ２の開度ＯＦＣＶ２よりも小（ＯＦＣＶ１＜ＯＦＣＶ２）とする）ことにより、第３の流量制御弁ＦＣＶ３及び第３の流量計Ｆ３を備える第３の配管８５２５を通じて第１の配管２５から第２の配管３５に電解液を移送することができる。なお、第２の配管３５の第２の流量制御弁ＦＣＶ２の下流側における圧力に逆らって電解液を移送する観点からは、第３の流量制御弁ＦＣＶ３の開度は、第３の流量制御弁ＦＣＶ３の圧力損失ＰｄＦＣＶ３が第２の流量制御弁ＦＣＶ２の圧力損失ＰｄＦＣＶ２よりも小さく（ＰｄＦＣＶ３＜ＰｄＦＣＶ２）なるように制御されることが好ましい。また第３の配管８５２５の途中には、電解液が逆向きに（第２の配管３５から第１の配管２５に）流れることを防ぐための逆止弁（チェック弁）がさらに設けられていてもよい。
【０１２３】
第１の電解液移送手段８５１は、第１の循環タンク２１の液相領域２１ａと第２の循環タンク３１の液相領域３１ａとを接続する連通配管である（以下において第１の電解液移送手段８５１を「連通配管８５１」ということがある。）。なおガス製造装置８００において、第１の循環タンク２１及び第２の循環タンク３１は、略同一の高さに配置されることが好ましい。上記説明したように、第２の電解液移送手段８５２は、第１の循環ポンプ２２の出側と陽極室１１の入側とを繋ぐ第１の配管２５を流れる第１の電解液の一部を、第２の循環ポンプ３２の出側と陰極室１２の入側とを繋ぐ第２の配管３５に送液するので、第２の循環タンク３１に貯留される第２の電解液の液量を第１の循環タンク２１に貯留される第１の電解液の液量よりも増やすように作用する。したがって第２の循環タンク３１に貯留された第２の電解液の一部は、重力を駆動力として、第１の循環タンク２１の液面と第２の循環タンク３１の液面との間の液面差を解消するように、連通配管８５１を通って第１の循環タンク２１に移動する。このようにして、第１の電解液移送手段８５１により、第２の循環タンク３１に貯留された第２の電解液の一部が第１の循環タンク２１に送液される。
【０１２４】
第１の循環タンク２１に貯留される第１の電解液の量は、第１の循環タンク２１の総容積に対して、１〜９９体積％の範囲内に維持されることが好ましく、３０〜７０体積％の範囲内に維持されることがより好ましい。同様に、第２の循環タンク３１に貯留される第２の電解液の量は、第２の循環タンク３１の総容積に対して、１〜９９体積％の範囲内に維持されることが好ましく、３０〜７０体積％の範囲内に維持されることがより好ましい。各循環タンク２１、３１に貯留される電解液の量が上記範囲内であることにより、ガス製造装置８００をより安定的に運転することが可能になる。
【０１２５】
このように、電解液交換装置としてポンプに代えて制御弁（ＦＣＶ１〜ＦＣＶ３）と連通配管（８５１）との組み合わせを用いる形態のガス製造装置８００によっても、上記同様の効果を得ることが可能である。またかかる形態のガス製造装置８００によれば、さらに、電解液交換装置におけるエネルギー消費を低減することが可能になるほか、第１の循環タンク２１と第２の循環タンク３１との液面差が連通配管８５１により自動的に低減ないし解消されるので、第１及び第２の循環タンク２１、３１の液面レベルを所定の水準に維持するように第１の電解液移送手段（５１、２５１）及び第２の電解液移送手段（５２、２５２）の送液量を制御する処理が不要になる。したがってかかる形態のガス製造装置８００によれば、設備コスト及び運転コストの削減ならびに制御の簡素化が可能になる。
【０１２６】
＜１６．ガス製造方法（８）＞
ガス製造装置８００の動作、及び、ガス製造装置８００を用いる形態のガス製造方法について、図９を参照しつつさらに説明する。
【０１２７】
ステップ（ａ）〜（ｇ）、（ｊ）及び（ｋ）については、ガス製造装置２００（図２）を用いる形態のガス製造方法に関する上記説明と同様である。
【０１２８】
第１の循環ポンプ２２から送出された第１の電解液の一部は、第２の電解液移送手段８５２により分岐され、第２の循環ポンプ３２から送出された第２の電解液に合流する。これにより第１の電解液の一部が第２の電解液中に導入される（ステップ（ｉ））。また第２の循環タンク３１に貯留された第２の電解液の一部は、第１の電解液移送手段（連通配管）８５１により第１の循環タンク２１に移送される。これにより第２の電解液の一部が第１の電解液中に導入される（ステップ（ｈ））。
【０１２９】
ステップ（ａ）乃至（ｋ）が同時に連続的に行われることにより、酸素ガス及び水素ガスが製造される。電解によって消費される水は純水供給系４０により補充される。
【０１３０】
ガス製造装置８００及び該ガス製造装置８００を用いる形態のガス製造方法によっても、上記同様の効果を得ることが可能である。
【０１３１】
本発明に関する上記説明では、第１の循環タンク２１又は第２の循環タンク３１のいずれか一方に水を供給する純水供給系４０又は３４０を備える形態のガス製造装置１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、及び８００、並びに該ガス製造装置を用いる形態のガス製造方法を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、純水供給系が第１の循環タンク及び第２の循環タンクの両方に水を供給する形態のガス製造装置、及び該ガス製造装置を用いる形態のガス製造方法とすることも可能である。
【０１３２】
本発明に関する上記説明では、気液分離器を備えず、第１の循環タンク２１の内部で第１のガス流と第１の電解液との気液分離が行われ、第２の循環タンク３１の内部で第２のガス流と第２の電解液との気液分離が行われる形態のガス製造装置１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、及び８００、並びに、該ガス製造装置を用いる形態のガス製造方法を例に挙げたが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、陽極室から流出した第１のガス流と第１の電解液との気液混合物を受け容れ気液分離する第１の気液分離器と、陰極室から流出した第２のガス流と第２の電解液との気液混合物を受け容れ気液分離する第２の気液分離器とを備え、第１の気液分離器による気液分離後の第１の電解液が第１の循環タンクに貯留され、第１の気液分離器による気液分離後の第１のガス流が第１のガス回収ラインから回収され、第２の気液分離器による気液分離後の第２の電解液が第２の循環タンクに貯留され、第２の気液分離器による気液分離後の第２のガス流が第２のガス回収ラインから回収される形態のガス製造装置、及び、該ガス製造装置を用いる形態のガス製造方法とすることも可能である。そのような形態のガス製造装置およびガス製造方法によっても、本発明の上記効果を得ることが可能である。
【符号の説明】
【０１３３】
１００、２００、３００、４００、５００、６００、６００’、７００、８００  ガス製造装置
１０  電解槽
１１  陽極室
１２  陰極室
１３  （イオン透過性の）隔膜
２０  第１の電解液循環系
２１  第１の循環タンク
２１ａ  液相領域
２１ｂ  気相領域
２２  第１の循環ポンプ
２３、２４  配管
２５  第１の配管
３０  第２の電解液循環系
３１  第２の循環タンク
３１ａ  液相領域
３１ｂ  気相領域
３２  第２の循環ポンプ
３３、３４  配管
３５  第２の配管
４０  純水供給系
４１  純水タンク
４２  水供給ポンプ
５０、２５０、７５０、８５０  電解液交換装置
５１、２５１、７５１、８５１  第１の電解液移送手段
５２、２５２、７５２、８５２  第２の電解液移送手段
７５２５、８５２５  第３の配管
Ｆ１  第１の流量計
Ｆ２  第２の流量計
Ｆ３  第３の流量計
ＦＣＶ１  第１の流量制御弁
ＦＣＶ２  第２の流量制御弁
ＦＣＶ３  第３の流量制御弁
６０、６６０  第１のガス回収ライン
６１  第１の圧力制御弁
６２  配管
６３  圧力計
６６４  第１の冷却装置
６６５  第１のフィルタ装置
７０、６７０  第２のガス回収ライン
７１  第２の圧力制御弁
７２  配管
７３  圧力計
６７４  第２の冷却装置
６７５  第２のフィルタ装置
８０  差圧制御手段
８１  差圧検知器
８２  弁制御装置
【図１】
0006826699.tif 000002
【図２】
0006826699.tif 000003
【図３】
0006826699.tif 000004
【図４】
0006826699.tif 000005
【図５】
0006826699.tif 000006
【図６】
0006826699.tif 000007
【図７】
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【図８】
0006826699.tif 000009
【図９】
0006826699.tif 000010