气体制造装置和气体制造方法与流程

本发明涉及基于碱性水电解法的气体制造方法和气体制造装置，特别涉及适用于在加压条件下进行碱性水的电解的情况的气体制造方法和气体制造装置。

背景技术：

作为氢气和氧气的制造方法，公知有一种碱性水电解法。碱性水电解法通过将溶解有碱金属氢氧化物(例如naoh、koh等。)的碱性水溶液(碱性水)用作电解液，对水进行电解，从而从阴极产生氢气，从阳极产生氧气。通常，碱性水电解用的电解单元具有被离子渗透性隔膜隔开的阳极室和阴极室，电解在使电解液分别向阳极室和阴极室循环的状态下进行。从各极室回收的电解液暂且被收集在循环箱中并贮存，贮存在循环箱中的电解液再向各极室供给。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017－039982号公报

专利文献2：日本特许第6008482号公报

专利文献3：日本特开2017－119895号公报

专利文献4：日本特开2017－203218号公报

专利文献5：日本特开2017－179557号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

在通过对碱性水的电解而进行的氢气和氧气的制造过程中存在溶解气体的问题。即，从阳极室回收的电解液中溶解有在阳极反应中产生的氧气的一部分，从阴极室回收的电解液中溶解有在阴极反应中产生的氢气的一部分。由于从阳极室回收的电解液和从阴极室回收的电解液在循环箱内混合，因此，循环箱内的电解液中溶解有氧气和氢气这两者。溶解在循环箱内的电解液中的氧气和氢气会缓慢地释放到气相中，因此，循环箱上部的气相部分的氧气和氢气的浓度缓慢地上升。因此，存在这样的可能：在使电解装置的运转持续的期间，循环箱上部的气相部分的气体成分达到爆炸极限。特别是在加压条件下进行电解的高压型的碱性水电解装置中，由于电解槽的极室内部的压力、以及从电解槽回收的气体和电解液的压力均被维持为比常压高，因此电解液中的溶解气体量比常压下增多，由此溶解气体的问题变得明显。

就产生氢气的电解过程而言，例如，专利文献1中描述了一种电解装置，该电解装置具有：阳极室，其收容阳极，在该阳极室产生阳极气体；阴极室，其收容阴极，在该阴极室产生氢气；隔膜，其划分出所述阳极室和所述阴极室；以及阳极侧循环路径，其使电解液从所述阳极室排出并且使电解液返回到所述阳极室，该电解装置的特征在于，所述阳极侧循环路径具有：阳极侧气液分离部件，其将所述阳极气体从所述电解液中分离出来；阳极侧排出路径，其将所述阳极室和所述阳极侧气液分离部件之间连接起来，该路径使所述电解液和所述阳极气体从所述阳极室排出并将它们输送到所述阳极侧气液分离部件；以及阳极侧供给路径，其将所述阳极室和所述阳极侧气液分离部件之间连接起来，该路径使所述电解液从所述阳极侧气液分离部件排出并将之输送到所述阳极室，溶解的所述氢气作为气相存在，该电解装置具有阳极气体输送路径，该阳极气体输送路径将所述氢气和所述阳极气体相混合的气相区域与所述阳极侧气液分离部件之间连接起来，所述阳极气体输送路径将所述阳极气体的至少一部分输送到所述气相区域，所述气相区域中的所述氢气浓度小于爆炸极限下限值。采用专利文献1所述的方式，主张在产生氢的电解过程中，能够可靠地消除微量的气体逐渐在电解液的循环路径中积存而达到氢的爆炸极限的可能性。

然而，引用文献1中描述的是：将从循环箱的气相区域排出的气体作为废气释放到系统外。引用文献1所述的方式中，使用阳极气体将循环箱的气相区域中的气体挤出(排气)，因此，从循环箱的气相区域排出的气体中除了混入有被供给到气相区域的阳极气体之外，还混入有从循环箱中的电解液释放到气相区域的阴极气体。因而，引用文献1所述的方式中，即使将从循环箱的气相区域排出的气体回收，也难以获得纯度较高的阳极气体。

作为解决该问题的方法，还考虑将从阳极室回收的电解液和从阴极室回收的电解液回收和贮存在不同的循环箱的做法。即，还考虑下述做法：将从阳极室回收的电解液回收和贮存在阳极侧循环箱，将贮存在阳极侧循环箱的电解液供给到阳极室，并且，将从阴极室回收的电解液回收和贮存在阴极侧循环箱，将贮存在阴极侧循环箱的电解液供给到阴极室。然而，在碱性水的电解过程中，

阳极反应用2oh^－→(1/2)o2↑+h2o+2e^－…(1)来表示，

阴极反应则用2h2o+2e^－→h2↑+2oh^－…(2)来表示。

因此，在碱性水的电解过程中，虽然整体而言水是被消耗的，但在阴极反应中水被消耗而在阳极反应中会生成水，因此随着电解反应的进行，在阳极侧循环箱与阴极侧循环箱之间会产生液面差。此外，由于在阳极反应中会消耗oh^－离子，在阴极反应会生成oh^－离子，因此，在阳极室与阴极室之间，为了保持电荷中性，离子会透过隔膜移动，其结果，并不是阴极反应所生成的oh^－离子全部都从阴极室移动到阳极室。即，通常，仅阴极反应所生成的oh^－离子的一部分透过隔膜从阴极室移动到阳极室，与剩余部分的oh^－离子对应的阴极室中的负电荷的过剩是通过使阳离子(若碱性水的溶质为naoh，则是na⁺离子，若碱性水的溶质为koh，则是k⁺离子)透过隔膜从阳极室移动到阴极室来消除的。其结果，随着电解反应的进行，在阳极侧循环箱与阴极侧循环箱之间会产生电解液的浓度差。

若是低压(常压)过程，则即使在使阳极侧循环路径和阴极侧循环路径分离的情况下，只要进一步设置与阳极侧循环箱的液相区域和阴极侧循环箱的液相区域相连通的配管(连通管)，水和离子就会依据重力和扩散定律以消除偏差的方式通过连通管而移动，因此，阳极侧循环箱与阴极侧循环箱之间的液面差和浓度差会自动消除或缓和到一定水平以下。然而，在加压条件下进行电解的高压过程中，一般而言，压力差比起重力是占主导地位的，当在高压过程中如上述那样在使阳极侧循环路径和阴极侧循环路径分离的基础上在阳极侧循环箱的液相区域与阴极侧循环箱的液相区域之间设置连通管的情况下，阳极侧循环路径与阴极侧循环路径之间的压力差会使电解液从压力较高的一侧的循环箱向压力较低的一侧的循环箱移动，由此两循环箱的液面会变动，严重的情况下，电解液会从压力较低的一侧的循环箱溢出，从而存在必须使电解装置的运转停止的风险。

本发明的课题在于，提供一种气体制造装置，即使在加压条件下进行碱性水的电解的情况下，该气体制造装置也能够防止循环箱的气相区域中的气体成分达到爆炸极限，并且能够在降低电解液中的溶解气体对气体纯度造成的不良影响的前提下稳定地制造氢气和氧气这两者。而且，提供一种气体制造方法，即使在加压条件下进行碱性水的电解的情况下，该气体制造方法也能够防止循环箱的气相区域中的气体成分达到爆炸极限，并且能够在降低电解液中的溶解气体对气体纯度造成的不良影响的前提下稳定地制造氢气和氧气这两者。

用于解决问题的方案

本发明包含下面的[1]～[14]的技术方案。

[1]一种气体制造装置，该气体制造装置具备：电解槽，其包括阳极室、阴极室和隔膜，该阳极室收容阳极，在该阳极室产生氧气，该阴极室收容阴极，在该阴极室产生氢气，该隔膜具有离子渗透性且划分出所述阳极室和所述阴极室；第1电解液循环系统；第2电解液循环系统；以及电解液交换装置，该气体制造装置的特征在于，

所述第1电解液循环系统包含：

第1循环箱，其接受容纳并贮存从所述阳极室流出的第1电解液；以及

第1循环泵，其将贮存于所述第1循环箱的所述第1电解液向所述阳极室供给，

所述第2电解液循环系统包含：

第2循环箱，其接受容纳并贮存从所述阴极室流出的第2电解液；以及

第2循环泵，其将贮存于所述第2循环箱的所述第2电解液向所述阴极室供给，

所述电解液交换装置将存在于所述第1电解液循环系统的所述第1电解液的一部分移送至所述第2电解液循环系统，且将存在于所述第2电解液循环系统的所述第2电解液的一部分移送至所述第1电解液循环系统。

[2]根据[1]所述的气体制造装置，其中，所述电解液交换装置包含：

第1电解液移送部件，其将贮存于所述第1循环箱的所述第1电解液的一部分移送至所述第2循环箱；以及

第2电解液移送部件，其将在连结所述第2循环泵的出口侧和所述阴极室的入口侧的配管中流动的所述第2电解液的一部分移送至连结所述第1循环泵的出口侧和所述阳极室的入口侧的配管。

[3]根据[1]所述的气体制造装置，其中，所述电解液交换装置包含：

第1电解液移送部件，其将贮存于所述第2循环箱的所述第2电解液的一部分移送至所述第1循环箱；以及

第2电解液移送部件，其将在连结所述第1循环泵的出口侧和所述阳极室的入口侧的配管中流动的所述第1电解液的一部分移送至连结所述第2循环泵的出口侧和所述阴极室的入口侧的配管。

[4]根据[1]～[3]中任一项所述的气体制造装置，其中，该气体制造装置还具备：

第1压力控制阀，其控制从所述阳极室流出的第1气流的压力；以及

第2压力控制阀，其控制从所述阴极室流出的第2气流的压力。

[5]根据[4]所述的气体制造装置，其中，

该气体制造装置还具备：

第1冷却装置，其接受容纳并冷却所述第1气流；

第2冷却装置，其接受容纳并冷却所述第2气流；

第1过滤装置，其与所述第1冷却装置连接，该第1过滤装置接受容纳被所述第1冷却装置冷却后的第1气流，并去除该第1气流中的液化了的水分；以及

第2过滤装置，其与所述第2冷却装置连接，该第2过滤装置接受容纳被所述第2冷却装置冷却后的第2气流，并去除该第2气流中的液化了的水分，

所述第1冷却装置和所述第1过滤装置配置于所述第1压力控制阀的上游侧，

所述第2冷却装置和所述第2过滤装置配置于所述第2压力控制阀的上游侧。

[6]根据[4]或[5]所述的气体制造装置，其中，该气体制造装置还具备压力差控制部件，该压力差控制部件将所述第1压力控制阀的上游侧的所述第1气流的压力与所述第2压力控制阀的上游侧的所述第2气流的压力之间的压力差控制为预定值。

[7]根据[6]所述的气体制造装置，其中，所述压力差控制部件包括：

压力差检测器，其对所述第1压力控制阀的上游侧的所述第1气流的压力与所述第2压力控制阀的上游侧的所述第2气流的压力之间的压力差进行测量；以及

阀控制装置，其根据所述压力差检测器的测量结果来控制所述第1压力控制阀和/或所述第2压力控制阀。

[8]一种气体制造方法，其通过使用电解槽来对作为碱性水溶液的电解液进行电解而制造氧气和氢气，该电解槽包括阳极室、阴极室和隔膜，该阳极室收容阳极，在该阳极室产生氧气，该阴极室收容阴极，在该阴极室产生氢气，该隔膜具有离子渗透性且划分出所述阳极室和所述阴极室，其中，

该气体制造方法包含以下工序：

(a)通过向所述阳极室供给第1电解液且向所述阴极室供给第2电解液，并使所述阳极与所述阴极之间通电，从而从所述阳极产生氧气且从所述阴极产生氢气；

(b)从所述阳极室回收含有氧气的第1气流和所述第1电解液；

(c)从所述阴极室回收含有氢气的第2气流和所述第2电解液；

(d)将从所述阳极室回收的所述第1电解液贮存于第1循环箱；

(e)将从所述阴极室回收的所述第2电解液贮存于第2循环箱；

(f)使用第1循环泵将贮存于所述第1循环箱的所述第1电解液输送至所述阳极室；

(g)使用第2循环泵将贮存于所述第2循环箱的所述第2电解液输送至所述阴极室；

(h)将所述第1电解液的一部分导入到所述第2电解液中；以及

(i)将所述第2电解液的一部分导入到所述第1电解液中。

[9]根据[8]所述的气体制造方法，其中，

所述工序(h)包含将贮存于所述第1循环箱的所述第1电解液的一部分移送至所述第2循环箱的步骤，

所述工序(i)包含使从所述第2循环泵送出的所述第2电解液的一部分与从所述第1循环泵送出的所述第1电解液汇合的步骤。

[10]根据[8]所述的气体制造方法，其中，

所述工序(h)包含使从所述第1循环泵送出的所述第1电解液的一部分与从所述第2循环泵送出的所述第2电解液汇合的步骤，

所述工序(i)包含将贮存于所述第2循环箱的所述第2电解液的一部分移送至所述第1循环箱的步骤。

[11]根据[8]～[10]中任一项所述的气体制造方法，其中，

该气体制造方法还包括以下工序：

(j)使用在该第1气流的流路上设置的第1压力控制阀来控制从所述阳极室回收的所述第1气流的压力；以及

(k)使用在该第2气流的流路上设置的第2压力控制阀来控制从所述阴极室回收的所述第2气流的压力。

[12]根据[11]所述的气体制造方法，其中，

该气体制造方法还包括以下工序：

(l)冷却所述第1气流；

(m)冷却所述第2气流；

(n)从经过所述工序(l)后的所述第1气流中去除在所述工序(l)中冷凝的水分；以及

(o)从经过所述工序(m)后的所述第2气流中去除在所述工序(m)中冷凝的水分，

所述工序(j)是通过使用所述第1压力控制阀来控制经过所述工序(l)和所述工序(n)后的所述第1气流的压力而进行的，

所述工序(k)是通过使用所述第2压力控制阀来控制经过所述工序(m)和所述工序(o)后的所述第2气流的压力而进行的。

[13]根据[11]或[12]所述的气体制造方法，其中，

该气体制造方法还包含工序(p)，在该工序(p)中，将所述第1压力控制阀的上游侧的所述第1气流的压力与所述第2压力控制阀的上游侧的所述第2气流的压力之间的压力差控制为预定值。

[14]根据[13]所述的气体制造方法，其中，

所述工序(p)包含以下工序：

(p1)对所述第1压力控制阀的上游侧的所述第1气流的压力与所述第2压力控制阀的上游侧的所述第2气流的压力之间的压力差进行测量；以及

(p2)根据所述工序(p1)的测量结果，在所述工序(j)和所述工序(k)中控制所述第1压力控制阀和/或所述第2压力控制阀。

[15]根据[8]～[14]中任一项所述的气体制造方法，其中，将所述阴极室的内部的压力维持在比大气压高20kpa以上的高压。

[16]根据[8]～[15]中任一项所述的气体制造方法，其中，将所述阳极室的内部的压力维持在比大气压高20kpa以上的高压。

发明的效果

本发明的气体制造装置分别具备向阳极室循环供给第1电解液的第1电解液循环系统和向阴极室循环供给第2电解液的第2电解液循环系统。因此，根据本发明的气体制造装置，即使在加压条件下进行碱性水的电解的情况下，也能够防止循环箱的气相区域中的气体成分达到爆炸极限，并且能够在降低电解液中的溶解气体对气体纯度造成的不良影响的同时制造氢气和氧气这两者。并且，本发明的气体制造装置具备将存在于第1电解液循环系统的第1电解液的一部分移送至第2电解液循环系统且将存在于第2电解液循环系统的第2电解液的一部分移送至第1电解液循环系统的电解液交换装置，因此，不管第1电解液循环系统与第2电解液循环系统之间的压力差的大小如何，均能够消除或缓和第1循环箱与第2循环箱之间的液面差和浓度差。因此，根据本发明的气体制造装置，即使在加压条件下进行碱性水的电解的情况下，也能够稳定地制造各气体。因此，根据本发明的气体制造装置，即使在加压条件下进行碱性水的电解的情况下，也能够防止循环箱的气相区域中的气体成分达到爆炸极限，并且能够在降低电解液中的溶解气体对气体纯度造成的不良影响的同时稳定地制造氢气和氧气这两者。

本发明的气体制造方法包括工序(b)至工序(g)，因此，从阳极室回收的第1电解液贮存于第1循环箱，贮存于第1循环箱的第1电解液通过第1循环泵向阳极室供给，并且从阴极室回收的第2电解液贮存于第2循环箱，贮存于第2循环箱的第2电解液通过第2循环泵向阴极室供给。因此，根据本发明的气体制造方法，即使在加压条件下进行碱性水的电解的情况下，也能够防止循环箱的气相区域中的气体成分达到爆炸极限，并且能够在降低电解液中的溶解气体对气体纯度造成的不良影响的同时制造氢气和氧气这两者。并且，本发明的气体制造方法包括工序(h)和工序(i)，因此，不管阳极侧的电解液循环系统与阴极侧的电解液循环系统之间的压力差的大小如何，均能够消除或缓和第1循环箱与第2循环箱之间的液面差和浓度差。因此，根据本发明的气体制造方法，即使在加压条件下进行碱性水的电解的情况下，也能够稳定地制造各气体。因此，根据本发明的气体制造方法，即使在加压条件下进行碱性水的电解的情况下，也能够防止循环箱的气相区域中的气体成分达到爆炸极限，并且能够在降低电解液中的溶解气体对气体纯度造成的不良影响的同时稳定地制造氢气和氧气这两者。

附图说明

图1是示意性地说明本发明的一实施方式的气体制造装置100的图。

图2是示意性地说明本发明的另一实施方式的气体制造装置200的图。

图3是示意性地说明本发明的另一实施方式的气体制造装置300的图。

图4是示意性地说明本发明的另一实施方式的气体制造装置400的图。

图5是示意性地说明本发明的另一实施方式的气体制造装置500的图。

图6是示意性地说明本发明的另一实施方式的气体制造装置600的图。

图7是示意性地说明本发明的另一实施方式的气体制造装置600’的图。

图8是示意性地说明本发明的另一实施方式的气体制造装置700的图。

图9是示意性地说明本发明的另一实施方式的气体制造装置800的图。

具体实施方式

根据下面说明的用于实施发明的方式，可明确本发明的上述作用和优点。下面，参照附图，说明本发明的实施方式。但本发明并不限定于这些方式。另外，附图未必反映的是准确的尺寸。而且，附图中有时会省略一部分附图标记。本说明书中，有关数值a和数值b，只要未特别说明，“a～b”这样的表达就意为“大于等于a且小于等于b”。在该表达中仅对数值b附带单位的情况下，该单位也适用于数值a。而且，有关“或”以及“或者”这些用词，只要未特别说明，就意为逻辑或。在本说明书中，有关要素e1和要素e2，“e1和/或e2”这样的表达意为“e1或e2或者它们的组合”，有关要素e1、…、en(n是3以上的整数)，“e1、…、en－1、和/或en”这样的表达就意为“e1、…、en－1、或en、或者它们的组合”。

<l.气体制造装置(1)>

图1是示意性地说明本发明的一实施方式的气体制造装置100的图。气体制造装置100是将碱性水用作电解液并通过对碱性水的电解来制造氧气和氢气的装置。气体制造装置100具备：电解槽10、第1电解液循环系统20、第2电解液循环系统30、纯水供给系统40、电解液交换装置50、第1气体回收路径60和第2气体回收路径70。在图l中，箭头指物质的流动方向。

电解槽10包括：阳极室11，其收容阳极，在该阳极室产生氧气；阴极室12，其收容阴极，在该阴极室产生氢气；以及隔膜13，其具有离子渗透性，划分出阳极室11和阴极室12。作为电解槽10，能够无特殊限制地采用以往被用于碱性水电解装置的方式的电解槽。

第1电解液循环系统20包含：第1循环箱21，其接受容纳并贮存从阳极室11流出的第1电解液；以及第1循环泵22，其将贮存于第1循环箱21的第1电解液向阳极室11供给。在第1循环箱21的内部存在由贮存的第1电解液所占据的液相区域21a和作为比液相区域21a靠上侧的空间的气相区域21b。第1电解液循环系统20还包括：配管23，其将从阳极室11流出的第1电解液和阳极气体引到第1循环箱21；配管24，其将第1电解液从第1循环箱21的液相区域21a引到第1循环泵22；以及第1配管25，其将从第1循环泵22送出的第1电解液引到阳极室11。

包含第1电解液和在阳极室11产生的气体的第1气液混合物从阳极室11流出。从阳极室11流出的第1气液混合物经由配管23被引到第1循环箱21，在第1循环箱21内部，第1电解液分离(气液分离)至液相区域21a，气体(第1气流)分离(气液分离)至气相区域21b。

第2电解液循环系统30包含：第2循环箱31，其接受容纳并贮存从阴极室12流出的第2电解液；以及第2循环泵32，其将贮存于第2循环箱31的第1电解液向阴极室12供给。在第2循环箱31的内部存在由贮存的第2电解液所占据的液相区域31a和作为比液相区域31a靠上侧的空间的气相区域31b。第2电解液循环系统30还包括：配管33，其将从阴极室12流出的第2电解液和阴极气体引到第2循环箱31；配管34，其将第2电解液从第2循环箱31的液相区域31a引到第2循环泵32；以及第2配管35，其将从第2循环泵32送出的第2电解液引到阴极室12。

包含第2电解液和在阴极室12产生的气体的第2气液混合物从阴极室12流出。从阴极室12流出的第2气液混合物经由配管33被引到第2循环箱31，在第2循环箱31内部，第2电解液分离(气液分离)至液相区域31a，气体(第2气流)分离(气液分离)至气相区域31b。

纯水供给系统40具有：纯水箱41，其贮存纯水；以及水供给泵42，其将贮存于纯水箱41的纯水输送至第2循环箱31。通过水供给泵42从纯水箱41向第2循环箱31输送纯水，从而补充在电解槽10中因水的电解反应而消耗掉的水。

电解液交换装置50具备第1电解液移送部件51和第2电解液移送部件52。第1电解液移送部件51将贮存于第1循环箱21的第1电解液的一部分输送至第2循环箱31。第2电解液移送部件52将在第2配管35中流动的第2电解液的一部分输送至第1配管25，第2配管35将第2循环泵32的出口侧和阴极室12的入口侧连结起来，第1配管25将第1循环泵22的出口侧和阳极室11的入口侧连结起来。在一实施方式中，作为第1电解液移送部件51和第2电解液移送部件52，能够使用例如容积式泵和非容积式泵等公知的泵。作为容积式泵的例子，能够举出柱塞泵、活塞泵、隔膜泵、齿轮泵等。作为非容积式泵的例子，能够举出离心泵、涡轮泵等。另外，即使在使用非容积式泵的情况下，通过将非容积式泵和进行流量控制的控制装置组合，也能够将电解液向预定方向以预定流量进行输送。

对电解液交换装置50中的第1电解液移送部件51的送液量和第2电解液移送部件52的送液量、以及纯水供给系统40中的纯水的送液量进行调整，以便将贮存于第1循环箱21的第1电解液的液量(液面高度)和浓度、以及贮存于第2循环箱31的第2电解液的液量(液面高度)和浓度维持在预定水平。

对于电解液的液量和浓度而言能够实现稳定状态的条件，也就是将第1电解液循环系统20中的电解液的液量和浓度以及第2电解液循环系统30中的电解液的液量和浓度分别维持一定的条件，是第1电解液循环系统20中的电解液的液量(体积)和oh^－离子含量以及第2电解液循环系统30中的电解液的液量(体积)和oh^－离子含量的时间导数均成为0，因此，能够用以下4个式子表示。其中，由于第1电解液循环系统20中的电解液(碱性水)的浓度和第2电解液循环系统30中的电解液(碱性水)的浓度都足够高，因此采用忽略水的解离平衡的近似值。另外，忽略气体中的从第1循环箱21经由第1气体回收路径60和从第2循环箱31经由第2气体回收路径70而以雾沫或水蒸气的形式向系统外脱离的水分。

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)

(式子中，

v1：第1电解液循环系统20的液量[l]

v2：第2电解液循环系统30的液量[l]

n1：第1电解液循环系统20的oh^－离子含量[mol]

n2：第2电解液循环系统30的oh^－离子含量[mol]

wc1：阳极室中的每单位时间的水消耗量[l/s](在生成水的情况下为负值)

wc2：阴极室中的每单位时间的水消耗量[l/s]

ws2：每单位时间通过纯水供给系统40向第2循环箱31供给的供水量[l/s]

nf1：阳极室中的每单位时间的oh^－离子生成量[mol/s](在消耗oh^－离子的情况下为负值)

nf2：阴极室中的每单位时间的oh^－离子生成量[mol/s]

np21：每单位时间从阴极室12透过隔膜13向阳极室11移动的oh^－离子的量[mol/s]

v12：每单位时间通过电解液交换装置50从第1电解液循环系统20向第2电解液循环系统30输送的送液量[l/s]

v21：每单位时间通过电解液交换装置50从第2电解液循环系统30向第1电解液循环系统20输送的送液量[l/s]。)

此外，在气体制造装置100中，v12是与第1电解液移送部件51的送液量相同的含义，v21是与第2电解液移送部件52的送液量相同的含义。

求解式(3)～(6)。首先，从式(3)+式(4)得出

ws2＝wc1+wc2…(7)。

即，只要基于纯水供给系统40的供水量与电解槽10中的耗水量相等即可。另外，从式(4)－式(3)得到

v12－v21＝－wc1...(8)。

从式(5)+式(6)得到

nf1+nf2＝0...(9)。

这始终得到满足(参照上述式(1)、(2))。

从式(6)－式(5)得到

nf2－nf1－2np21+2(v12·c1－v21·c2)＝0，

由式(9)得出nf1＝－nf2，

因此，nf2－np21+v12·c1－v21·c2＝0...(10)。

若在阴极室12生成的oh^－离子全部透过隔膜13而移动至阳极室11，则np21＝nf2，但如上所述，实际上不会这样，因此，0＜np21＜nf2。因此，能够使用无因次数α(0＜α＜1。以下，有时称作“oh^－透过率α”。)来表示为

np21＝α·nf2...(11)，

由式(10)得出

(1－α)nf2+v12·c1－v21·c2＝0...(10’)。

使用式(8)来消去v21，则得到

v12＝{(1－α)nf2－wc1·c2}/(c2－c1)...(12)，

由式(8)得出

v21＝{(1－α)nf2－wc1·c1}/(c2－c1)...(13)。

在此，使用参与阴极反应的电子的每单位时间的量ne[mol/s]，能够将nf2、wc1和wc2表示为

nf2＝ne...(14)

wc1＝(18/1000)×(－1/2)ne＝－0.009ne...(15)

wc2＝(18/1000)×ne＝0.018ne...(16)。

其中，采用了将气体制造装置100运转时的电解液温度下的水的密度设为1000g/l的近似值。当将式(14)～式(16)代入式(12)、(13)、(7)、(8)时，得到

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’)。

在式(12’)、(13’)中，左边(v12和v21)为正，右边的分子也始终为正，因此，在右边的分母中，c2＞c1成立。即，在稳定状态下，第2电解液循环系统30中的电解液浓度c2(即第2电解液的浓度。)被维持为比第1电解液循环系统20中的整体的电解液浓度c1(即第1电解液的浓度。)高。

由式(12’)、(13’)可知，越增加电解液交换装置50的送液量v12、v21，稳定状态下的第1电解液与第2电解液之间的浓度差c2－c1越小。即，相对于期望的浓度差c2－c1的上限值，能够分别由式(12’)、(13’)算出第1电解液移送部件51的送液量v12的下限值和第2电解液移送部件52的送液量v21的下限值。并不限定于具体的数值，但作为单纯的例子，若假定ne＝1mol/s、α＝0.5、c2＝10mol/l、c1＝9.9mol/l，则能够由式(12’)、(13’)和(7’)算出v12＝5.9l/s、v21＝5.891l/s、ws2＝9ml/s。实际上，oh^－透过率α的值并不仅由隔膜决定，除了电解槽的构造之外，还取决于向各极室供给的电解液的浓度和供给量、电解电流值、电解液温度、极室间压力差等运转条件。算出送液量v12和送液量v21所需的oh^－透过率α的值例如通过如下方式推断出来，在电解槽的实体机中，除了不使电解液交换装置50工作以外，与预定的运转条件同样地使电解液流通，在阳极室11的出口侧与阴极室12的出口侧之间对电解液浓度的差进行测量。

另外，利用式(7')算出的ws2的值是仅考虑到电解反应所消耗的水而算出的值。实际上，水也会作为从第1气体回收路径60和第2气体回收路径70回收的气体中的雾沫或水蒸气而向系统外脱离。在一实施方式中，纯水供给系统40的水供给泵42的送液量可以设为例如将ws2加上如此与气流一起向系统外脱离的水量而得到的值。

对于向阳极室11供给的电解液供给量v1[l/s]和向阴极室12供给的电解液供给量v2[l/s]，能够使用第1循环泵22的送液量vp1[l/s]、第2循环泵32的送液量vp2[l/s]和第2电解液移送部件52的送液量v21[l/s]来分别表示为

v1＝vp1+v21...(14)

v2＝vp2－v21...(15)。

向阳极室11供给的电解液供给量v1和向阴极室12供给的电解液供给量v2优选大致相等。具体而言，优选的是，以使比v2/v1成为0.80～1.20，更优选成为0.90～1.10的方式来控制第1循环泵22的送液量vp1、第2循环泵32的送液量vp2和第2电解液移送部件52的送液量v21。通过使比v2/v1在上述范围内，从而阳极室11与阴极室12之间的电解后的电解液浓度差稳定，因此，容易使电解槽10的电解电压稳定化。

第2电解液移送部件52的送液量v21相对于第1循环泵22的送液量vp1的比v21/vp1和第2电解液移送部件52的送液量v21相对于第2循环泵32的送液量vp2的比v21/vp2都优选为0.001以上，更优选为0.003以上，另外，在一实施方式中为0.03以下，优选为0.01以下。通过使第2电解液移送部件52的送液量相对于第1循环泵22的送液量的比和第2电解液移送部件52的送液量相对于第2循环泵32的送液量的比都在上述下限值以上，能够进一步降低第1电解液循环系统20中的电解液浓度与第2电解液循环系统30中的电解液浓度之间的差，因此，容易将向阳极室11供给的电解液的浓度和向阴极室12供给的电解液的浓度维持在电力效率较高的范围内。另外，通过使第2电解液移送部件52的送液量相对于第1循环泵22的送液量的比和第2电解液移送部件52的送液量相对于第2循环泵32的送液量的比都在上述上限值以下，能够减少与电解液一起从第1电解液循环系统20被带入第2电解液循环系统30的溶解氧气和与电解液一起从第2电解液循环系统30被带入第1电解液循环系统20的溶解氢气，因此，能够减少从第1循环箱21的液相区域21a向气相区域21b放出的氢气，能够进一步提高从第1气体回收路径60回收的氧气的纯度并且能够减少从第2循环箱31的液相区域31a向气相区域31b放出的氧气，能够进一步提高从第2气体回收路径70回收的氢气的纯度。

贮存于第1循环箱21的第1电解液的量相对于第1循环箱21的总容积，优选维持在1体积％～99体积％的范围内，更优选维持在30体积％～70体积％的范围内。同样地，贮存于第2循环箱31的第2电解液的量相对于第2循环箱31的总容积，优选维持在1体积％～99体积％的范围内，更优选维持在30体积％～70体积％的范围内。通过使贮存于各循环箱21、31的电解液的量在上述范围内，能够使气体制造装置100更稳定地运转。

从第1气体回收路径60回收氧气。第1气体回收路径60包括：第1压力控制阀61；配管62，其将从阳极室11流出的第1气流从第1循环箱21的气相区域21b引到第1压力控制阀61的一级侧(入口侧)；以及压力计63，其设于配管62的中途，用于监视在配管62中流动的第1气流的压力。第1压力控制阀61将第1气流的压力控制为预定值。即，第1压力控制阀61将从阳极室11的出口侧经由第1循环箱21而到达第1压力控制阀61的一级侧的区域中的气体压力控制为预定值。作为第1压力控制阀61，能够无特殊限制地使用能将一级侧的压力控制为预定值的公知的控制阀，优选使用将一级侧的压力维持为预定值的电磁阀或空气驱动阀。作为电磁阀或空气驱动阀的第1压力控制阀61不使气体向二级侧(出口侧)流出直到一级侧的压力到达设定值为止，在气相区域21b积聚气体而使一级侧的压力到达设定值时，为了避免一级侧的压力超过设定值而使气体向二级侧流出。第1气体回收路径60具备第1压力控制阀61，从而能够将包含阳极室11、第1循环箱21、第1循环泵22的第1电解液循环系统20的压力维持在预定值。

从第2气体回收路径70回收氢气。第2气体回收路径70包括：第2压力控制阀71；配管72，其将从阴极室12流出的第2气流从第2循环箱31的气相区域31b引到第2压力控制阀71的一级侧(入口侧)；以及压力计73，其设于配管72的中途，用于监视在配管72中流动的第2气流的压力。第2压力控制阀71将第2气流的压力控制为预定值。即，第2压力控制阀71将从阴极室12的出口侧通过第2循环箱31到达第2压力控制阀71的一级侧的区域中的气体压力控制为预定值。作为第2压力控制阀71，能够无特殊限制地使用能将一级侧的压力控制为预定值的公知的控制阀，优选使用将一级侧的压力维持为预定值的电磁阀或空气驱动阀。作为电磁阀或空气驱动阀的第2压力控制阀71不使气体向二级侧(出口侧)流出直到一级侧的压力到达设定值为止，在气相区域31b积聚气体而使一级侧的压力到达设定值时，为了避免一级侧的压力超过设定值而使气体向二级侧流出。第2气体回收路径70具备第2压力控制阀71，从而能够将包含阴极室12、第2循环箱31、第2循环泵32的第2电解液循环系统30的压力维持为预定值。

在一实施方式中，优选将阳极室11和阴极室12中的一者或两者的内部压力维持在比大气压高20kpa以上的高压。例如，第1压力控制阀61的上游侧(一级侧)的第1气流的压力和第2压力控制阀71的上游侧(一级侧)的第2气流的压力能够维持在例如950pa～200kpa，优选维持在900pa～400kpa。当第1压力控制阀61的上游侧的第1气流的压力和第2压力控制阀71的上游侧的第2气流的压力维持在上述下限值以上的情况下，一般而言，溶解气体的问题容易显现，因此本发明的效果变得显著。即，根据本发明的气体制造装置和气体制造方法，即使在这样的加压条件下进行碱性水的电解的情况下，也能够防止循环箱的气相区域中的气体成分达到爆炸极限，并且能够在降低电解液中的溶解气体对气体纯度造成的不良影响的同时制造氢气和氧气这两者。另外，通过使第1压力控制阀61的上游侧的第1气流和第2压力控制阀71的上游侧的第2气流的压力在上述上限值以下，除了压力控制变得容易以外，构成电解槽10的构件的选择也变得容易。

<2.气体制造方法(1)>

参照图l来进一步地说明气体制造装置100的动作和使用气体制造装置100的方式的气体制造方法。

通过向电解槽10的阳极室11供给第1电解液且向阴极室12供给第2电解液，并使收容于阳极室11的阳极和收容于阴极室12的阴极之间通电，由此，在阳极室11内，从阳极产生氧气，在阴极室12内，从阴极产生氢气(步骤(a))。

从阳极室11回收含有在阳极室11产生的氧气的第1气流和第1电解液(步骤(b))。第1气流和第1电解液作为气液混合物经由配管23从阳极室11被回收并被导入第1循环箱21，并在第1循环箱21内进行气液分离。从阳极室11回收到第1循环箱21且进行气液分离后的第1电解液被贮存于第1循环箱21(步骤(d))。利用第1循环泵22将贮存于第1循环箱21的第1电解液输送到阳极室11(步骤(f))。

从阴极室12回收含有在阴极室12产生的氢气的第2气流和第2电解液(步骤(c))。第2气流和第2电解液作为气液混合物经由配管33从阴极室12被回收并被导入第2循环箱31，并在第2循环箱31内进行气液分离。从阴极室12回收到第2循环箱31且进行气液分离后的第2电解液被贮存于第2循环箱31(步骤(e))。利用第2循环泵32将贮存于第2循环箱31的第2电解液输送到阴极室12(步骤(g))。

贮存于第1循环箱21的第1电解液的一部分由第1电解液移送部件51移送至第2循环箱31。由此，将第1电解液的一部分导入第2电解液中(步骤(h))。另外，从第2循环泵32送出的第2电解液的一部分被第2电解液移送部件52分支，并与从第1循环泵22送出的第1电解液汇合。由此，第2电解液的一部分被导入到第1电解液中(步骤(i))。

从阳极室11回收的第1气流被从第1循环箱21的气相区域21b经由第1气体回收路径60而取出。第1气流的压力被在第1气流的流路(第1气体回收路径60)上设置的第1压力控制阀61控制为预定值(步骤(j))。另外，从阴极室12回收的第2气流被从第2循环箱31的气相区域31b经由第2气体回收路径70而取出。第2气流的压力被在第2气流的流路(第2气体回收路径70)上设置的第2压力控制阀71控制为预定值(步骤(k))。

通过同时且连续地进行步骤(a)至步骤(k)，从而制造出氧气和氢气。被电解消耗的水由纯水供给系统40补充。

在气体制造装置100中，向阳极室11循环供给的第1电解液贮存于第1循环箱21，向阴极室12循环供给的第2电解液贮存于第2循环箱31。而且，通过电解液交换装置50将第1电解液的一部分和第2电解液的一部分交换，能够消除因电解而在阳极侧与负极侧之间产生的电解液量和电解液浓度的不均衡。第1电解液中的溶解气体的主要成分为氧气，第2电解液中的溶解气体的主要成分为氢气。通过电解液交换装置50的作用，第1电解液的溶解氧气的一部分被带入第2电解液中，且第2电解液的溶解氢气的一部分被带入第1电解液中。然而，电解液交换装置50只不过是将第1电解液的一部分和第2电解液的一部分交换，因此，即使气体制造装置100持续运转，第1电解液中的溶解气体的主要成分仍继续是氧气，第2电解液中的溶解气体的主要成分仍继续是氢气。因此，电解液交换装置50的作用对于从第1气体回收路径60取出的氧气和从第2气体回收路径70取出的氢气的纯度造成的影响是轻微的。

＜3.气体制造装置(2)＞

在关于本发明的上述说明中，举了包括电解液交换装置50的方式的气体制造装置100以及使用该气体制造装置100的方式的气体制造方法为例，该电解液交换装置50包含将贮存于第1循环箱21的第1电解液的一部分移送至第2循环箱31的第1电解液移送部件51和将在连结第2循环泵32的出口侧和阴极室12的入口侧的第2配管35中流动的第2电解液的一部分移送至连结第1循环泵22的出口侧和阳极室11的入口侧的第1配管25的第2电解液移送部件52，但本发明不限定于该方式。例如，也能够为包含如下方式的电解液交换装置的气体制造装置和使用该气体制造装置的方式的气体制造方法，在该电解液交换装置中，第1电解液移送部件将贮存于第2循环箱31的第2电解液的一部分移送至第1循环箱21，第2电解液移送部件将在连结第1循环泵22的出口侧和阳极室11的入口侧的第1配管25中流动的第1电解液的一部分移送至连结第2循环泵32的出口侧和阴极室12的入口侧的第2配管35。

图2是示意性地说明那样的另一实施方式的气体制造装置200的图。在图2中，对于在图l中已表示的要素，有时标注与图1的附图标记相同的附图标记并说明省略。气体制造装置200在替代电解液交换装置50而包括电解液交换装置250这点上与气体制造装置100不同。电解液交换装置250在替代第1电解液移送部件51而包括第1电解液移送部件251且替代第2电解液移送部件52而包括第2电解液移送部件252这点上与电解液交换装置50不同。第1电解液移送部件251在将贮存于第2循环箱31的第2电解液的一部分移送至第1循环箱21这点上与第1电解液移送部件51不同。另外，第2电解液移送部件252在将在连结第1循环泵22的出口侧与阳极室11的入口侧的第1配管25中流动的第1电解液的一部分移送至连结第2循环泵32的出口侧和阴极室12的入口侧的第2配管35这点上与第2电解液移送部件52的不同。在一实施方式中，作为第1电解液移送部件251和第2电解液移送部件252，能够使用例如容积式泵和非容积式泵等公知的泵。作为容积式泵的例子，能够举出柱塞泵、活塞泵、隔膜泵、齿轮泵等。作为非容积式泵的例子，能够举出离心泵、涡轮泵等。另外，即使在使用非容积式泵的情况下，通过将非容积式泵和进行流量控制的控制装置组合，也能够将电解液向预定方向以预定流量进行输送。

在气体制造装置200中，能够认为，对于电解液的液量和浓度而言能够实现稳定状态的条件与气体制造装置100中的情况相同，能够由式(3)～式(6)表示。

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)

在气体制造装置200中，v12是与第2电解液移送部件252的送液量相同的含义，v21是与第1电解液移送部件251的送液量相同的含义。式(3)～式(6)能够与上述同样地求解，与上述同样地得到

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’)。

即，与气体制造装置100中的情况同样地，在稳定状态下，第2电解液循环系统30中的电解液浓度c2(即第2电解液的浓度。)被维持为比第1电解液循环系统20中的整体的电解液浓度c1(即第1电解液的浓度。)高。另外，越增加电解液交换装置250的送液量v12、v21，稳定状态下的第1电解液与第2电解液之间的浓度差c2－c1越小。

在气体制造装置200中，对于向阳极室11供给的电解液供给量v1[l/s]和向阴极室12供给的电解液供给量v2[l/s]，能够使用第1循环泵22的送液量vp1[l/s]、第2循环泵32的送液量vp2[l/s]和第2电解液移送部件252的送液量v12[l/s]来分别表示为

v1＝vp1－v12...(14’)

v2＝vp2+v12...(15’)。

向阳极室11供给的电解液供给量v1和向阴极室12供给的电解液供给量v2优选大致相等。具体而言，优选的是，以使比v2/v1成为0.80～1.20，更优选成为0.90～1.10的方式来控制第1循环泵22的送液量vp1、第2循环泵32的送液量vp2和第2电解液移送部件252的送液量v12。通过使比v2/v1在上述范围内，从而阳极室11与阴极室12之间的电解后的电解液浓度差稳定，因此，容易使电解槽10的电解电压稳定化。

在气体制造装置200中，第2电解液移送部件252的送液量v12相对于第1循环泵22的送液量vp1的比v12/vp1和第2电解液移送部件252的送液量v12相对于第2循环泵32的送液量vp2的比v12/vp2都优选为0.001以上，更优选为0.003以上，另外，在一实施方式中为0.03以下，优选为0.01以下。通过使第2电解液移送部件252的送液量相对于第1循环泵22的送液量的比和第2电解液移送部件252的送液量相对于第2循环泵32的送液量的比都在上述下限值以上，能够进一步降低第1电解液循环系统20中的电解液浓度与第2电解液循环系统30中的电解液浓度之间的差，因此，容易将向阳极室11供给的电解液的浓度和向阴极室12供给的电解液的浓度维持在电力效率较高的范围内。另外，通过使第2电解液移送部件252的送液量相对于第1循环泵22的送液量的比和第2电解液移送部件252的送液量相对于第2循环泵32的送液量的比都在上述上限值以下，能够减少与电解液一起从第1电解液循环系统20被带入第2电解液循环系统30的溶解氧气和与电解液一起从第2电解液循环系统30被带入第1电解液循环系统20的溶解氢气，因此，能够减少从第1循环箱21的液相区域21a向气相区域21b放出的氢气，能够进一步提高从第1气体回收路径60回收的氧气的纯度并且能够减少从第2循环箱31的液相区域31a向气相区域31b放出的氧气，能够进一步提高从第2气体回收路径70回收的氢气的纯度。

贮存于第1循环箱21的第1电解液的量相对于第1循环箱21的总容积，优选维持在1体积％～99体积％的范围内，更优选维持在30体积％～70体积％的范围内。同样地，贮存于第2循环箱31的第2电解液的量相对于第2循环箱31的总容积，优选维持在1体积％～99体积％的范围内，更优选维持在30体积％～70体积％的范围内。通过使贮存于各循环箱21、31的电解液的量在上述范围内，能够使气体制造装置200更稳定地运转。

＜4.气体制造方法(2)＞

参照图2来进一步说明气体制造装置200的动作和使用气体制造装置200的方式的气体制造方法。

通过向电解槽10的阳极室11供给第1电解液且向阴极室12供给第2电解液，并使收容于阳极室11的阳极和收容于阴极室12的阴极之间通电，由此，在阳极室11内，从阳极产生氧气，在阴极室12内，从阴极产生氢气(步骤(a))。

从阳极室11回收含有在阳极室11产生的氧气的第1气流和第1电解液(步骤(b))。第1气流和第1电解液作为气液混合物经由配管23从阳极室11被回收并被导入第1循环箱21，并在第1循环箱21内进行气液分离。从阳极室11回收到第1循环箱21且进行气液分离后的第1电解液被贮存于第1循环箱21(步骤(d))。利用第1循环泵22将贮存于第1循环箱21的第1电解液输送到阳极室11(步骤(f))。

从阴极室12回收含有在阴极室12产生的氢气的第2气流和第2电解液(步骤(c))。第2气流和第2电解液作为气液混合物经由配管33从阴极室12被回收并被导入第2循环箱31，并在第2循环箱31内进行气液分离。从阴极室12回收到第2循环箱31且进行气液分离后的第2电解液被贮存于第2循环箱31(步骤(e))。利用第2循环泵32将贮存于第2循环箱31的第2电解液输送到阴极室12(步骤(g))。

贮存于第2循环箱31的第2电解液的一部分被第1电解液移送部件251移送至第1循环箱21。由此，将第2电解液的一部分导入第1电解液中(步骤(h))。另外，从第1循环泵22送出的第1电解液的一部分被第2电解液移送部件252分支，并与从第2循环泵32送出的第2电解液汇合。由此，第1电解液的一部分被导入到第2电解液中(步骤(i))。

从阳极室11回收的第1气流被从第1循环箱21的气相区域21b经由第1气体回收路径60而取出。第1气流的压力被在第1气流的流路(第1气体回收路径60)上设置的第1压力控制阀61控制为预定值(步骤(j))。另外，从阴极室12回收的第2气流被从第2循环箱31的气相区域31b经由第2气体回收路径70而取出。第2气流的压力被在第2气流的流路(第2气体回收路径70)上设置的第2压力控制阀71控制为预定值(步骤(k))。

通过同时且连续地进行步骤(a)至步骤(k)，从而制造出氧气和氢气。被电解消耗的水由纯水供给系统40补充。通过气体制造装置200和使用该气体制造装置200的方式的气体制造方法，也能够得到与上述相同的效果。

＜5.气体制造装置(3)＞

在关于本发明的上述说明中，举了包括向第2循环箱31供给水的纯水供给系统40的方式的气体制造装置100和气体制造装置200、以及使用该气体制造装置100、200的方式的气体制造方法为例，但本发明不限定于该方式。例如，也能够为包括向第1循环箱21供给水的纯水供给系统的方式的气体制造装置和使用该气体制造装置的方式的气体制造方法。

图3是示意性地说明那样的另一实施方式的气体制造装置300的图。在图3中，对于在图1和图2中已经表示的要素，有时标注与图1和图2中的附图标记相同的附图标记并省略说明。气体制造装置300在替代纯水供给系统40而包括纯水供给系统340这点上与气体制造装置100不同。纯水供给系统340与纯水供给系统40同样地包括纯水箱41和水供给泵42，但在水供给泵42将贮存于纯水箱41的水供给至第1循环箱21这点上与纯水供给系统40不同。

在气体制造装置300中，对于电解液的液量和浓度而言能够实现稳定状态的条件由式(18)、(19)、(5)、(6)表示。

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)

(在式(18)和式(19)中，ws1表示每单位时间通过纯水供给系统40向第1循环箱21供给的供水量[l/s]。)

在气体制造装置300中，v12是与第1电解液移送部件51的送液量相同的含义，v21是与第2电解液移送部件52的送液量相同的含义。求解式(18)、(19)、(5)、(6)。由式(18)+(19)得出

ws1＝wc1+wc2...(20)。

由式(2)－式(1)得出

wc1－wc2+2(v12－v21)－ws1＝0

进一步代入式(20)而得到

v12－v21＝wc2...(21)。

由式(5)和式(6)，与上述同样地得到

nf1+nf2＝0...(9)和

nf2－np21+v12·c1－v21·c2＝0...(10)。

与上述同样地，能够使用oh^－透过率α(0＜α＜1)而表示为

np21＝α·nf2...(11)，

由式(10)得到

(1－α)nf2+v12·c1－v21·c2＝0...(10’)。

由式(10’)和式(21)得到

v12＝{(1－α)nf2+wc2·c2}/(c2－c1)...(22)

v21＝{(1－α)nf2+wc2·c1}/(c2－c1)...(23)。

与上述同样地能够表示为

nf2＝ne...(14)

wc1＝(18/1000)×(－1/2)ne＝－0.009ne...(15)

wc2＝(18/1000)×ne＝0.018ne...(16)。

当将式(14)～式(16)代入式(20)～式(23)时，得到

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’)。

即，与气体制造装置100中的情况同样地，在稳定状态下，第2电解液循环系统30中的电解液浓度c2(即第2电解液的浓度。)被维持为比第1电解液循环系统20中的整体的电解液浓度c1(即第1电解液的浓度。)高。另外，越增加电解液交换装置50的送液量v12、v21，稳定状态下的第1电解液与第2电解液之间的浓度差c2－c1越小。

在气体制造装置300中，对于向阳极室11供给的电解液供给量v1[l/s]和向阴极室12供给的电解液供给量v2[l/s]，能够使用第1循环泵22的送液量vp1[l/s]、第2循环泵32的送液量vp2[l/s]和第2电解液移送部件52的送液量v21[l/s]来分别表示为

v1＝vp1+v21...(14)

v2＝vp2－v21...(15)。

向阳极室11供给的电解液供给量v1和向阴极室12供给的电解液供给量v2优选大致相等。具体而言，优选的是，以使比v2/v1成为0.80～1.20，更优选成为0.90～1.10的方式来控制第1循环泵22的送液量vp1、第2循环泵32的送液量vp2和第2电解液移送部件52的送液量v21。通过使比v2/v1在上述范围内，从而阳极室11与阴极室12之间的电解后的电解液浓度差稳定，因此，容易使电解槽10的电解电压稳定化。

在气体制造装置300中，第2电解液移送部件52的送液量v21相对于第1循环泵22的送液量vp1的比v21/vp1和第2电解液移送部件52的送液量v21相对于第2循环泵32的送液量vp2的比v21/vp2都优选为0.001以上，更优选为0.003以上，另外，在一实施方式中为0.03以下，优选为0.01以下。通过使第2电解液移送部件52的送液量相对于第1循环泵22的送液量的比和第2电解液移送部件52的送液量相对于第2循环泵32的送液量的比都在上述下限值以上，能够进一步降低第1电解液循环系统20中的电解液浓度与第2电解液循环系统30中的电解液浓度之间的差，因此，容易将向阳极室11供给的电解液的浓度和向阴极室12供给的电解液的浓度维持在电力效率较高的范围内。另外，通过使第2电解液移送部件52的送液量相对于第1循环泵22的送液量的比和第2电解液移送部件52的送液量相对于第2循环泵32的送液量的比都在上述上限值以下，能够减少与电解液一起从第1电解液循环系统20被带入第2电解液循环系统30的溶解氧气和与电解液一起从第2电解液循环系统30被带入第1电解液循环系统20的溶解氢气，因此，能够减少从第1循环箱21的液相区域21a向气相区域21b放出的氢气，能够进一步提高从第1气体回收路径60回收的氧气的纯度并且能够减少从第2循环箱31的液相区域31a向气相区域31b放出的氧气，能够进一步提高从第2气体回收路径70回收的氢气的纯度。

贮存于第1循环箱21的第1电解液的量相对于第1循环箱21的总容积，优选维持在1体积％～99体积％的范围内，更优选维持在30体积％～70体积％的范围内。同样地，贮存于第2循环箱31的第2电解液的量相对于第2循环箱31的总容积，优选维持在1体积％～99体积％的范围内，更优选维持在30体积％～70体积％的范围内。通过使贮存于各循环箱21、31的电解液的量在上述范围内，能够使气体制造装置300更稳定地运转。

＜6.气体制造方法(3)＞

除了纯水供给系统40不向第2循环箱31供给水，而是向第1循环箱21供给水这点以外，气体制造装置300的动作和使用气体制造装置300的方式的气体制造方法与关于气体制造装置100的上述说明相同。通过气体制造装置300和使用该气体制造装置300的方式的气体制造方法，也能够得到与上述相同的效果。

＜7.气体制造装置(4)＞

图4是示意性地说明另一实施方式的气体制造装置400的图。在图4中，对于在图1～图3中已经表示的要素，有时标注与图1～图3中的附图标记相同的附图标记并省略说明。气体制造装置400在替代电解液交换装置50而包括电解液交换装置250(参照图2)这点上与气体制造装置300不同。

在气体制造装置400中，能够认为，对于电解液的液量和浓度而言能够实现稳定状态的条件与气体制造装置300中的情况相同，能够由式(18)、(19)、(5)、(6)表示。

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)

在气体制造装置400中，v12是与第2电解液移送部件252的送液量相同的含义，v21是与第1电解液移送部件251的送液量相同的含义。式(18)、(19)、(5)、(6)能够与上述同样地求解，得到

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’)。

即，与气体制造装置300中的情况同样地，在稳定状态下，第2电解液循环系统30中的电解液浓度c2(即第2电解液的浓度。)被维持为比第1电解液循环系统20中的整体的电解液浓度c1(即第1电解液的浓度。)高。另外，越增加电解液交换装置250的送液量v12、v21，稳定状态下的第1电解液与第2电解液之间的浓度差c2－c1越小。

在气体制造装置400中，对于向阳极室11供给的电解液供给量v1[l/s]和向阴极室12供给的电解液供给量v2[l/s]，能够使用第1循环泵22的送液量vp1[l/s]、第2循环泵32的送液量vp2[l/s]和第2电解液移送部件252的送液量v12[l/s]来分别表示为

v1＝vp1－v12...(14’)

v2＝vp2+v12...(15’)。

向阳极室11供给的电解液供给量v1和向阴极室12供给的电解液供给量v2优选大致相等。具体而言，优选的是，以使比v2/v1成为0.80～1.20，更优选成为0.90～1.10的方式来控制第1循环泵22的送液量vp1、第2循环泵32的送液量vp2和第2电解液移送部件252的送液量v12。通过使比v2/v1在上述范围内，从而阳极室11与阴极室12之间的电解后的电解液浓度差稳定，因此，容易使电解槽10的电解电压稳定化。

在气体制造装置400中，第2电解液移送部件252的送液量v12相对于第1循环泵22的送液量vp1的比v12/vp1和第2电解液移送部件252的送液量v12相对于第2循环泵32的送液量vp2的比v12/vp2都优选为0.001以上，更优选为0.003以上，另外，在一实施方式中为0.03以下，优选为0.01以下。通过使第2电解液移送部件252的送液量相对于第1循环泵22的送液量的比和第2电解液移送部件252的送液量相对于第2循环泵32的送液量的比都在上述下限值以上，能够进一步降低第1电解液循环系统20中的电解液浓度与第2电解液循环系统30中的电解液浓度之间的差，因此，容易将向阳极室11供给的电解液的浓度和向阴极室12供给的电解液的浓度维持在电力效率较高的范围内。另外，通过使第2电解液移送部件252的送液量相对于第1循环泵22的送液量的比和第2电解液移送部件252的送液量相对于第2循环泵32的送液量的比都在上述上限值以下，能够减少与电解液一起从第1电解液循环系统20被带入第2电解液循环系统30的溶解氧气和与电解液一起从第2电解液循环系统30被带入第1电解液循环系统20的溶解氢气，因此，能够减少从第1循环箱21的液相区域21a向气相区域21b放出的氢气，能够进一步提高从第1气体回收路径60回收的氧气的纯度并且能够减少从第2循环箱31的液相区域31a向气相区域31b放出的氧气，能够进一步提高从第2气体回收路径70回收的氢气的纯度。

贮存于第1循环箱21的第1电解液的量相对于第1循环箱21的总容积，优选维持在1体积％～99体积％的范围内，更优选维持在30体积％～70体积％的范围内。同样地，贮存于第2循环箱31的第2电解液的量相对于第2循环箱31的总容积，优选维持在1体积％～99体积％的范围内，更优选维持在30体积％～70体积％的范围内。通过使贮存于各循环箱21、31的电解液的量在上述范围内，能够使气体制造装置400更稳定地运转。

＜8.气体制造方法(4)＞

除了纯水供给系统40不向第2循环箱31供给水，而是向第1循环箱21供给水这点以外，气体制造装置400的动作和使用气体制造装置400的方式的气体制造方法与关于气体制造装置200的上述说明相同。通过气体制造装置400和使用该气体制造装置400的方式的气体制造方法，也能够得到与上述相同的效果。

＜9.气体制造装置(5)＞

图5是示意性地说明另一实施方式的气体制造装置500的图。在图5中，对于在图1～图4中已经表示的要素，有时标注与图1～图4中的附图标记相同的附图标记并省略说明。气体制造装置500在还包括对第1压力控制阀61的上游侧的第1气流的压力与第2压力控制阀71的上游侧的第2气流的压力之间的压力差进行控制的压力差控制部件80这点上与气体制造装置100(参照图1)不同。在图5中，虚线的箭头表示信息的流动方向。

压力差控制部件80包括压力差检测器81和阀控制装置82。压力差检测器81对第1压力控制阀61的上游侧的第1气流的压力和第2压力控制阀71的上游侧的第2气流的压力之间的压力差进行测量。作为压力差检测器81，能够使用公知的压力差传感器。压力差检测器81的测量结果被输入到阀控制装置82。阀控制装置82至少接收压力差检测器81的检测信号，并向第1压力控制阀61和/或第2压力控制阀71发送对阀的开度进行控制的信号。在一实施方式中，阀控制装置82根据压力差检测器81的测量结果，以将上述压力差维持在预定的上限值以下的方式来控制第1压力控制阀61的开度和/或第2压力控制阀71的开度。压力差控制部件80可以通过将第1压力控制阀61的开度固定并调整第2压力控制阀71的开度来进行压力差控制，也可以通过将第2压力控制阀71的开度固定并调整第1压力控制阀61的开度来进行压力差控制，还可以通过调整第1压力控制阀61的开度和第2压力控制阀71的开度这两者来进行压力差控制。

此外，也可以是，阀控制装置82不仅接收压力差检测器81的检测信号，还进一步接收压力计63和/或压力计73的检测信号。在一实施方式中，也可以是，阀控制装置82不仅基于压力差检测器81的测量结果，还基于压力计63和/或压力计73的测量结果来进行第1压力控制阀61和/或第2压力控制阀71的控制，以将第1压力控制阀61的上游侧的第1气流的压力和第2压力控制阀71的上游侧的第2气流的压力维持在预定的范围内且将上述压力差维持在预定的上限值以下的方式来控制第1压力控制阀61的开度和/或第2压力控制阀71的开度。

在阀控制装置82对于第1压力控制阀61和/或第2压力控制阀71的控制中，能够无特殊限制地采用例如以往的反馈控制等。另外，作为阀控制装置82，能够无特殊限制地使用能进行那样的反馈控制的以往的控制装置(例如包括微型处理器和存储装置的电子计算机、可编程逻辑控制器(plc)等)。

根据包括压力差控制部件80的方式的气体制造装置500，除了能够进一步降低第1循环箱21中的液面高度与第2循环箱31中的液面高度的差之外，还能够抑制如下情况：在电解槽10中，在压力差的作用下，一个极室中的气体透过隔膜而被压入另一个极室中，由此导致气体纯度的降低。从进一步提高因包括压力差控制部件80而产生的该效果的观点出发，压力差控制装置80优选将第1压力控制阀61的上游侧的第1气流的压力与第2压力控制阀71的上游侧的第2气流的压力之间的压力差控制在10kpa以下，更优选控制在1kpa以下。

＜10.气体制造方法(5)＞

除了与压力差控制部件80有关的事项以外，气体制造装置500的动作和使用气体制造装置500的方式的气体制造方法与关于气体制造装置100的上述说明相同。在气体制造装置500中，还利用压力差控制部件80将第1压力控制阀61的上游侧的第1气流的压力与第2压力控制阀71的上游侧的第2气流的压力之间的压力差控制为预定值(步骤(p))。具体而言，利用压力差检测器81来测量第1压力控制阀61的上游侧的第1气流的压力与第2压力控制阀71的上游侧的第2气流的压力之间的压力差(步骤(p1))，根据步骤(p1)的测量结果，在上述步骤(j)和步骤(k)中控制第1压力控制阀61和/或第2压力控制阀71(步骤(p2))。步骤(p)是与上述说明的步骤(a)至步骤(k)同时且连续地进行的。根据该方式的气体制造方法，除了对使用气体制造装置100的方式的气体制造方法说明的上述效果之外，还能够进一步降低第1循环箱21中的液面高度与第2循环箱31中的液面高度的差，还能够抑制如下情况：在电解槽10中，在压力差的作用下，一个极室中的气体透过隔膜而被压入另一个极室中，由此导致气体纯度的降低。

＜11.气体制造装置(6)＞

图6是示意性地说明另一实施方式的气体制造装置600的图。在图6中，对于在图1～图5中已经表示的要素，有时标注与图1～图5中的附图标记相同的附图标记并省略说明。气体制造装置600在替代第1气体回收路径60而包括第1气体回收路径660且替代第2气体回收路径70而包括第2气体回收路径670这点上与气体制造装置500(参照图5)不同。

第1气体回收路径660在还包括第1冷却装置664和第1过滤装置665这点上与第1气体回收路径60不同。第1冷却装置664和第1过滤装置665配置于第1压力控制阀61的上游侧。第1冷却装置664接受容纳并冷却从第1循环箱21的气相区域21b流出的第1气流。第1过滤装置665配置在第1冷却装置664的下游侧，接受容纳被第1冷却装置664冷却后的第1气流，并去除该第1气流中的液化了的水分。通过使第1气流经过第1冷却装置664和第1过滤装置665，从而从第1气流中去除电解液雾沫和水蒸气。作为第1冷却装置664和第1过滤装置665，能够使用在以往气体纯化中使用的气体冷却装置和过滤装置。在第1冷却装置664和第1过滤装置665中产生的排泄水可以废弃，也可以返回至电解液。通过将第1冷却装置664和第1过滤装置665配置于第1压力控制阀61的上游侧，从而第1压力控制阀61不易受到第1气流所包含的电解液雾沫和水蒸气的影响。

第2气体回收路径670在还包括第2冷却装置674和第2过滤装置675这点上与第2气体回收路径70不同。第2冷却装置674和第2过滤装置675配置于第2压力控制阀71的上游侧。第2冷却装置674接受容纳并冷却从第2循环箱31的气相区域31b流出的第2气流。第2过滤装置675配置在第2冷却装置674的下游侧，接受容纳被第2冷却装置674冷却后的第2气流，并去除该第2气流中的液化了的水分。通过使第2气流经过第2冷却装置674和第2过滤装置675，从而从第2气流中去除电解液雾沫和水蒸气。作为第2冷却装置674和第2过滤装置675，能够使用在以往气体纯化中使用的气体冷却装置和过滤装置。第2冷却装置674和第2过滤装置675中产生的排泄水既可以废弃，也可以返回至电解液。通过将第2冷却装置674和第1过滤装置675配置于第2压力控制阀71的上游侧，从而第2压力控制阀71不易受到第2气流所包含的电解液雾沫和水蒸气的影响。

根据还包括第1冷却装置664和第1过滤装置665以及第2冷却装置674和第2过滤装置675的方式的气体制造装置600，能够制造出纯度被进一步提高了的氧气和氢气。此外，也可以在第1冷却装置664和第1过滤装置665的下游侧、或第1压力控制阀61的下游侧进一步设置从第1气流中去除氢气的氢气去除装置，也可以在第2冷却装置674和第2过滤装置675的下游侧、或第2压力控制阀71的下游侧进一步设置从第2气流中去除氧气的氧气去除装置。

＜12.气体制造方法(6)＞

除了与第1冷却装置664和第1过滤装置665以及第2冷却装置674和第2过滤装置675有关的事项以外，气体制造装置600的动作和使用气体制造装置600的方式的气体制造方法与关于使用气体制造装置500的方式的气体制造方法的上述说明相同。

被从阳极室11回收并从第1循环箱21的气相区域21b流出的第1气流在第1冷却装置664中被冷却(步骤(l))。在第1过滤装置665中，从经过步骤(l)后的第1气流中去除在步骤(l)中冷凝的水分(步骤(n))。经过步骤(l)和步骤(n)后的第1气流的压力由第1压力控制阀61控制(步骤(j))。

被从阴极室12回收并从第2循环箱31的气相区域31b流出的第2气流在第2冷却装置674中被冷却(步骤(m))。在第2过滤装置675中，从经过步骤(m)后的第2气流中去除在步骤(m)中冷凝的水分(步骤(o))。经过步骤(m)和步骤(o)后的第2气流的压力由第2压力控制阀71控制(步骤(k))。

步骤(l)至步骤(o)是与上述说明的步骤(a)至步骤(k)和步骤(p)同时且连续地进行的。

根据使用还包括第1冷却装置664和第1过滤装置665以及第2冷却装置674和第2过滤装置675的气体制造装置600的方式的气体制造方法，与使用气体制造装置500的方式的气体制造方法相比，能够制造出纯度被进一步提高了的氧气和氢气。

在关于本发明的上述说明中，说明了第1冷却装置664和第1过滤装置665配置于第1压力控制阀61的上游侧且第2冷却装置674和第2过滤装置675配置于第2压力控制阀71的上游侧的方式的气体制造装置600以及使用该气体制造装置600的方式的气体制造方法，但本发明不限定于该方式。图7是示意性地说明另一实施方式的气体制造装置600’的图。在图7中，对于在图1～图6中已经表示的要素，有时标注与图1～图6中的附图标记相同的附图标记并省略说明。气体制造装置600’在第1冷却装置664和第1过滤装置665配置于第1压力控制阀61的下游侧且第2冷却装置674和第2过滤装置675配置于第2压力控制阀71的下游侧这点上与上述说明的气体制造装置600(图6)不同。在气体制造装置600’中，第1冷却装置664接受容纳并冷却从第1压力控制阀61的二级侧流出的第1气流。第1过滤装置665接受容纳由第1冷却装置664冷却后的第1气流，并去除该第1气流中的液化了的水分。通过使第1气流经过第1冷却装置664和第1过滤装置665，从而从第1气流中去除电解液雾沫和水蒸气。另外，在气体制造装置600’中，第2冷却装置674接受容纳并冷却从第2压力控制阀71的二级侧流出的第2气流。第2过滤装置675接受容纳由第2冷却装置674冷却后的第2气流，并去除该第2气流中的液化了的水分。通过使第2气流经过第2冷却装置674和第2过滤装置675，从而从第2气流中去除电解液雾沫和水蒸气。通过这样的方式的气体制造装置600’，与上述说明的气体制造装置600同样地，也能够制造出纯度提高了的氧气和氢气。此外，在气体制造装置600’中，也可以在第1冷却装置664和第1过滤装置665的下游侧进一步设置从第1气流中去除氢气的氢气去除装置，也可以在第2冷却装置674和第2过滤装置675的下游侧进一步设置从第2气流中去除氧气的氧气去除装置。

对于气体制造装置600’的动作和使用气体制造装置600的方式的气体制造方法，除了第1气流在经过第1压力控制阀61之后通过第1冷却装置664和第1过滤装置665、以及第2气流在经过第2压力控制阀71之后通过第2冷却装置674和第2过滤装置675以外，与关于使用气体制造装置600的方式的气体制造方法的上述说明相同。

经过第1压力控制阀61后的第1气流在第1冷却装置664中被冷却(步骤(l))。在第1过滤装置665中，从经过步骤(l)后的第1气流中去除在步骤(l)中冷凝的水分(步骤(n))。

经过第2压力控制阀71后的第2气流在第2冷却装置674中被冷却(步骤(m))。在第2过滤装置675中，从经过步骤(m)后的第2气流中去除在步骤(m)中冷凝的水分(步骤(o))。

步骤(l)至步骤(o)是与上述说明的步骤(a)至步骤(k)和步骤(p)同时且连续地进行的。

通过使用气体制造装置600’的方式的气体制造方法，与使用气体制造装置500的方式的气体制造方法相比，能够制造出纯度被进一步提高了的氧气和氢气。

＜13.气体制造装置(7)＞

在关于本发明的上述说明中，主要举了包括电解液交换装置50、250的方式的气体制造装置100、200、300、400、500、600、以及使用该方式的气体制造装置的气体制造方法为例，其中，该电解液交换装置50、250具有泵分别作为第1电解液移送部件51、251和第2电解液移送部件52、252，但本发明不限定于该方式。例如，也能够设为包括不具有泵的电解液交换装置的方式的气体制造装置和使用该气体制造装置的方式的气体制造方法。

图8是示意性地说明那样的另一实施方式的气体制造装置700的图。在图8中，对于在图1～图7中已经表示的要素，有时标注与图1～图7中的附图标记相同的附图标记并省略说明。气体制造装置700在替代电解液交换装置50而具有电解液交换装置750这点上与上述说明的气体制造装置100(图1)不同。电解液交换装置750在替代第1电解液移送部件51而具有第1电解液移送部件751且在替代第2电解液移送部件52而具有第2电解液移送部件752这点上与电解液交换装置50不同。另外，在气体制造装置700中，作为第1循环泵22和第2循环泵32，能够优选使用非容积式泵。

为了便于说明，在说明第1电解液移送部件751之前，说明第2电解液移送部件752。第2电解液移送部件752具有：第1流量计f1和第1流量控制阀fcv1，该第1流量计f1和第1流量控制阀fcv1串联地设于第1配管25的靠第1循环泵22的出口侧的位置；第2流量计f2，其设于第2配管35的靠第2循环泵32的出口侧的位置；第2流量控制阀fcv2，其设于第2配管35的靠第2流量计f2的下游侧的位置；第3配管7525，其将电解液从第2配管35上的靠第2流量计f2的下游侧且是靠第2流量控制阀fcv2的上游侧的位置引到第1配管25上的第1流量计和第1流量控制阀fcv1这两者的下游侧的位置；以及第3流量计f3和第3流量控制阀fcv3，该第3流量计f3和第3流量控制阀fcv3串联地设于第3配管7525的中途。作为第1流量计f1、第2流量计f2和第3流量计f3，能够无特殊限制地使用面积流量计、容积流量计、科里奥利流量计、电磁流量计等能够测量电解液的流量的公知的流量计。另外，作为第1流量控制阀fcv1、第2流量控制阀fcv2和第3流量控制阀fcv3，能够无特殊限制地使用球阀、蝶阀、球心阀、针阀等能够进行阀开度的连续性的控制的公知的控制阀。对第1流量控制阀fcv1、第2流量控制阀fcv2和第3流量控制阀fcv3这几者的开度进行控制，从而分别使第1流量计f1、第2流量计f2和第3流量计f3的测量值成为预定值。

对于第1循环泵22的送液量vp1[l/s]、第2循环泵32的送液量vp2[l/s]、第2电解液移送部件752的送液量v21[l/s]、向阳极室11供给的电解液供给量v1[l/s]和向阴极室12供给的电解液供给量v2[l/s]，能够使用第1流量计f1的测量值f1[l/s]、第2流量计f2的测量值f2[l/s]和第3流量计f3的测量值f3[l/s]来分别表示为

vp1＝f1...(24)

vp2＝f2...(25)

v21＝f3...(26)

v1＝f1+f3...(27)

v2＝f2－f3...(28)。

f3的目标值能够通过例如上述式(13’)作为v21来求出。

如与气体制造装置100相关联地上述说明那样，向阳极室11供给的电解液供给量v1和向阴极室12供给的电解液供给量v2优选大致相等。具体而言，优选的是，以使比v2/v1成为0.80～1.20，更优选成为0.90～1.10的方式来控制第1循环泵22的送液量vp1、第2循环泵32的送液量vp2和第2电解液移送部件752的送液量v21。通过使比v2/v1在上述范围内，从而阳极室11与阴极室12之间的电解后的电解液浓度差稳定，因此，容易使电解槽10的电解电压稳定化。

另外，如与气体制造装置100相关联地上述说明那样，第2电解液移送部件752的送液量v21相对于第1循环泵22的送液量vp1的比v21/vp1和第2电解液移送部件752的送液量v21相对于第2循环泵32的送液量vp2的比v21/vp2都优选为0.001以上，更优选为0.003以上，另外，在一实施方式中为0.03以下，优选为0.01以下。通过使第2电解液移送部件752的送液量相对于第1循环泵22的送液量的比和第2电解液移送部件752的送液量相对于第2循环泵32的送液量的比都在上述下限值以上，能够进一步降低第1电解液循环系统20中的电解液浓度与第2电解液循环系统30中的电解液浓度之间的差，因此，容易将向阳极室11供给的电解液的浓度和向阴极室12供给的电解液的浓度维持在电力效率较高的范围内。另外，通过使第2电解液移送部件752的送液量相对于第1循环泵22的送液量的比和第2电解液移送部件752的送液量相对于第2循环泵32的送液量的比都在上述上限值以下，能够减少与电解液一起从第1电解液循环系统20被带入第2电解液循环系统30的溶解氧气和与电解液一起从第2电解液循环系统30被带入第1电解液循环系统20的溶解氢气，因此，能够减少从第1循环箱21的液相区域21a向气相区域21b放出的氢气，能够进一步提高从第1气体回收路径60回收的氧气的纯度并且能够减少从第2循环箱31的液相区域31a向气相区域31b放出的氧气，能够进一步提高从第2气体回收路径70回收的氢气的纯度。

在向阳极室11供给的电解液供给量v1(＝f1+f3：式(27))、向阴极室12供给的电解液供给量v2(＝f2－f3：式(28))和第2电解液移送部件752的送液量v21(＝f3：式(26))的目标值确定之后，根据式(27)和式(28)，f1和f2的目标值也分别确定为

f1＝v1－v21...(27’)

f2＝v2+v21...(28’)，

因此，能够以实现f1、f2和f3的目标值的方式来控制第1流量控制阀fcv1、第2流量控制阀fcv2和第3流量控制阀fcv3这几者的开度。在控制第1流量控制阀fcv1、第2流量控制阀fcv2和第3流量控制阀fcv3这几者的开度时，能够使用反馈控制等公知的控制方式。

作为一个例子，在第1流量计f1中流动的流量f1和在第2流量计f2中流动的流量f2被维持为相同的情况下，以使第2流量控制阀fcv2的压力损失p^dfcv2大于第1流量控制阀fcv1的压力损失p^dfcv1(即p^dfcv2＞p^dfcv1)的方式来调整第1流量控制阀fcv1的开度和第2流量控制阀fcv2的开度(例如在第1流量控制阀fcv1和第2流量控制阀fcv2为相同规格的控制阀的情况下，使第1流量控制阀fcv1的开度ofcv1大于第2流量控制阀fcv2的开度ofcv2(ofcv1＞ofcv2))，从而将电解液从第2配管35经由包括第3流量控制阀fcv3和第3流量计f3的第3配管7525移送至第1配管25。此外，从克服第1配管25的第1流量控制阀fcv1的下游侧的压力来移送电解液的观点出发，优选控制第3流量控制阀fcv3的开度而使第3流量控制阀fcv3的压力损失p^dfcv3小于第1流量控制阀fcv1的压力损失p^dfcv1(p^dfcv3＜p^dfcv1)。另外，也可以在第3配管7525的中途进一步设置用于防止电解液向相反方向(从第1配管25向第2配管35)流动的止回阀(单向阀)。

第1电解液移送部件751是将第1循环箱21的液相区域21a和第2循环箱31的液相区域31a连结起来的连通配管(以下，有时将第1电解液移送部件751称作“连通配管751”。)。此外，优选的是，在气体制造装置700中，第1循环箱21和第2循环箱31配置在大致相同的高度。如上述说明那样，第2电解液移送部件752将在连结第2循环泵32的出口侧和阴极室12的入口侧的第2配管35中流动的第2电解液的一部分输送至连结第1循环泵22的出口侧和阳极室11的入口侧的第1配管25，因此，发挥作用而使贮存于第1循环箱21的第1电解液的液量比贮存于第2循环箱31的第2电解液的液量增加。因此，贮存于第1循环箱21的第1电解液的一部分以重力为驱动力通过连通配管751移动至第2循环箱31，从而消除第1循环箱21的液面与第2循环箱31的液面之间的液面差。如此，通过第1电解液移送部件751，贮存于第1循环箱21的第1电解液的一部分被输送至第2循环箱31。

贮存于第1循环箱21的第1电解液的量相对于第1循环箱21的总容积，优选维持在1体积％～99体积％的范围内，更优选维持在30体积％～70体积％的范围内。同样地，贮存于第2循环箱31的第2电解液的量相对于第2循环箱31的总容积，优选维持在1体积％～99体积％的范围内，更优选维持在30体积％～70体积％的范围内。通过使贮存于各循环箱21、31的电解液的量在上述范围内，能够使气体制造装置700更稳定地运转。

如此，通过替换泵而使用流量控制阀(fcv1、fcv2、fcv3)和连通配管(751)的组合来作为电解液交换装置的方式的气体制造装置700，也能够得到与上述相同的效果。另外，根据该方式的气体制造装置700，除了能够进一步降低电解液交换装置中的能量消耗之外，还能够利用连通配管751来自动地减少乃至消除第1循环箱21与第2循环箱31之间的液面差，因此，不需要为了将第1循环箱21的液面高度和第2循环箱31的液面高度维持在预定水平而对第1电解液移送部件(51、251)的送液量和第2电解液移送部件(52、252)的送液量进行控制的处理。因此，通过该方式的气体制造装置700，能够实现设备成本和运转成本的削减及控制的简化。

＜14.气体制造方法(7)＞

参照图8来进一步说明气体制造装置700的动作和使用气体制造装置700的方式的气体制造方法。

步骤(a)～步骤(g)、步骤(j)和步骤(k)与关于使用气体制造装置100(图1)的方式的气体制造方法的上述说明相同。

从第2循环泵32送出的第2电解液的一部分通过第2电解液移送部件752分支，并与从第1循环泵22送出的第1电解液汇合。由此，第2电解液的一部分被导入到第1电解液中(步骤(i))。贮存于第1循环箱21的第1电解液的一部分通过第1电解液移送部件(连通配管)751而移送至第2循环箱31。由此，第1电解液的一部分被导入到第2电解液中(步骤(h))。

通过同时且连续地进行步骤(a)至步骤(k)，从而制造出氧气和氢气。被电解消耗的水通过纯水供给系统40补充。

通过气体制造装置700和使用该气体制造装置700的方式的气体制造方法，也能够得到与上述相同的效果。

＜15.气体制造装置(8)＞

在关于本发明的上述说明中，举了包括电解液交换装置750的方式的气体制造装置700和使用该气体制造装置700的方式的气体制造方法为例，该电解液交换装置750包含将贮存于第1循环箱21的第1电解液的一部分移送至第2循环箱31的第1电解液移送部件751和将在连结第2循环泵32的出口侧和阴极室12的入口侧的第2配管35中流动的第2电解液的一部分移送至连结第1循环泵22的出口侧和阳极室11的入口侧的第1配管25的第2电解液移送部件752，但本发明不限定于该方式。例如，也能够为包括如下方式的电解液交换装置的气体制造装置和使用该气体制造装置的方式的气体制造方法，该电解液交换装置不具有泵，其第1电解液移送部件将贮存于第2循环箱31的第2电解液的一部分移送至第1循环箱21，第2电解液移送部件将在连结第1循环泵22的出口侧和阳极室11的入口侧的第1配管25中流动的第1电解液的一部分移送至连结第2循环泵32的出口侧和阴极室12的入口侧的第2配管35。

图9是示意性地说明那样的另一实施方式的气体制造装置800的图。在图9中，对于在图1～图8中已经表示的要素，有时标注与图1～图8中的附图标记相同的附图标记并省略说明。气体制造装置800在替代电解液交换装置250而包括电解液交换装置850这点上与气体制造装置200(图2)不同。电解液交换装置850在替代第1电解液移送部件251而包括第1电解液移送部件851且在替代第2电解液移送部件252而包括第2电解液移送部件852这点上与电解液交换装置250不同。另外，在气体制造装置800中，作为第1循环泵22和第2循环泵32，能够优选使用非容积式泵。

为了便于说明，在说明第1电解液移送部件851之前，说明第2电解液移送部件852。第2电解液移送部件852具有：第1流量计f1，其设于第1配管25的靠第1循环泵22的出口侧的位置；第1流量控制阀fcv1，其设于第1配管25的靠第1流量计f1的下游侧的位置；第2流量计f2和第2流量控制阀fcv2，该第2流量计f2和第2流量控制阀fcv2串联地设于第2配管35的靠第2循环泵32的出口侧的位置；第3配管8525，其将电解液从第1配管25上的靠第1流量计f1的下游侧且是靠第1流量控制阀fcv1的上游侧的位置引到第2配管35上的第2流量计f2和第2流量控制阀fcv2这两者的下游侧的位置；以及第3流量计f3和第3流量控制阀fcv3，该第3流量计f3和第3流量控制阀fcv3串联地设于第3配管8525的中途。作为第1流量计f1、第2流量计f2和第3流量计f3，能够无特殊限制地使用面积流量计、容积流量计、科里奥利流量计、电磁流量计等能够测量电解液的流量的公知的流量计。另外，作为第1流量控制阀fcv1、第2流量控制阀fcv2和第3流量控制阀fcv3，能够无特殊限制地使用球阀、蝶阀、球心阀、针阀等能够进行阀开度的连续性的控制的公知的控制阀。对第1流量控制阀fcv1、第2流量控制阀fcv2和第3流量控制阀fcv3这几者的开度进行控制，从而分别使第1流量计f1、第2流量计f2和第3流量计f3的测量值成为预定值。

对于第1循环泵22的送液量vp1[l/s]、第2循环泵32的送液量vp2[l/s]、第2电解液移送部件852的送液量v12[l/s]、向阳极室11供给的电解液供给量v1[l/s]和向阴极室12供给的电解液供给量v2[l/s]，能够使用第1流量计f1的测量值f1[l/s]、第2流量计f2的测量值f2[l/s]和第3流量计f3的测量值f3[l/s]来分别表示为

vp1＝f1...(24)

vp2＝f2...(25)

v12＝f3...(29)

v1＝f1－f3...(30)

v2＝f2+f3...(31)。

f3的目标值能够通过例如上述式(12’)作为v12来求出。

如与气体制造装置200相关联地上述说明那样，向阳极室11供给的电解液供给量v1和向阴极室12供给的电解液供给量v2优选大致相等。具体而言，优选的是，以使比v2/v1成为0.80～1.20，更优选成为0.90～1.10的方式来控制第1循环泵22的送液量vp1、第2循环泵32的送液量vp2和第2电解液移送部件852的送液量v12。通过使比v2/v1在上述范围内，从而阳极室11与阴极室12之间的电解后的电解液浓度差稳定，因此，容易使电解槽10的电解电压稳定化。

另外，如与气体制造装置200相关联地上述说明那样，第2电解液移送部件852的送液量v12相对于第1循环泵22的送液量vp1的比v12/vp1和第2电解液移送部件852的送液量v12相对于第2循环泵32的送液量vp2的比v12/vp2都优选为0.001以上，更优选为0.003以上，另外，在一实施方式中为0.03以下，优选为0.01以下。通过使第2电解液移送部件852的送液量相对于第1循环泵22的送液量的比和第2电解液移送部件852的送液量相对于第2循环泵32的送液量的比都在上述下限值以上，能够进一步降低第1电解液循环系统20中的电解液浓度与第2电解液循环系统30中的电解液浓度之间的差，因此，容易将向阳极室11供给的电解液的浓度和向阴极室12供给的电解液的浓度维持在电力效率较高的范围内。另外，通过使第2电解液移送部件852的送液量相对于第1循环泵22的送液量的比和第2电解液移送部件852的送液量相对于第2循环泵32的送液量的比都在上述上限值以下，能够减少与电解液一起从第1电解液循环系统20被带入第2电解液循环系统30的溶解氧气和与电解液一起从第2电解液循环系统30被带入第1电解液循环系统20的溶解氢气，因此，能够减少从第1循环箱21的液相区域21a向气相区域21b放出的氢气，能够进一步提高从第1气体回收路径60回收的氧气的纯度并且能够减少从第2循环箱31的液相区域31a向气相区域31b放出的氧气，能够进一步提高从第2气体回收路径70回收的氢气的纯度。

在向阳极室11供给的电解液供给量v1(＝f1－f3：式(30))、向阴极室12供给的电解液供给量v2(＝f2+f3：式(31))和第2电解液移送部件852的送液量v12(＝f3：式(29))的目标值确定之后，根据式(30)和式(31)，f1和f2的目标值也分别确定为

f1＝v1+v12...(30’)

f2＝v2－v12...(31’)，

因此，能够以实现f1、f2和f3的目标值的方式来控制第1流量控制阀fcv1、第2流量控制阀fcv2和第3流量控制阀fcv3这几者的开度。在控制第1流量控制阀fcv1、第2流量控制阀fcv2和第3流量控制阀fcv3这几者的开度时，能够使用反馈控制等公知的控制方式。

作为一个例子，在第1流量计f1中流动的流量f1和在第2流量计f2中流动的流量f2被维持为相同的情况下，以使第2流量控制阀fcv2的压力损失p^dfcv2小于第1流量控制阀fcv1的压力损失p^dfcv1(即p^dfcv2＜p^dfcv1)的方式来调整第1流量控制阀fcv1的开度和第2流量控制阀fcv2的开度(例如在第1流量控制阀fcv1和第2流量控制阀fcv2为相同规格的控制阀的情况下，使第1流量控制阀fcv1的开度ofcv1小于第2流量控制阀fcv2的开度ofcv2(ofcv1＜ofcv2)，从而将电解液从第1配管25经由包括第3流量控制阀fcv3和第3流量计f3的第3配管8525移送至第2配管35。此外，从克服第2配管35的第2流量控制阀fcv2的下游侧的压力来移送电解液的观点出发，优选控制第3流量控制阀fcv3的开度而使第3流量控制阀fcv3的压力损失p^dfcv3小于第2流量控制阀fcv2的压力损失p^dfcv2(p^dfcv3＜p^dfcv2)。另外，也可以在第3配管8525的中途进一步设置用于防止电解液向相反方向(从第2配管35向第1配管25)流动的止回阀(单向阀)。

第1电解液移送部件851是将第1循环箱21的液相区域21a和第2循环箱31的液相区域31a连结起来的连通配管(以下，有时将第1电解液移送部件851称作“连通配管851”。)。此外，优选的是，在气体制造装置800中，第1循环箱21和第2循环箱31配置在大致相同的高度。如上述说明那样，第2电解液移送部件852将在连结第1循环泵22的出口侧和阳极室11的入口侧的第1配管25中流动的第1电解液的一部分输送至连结第2循环泵32的出口侧和阴极室12的入口侧的第2配管35，因此，发挥作用而使贮存于第2循环箱31的第2电解液的液量比贮存于第1循环箱21的第1电解液的液量增加。因此，贮存于第2循环箱31的第2电解液的一部分以重力为驱动力通过连通配管851移动至第1循环箱21，从而消除第1循环箱21的液面与第2循环箱31的液面之间的液面差。如此，通过第1电解液移送部件851，贮存于第2循环箱31的第2电解液的一部分被输送至第1循环箱21。

贮存于第1循环箱21的第1电解液的量相对于第1循环箱21的总容积，优选维持在1体积％～99体积％的范围内，更优选维持在30体积％～70体积％的范围内。同样地，贮存于第2循环箱31的第2电解液的量相对于第2循环箱31的总容积，优选维持在1体积％～99体积％的范围内，更优选维持在30体积％～70体积％的范围内。通过使贮存于各循环箱21、31的电解液的量在上述范围内，能够使气体制造装置800更稳定地运转。

如此，通过替换泵而使用控制阀(fcv1～fcv3)和连通配管(851)的组合来作为电解液交换装置的方式的气体制造装置800，也能够得到与上述相同的效果。另外，根据该方式的气体制造装置800，除了能够进一步降低电解液交换装置中的能量消耗之外，还能够利用连通配管851来自动地减少乃至消除第1循环箱21与第2循环箱31之间的液面差，因此，不需要为了将第1循环箱21的液面高度和第2循环箱31的液面高度维持在预定水平而对第1电解液移送部件(51、251)的送液量和第2电解液移送部件(52、252)的送液量进行控制的处理。因此，根据该方式的气体制造装置800，能够实现设备成本和运转成本的削减及控制的简化。

＜16.气体制造方法(8)＞

参照图9来进一步说明气体制造装置800的动作和使用气体制造装置800的方式的气体制造方法。

步骤(a)～步骤(g)、步骤(j)和步骤(k)与关于使用气体制造装置200(图2)的方式的气体制造方法的上述说明相同。

从第1循环泵22送出的第1电解液的一部分通过第2电解液移送部件852分支，并与从第2循环泵32送出的第2电解液汇合。由此，第1电解液的一部分被导入到第2电解液中(步骤(i))。另外，贮存于第2循环箱31的第2电解液的一部分通过第1电解液移送部件(连通配管)851而移送至第1循环箱21。由此，第2电解液的一部分被导入到第1电解液中(步骤(h))。

通过同时且连续地进行步骤(a)至步骤(k)，从而制造出氧气和氢气。被电解消耗的水通过纯水供给系统40补充。

通过气体制造装置800和使用该气体制造装置800的方式的气体制造方法，也能够得到与上述相同的效果。

在关于本发明的上述说明中，举了包括向第1循环箱21和第2循环箱31中的任一者供给水的纯水供给系统40或纯水供给系统340的方式的气体制造装置100、200、300、400、500、600、700、800、以及使用该气体制造装置的方式的气体制造方法为例，但本发明不限定于该方式。例如，也能够为纯水供给系统向第1循环箱和第2循环箱这两者供给水的方式的气体制造装置以及使用该气体制造装置的方式的气体制造方法。

在关于本发明的上述说明中，举了不包括气液分离器且在第1循环箱21的内部进行第1气流与第1电解液之间的气液分离、在第2循环箱31的内部进行第2气流与第2电解液之间的气液分离的方式的气体制造装置100、200、300、400、500、600、700、800、以及使用该气体制造装置的方式的气体制造方法为例，但本发明不限定于该方式。例如，也能够为如下方式的气体制造装置和使用该气体制造装置的方式的气体制造方法，该气体制造装置包括：第1气液分离器，其接受容纳从阳极室流出的第1气流和第1电解液的气液混合物并进行气液分离；以及第2气液分离器，其接受容纳从阴极室流出的第2气流和第2电解液的气液混合物并进行气液分离，利用第1气液分离器进行气液分离后的第1电解液贮存于第1循环箱，利用第1气液分离器进行气液分离后的第1气流被从第1气体回收路径回收，利用第2气液分离器进行气液分离后的第2电解液贮存于第2循环箱，利用第2气液分离器进行气液分离后的第2气流被从第2气体回收路径回收。通过那样的方式的气体制造装置和气体制造方法，也得到本发明的上述效果。

附图标记说明

100、200、300、400、500、600、600’、700、800、气体制造装置；10、电解槽；11、阳极室；12、阴极室；13、(离子渗透性的)隔膜；20、第1电解液循环系统；21、第1循环箱；21a、液相区域；21b、气相区域；22、第1循环泵；23、24、配管；25、第1配管；30、第2电解液循环系统；31、第2循环箱；31a、液相区域；31b、气相区域；32、第2循环泵；33、34、配管；35、第2配管；40、纯水供给系统；41、纯水箱；42、水供给泵；50、250、750、850、电解液交换装置；51、251、751、851、第1电解液移送部件；52、252、752、852、第2电解液移送部件；7525、8525、第3配管；f1、第1流量计；f2、第2流量计；f3、第3流量计；fcv1、第1流量控制阀；fcv2、第2流量控制阀；fcv3、第3流量控制阀；60、660、第1气体回收路径；61、第1压力控制阀；62、配管；63、压力计；664、第1冷却装置；665、第1过滤装置；70、670、第2气体回收路径；71、第2压力控制阀；72、配管；73、压力计；674、第2冷却装置；675、第2过滤装置；80、压力差控制部件；81、压力差检测器；82、阀控制装置。