电解装置
阅读：1023发布：2020-08-01
专利汇可以提供电解装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供一种能对由 电解 装置生成的氢气进行加压并且除去生成的氢气中的杂质的电解装置。在通过电解生成的氢气的排出管线(12)设置由喷射器(110)、用于贮存循环用液体的 贮存罐 (103)、用于使氢气和循环用液体的混合 流体 向喷射器循环的循环管(105)以及 循环 泵 (104)形成的气体压缩部件(101)，在贮存罐(103)设置有氢气排出管(106)和第1 阀 (V1)，使氢气中的杂质向循环用液体转移从而自氢气除去杂质，并且通过控制从贮存罐(103)向喷射器(110)循环的循环用液体的流速和第1阀(V1)的开闭，从而对贮存于贮存罐(103)内的氢气的压 力 进行升压。，下面是电解装置专利的具体信息内容。
1.一种电解装置，其特征在于，
该电解装置包括：
电解槽，其包括收纳阳极的阳极室、收纳阴极的阴极室以及划分所述阳极室和所述阴极室的隔膜；
阴极侧电解液排出管线，其连接于所述阴极室，用于从所述阴极室排出含有氢气的阴极侧电解液；
阴极侧气液分离部件，其连接于所述阴极侧电解液排出管线，用于自所述阴极侧电解液分离所述氢气；
氢气排出管线，其连接于所述阴极侧气液分离部件，用于从所述阴极侧气液分离部件排出由所述阴极侧气液分离部件分离出的所述氢气；以及
气体压缩部件，其连接于所述氢气排出管线，
所述气体压缩部件具有：
阴极侧喷射器，其连接于所述氢气排出管线；
阴极侧贮存罐，其用于贮存所述氢气和在所述气体压缩部件内流通的阴极侧循环用液体；
阴极侧混合流体输送管，其连结所述阴极侧喷射器和所述阴极侧贮存罐，用于从所述阴极侧喷射器向所述阴极侧贮存罐输送所述阴极侧循环用液体和所述氢气的混合流体；
阴极侧循环管，其连结所述阴极侧贮存罐和所述阴极侧喷射器，用于从所述阴极侧贮存罐向所述阴极侧喷射器输送所述阴极侧循环用液体；
阴极侧循环泵，其设置于所述阴极侧循环管；
氢气排出管，其连接于所述阴极侧贮存罐，用于从所述阴极侧贮存罐排出所述氢气；以及
第1阀，其设于所述氢气排出管，
利用所述阴极侧循环泵、所述阴极侧混合流体输送管及所述阴极侧循环管使所述阴极侧循环用液体从所述阴极侧贮存罐向所述阴极侧喷射器循环，从而使所述氢气从所述氢气排出管线向所述阴极侧喷射器内流入，在所述阴极侧喷射器内使所述氢气和所述阴极侧循环用液体混合，使所述氢气中的杂质向所述阴极侧循环用液体转移从而自所述氢气除去所述杂质，并且
通过控制从所述阴极侧贮存罐向所述阴极侧喷射器循环的所述阴极侧循环用液体的流速和所述第1阀的开闭，从而对贮存于所述阴极侧贮存罐内的所述氢气的压力进行升压。
2.根据权利要求1所述的电解装置，其中，
该电解装置包括：
阳极侧电解液排出管线，其连接于所述阳极室，用于从所述阳极室排出含有阳极气体的阳极侧电解液；
阳极侧气液分离部件，其连接于所述阳极侧电解液排出管线，用于自所述阳极侧电解液分离阳极气体；
阳极气体排出管线，其连接于所述阳极侧气液分离部件，用于从所述阳极侧气液分离部件排出由所述阳极侧气液分离部件分离出的所述阳极气体；以及
杂质除去部件，其连接于所述阳极气体排出管线，
所述杂质除去部件具有：
阳极侧喷射器，其连接于所述阳极气体排出管线；
阳极侧贮存罐，其用于贮存所述阳极气体和在所述杂质除去部件内流通的阳极侧循环用液体；
阳极侧混合流体输送管，其连结所述阳极侧喷射器和所述阳极侧贮存罐，用于从所述阳极侧喷射器向所述阳极侧贮存罐输送所述阳极侧循环用液体和所述阳极气体的混合流体；
阳极侧循环管，其连结所述阳极侧贮存罐和所述阳极侧喷射器，用于从所述阳极侧贮存罐向所述阳极侧喷射器输送所述阳极侧循环用液体；以及
阳极侧循环泵，其设置于所述阳极侧循环管，
利用所述阳极侧循环泵、所述阳极侧混合流体输送管及所述阳极侧循环管使所述阳极侧循环用液体从所述阳极侧贮存罐向所述阳极侧喷射器循环，从而使所述阳极气体从所述阳极气体排出管线向所述阳极侧喷射器内流入，在所述阳极侧喷射器内使所述阳极气体和所述阳极侧循环用液体混合，使所述阳极气体中的杂质向所述阳极侧循环用液体转移从而除去所述阳极气体中的所述杂质。
3.根据权利要求2所述的电解装置，其中，
所述杂质除去部件还包括：
阳极气体排出管，其连接于所述阳极侧贮存罐，用于从所述阳极侧贮存罐排出所述阳极气体；以及
第2阀，其设于所述阳极气体排出管，
通过控制从所述阳极侧贮存罐向所述阳极侧喷射器循环的所述阳极侧循环用液体的流速和所述第2阀的开闭，从而对贮存于所述阳极侧贮存罐内的所述阳极气体的压力进行升压。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电解装置，其中，
所述阴极侧电解液是碱性水溶液，所述氢气中的所述杂质含有碱性雾沫。
5.根据权利要求2或3所述的电解装置，其中，
所述阳极侧电解液是碱性水溶液，所述阳极气体中的所述杂质含有碱性雾沫。
6.根据权利要求2或3所述的电解装置，其中，
所述阳极侧电解液是氯化物水溶液，所述阳极气体中的所述杂质含有酸性雾沫。
7.根据权利要求2或3所述的电解装置，其中，
所述阳极侧电解液是盐酸，所述阳极气体中的所述杂质含有酸性雾沫。
8.根据权利要求2或3所述的电解装置，其中，
所述阳极侧电解液是溴酸水溶液，所述阳极气体中的所述杂质含有酸性雾沫。
9.根据权利要求2或3所述的电解装置，其中，
所述阳极侧电解液是硫酸水溶液，所述阳极气体中的所述杂质含有酸性雾沫。
电解装置
技术领域
[0001] 本发明涉及通过电解生成氢气的电解装置。
背景技术
[0003] 作为用于产生氢气的电解装置及电解方法的一个例子，有专利文献1所记载的碱性水电解装置及碱性水电解方法。在专利文献1的电解装置和电解方法中，将由在阳极室和阴极室生成的气液混合流体形成的阳极液和阴极液回收于共用的循环罐，并将其在该循环罐内混合了之后向阳极室和阴极室这两个电解室循环供给。通过在循环罐中将阳极液和阴极液混合，从而使向两个电解室内供给的电解液的浓度成为相同的浓度，并且始终维持在恒定浓度地进行持续电解。
[0004] 近年来，为了防止地球变暖，摆脱化石燃料是很重要的，作为替代能源，广泛研究了氢气的利用。例如像专利文献2所公开的那样，为了将通过上述的电解而生成的高纯度的氢气向贮存等下一个工序移送，要求利用压缩机进行加压。
[0005] 在碱性水电解、非纯净水的电解、食盐电解、氯化物水溶液、溴化物水溶液、盐酸、硫酸水溶液等的电解中，通过电解而从阴极室生成氢气，并且从阳极室生成氧气、臭氧和/或氯气。氧气有时会向大气放出，也有时会被回收应用于其他用途，臭氧和氯气会被回收使用。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1：日本特开2015－29921号公报
[0009] 专利文献2：日本特开2010－143778号公报
发明内容
[0010] 发明要解决的问题
[0011] 在上述那样的以往的电解装置中，为了对在大气压下生成的气体进行加压而使用压缩机。压缩机包括涡轮式压缩机和容积式压缩机，均是大型的装置。因而，需要较大的设备面积，设备费用较高，噪声会进一步成为问题。
[0012] 此外，在上述以往的电解装置中，利用气液分离装置使氢气、氧气自电解液分离。在碱性水电解装置中，在循环罐中将混合的碱性电解液混合，在阳极室和阴极室中循环使用，因此此时会在氢气和氧气中含有碱性雾沫、颗粒等杂质。
[0013] 此外，在食盐电解中，阳极液和阴极液存在不循环使用的情况和循环使用的情况，但在任一种情况下均是，在阴极室中电解液成为碱性，在阴极室生成的氢气中含有碱性雾沫等杂质，并且在阳极室中电解液成为酸性，在阳极室生成的氧气中含有酸性雾沫等杂质。
[0014] 利用水洗塔对自电解液分离出的氢气、氧气进行清洗，除去碱性雾沫、酸性雾沫等杂质。但是，若是水洗塔和管线中的雾沫分离器等简单的设备，则无法充分地除去碱性雾沫等杂质。因此，在压缩机的零部件使用铝的情况下，存在铝被碱性雾沫腐蚀这样的问题。此外，气体所含有的颗粒会对压缩机的运转产生影响。
[0015] 此外，若生成气体中的碱性雾沫、酸性雾沫的除去不充分，则有可能会向大气放出超出环境指标的碱、酸。
[0016] 本发明的目的在于解决上述的现有技术的问题点，提供一种能够利用设置面积较小且廉价的设备对由电解装置生成的氢气进行加压并且除去生成的氢气中的碱性雾沫等杂质的电解装置。
[0017] 用于解决问题的方案
[0018] 本发明的第1解决方案为了达到上述的目的，提供一种电解装置，其特征在于，[0019] 该电解装置包括：
[0020] 电解槽，其包括收纳阳极的阳极室、收纳阴极的阴极室以及划分所述阳极室和所述阴极室的隔膜；
[0021] 阴极侧电解液排出管线，其连接于所述阴极室，用于从所述阴极室排出含有氢气的阴极侧电解液；
[0022] 阴极侧气液分离部件，其连接于所述阴极侧电解液排出管线，用于自所述阴极侧电解液分离所述氢气；
[0023] 氢气排出管线，其连接于所述阴极侧气液分离部件，用于从所述阴极侧气液分离部件排出由所述阴极侧气液分离部件分离出的所述氢气；以及
[0024] 气体压缩部件，其连接于所述氢气排出管线，
[0025] 所述气体压缩部件具有：
[0026] 阴极侧喷射器，其连接于所述氢气排出管线；
[0027] 阴极侧贮存罐，其用于贮存所述氢气和在所述气体压缩部件内流通的阴极侧循环用液体；
[0028] 阴极侧混合流体输送管，其连结所述阴极侧喷射器和所述阴极侧贮存罐，用于从所述阴极侧喷射器向所述阴极侧贮存罐输送所述阴极侧循环用液体和所述氢气的混合流体；
[0029] 阴极侧循环管，其连结所述阴极侧贮存罐和所述阴极侧喷射器，用于从所述阴极侧贮存罐向所述阴极侧喷射器输送所述阴极侧循环用液体；
[0031] 氢气排出管，其连接于所述阴极侧贮存罐，用于从所述阴极侧贮存罐排出所述氢气；以及
[0032] 第1阀，其设于所述氢气排出管，
[0033] 利用所述阴极侧循环泵、所述阴极侧混合流体输送管及所述阴极侧循环管使所述阴极侧循环用液体从所述阴极侧贮存罐向所述阴极侧喷射器循环，从而使所述氢气从所述氢气排出管线向所述阴极侧喷射器内流入，在所述阴极侧喷射器内使所述氢气和所述阴极侧循环用液体混合，使所述氢气中的杂质向所述阴极侧循环用液体转移从而自所述氢气除去所述杂质，并且
[0034] 通过控制从所述阴极侧贮存罐向所述阴极侧喷射器循环的所述阴极侧循环用液体的流速和所述第1阀的开闭，从而对贮存于所述阴极侧贮存罐内的所述氢气的压力进行升压。
[0035] 本发明的第2解决方案为了达到上述的目的，提供一种电解装置，其中，
[0036] 该电解装置包括：
[0037] 阳极侧电解液排出管线，其连接于所述阳极室，用于从所述阳极室排出含有阳极气体的阳极侧电解液；
[0038] 阳极侧气液分离部件，其连接于所述阳极侧电解液排出管线，用于自所述阳极侧电解液分离阳极气体；
[0039] 阳极气体排出管线，其连接于所述阳极侧气液分离部件，用于从所述阳极侧气液分离部件排出由所述阳极侧气液分离部件分离出的所述阳极气体；以及
[0040] 杂质除去部件，其连接于所述阳极气体排出管线，
[0041] 所述杂质除去部件具有：
[0042] 阳极侧喷射器，其连接于所述阳极气体排出管线；
[0043] 阳极侧贮存罐，其用于贮存所述阳极气体和在所述杂质除去部件内流通的阳极侧循环用液体；
[0044] 阳极侧混合流体输送管，其连结所述阳极侧喷射器和所述阳极侧贮存罐，用于从所述阳极侧喷射器向所述阳极侧贮存罐输送所述阳极侧循环用液体和所述阳极气体的混合流体；
[0045] 阳极侧循环管，其连结所述阳极侧贮存罐和所述阳极侧喷射器，用于从所述阳极侧贮存罐向所述阳极侧喷射器输送所述阳极侧循环用液体；以及
[0046] 阳极侧循环泵，其设置于所述阳极侧循环管，
[0047] 利用所述阳极侧循环泵、所述阳极侧混合流体输送管及所述阳极侧循环管使所述阳极侧循环用液体从所述阳极侧贮存罐向所述阳极侧喷射器循环，从而使所述阳极气体从所述阳极气体排出管线向所述阳极侧喷射器内流入，在所述阳极侧喷射器内使所述阳极气体和所述阳极侧循环用液体混合，使所述阳极气体中的杂质向所述阳极侧循环用液体转移从而除去所述阳极气体中的所述杂质。
[0048] 本发明的第3解决方案为了达到上述的目的，提供一种电解装置，其中，
[0049] 所述杂质除去部件还包括：
[0050] 阳极气体排出管，其连接于所述阳极侧贮存罐，用于从所述阳极侧贮存罐排出所述阳极气体；以及
[0051] 第2阀，其设于所述阳极气体排出管，
[0052] 通过控制从所述阳极侧贮存罐向所述阳极侧喷射器循环的所述阳极侧循环用液体的流速和所述第2阀的开闭，从而对贮存于所述阳极侧贮存罐内的所述阳极气体的压力进行升压。
[0053] 本发明的第4解决方案为了达到上述的目的，提供一种电解装置，其中，
[0054] 所述阴极侧电解液是碱性水溶液，所述氢气中的所述杂质含有碱性雾沫。
[0055] 本发明的第5解决方案为了达到上述的目的，提供一种电解装置，其中，
[0056] 所述阳极侧电解液是碱性水溶液，所述阳极气体中的所述杂质含有碱性雾沫。
[0057] 本发明的第6解决方案为了达到上述的目的，提供一种电解装置，其中，
[0058] 所述阳极侧电解液是氯化物水溶液，所述阳极气体中的所述杂质含有酸性雾沫。
[0059] 本发明的第7解决方案为了达到上述的目的，提供一种电解装置，其中，
[0060] 所述阳极侧电解液是盐酸，所述阳极气体中的所述杂质含有酸性雾沫。
[0061] 本发明的第8解决方案为了达到上述的目的，提供一种电解装置，其中，
[0062] 所述阳极侧电解液是溴酸水溶液，所述阳极气体中的所述杂质含有酸性雾沫。
[0063] 本发明的第9解决方案为了达到上述的目的，提供一种电解装置，其中，
[0064] 所述阳极侧电解液是硫酸水溶液，所述阳极气体中的所述杂质含有酸性雾沫。
[0065] 发明的效果
[0066] 根据本发明，能够利用与使用以往的压缩机的气体压缩相比设置面积较小且廉价的设备对氢气进行升压，并且还能够除去氢气中所含有的碱性雾沫、颗粒这样的杂质。
[0067] 在阳极侧，也同样能够利用设置面积较小且廉价的设备来除去阳极气体中所含有的杂质。例如在将由电解产生的氧气放出到大气中的情况下，也能够抑制向环境中放出碱性雾沫、酸性雾沫、颗粒。并且，也能够利用简单的设备对阳极气体进行升压。
[0069] 图1是表示本发明的第1实施方式的碱性水电解装置的流路图。
[0070] 图2是表示本发明的第1实施方式的碱性水电解装置所使用的喷射器的一个例子的详细情形的剖视图。
[0071] 图3是表示本发明的另一个实施方式的碱性水电解装置的局部(杂质除去部件)的流路图。
具体实施方式
[0072] 〔第1实施方式〕
[0073] 图1是表示本发明的第1实施方式的电解装置的一个例子的流路图。在此举例说明碱性水电解装置。但是，除了碱性水电解之外，本发明也可以应用于通过非纯净水的电解、食盐电解、氯化物水溶液、溴化物水溶液、盐酸、硫酸水溶液电解等电解而产生氢气的电解装置。
[0074] 在图1中，碱性水电解装置具有电解槽1。附图标记2是收纳阴极的阴极室，附图标记3是收纳阳极的阳极室，附图标记4是划分阴极室2和阳极室3的隔膜。隔膜4是由阳离子交换膜、阴离子交换膜、高分子多孔层及无纺布形成的复合膜等。
[0075] 作为阴极侧的电解液的输送路径，设有阴极侧电解液循环部件和阴极气体分离部件。阴极侧气体分离部件具有阴极侧电解液排出管线9、阴极侧气液分离部件10及氢气排出管线12。阴极侧电解液循环部件具有循环罐5、阴极侧电解液供给管线7、循环泵8及阴极侧电解液回收管线11。
[0076] 阴极侧电解液供给管线7是连接阴极室2和循环罐5并且利用循环泵8向阴极室2供给收纳于循环罐5内的电解液6的配管。阴极侧电解液排出管线9是连接阴极室2和阴极侧气液分离部件10并且向阴极侧气液分离部件10输送阴极室2内的电解液(阴极侧电解液)和氢气的配管。阴极侧气液分离部件10用于自电解液分离氢气。阴极侧电解液回收管线11是连接阴极侧气液分离部件10和循环罐5并且向循环罐5输送由阴极侧气液分离部件10分离出的电解液的配管。氢气排出管线12是连接阴极侧气液分离部件10和后述的气体压缩部件101并且向气体压缩部件101输送由阴极侧气液分离部件10分离出的氢气的配管。在阴极侧电解液供给管线7设置有换热器13。
[0077] 作为阳极侧的电解液的输送路径，设有阳极侧电解液循环部件和阳极气体分离部件。阳极气体分离部件包括阳极侧电解液排出管线16、阳极侧气液分离部件17以及阳极气体排出管线19。阳极侧电解液循环部件具有循环罐5、阳极侧电解液供给管线14、循环泵15以及阳极侧电解液回收管线18。
[0078] 阳极侧电解液供给管线14是连接阳极室3和循环罐5并且利用循环泵15向阳极室3供给收纳于循环罐5内的电解液6的配管。阳极侧电解液排出管线16是连接阳极室3和阳极侧气液分离部件17并且向阳极侧气液分离部件17输送阳极室3内的电解液(阳极侧电解液)和阳极气体(在碱性水电解的情况下是氧气)的配管。阳极侧气液分离部件17用于自电解液分离阳极气体。阳极侧电解液回收管线18是连接阳极侧气液分离部件17和循环罐5并且向循环罐5输送由阳极侧气液分离部件17分离出的电解液的配管。阳极气体排出管线19是连接于阳极侧气液分离部件17并且向系统外排出由阳极侧气液分离部件17分离出的阳极气体的配管。在阳极侧电解液供给管线14设置有换热器20。
[0079] 在图1的例子中，电解液是碱性水溶液(例如碱金属氢氧化物的水溶液、具体地讲是KOH水溶液或NaOH水溶液)。
[0080] 本实施方式的电解装置包括电解液补充部件和水补充部件。电解液补充部件包括泵23和用于贮存高浓度的碱性水22的碱性水罐21。水补充部件包括泵26和用于贮存纯水25的纯水罐24。
[0081] 在碱性水电解装置中，如图1所示，循环罐在阳极侧和阴极侧中共用。因而，在阴极侧电解液循环部件和阳极侧电解液循环部件中，阳极侧电解液和阴极侧电解液混合成的电解液分别在阴极室2和循环罐5之间以及阳极室3和循环罐5之间循环。
[0082] 在氢气排出管线12的下游侧设有气体压缩部件101。气体压缩部件101包括阴极侧喷射器110、阴极侧混合流体输送管102、阴极侧贮存罐103、阴极侧循环泵104、阴极侧循环管105以及氢气排出管106。
[0083] 图2是表示阴极侧喷射器110的一个例子的详细情形的剖视图。附图标记111是喷嘴，附图标记112是扩散管，附图标记113是吸入口，附图标记114是吸气室。喷嘴111连接于循环管105。吸入口113连接于氢气排出管线12。扩散管112的出口112a连接于阴极侧混合流体输送管102。
[0084] 阴极侧混合流体输送管102连接阴极侧喷射器110和阴极侧贮存罐103并且向阴极侧贮存罐103输送从阴极侧喷射器110排出的混合流体。
[0085] 阴极侧贮存罐103在其内部收纳循环用液体(阴极侧循环用液体)。该循环用液体是水，含有氢气所含有的杂质(见后述)。在阴极侧贮存罐103的上部空间贮存有自混合流体分离出的氢气，该混合流体是从阴极侧喷射器110输送来的。在阴极侧贮存罐103的底部连接有阴极侧循环管105。在阴极侧贮存罐103的上部连接有氢气排出管106。在氢气排出管106设置有阀V1(第1阀)。
[0086] 在阴极侧循环管105设置有阴极侧循环泵104和阴极侧换热器107。利用阴极侧循环泵104使阴极侧贮存罐103内的循环用液体经由阴极侧循环管105向阴极侧喷射器110循环。
[0087] 在本实施方式的电解装置中，也可以在阴极侧循环管105连接有阴极侧循环用液体取出管120。在阴极侧循环用液体取出管120设置有阀V2和泵121。阴极侧循环用液体取出管120既可以构成为将循环用液体的一部分向系统外放出，也可以构成为使循环用液体的一部分向电解液循环。作为用于将循环用液体使用于电解液的结构，将阴极侧循环用液体取出管120连接于阴极侧的电解液的输送路径和阳极侧的电解液的输送路径中的任一个部位。在图1的例子中，阴极侧循环用液体取出管120连接于循环罐5。此外，阴极侧循环用液体取出管120也能够连接于阴极侧电解液供给管线7、阴极侧电解液排出管线9、阴极侧电解液回收管线11、阳极侧电解液供给管线14、阳极侧电解液排出管线16、阳极侧电解液回收管线18中的任一个部位。
[0088] 以下，说明使用图1的电解装置进行电解和氢气的压缩的工序。
[0089] 在电解开始之前和初始时期，电解液补充部件利用泵23从碱性水罐21向循环罐5供给碱性水22。水补充部件利用泵26从纯水罐24向循环罐5供给纯水25。使碱性水和纯水在循环罐5内混合，将电解液6控制为预定的浓度。也能够将新的电解用的原料水与纯水25一同向循环罐5内添加。
[0090] 利用循环泵8将电解液6经由阴极侧电解液供给管线7向电解槽1的阴极室2供给。电解液经过换热器13而被冷却到预定温度。此外，利用循环泵15将电解液6经由阳极侧电解液供给管线14向电解槽1的阳极室3供给。电解液经过换热器20而被冷却或者加热到预定温度。
[0091] 在阴极室2和阳极室3内对电解液进行电解。由此，在阴极室2内生成氢气，在阳极室3内生成阳极气体(氧气)。
[0092] 将生成的氢气与电解液一同经由阴极侧电解液排出管线9向阴极侧气液分离装置10输送。利用阴极侧气液分离装置10对氢气和电解液进行气液分离。使分离出的电解液经由阴极侧电解液回收管线11向循环罐5循环。将分离出的氢气经由阴极气体排出管线12向气体压缩部件101输送。
[0093] 将生成的氧气与电解液一同经由阳极侧电解液排出管线16向阳极侧气液分离装置17输送。利用阳极侧气液分离装置17对氧气和电解液进行气液分离。使分离出的电解液经由阳极侧电解液回收管线18向循环罐5循环。将氧气经由阳极气体排出管线19向系统外排出。
[0094] 为了控制阴极室2和阳极室3内的碱性浓度，从纯水补充部件供给与因电解而消失的水的相当的量。通过连续地供给纯水从而将电解液的浓度等电解条件维持为恒定并持续电解。另外，虽然取决于循环罐的容量，但也能够间歇地供给纯水。
[0095] 在气体压缩部件101中，通过使阴极侧循环泵104工作从而使循环用液体经由阴极侧混合流体输送管102和阴极侧循环管105进行循环。在阴极侧喷射器110内，循环用液体从喷嘴111朝向扩散管112流动。由此，将从氢气排出管线12排出的氢气自吸入口113吸入吸气室114。使循环用液体和氢气在吸气室114中激烈地混合，将混合流体从扩散管112排出。
[0096] 将混合流体从阴极侧混合流体输送管102向阴极侧贮存罐103内喷出。循环用液体(水)和氢气在阴极侧喷射器110内激烈地混合，氢气和循环用液体在阴极侧贮存罐103内分离。由此，在氢气排出管线12中流通的氢气所含有的碱性雾沫(碱性水溶液的雾沫)、颗粒等杂质会向循环用液体转移，使氢气和杂质分离。
[0097] 并且，若在图2所示的阴极侧喷射器110和阴极侧贮存罐103之间设置在内部填充有填充物的填充塔(未图示)，则氢气和阴极侧循环液体的气液接触面积较大，在氢气和阴极侧循环液体通过填充塔时两者的冲撞也较激烈，因此自氢气除去杂质的比例也较大。作为该填充物，能够使用将聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、氟树脂等成型为各种尺寸而成的塑料填充物、金属制线构造填充物等。作为塑料填充物的一个例子，有“テラレット(特拉瑞德环)”(テラレット是日本月岛环境工程株式会社的注册商标)，作为金属制线构造填充物的一个例子，有“ラシヒリングスーパーリンク(超级拉西环)”(ラシヒリングスーパーリンク是RACHIG公司(德国)的注册商标)。
[0098] 该填充塔优选设于阴极侧喷射器110的外部，但也可以设于阴极侧喷射器110的扩散管112的出口112a的内部，或者也可以替代填充塔而仅将填充于填充塔内部的填充物设置在扩散管112的出口112a的内部。
[0099] 利用阴极侧循环泵104使贮存于阴极侧贮存罐103的、含有杂质的循环用液体经由阴极侧循环管105向阴极侧喷射器110循环。在该中途，利用阴极侧换热器107对循环用液体进行冷却或者加热。
[0100] 通过控制从阴极侧贮存罐103向阴极侧喷射器110循环的阴极侧循环用液体的循环速度(流速)和阀V1的开闭，从而对贮存于阴极侧贮存罐103内的氢气进行升压。例如，在开始电解装置的运转时，将阀V1关闭，使气体压缩部件101内成为闭环。若在该状态下提升阴极侧循环用液体的流速，则氢气会以加压状态贮存于阴极侧贮存罐103内。在氢气上升到预定的压力的情况下将阀V1开放并设为稳定运转。
[0101] 越提升阴极侧循环用液体的流速则阴极侧喷射器110的吸引力越增加。其结果，向气体压缩部件101流入的氢气量增加，氢气的压力上升。在本发明中，将氢气最大加压到1MPa(10bar)。例如通过将阴极侧循环用液体的循环速度提升到150m3/h从而将贮存于阴极侧贮存罐103内的氢气加压到0.6MPa(6bar)～1MPa(10bar)。
[0102] 喷射器的功能一般是通过使速度较快的流体在气体和液体中流动从而随着该流动来吸引气体或液体。在本发明中，通过使阴极侧循环用液体向阴极侧喷射器110流动，从而经由氢气排出管线12向阴极侧喷射器110内吸引氢气。在阴极侧喷射器110中，氢气和循环用液体在狭窄的管内激烈地碰撞。
[0103] 在该现象中，由于实现高压，因此作为氢气内的杂质的碱性雾沫会进一步与作为循环用液体的水碰撞，溶解于作为循环用液体的水的概率增大。
[0104] 在本发明中，能够通过控制阴极侧循环用液体从阴极侧贮存罐103向阴极侧喷射器110的循环速度和阀V1的开闭从而控制氢气的压力。由于能利用本发明的气体压缩部件101将氢气最大加压到1MPa(10bar)，因此不需要加压设备。因此，能够简化设备，并且易于维护。
[0105] 在本发明的气体压缩部件101中不必使用大型的压缩机，因此能够大幅度削减设置面积。此外，不需要压缩机的冷却辅机等的设置。由于本发明的阴极侧喷射器110没有驱动部，因此没有振动、噪声、长期运转时的机械损伤，能够长期稳定地使用。其结果，装置的维护费用大幅度降低。
[0106] 相对于此，在以往实施的水洗塔的清洗过程中，对于例如100Nm3/h的氢产生量而言清洗水的供给量为5m3/h。即使从清洗水与应处理的产生氢量之比进行考虑也是，在水洗塔的清洗过程中杂质除去效率较低。此外，在水洗塔的清洗过程中不会进行氢气的加压。
[0107] 将除去了杂质并升压的氢气经由氢气排出管106向电解装置的系统外排出。将排出的氢气在例如贮存于罐之后在其他的用途(燃料电池等)中使用。在制造更高压的氢气的情况下，若使用由本发明的电解装置压缩的氢气，则与从大气压进行升压的情况相比能够削减能量，因此较为有利。
[0108] 通过使循环用液体在气体压缩部件101内循环，从而使碱性雾沫溶解于循环用液体中，循环用液体的pH上升。在气体压缩部件101的系统内设置用于测量循环用液体的pH的部件(在图1中未图示)，使其与阀V2联动。pH测量部件设置于例如阴极侧贮存罐103、循环管105。在循环用液体的pH达到了预定值的情况下使阀V2开放。通过阀V2的开放从而使循环用液体的一部分在阴极侧循环用液体取出管120中流通。
[0109] 也可以是，将阴极侧循环用液体经由循环用液体取出管120向系统外排出。或者也可以是，使阴极侧循环用液体经由阴极侧循环用液体取出管120而在阴极侧的电解液的输送路径和阳极侧的电解液的输送路径中的任一个部位处向电解液添加并将其用作电解液。在例如图1所示的碱性水电解装置中，将从气体压缩部件101排出的阴极侧循环用液体经由阴极侧循环用液体取出管120向循环罐5供给而使其与电解液混合。
[0110] 〔第2实施方式〕
[0111] 图3是本发明的第2实施方式的电解装置的一个例子，是表示作为电解装置的一部分的杂质除去部件的流路图。在本实施方式中也是举例说明碱性水电解装置。
[0112] 第2实施方式的电解装置是在图1所示的第1实施方式的电解装置的阳极气体排出管线19的下游侧还设有杂质除去部件201的例子。杂质除去部件201的结构与气体压缩部件101基本相同。即，杂质除去部件201包括阳极侧喷射器210、阳极侧混合气体输送管202、阳极侧贮存罐203、阳极侧循环泵204、阳极侧循环管205以及阳极气体排出管206。在阳极气体排出管206设置有阀V3(第2阀)。
[0113] 阳极侧喷射器210是与在第1实施方式中说明的阴极侧喷射器101相同的结构。阳极侧喷射器210的喷嘴211连接于阳极侧循环管205。阳极侧喷射器210的吸入口213连接于阳极气体排出管线19。阳极侧喷射器210的扩散管出口借助阳极侧混合流体输送管202连接于阳极侧贮存罐203。
[0114] 并且，在阳极侧喷射器210中也是，若在阳极侧喷射器210和阳极侧贮存罐203之间设置在内部填充有填充物的填充塔(未图示)，则阳极气体和阳极侧循环液体的气液接触面积较大，在阳极气体和阳极侧循环液体通过填充塔时两者的冲撞也较激烈，因此自阳极气体除去杂质的比例也较大。
[0115] 该填充塔优选设于阳极侧喷射器210的外部，但也可以设于阳极侧喷射器210的扩散管的出口的内部，或者也可以替代填充塔而仅将填充于其内部的填充物设置在扩散管的出口的内部。
[0116] 在阳极侧循环管205设置有阳极侧循环泵204和阳极侧换热器207。利用阳极侧循环泵204使阳极侧贮存罐203内的循环用液体(水)经由阳极侧循环管205和喷嘴211向阳极侧喷射器210循环。
[0117] 也可以是，在阳极侧也在阳极侧循环管205连接有阳极侧循环用液体取出管220。也可以将阳极侧循环用液体取出管220构成为利用阳极侧循环用液体取出管220向系统外放出循环用液体。或者也可以构成为，在阴极侧的电解液的输送路径和阳极侧的电解液的输送路径中的任一个部位连接有阳极侧循环用液体取出管220，将循环用液体的一部分向电解液添加。具体地讲，阳极侧循环用液体取出管220能够连接于循环罐5、阴极侧电解液供给管线7、阴极侧电解液排出管线9、阴极侧电解液回收管线11、阳极侧电解液供给管线14、阳极侧电解液排出管线16、阳极侧电解液回收管线18中的任一个部位。在阳极侧循环用液体取出管220设置有第4阀V4和泵221。
[0118] 以下，说明利用图3所示的杂质除去部件进行杂质的除去和阳极气体的压缩的工序。
[0119] 在杂质除去部件201中，通过使阳极侧循环泵204工作从而使循环用液体经由阳极侧混合流体输送管202和阳极侧循环管205进行循环。通过使循环用液体在阳极侧喷射器210内从喷嘴211朝向扩散管流动，从而将在阳极气体排出管线19中流通的阳极气体(氧气)向阳极侧喷射器210内吸入。循环用液体和阳极气体在阳极侧喷射器210内激烈地混合，将混合流体从阳极侧喷射器210排出。
[0120] 从阳极侧混合流体输送管202向阳极侧贮存罐203内喷出混合流体。循环用液体(水)和阳极气体在阳极侧喷射器210内激烈地混合，阳极气体和循环用液体在阳极侧贮存罐203内分离，从而使碱性雾沫、颗粒等杂质向循环用液体转移，使阳极气体和杂质分离。
[0121] 利用阳极侧循环泵204使贮存于阳极侧贮存罐203的循环用液体经由阳极侧循环管205向阳极侧喷射器210循环。
[0122] 在不进行升压地向大气放出阳极气体的情况下，将阀V3设为全开。
[0123] 在对阳极气体进行升压的情况下，通过控制阳极侧循环用液体从阳极侧贮存罐203向阳极侧喷射器210的循环速度(流速)，从而对贮存于阳极侧贮存罐203内的阳极气体进行升压。例如在运转开始时将阀V3关闭从而使杂质除去部件201内成为闭环。若在该状态下提升阳极侧循环用液体的流速，则阳极气体会以加压状态贮存于阳极侧贮存罐203内。在阳极气体上升到预定的压力的情况下，将阀V3开放并设为稳定运转。
[0124] 越提升阳极侧循环用液体的流速则阳极气体的压力越上升。例如通过将阳极侧循环用液体的循环速度设为150m3/h以下，从而能够使通过电解生成的阳极气体成为0.6MPa(6bar)以下的低压。另一方面，通过将阳极侧循环用液体的循环速度设为150m3/h以上，从而能够将通过电解生成的阳极气体加压到0.6MPa(6bar)～1MPa(10bar)。即，本实施方式的杂质除去部件201能够起到与气体压缩部件101相同的效果。
[0125] 通过在杂质除去部件201内使碱性雾沫溶解于循环用液体中，从而使循环用液体的pH上升。在杂质除去部件201的系统内设置用于测量循环用液体的pH的部件(在图3中未图示)并使其与阀V4联动。pH测量部件设置于例如阳极侧贮存罐203、阳极侧循环管205。在循环用液体的pH达到了预定值的情况下使阀V4开放，将循环用液体的一部分从杂质除去部件201经由阳极侧循环用液体取出管220排出。也可以是，将排出的循环用液体经由阳极侧循环用液体取出管220向系统外排出。也可以是，将循环用液体经由循环用液体取出管220而在阴极侧的电解液的输送路径和阳极侧的电解液的输送路径中的任一个部位处向电解液添加并将其用作电解液。例如也可以是，在碱性水电解装置中，设为将阳极侧循环用液体取出管220连接于图1所示的循环罐5的结构，将阳极侧循环用液体向循环罐5供给而与电解液混合。
[0126] 在以上的实施方式中，示出了阳极侧电解液和阴极侧电解液经由循环罐5而进行循环的例子，但也可以是，上述的阳极侧电解液和阴极侧电解液不进行循环而是利用阳极侧电解液回收管线18和阴极侧电解液回收管线11将它们向装置外排出。
[0127] 即，图1和图3示出了碱性水电解装置的一个例子，作为阴极侧电解液和阳极侧电解液共用的电解液，说明了向阴极室2和阳极室3进行循环的例子。但是，本发明也能够应用于不向阴极室2和阳极室3进行电解液的循环的情况。
[0128] 此外，也存在仅设置有阴极侧电解液循环部件和阳极侧电解液循环部件中的任一者的情况。例如也可以是，阴极侧设为设置阴极侧电解液循环部件而使电解液向阴极室2循环的结构，另一方面，阳极侧设为使电解液从阳极侧电解液回收管线不向阳极室3循环而是被排出装置外的结构。
[0129] 并且，本发明除了碱性水电解之外，也能够应用于食盐电解、硫酸电解、盐酸电解、溴酸电解等水溶液电解。在上述的电解中，替代图1所示的循环罐5而设置阴极侧循环罐和阳极侧循环罐。在该情况下也可以是，在阴极侧使阴极侧电解液在阴极侧循环罐和阴极室之间循环，在阳极侧使阳极侧电解液在阳极侧循环罐和阳极室之间循环。
[0130] 此外，与碱性水电解同样，也存在仅设置有阴极侧电解液循环部件和阳极侧电解液循环部件中的任一者的情况。例如也可以是，阴极侧设为设置阴极侧电解液循环部件而使电解液进行循环的结构，另一方面，阳极侧设为将电解液从阳极侧电解液回收管线向装置外排出的结构。
[0131] 在碱性水电解中，由于阴极侧电解液和阳极侧电解液均是碱性水溶液，因此氢气和阳极气体中的杂质会含有碱性雾沫。在其他的电解中，阳极气体中的杂质含有酸性雾沫。特别是，在食盐电解中，由于阳极侧电解液是氯化物水溶液，因此有时会在酸性雾沫中混入有作为固态物的NaCl。即使是除了这样的碱性水电解之外的电解，也能够与上述说明的碱性水电解同样除去气体中的杂质，并且能够对气体进行升压。
[0132] 附图标记说明
[0133] 1、电解槽；2、阴极室；3、阳极室；4、隔膜；5、循环罐；6、电解液；7、阴极侧电解液供给管线；8、循环泵；9、阴极侧电解液排出管线；10、阴极侧气液分离部件；11、阴极侧电解液回收管线；12、氢气排出管线；13、换热器；14、阳极侧电解液供给管线；15、循环泵；16、阳极侧电解液排出管线；17、阳极侧气液分离部件；18、阳极侧电解液回收管线；19、阳极气体排出管线；20、换热器；21、碱性水罐；22、碱性水；23、泵；24、纯水罐；25、纯水；26、泵；101、气体压缩部件；102、阴极侧混合流体输送管；103、阴极侧贮存罐；104、阴极侧循环泵；105、阴极侧循环管；106、氢气排出管；107、阴极侧换热器；110、阴极侧喷射器；111、喷嘴；112、扩散管；112a、扩散管112的出口；113、吸入口；114、吸气室；120、阴极侧循环用液体取出管；121、阴极侧泵；201、杂质除去部件；202、阳极侧混合流体输送管；203、阳极侧贮存罐；204、阳极侧循环泵；205、阳极侧循环管；206、阳极气体排出管；207、阳极侧换热器；210、阳极侧喷射器；211、喷嘴；213、吸入口；220、阳极侧循环用液体取出管；221、阳极侧泵。
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