ES3063124T3

ES3063124T3 - Gas production device and gas production method

Info

Publication number: ES3063124T3
Application number: ES19839842T
Authority: ES
Inventors: Yasuyuki Tanaka; Yoshikazu Kodama; Daisuke Matsunaga
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2026-04-15
Anticipated expiration: 2039-07-18
Also published as: WO2020022190A1; PH12021550131B1; CA3107396A1; TWI777076B; MY203582A; CN112534087A; CN112534087B; US20210262101A1; JPWO2020022190A1; KR20210033952A; EP3831986B1; EP3831986A4; PH12021550131A1; TW202010875A; US11505872B2; KR102664170B1; EP3831986A1; JP6826699B2

Abstract

Este dispositivo de producción de gas está provisto de una celda electrolítica, sistemas de circulación de electrolitos primario y secundario, y un intercambiador de electrolitos. Los sistemas de circulación de electrolitos primario y secundario del dispositivo de producción de gas incluyen: tanques de circulación primario y secundario que reciben y almacenan los electrolitos primario y secundario que han salido de la cámara anódica y de la cámara catódica, respectivamente; y bombas de circulación primaria y secundaria para suministrar los electrolitos primario y secundario a la cámara anódica y a la cámara catódica. El intercambiador de electrolitos transfiere una porción del electrolito primario del sistema de circulación primario al sistema de circulación secundario, y una porción del electrolito secundario del sistema de circulación secundario al sistema de circulación primario. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Dispositivo de producción de gas y método de producción de gas

[0003] CAMPO

[0004] La presente invención se refiere a un método de producción de gas y a un aparato de producción de gas, y en general se refiere a un método de producción de gas y a un aparato de producción de gas preferibles en la electrólisis de agua alcalina en condiciones presurizadas.

[0005] ANTECEDENTES

[0006] El método de electrólisis de agua alcalina se conoce como un método para producir gas hidrógeno y gas oxígeno. En el método de electrólisis de agua alcalina, el agua se electroliza utilizando una solución acuosa básica (agua alcalina) que contiene un hidróxido de metal alcalino disuelto (como por ejemplo NaOH y KOH) como electrolito, con el fin de generar gas hidrógeno en un cátodo y gas oxígeno en un ánodo. Una celda electrolítica para electrólisis de agua alcalina generalmente incluye una cámara de ánodo y una cámara de cátodo separadas por una membrana separadora permeable a iones, y el agua se electroliza a medida que el electrolito circula a través de cada una de las cámaras de ánodo y cátodo. El electrolito recuperado de cada cámara se recolecta y almacena una vez en un depósito de circulación, y el electrolito almacenado en el depósito de circulación se suministra nuevamente a cada cámara.

[0007] Lista de citas

[0008] Literatura de patentes

[0009] Literatura de patentes 1: JP 2017-039982 A

[0010] Literatura de patentes 2: JP 6008482 B2

[0011] Literatura de patentes 3: JP 2017-119895 A

[0012] Literatura de patentes 4: JP 2017-203218 A

[0013] Literatura de patentes 5: JP 2017-179557 A

[0014] La literatura de patentes 6, el documento CN 1129261 A, describe un proceso de producción de hidrógeno electrolítico con circulación de agua de tipo dividido y su aparato. El electrolito que contiene hidrógeno se separa de su electrolito que contiene oxígeno en el curso de la electrólisis, y el electrolito que contiene hidrógeno pasa independientemente a través de su proceso de filtrado y enfriamiento individual, y a continuación se bombea de regreso a la cámara del lado de hidrógeno del baño de electrólisis, y el electrolito que contiene oxígeno pasa independientemente a través de su proceso de filtrado y enfriamiento individual, y a continuación se bombea de regreso a la cámara del lado de oxígeno del baño de electrólisis con el fin de formar su respectivo proceso de circulación. La pureza del gas producido es alta, la pureza del gas hidrógeno es superior al 99,9%, la pureza del gas oxígeno es superior al 99,5% y su consumo de energía es bajo.

[0015] La literatura de patentes 7, el documento US 4294683 A, describe una unidad de electrólisis como por ejemplo una unidad para producir hidrógeno y oxígeno industrialmente mediante la electrólisis de agua bajo presión, que incluye un aparato de regulación de flujo en cada uno de los circuitos que conectan las salidas de anolito y catolito del electrolizador a los desgasificadores, y un aparato de control de flujo que asegura variaciones concomitantes en el flujo de anolito y el flujo de catolito.

[0016] La literatura de patentes, el documento JP S56108889 A, describe una instalación de electrólisis como por ejemplo una instalación destinada a la producción industrial de hidrógeno y oxígeno por electrólisis de agua bajo presión que tiene circuitos de flujo de anolito y catolito separados, está provista de un electrolizador equipado con diafragmas que son permeables a líquidos e impermeables a gases y está provista además de medios, como por ejemplo los dispositivos de control de flujo que permiten que se efectúe una transferencia parcial de electrolito desde cada compartimento de catolito al compartimento de anolito correspondiente, de tal manera que se preserven densidades de electrolito similares para cada uno de los circuitos de flujo de anolito y catolito.

[0017] RESUMEN

[0018] Problema técnico

[0019] Existe un problema de gas disuelto restante en un proceso de producción de gas hidrógeno y gas oxígeno utilizando electrólisis de agua alcalina. Es decir, parte del gas oxígeno generado por la reacción del ánodo permanece disuelto en el electrolito recuperado de la cámara del ánodo, y parte del gas hidrógeno generado por la reacción del cátodo permanece disuelto en el electrolito recuperado de la cámara del cátodo. El electrolito recuperado de la cámara del ánodo y el electrolito recuperado de la cámara del cátodo se mezclan en el depósito de circulación, lo que da como resultado que tanto el gas oxígeno como el gas hidrógeno permanezcan disueltos en el electrolito en el depósito de circulación. El gas oxígeno y el gas hidrógeno que permanecen disueltos en el electrolito en el depósito de circulación se liberan gradualmente a una fase gaseosa, lo que conduce a un aumento gradual de las concentraciones de gas oxígeno y gas hidrógeno en una parte de fase gaseosa en una parte superior del depósito de circulación. Por lo tanto, la composición del gas de la parte de fase gaseosa en la parte superior del depósito de circulación puede alcanzar un límite de inflamabilidad mientras el aparato de electrólisis funciona de forma continua. En particular, en un aparato para electrólisis de agua alcalina a alta presión en condiciones presurizadas, dado que la presión dentro de las cámaras del recipiente de electrólisis y la presión del gas y el electrolito recuperados del recipiente de electrólisis se mantienen más altas que la presión atmosférica, la cantidad de un gas que permanece disuelto en el electrolito aumenta más que a presión atmosférica, lo que hace que el problema de un gas disuelto restante sea significativo.

[0021] Por lo que se refiere a un proceso electrolítico para generar gas hidrógeno, por ejemplo, la Literatura de Patentes 1 describe un aparato electrolítico que comprende: una cámara de ánodo que alberga un ánodo para generar gas anódico; una cámara de cátodo que alberga un cátodo para generar gas hidrógeno; un diafragma que separa la cámara de ánodo y la cámara de cátodo; y una línea de circulación del lado del ánodo que descarga un electrolito de la cámara de ánodo y devuelve el electrolito a la cámara de ánodo, en que la línea de circulación del lado del ánodo incluye: una unidad de separación de gas-líquido del lado del ánodo que separa el gas del ánodo del electrolito; una línea de descarga del lado del ánodo que conecta la cámara de ánodo a la unidad de separación de gas-líquido del lado del ánodo, descarga el electrolito y el gas del ánodo de la cámara de ánodo y alimenta el electrolito y el gas del ánodo a la unidad de separación de gas-líquido del lado del ánodo; y una línea de suministro del lado del ánodo que conecta la cámara del ánodo a la unidad de separación de gas-líquido del lado del ánodo, descarga el electrolito de la unidad de separación de gas-líquido del lado del ánodo y alimenta el electrolito a la cámara del ánodo, en que el aparato electrolítico comprende además una línea de alimentación de gas del ánodo que conecta la unidad de separación de gas-líquido del lado del ánodo a una parte de fase gaseosa en que el gas del ánodo se mezcla con gas hidrógeno derivado del gas hidrógeno disuelto y que existe como fase gaseosa, en que la línea de alimentación de gas del ánodo alimenta al menos parte del gas del ánodo a la parte de fase gaseosa, y la concentración del gas hidrógeno en la parte de fase gaseosa es menor que un valor límite inferior de un límite de explosión. La Literatura de Patentes 1 insiste en que la posibilidad de alcanzar el límite de explosión del hidrógeno mediante la acumulación gradual del gas en una cantidad muy pequeña en la línea de circulación del electrolito en un proceso electrolítico de generación de hidrógeno se puede eliminar con seguridad.

[0023] Sin embargo, la literatura de patentes 1 describe que el gas descargado desde la parte de fase gaseosa de un depósito de circulación se libera fuera del sistema como gas de escape. En la literatura de patentes 1, dado que el gas en la parte de fase gaseosa del depósito de circulación se purga utilizando el gas de ánodo, el gas descargado desde la parte de fase gaseosa del depósito de circulación incluye el gas de cátodo liberado en la parte de fase gaseosa desde el electrolito en el depósito de circulación mezclado con el gas de ánodo suministrado a la parte de fase gaseosa. Por lo tanto, es difícil obtener un gas de ánodo de alta pureza incluso si el gas descargado desde la parte de fase gaseosa del depósito de circulación se recupera en la Literatura de patentes 1.

[0025] También se puede considerar, como medio para resolver dicho problema, recuperar y almacenar el electrolito recuperado de la cámara del ánodo y el electrolito recuperado de la cámara del cátodo en depósitos de circulación separados respectivamente. Es decir, se puede considerar que el electrolito recuperado de la cámara del ánodo se puede recuperar y almacenar en un depósito de circulación del lado del ánodo, y el electrolito almacenado en el depósito de circulación del lado del ánodo se puede suministrar a la cámara del ánodo; y el electrolito recuperado de la cámara del cátodo se puede recuperar y almacenar en un depósito de circulación del lado del cátodo, y el electrolito almacenado en el depósito de circulación del lado del cátodo se puede suministrar a la cámara del cátodo. En un proceso electrolítico de agua alcalina, sin embargo, la reacción del ánodo está representada por

[0028]

[0031] y la reacción del cátodo está representada por

[0034]

[0035] Por lo tanto, en el proceso electrolítico de un agua alcalina, si bien el agua se consume en su totalidad, la reacción del cátodo consume agua por un lado y la reacción del ánodo genera agua por el otro lado, lo que provoca la diferencia en el nivel de líquido entre el depósito de circulación del lado del ánodo y el depósito de circulación del lado del cátodo a medida que avanza la reacción de electrólisis. Dado que la reacción del ánodo consume un ion OH<->y la reacción del cátodo genera un ion OH-, los iones pasan a través de la membrana separadora para moverse de manera que se mantenga la neutralidad de carga entre las cámaras del ánodo y el cátodo. Sin embargo, no todos los iones OH<->generados por la reacción del cátodo se mueven desde la cámara del cátodo a la cámara del ánodo. Es decir, normalmente sólo una parte de los iones OH<->generados por la reacción catódica pasa a través de la membrana separadora para pasar de la cámara de cátodo a la cámara de ánodo, y la carga negativa excesiva en la cámara de cátodo que corresponde al resto de la misma es compensada por un catión (ion Na<+>cuando un soluto en el agua alcalina es NaOH, y ion K<+>cuando un soluto en el agua alcalina es KOH) que pasa a través de la membrana separadora y se mueve de la cámara de ánodo a la cámara de cátodo. Esto provoca la diferencia en la concentración del electrolito entre el depósito de circulación del lado del ánodo y el depósito de circulación del lado del cátodo a medida que avanza la reacción de electrólisis.

[0037] En un proceso de baja presión (presión atmosférica), incluso cuando la línea de circulación del lado del ánodo y la línea de circulación del lado del cátodo están separadas, se dispone además un tubo (tubo de comunicación) que comunica una parte de fase líquida del depósito de circulación del lado del ánodo y una parte de fase líquida del depósito de circulación del lado del cátodo, lo que permite que el agua y los iones se muevan a través del tubo de comunicación de acuerdo con la gravedad y la ley de difusión de modo que se alivian las irregularidades. Esto resuelve automáticamente las diferencias en el nivel de líquido y en la concentración entre el depósito de circulación del lado del ánodo y el depósito de circulación del lado del cátodo, o reduce dichas diferencias a un nivel determinado o por debajo del mismo. En general, sin embargo, la diferencia de presión es dominante en un proceso de electrólisis de alta presión en condiciones presurizadas en comparación con la gravedad. Por lo tanto, cuando la línea de circulación del lado del ánodo y la línea de circulación del lado del cátodo se separan y a continuación el tubo de comunicación se dispone entre la parte de fase líquida del depósito de circulación del lado del ánodo y la parte de fase líquida del depósito de circulación del lado del cátodo tal como se ha descrito anteriormente en el proceso de alta presión, el electrolito se mueve desde el depósito de circulación en un lado de mayor presión al depósito de circulación en un lado de menor presión debido a la diferencia de presión entre la línea de circulación del lado del ánodo y la línea de circulación del lado del cátodo, lo que cambia los niveles de líquido de ambos depósitos de circulación. Esto, en un caso extremo, puede hacer que el electrolito desborde el depósito de circulación en el lado de menor presión, lo que hace necesario detener el funcionamiento del aparato de electrólisis.

[0039] Un objeto de la presente invención es proporcionar un aparato de producción de gas capaz de evitar que la composición del gas en una parte de fase gaseosa de un depósito de circulación alcance un límite de inflamabilidad y capaz de producir de manera estable tanto gas hidrógeno como gas oxígeno a la vez que reduce un efecto negativo de un gas disuelto restante en un electrolito sobre la pureza del gas, incluso en la electrólisis de agua alcalina en condiciones presurizadas. La presente invención también proporciona un método de producción de gas capaz de evitar que la composición del gas en una parte de fase gaseosa de un depósito de circulación alcance un límite de inflamabilidad y capaz de producir de manera estable tanto gas hidrógeno como gas oxígeno a la vez que reduce un efecto negativo de un gas disuelto restante en un electrolito sobre la pureza del gas, incluso en la electrólisis de agua alcalina en condiciones presurizadas.

[0041] Solución al problema

[0043] La invención proporciona un aparato de producción de gas de acuerdo con la reivindicación 1 y un método de producción de gas para producir gas oxígeno y gas hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 6. Se describen formas de realización adicionales en las reivindicaciones dependientes.

[0045] Efectos ventajosos de la invención

[0047] El aparato de producción de gas de acuerdo con la presente invención comprende por separado el primer sistema de circulación de electrolito que suministra el primer electrolito y hace circular el primer electrolito a través de la cámara del ánodo, y el segundo sistema de circulación de electrolito que suministra el segundo electrolito y hace circular el segundo electrolito a través de la cámara del cátodo. De este modo, el aparato de producción de gas de acuerdo con la presente invención es capaz de evitar que las composiciones de gas en las partes de fase gaseosa de los depósitos de circulación alcancen los límites de inflamabilidad y es capaz de producir tanto gas hidrógeno como gas oxígeno, a la vez que reduce un efecto negativo de un gas disuelto restante en el electrolito sobre la pureza del gas, incluso en la electrólisis de agua alcalina en condiciones presurizadas. El aparato de producción de gas de acuerdo con la presente invención comprende además el intercambiador de electrolitos que transfiere parte del primer electrolito existente en el primer sistema de circulación de electrolitos al segundo sistema de circulación de electrolitos por un lado, y transfiere parte del segundo electrolito existente en el segundo sistema de circulación de electrolitos al primer sistema de circulación de electrolitos por otro lado, lo que hace posible resolver o reducir las diferencias en el nivel de líquido y en la concentración entre el depósito de circulación del lado del ánodo y el depósito de circulación del lado del cátodo independientemente de la diferencia de presión entre el primer sistema de circulación de electrolitos y el segundo sistema de circulación de electrolitos. De este modo, el aparato de producción de gas de acuerdo con la presente invención es capaz de producir de forma estable cada gas incluso en electrólisis de agua alcalina en condiciones presurizadas. Por lo tanto, el aparato de producción de gas de acuerdo con la presente invención es capaz de evitar que las composiciones de gas en las partes de la fase gaseosa de los depósitos de circulación alcancen los límites de inflamabilidad, y es capaz de producir de manera estable tanto gas hidrógeno como gas oxígeno, a la vez que reduce un efecto negativo de un gas disuelto restante en el electrolito sobre la pureza del gas, incluso en la electrólisis de agua alcalina en condiciones presurizadas.

[0049] El método de producción de gas de acuerdo con la presente invención comprende los pasos (b) a (g). De este modo, el primer electrolito recuperado de la cámara del ánodo se almacena en el primer depósito de circulación, y el primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación se suministra a la cámara del ánodo por medio de la primera bomba de circulación; y el segundo electrolito recuperado de la cámara del cátodo se almacena en el segundo depósito de circulación, y el segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación se suministra a la cámara del cátodo por medio de la segunda bomba de circulación. Por lo tanto, el método de producción de gas de acuerdo con la presente invención es capaz de evitar que las composiciones de gas en las partes de fase gaseosa de los depósitos de circulación alcancen los límites de inflamabilidad, y es capaz de producir tanto gas hidrógeno como gas oxígeno, a la vez que reduce un efecto negativo de un gas disuelto restante en el electrolito sobre la pureza del gas, incluso en la electrólisis de agua alcalina en condiciones presurizadas. El método de producción de gas de acuerdo con la presente invención comprende además los pasos (h) e (i), lo que permite resolver o reducir las diferencias en el nivel de líquido y en la concentración entre el primer depósito de circulación y el segundo depósito de circulación independientemente de la diferencia de presión entre el sistema de circulación de electrolito en el lado del ánodo y el sistema de circulación de electrolito en el lado del cátodo. De este modo, el método de producción de gas de acuerdo con la presente invención es capaz de producir de forma estable cada gas incluso en electrólisis de agua alcalina en condiciones presurizadas. Por lo tanto, el método de producción de gas de acuerdo con la presente invención es capaz de evitar que las composiciones de gas en las partes de fase gaseosa de los depósitos de circulación alcancen los límites de inflamabilidad, y es capaz de producir de manera estable tanto gas hidrógeno como gas oxígeno, a la vez que reduce un efecto negativo de un gas disuelto restante en el electrolito sobre la pureza del gas, incluso en la electrólisis de agua alcalina en condiciones presurizadas.

[0051] BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0053] La figura 1 es una vista esquemática explicativa de un aparato de producción de gas 100 de acuerdo con una forma de realización de la presente invención;

[0054] La figura 2 es una vista esquemática explicativa de un aparato de producción de gas 200 de acuerdo con otra forma de realización de la presente invención;

[0055] La figura 3 es una vista esquemática explicativa de un aparato de producción de gas 300 de acuerdo con otra forma de realización de la presente invención;

[0056] La figura 4 es una vista esquemática explicativa de un aparato de producción de gas 400 de acuerdo con otra forma de realización de la presente invención;

[0057] La figura 5 es una vista esquemática explicativa de un aparato de producción de gas 500 de acuerdo con otra forma de realización de la presente invención;

[0058] La figura 6 es una vista esquemática explicativa de un aparato de producción de gas 600 de acuerdo con otra forma de realización de la presente invención;

[0059] La figura 7 es una vista esquemática explicativa de un aparato de producción de gas 600' de acuerdo con otra forma de realización de la presente invención;

[0060] La figura 8 es una vista esquemática explicativa de un aparato de producción de gas 700 de acuerdo con otra forma de realización de la presente invención; y

[0061] La figura 9 es una vista esquemática explicativa de un aparato de producción de gas 800 de acuerdo con otra forma de realización de la presente invención.

[0063] DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS FORMAS DE REALIZACIÓN

[0065] Los efectos y ventajas anteriormente mencionados de la presente invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción de las formas de realización. A continuación se describirán las formas de realización de la presente invención con referencia a los dibujos. La presente invención no se limita a estas formas de realización. Las medidas en los dibujos no siempre representan las medidas exactas. Es posible que se omitan algunos signos de referencia en los dibujos. En la presente descripción, la expresión "A a B" relativa a los valores numéricos A y B significará "no menos que A ni más que B" a menos que se especifique lo contrario. En dichaexpresión, si se añade una unidad sólo al valor numérico B, esta unidad se aplicará también al valor numérico A. La palabra "o" significará una suma lógica a menos que se especifique lo contrario. En la presente descripción, la expresión "E<1>y/o E<2>" relativa a los elementos E<1>y E<2>significa "E<1>, o E<2>, o la combinación de los mismos", y la expresión "E<1>, ..., E<N-1>, y/o E<N>" relativa a los elementos E<1>, ..., E<N>(N es un número entero de 3 o más) significa "E<1>, ..., E<N>-<1>, o E<N>, o cualquier combinación de los mismos".

[0066] <1. Aparato de producción de gas (1)>

[0067] La figura 1 es una vista esquemática explicativa de un aparato de producción de gas 100 de acuerdo con una forma de realización de la presente invención. El aparato de producción de gas 100 sirve para producir gas oxígeno y gas hidrógeno mediante electrólisis de agua alcalina utilizando agua alcalina como electrolito. El aparato de producción de gas 100 comprende un recipiente de electrólisis 10, un primer sistema de circulación de electrolito 20, un segundo sistema de circulación de electrolito 30, un sistema de suministro de agua pura 40, un intercambiador de electrolito 50, una primera línea de recuperación de gas 60 y una segunda línea de recuperación de gas 70. En la figura 1, las flechas señalan las direcciones en las que fluyen las sustancias.

[0068] El recipiente de electrólisis 10 comprende una cámara de ánodo 11 que alberga un ánodo para generar gas oxígeno, una cámara de cátodo 12 que alberga un cátodo para generar gas hidrógeno y una membrana separadora permeable a iones 13 que separa la cámara de ánodo 11 y la cámara de cátodo 12. Se puede emplear para el recipiente de electrólisis 10 cualquier recipiente de electrólisis utilizado convencionalmente para aparatos de electrólisis de agua alcalina sin limitaciones particulares.

[0069] El primer sistema de circulación de electrolito 20 comprende un primer depósito de circulación 21 que recibe un primer electrolito que fluye desde la cámara de ánodo 11 para almacenar el primer electrolito en su interior, y una primera bomba de circulación 22 que suministra el primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación 21 a la cámara de ánodo 11. Dentro del primer depósito de circulación 21 están presentes una parte de fase líquida 21a ocupada por el primer electrolito almacenado, y una parte de fase gaseosa 21b que es un espacio sobre la parte de fase líquida 21a. El primer sistema de circulación de electrolito 20 comprende además un tubo 23 que introduce el primer electrolito y el gas del ánodo que fluyen desde la cámara del ánodo 11 al primer depósito de circulación 21, un tubo 24 que guía el primer electrolito desde la parte de fase líquida 21a del primer depósito de circulación 21 a la primera bomba de circulación 22, y un primer tubo 25 que introduce el primer electrolito bombeado desde la primera bomba de circulación 22 a la cámara del ánodo 11.

[0070] Una primera mezcla de gas y líquido que contiene gas se genera en la cámara del ánodo 11, y el primer electrolito fluye desde la cámara del ánodo 11. La primera mezcla de gas y líquido que sale de la cámara de ánodo 11 se introduce en el primer depósito de circulación 21 a través del tubo 23. En el primer depósito de circulación 21, la primera mezcla de gas y líquido se separa en el primer electrolito que estará en la parte de fase líquida 21a, y el gas (primera corriente de gas) que estará en la parte de fase gaseosa 21b, respectivamente (separación gaslíquido).

[0071] El segundo sistema de circulación de electrolito 30 comprende un segundo depósito de circulación 31 que recibe un segundo electrolito que fluye desde la cámara de cátodo 12 para almacenar el segundo electrolito en la misma, y una segunda bomba de circulación 32 que suministra el segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación 31 a la cámara de cátodo 12. Dentro del segundo depósito de circulación 31 están presentes una parte de fase líquida 31a ocupada por el segundo electrolito almacenado, y una parte de fase gaseosa 31b que es un espacio sobre la parte de fase líquida 31a. El segundo sistema de circulación de electrolito 30 comprende además un tubo 33 que introduce el segundo electrolito y el gas de cátodo que fluyen desde la cámara de cátodo 12 al segundo depósito de circulación 31, un tubo 34 que guía el segundo electrolito desde la parte de fase líquida 31a del segundo depósito de circulación 31 a la segunda bomba de circulación 32, y un segundo tubo 35 que introduce el segundo electrolito bombeado desde la segunda bomba de circulación 32 a la cámara de cátodo 12. Una segunda mezcla de gas y líquido que contiene gas se genera en la cámara del cátodo 12, y el segundo electrolito fluye desde la cámara del cátodo 12. La segunda mezcla de gas y líquido que sale de la cámara de cátodo 12 se introduce en el segundo depósito de circulación 31 a través del tubo 33. En el segundo depósito de circulación 31, la segunda mezcla de gas y líquido se separa en el segundo electrolito para estar en la parte de fase líquida 31a, y el gas (segunda corriente de gas) para estar en la parte de fase gaseosa 31b, respectivamente (separación gas-líquido).

[0072] El sistema de suministro de agua pura 40 tiene un depósito de agua pura 41 para almacenar agua pura en el mismo, y una bomba de suministro de agua 42 para bombear el agua pura almacenada en el depósito de agua pura 41 al segundo depósito de circulación 31. El agua pura se bombea por medio de la bomba de suministro de agua 42 desde el depósito de agua pura 41 al segundo depósito de circulación 31, que reemplaza el agua consumida por la reacción de electrólisis del agua en el recipiente de electrólisis 10 con el agua pura.

[0073] El intercambiador de electrolitos 50 comprende un primer transferidor de electrolitos 51 y un segundo transferidor de electrolitos 52. El primer transferidor de electrolito 51 alimenta parte del primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación 21 al segundo depósito de circulación 31. El segundo transferidor de electrolito 52 alimenta parte del segundo electrolito que fluye en el segundo tubo 35 que conecta una salida de la segunda bomba de circulación 32 y una entrada de la cámara de cátodo 12 al primer tubo 25 que conecta una salida de la primera bomba de circulación 22 y una entrada de la cámara de ánodo 11. En una forma de realización, por ejemplo, cualquier bomba conocida, como por ejemplo bombas de desplazamiento positivo y bombas de desplazamiento no positivo, se pueden utilizar como el primer transferidor de electrolito 51 y el segundo transferidor de electrolito 52. Los ejemplos de bombas de desplazamiento positivo incluyen bombas de émbolo, bombas de pistón, bombas de diafragma y bombas de engranajes. Los ejemplos de bombas de desplazamiento no positivo incluyen bombas centrífugas y bombas de turbina. La combinación de una bomba de desplazamiento no positivo con un controlador que controla el caudal es capaz de alimentar el electrolito en una dirección determinada a un caudal determinado incluso cuando se utiliza la bomba de desplazamiento no positivo.

[0075] La cantidad de electrolito transferida por el primer transferidor de electrolito 51 y la cantidad de electrolito transferida por el segundo transferidor de electrolito 52 en el intercambiador de electrolito 50, y la cantidad de agua pura bombeada en el sistema de suministro de agua pura 40 se ajustan de modo que la cantidad (nivel de líquido) y la concentración del primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación 21, y la cantidad (nivel de líquido) y la concentración del segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación 31 se mantengan en un nivel determinado.

[0077] Una condición bajo la cual la cantidad y la concentración del electrolito se encuentran en un estado estable, es decir, una condición bajo la cual la cantidad y la concentración del electrolito en cada uno del primer sistema de circulación de electrolito 20 y el segundo sistema de circulación de electrolito 30 se mantienen a un nivel determinado es que las derivadas de tiempo de la cantidad (volumen) y el contenido de iones OH<->del electrolito en cada uno del primer sistema de circulación de electrolito 20 y el segundo sistema de circulación de electrolito 30 son todas 0, que están representadas por las siguientes cuatro ecuaciones. Se observa que el equilibrio de disociación del agua se ignoró en las ecuaciones como una aproximación, ya que las concentraciones de los electrolitos (agua alcalina) en cada uno del primer sistema de circulación de electrolitos 20 y el segundo sistema de circulación de electrolitos 30 son suficientemente altas. También se ignora la humedad que sale de los sistemas en forma de niebla o vapor de agua en los gases del primer depósito de circulación 21 y del segundo depósito de circulación 31 a través de la primera línea de recuperación de gas 60 y la segunda línea de recuperación de gas 70.

[0080]

[0083] (en las ecuaciones,

[0085] V<1>: cantidad de electrolito en el primer sistema de circulación de electrolito 20 [L];

[0086] V<2>: cantidad de electrolito en el segundo sistema de circulación de electrolito 30 [L];

[0087] N<1>: contenido de iones OH<->del primer sistema de circulación de electrolitos 20 [mol];

[0088] N<2>: contenido de iones OH<->del segundo sistema de circulación de electrolitos 30 [mol]; w<c1>: consumo de agua por unidad de tiempo en la cámara de ánodo [L/s] (número negativo si se genera agua);

[0089] w<c2>: consumo de agua por unidad de tiempo en la cámara de cátodo [L/s];

[0090] w<s2>: suministro de agua al segundo depósito de circulación 31 por el sistema de suministro de agua pura 40 por unidad de tiempo [L/s];

[0091] n<f1>: cantidad de generación de iones OH<->por unidad de tiempo en la cámara del ánodo [mol/s] (número negativo si se consume un ion OH-);

[0092] n<f2>: cantidad de generación de iones OH<->por unidad de tiempo en la cámara de cátodo [mol/s]; n<p21>: cantidad de un ion OH<->que pasa a través de la membrana separadora 13 y se mueve desde la cámara de cátodo 12 a la cámara de ánodo 11 por unidad de tiempo [mol/s];

[0093] v<12>: cantidad de electrolito transferido desde el primer sistema de circulación de electrolito 20 al segundo sistema de circulación de electrolito 30 por el intercambiador de electrolito 50 por unidad de tiempo [L/s]; y

[0094] v<21>: cantidad de electrolito transferido desde el segundo sistema de circulación de electrolito 30 al primer sistema de circulación de electrolito 20 por el intercambiador de electrolito 50 por unidad de tiempo [L/s].

[0095] En el aparato de producción de gas 100, v<12>significa lo mismo que la cantidad de electrolito transferido por el primer transferidor de electrolito 51, y v<21>significa lo mismo que la cantidad de electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 52.

[0096] Se resuelven las ecuaciones (3) a (6). En primer lugar,

[0099]

[0102] se obtiene a partir de la ecuación (3) la ecuación (4). Es decir, el suministro de agua por parte del sistema de suministro de agua pura 40 sólo tiene que ser igual al consumo de agua en el recipiente de electrólisis 10. A continuación,

[0105]

[0108] se obtiene a partir de la ecuación (4) - la ecuación (3).

[0111]

[0114] se obtiene a partir de la ecuación (5) la ecuación (6). Esto siempre se cumple (ver las ecuaciones (1) y (2)).

[0117]

[0119] se obtiene a partir de la ecuación (6) - la ecuación (5). Dado que n<f1>= -n<f2>sobre la base de la ecuación (9),

[0122]

[0125] Si todos los iones OH<->generados en la cámara de cátodo 12 pasaran a través de la membrana separadora 13 para moverse a la cámara de ánodo 11, n<p21>sería igual a n<f2>. En realidad, sin embargo, los iones OH<->no hacen lo descrito anteriormente y, por lo tanto, 0 < n<p21>< n<f2>. Por lo tanto, n<p21>se puede representar como:

[0128]

[0131] utilizando un número adimensional α (0 < α < 1. En adelante, esto puede denominarse " permeabilidad de OH<->α"). A partir de la ecuación (10),

[0132]

[0135] se obtiene eliminando v<21>utilizando la ecuación (8).

[0137] A partir de la ecuación (8),

[0140]

[0143] Aquí, n<f2>, w<c1>y w<c2>se pueden representar como:

[0145]

[0148] utilizando la cantidad n<e>de electrones involucrados en la reacción del cátodo por unidad de tiempo [mol/s]. Se observa que la densidad del agua a la temperatura del electrolito durante el funcionamiento del aparato de producción de gas 100 se consideró 1000 g/L en las ecuaciones como una aproximación. Sustituyendo las ecuaciones (14) a (16) en las ecuaciones (12), (13), (7) y (8), se obtiene

[0151]

[0154] y

[0155]

[0158] Los lados izquierdos de las ecuaciones (12') y (13') (v<12>y v<21>) toman números positivos, y los numeradores en los lados derechos de las mismas son siempre números positivos. Por tanto, C<2>> C<1>se cumple en los denominadores de los lados derechos de los mismos. Es decir, en el estado estable, la concentración C<2>del electrolito en el segundo sistema de circulación de electrolito 30 (es decir, la concentración del segundo electrolito) se mantiene más alta que la concentración C<1>del electrolito en el primer sistema de circulación de electrolito 20 en su conjunto (es decir, la concentración del primer electrolito).

[0160] Se entiende a partir de las ecuaciones (12') y (13') que cuanto mayores sean las cantidades v<12>y v<21>de los electrolitos transferidos por el intercambiador de electrolitos 50, menor será la diferencia de concentración C<2>- C<1>entre el primer electrolito y el segundo electrolito en el estado estacionario. Es decir, los límites inferiores de las cantidades v<12>y v<21>de los electrolitos transferidos por los transferidores de electrolitos primero y segundo 51 y 52 con respecto a un límite superior deseado de la diferencia de concentración C<2>- C<1>se pueden calcular a partir de las ecuaciones (12') y (13') respectivamente. Como ejemplo simple, asumiendo que n<e>= 1 mol/s, α = 0,5, C<2>= 10 mol/L y C<1>= 9,9 mol/L: v<12>= 5,9 L/s: v<21>= 5,891 L/s y w<s2>= 9 mL/s se calculan a partir de las ecuaciones (12'), (13') y (7'), si bien v<12>y v<21>no están limitados a los valores numéricos específicos. En realidad, el valor de la permeabilidad de OH<->α no está determinado solamente por la membrana separadora, sino que también depende de la estructura del recipiente de electrólisis, la concentración y el suministro del electrolito suministrado a cada cámara y las condiciones de operación como por ejemplo el valor de la corriente electrolítica en la electrólisis, la temperatura del electrolito y la diferencia de presión entre las cámaras. El valor de la permeabilidad α de OH-necesario para el cálculo de las cantidades v<12>y v<21>se puede estimar, por ejemplo, haciendo fluir el electrolito a través de un aparato real del recipiente de electrólisis en las mismas condiciones que las condiciones de operación planificadas excepto que el intercambiador de electrolito 50 no se opera, y midiendo la diferencia en la concentración del electrolito entre el lado de salida de la cámara del ánodo 11 y el lado de salida de la cámara del cátodo 12.

[0162] El valor de w<s2>calculado a partir de la ecuación (7') solo tiene en cuenta el agua consumida por la reacción de electrólisis. De hecho, el agua también sale del sistema en forma de niebla o vapor de agua en los gases recuperados de las primeras y segundas líneas de recuperación de gas 60 y 70. En una forma de realización, por ejemplo, el suministro del electrolito bombeado por la bomba de suministro de agua 42 del sistema de suministro de agua pura 40 puede ser una suma de w<s2>y la cantidad de dicha agua que sale del sistema junto con corrientes de gas.

[0164] El suministro v<1>del electrolito a la cámara del ánodo 11 [L/s], y el suministro v<2>del electrolito a la cámara del cátodo 12 [L/s] se representan como:

[0166]

[0169] respectivamente, utilizando la cantidad v<p1>del electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 [L/s], la cantidad v<p2>del electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32 [L/s], y la cantidad v<21>del electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 52 [L/s]. Los suministros v<1>y v<2>de los electrolitos a la cámara del ánodo 11 y a la cámara del cátodo 12 son preferiblemente casi iguales entre sí. En concreto, las cantidades v<p1>, v<p2>y v<21>de los electrolitos bombeados por la primera bomba de circulación 22, la segunda bomba de circulación 32 y el segundo transferidor de electrolitos 52 se controlan preferiblemente de modo que la relación v<2>/v<1>sea de 0,80 a 1,20, y más preferiblemente de 0,90 a 1,10. La relación v<2>/v<1>dentro del intervalo anterior estabiliza la diferencia en la concentración del electrolito entre la cámara del ánodo 11 y la cámara del cátodo 12 después de la electrólisis, lo que facilita la estabilización del voltaje de electrólisis del recipiente de electrólisis 10.

[0170] Las relaciones v<21>/v<p1>y v<21>/v<p2>de la cantidad v<21>del electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 52, en relación con la cantidad v<p1>del electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 y en relación con la cantidad v<p2>del electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32 son cada una de ellas preferiblemente no menos de 0,001, y más preferiblemente de no menos de 0,003; y en una forma de realización, son cada una no más de 0,03, y preferiblemente no más de 0,01. Las relaciones de la cantidad de electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 52, en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 y en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32 cada una igual o superior al límite inferior anterior pueden reducir aún más la diferencia entre la concentración del electrolito en el primer sistema de circulación de electrolito 20 y la concentración del electrolito en el segundo sistema de circulación de electrolito 30, lo que hace que resulte fácil mantener la concentración del electrolito suministrado a la cámara del ánodo 11 y la concentración del electrolito suministrado a la cámara del cátodo 12 dentro de un intervalo tal que la eficiencia energética es alta. Las relaciones entre la cantidad de electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 52, en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 y en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32, cada una igual o inferior al límite superior anterior, pueden reducir un gas de oxígeno disuelto restante que se une al electrolito desde el primer sistema de circulación de electrolito 20 en relación con el segundo sistema de circulación de electrolito 30, y un gas de hidrógeno disuelto restante que se une al electrolito desde el segundo sistema de circulación de electrolito 30 en relación con primer sistema de circulación de electrolito 20, lo que puede reducir el gas hidrógeno liberado de la parte de fase líquida 21a a la parte de fase gaseosa 21b del primer depósito de circulación 21 con el fin de mejorar todavía más la pureza del gas oxígeno recuperado de la primera línea de recuperación de gas 60, y puede reducir el gas oxígeno liberado de la parte de fase líquida 31a a la parte de fase gaseosa 31b del segundo depósito de circulación 31 con el fin de mejorar aún más la pureza del gas hidrógeno recuperado de la segunda línea de recuperación de gas.70.

[0172] La cantidad del primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación 21, en relación con la capacidad total del primer depósito de circulación 21, se mantiene preferiblemente dentro del intervalo de 1 y 99 % en vol., y más preferiblemente dentro del intervalo de 30 y 70 % en vol. Asimismo, la cantidad del segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación 31, hasta la capacidad total del segundo depósito de circulación 31, se mantiene preferiblemente dentro del intervalo de 1 y 99% en vol., y más preferiblemente dentro del intervalo de 30 y 70% en vol. La cantidad de electrolito almacenada en cada uno de los depósitos de circulación 21 y 31 dentro del intervalo anteriormente mencionado permite operar de manera más estable el aparato de producción de gas 100.

[0174] El gas oxígeno se recupera de la primera línea de recuperación de gas 60. La primera línea de recuperación de gas 60 comprende una primera válvula reguladora de presión 61, un tubo 62 que guía la primera corriente de gas que fluye fuera de la cámara de ánodo 11 desde la parte de fase gaseosa 21b del primer depósito de circulación 21 hasta el lado primario (lado de entrada) de la primera válvula reguladora de presión 61, y un manómetro 63 dispuesto en el medio del tubo 62 y que monitorea la presión de la primera corriente de gas que fluye en el tubo 62. La primera válvula reguladora de presión 61 regula la presión de la primera corriente de gas a un valor predeterminado. Es decir, la primera válvula reguladora de presión 61 regula la presión del gas en un área definida por la salida de la cámara de ánodo 11 y el lado primario de la primera válvula reguladora de presión 61, incluyendo el primer depósito de circulación 21 a un valor predeterminado. Como primera válvula reguladora de presión 61, se puede utilizar sin limitaciones cualquier válvula reguladora conocida capaz de regular la presión en el lado primario a un valor predeterminado, y preferiblemente se puede utilizar una válvula solenoide o una válvula operada por aire para mantener un valor predeterminado de la presión en el lado primario. La primera válvula reguladora de presión 61, que es una válvula solenoide o una válvula operada por aire, no deja que el gas fluya hacia el lado secundario (lado de salida) hasta que la presión en el lado primario alcanza un valor establecido, y deja que el gas fluya hacia el lado secundario de modo que la presión en el lado primario no supere el valor establecido si el gas se almacena en la parte de fase gaseosa 21b y la presión en el lado primario alcanza el valor establecido. La primera línea de recuperación de gas 60 que comprende la primera válvula reguladora de presión 61 mantiene un valor predeterminado de la presión en el primer sistema de circulación de electrolito 20 que comprende la cámara de ánodo 11, el primer depósito de circulación 21 y la primera bomba de circulación 22.

[0176] El gas hidrógeno se recupera de la segunda línea de recuperación de gas 70. La segunda línea de recuperación de gas 70 comprende una segunda válvula reguladora de presión 71, un tubo 72 que guía la segunda corriente de gas que fluye fuera de la cámara de cátodo 12 desde la parte de fase gaseosa 31b del segundo depósito de circulación 31 hasta el lado primario (lado de entrada) de la segunda válvula reguladora de presión 71, y un manómetro 73 dispuesto en el medio del tubo 72 y que monitorea la presión de la segunda corriente de gas que fluye en el tubo 72. La segunda válvula reguladora de presión 71 regula la presión de la segunda corriente de gas a un valor predeterminado. Es decir, la válvula reguladora de presión 71 regula la presión del gas en un área definida por la salida de la cámara de cátodo 12 y el lado primario de la segunda válvula reguladora de presión 71, incluyendo el segundo depósito de circulación 31 a un valor predeterminado. Como segunda válvula reguladora de presión 71, se puede utilizar cualquier válvula reguladora conocida capaz de regular la presión en el lado primario a un valor predeterminado sin ninguna limitación, y se puede utilizar preferentemente una válvula solenoide o una válvula operada por aire para mantener un valor predeterminado de la presión en el lado primario.

[0177] La segunda válvula reguladora de presión 71, que es una válvula solenoide o una válvula operada por aire, no deja que el gas fluya hacia el lado secundario (lado de salida) hasta que la presión en el lado primario alcance un valor establecido, y deja que el gas fluya hacia el lado secundario de modo que la presión en el lado primario no supere el valor establecido si el gas se almacena en la parte de fase gaseosa 31b y la presión en el lado primario alcanza el valor establecido. La segunda línea de recuperación de gas 70 que comprende la segunda válvula reguladora de presión 71 mantiene un valor predeterminado de la presión en el segundo sistema de circulación de electrolito 30 que comprende la cámara de cátodo 12, el segundo depósito de circulación 31 y la segunda bomba de circulación 32.

[0178] En una forma de realización, la presión dentro de la cámara de ánodo 11 y la presión dentro de la cámara de cátodo 12, o ambas, se mantienen preferiblemente por encima de la presión atmosférica en al menos 20 kPa. Por ejemplo, la presión de la primera corriente de gas en el lado de aguas arriba (lado primario) de la primera válvula reguladora de presión 61 y la presión de la segunda corriente de gas en el lado de aguas arriba (lado primario) de la segunda válvula reguladora de presión 71 pueden mantenerse, por ejemplo, entre 950 y 200 kPa, preferiblemente entre 900 y 400 kPa. Mantener los límites inferiores o superiores mencionados de la presión de la primera corriente de gas en el lado de aguas arriba de la primera válvula reguladora de presión 61 y de la segunda corriente de gas en el lado de aguas arriba de la segunda válvula reguladora de presión 71 generalmente hace que el problema de un gas disuelto remanente se muestre fácilmente, y como resultado, el efecto de la presente invención se vuelve significativo. Es decir, el aparato de producción de gas y el método de producción de gas de acuerdo con la presente invención son capaces de evitar que la composición del gas en las partes de fase gaseosa de los depósitos de circulación alcancen límites de inflamabilidad y son capaces de producir tanto gas hidrógeno como gas oxígeno, a la vez que reducen un efecto negativo de un gas disuelto restante en el electrolito sobre la pureza del gas, incluso en la electrólisis de agua alcalina bajo dichas condiciones presurizadas. La presión de la primera corriente de gas en el lado de aguas arriba de la primera válvula reguladora de presión 61, y la presión de la segunda corriente de gas en el lado de aguas arriba de la segunda válvula reguladora de presión 71 en los límites superiores anteriores o por debajo de ellos hacen que la regulación de la presión sea fácil, y hacen que sea fácil seleccionar elementos para constituir el recipiente de electrólisis 10.

[0179] <2. Método de producción de gas (1)>

[0180] El funcionamiento del aparato de producción de gas 100 y un método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 100 se describirán con mayor detalle con referencia a la Fig.1.

[0181] Se aplica una corriente eléctrica entre el ánodo alojado en la cámara del ánodo 11 y el cátodo alojado en la cámara del cátodo 12 del recipiente de electrólisis 10 mientras el primer electrolito se suministra a la cámara del ánodo 11 y el segundo electrolito se suministra a la cámara del cátodo 12 respectivamente, con el fin de generar gas oxígeno del ánodo en la cámara del ánodo 11 y gas hidrógeno del cátodo en la cámara del cátodo 12 respectivamente (paso (a)).

[0182] La primera corriente de gas que comprende el gas oxígeno generado en la cámara del ánodo 11 y el primer electrolito se recuperan de la cámara del ánodo 11 (paso (b)). La primera corriente de gas y el primer electrolito se recuperan como una mezcla de gas y líquido de la cámara de ánodo 11 a través del tubo 23, se introducen en el primer depósito de circulación 21 y se someten a una separación de gas y líquido en el primer depósito de circulación 21. El primer electrolito recuperado de la cámara de ánodo 11 al primer depósito de circulación 21 y sometido a separación gas-líquido se almacena en el primer depósito de circulación 21 (paso (d)). El primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación 21 se bombea a la cámara de ánodo 11 por medio de la primera bomba de circulación 22 (paso (f)).

[0183] La segunda corriente de gas que comprende el gas hidrógeno generado en la cámara de cátodo 12 y el segundo electrolito se recuperan de la cámara de cátodo 12 (paso (c)). La segunda corriente de gas y el segundo electrolito se recuperan como una mezcla de gas y líquido de la cámara de cátodo 12 a través del tubo 33, se introducen en el segundo depósito de circulación 31 y se someten a una separación de gas y líquido en el segundo depósito de circulación 31. El segundo electrolito recuperado de la cámara de cátodo 12 al segundo depósito de circulación 31 y sometido a separación gas-líquido se almacena en el segundo depósito de circulación 31 (paso (e)). El segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación 31 se bombea a la cámara de cátodo 12 por medio de la segunda bomba de circulación 32 (paso (g)).

[0184] El primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación 21 se transfiere parcialmente al segundo depósito de circulación 31 por medio del primer transferidor de electrolito 51. Esto da como resultado que parte del primer electrolito se introduzca en el segundo electrolito (paso (h)). El segundo electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32 es ramificado por el segundo transferidor de electrolito 52, y de esta manera una parte del mismo se une al primer electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22. Esto da como resultado que la parte del segundo electrolito se introduzca en el primer electrolito (paso (i)).

[0185] La primera corriente de gas recuperada de la cámara de ánodo 11 se extrae de la parte de fase gaseosa 21b del primer depósito de circulación 21 a través de la primera línea de recuperación de gas 60. La presión de la primera corriente de gas se regula por medio de la primera válvula reguladora de presión 61 dispuesta en una trayectoria de flujo de la primera corriente de gas (primera línea de recuperación de gas 60) a un valor predeterminado (paso (j)). La segunda corriente de gas recuperada de la cámara de cátodo 12 se extrae de la parte de fase gaseosa 31b del segundo depósito de circulación 31 a través de la segunda línea de recuperación de gas 70. La presión de la segunda corriente de gas se regula por medio de la segunda válvula reguladora de presión 71 dispuesta en una trayectoria de flujo de la segunda corriente de gas (segunda línea de recuperación de gas 70) a un valor predeterminado (paso (k)).

[0187] Los pasos (a) a (k) se llevan a cabo continuamente al mismo tiempo, lo que da como resultado la producción de gas oxígeno y gas hidrógeno. El sistema de suministro de agua pura 40 repone el agua consumida mediante electrólisis.

[0189] En el aparato de producción de gas 100, el primer electrolito que circula a través de y se suministra a la cámara del ánodo 11, y el segundo electrolito que circula a través de y se suministra a la cámara del cátodo 12 se almacenan por separado en el primer depósito de circulación 21 y el segundo depósito de circulación 31 respectivamente. El primer electrolito y el segundo electrolito se intercambian parcialmente por medio del intercambiador de electrolitos 50, lo que alivia el desequilibrio en la cantidad y la concentración del electrolito entre el lado del ánodo y el lado del cátodo que es causado por la electrólisis. El componente principal del gas disuelto restante en el primer electrolito es gas oxígeno, y el componente principal del gas disuelto restante en el segundo electrolito es gas hidrógeno. El intercambiador de electrolitos 50 funciona para llevar parte del gas de oxígeno disuelto restante en el primer electrolito al segundo electrolito, y para llevar parte del gas hidrógeno disuelto restante en el segundo electrolito al primer electrolito. Dado que el primer electrolito y el segundo electrolito son intercambiados solo parcialmente por el intercambiador de electrolitos 50, el gas oxígeno sigue siendo el componente principal del gas disuelto restante en el primer electrolito y el gas hidrógeno sigue siendo el componente principal del gas disuelto restante en el segundo electrolito, incluso si continúa el funcionamiento del aparato de producción de gas 100. De esta manera, la influencia del funcionamiento del intercambiador de electrolitos 50 sobre la pureza del gas oxígeno extraído de la primera línea de recuperación de gas 60 y sobre la pureza del gas hidrógeno extraído de la segunda línea de recuperación de gas 70 es menor.

[0191] <3. Aparato de producción de gas (2)>

[0193] En lo que se ha mencionado hasta este punto sobre la presente invención, el aparato de producción de gas 100 que comprende el intercambiador de electrolitos 50 que incluye el primer transferidor de electrolitos 51 que transfiere parte del primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación 21 al segundo depósito de circulación 31, y el segundo transferidor de electrolitos 52 que transfiere parte del segundo electrolito que fluye en el segundo tubo 35 que conecta la salida de la segunda bomba de circulación 32 y la entrada de la cámara de cátodo 12, al primer tubo 25 que conecta la salida de la primera bomba de circulación 22 y la entrada de la cámara de ánodo 11; y el método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 100 se han descrito como ejemplos. Alternativamente, el aparato de producción de gas comprende un intercambiador de electrolitos que incluye un primer transferidor de electrolitos que transfiere parte del segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación 31 al primer depósito de circulación 21, y un segundo transferidor de electrolitos que transfiere parte del primer electrolito que fluye en el primer tubo 25 que conecta la salida de la primera bomba de circulación 22 y la entrada de la cámara del ánodo 11, al segundo tubo 35 que conecta la salida de la segunda bomba de circulación 32 y la entrada de la cámara del cátodo 12; y el método de producción de gas puede utilizar un aparato de producción de gas de este tipo.

[0195] La Figura 2 es una vista esquemática explicativa de un aparato de producción de gas 200 de acuerdo con dicha otra forma de realización. En la Fig.2, a los componentes ya mostrados en la Fig.1 se les asignan los mismos signos de referencia que en la Fig.1, y se puede omitir su descripción. El aparato de producción de gas 200 es diferente del aparato de producción de gas 100 en que el aparato de producción de gas 200 comprende un intercambiador de electrolitos 250 en lugar del intercambiador de electrolitos 50. El intercambiador de electrolitos 250 es diferente del intercambiador de electrolitos 50 en que el intercambiador de electrolitos 250 comprende un primer transferidor de electrolitos 251 en lugar del primer transferidor de electrolitos 51, y un segundo transferidor de electrolitos 252 en lugar del segundo transferidor de electrolitos 52. El primer transferidor de electrolito 251 es diferente del primer transferidor de electrolito 51 en que el primer transferidor de electrolito 251 transfiere parte del segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación 31 al primer depósito de circulación 21. El segundo transferidor de electrolito 252 es diferente del segundo transferidor de electrolito 52 en que el segundo transferidor de electrolito 252 transfiere parte del primer electrolito que fluye en el primer tubo 25 que conecta la salida de la primera bomba de circulación 22 y la entrada de la cámara del ánodo 11, al segundo tubo 35 que conecta la salida de la segunda bomba de circulación 32 y la entrada de la cámara del cátodo 12. En una forma de realización, por ejemplo, cualquier bomba conocida, como por ejemplo bombas de desplazamiento positivo y bombas de desplazamiento no positivo, se pueden utilizar como el primer transferidor de electrolito 251 y el segundo transferidor de electrolito 252. Los ejemplos de bombas de desplazamiento positivo incluyen bombas de émbolo, bombas de pistón, bombas de diafragma y bombas de engranajes. Los ejemplos de bombas de desplazamiento no positivo incluyen bombas centrífugas y bombas de turbina. La combinación de una bomba de desplazamiento no positivo con un controlador que controla el caudal es capaz de alimentar el electrolito en una dirección determinada a un caudal determinado incluso cuando se utiliza la bomba de desplazamiento no positivo.

[0196] Una condición bajo la cual la cantidad y la concentración del electrolito están en un estado estable en el aparato de producción de gas 200 se puede considerar de la misma manera que en el aparato de producción de gas 100, y se representa por medio de las ecuaciones (3) a (6):

[0198]

[0201] En el aparato de producción de gas 200, v<12>significa lo mismo que la cantidad de electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 252, y v<21>significa lo mismo que la cantidad de electrolito transferido por el primer transferidor de electrolito 251. Las ecuaciones (3) a (6) se pueden resolver de la misma manera que las anteriores, y

[0203]

[0206] se obtienen igual que las anteriores. Es decir, al igual que en el aparato de producción de gas 100, en estado estable, la concentración C<2>del electrolito en el segundo sistema de circulación de electrolito 30 (es decir, la concentración del segundo electrolito) se mantiene más alta que la concentración C<1>del electrolito en el primer sistema de circulación de electrolito 20 en su conjunto (es decir, la concentración del primer electrolito). Cuanto mayores sean las cantidades v<12>y v<21>de los electrolitos transferidos desde el intercambiador de electrolitos 250, menor será la diferencia de concentración C<2>- C<1>entre el primer electrolito y el segundo electrolito en el estado estable.

[0207] En el aparato de producción de gas 200, el suministro v<1>del electrolito a la cámara del ánodo 11 [L/s], y el suministro v<2>del electrolito a la cámara del cátodo 12 [L/s] están representados por medio de

[0209]

[0212] respectivamente, utilizando la cantidad v<p1>del electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 [L/s], la cantidad v<p2>del electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32 [L/s], y la cantidad v<12>del electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 252 [L/s]. Los suministros v<1>y v<2>de los electrolitos a la cámara del ánodo 11 y a la cámara del cátodo 12 son preferiblemente prácticamente iguales entre sí. Específicamente, las cantidades v<p1>, v<p2>y v<12>de los electrolitos bombeados por la primera bomba de circulación 22, la segunda bomba de circulación 32 y el segundo transferidor de electrolitos 252 se controlan preferiblemente de manera que la relación v<2>/v<1>sea de 0,80 a 1,20, y más preferiblemente de 0,90 a 1,10. La relación v<2>/v<1>dentro del intervalo anterior estabiliza la diferencia en la concentración del electrolito entre la cámara del ánodo 11 y la cámara del cátodo 12 después de la electrólisis, lo que facilita la estabilización del voltaje de electrólisis del recipiente de electrólisis 10.

[0214] En el aparato de producción de gas 200, las relaciones v<12>/v<p1>y v<12>/v<p2>de la cantidad v<12>del electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 252, en relación con la cantidad v<p1>del electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 y a la cantidad v<p2>del electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32 son cada una preferiblemente de no menos de 0,001, y más preferiblemente de no menos de 0,003; y en una forma de realización, son cada una de no más de 0,03, y preferiblemente de no más de 0,01. Las relaciones de la cantidad de electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 252, en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 y en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32 cada una igual o superior al límite inferior anterior pueden reducir aún más la diferencia entre la concentración del electrolito en el primer sistema de circulación de electrolito 20 y la concentración del electrolito en el segundo sistema de circulación de electrolito 30, lo que hace que resulte fácil mantener la concentración del electrolito suministrado a la cámara del ánodo 11 y la concentración del electrolito suministrado a la cámara del cátodo 12 dentro de un intervalo tal que la eficiencia energética es alta. Las relaciones entre la cantidad de electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 252, en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 y en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32, cada una igual o inferior al límite superior anterior, pueden reducir un gas oxígeno disuelto restante que se une al electrolito desde el primer sistema de circulación de electrolito 20 al segundo sistema de circulación de electrolito 30, y un gas hidrógeno disuelto restante que se une al electrolito desde el segundo sistema de circulación de electrolito 30 al primer sistema de circulación de electrolito 20, lo que puede reducir el gas hidrógeno liberado de la parte de fase líquida 21a a la parte de fase gaseosa 21b del primer depósito de circulación 21 con el fin de mejorar aún más la pureza del gas oxígeno recuperado de la primera línea de recuperación de gas 60, y puede reducir el gas oxígeno liberado de la parte de fase líquida 31a a la parte de fase gaseosa 31b del segundo depósito de circulación 31 con el fin de mejorar aún más la pureza del gas hidrógeno recuperado de la segunda línea de recuperación de gas 70.

[0216] La cantidad del primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación 21, en relación con la capacidad total del primer depósito de circulación 21, se mantiene preferiblemente dentro del intervalo de 1 y 99 % en vol., y más preferiblemente dentro del intervalo de 30 y 70 % en vol. De forma similar, la cantidad del segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación 31, en relación con la capacidad total del segundo depósito de circulación 31, se mantiene preferiblemente dentro del intervalo de 1 y 99% en vol., y más preferiblemente dentro del intervalo de 30 y 70% en vol. La cantidad de electrolito almacenada en cada uno de los depósitos de circulación 21 y 31 dentro del intervalo anteriormente mencionado permite operar de manera más estable el aparato de producción de gas 200.

[0218] <4. Método de producción de gas (2)>

[0220] El funcionamiento del aparato de producción de gas 200 y un método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 200 se describirán con más detalle con referencia a la Fig.2.

[0222] Se aplica una corriente eléctrica entre el ánodo alojado en la cámara del ánodo 11 y el cátodo alojado en la cámara del cátodo 12 del recipiente de electrólisis 10 mientras el primer electrolito se suministra a la cámara del ánodo 11 y el segundo electrolito se suministra a la cámara del cátodo 12 respectivamente, con el fin de generar gas oxígeno desde el ánodo en la cámara del ánodo 11 y gas hidrógeno desde el cátodo en la cámara del cátodo 12 respectivamente (paso (a)).

[0223] La primera corriente de gas que comprende el gas oxígeno generado en la cámara del ánodo 11 y el primer electrolito se recuperan de la cámara del ánodo 11 (paso (b)). La primera corriente de gas y el primer electrolito se recuperan como una mezcla de gas y líquido de la cámara de ánodo 11 a través del tubo 23, se introducen en el primer depósito de circulación 21 y se someten a una separación de gas y líquido en el primer depósito de circulación 21. El primer electrolito recuperado de la cámara de ánodo 11 al primer depósito de circulación 21 y sometido a separación gas-líquido se almacena en el primer depósito de circulación 21 (paso (d)). El primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación 21 se bombea a la cámara de ánodo 11 por medio de la primera bomba de circulación 22 (paso (f)).

[0224] La segunda corriente de gas que comprende el gas hidrógeno generado en la cámara de cátodo 12 y el segundo electrolito se recuperan de la cámara de cátodo 12 (paso (c)). La segunda corriente de gas y el segundo electrolito se recuperan como una mezcla de gas y líquido de la cámara de cátodo 12 a través del tubo 33, se introducen en el segundo depósito de circulación 31 y se someten a una separación de gas y líquido en el segundo depósito de circulación 31. El segundo electrolito recuperado de la cámara de cátodo 12 al segundo depósito de circulación 31 y sometido a separación gas-líquido se almacena en el segundo depósito de circulación 31 (paso (e)). El segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación 31 se bombea a la cámara de cátodo 12 por medio de la segunda bomba de circulación 32 (paso (g)).

[0225] El segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación 31 se transfiere parcialmente al primer depósito de circulación 21 por medio del primer transferidor de electrolito 251. Esto da como resultado que parte del segundo electrolito se introduzca en el primer electrolito (paso (h)). El primer electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 es ramificado por el segundo transferidor de electrolito 252, y de esta manera una parte del mismo se une al segundo electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32. Esto da como resultado que la parte del segundo electrolito se introduzca en el primer electrolito (paso (i)).

[0226] La primera corriente de gas recuperada de la cámara de ánodo 11 se extrae de la parte de fase gaseosa 21b del primer depósito de circulación 21 a través de la primera línea de recuperación de gas 60. La presión de la primera corriente de gas se regula por medio de la primera válvula reguladora de presión 61 dispuesta en la trayectoria de flujo de la primera corriente de gas (primera línea de recuperación de gas 60) a un valor predeterminado (paso (j)). La segunda corriente de gas recuperada de la cámara de cátodo 12 se extrae de la parte de fase gaseosa 31b del segundo depósito de circulación 31 a través de la segunda línea de recuperación de gas 70. La presión de la segunda corriente de gas se regula por medio de la segunda válvula reguladora de presión 71 dispuesta en la trayectoria de flujo de la segunda corriente de gas (segunda línea de recuperación de gas 70) a un valor predeterminado (paso (k)).

[0227] Los pasos (a) a (k) se llevan a cabo de forma continua al mismo tiempo, lo que da como resultado la producción de gas oxígeno y gas hidrógeno. El sistema de suministro de agua pura 40 repone el agua consumida por la electrólisis. El mismo efecto que el anterior también se puede obtener mediante el aparato de producción de gas 200 y el método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 200.

[0228] <5. Aparato de producción de gas (3)>

[0229] En lo que se ha mencionado hasta este punto sobre la presente invención, se han descrito como ejemplos los aparatos de producción de gas 100 y 200, cada uno de los cuales comprende el sistema de suministro de agua pura 40 que suministra agua al segundo depósito de circulación 31, y los métodos de producción de gas que utilizan los aparatos de producción de gas 100 y 200. Por ejemplo, el aparato de producción de gas puede comprender un sistema de suministro de agua pura que suministra agua al primer depósito de circulación 21, y el método de producción de gas puede utilizar dicho aparato de producción de gas.

[0230] La Figura 3 es una vista esquemática explicativa de un aparato de producción de gas 300 de acuerdo con dicha otra forma de realización. En la Fig.3, los componentes ya mostrados en las Fig.1 y 2 reciben los mismos signos de referencia que en las Fig. 1 y 2, y su descripción se puede omitir. El aparato de producción de gas 300 es diferente del aparato de producción de gas 100 en que el aparato de producción de gas 300 comprende un sistema de suministro de agua pura 340 en lugar del sistema de suministro de agua pura 40. El sistema de suministro de agua pura 340 comprende el depósito de agua pura 41 y la bomba de suministro de agua 42, en común con el sistema de suministro de agua pura 40. El sistema de suministro de agua pura 340 es diferente del sistema de suministro de agua pura 40 en que la bomba de suministro de agua 42 suministra agua almacenada en el depósito de agua pura 41 al primer depósito de circulación 21.

[0231] Una condición bajo la cual la cantidad y la concentración del electrolito en el aparato de producción de gas 300 están en un estado estable está representada por las ecuaciones (18), (19), (5) y (6):

[0232]

[0235] (en las ecuaciones (18) y (19), w<s1>representa un suministro de agua por medio del sistema de suministro de agua pura 40 al primer depósito de circulación 21 por unidad de tiempo [L/s]).

[0237] En el aparato de producción de gas 300, v<12>significa lo mismo que la cantidad de electrolito transferido por el primer transferidor de electrolito 51, y v<21>significa lo mismo que la cantidad de electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 52. Se resuelven las ecuaciones (18), (19), (5) y (6). A partir de las ecuaciones (18) (19),

[0240]

[0243] A partir de las ecuaciones (2) - (1),

[0246]

[0249] Además, se sustituye la ecuación (20) y a continuación se obtiene

[0252]

[0255] A partir de las ecuaciones (5) y (6), de la misma manera que las anteriores, se obtiene

[0257]

[0258] De la misma manera que se ha indicado anteriormente, utilizando la permeabilidad α de OH<->(0 < α < 1), n<p21>se puede representar como:

[0260]

[0262] A partir de la ecuación (10),

[0264]

[0266] A partir de las ecuaciones (10') y (21), se obtienen

[0267]

[0269] De la misma manera que se indicado anteriormente, n<f2>, w<c1>y w<c2>se pueden representar como:

[0270]

[0272] Sustituyendo las ecuaciones (14) a (16) en las ecuaciones (20) a (23), se obtiene

[0273]

[0275] Es decir, al igual que en el aparato de producción de gas 100, en estado estacionario, la concentración C<2>del electrolito en el segundo sistema de circulación de electrolito 30 (es decir, la concentración del segundo electrolito) se mantiene más alta que la concentración C<1>del electrolito en el primer sistema de circulación de electrolito 20 en su conjunto (es decir, la concentración del primer electrolito). Cuanto mayores sean las cantidades v<12>y v<21>de los electrolitos transferidos desde el intercambiador de electrolitos 50, menor será la diferencia de concentración C<2>- C<1>entre el primer electrolito y el segundo electrolito en el estado estable.

[0276] En el aparato de producción de gas 300, el suministro v<1>del electrolito a la cámara del ánodo 11 [L/s], y el suministro v<2>del electrolito a la cámara del cátodo 12 [L/s] están representados por medio de

[0278]

[0280] respectivamente, utilizando la cantidad v<p1>del electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 [L/s], la cantidad v<p2>del electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32 [L/s], y la cantidad v<21>del electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 52 [L/s]. Los suministros v<1>y v<2>de los electrolitos a la cámara del ánodo 11 y a la cámara del cátodo 12 son preferiblemente casi iguales entre sí. En concreto, las cantidades v<p1>, v<p2>y v<21>de los electrolitos bombeados por la primera bomba de circulación 22, la segunda bomba de circulación 32 y el segundo transferidor de electrolitos 52 se controlan preferiblemente de modo que la relación v<2>/v<1>sea de 0,80 a 1,20, y más preferiblemente de 0,90 a 1,10. La relación v<2>/v<1>dentro del intervalo anterior estabiliza la diferencia en la concentración del electrolito entre la cámara del ánodo 11 y la cámara del cátodo 12 después de la electrólisis, lo que facilita la estabilización del voltaje de electrólisis del recipiente de electrólisis 10.

[0281] En el aparato de producción de gas 300, las relaciones v<21>/v<p1>y v<21>/v<p2>de la cantidad v<21>del electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 52, en relación con la cantidad v<p1>del electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 y en relación con la cantidad v<p2>del electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32 son cada una preferiblemente de no menos de 0,001, y más preferiblemente de no menos de 0,003; y en una forma de realización, son cada una de no más de 0,03, y preferiblemente de no más de 0,01. Las relaciones de la cantidad de electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 52, en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 y en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32 cada una igual o superior al límite inferior anterior pueden reducir aún más la diferencia entre la concentración del electrolito en el primer sistema de circulación de electrolito 20 y la concentración del electrolito en el segundo sistema de circulación de electrolito 30, lo que hace fácil mantener la concentración del electrolito suministrado a la cámara del ánodo 11 y la concentración del electrolito suministrado a la cámara del cátodo 12 dentro de un intervalo tal que la eficiencia energética es alta. Las relaciones entre la cantidad de electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 52, en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 y en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32, cada una igual o inferior al límite superior anterior, pueden reducir un gas de oxígeno disuelto restante que se une al electrolito desde el primer sistema de circulación de electrolito 20 al segundo sistema de circulación de electrolito 30, y un gas de hidrógeno disuelto restante que se une al electrolito desde el segundo sistema de circulación de electrolito 30 al primer sistema de circulación de electrolito 20, lo que puede reducir el gas hidrógeno liberado de la parte de fase líquida 21a a la parte de fase gaseosa 21b del primer depósito de circulación 21 para mejorar aún más la pureza del gas oxígeno recuperado de la primera línea de recuperación de gas 60, y puede reducir el gas oxígeno liberado de la parte de fase líquida 31a a la parte de fase gaseosa 31b del segundo depósito de circulación 31 para mejorar aún más la pureza del gas hidrógeno recuperado de la segunda línea de recuperación de gas.70.

[0282] La cantidad del primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación 21, en relación con la capacidad total del primer depósito de circulación 21, se mantiene preferiblemente dentro del intervalo de 1 y 99 % en vol., y más preferiblemente dentro del intervalo de 30 y 70 % en vol. Asimismo, la cantidad del segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación 31, en relación con la capacidad total del segundo depósito de circulación 31, se mantiene preferiblemente dentro del intervalo de 1 y 99% en vol., y más preferiblemente dentro del intervalo de 30 y 70% en vol. La cantidad de electrolito almacenada en cada uno de los depósitos de circulación 21 y 31 dentro del intervalo anteriormente mencionado permite operar de manera más estable el aparato de producción de gas 300.

[0283] <6. Método de producción de gas (3)>

[0284] El funcionamiento del aparato de producción de gas 300 y un método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 300 son los mismos que en la descripción anterior sobre el aparato de producción de gas 100 excepto por el hecho de que el sistema de suministro de agua pura 40 suministra agua no al segundo depósito de circulación 31 sino al primer depósito de circulación 21. El mismo efecto que el anterior también se puede obtener mediante el aparato de producción de gas 300 y el método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 300.

[0285] <7. Aparato de producción de gas (4)>

[0286] La figura 4 es una vista esquemática explicativa de un aparato de producción de gas 400 de acuerdo con otra forma de realización. En la Fig.4, los componentes ya mostrados en las Fig.1 a 3 reciben los mismos signos de referencia que en las Fig.1 a 3, y su descripción puede omitirse. El aparato de producción de gas 400 comprende el intercambiador de electrolitos 250 (véase la Figura 2) en lugar del intercambiador de electrolitos 50, y por lo tanto es diferente del aparato de producción de gas 300.

[0287] Una condición bajo la cual la cantidad y la concentración del electrolito están en un estado estable en el aparato de producción de gas 400 se puede considerar de la misma manera que en el aparato de producción de gas 300, y se representa por medio de las ecuaciones (18), (19), (5) y (6):

[0289]

[0290] En el aparato de producción de gas 400, v<12>significa lo mismo que la cantidad de electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 252, y v<21>significa lo mismo que la cantidad de electrolito transferido por el primer transferidor de electrolito 251. Las ecuaciones (18), (19), (5) y (6) se pueden resolver de la misma forma que las anteriores, y entonces se obtiene

[0292]

[0295] Es decir, al igual que en el aparato de producción de gas 300, en estado estacionario, la concentración C<2>del electrolito en el segundo sistema de circulación de electrolito 30 (es decir, la concentración del segundo electrolito) se mantiene más alta que la concentración C<1>del electrolito en el primer sistema de circulación de electrolito 20 en su conjunto (es decir, la concentración del primer electrolito). Cuanto mayores sean las cantidades v<12>y v<21>de los electrolitos transferidos desde el intercambiador de electrolitos 250, menor será la diferencia de concentración C<2>- C<1>entre el primer electrolito y el segundo electrolito en el estado estable.

[0297] En el aparato de producción de gas 400, el suministro v<1>del electrolito a la cámara del ánodo 11 [L/s], y el suministro v<2>del electrolito a la cámara del cátodo 12 [L/s] están representados por medio de

[0299]

[0302] respectivamente, utilizando la cantidad v<p1>del electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 [L/s], la cantidad v<p2>del electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32 [L/s], y la cantidad v<12>del electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 252 [L/s]. Los suministros v<1>y v<2>de los electrolitos a la cámara del ánodo 11 y a la cámara del cátodo 12 son preferiblemente casi iguales entre sí. Específicamente, las cantidades v<p1>, v<p2>y v<12>de los electrolitos bombeados por la primera bomba de circulación 22, la segunda bomba de circulación 32 y el segundo transferidor de electrolitos 252 se controlan preferiblemente de manera que la relación v<2>/v<1>sea de 0,80 a 1,20, y más preferiblemente de 0,90 a 1,10. La relación v<2>/v<1>dentro del intervalo anterior estabiliza la diferencia en la concentración del electrolito entre la cámara del ánodo 11 y la cámara del cátodo 12 después de la electrólisis, lo que facilita la estabilización del voltaje de electrólisis del recipiente de electrólisis 10.

[0304] En el aparato de producción de gas 400, las relaciones v<12>/v<p1>y v<12>/v<p2>de la cantidad v<12>del electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 252, en relación con la cantidad v<p1>del electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 y en relación con la cantidad v<p2>del electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32 son cada una preferiblemente de no menos de 0,001, y más preferiblemente de no menos de 0,003; y en una forma de realización, son cada una de no más de 0,03, y preferiblemente de no más de 0,01. Las relaciones de la cantidad de electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 252, en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 y en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32 cada una igual o superior al límite inferior anterior pueden reducir aún más la diferencia entre la concentración del electrolito en el primer sistema de circulación de electrolito 20 y la concentración del electrolito en el segundo sistema de circulación de electrolito 30, lo que hace fácil mantener la concentración del electrolito suministrado a la cámara del ánodo 11 y la concentración del electrolito suministrado a la cámara del cátodo 12 dentro de un intervalo tal que la eficiencia energética es alta. Las relaciones entre la cantidad de electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 252, en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 y en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32, cada una igual o inferior al límite superior anterior, pueden reducir un gas oxígeno disuelto restante que se une al electrolito desde el primer sistema de circulación de electrolito 20 al segundo sistema de circulación de electrolito 30, y un gas hidrógeno disuelto restante que se une al electrolito desde el segundo sistema de circulación de electrolito 30 al primer sistema de circulación de electrolito 20, lo que puede reducir el gas hidrógeno liberado de la parte de fase líquida 21a a la parte de fase gaseosa 21b del primer depósito de circulación 21 con el fin de mejorar aún más la pureza del gas oxígeno recuperado de la primera línea de recuperación de gas 60, y puede reducir el gas oxígeno liberado de la parte de fase líquida 31a a la parte de fase gaseosa 31b del segundo depósito de circulación 31 con el fin de mejorar aún más la pureza del gas hidrógeno recuperado de la segunda línea de recuperación de gas 70.

[0306] La cantidad del primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación 21, en relación con la capacidad total del primer depósito de circulación 21, se mantiene preferiblemente dentro del intervalo de 1 y 99 % en vol., y más preferiblemente dentro del intervalo de 30 y 70 % en vol. De forma similar, la cantidad del segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación 31, en relación con la capacidad total del segundo depósito de circulación 31, se mantiene preferiblemente dentro del intervalo de 1 y 99% en vol., y más preferiblemente dentro del intervalo de 30 y 70% en vol. La cantidad de electrolito almacenada en cada uno de los depósitos de circulación 21 y 31 dentro del intervalo anteriormente mencionado permite operar de manera más estable el aparato de producción de gas 400.

[0308] <8. Método de producción de gas (4)>

[0310] El funcionamiento del aparato de producción de gas 400 y un método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 400 son los mismos que en la descripción anterior sobre el aparato de producción de gas 200 excepto que el sistema de suministro de agua pura 40 suministra agua no al segundo depósito de circulación 31 sino al primer depósito de circulación 21. El mismo efecto que el anterior también se puede obtener mediante el aparato de producción de gas 400 y el método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 400.

[0312] <9. Aparato de producción de gas (5)>

[0314] La Figura 5 es una vista esquemática explicativa de un aparato de producción de gas 500 de acuerdo con otra forma de realización. En la Fig.5, los componentes que ya se han mostrado en las Fig.1 a 4 tienen los mismos signos de referencia que en las Fig.1 a 4, y su descripción puede omitirse. El aparato de producción de gas 500 es diferente del aparato de producción de gas 100 (ver Figura 1) en que el aparato de producción de gas 500 comprende además un regulador de presión diferencial 80 que regula la diferencia de presión entre la presión de la primera corriente de gas en el lado de aguas arriba de la primera válvula reguladora de presión 61 y la presión de la segunda corriente de gas en el lado de aguas arriba de la segunda válvula reguladora de presión 71. En la Fig.5, las flechas discontinuas indican las direcciones hacia donde fluyen los datos.

[0316] El regulador de presión diferencial 80 comprende un detector de presión diferencial 81 y un controlador de válvula 82. El detector de presión diferencial 81 mide la diferencia de presión entre la presión de la primera corriente de gas en el lado de aguas arriba de la primera válvula reguladora de presión 61 y la presión de la segunda corriente de gas en el lado de aguas arriba de la segunda válvula reguladora de presión 71. Cualquier sensor de presión diferencial conocido se puede utilizar como detector de presión diferencial 81. El resultado de la medición realizada por el detector de presión diferencial 81 se introduce en el controlador de válvula 82. El controlador de válvula 82 recibe al menos una señal de detección del detector de presión diferencial 81, para transmitir una señal que controla el/los grado(s) de apertura de la(s) válvula(s) a la primera válvula reguladora de presión 61 y/o a la segunda válvula reguladora de presión 71. En una forma de realización, el controlador de válvula 82 controla el grado de apertura de la primera válvula reguladora de presión 61 y/o de la segunda válvula reguladora de presión 71 basándose en el resultado de la medición por parte del detector de presión diferencial 81 de modo que se mantenga un valor superior o inferior predeterminado de la diferencia de presión anterior. El regulador de presión diferencial 80 puede fijar el grado de apertura de la primera válvula reguladora de presión 61 y ajustar el grado de apertura de la segunda válvula reguladora de presión 71 para controlar la diferencia de presión, o puede fijar el grado de apertura de la segunda válvula reguladora de presión 71 y ajustar el grado de apertura de la primera válvula reguladora de presión 61 para controlar la diferencia de presión, o puede ajustar ambos grados de apertura de la primera válvula reguladora de presión 61 y la segunda válvula reguladora de presión 71 para controlar la diferencia de presión.

[0317] El controlador de válvula 82 puede recibir además una o más señales de detección del manómetro 63 y/o del manómetro 73 además de la señal de detección del detector de presión diferencial 81. En una forma de realización, el controlador de válvula 82 puede controlar la primera válvula reguladora de presión 61 y/o la segunda válvula reguladora de presión 71 basándose en el resultado de la medición del manómetro 63 y/o el resultado de la medición del manómetro 73 además del resultado de la medición del detector de presión diferencial 81, y puede controlar el grado de apertura de la primera válvula reguladora de presión 61 y/o la segunda válvula reguladora de presión 71 de modo que la presión de la primera corriente de gas en el lado de aguas arriba de la primera válvula reguladora de presión 61 y la presión de la segunda corriente de gas en el lado de aguas arriba de la segunda válvula reguladora de presión 71 se mantengan dentro de un intervalo predeterminado y de modo que se mantenga un valor predeterminado superior o inferior de la diferencia de presión anterior.

[0318] Por ejemplo, se puede emplear un control de retroalimentación convencional, etc. para el control de la primera válvula reguladora de presión 61 y/o la segunda válvula reguladora de presión 71 mediante el controlador de válvula 82 sin ninguna limitación particular. Se puede utilizar un controlador convencional capaz de dicho control de retroalimentación (como por ejemplo una computadora equipada con un microprocesador y una memoria, y un controlador lógico programable (PLC)) como controlador de válvula 82 sin ninguna limitación particular.

[0319] El aparato de producción de gas 500 que comprende el regulador de presión diferencial 80 puede reducir aún más la diferencia en el nivel de líquido entre el primer depósito de circulación 21 y el segundo depósito de circulación 31, y puede suprimir el deterioro de la pureza del gas debido al gas forzado desde una cámara a la otra que pasa a través de la membrana separadora en el recipiente de electrólisis 10 por la diferencia de presión. Con vistas a mejorar aún más el efecto de comprender el regulador de presión diferencial 80, el controlador de presión diferencial 80 preferiblemente controla la diferencia de presión entre la presión de la primera corriente de gas en el lado de aguas arriba de la primera válvula reguladora de presión 61 y la presión de la segunda corriente de gas en el lado de aguas arriba de la segunda válvula reguladora de presión 71 a 10 kPa o menos, más preferiblemente 1 kPa o menos.

[0320] <10. Método de producción de gas (5)>

[0321] El funcionamiento del aparato de producción de gas 500 y un método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 500 son los mismos que en la descripción anterior sobre el aparato de producción de gas 100 excepto por lo que se refiere al tema relacionado con el regulador de presión diferencial 80. En el aparato de producción de gas 500, además, la diferencia de presión entre la presión de la primera corriente de gas en el lado de aguas arriba de la primera válvula reguladora de presión 61 y la presión de la segunda corriente de gas en el lado de aguas arriba de la segunda válvula reguladora de presión 71 es regulada por el regulador de presión diferencial 80 para que sea un valor predeterminado (paso (p)). Específicamente, la diferencia de presión entre la presión de la primera corriente de gas en el lado de aguas arriba de la primera válvula reguladora de presión 61 y la presión de la segunda corriente de gas en el lado de aguas arriba de la segunda válvula reguladora de presión 71 se mide mediante el regulador de presión diferencial 81 (paso (p1)), y la primera válvula reguladora de presión 61 y/o la segunda válvula reguladora de presión 71 se controla/n en los pasos (j) y (k) en función del resultado de la medición en el paso (p1) (paso (p2)). El paso (p) se lleva a cabo de forma continua al mismo tiempo que los pasos anteriores (a) a (k). El método de producción de gas de acuerdo con dicha forma de realización es capaz de reducir aún más la diferencia en el nivel de líquido entre el primer depósito de circulación 21 y el segundo depósito de circulación 31, y es capaz de suprimir el deterioro de la pureza del gas debido al gas forzado desde una a la otra cámara que pasa a través de la membrana separadora en el recipiente de electrólisis 10 por la diferencia de presión, además de producir el efecto explicado anteriormente en relación con el método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 100.

[0322] <11. Aparato de producción de gas (6)>

[0323] La Figura 6 es una vista esquemática explicativa de un aparato de producción de gas 600 de acuerdo con otra forma de realización. En la Figura 6, los componentes ya mostrados en las Figuras 1 a 5 tienen los mismos signos de referencia que en las figuras 1 a 5, y la descripción de los mismos puede omitirse. El aparato de producción de gas 600 es diferente del aparato de producción de gas 500 (ver Figura 5) en que el aparato de producción de gas 600 comprende una primera línea de recuperación de gas 660 en lugar de la primera línea de recuperación de gas 60, y una segunda línea de recuperación de gas 670 en lugar de la segunda línea de recuperación de gas 70. La primera línea de recuperación de gas 660 es diferente de la primera línea de recuperación de gas 60 en que la primera línea de recuperación de gas 660 comprende además un primer enfriador 664 y un primer filtro 665. El primer enfriador 664 y el primer filtro 665 se encuentran dispuestos en el lado de aguas arriba de la primera válvula reguladora de presión 61. El primer enfriador 664 recibe y enfría la primera corriente de gas que fluye desde la parte de fase gaseosa 21b del primer depósito de circulación 21. El primer filtro 665 se encuentra dispuesto en el lado aguas abajo del primer enfriador 664, recibe la primera corriente de gas enfriada por el primer enfriador 664 y elimina una humedad licuada en la primera corriente de gas. La primera corriente de gas pasa a través del primer enfriador 664 y el primer filtro 665, lo que da como resultado la eliminación de la niebla de electrolito y el vapor de agua de la primera corriente de gas. Cualquier enfriador de gas y filtro que se utiliza convencionalmente para la purificación de gas se puede utilizar como el primer enfriador 664 y el primer filtro 665. El agua de drenaje generada en el primer enfriador 664 y el primer filtro 665 puede descargarse o puede devolverse al electrolito. El primer enfriador 664 y el primer filtro 665 se encuentran dispuestos en el lado de aguas arriba de la primera válvula reguladora de presión 61, lo que dificulta que la niebla de electrolito y el vapor de agua contenidos en la primera corriente de gas influyan en la primera válvula reguladora de presión 61.

[0324] La segunda línea de recuperación de gas 670 es diferente de la segunda línea de recuperación de gas 70 en que la segunda línea de recuperación de gas 670 comprende además un segundo enfriador 674 y un segundo filtro 675. El segundo enfriador 674 y el segundo filtro 675 se encuentran dispuestos en el lado de aguas arriba de la segunda válvula reguladora de presión 71. El segundo enfriador 674 recibe y enfría la segunda corriente de gas que fluye desde la parte de fase gaseosa 31b del segundo depósito de circulación 31. El segundo filtro 675 se encuentra dispuesto en el lado aguas abajo del segundo enfriador 674, recibe la segunda corriente de gas enfriada por el segundo enfriador 674 y elimina una humedad licuada en la segunda corriente de gas. La segunda corriente de gas pasa a través del segundo enfriador 674 y el segundo filtro 675, lo que da como resultado la eliminación de la niebla de electrolito y el vapor de agua de la segunda corriente de gas. Cualquier enfriador de gas y filtro que se utiliza convencionalmente para la purificación de gas se puede utilizar como segundo enfriador 674 y segundo filtro 675. El agua de drenaje generada en el segundo enfriador 674 y el segundo filtro 675 puede descargarse o puede devolverse al electrolito. El segundo enfriador 674 y el segundo filtro 675 se encuentran dispuestos en el lado de aguas arriba de la segunda válvula reguladora de presión 71, lo que dificulta que la niebla de electrolito y el vapor de agua contenidos en la segunda corriente de gas influyan en la segunda válvula reguladora de presión 71. El aparato de producción de gas 600 que comprende el primer enfriador 664 y el primer filtro 665, y el segundo enfriador 674 y el segundo filtro 675 es capaz de producir gas oxígeno y gas hidrógeno que tienen una pureza aún más mejorada. Un aparato de eliminación de gas hidrógeno para eliminar gas hidrógeno de la primera corriente de gas puede estar dispuesto además en el lado de aguas abajo del primer enfriador 664 y el primer filtro 665, o en el lado de aguas abajo de la primera válvula reguladora de presión 61, y un aparato de eliminación de gas oxígeno para eliminar gas oxígeno de la segunda corriente de gas puede estar dispuesto además en el lado de aguas abajo del segundo enfriador 674 y el segundo filtro 675, o en el lado de aguas abajo de la segunda válvula reguladora de presión 71.

[0325] <12. Método de producción de gas (6)>

[0326] El funcionamiento del aparato de producción de gas 600 y un método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 600 son los mismos que en la descripción anterior sobre el método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 500 excepto los temas relacionados con el primer enfriador 664 y el primer filtro 665, y el segundo enfriador 674 y el segundo filtro 675.

[0327] La primera corriente de gas recuperada de la cámara de ánodo 11 y que fluye desde la parte de fase gaseosa 21b del primer depósito de circulación 21 se enfría en el primer enfriador 664 (paso (l)). En el primer filtro 665, se elimina la humedad condensada en el paso (l) de la primera corriente de gas después del paso (l) (paso (n)). La presión de la primera corriente de gas después de los pasos (l) y (n) se regula por medio de la primera válvula reguladora de presión 61 (paso (j)).

[0328] La segunda corriente de gas recuperada de la cámara de cátodo 12 y que fluye desde la parte de fase gaseosa 31b del segundo depósito de circulación 31 se enfría en el segundo enfriador 674 (paso (m)). En el segundo filtro 675, se elimina la humedad condensada en el paso (m) de la segunda corriente de gas después del paso (m) (paso (o)). La presión de la segunda corriente de gas después de los pasos (m) y (o) se regula por medio de la segunda válvula reguladora de presión 71 (paso (k)).

[0329] Los pasos (l) a (o) se llevan a cabo de manera continua al mismo tiempo que los pasos anteriores (a) a (k) y (p). El método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 600 que comprende además el primer enfriador 664 y el primer filtro 665, y el segundo enfriador 674 y el segundo filtro 675 es capaz de producir gas oxígeno y gas hidrógeno que tienen una pureza aún mejorada en comparación con el método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 500.

[0330] En lo que se ha mencionado hasta este punto, se describe el aparato de producción de gas 600 que comprende el primer enfriador 664 y el primer filtro 665 dispuestos en el lado de aguas arriba de la primera válvula reguladora de presión 61, y el segundo enfriador 674 y el segundo filtro 675 dispuestos en el lado de aguas arriba de la segunda válvula reguladora de presión 71; y el método de producción de gas que utiliza este aparato de producción de gas 600. La Figura 7 es una vista esquemática explicativa de un aparato de producción de gas 600' de acuerdo con otra forma de realización. En la Fig.7, los componentes ya mostrados en las Fig. 1 a 6 reciben los mismos signos de referencia que en las Fig.1 a 6, y la descripción de los mismos puede omitirse. El aparato de producción de gas 600' es diferente del aparato de producción de gas 600 (Fig.6) en que el aparato de producción de gas 600' comprende el primer enfriador 664 y el primer filtro 665 dispuestos en el lado aguas abajo de la primera válvula reguladora de presión 61, y el segundo enfriador 674 y el segundo filtro 675 dispuestos en el lado aguas abajo de la segunda válvula reguladora de presión 71. En el aparato de producción de gas 600', el primer enfriador 664 recibe y enfría la primera corriente de gas que fluye desde el lado secundario de la primera válvula reguladora de presión 61. El primer filtro 665 recibe la primera corriente de gas enfriada por el primer enfriador 664 y elimina una humedad licuada en la primera corriente de gas. La primera corriente de gas pasa a través del primer enfriador 664 y el primer filtro 665, lo que da como resultado la eliminación de la niebla de electrolito y el vapor de agua de la primera corriente de gas. En el aparato de producción de gas 600', el segundo enfriador 674 recibe y enfría la segunda corriente de gas que fluye desde el lado secundario de la segunda válvula reguladora de presión 71. El segundo filtro 675 recibe la segunda corriente de gas enfriada por el segundo enfriador 674 y elimina una humedad licuada en la segunda corriente de gas. La segunda corriente de gas pasa a través del segundo enfriador 674 y el segundo filtro 675, lo que da como resultado la eliminación de la niebla de electrolito y el vapor de agua de la segunda corriente de gas. El aparato de producción de gas 600' de acuerdo con dicha forma de realización también es capaz de producir gas oxígeno y gas hidrógeno que tienen una pureza aún mejorada, así como el aparato de producción de gas 600 anterior. En el aparato de producción de gas 600', un aparato de eliminación de gas hidrógeno para eliminar gas hidrógeno de la primera corriente de gas puede estar dispuesto además en el lado corriente abajo del primer enfriador 664 y el primer filtro 665, y un aparato de eliminación de gas oxígeno para eliminar gas oxígeno de la segunda corriente de gas puede estar dispuesto además en el lado corriente abajo del segundo enfriador 674 y el segundo filtro 675.

[0331] El funcionamiento del aparato de producción de gas 600' y un método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 600' son los mismos que en la descripción anterior sobre el método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 600 excepto en que la primera corriente de gas pasa a través del primer enfriador 664 y el primer filtro 665 después de pasar a través de la primera válvula reguladora de presión 61 y la segunda corriente de gas pasa a través del segundo enfriador 674 y el segundo filtro 675 después de pasar a través de la segunda válvula reguladora de presión 71.

[0332] La primera corriente de gas que ha pasado a través de la primera válvula reguladora de presión 61 se enfría en el primer enfriador 664 (paso (l)). En el primer filtro 665, se elimina la humedad condensada en el paso (l) de la primera corriente de gas después del paso (l) (paso (n)).

[0333] La segunda corriente de gas que ha pasado a través de la segunda válvula reguladora de presión 71 se enfría en el segundo enfriador 674 (paso (m)). En el segundo filtro 675, se elimina la humedad condensada en el paso (m) de la segunda corriente de gas después del paso (m) (paso (o)).

[0334] Los pasos (l) a (o) se llevan a cabo de forma continua al mismo tiempo que los pasos anteriores (a) a (k) y (p). El método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 600' también es capaz de producir gas oxígeno y gas hidrógeno que tienen una pureza aún mejorada en comparación con el método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 500.

[0335] <13. Aparato de producción de gas (7)>

[0336] En lo que se ha mencionado hasta este punto sobre la presente invención, los aparatos de producción de gas 100, 200, 300, 400, 500 y 600, cada uno de los cuales comprende un intercambiador de electrolitos 50/250 que comprende bombas como el primer transferidor de electrolitos 51/251 y el segundo transferidor de electrolitos 52/252, y los métodos de producción de gas que utilizan los aparatos de producción de gas de acuerdo con dichas formas de realización se han descrito principalmente como ejemplos. De acuerdo con una forma de realización, el aparato de producción de gas puede comprender un intercambiador de electrolitos que no tiene bomba, y el método de producción de gas puede utilizar dicho aparato de producción de gas.

[0337] La Figura 8 es una vista esquemática explicativa de un aparato de producción de gas 700 de acuerdo con otra forma de realización. En la Fig.8, los componentes ya mostrados en las Fig.1 a 7 reciben los mismos signos de referencia que en las Fig.1 a 7, y la descripción de los mismos puede omitirse. El aparato de producción de gas 700 es diferente del aparato de producción de gas 100 anterior (Fig. 1) en que el aparato de producción de gas 700 comprende un intercambiador de electrolitos 750 en lugar del intercambiador de electrolitos 50. El intercambiador de electrolitos 750 es diferente del intercambiador de electrolitos 50 en que el intercambiador de electrolitos 750 comprende un primer transferidor de electrolitos 751 en lugar del primer transferidor de electrolitos 51, y un segundo transferidor de electrolitos 752 en lugar del segundo transferidor de electrolitos 52. En el aparato de producción de gas 700, se puede utilizar preferiblemente una bomba de desplazamiento no positivo como primera bomba de circulación 22 y como segunda bomba de circulación 32.

[0338] Con el fin de facilitar la descripción, el segundo transferidor de electrolito 752 se describe antes que el primer transferidor de electrolito 751. El segundo transferidor de electrolito 752 comprende un primer medidor de flujo F1 y una primera válvula de control de flujo FCV1 que se encuentran dispuestos en serie en el lado de salida de la primera bomba de circulación 22 en el primer tubo 25; un segundo medidor de flujo F2 dispuesto en el lado de salida de la segunda bomba de circulación 32 en el segundo tubo 35; una segunda válvula de control de flujo FCV2 dispuesta en el lado de aguas abajo del segundo medidor de flujo F2 en el segundo tubo 35; un tercer tubo 7525 que introduce el electrolito desde el lado de aguas abajo del segundo medidor de flujo F2 y el lado de aguas arriba de la segunda válvula de control de flujo FCV2 en el segundo tubo 35 al lado de aguas abajo del primer medidor de flujo y la primera válvula de control de flujo FCV1 en el primer tubo 25; y un tercer medidor de flujo F3 y una tercera válvula de control de flujo FCV3 que están dispuestos en serie en el medio del tercer tubo 7525. Cualquier medidor de flujo conocido capaz de medir el caudal de un electrolito, como por ejemplo medidores de flujo de área, medidores de flujo de desplazamiento positivo, medidores de flujo Coriolis y medidores de flujo electromagnéticos, se pueden utilizar como primer, segundo y tercer medidor de flujo F1, F2 y F3 sin limitaciones particulares. Cualquier válvula de control conocida capaz de controlar continuamente su grado de apertura, como por ejemplo válvulas de bola, válvulas de mariposa, válvulas de globo y válvulas de aguja, se puede utilizar como primera, segunda y tercera válvulas de control de flujo FCV1, FCV2 y FCV3 sin limitaciones particulares. Los grados de apertura de las válvulas de control de flujo primera, segunda y tercera FCV1, FCV2 y FCV3 se controlan de modo que los valores de medición de los medidores de flujo primero, segundo y tercero F1, F2 y F3 tomen valores predeterminados.

[0340] La cantidad v<p1>del electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 [L/s], la cantidad v<p2>del electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32 [L/s], la cantidad v<21>del electrolito transferido desde el segundo transferidor de electrolito 752 [L/s], el suministro v<1>del electrolito a la cámara del ánodo 11 [L/s] y el suministro v<2>del electrolito a la cámara del cátodo 12 [L/s] se representan cada una por medio de

[0342]

[0345] utilizando el valor de medición f<1>del primer medidor de flujo F1 [L/s], el valor de medición f<2>del segundo medidor de flujo F2 [L/s], y el valor de medición f<3>del tercer medidor de flujo F3 [L/s]. Por ejemplo, el valor objetivo de f<3>se puede obtener como v<21>a partir de la ecuación (13').

[0347] Tal como se ha descrito anteriormente en relación con el aparato de producción de gas 100, los suministros v<1>y v<2>de los electrolitos a la cámara del ánodo 11 y a la cámara del cátodo 12 son preferiblemente casi iguales entre sí. Específicamente, las cantidades v<p1>, v<p2>y v<21>de los electrolitos bombeados por la primera bomba de circulación 22, la segunda bomba de circulación 32 y el segundo transferidor de electrolitos 752 se controlan preferiblemente de manera que la relación v<2>/v<1>sea de 0,80 a 1,20, y más preferiblemente de 0,90 a 1,10. La relación v<2>/v<1>dentro del intervalo anterior estabiliza la diferencia en la concentración del electrolito entre la cámara del ánodo 11 y la cámara del cátodo 12 después de la electrólisis, lo que facilita la estabilización del voltaje de electrólisis del recipiente de electrólisis 10.

[0349] Tal como se ha descrito anteriormente con respecto al aparato de producción de gas 100, las relaciones v<21>/v<p1>y v<21>/v<p2>de la cantidad v<21>del electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 752, en relación con la cantidad v<p1>del electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 y en relación con la cantidad v<p2>del electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32 son cada una preferiblemente de no menos de 0,001, y más preferiblemente de no menos de 0,003; y en una forma de realización, son cada una de no más de 0,03, y preferiblemente de no más de 0,01. Las relaciones de la cantidad de electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 752, en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 y con la cantidad de electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32 cada una igual o superior al límite inferior anterior pueden reducir aún más la diferencia entre la concentración del electrolito en el primer sistema de circulación de electrolito 20 y la concentración del electrolito en el segundo sistema de circulación de electrolito 30, lo que hace que resulte fácil mantener la concentración del electrolito suministrado a la cámara del ánodo 11 y la concentración del electrolito suministrado a la cámara del cátodo 12 dentro de un intervalo tal que la eficiencia energética es alta. Las relaciones de la cantidad de electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 752, en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 y en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32, cada una igual o inferior al límite superior anterior, pueden reducir un gas oxígeno disuelto restante que se une al electrolito desde el primer sistema de circulación de electrolito 20 al segundo sistema de circulación de electrolito 30, y un gas hidrógeno disuelto restante que se une al electrolito desde el segundo sistema de circulación de electrolito 30 al primer sistema de circulación de electrolito 20, lo que puede reducir el gas hidrógeno liberado de la parte de fase líquida 21a a la parte de fase gaseosa 21b del primer depósito de circulación 21 con el fin de mejorar aún más la pureza del gas oxígeno recuperado de la primera línea de recuperación de gas 60, y puede reducir el gas oxígeno liberado de la parte de fase líquida 31a a la parte de fase gaseosa 31b del segundo depósito de circulación 31 con el fin de mejorar aún más la pureza del gas hidrógeno recuperado de la segunda línea de recuperación de gas.70.

[0351] Si se determinan los valores objetivo del suministro v<1>del electrolito a la cámara del ánodo 11 (= f<1>+ f<3>: ecuación (27)), el suministro v<2>del electrolito a la cámara del cátodo 12 (= f<2>- f<3>: ecuación (28)), y la cantidad v<21>del electrolito transferido desde el segundo transferidor de electrolito 752 (= f<3>: ecuación (26)), los valores objetivo de f<1>y f<2>también se determinan como

[0353]

[0356] a partir de las ecuaciones (27) y (28), respectivamente, lo que permite controlar los grados de apertura de las válvulas de control de flujo primera a tercera FCV1, FCV2 y FCV3 de manera que se alcancen los valores objetivo de f<1>, f<2>y f<3>. Se puede utilizar cualquier medio de control conocido, como por ejemplo control de retroalimentación, con el fin de controlar los grados de apertura de las válvulas de control de flujo primera a tercera FCV1, FCV2 y FCV3.

[0358] A modo de ejemplo, si el caudal f<1>a través del primer medidor de flujo F1 y el caudal f<2>a través del segundo medidor de flujo F2 se mantienen iguales entre sí, los grados de apertura de la primera y la segunda válvula de control de flujo FCV1 y FCV2 se ajustan de modo que la caída de presión P<d>FCV2

en la segunda válvula de control de flujo FCV2 es mayor que la caída de presión P<d>FCV1

en la primera válvula de control de flujo FCV1 (es decir, P<d>FCV2

> Pd<FCV1>) (por ejemplo, cuando la primera y la segunda válvula de control de flujo FCV1 y FCV2 tienen la misma especificación, el grado de apertura O<FCV1>de la primera válvula de control de flujo FCV1 se establece para que sea mayor que el grado de apertura O<FCV2>de la segunda válvula de control de flujo FCV2 (O<FCV1>> O<FCV2>)), lo cual hace que sea posible transferir el electrolito desde el segundo tubo 35 a través del tercer tubo 7525 que comprende la tercera válvula de control de flujo FCV3 y el tercer medidor de flujo F3 hasta el primer tubo 25. Con vistas a transferir el electrolito contra la presión en el lado de aguas abajo de la primera válvula de control de flujo FCV1 en el primer tubo 25, el grado de apertura de la tercera válvula de control de flujo FCV3 se controla preferiblemente de modo que la caída de presión P<d>FCV3

en la tercera válvula de control de flujo FCV3 es menor que la caída de presión P<d>FCV1

en la primera válvula de control de flujo FCV1 (Pd<FCV3>< Pd<FCV1>). En el medio del tercer tubo 7525 se puede disponer además una válvula de retención para controlar el flujo retrógrado del electrolito (desde el primer tubo 25 al segundo tubo 35).

[0360] El primer transferidor de electrolito 751 es un tubo de comunicación que conecta la parte de fase líquida 21a del primer depósito de circulación 21 y la parte de fase líquida 31a del segundo depósito de circulación 31 (en adelante, el primer transferidor de electrolito 751 puede denominarse "tubo de comunicación 751"). En el aparato de producción de gas 700, el primer depósito de circulación 21 y el segundo depósito de circulación 31 están dispuestos preferiblemente aproximadamente a la misma altura. Tal como se ha descrito anteriormente, el segundo transferidor de electrolito 752 transfiere la parte del segundo electrolito que fluye en el segundo tubo 35 que conecta la salida de la segunda bomba de circulación 32 y la entrada de la cámara de cátodo 12 al primer tubo 25 que conecta la salida de la primera bomba de circulación 22 y la entrada de la cámara de ánodo 11. De este modo, el segundo transferidor de electrolito 752 funciona de manera que aumenta la cantidad del primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación 21 más que la cantidad del segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación 31. Por lo tanto, la parte del primer electrolito almacenada en el primer depósito de circulación 21 se mueve a través del tubo de comunicación 751 al segundo depósito de circulación 31, utilizando la gravedad como fuerza impulsora, con el fin de aliviar la diferencia de nivel de líquido entre el primer depósito de circulación 21 y el segundo depósito de circulación 31. Tal como se ha descrito anteriormente, el primer transferidor de electrolito 751 transfiere la parte del primer electrolito almacenada en el primer depósito de circulación 21 al segundo depósito de circulación 31.

[0361] La cantidad del primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación 21, en relación con la capacidad total del primer depósito de circulación 21, se mantiene preferiblemente dentro del intervalo de entre el 1 y el 99 % en vol., y más preferiblemente dentro del intervalo de entre el 30 y el 70 % en vol. Asimismo, la cantidad del segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación 31, en relación con la capacidad total del segundo depósito de circulación 31, se mantiene preferiblemente dentro del intervalo de 1 y 99% en vol., y más preferiblemente dentro del intervalo de entre el 30 y el 70% en vol. La cantidad de electrolito almacenada en cada uno de los depósitos de circulación 21 y 31 dentro del intervalo anterior permite operar de manera más estable el aparato de producción de gas 700.

[0362] Tal como se ha descrito anteriormente, el mismo efecto que el anterior también se puede obtener mediante el aparato de producción de gas 700 utilizando la combinación de las válvulas de control de flujo (FCV1, FCV2 y FCV3) y el tubo de comunicación (751) como intercambiador de electrolitos en lugar de las bombas. El aparato de producción de gas 700 de acuerdo con dicha forma de realización puede reducir aún más el consumo de energía en el intercambiador de electrolitos y ofrece una reducción o solución automática de la diferencia de nivel de líquido entre el primer depósito de circulación 21 y el segundo depósito de circulación 31 por medio del tubo de comunicación 751, lo que hace que resulte innecesario un proceso de control de las cantidades de electrolitos transferidos por el primer transferidor de electrolitos (51, 251) y el segundo transferidor de electrolitos (52, 252) para mantener niveles de líquido predeterminados del primer y el segundo depósito de circulación 21 y 31. Por lo tanto, el aparato de producción de gas 700 de acuerdo con dicha forma de realización puede reducir los costos de equipo y accionamiento, a la vez que puede simplificar el control.

[0363] <14. Método de producción de gas (7)>

[0364] El funcionamiento del aparato de producción de gas 700 y un método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 700 se describirán con mayor detalle con referencia a la Fig.8.

[0365] Los pasos (a) a (g), (j) y (k) son los mismos que en la descripción anterior sobre el método de producción de gas utilizando el aparato de producción de gas 100 (Fig.1).

[0366] Una parte del segundo electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32 se ramifica mediante el segundo transferidor de electrolito 752 y se une al primer electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22. Esto da como resultado que la parte del segundo electrolito se introduzca en el primer electrolito (paso (i)). Una parte del primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación 21 se transfiere al segundo depósito de circulación 31 por medio del primer transferidor de electrolito (tubo de comunicación) 751. Esto da como resultado que parte del primer electrolito se introduzca en el segundo electrolito (paso (h)).

[0367] Los pasos (a) a (k) se llevan a cabo de manera continua al mismo tiempo, lo que da como resultado la producción de gas oxígeno y gas hidrógeno. El sistema de suministro de agua pura 40 repone el agua consumida por la electrólisis.

[0368] El mismo efecto que el anterior también se puede obtener mediante el aparato de producción de gas 700 y el método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 700.

[0369] <15. Aparato de producción de gas (8)>

[0370] Tal como se ha descrito anteriormente, se han descrito como ejemplos el aparato de producción de gas 700 que comprende el intercambiador de electrolitos 750 que comprende el primer transferidor de electrolitos 751 que transfiere parte del primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación 21 al segundo depósito de circulación 31, y el segundo transferidor de electrolitos 752 que transfiere parte del segundo electrolito que fluye en el segundo tubo 35 que conecta la salida de la segunda bomba de circulación 32 y la entrada de la cámara de cátodo 12, al primer tubo 25 que conecta la salida de la primera bomba de circulación 22 y la entrada de la cámara de ánodo 11; y el método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 700. Por ejemplo, el aparato de producción de gas puede comprender un intercambiador de electrolitos que no incluye ninguna bomba pero comprende un primer transferidor de electrolitos que transfiere parte del segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación 31 al primer depósito de circulación 21, y un segundo transferidor de electrolitos que transfiere parte del primer electrolito que fluye en el primer tubo 25 que conecta la salida de la primera bomba de circulación 22 y la entrada de la cámara del ánodo 12, al segundo tuberío 35 que conecta la salida de la segunda bomba de circulación 32 y la entrada de la cámara del cátodo 12; y el método de producción de gas puede utilizar un aparato de producción de gas de este tipo.

[0372] La Figura 9 es una vista esquemática explicativa de un aparato de producción de gas 800 de acuerdo con dicha otra forma de realización. En la Fig.9, los componentes ya mostrados en las Fig.1 a 8 reciben los mismos signos de referencia que en las Fig.1 a 8, y la descripción de los mismos puede omitirse. El aparato de producción de gas 800 es diferente del aparato de producción de gas 200 (Fig.2) en que el aparato de producción de gas 800 comprende un intercambiador de electrolitos 850 en lugar del intercambiador de electrolitos 250. El intercambiador de electrolitos 850 es diferente del intercambiador de electrolitos 250 en que el intercambiador de electrolitos 850 comprende un primer transferidor de electrolitos 851 en lugar del primer transferidor de electrolitos 251, y un segundo transferidor de electrolitos 852 en lugar del segundo transferidor de electrolitos 252. En el aparato de producción de gas 800, se puede utilizar preferiblemente una bomba de desplazamiento no positivo como primera bomba de circulación 22 y como segunda bomba de circulación 32.

[0374] Con el fin de facilitar la descripción, el segundo transferidor de electrolitos 852 se describe antes que el primer transferidor de electrolitos 851. El segundo transferidor de electrolito 852 tiene el primer medidor de flujo F1 dispuesto en el lado de salida de la primera bomba de circulación 22 en el primer tubo 25; la primera válvula de control de flujo FCV1 dispuesta en el lado de aguas abajo del primer medidor de flujo F1 en el primer tubo 25; el segundo medidor de flujo F2 y la segunda válvula de control de flujo FCV2 que están dispuestos en serie en el lado de salida de la segunda bomba de circulación 32 en el segundo tubo 35; un tercer tubo 8525 que introduce el electrolito desde el lado de aguas abajo del primer medidor de flujo F1 y el lado de aguas arriba de la primera válvula de control de flujo FCV1 en el primer tubo 25 al lado de aguas abajo del segundo medidor de flujo F2 y la segunda válvula de control de flujo FCV2 en el segundo tubo 35; y el tercer medidor de flujo F3 y la tercera válvula de control de flujo FCV3 que están dispuestos en serie en la parte media del tercer tubo 8525. De acuerdo con diversos ejemplos, los medidores de flujo conocidos capaces de medir el caudal de un electrolito, como por ejemplo medidores de flujo de área, medidores de flujo de desplazamiento positivo, medidores de flujo Coriolis y medidores de flujo electromagnéticos, se pueden utilizar como primer, segundo y tercer medidores de flujo F1, F2 y F3 sin limitaciones particulares. De acuerdo con diversos ejemplos, las válvulas de control conocidas capaces de controlar de forma continua el grado de apertura de las mismas, como por ejemplo válvulas de bola, válvulas de mariposa, válvulas de globo y válvulas de aguja, se pueden utilizar como la primera, segunda y tercera válvulas de control de flujo FCV1, FCV2 y FCV3 sin limitaciones particulares. Los grados de apertura de las válvulas de control de flujo primera, segunda y tercera FCV1, FCV2 y FCV3 se controlan cada una de modo que los valores de medición de los medidores de flujo primero, segundo y tercero F1, F2 y F3 tomen valores predeterminados.

[0376] La cantidad v<p1>del electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 [L/s], la cantidad v<p2>del electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32 [L/s], la cantidad v<12>del electrolito transferido desde el segundo transferidor de electrolito 852 [L/s], el suministro v<1>del electrolito a la cámara del ánodo 11 [L/s] y el suministro v<2>del electrolito a la cámara del cátodo 12 [L/s] se representan cada una por medio de

[0379]

[0382] y

[0383]

[0386] utilizando el valor de medición f<1>del primer medidor de flujo F1 [L/s], el valor de medición f<2>del segundo medidor de flujo F2 [L/s], y el valor de medición f<3>del tercer medidor de flujo F3 [L/s]. Por ejemplo, el valor objetivo de f<3>se puede obtener como v<12>a partir de la ecuación (12').

[0387] Tal como se ha descrito anteriormente en relación con el aparato de producción de gas 200, los suministros v<1>y v<2>de los electrolitos a la cámara del ánodo 11 y a la cámara del cátodo 12 son preferiblemente casi iguales entre sí. Específicamente, las cantidades v<p1>, v<p2>y v<12>de los electrolitos bombeados por la primera bomba de circulación 22, la segunda bomba de circulación 32 y el segundo transferidor de electrolitos 852 se controlan preferiblemente de manera que la relación v<2>/v<1>sea de 0,80 a 1,20, y más preferiblemente de 0,90 a 1,10. La relación v<2>/v<1>dentro del intervalo anterior estabiliza la diferencia en la concentración del electrolito entre la cámara del ánodo 11 y la cámara del cátodo 12 después de la electrólisis, lo cual facilita la estabilización del voltaje de electrólisis del recipiente de electrólisis 10.

[0388] Tal como se ha descrito anteriormente con respecto al aparato de producción de gas 200, las relaciones v<12>/v<p1>y v<12>/v<p2>de la cantidad v<12>del electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 852, en relación con la cantidad v<p1>del electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 y en relación con la cantidad v<p2>del electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32 son cada una preferiblemente de no menos de 0,001, y más preferiblemente de no menos de 0,003; y en una forma de realización, son cada una de no más de 0,03, y preferiblemente de no más de 0,01. Las relaciones de la cantidad de electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 852, en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 y en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32 cada una igual o superior al límite inferior anterior pueden reducir aún más la diferencia entre la concentración del electrolito en el primer sistema de circulación de electrolito 20 y la concentración del electrolito en el segundo sistema de circulación de electrolito 30, lo cual hace que resulte fácil mantener la concentración del electrolito suministrado a la cámara del ánodo 11 y la concentración del electrolito suministrado a la cámara del cátodo 12 dentro de un intervalo tal que la eficiencia energética es alta. Las relaciones entre la cantidad de electrolito transferido por el segundo transferidor de electrolito 852, en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 y en relación con la cantidad de electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32, cada una igual o inferior al límite superior anterior, pueden reducir un gas oxígeno disuelto restante que se une al electrolito desde el primer sistema de circulación de electrolito 20 al segundo sistema de circulación de electrolito 30, y un gas hidrógeno disuelto restante que se une al electrolito desde el segundo sistema de circulación de electrolito 30 al primer sistema de circulación de electrolito 20, lo cual puede reducir el gas hidrógeno liberado de la parte de fase líquida 21a a la parte de fase gaseosa 21b del primer depósito de circulación 21 con el fin de mejorar aún más la pureza del gas oxígeno recuperado de la primera línea de recuperación de gas 60, y puede reducir el gas oxígeno liberado de la parte de fase líquida 31a a la parte de fase gaseosa 31b del segundo depósito de circulación 31 con el fin de mejorar aún más la pureza del gas hidrógeno recuperado de la segunda línea de recuperación de gas.70.

[0389] Si se determinan los valores objetivo del suministro v<1>del electrolito a la cámara del ánodo 11 (= f<1>- f<3>: ecuación (30)), el suministro v<2>del electrolito a la cámara del cátodo 12 (= f<2>+ f<3>: ecuación (31)), y la cantidad v<12>del electrolito transferido desde el segundo transferidor de electrolito 852 (= f<3>: ecuación (29)), los valores objetivo de f<1>y f<2>también se determinan como

[0391]

[0394] a partir de las ecuaciones (30) y (31), respectivamente, lo cual permite controlar los grados de apertura de las válvulas de control de flujo primera a tercera FCV1, FCV2 y FCV3 de manera que se alcancen los valores objetivo de f<1>, f<2>y f<3>. De acuerdo con diversos ejemplos, se pueden utilizar medios de control conocidos, como por ejemplo el control de retroalimentación, para el control de los grados de apertura de las válvulas de control de flujo primera a tercera FCV1, FCV2 y FCV3.

[0395] Como ejemplo, si el caudal f<1>a través del primer medidor de flujo F1 y el caudal f<2>a través del segundo medidor de flujo F2 se mantienen iguales entre sí, los grados de apertura de la primera y la segunda válvula de control de flujo FCV1 y FCV2 se ajustan de modo que la caída de presión P<d>FCV2

en la segunda válvula de control de flujo FCV2 sea menor que la caída de presión P<d>FCV1

en la primera válvula de control de flujo FCV1 (es decir, Pd<FCV2>< P<d>FCV1

) (por ejemplo, cuando la primera y la segunda válvula de control de flujo FCV1 y FCV2 tienen la misma especificación, el grado de apertura O<FCV1>de la primera válvula de control de flujo FCV1 se establece para que sea menor que el grado de apertura O<FCV2>de la segunda válvula de control de flujo FCV2 (O<FCV1>< O<FCV2>)), lo cual hace posible transferir el electrolito desde el primer tubo 25 a través del tercer tubo 8525 que comprende la tercera válvula de control de flujo FCV3 y el tercer medidor de flujo F3 hasta el segundo tubo 35. Con vistas a transferir el electrolito contra la presión en el lado de aguas abajo de la segunda válvula de control de flujo FCV2 en el segundo tubo 35, el grado de apertura de la tercera válvula de control de flujo FCV3 se controla preferiblemente de modo que la caída de presión P<d>FCV3

en la tercera válvula de control de flujo FCV3 sea menor que la caída de presión P<d>FCV2

en la segunda válvula de control de flujo FCV2 (Pd<FCV3>< Pd<FCV2>). En el medio del tercer tubo 8525 se puede disponer además una válvula de retención para controlar el flujo retrógrado del electrolito (desde el segundo tubo 35 al primer tubo 25).

[0396] El primer transferidor de electrolito 851 es un tubo de comunicación que conecta la parte de fase líquida 21a del primer depósito de circulación 21 y la parte de fase líquida 31a del segundo depósito de circulación 31 (en adelante, el primer transferidor de electrolito 851 puede denominarse "tubo de comunicación 851"). En el aparato de producción de gas 800, el primer depósito de circulación 21 y el segundo depósito de circulación 31 están dispuestos preferiblemente aproximadamente a la misma altura. Tal como se ha descrito anteriormente, el segundo transferidor de electrolito 852 transfiere parte del primer electrolito que fluye en el primer tubo 25 que conecta la salida de la primera bomba de circulación 22 y la entrada de la cámara del ánodo 11 al segundo tubo 35 que conecta la salida de la segunda bomba de circulación 32 y la entrada de la cámara del cátodo 12. De este modo, el segundo transferidor de electrolito 852 funciona de una manera tal que aumenta la cantidad del segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación 31 más que la cantidad del primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación 21. Por lo tanto, el segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación 31 se mueve parcialmente a través del tubo de comunicación 851 hacia el primer depósito de circulación 21, utilizando la gravedad como fuerza impulsora, con el fin de aliviar la diferencia de nivel de líquido entre el primer depósito de circulación 21 y el segundo depósito de circulación 31. Tal como se ha descrito anteriormente, el primer transferidor de electrolito 851 transfiere parte del segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación 31 al primer depósito de circulación 21.

[0397] La cantidad del primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación 21, en relación con la capacidad total del primer depósito de circulación 21, se mantiene preferiblemente dentro del intervalo de 1 y 99 % en vol., y más preferiblemente dentro del intervalo de 30 y 70 % en vol. De forma similar, la cantidad del segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación 31, en relación con la capacidad total del segundo depósito de circulación 31, se mantiene preferiblemente dentro del intervalo de 1 y 99% en vol., y más preferiblemente dentro del intervalo de 30 y 70% en vol. La cantidad de electrolito almacenada en cada uno de los depósitos de circulación 21 y 31 dentro del intervalo anterior permite operar de manera más estable el aparato de producción de gas 800. Tal como se ha descrito anteriormente, el mismo efecto que el anterior también se puede obtener mediante el aparato de producción de gas 800 utilizando la combinación de las válvulas de control (FCV1 a FCV3) y el tubo de comunicación (851) como intercambiador de electrolitos en lugar de las bombas. El aparato de producción de gas 800 de acuerdo con dicha forma de realización puede reducir aún más el consumo de energía en el intercambiador de electrolitos, y ofrece una reducción o solución automática de la diferencia en el nivel de líquido entre el primer depósito de circulación 21 y el segundo depósito de circulación 31 por medio del tubo de comunicación 851, lo que hace que resulte innecesario un proceso de control de las cantidades de electrolitos transferidos desde el primer transferidor de electrolitos (51, 251) y el segundo transferidor de electrolitos (52, 252) para mantener niveles de líquido predeterminados del primer y segundo depósitos de circulación 21 y 31. Por lo tanto, el aparato de producción de gas 800 de acuerdo con dicha forma de realización puede reducir los costos de equipo y conducción, a la vez que puede simplificar el control.

[0398] <16. Método de producción de gas (8)>

[0399] El funcionamiento del aparato de producción de gas 800 y un método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 800 se describirán con más detalle con referencia a la Fig.9.

[0400] Los pasos (a) a (g), (j) y (k) son los mismos que en la descripción anterior sobre el método de producción de gas utilizando el aparato de producción de gas 500 (Fig.2).

[0401] Una parte del primer electrolito bombeado por la primera bomba de circulación 22 se ramifica mediante el segundo transferidor de electrolito 852 y se une al segundo electrolito bombeado por la segunda bomba de circulación 32. Esto da como resultado que la parte del primer electrolito se introduzca en el segundo electrolito (paso (i)). Una parte del segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación 31 se transfiere al primer depósito de circulación 21 mediante el primer transferidor de electrolito (tubo de comunicación) 851. Esto da como resultado que parte del segundo electrolito se introduzca en el primer electrolito (paso (h)).

[0402] Los pasos (a) a (k) se llevan a cabo de forma continua al mismo tiempo, lo que da como resultado la producción de gas oxígeno y gas hidrógeno. El sistema de suministro de agua pura 40 repone el agua consumida por la electrólisis.

[0404] El mismo efecto que el anterior también se puede obtener mediante el aparato de producción de gas 800 y el método de producción de gas que utiliza el aparato de producción de gas 800.

[0406] Tal como se ha descrito anteriormente sobre la presente invención, los aparatos de producción de gas 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 y 800 comprenden cada uno de ellos el sistema de suministro de agua pura 40 o 340 que suministra agua a uno de entre el primer depósito de circulación 21 y el segundo depósito de circulación 31; y los métodos de producción de gas que utilizan dichos aparatos de producción de gas se han descrito como ejemplos. De acuerdo con diversas formas de realización, el aparato de producción de gas puede comprender un sistema de suministro de agua pura que suministra agua tanto al primer depósito de circulación como al segundo depósito de circulación, y el método de producción de gas puede utilizar dicho aparato de producción de gas.

[0408] Tal como se ha descrito anteriormente sobre la presente invención, los aparatos de producción de gas 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 y 800 ninguno de ellos comprende ningún separador de gas-líquido, en que la primera corriente de gas y el primer electrolito son sometidos a separación de gas-líquido dentro del primer depósito de circulación 21, y la segunda corriente de gas y el segundo electrolito son sometidos a una separación de gaslíquido dentro del segundo depósito de circulación 31; y el método de producción de gas que utiliza dichos aparatos de producción de gas se han descrito como ejemplos. De acuerdo con diversos ejemplos, el aparato de producción de gas puede comprender un primer separador de gas-líquido que recibe la mezcla de gas-líquido de la primera corriente de gas y el primer electrolito que fluye desde la cámara del ánodo, y que somete la mezcla de gas-líquido a separación de gas-líquido, y un segundo separador de gas-líquido que recibe la mezcla de gas-líquido de la segunda corriente de gas y el segundo electrolito que fluye desde la cámara del cátodo, y que somete la mezcla de gas-líquido a separación de gas-líquido, en que el primer electrolito después de la separación de gas-líquido por parte del primer separador de gas-líquido se almacena en el primer depósito de circulación, la primera corriente de gas después de la separación de gas-líquido por parte del primer separador de gas-líquido se recupera de la primera línea de recuperación de gas, el segundo electrolito después de la separación de gas-líquido por el segundo separador de gas-líquido se almacena en el segundo depósito de circulación, y la segunda corriente de gas después de la separación de gas-líquido por el segundo separador de gas-líquido se recupera del segundo línea de recuperación de gas; y el método de producción de gas puede utilizar dicho aparato de producción de gas. El mismo efecto que el anterior también se puede obtener mediante el aparato de producción de gas y el método de producción de gas de acuerdo con dicha forma de realización.

[0410] Lista de referencias de signos

[0412] 100, 200, 300, 400, 500, 600, 600', 700, 800 aparatos de producción de gas

[0413] 10 recipiente de electrólisis

[0414] 11 cámara de ánodo

[0415] 12 cámara de cátodo

[0416] 13 membrana separadora (permeable a iones)

[0417] 20 primer sistema de circulación de electrolitos

[0418] 21 primer depósito de circulación

[0419] 21a parte de fase líquida

[0420] 21b parte de la fase gaseosa

[0421] 22 primera bomba de circulación

[0422] 23, 24 tubo

[0423] 25 primer tubo

[0424] 30 segundo sistema de circulación de electrolitos

[0425] 31 segundo depósito de circulación

[0426] 31a parte de fase líquida

[0427] 31b parte de fase gaseosa

[0428] 32 segunda bomba de circulación

[0429] 33, 34 tubo

[0430] 35 segundo tubo

[0431] 40 sistema de suministro de agua pura

[0432] 41 depósito de agua pura

[0433] 42 bomba de suministro de agua

[0434] 50, 250, 750, 850 intercambiador de electrolitos

[0435] 51, 251, 751, 851 primer transferidor de electrolitos

[0436] 52, 252, 752, 852 segundo transferidor de electrolitos

[0437] 7525, 8525 tercer tubo

[0438] F1 Primer medidor de flujo

[0439] F2 Medidor de flujo de segundo

[0440] F3 Medidor de flujo de tercer

[0441] FCV1 Primera válvula de control de flujo

[0442] FCV2 Válvula de control de flujo secundaria

[0443] FCV3 Válvula de control de flujo de tercera

[0444] 60, 660 primera línea de recuperación de gas

[0445] 61 primera válvula reguladora de presión

[0446] 62 tubo

[0447] 63 manómetro

[0448] 664 primer enfriador

[0449] 665 primer filtro

[0450] 70, 670 segunda línea de recuperación de gas

[0451] 71 segunda válvula reguladora de presión

[0452] 72 tubo

[0453] 73 manómetro

[0454] 674 segundo enfriador

[0455] 675 segundo filtro

[0456] 80 regulador de presión diferencial

[0457] 81 detector de presión diferencial

[0458] 82 controlador de válvula

Claims

1. REIVINDICACIONES

1.Un aparato de producción de gas (100, 200, 300, 400, 500, 600, 600', 700, 800) que comprende:

un recipiente de electrólisis (10) que comprende una cámara de ánodo (11) configurada para generar gas oxígeno, una cámara de cátodo (12) configurada para generar gas hidrógeno y una membrana separadora permeable a iones (13) que separa la cámara de ánodo (11) y la cámara de cátodo (12), en que la cámara de ánodo (11) aloja un ánodo, en que la cámara de cátodo (12) aloja un cátodo;

un primer sistema de circulación de electrolitos (20);

un segundo sistema de circulación de electrolitos (30); y

un intercambiador de electrolitos (50, 250, 750, 850),

en que el primer sistema de circulación de electrolitos (20) comprende:

un primer depósito de circulación (21) configurado para recibir y almacenar un primer electrolito que fluye desde la cámara del ánodo (11); y

una primera bomba de circulación (22) configurada para suministrar el primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación (21) a la cámara de ánodo (11),

en que el segundo sistema de circulación de electrolitos (30) comprende:

un segundo depósito de circulación (31) configurado para recibir y almacenar un segundo electrolito que fluye desde la cámara de cátodo (12); y

una segunda bomba de circulación (32) configurada para suministrar el segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación (31) a la cámara de cátodo (12),

el intercambiador de electrolitos (50, 250, 750, 850) configurado para transferir parte del primer electrolito existente en el primer sistema de circulación de electrolitos (20) al segundo sistema de circulación de electrolitos (30) por un lado, y configurado para transferir parte del segundo electrolito existente en el segundo sistema de circulación de electrolitos (30) al primer sistema de circulación de electrolitos (20) por otro lado,

el aparato de producción de gas (100, 200, 300, 400, 500, 600, 600', 700, 800) que comprende además:

un primer tubo (25) que conecta una salida de la primera bomba de circulación (22) y una entrada de la cámara de ánodo (11); y

un segundo tubo (35) que conecta una salida de la segunda bomba de circulación (32) y una entrada de la cámara de cátodo (12), de manera que el segundo electrolito fluye en el segundo tubo,

en que el intercambiador de electrolitos (50, 250, 750, 850) comprende (a) o (b):

(a) un primer transferidor de electrolito (51, 751) configurado para transferir parte del primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación (21) al segundo depósito de circulación (31); y

un segundo transferidor de electrolito (52, 752) configurado para transferir parte del segundo electrolito desde el segundo tubo (35) al primer tubo (25); o

(b) un primer transferidor de electrolito (251, 851) configurado para transferir parte del segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación (31) al primer depósito de circulación (21); y

un segundo transferidor de electrolito (252, 852) configurado para transferir parte del primer electrolito desde el primer tubo (25) al segundo tubo (35).

2.El aparato de producción de gas (100, 200, 300, 400, 500, 600, 600', 700, 800) de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además:

una primera válvula reguladora de presión (61) configurada para regular la presión de una primera corriente de gas que fluye desde la cámara del ánodo (11); y

una segunda válvula reguladora de presión (71) configurada para regular la presión de una segunda corriente de gas que fluye desde la cámara de cátodo (12).

3.El aparato de producción de gas (600) de acuerdo con la reivindicación 2, que comprende además: un primer enfriador (664) configurado para recibir y enfriar la primera corriente de gas; un segundo enfriador (674) configurado para recibir y enfriar la segunda corriente de gas; un primer filtro (665) conectado con el primer enfriador (664), configurado para recibir la primera corriente de gas enfriada por el primer enfriador (664), y configurado para eliminar una humedad licuada en la primera corriente de gas; y

un segundo filtro (675) conectado con el segundo enfriador (674), configurado para recibir la segunda corriente de gas enfriada por el segundo enfriador (674), y configurado para eliminar una humedad licuada en la segunda corriente de gas,

en que el primer enfriador (664) y el primer filtro (665) se encuentran dispuestos en un lado de aguas arriba de la primera válvula reguladora de presión (61); y

el segundo enfriador (674) y el segundo filtro (675) se encuentran dispuestos en un lado de aguas arriba de la segunda válvula reguladora de presión (71).

4.El aparato de producción de gas (600, 600') de acuerdo con la reivindicación 2 o 3, que comprende además:

un regulador de presión diferencial (80) configurado para regular una diferencia de presión entre la presión de la primera corriente de gas en el lado de aguas arriba de la primera válvula reguladora de presión (61) y la presión de la segunda corriente de gas en el lado de aguas arriba de la segunda válvula reguladora de presión (71) a un valor predeterminado.

5.El aparato de producción de gas (600, 600') de acuerdo con la reivindicación 4,

en que el regulador de presión diferencial (80) comprende:

un detector de presión diferencial (91) configurado para medir la diferencia de presión entre la presión de la primera corriente de gas en el lado de aguas arriba de la primera válvula reguladora de presión (61) y la presión de la segunda corriente de gas en el lado de aguas arriba de la segunda válvula reguladora de presión (71); y

un controlador de válvula (82) configurado para controlar la primera válvula reguladora de presión (61) y/o la segunda válvula reguladora de presión (71) en función de un resultado de la medición por parte del detector de presión diferencial (91).

6.Un método de producción de gas para producir gas oxígeno y gas hidrógeno, en que el método comprende la electrolización de un electrolito que es agua alcalina por medio de un recipiente de electrólisis (10), en que el recipiente de electrólisis comprende una cámara de ánodo (11), una cámara de cátodo (12) y una membrana separadora permeable a iones (13) que separa la cámara de ánodo (11) y la cámara de cátodo (12), en que la cámara de ánodo (11) aloja un ánodo y genera gas oxígeno, en que la cámara de cátodo (12) aloja un cátodo y genera gas hidrógeno.

en que el método comprende:

(a) aplicar una corriente eléctrica entre el ánodo y el cátodo a la vez que se suministra un primer electrolito a la cámara del ánodo (11) y un segundo electrolito a la cámara del cátodo (12) respectivamente, para generar gas oxígeno desde el ánodo y gas hidrógeno desde el cátodo respectivamente; (b) recuperar una primera corriente de gas y el primer electrolito desde la cámara de ánodo (11), en que la primera corriente de gas comprende gas oxígeno; (c) recuperar una segunda corriente de gas y el segundo electrolito de la cámara de cátodo (12), en que la segunda corriente de gas comprende gas hidrógeno; (d) almacenar el primer electrolito recuperado de la cámara de ánodo (11) en un primer depósito de circulación (21);

(e) almacenar el segundo electrolito recuperado de la cámara de cátodo (12) en un segundo depósito de circulación (31);

(f) bombear el primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación (21) a la cámara del ánodo (11) por medio de una primera bomba de circulación (22);

(g) bombear el segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación (31) a la cámara de cátodo (12) por medio de una segunda bomba de circulación (32);

(h) introducir parte del primer electrolito en el segundo electrolito; e

(i) introducir parte del segundo electrolito en el primer electrolito,

en que (a) o (b):

(a) la (h) comprende transferir parte del primer electrolito almacenado en el primer depósito de circulación (21) al segundo depósito de circulación (31); y

la (i) comprende hacer que parte del segundo electrolito bombeado desde la segunda bomba de circulación (32) se una al primer electrolito bombeado desde la primera bomba de circulación (22); o

(b) la (h) comprende hacer que parte del primer electrolito bombeado desde la primera bomba de circulación (22) se una al segundo electrolito bombeado desde la segunda bomba de circulación (32); y

la (i) comprende transferir parte del segundo electrolito almacenado en el segundo depósito de circulación (31) al primer depósito de circulación (21).

7.El método de acuerdo con la reivindicación 6, que comprende además:

(j) regular una presión de la primera corriente de gas recuperada desde la cámara de ánodo (11), por medio de una primera válvula reguladora de presión (61) dispuesta en una trayectoria de flujo (60) de la primera corriente de gas; y

(k) regular una presión de la segunda corriente de gas recuperada de la cámara de cátodo (12), por medio de una segunda válvula reguladora de presión (71) dispuesta en una trayectoria de flujo (70) de la segunda corriente de gas.

8.El método de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende además:

(l) enfriar la primera corriente de gas;

(m) enfriar la segunda corriente de gas;

(n) eliminar la humedad condensada en la (l) de la primera corriente de gas después de la (l); y

(o) eliminar la humedad condensada en la (m) de la segunda corriente de gas después de la (m),

en que la (j) comprende:

regular la presión de la primera corriente de gas después de la (l) y la (n) por medio de la primera válvula reguladora de presión (61),

en que la (k) comprende:

regular la presión del segundo vapor de gas después de la (m) y de la (o) por medio de la segunda válvula reguladora de presión (71).

9.El método de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, que comprende además:

(p) regular una diferencia de presión entre la presión de la primera corriente de gas en un lado de aguas arriba de la primera válvula reguladora de presión (61) y la presión de la segunda corriente de gas en un lado de aguas arriba de la segunda válvula reguladora de presión (71) para que sea un valor predeterminado.

10.El método de acuerdo con la reivindicación 9,

en que la (p) comprende:

(p1) medir la diferencia de presión entre la presión de la primera corriente de gas en el lado de aguas arriba de la primera válvula reguladora de presión (61) y la presión de la segunda corriente de gas en el lado de aguas arriba de la segunda válvula reguladora de presión (71); y

(p2) controlar la primera válvula reguladora de presión (61) y/o la segunda válvula reguladora de presión (71) en la (j) y la (k), basándose en un resultado de la medición de la (p1).

11.El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10,

en que la presión dentro de la cámara de cátodo (11) se mantiene superior a la presión atmosférica en no menos de 20 kPa.

12.El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 11,

en que una presión dentro de la cámara del ánodo (12) se mantiene superior a la presión atmosférica en no menos de 20 kPa.