CN103249871A - 混合气体生成装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混合气体生成装置，其目的是提供一种能够能量效率高地生成CO、H₂的混合气体生成装置。相对于CO、H₂的生成比例（CO/H₂）而言的电解的能量效率特性曲线（10）成为向下凸的曲线。因此，不是以给出CO/H₂＝1/2的运转点（A），而是以运转点（B）和运转点（C）分割进行电解。但是，以各个生成比例的电解之后混合的混合气体的生成比例成为CO/H₂＝1/2的方式分割各电解时间。借此，可以获得在比运转点（A）高的运转点（D）附近的能量效率。

Description

混合气体生成装置

技术领域

本发明涉及混合气体生成装置。更详细地说，通过将水和CO₂电解来生成由H₂、CO构成的混合气体的混合气体生成装置。 

背景技术

石油、煤、天然气等化石燃料被作为生成热、电的原料或运输燃料使用，支撑着现代的能量消费社会。但是，这种化石燃料是会用尽的燃料，其埋藏量是有限的。因此，不言而喻，有必要对化石燃料枯竭的情况做准备。另外，已知，由化石燃料的燃烧产生的CO₂向大气中的排出是地球变暖的一个主要原因。因此，降低CO₂的排放量成为近年来的课题。 

作为解决这些课题的一种方法，研究了以CO₂作为原料的替代燃料。例如，在专利文献1中，公开了以CO₂作为原料制造碳氢化合物系燃料（HC）的系统。该系统配备有电解质槽，所述电解质槽具有由固体氧化物电解质构成的氧离子传导膜、和分别配置在其两面上的阴极和阳极，由利用该电解质槽生成的原料气体合成HC。 

在上述系统中的HC的具体的制造方法如下所述。首先，一边向上述电解质槽供应电和热，一边向上述阴极供应CO₂气、水蒸气，在该阴极上分别生成成为原料气体的一氧化碳（CO）气、氢（H₂）气。其次，从上述电解质槽中回收生成的原料气体，通过在利用费歇尔－特罗普歇反应（FT反应：Fischer－Tropsch反应）的公知的制造装置内进行反应，获得HC。 

现有技术文献 

专利文献 

专利文献1：日本特表2009－506213号公报 

专利文献2：日本特开平09－085044号公报 

专利文献3：日本特开2008－214563号公报 

发明内容

发明所要解决的课题 

根据上述专利文献1的系统，可以同时生成成为HC的原料的CO、H₂。但是，在使电解的实施时间恒定的情况下，投入电解的能量（电力）根据施加到上述阳极和上述阴极之间的电位差而取不同的值。另外，该电位差与CO、H₂的生成比例相关。因此，根据电位差的情况的不同，CO、H₂的发热量发生变化。由于这些因素，存在着由于电解时的电位差而使能量效率（相对于投入能量而言的生成物的发热量。下同）降低的可能性。 

本发明是为了解决上述课题完成的。即，本发明的目的是提供一种混合气体生成装置，所述混合气体生成装置能够能量效率良好地生成CO、H₂。 

解决课题的手段 

为了达到上述目的，第一个发明是一种混合气体生成装置，所述混合气体生成装置将水和二氧化碳电解，以规定混合比生成由氢和一氧化碳构成的混合气体，其特征在于，所述混合气体生成装置配备有： 

至少一个电解槽，所述电解槽在内部备有水和二氧化碳； 

一组电极，所述电极设置在所述电解槽中； 

电位控制机构，所述电位控制机构将包含比实现所述规定混合比的规定电位差大的电位差和比所述规定电位差小的电位差在内的多个电位差施加到所述电极之间。 

另外，第二个发明，在第一个发明中，其特征在于， 

基于将由相对于投入的能量而言的生成物的发热量规定的能量效率与所述多个电位差联系起来的模型，确定所述多个电位差。 

另外，第三个发明，在第二个发明中，其特征在于， 

根据在将所述多个电位差分别施加到所述电极之间的情况下的所 述能量效率的随时间变化的程度，确定将所述多个电位差施加到所述电极之间的顺序。 

另外，第四个发明，在第一至第三个发明中的任何一个发明中，其特征在于， 

所述电解槽在内部备有具有二氧化碳吸收特性的电解液， 

将所述多个电位差施加到所述电极之间的顺序按电位差从大到小的顺序确定。 

另外，第五个发明，在第四个发明中，其特征在于， 

所述混合气体生成装置还配备有pH变更机构，在将所述多个电位差施加到所述电极之间时，所述pH变更机构将所述电解液的pH从碱性侧向酸性侧变更。 

另外，第六个发明，在第一至第五个发明中的任何一个发明中，其特征在于， 

比所述规定电位差小的一侧的各个电位差被设定成比使生成的氢的生成速度成为预定的最低速度的规定电位差大的电位差。 

发明的效果 

根据第一个发明，在以规定混合比生成混合气体时，可以在电极之间施加包含比实现该规定混合比的规定电位差大的电位差和比该规定电位差小的电位差在内的多个电位差。由于CO、H₂的混合比与施加到电极之间的电位差相关，所以，为了实现上述规定混合比，在电极之间施加上述规定电位差即可。但是，在考虑到能量效率的情况下，在施加了上述规定电位差的情况下的能量效率并不一定是最佳的。在这一点上，即使分成上述多个电位差来施加，上述规定混合比也可能达到。另外，通过分成上述多个电位差来施加，与施加上述规定电位差的情况相比，可以实现能够提高能量效率的组合。从而，根据第一个发明，能够能量效率良好地以规定混合比生成CO、H₂。 

根据第二个发明，利用将由相对于投入能量而言的生成物的发热量规定的能量效率与上述多个电位差关联起来的模型，可以容易地确定与施加上述规定电位差的情况相比能够提高能量效率的电位差的组 合。 

如果在上述电极之间施加电位差，则会进行电解，电解槽内的水、CO₂减少，所以，能量效率降低。根据第三个发明，根据分别施加了上述多个电位差的情况下的能量效率的随时间变化的程度，确定施加这些电位差的顺序。因此，例如，可以按照能量效率的减小程度从高到低的顺序，施加这些电位差。从而，可以将能量效率的随时间变化的影响限制在最小限度。 

如果在上述电极之间施加上述多个电位差，则会进行电解，电解槽内的温度上升。如果电解槽内的温度上升，则被电解液吸收的CO₂析出而减少。当CO₂减少时，达到上述规定混合比变得困难。根据第四个发明，将上述多个电位差施加到上述电极之间的顺序按电位差从大到小的顺序确定。如上所述，CO、H₂的混合比与施加到上述电极之间的电位差相关。详细地说，当施加到上述电极之间的电位差变大时，CO的生成量增加。因此，根据第四个发明，如果按电位差从大到小的顺序施加电位差，则能够在CO₂析出而减少之前将CO₂电解。从而，能够很好地抑制由电解槽内的温度上升引起的CO生成量的降低。 

根据第五个发明，能够利用pH变更机构将上述电解槽内的pH从碱性侧向酸性侧变更。从而，在按电位差从大到小的顺序施加电位差时，能够将pH从CO₂难以析出的碱性侧向容易生成H₂的酸性侧变更。从而，能够在碱性侧的pH的条件下很好地抑制CO生成量的降低，并且，能够在酸性侧pH的条件下提高H₂生成速度。 

根据第六个发明，可以将比上述规定电位差小的一侧的各个电位差设定成比生成的H₂的生成速度成为预定的最低速度的规定电位差大的电位差。从而，由于能够确保H₂的生成速度，因而，可以减轻在电解时的作业效率的降低。 

附图说明

图1是表示CO、H₂的生成比例和电解时的能量效率的关系的图。 

图2是以图1的横轴作为CO生成比例的图。 

图3是表示电解时的能量效率随着时间变化的图。 

图4是说明实施方式4的电解的顺序的图。 

图5是用于说明实施方式5中的控制的概要的图。 

图6是相对于CO、H₂的生成比例分别表示CO、H₂的生成速度（mol/min）和能量效率的图。 

具体实施方式

实施方式1. 

[电解装置的结构] 

首先，简单地说明本发明的实施方式1的电解装置的结构。本实施方式的电解装置配备有：内部填满溶解有CO₂的电解液的电解槽；设置于该电解槽的工作极（WE）、对电极（CE）以及参照电极（RE）；能够变更WE相对于RE的电压地构成的稳压器。由于这些结构部件是公知的电解装置的结构部件，所以省略其说明。 

另外，本实施方式的电解装置配备有控制装置，所述控制装置通过控制稳压器而在WE和CE之间流过规定的电流值，将WE相对于RE的电压保持在设定值。在该控制装置的内部存储器中，存储有与利用后面所述的方法确定的运转点相对应的电压的设定值、运转时间等。控制装置根据设定值、运转时间等控制稳压器。 

其次，对于上述电解装置中的电解反应进行说明。当控制稳压器而在WE和CE之间流过电流时，在WE、CE上引起下述公式（1）～（3）的电化学反应。 

WE：CO₂＋2H^＋＋2e^－→CO＋H₂O···（1） 

2H^＋＋2e^－→H₂···（2） 

CE：2H₂O→O₂＋4H^＋＋4e^－···（3） 

如上面的公式（1）、（2）所示，在WE上同时生成CO、H₂。因此，如果回收生成的CO、H₂、使之进行FT反应，就可以制造作为化石燃料的替代燃料的HC。这里，不言而喻，希望从原料阶段高效 率地制造HC。关于这一点，可以看出，如果使CO、H₂的混合比例为CO/H₂＝1/2，则在FT反应时的能量效率高。 

在本实施方式中，考虑到该能量效率，使在WE上同时生成的CO、H₂的生成比例为CO/H₂＝1/2。一般地，为了使CO、H₂的混合比例为CO/H₂＝1/2，有必要从独立地准备的CO和H₂进行比例调整。对此，若利用上述电解装置，则可以在WE上同时生成CO、H₂。因此，如果预先使生成比例为CO/H₂＝1/2，则可以同时进行原料生成和比例调整。如果能够同时进行原料生成和比例调整，则可以将生成的CO、H₂直接投入FT反应。从而，可以从原料阶段能量效率高地制造HC。 

[实施方式1的特征] 

另外，CO、H₂的生成比例在很大程度上依赖于在WE和CE之间流过的电流，即，依赖于WE相对于RE的电压的设定值。因此，为了使生成比例为CO/H₂＝1/2，将该电压设定成恰当的值即可。但是，在同时生成CO、H₂的情况下，与给定CO/H₂＝1/2时的能量效率相比，有时在其它生成比例时的能量效率高。对此，利用图1进行说明。图1是表示CO、H₂的生成比例（＝WE相对于RE的电压）和电解时的能量效率的关系的图示。 

图1的曲线是相对于CO/H₂而言的电解的能量效率特性曲线10。特性曲线10上的A～C分别表示运转点。具体地说，运转点A相当于将CO、H₂的生成比例设定为1/2（将WE相对于RE的电压设定成设定值V_A）进行了电解的情况。另外，运转点B、运转点C分别相当于将CO、H₂的生成比例设定成rb（>1/2）、rc（<1/2）（将WE相对于RE的电压设定成设定值V_B（>V_A）、V_C（<V_A）并进行了电解的情况。 

如图1所示，特性曲线10成为向下凸的曲线。作为其理由之一，可以列举出H₂的发生电位的绝对值为0.11V，比CO的发生电位低。当H₂的发生电位比CO的发生电位低时，在将WE相对于RE的电压设定得低的情况下，由于H₂的生成量相对地变多，所以，CO/H₂变小。 这里，所谓WE相对于RE的电位低，与电解时投入的能量小是同义的。从而，CO/H₂越小，能量效率变得越高。即，当使运转点从运转点A向运转点C的方向滑动时，能量效率变高。 

作为另外一个理由，可以列举出CO的发热量（283kJ/mol）比H₂的发热量（242kJ/mol）大。如上所述，H₂的发生电位比CO的发生电位低。因此，如果将WE相对于RE的电压设定得高，则由于可以增加CO的生成量，所以，CO/H₂变大。这里，由于CO的发热量比H₂的发热量大，所以，如果CO/H₂变大，则生成物的发热量增加。从而，CO/H₂变得越大，能量效率变得越高。即，当使运转点从运转点A向运转点B的方向滑动时，能量效率变高。 

在本实施方式中，鉴于这种特性曲线10的特征，不是以运转点A，而是以运转点B和运转点C分割地进行电解。即，将在设定值V_A进行一定时间的电解，在总时间不变的情况下，由设定值V_B、V_C分担进行电解。但是，各个电解时间以按照各个生成比例的电解之后混合的混合气体的生成比例成为CO/H₂＝1/2的方式进行分割。借此，可以获得比运转点A高的运转点D附近的能量效率。 

下面，对于运转点B、C的具体的确定方法进行说明。为了便于计算，将图1的横轴如图2所示置换成CO相对于生成总量的生成比例（＝CO/（CO＋H₂））。这样，CO/H₂=1/2变成CO/（CO＋H₂）＝1/3。如图2所示，使运转点A、B、C的各个座标为（Ra、ηa）、（Rb、ηb）、（Rc、ηc）。另外，使在运转点A的CO、H₂的总生成量为Ma（摩尔），投入能量为Ea，生成物的发热量为Ha。对于运转点B、C也同样，使CO、H₂的总生成量为Mb、Mc，投入能量为Eb、Ec，生成物的发热量为Hb、Hc。另外，使CO、H₂的单位摩尔的发热量为H_CO、H_H2。 

在运转点A处的能量效率ηa可以用下述公式（4）表示。 

ηa＝Ha/Ea＝{RaMaH_CO＋（1－Ra）MaH_H2}/Ea···（4） 

对于在运转点B的能量效率ηb、在运转点C的能量效率ηc，可以和上述公式（4）同样地表示。 

另外，对于生成物量，存在下述公式（5）、（6）的关系。 

Ma＝Mb＋Mc···（5） 

RaMa＝RbMb＋RcMc···（6） 

通过用上述公式（5）整理上述公式（6），可以推导出下述公式（7）。 

Mb/Mc＝(Ra－Rc)/(Rb–Ra)···（7） 

以运转点B和运转点C分割地进行了电解的情况下的总能量效率ηb＋c，采用上述公式（4）、（5）和Hb＋Hc＝Ha，由下述公式（8）表示。 

ηb＋c＝（Hb＋Hc）/（Eb＋Ec） 

＝（Mb＋Mc）{RaH_CO＋（1－Ra）H_H2}/[Mb/ηb{RbH_CO＋（1－Rb）H_H2}＋Mc/ηc{RcH_CO＋（1－Rc）H_H2}]···（8） 

当将上述公式（8）的上下边除以Mc时，可以推导出下述公式（9）。 

ηb＋c＝（Mb/Mc＋1）{RaH_CO＋（1－Ra）H_H2}/[（1/ηb）（Mb/Mc）{RbH_CO＋（1－Rb）H_H2}＋（1/ηc){RcH_CO+(1-Rc)H_H2}]···（9） 

采用上述公式（7）在上述公式（9）的上下边乘以（Rb－Ra），可以推导出下述公式（10）。 

ηb＋c＝（Rb－Rc）{RaH_CO＋（1－Ra）H_H2}/[{（Ra－Rc）/ηb}{（RbH_CO＋（1－Rb）H_H2}＋{（Rb－Ra）/ηc}{RcH_CO＋（1－Rc）H_H2}]···（10） 

当使上述公式（10）的Ra＝1/3来进行整理时，可以推导出下述公式（11）。 

ηb＋c＝（Rb－Rc）（Hc＋2H_H2）/[{（1－3Rc）/ηb}{RbH_CO＋（1－Rb）H_H2}]＋{（3Rb－1）/ηc}{RcH_CO＋（1－Rc）H_H2}]···（11） 

这里，为H_CO＝283kJ/mol，（CO＋1/2O₂→CO₂+283kJ/mol），H_H2＝242kJ/mol（H₂＋1/2O₂→H₂O+242kJ/mol）。 

从而，如果在实际的电解条件（电解液的种类、WE相对于RE的电压的设定值V_B、V_C等）下，预先取得多个（Rb、ηb）、（Rc、ηc），在上述公式（11）采用这些（Rb、ηb）、（Rc、ηc），可以计算出总能量效率ηb＋c。只要将在这样计算出的总能量效率ηb＋c中的对应于成 为最佳的总能量效率的两个点确定为运转点B、C即可。 

如上所述，根据本实施方式，由于以利用上述方法确定的运转点B和运转点C分割地进行电解，所以，可以获得比运转点A高的运转点D附近的能量效率。从而，可以提高电解时的能量效率。因而，可以提高从电解到FT反应为止的一系列的HC制造时的能量效率。 

另外，在本实施方式中，在运转点B、C进行了电解，但是，也可以在三个点以上的运转点进行电解。在这种情况下，如果各电解时间以在各个运转点进行了电解之后混合的混合气体的生成比例成为CO/H₂=1/2的方式进行分割，则可以提高电解时的能量效率。另外，本变形例，在后面描述的实施方式3～6中，也同样可以应用。 

实施方式2. 

[电解装置的结构] 

其次，对于本发明的实施方式2的电解装置进行说明。本实施方式的电解装置，在设置两个电解槽这一点上，与上述实施方式1的电解装置的结构不同。因此，由于除了这一点之外，各个结构部件和上述实施方式1的基本上相同，所以，省略其说明。 

在上述实施方式1中，利用一个电解槽，在运转点B、C进行了电解。但是，由于不能同时设置运转点B、C，所以，有必要进行在某个时刻将运转点从B切换到C（或者，从C到B）的控制。关于这一点，根据设置两个电解槽的本实施方式，可以在各个电解槽中实施在运转点B的电解和在运转点C的电解。从而，由于不需要运转点的切换控制，所以，可以简单地获得和上述实施方式1基本上同样的效果。 

另外，在本实施方式中，设置两个电解槽，但是，电解槽的数目也可以是三个以上。另外，如在上述实施方式1的变形例中所述，在三个点以上的运转点进行电解的情况下，可以将该运转点数和电解槽数组合起来按各种形式实施电解。例如，在三个运转点进行电解的情况下，也可以设置三个电解槽，对应于三个运转点进行电解。另外，例如，在三个运转点进行电解的情况下，也可以设置两个电解槽，一 个电解槽只实施在运转点C的电解，另一个电解槽，实施从运动点C切换到B的控制。这样，将运转点数和电解槽数组合进行电解，也可以获得和本实施方式同样的效果。 

实施方式3. 

其次，参照图3对本发明的实施方式3进行说明。本实施方式，其特征在于，利用上述实施方式1的结构，根据通过进行电解而造成的能量效率降低的程度，确定电解的顺序。因此，由于各个结构部件和上述实施方式1的结构部件是共通的，所以，省略其说明。 

如在实施方式1中所述，如果控制稳压器，使电流在WE与CE之间流过，则进行上述公式（1）～（3）的反应。如果进行上述公式（1）～（3）的反应，则电解液中的反应物质减少。例如，如果进行上述公式（1）的反应，则电解槽中的CO₂减少，如果进行上述公式（2）的反应，则质子减少。从而，电解槽中的反应物质的浓度随着时间而降低。当反应物质的浓度降低时，为了生成一定量的CO、H₂，有必要投入更多的能量。从而，在电解时的能量效率，随着时间而降低。 

图3是表示电解时的能量效率随时间变化的图示。如果进行电解，则电解液中的CO₂、质子的浓度减少。因此，能量效率随着时间推移而降低，例如，尽管在运转点C₁开始了电解，但是运转点却转移变成在运转点C₂进行电解。同样地，尽管在运转点B₁开始了电解，但是变成在运转点B₂进行电解。由于对于其它运转点也同样转移，所以特性曲线10随着时间的推移变化成特性曲线20。 

这里，在图3中，着眼于能量效率的降低幅度，从运转点B₁到运转点B₂的能量效率的降低幅度（B₁－B₂）和从运转点C₁到运转点C₂的能量效率的降低幅度（C₁－C₂）的关系变成（B₁－B₂）<（C₁－C₂）。因此，在本实施方式中，首先，使WE相对于RE的电压为设定值V_C，经过规定时间之后，变成设定值V_B进行电解。即，使在能量效率降低幅度大的运转点的电解优先。从而，可以获得在运转点C₁的能量效率和在运转点B₂的能量效率。从而，可以将能量效率的随时间的变化的影响限制到最低限度。 

另外，在本实施方式中，使WE相对于RE的电压为设定值V_C，经过规定时间之后，变成设定值V_B进行了电解，但是，也可以调换该顺序。根据电解条件，有时该降低幅度会逆转。在这种情况下，使WE相对于RE的电压为设定值V_B，经过规定时间之后，变为设定值V_B，进行电解。借此，获得基本上和本实施方式同样的效果。 

另外，还考虑根据电解条件，随着时间的推移能量效率提高的情况。在这种情况下，也可以利用和上述同样的方法确定电解的顺序。即，比较随着时间的推移能量效率的变化幅度，如果是降低的幅度，则从降低幅度大的情况开始依次进行电解，如果是增加幅度，则从增加幅度小的情况开始依次进行电解，这样，可以获得基本上同样的效果。 

实施方式4. 

其次，参照图4对于本发明的实施方式4进行说明。本实施方式，其特征在于，采用上述实施方式1的结构，考虑到由于进行电解造成电解液的温度上升来确定电解顺序。因此，由于各个结构部件和上述实施方式1是共通的，所以，省略其说明。 

如上所述，如果使电解后的CO、H₂的混合比例为CO/H₂＝1/2，则FT反应时的能量效率高。但是，由于通过进行电解，电解液的温度上升，所以，溶解到电解液中的CO₂析出，CO₂浓度降低。由于如果CO₂浓度降低，在由上述（1）的反应产生的CO的生成量也降低，所以，CO、H₂的生成比例会变得小于1/2。 

因此，在本实施方式中，首先，实施CO生成主体的电解，之后实施H₂生成主体的电解。图4是说明本实施方式中的电解的顺序的图。图4的运转点B₁是相当于图1的运转点B的运转点。在本实施方式中，首先，将WE相对于RE的电压作为设定值V_B进行电解。借此，在运转点B₁，实施CO生成主体的电解。如实施方式1中所述，如果将WE相对于RE的电压设定得高，则CO的生成量可以相对地多。即，可以实施CO生成主体的电解。接着，在本实施方式中，将WE相对于RE的电压作为设定值V_C进行电解。借此，实施H₂生成主体的电 解。变成H2生成主体的原因如所述实施方式1所述。 

这样，如果在H₂生成主体的电解之前先实施CO生成主体的电解，则在由于电解液的温度的上升引起的CO₂浓度降低之前，可以生成很多CO。从而，可以抑制CO、H₂的生成比例变得比1/2小。 

另外，根据本实施方式，在上述抑制效果的基础上，还可以促进H₂生成主体的电解时的H₂的生成。如果通过进行电解，电解液的温度上升，则质子的移动速度或上述公式（2）的反应速度增加。因此，图4的特性曲线10，随着时间的推移而变化成特性曲线30。从而，与在运转点C₁（相当于图1的运转点C）进行电解的情况相比，可以以短时间生成H₂。即，可以获得运转点C₃附近的能量效率。因而，可以进一步提高电解时的能量效率。 

实施方式5. 

其次，参照图5对于本发明的实施方式5进行说明。本实施方式，其特征在于，在实施方式1的结构上，追加将pH调整剂添加到电解槽中的添加装置，在电解时，控制该添加装置。因此，由于基本的各个结构部件和实施实施方式1是共通的，所以，省略其说明。 

如上述实施方式4所述，由于通过进行电解，电解液的温度上升，所以，溶解到电解液中的CO₂析出，CO₂浓度降低。因此，在本实施方式中，以和上述实施方式4同样的顺序进行电解，并且，控制上述添加装置，与根据电解的进行相应地使pH减少。 

图5是说明本实施方式中的控制的概要用的图。在本实施方式中，和上述实施方式4同样，在H₂生成主体的电解之前先实施CO生成主体的电解。进而，在本实施方式中，在CO生成主体的电解时，控制上述添加装置，以便成为CO₂难以析出的高的pH。从而，可以进一步抑制CO、H₂生成比例变得比1/2小。 

另外，在本实施方式中，在H₂生成主体的电解时，控制上述添加装置,以便成为H₂容易生成的低的pH。因此，图5的特性曲线10随着时间的推移变化成特性曲线40。从而，与在运转点C₁（相当于图1的运转点C）进行电解的情况相比，可以在短时间内生成H₂。即，可 以获得运转点C₄附近的能量效率。因而，可以进一步提高电解时的能量效率。 

实施方式6. 

其次，参照图6，对于本发明的实施方式6进行说明。本实施方式，其特征在于，利用上述实施方式1的结构，考虑到CO、H₂的生成速度来决定运转点B、C。因此，由于各个结构部件和上述实施方式1是共通的，所以，省略其说明。 

如上述实施方式1所述，可以作为利用上述公式（11）等计算出的总能量效率ηb＋c中的对应于成为最佳的总能量效率的两个点来确定运转点B、C，如果在这样确定的运转点B、C进行电解，则可以提高电解时的能量效率。但是，在CO、H₂的生成速度过慢的情况下，由于电解需要长的时间，所以，存在着HC制造的作业效率低的担忧。 

如在上述实施方式4中所述，在比1/2小的运转点侧，即，在运转点C侧，可以实施H₂生成主体的电解。因此，在运转点C侧H₂的生成速度过慢的情况下，由作业效率降低而产生的影响变大。同样地，在比1/2高的运转点侧，即，运转点B侧，可以实施CO生成主体的电解。因此，在运转点B侧CO的生成速度过慢的情况下，作业效率的降低所产生的影响变大。 

因此，在本实施方式中，设定CO、H₂的生成速度的下限值，在生成速度比该下限值快的范围内，决定运转点B、C。图6是相对于CO、H₂的生成比例分别表示CO、H₂的生成速度（mol/min）和能量效率的图。 

图6的特性曲线50表示H₂的生成速度，特性曲线60表示CO的生成速度。如上述实施方式1中所述，CO、H₂的生成比例依存于WE相对于RE的电压。另外，如果将WE相对于RE的电压设定得高，则CO、H₂的生成量同时增加。进而，由于如果它们的生成速度快，则CO、H₂的生成量增加，所以，在CO、H₂的生成速度和生成量之间存在相关性。从而，如图6所示，将CO、H₂的生成比例设定得越高，CO、H₂的生成速度越增加。这里，如图6所示，设定CO、H₂ 的生成速度的下限值。这样，与H₂的生成速度的下限值相对应的运转点变成图6的运转点E。另外，与CO的生成速度的下限值相对应的运转点变成图6的运转点F。 

如前面所述，在比1/2小的运转点侧，可以实施H₂生成主体的电解，在比1/2大的运转点侧，可以实施CO生成主体的电解。从而，在本实施方式中，在与运转点E相比CO/H₂高的范围内决定运转点C，在与运转点F相比CO/H₂高的范围内决定运转点B。因此，能够确保CO、H₂的生成速度。 

以上，根据本实施方式，可以设定H₂、CO的生成速度的下限值，分别确定在满足该下限值的范围内的运转点B、C。从而，可以减轻电解时的作业效率的降低，并且，提高能量效率。 

附图标记说明 

10、20、30、40、50、60 能量特性曲线 。

Claims (6)

1.一种混合气体生成装置，所述混合气体生成装置将水和二氧化碳电解，以规定混合比生成由氢和一氧化碳构成的混合气体，其特征在于，所述混合气体生成装置配备有：

至少一个电解槽，所述电解槽在内部备有水和二氧化碳；

一组电极，所述电极设置在所述电解槽中；

电位控制机构，所述电位控制机构将包含比实现所述规定混合比的规定电位差大的电位差和比所述规定电位差小的电位差在内的多个电位差施加到所述电极之间。

2.如权利要求1所述的混合气体生成装置，其特征在于，基于将由相对于投入的能量而言的生成物的发热量规定的能量效率与所述多个电位差联系起来的模型，确定所述多个电位差。

3.如权利要求2所述的混合气体生成装置，其特征在于，根据在将所述多个电位差分别施加到所述电极之间的情况下的所述能量效率的随时间变化的程度，确定将所述多个电位差施加到所述电极之间的顺序。

4.如权利要求1至3中任何一项所述的混合气体生成装置，其特征在于，

所述电解槽在内部备有具有二氧化碳吸收特性的电解液，

将所述多个电位差施加到所述电极之间的顺序按电位差从大到小的顺序确定。

5.如权利要求4所述的混合气体生成装置，其特征在于，所述混合气体生成装置还配备有pH变更机构，在将所述多个电位差施加到所述电极之间时，所述pH变更机构将所述电解液的pH从碱性侧向酸性侧变更。

6.如权利要求1至5中任何一项所述的混合气体生成装置，其特征在于，比所述规定电位差小的一侧的各个电位差被设定成比使生成的氢的生成速度成为预定的最低速度的规定电位差大的电位差。

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