JP2019178356A - 水素製造装置及び水素製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】純度の高い水素を製造することができる水素製造装置及び水素製造方法を提供する。【解決手段】実施形態に係る水素製造装置１は、陽極室１２と陰極室１３とに隔壁１１によって仕切られ、アルカリ性水溶液を電気分解する電解槽１０と、陽極室１２から流入したアルカリ性水溶液から陽極室１２で発生した酸素ガスを分離する陽極側気液分離器２０と、陰極室１３から流入したアルカリ性水溶液から陰極室１３で発生した水素ガスを分離する陰極側気液分離器３０と、陽極側気液分離器２０から流入したアルカリ性水溶液を貯留する陽極側貯留槽４０と、陰極側気液分離器３０から流入したアルカリ性水溶液を貯留する陰極側貯留槽５０と、陽極側貯留槽４０のアルカリ性水溶液を陽極室１２に供給する陽極側供給部６０と、陰極側貯留槽５０のアルカリ性水溶液を陰極室１３に供給する陰極側供給部７０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、水素製造装置及び水素製造方法に関する。

水素製造方法としては、アルカリ電解方式が提案されている。アルカリ電解方式は、電解質が水酸化カリウムなどであるアルカリ性水溶液を電解槽で電気分解することにより、水素ガスを生成する技術である。電解槽は、多孔性であって、イオン透過性、液体透過性及び気体不透過性を有する隔膜により陽極室と陰極室とに仕切られている。陽極室は陽極が設けられた陽極側の部屋であり、陰極室は陰極が設けられた陰極側の部屋である。

アルカリ性水溶液は、貯留槽に貯留されており、貯留槽で加熱されてから電解槽の陽極室及び陰極室に供給される。陽極室及び陰極室に供給されたアルカリ性水溶液は電解槽で電気分解され、陽極室のアルカリ性水溶液は、陽極室で発生した酸素ガスと共に陽極室から排出され、また、陰極室のアルカリ性水溶液は、陰極室で発生した水素ガスと共に陰極室から排出される。陽極室から排出されたアルカリ性水溶液と酸素ガスとは分離され、その分離されたアルカリ性水溶液が貯留槽に戻り、また、陰極室から排出されたアルカリ性水溶液と水素ガスとは分離され、その分離されたアルカリ性水溶液が貯留槽に戻る。その後、貯留槽のアルカリ性水溶液は再び貯留槽から電解槽の陽極室及び陰極室に供給され、前述と同様の経路を循環する。

特開２０１５−１１７４０７号公報

本発明が解決しようとする課題は、純度の高い水素を製造することができる水素製造装置及び水素製造方法を提供することである。

実施形態に係る水素製造装置は、アルカリ性水溶液を電気分解して水素を生成する水素製造装置であって、陽極が存在する陽極室と陰極が存在する陰極室とに隔壁によって仕切られ、アルカリ性水溶液を電気分解する電解槽と、陽極室に接続され、陽極室から流入したアルカリ性水溶液から陽極室で発生した酸素ガスを分離する陽極側気液分離器と、陰極室に接続され、陰極室から流入したアルカリ性水溶液から陰極室で発生した水素ガスを分離する陰極側気液分離器と、陽極側気液分離器に接続され、陽極側気液分離器から流入したアルカリ性水溶液を貯留する陽極側貯留槽と、陰極側気液分離器に接続され、陰極側気液分離器から流入したアルカリ性水溶液を貯留する陰極側貯留槽と、陽極側貯留槽のアルカリ性水溶液を陽極室に供給する陽極側供給部と、陰極側貯留槽のアルカリ性水溶液を陰極室に供給する陰極側供給部とを備える。

実施形態に係る水素製造方法は、アルカリ性水溶液を電気分解して水素を生成する水素製造方法であって、陽極が存在する陽極室と陰極が存在する陰極室とに隔壁によって仕切られた電解槽により、アルカリ性水溶液を電気分解する工程と、陽極室から流入したアルカリ性水溶液から陽極室で発生した酸素ガスを陽極側気液分離器により分離する工程と、陰極室から流入したアルカリ性水溶液から陰極室で発生した水素ガスを陰極側気液分離器により分離する工程と、陽極側気液分離器から流入したアルカリ性水溶液を陽極側貯留槽により貯留する工程と、陰極側気液分離器から流入したアルカリ性水溶液を陰極側貯留槽により貯留する工程と、陽極側貯留槽のアルカリ性水溶液を電解槽の陽極室に陽極側供給部により供給する工程と、陰極側貯留槽のアルカリ性水溶液を電解槽の陰極室に陰極側供給部により供給する工程とを有する。

実施形態に係る水素製造装置又は水素製造方法によれば、純度の高い水素を製造することができる。

第１の実施形態に係る水素製造装置の概略構成を示す図である。 第２の実施形態に係る水素製造装置の概略構成を示す図である。 第３の実施形態に係る水素製造装置の概略構成を示す図である。 第４の実施形態に係る水素製造装置の概略構成を示す図である。 第５の実施形態に係る水素製造装置の概略構成を示す図である。 第６の実施形態に係る水素製造装置の概略構成を示す図である。 第７の実施形態に係る水素製造装置の概略構成を示す図である。 第８の実施形態に係る水素製造装置の概略構成を示す図である。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態について図１を参照して説明する。

（基本構成）
図１に示すように、第１の実施形態に係る水素製造装置１は、電解槽１０と、陽極側気液分離器２０と、陰極側気液分離器３０と、陽極側貯留槽４０と、陰極側貯留槽５０と、陽極側供給部６０と、陰極側供給部７０と、水素処理部８０とを備えている。この水素製造装置１には、水素貯蔵タンク９０が接続されている。水素製造装置１は、アルカリ性水溶液を電気分解して水素を生成し、生成した水素を水素貯蔵タンク９０に送る。

電解槽１０は、アルカリ性水溶液で満たされる。アルカリ性水溶液としては、溶媒である水の電気分解が容易になる電解質が溶解した水溶液、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液や水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液などを用いることが可能である。本実施形態では、例えば、濃度が２０〜４０ｗｔ％（２０ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下の範囲内）である水酸化カリウム水溶液を用いる。

前述の電解槽１０は、隔壁１１により陽極室１２と陰極室１３とに仕切られている。隔壁１１は、アルカリ性水溶液に含まれる液体及びイオンを透過させるが、電解槽１０内で発生する気体を透過させない部材である。この隔壁１１としては、例えば、多孔質な高分子フィルムなどを用いることが可能である。陽極室１２は陽極１２ａが設けられた陽極側の部屋（陽極１２ａが存在する部屋）であり、陰極室１３は陰極１３ａが設けられた陰極側の部屋（陰極１３ａが存在する部屋）である。陽極１２ａは電源１０ａの正極に接続される電極（アノード）であり、陰極１３ａは電源１０ａの負極に接続される電極（カソード）である。電源１０ａは、陽極１２ａと陰極１３ａとの間に、予め定めた直流電圧を印加する。

陽極１２ａと陰極１３ａとの間に直流電圧が印加されると、陰極１３ａでは、水（Ｈ_２Ｏ）から水素（Ｈ_２）と水酸化物イオン（ＯＨ⁻）が生じ、水酸化物イオン（ＯＨ⁻）は隔壁１１を透過して陽極側へ移動する。陽極１２ａでは、水（Ｈ_２Ｏ）と酸素（Ｏ_２）が生じる。つまり、陰極１３ａでは、２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻→Ｈ_２＋２ＯＨ⁻という反応が生じ、陽極１２ａでは、２ＯＨ⁻→Ｈ_２Ｏ＋１／２・Ｏ_２＋２ｅ⁻という反応が生じる。そして、全体反応としては、Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋１／２・Ｏ_２という反応が生じる。

陽極側気液分離器２０は、酸素管２１により電解槽１０の陽極室１２に接続されている。酸素管２１の一端は陽極室１２の上部（例えば天上面）に接続されており、その他端は陽極側気液分離器２０の上部（例えば天上面）に接続されている。この陽極側気液分離器２０の上部（例えば天上面）には、排気管２２の一端が接続されており、その他端は開放されている。陽極室１２のアルカリ性水溶液（酸素ガスや溶存酸素を含むアルカリ性水溶液）は、陽極室１２から酸素管２１を介して陽極側気液分離器２０に流入する。陽極側気液分離器２０は、陽極室１２から流入したアルカリ性水溶液から酸素ガスを分離する。つまり、陽極室１２から流入したアルカリ性水溶液は陽極側気液分離器２０の下部に集まり、酸素ガスは陽極側気液分離器２０の上部に集まる。なお、陽極側気液分離器２０の上部に集まった酸素ガスは、排気管２２から排出されるが、必要に応じて回収されるようにしても良い。

陰極側気液分離器３０は、水素管３１により電解槽１０の陰極室１３に接続されている。水素管３１の一端は陰極室１３の上部（例えば天上面）に接続されており、その他端は陰極側気液分離器３０の上部（例えば天上面）に接続されている。この陰極側気液分離器３０の上部（例えば天上面）には、排気管３２の一端が接続されており、その他端は水素処理部８０に接続されている。陰極室１３のアルカリ性水溶液（水素ガスや溶存水素を含むアルカリ性水溶液）は、陰極室１３から水素管３１を介して陰極側気液分離器３０に流入する。陰極側気液分離器３０は、陰極室１３から流入したアルカリ性水溶液から水素ガスを分離する。つまり、陰極室１３から流入したアルカリ性水溶液は陰極側気液分離器３０の下部に集まり、水素ガスは陰極側気液分離器３０の上部に集まる。なお、陰極側気液分離器３０の上部に集まった水素ガスは、排気管３２から排出され、水素処理部８０に供給される。

陽極側貯留槽４０は、陽極側循環管４１により陽極側気液分離器２０に接続されている。陽極側循環管４１の一端は陽極側気液分離器２０の下部（例えば底面）に接続されており、その他端は陽極側貯留槽４０の上部（例えば天上面）に接続されている。この陽極側貯留槽４０は、アルカリ性水溶液を貯留しており、貯留しているアルカリ性水溶液を加熱してその温度を、予め定めた範囲内に維持する。

陰極側貯留槽５０は、陰極側循環管５１により陰極側気液分離器３０に接続されている。陰極側循環管５１の一端は陰極側気液分離器３０の下部（例えば底面）に接続されており、その他端は陰極側貯留槽５０の上部（例えば天上面）に接続されている。この陰極側貯留槽５０は、アルカリ性水溶液を貯留しており、貯留しているアルカリ性水溶液を加熱してその温度を、予め定めた範囲内に維持する。

陽極側供給部６０は、陽極側供給管６１の経路途中に設けられている。陽極側供給管６１の一端は陽極側貯留槽４０の下部（例えば下部側面）に接続されており、その他端は電解槽１０の陽極室１２の下部（例えば底面）に接続されている。この陽極側供給部６０は、陽極側貯留槽４０から陽極側供給管６１を介して電解槽１０の陽極室１２にアルカリ性水溶液を供給する。陽極側供給部６０としては、例えば、ポンプを用いることが可能である。つまり、陽極側供給部６０が作動すると、陽極側貯留槽４０→電解槽１０の陽極室１２→陽極側気液分離器２０→陽極側貯留槽４０という経路（陽極側循環経路）でアルカリ性水溶液が循環することになる。

陰極側供給部７０は、陰極側供給管７１の経路途中に設けられている。陰極側供給管７１の一端は陰極側貯留槽５０の下部（例えば下部側面）に接続されており、その他端は電解槽１０の陰極室１３の下部（例えば底面）に接続されている。この陰極側供給部７０は、陰極側貯留槽５０から陰極側供給管７１を介して電解槽１０の陰極室１３にアルカリ性水溶液を供給する。陰極側供給部７０としては、例えば、ポンプを用いることが可能である。つまり、陰極側供給部７０が作動すると、陰極側貯留槽５０→電解槽１０の陰極室１３→陰極側気液分離器３０→陰極側貯留槽５０という経路（陰極側循環経路）でアルカリ性水溶液が循環することになる。

水素処理部８０は、洗浄塔８１と、コンプレッサ８２と、ドライヤ８３とを有している。洗浄塔８１と水素貯蔵タンク９０は水素管８４により接続されており、水素管８４の経路途中にコンプレッサ８２及びドライヤ８３が設けられている。

洗浄塔８１は、前述の排気管３２により陰極側気液分離器３０に接続されている。排気管３２の一端は陰極側気液分離器３０の上部（例えば天上面）に接続されており、その他端は洗浄塔８１の上部（例えば天上面）に接続されている。この洗浄塔８１は、排気管３２から流入した水素ガスに対してシャワーにより洗浄液を吹きかけ、水素ガス中のアルカリ成分を除去する。洗浄液としては、例えば、純水を用いることが可能である。コンプレッサ８２は、アルカリ成分が除去された水素ガスを圧縮する。ドライヤ８３は、例えば、化学吸着により水分を取り除くフィルタを用いて、コンプレッサ８２により圧縮された水素ガスを乾燥させる。そして、乾燥した水素ガスは、水素貯蔵タンク９０に流入し、水素貯蔵タンク９０によって貯蔵される。

（水素製造工程）
次に、前述の水素製造装置１が行う水素製造処理の流れについて説明する。なお、初期状態では、電解槽１０、陽極側貯留槽４０及び陰極側貯留槽５０は、アルカリ性水溶液を保持しており、洗浄塔８１は洗浄液を保持している。また、陽極側貯留槽４０及び陰極側貯留槽５０ではアルカリ性水溶液が加熱され、その温度は、予め定めた範囲内に維持されている。

陽極側供給部６０、陰極側供給部７０及び水素処理部８０の動作が開始され、電解槽１０の陽極１２ａ及び陰極１３ａに電圧が印加される。また、水素処理部８０の動作が開始されると、洗浄塔８１は洗浄液を気相中に噴射し、コンプレッサ８２は気体を圧縮する動作を開始し、ドライヤ８３は気体から水分を除去する動作を開始する。

陽極側供給部６０の動作が開始されると、陽極側貯留槽４０のアルカリ性水溶液が陽極側供給管６１を介して電解槽１０の陽極室１２に供給される。また、陰極側供給部７０の動作が開始されると、陰極側貯留槽５０内のアルカリ性水溶液が陰極側供給管７１を介して電解槽１０の陰極室１３に供給される。

電解槽１０の陽極１２ａ及び陰極１３ａに電圧が印加されると、電解槽１０では陽極１２ａと陰極１３ａとの間に電流が流れ、アルカリ性水溶液が電気分解されて、陽極室１２で酸素ガスが発生し、陰極室１３で水素ガスが発生する。なお、酸素ガスや水素ガスは、気泡状態やアルカリ性水溶液に溶解し溶存酸素や溶存水素となって、アルカリ性水溶液と混合状態となっている。

電解槽１０の陽極室１２内のアルカリ性水溶液及び酸素ガスは陽極室１２の上部から酸素管２１に押し出され、酸素管２１を介して陽極側気液分離器２０内に流入する。陽極側気液分離器２０内に流入したアルカリ性水溶液及び酸素ガスは、陽極側気液分離器２０においてアルカリ性水溶液と酸素ガスとに分離される。すなわち、電解槽１０の陽極室１２から流入したアルカリ性水溶液は陽極側気液分離器２０の下部に集まり、酸素ガスは陽極側気液分離器２０の上部に集まる。

陽極側気液分離器２０の下部に集まったアルカリ性水溶液は、陽極側循環管４１を介して陽極側貯留槽４０に戻り、陽極側気液分離器２０の上部に集まった酸素ガスは、排気管２２から排出される。その後、陽極側貯留槽４０内のアルカリ性水溶液は、再び陽極側供給管６１を介して電解槽１０の陽極室１２に供給される。つまり、陽極側貯留槽４０内のアルカリ性水溶液は、陽極側貯留槽４０→電解槽１０の陽極室１２→陽極側気液分離器２０→陽極側貯留槽４０という経路（陽極側循環経路）で循環する。

また、電解槽１０の陰極室１３内のアルカリ性水溶液及び水素ガスは陰極室１３の上部から水素管３１に押し出され、水素管３１を介して陰極側気液分離器３０内に流入する。陰極側気液分離器３０内に流入したアルカリ性水溶液及び水素ガスは、陰極側気液分離器３０においてアルカリ性水溶液と水素ガスとに分離される。すなわち、電解槽１０の陰極室１３から流入したアルカリ性水溶液は陰極側気液分離器３０の下部に集まり、水素ガスは陰極側気液分離器３０の上部に集まる。

陰極側気液分離器３０の下部に集まったアルカリ性水溶液は、陰極側循環管５１を介して陰極側貯留槽５０に戻り、陰極側気液分離器３０の上部に集まった水素ガスは、排気管３２から排出され、水素処理部８０の洗浄塔８１に流入する。その後、陰極側貯留槽５０内のアルカリ性水溶液は、再び陰極側供給管７１を介して電解槽１０の陰極室１３に供給される。つまり、陰極側貯留槽５０内のアルカリ性水溶液は、陰極側貯留槽５０→電解槽１０の陰極室１３→陰極側気液分離器３０→陰極側貯留槽５０という経路（陰極側循環経路）で循環する。

洗浄塔８１に流入した水素ガスは、洗浄塔８１内において洗浄液と接触し、水素ガス中に残留しているアルカリ成分が洗浄液中に溶け込んで除去される。これにより、水素ガスの純度が向上する。洗浄塔８１内でアルカリ成分が除去された水素ガスは水素管８４を介してコンプレッサ８２に送られ、コンプレッサ８２により圧縮される。その後、コンプレッサ８２で圧縮された水素ガスは水素管８４を介してドライヤ８３に送られ、ドライヤ８３により水分が除去される。そして、ドライヤ８３で水分が除去された水素ガスは水素管８４を介して水素貯蔵タンク９０に送られ、水素貯蔵タンク９０により貯蔵される。

ところで、陽極室１２及び陰極室１３に共通の貯留槽が設けられ、それら陽極室１２及び陰極室１３に共通の循環経路が形成されている場合には、陽極室１２のアルカリ性水溶液及び陰極室１３のアルカリ性水溶液は、それら陽極室１２及び陰極室１３に共通の貯留槽で混ざり合うことになる。陽極室１２で生じた酸素ガスは、陽極側気液分離器２０で分離される。アルカリ性水溶液に溶解した溶存酸素は、同様に溶存水素を含む陰極室１３のアルカリ性水溶液と貯留槽で混ざり合うことで水となる。

しかし、陰極側気液分離器３０より排出される水素ガスには酸素ガスが含まれ、水素ガス濃度を低下させていることがあり、この酸素ガスが貯留槽からのアルカリ性水溶液に含まれる酸素によるものであることを本発明者は発見した。

電解槽１０で発生した酸素ガスや水素ガスは、その一部が微小な気泡となってアルカリ性水溶液に分散し、気液分離器２０、３０でのガスの分離においても分離しきれない場合があると考えられる。また、電解槽１０で発生した酸素ガスや水素ガスは、その一部がアルカリ性水溶液に溶解して、溶存酸素や溶存水素となってアルカリ性水溶液に混じり、過飽和の状態になると考えられる。このような溶存する酸素や水素は、気液分離器２０、３０では分離できない。

ここで、陽極室１２及び陰極室１３に共通の貯留槽が設けられ、それら陽極室１２及び陰極室１３に共通の循環経路が形成されている場合に、陽極室１２で生じた酸素（酸素ガスや溶存酸素）を含むアルカリ性水溶液と陰極室１３で生じた水素（水素ガスや溶存水素）を含むアルカリ性水溶液とが共通の貯留槽で混ざり合っても、酸素と水素が反応して水になる場合もあるが、反応出来ずに残る酸素や水素もあると考えられる。酸素や水素の存在量にもよるが、反応比から特に酸素は多く残ると考えられる。そして、この貯留槽で混ざり合ったアルカリ性水溶液が共通の貯留槽から陽極室１２及び陰極室１３の両方に供給されることになる。したがって、陽極室１２で生じた酸素が多く含まれたままのアルカリ性水溶液が陰極室１３に供給されるため、陰極室１３に多くの酸素が存在し、ガス化する酸素も多くなる。このため、陰極室１３で発生する水素ガスに多くの酸素ガスが混ざり、水素純度が低下してしまうと考察した。このように水素純度が低い場合、後工程で水素純度を高めるためには専用設備が必要となり、これは製造コストを押し上げ、また、製造工程や装置構成を複雑にする。そこで、陽極側気液分離器２０で分離しきれない酸素を陰極側に供給しないようにした。

本実施形態の水素製造工程によれば、電解槽１０の陽極室１２用に陽極側貯留槽４０が設けられ、陰極室１３用に陰極側貯留槽５０が設けられ、陽極室１２及び陰極室１３ごとに循環経路が形成されている。このため、陽極室１２で生じた酸素（酸素ガスや溶存酸素）がアルカリ性水溶液に残ったりしても、陽極室１２で生じた酸素を含むアルカリ性水溶液は陽極室１２だけに戻ることになる。これにより、陽極室１２で生じた酸素を含むアルカリ性水溶液が陰極室１３に供給されないため、陰極室１３で発生する水素ガスに多くの酸素ガスが混ざることを抑制することが可能となる。したがって、陰極室１３で発生する水素ガスに多くの酸素ガスが混ざり、水素純度が低下することを抑えることができる。後工程で水素純度を高めるための専用設備が必要なく、製造コストを押し上げ、また、装置構成を複雑にすることを抑えることができる。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、電解槽１０の陽極室１２及び陰極室１３ごとに循環経路が形成されている。すなわち、陽極室１２用に陽極側気液分離器２０、陽極側貯留槽４０及び陽極側供給部６０が設けられており、陰極室１３用に陰極側気液分離器３０、陰極側貯留槽５０及び陰極側供給部７０が設けられている。これにより、陽極室１２で生じた酸素（酸素ガスや溶存酸素）を含むアルカリ性水溶液が陰極室１３に供給されず、陰極室１３で発生する水素ガスに多くの酸素ガスが混ざることを抑制することができる。したがって、陽極室１２及び陰極室１３ごとに循環経路を形成するだけで、陰極室１３で発生する水素ガスに多くの酸素ガスが混ざって水素純度が低下することを抑えることが可能となるので、簡単な構成で純度の高い水素を製造することができる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態について図２を参照して説明する。なお、第２の実施形態では、第１の実施形態との相違点（水供給部、濃度調整部）について説明し、その他の説明は省略する。

図２に示すように、第２の実施形態に係る水素製造装置１は、第１の実施形態に係る各部１０〜８０に加え、水供給部１００と、濃度調整部１１０とを備えている。

水供給部１００は、水供給管１０１により陰極側貯留槽５０に接続されている。水供給管１０１の一端は水供給部１００に接続されており、その他端は陰極側貯留槽５０の上部（例えば天上面）に接続されている。この水供給部１００は、例えばポンプ又は重力により、陰極側貯留槽５０に水供給管１０１を介して水を供給する。

濃度調整部１１０は、センサ１１１と、調整部１１２とを具備している。この濃度調整部１１０は、アルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度を調整する。

センサ１１１は、アルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度を測定するものであり、陰極側貯留槽５０内のアルカリ成分濃度を測定可能に陰極側貯留槽５０に設けられている。このセンサ１１１としては、例えば、周知のｐＨ計を用いることが可能である。

調整部１１２は、調整弁１１２ａと、制御部１１２ｂとを有している。調整弁１１２ａは、水供給管１０１を通過する水の流量を調整するものであり、水供給管１０１の経路途中に設けられている。制御部１１２ｂは、センサ１１１により測定されたアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度に応じて調整弁１１２ａを制御し、陰極側貯留槽５０のアルカリ性水溶液に対する水の供給量を調整する。例えば、制御部１１２ｂは、センサ１１１により測定されたアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度が、予め定めた範囲内になるように調整弁１１２ａを制御し、陰極側貯留槽５０のアルカリ性水溶液に対する水の供給量を調整する。

ここで、図２に示すように、陽極側循環経路と陰極側循環経路は独立しているため、それぞれの経路で処理が進むにつれアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度が変化する。これは、陰極側循環経路において、アルカリ性水溶液の水が消費されることによりアルカリ成分濃度が高くなるためと考えられる。その結果、陰極側循環経路では導電率が変化し、導電率が小さくなると電気抵抗が大きくなるので、エネルギー効率（電解効率）が低下して製造コストが増大する。アルカリ成分濃度と導電率との間には、ある濃度で導電率がピーク（最大）となる関係がある。このため、そのピーク時の濃度より濃度が高くても低くても導電率が下がる。アルカリ性水溶液の電解質が水酸化カリウム（ＫＯＨ）である場合には、濃度が３５％あたりで導電率がピーク（最大）になる。

したがって、陰極側循環経路の経路途中のどこかにセンサ１１１を設け、センサ１１１により測定されたアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度が、予め定めた範囲内となるように、水供給部１００により陰極側循環経路に水を供給する。こうすることで、陰極側循環経路を流れるアルカリ性水溶液の導電率の低下を抑制し、製造コストの増大を抑えることができる。

以上説明したように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、陰極側循環経路を流れるアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度を調整する濃度調整部１１０を設けることによって、アルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度を、予め定めた範囲内とすることが可能となるので、陰極側循環経路を流れるアルカリ性水溶液の導電率の低下を抑制して製造コストの増大を抑えつつ純度の高い水素を製造することができる。

なお、前述のセンサ１１１としては、周知のｐＨ計を用いることが可能であるが、本実施形態に係るアルカリ成分濃度は非常に高いため、測定の信頼性が低くなることがある。そこで、アルカリ成分濃度と導電率との関係（アルカリ成分濃度によって導電率が変化すること）から、その導電率を測定することでアルカリ成分濃度を検知することが望ましい。

また、電解効率が導電率に影響されるので、この導電率を測定する場合、アルカリ成分濃度に置き換えるのでなく、測定した導電率に基づいて、その導電率が目標とする導電率の範囲内になるように水の供給量を調整しても良い。電解効率に直接影響する導電率の目標値に対して直接調整を行うので、より精度の高い調整が可能となる。

なお、アルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度又は導電率は、陽極側循環経路や陰極側循環経路の経路途中のどこで測定されても良いが、陽極室１２内や陰極室１３内での導電率を、予め定めた範囲内とする場合には、陽極室１２内や陰極室１３内、あるいは陽極室１２や陰極室１３に流れ込む直前のアルカリ成分濃度や導電率（例えば電解槽入口アルカリ成分濃度又は電解槽入口導電率）を測定することが望ましい。この場合には、より精度の高い調整が可能となる。

＜第３の実施形態＞
第３の実施形態について図３を参照して説明する。なお、第３の実施形態では、第１の実施形態との相違点（温度調整部）について説明し、その他の説明は省略する。

図３に示すように、第３の実施形態に係る水素製造装置１は、第１の実施形態に係る各部１０〜８０に加え、温度調整部１２０を備えている。

温度調整部１２０は、複数のセンサ１２１と、調整部１２２とを具備している。この温度調整部１２０は、アルカリ性水溶液の温度を調整する。

センサ１２１は、アルカリ性水溶液の温度又は導電率を測定するものであり、陽極側貯留槽４０及び陰極側貯留槽５０ごとにアルカリ性水溶液の温度又は導電率を測定可能に設けられている。このセンサ１２１としては、温度センサや導電率センサなどの各種のセンサを用いることが可能である。

調整部１２２は、複数のヒータ１２２ａと、制御部１２２ｂとを有している。ヒータ１２２ａは、アルカリ性水溶液を加熱するものであり、陽極側貯留槽４０及び陰極側貯留槽５０ごとにアルカリ性水溶液を加熱可能に設けられている。このヒータ１２２ａとしては、抵抗加熱ヒータや赤外線ヒータなどの各種のヒータを用いることが可能である。制御部１２２ｂは、各センサ１２１によりそれぞれ測定されたアルカリ性水溶液の温度又は導電率に応じて各ヒータ１２２ａを個別に制御し、陽極側貯留槽４０及び陰極側貯留槽５０の両方のアルカリ性水溶液の温度を各々調整する。

例えば、制御部１２２ｂは、各センサ１２１により測定されたアルカリ性水溶液の温度又は導電率のそれぞれが、予め定めた範囲内になるように各ヒータ１２２ａを制御し、陽極側貯留槽４０及び陰極側貯留槽５０の両方のアルカリ性水溶液の温度を個別に調整する。なお、ヒータ１２２ａの制御に導電率を用いる場合には、例えば、実際のアルカリ性水溶液の導電率とヒータ１２２ａの温度との関係を測定しておき、その導電率とヒータ温度との関係情報に基づき、センサ１２１により測定された導電率に応じてヒータ１２２ａの温度を調整する。

ここで、図３に示すように、陽極側循環経路と陰極側循環経路は独立しているため、それぞれの経路で処理が進むにつれアルカリ性水溶液の温度が変化する。これは、電解槽１０での電気分解による反応熱の影響により、また、アルカリ性水溶液の水が消費されることや生成されることにより、アルカリ性水溶液の量が変化するため、ヒータによるアルカリ性水溶液の加熱状態が影響されるためと考えられる。導電率は温度によって変わり、温度が低いほど小さくなるので、電気抵抗が大きくなり、エネルギー効率（電解効率）が低下して製造コストが増大する。

したがって、陽極側循環経路と陰極側循環経路と独立して温度調整を行う必要があるため、それらの循環経路の両方の経路途中のどこかにセンサ１２１を個別に設け、各センサ１２１により測定されたアルカリ性水溶液の温度又は導電率が、予め定めた範囲内となるように、各ヒータ１２２ａを制御することで、陽極側循環経路及び陰極側循環経路を流れるアルカリ性水溶液の導電率の低下を抑制し、製造コストの増大を抑えることができる。

なお、アルカリ性水溶液の温度又は導電率は、陽極側循環経路や陰極側循環経路の経路途中のどこで測定されても良いが、陽極室１２や陰極室１３内での導電率を、予め定めた範囲とする場合には、陽極室１２内や陰極室１３内、あるいは、陽極室１２や陰極室１３に流れ込む直前の温度や導電率（例えば電解槽入口温度又は電解槽入口導電率）を測定することが望ましい。この場合には、より精度の高い調整が可能となる。

以上説明したように、第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、陽極側循環経路や陰極側循環経路を流れるアルカリ性水溶液の温度を調整する温度調整部１２０を設けることによって、アルカリ性水溶液の温度を、予め定めた範囲内とすることが可能となるので、陽極側循環経路や陰極側循環経路を流れるアルカリ性水溶液の導電率の低下を抑制して製造コストの増大を抑えつつ純度の高い水素を製造することができる。

＜第４の実施形態＞
第４の実施形態について図４を参照して説明する。なお、第４の実施形態では、第１の実施形態との相違点（液混合部）について説明し、その他の説明を省略する。

図４に示すように、第４の実施形態に係る水素製造装置１は、各部１０〜８０に加え、液混合部１３０を備えている。液混合部１３０は、二本の接続管１３１と、複数のセンサ１３２と、調整部１３３とを具備している。この液混合部１３０は、陽極側循環経路と陰極側循環経路とを接続してアルカリ性水溶液を混合する。

二本の接続管（第１の接続管及び第２の接続管）１３１は、それぞれ電解槽１０内の陽極室１２と陰極室１３とを接続する。第１の接続管１３１の一端は陽極室１２の上部（例えば天上面）に接続されており、その他端は陰極室１３の上部（例えば天上面）に接続されている。第２の接続管１３１の一端は陽極室１２の下部（例えば底面）に接続されており、その他端は陰極室１３の下部（例えば底面）に接続されている。

センサ１３２は、アルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度を測定するものであり、陽極側供給管６１及び陰極側供給管７１ごとにアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度を測定可能に設けられている。これらのセンサ１３２としては、例えば、周知のｐＨ計を用いることが可能である。

調整部１３３は、二つの開閉弁１３３ａと、二つのポンプ１３３ｂと、制御部１３３ｃとを有している。各開閉弁１３３ａは、それぞれ第１の接続管１３１及び第２の接続管１３１の経路途中に設けられている。各ポンプ１３３ｂは、それぞれ第１の接続管１３１及び第２の接続管１３１の経路途中に設けられている。第１の接続管１３１では、開閉弁１３３ａが開状態にされ、ポンプ１３３ｂの駆動によって、陽極室１２から陰極室１３にアルカリ性水溶液が流れる。第２の接続管１３１では、開閉弁１３３ａが開状態にされ、ポンプ１３３ｂの駆動によって、陰極室１３から陽極室１２にアルカリ性水溶液が流れる。これにより、陽極室１２及び陰極室１３内のアルカリ性水溶液が第１の接続管１３１及び第２の接続管１３１を介して循環するので、陽極室１２及び陰極室１３内のアルカリ性水溶液が混ざることになる。なお、ポンプ１３３ｂ無しで自然にアルカリ性水溶液を循環させるようにしても良い。

制御部１３３ｃは、各センサ１３２により測定されたアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度に応じて各開閉弁１３３ａ及び各ポンプ１３３ｂを制御し、陽極室１２及び陰極室１３内のアルカリ性水溶液の循環を行う。例えば、制御部１３３ｃは、各センサ１３２により測定された個々のアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度に差異が生じた場合、各開閉弁１３３ａを開状態にし、各ポンプ１３３ｂを動作させて陽極室１２と陰極室１３との間で各接続管１３１を介してアルカリ性水溶液を循環させる。これにより、陽極室１２及び陰極室１３内のアルカリ性水溶液が混ざることになるので、陽極室１２及び陰極室１３内においてアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度を同じにすることができる。なお、各センサ１３２により測定された個々のアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度が同じになると、制御部１３３ｃは各開閉弁１３３ａを閉状態にし、各ポンプ１３３ｂを停止させる。

ここで、図４に示すように、陽極側循環経路と陰極側循環経路は独立しているため、それぞれの経路で処理が進むにつれアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度や温度に差異が生じる。そこで、陽極側循環経路と陰極側循環経路とを接続する接続管１３１を設け、アルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度や温度が陽極側と陰極側とで差異を生じた場合、接続管１３１による接続経路をつなぐことで両方の循環経路中のアルカリ性水溶液を混合する。このことよって、陽極側と陰極側とでアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度や温度の差異を解消することができる。したがって、アルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度や温度に応じて変化する導電率の差異が解消される。これにより導電率を、予め定めた範囲内とすることが可能となるので、循環経路を流れるアルカリ性水溶液の導電率の低下を抑制し、製造コストの増大を抑えることができる。

なお、前述のアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度が陽極側と陰極側とで異なることは、長い処理時間が経過してから生じる。したがって、陽極側循環経路の酸素を多く含むアルカリ性水溶液を一時的に陰極側循環経路に混合することで、水素ガス濃度が低下したとしても、長い処理時間（稼働時間、生産時間）からすればその影響は少ない。また、混合した間の濃度が許容範囲より低下した水素ガスを排出し、廃棄しても良い。

また、陰極側アルカリ性水溶液を陽極側アルカリ性水溶液に混合する場合、陰極側アルカリ性水溶液には溶存水素が多く含まれる。このような陰極側アルカリ性水溶液の溶存水素と陽極側アルカリ性水溶液の溶存酸素が反応して水になるため、陽極側アルカリ性水溶液中の溶存酸素を減らすことができる。これにより、電解槽１０において、隔壁１１を透過して陰極側アルカリ性水溶液に混じる溶存酸素を減らすことができ、溶存酸素がガス化して、水素ガスと混じって水素ガス濃度を低下させることを抑制できる。

以上説明したように、第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、陽極側循環経路と陰極側循環経路とを接続してアルカリ性水溶液を混合する液混合部１３０を設けることによって、アルカリ性水溶液の導電率を、予め定めた範囲内とすることが可能となるので、陰極側循環経路を流れるアルカリ性水溶液の導電率の低下を抑制して製造コストの増大を抑えつつ純度の高い水素を製造することができる。

前述の混合では、アルカリ性水溶液を一定時間流しているが、これに限るものではなく、例えば、各センサ１３２により個別に測定されたアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度の差が無くなったらアルカリ性水溶液の流通を止めるようにしても良い。また、アルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度に基づいてポンプ１３３ｂの制御を行っているが、アルカリ性水溶液の温度又は導電率に基づいて行うようにしても良い。

また、接続管１３１による接続経路は、一本であっても、二本以上であっても良い。また、陽極側循環経路及び陰極側循環経路の両方の経路途中を接続すれば良く、例えば、配管途中同士、貯留槽同士、気液分離器同士を接続するようにしても良く、配管途中と貯留槽、配管途中と気液分離器、貯留槽と気液分離器を接続するようにしても良い。

＜第５の実施形態＞
第５の実施形態について図５を参照して説明する。なお、第５の実施形態では、第１の実施形態との相違点（高圧部）について説明し、その他の説明を省略する。

図５に示すように、第５の実施形態に係る水素製造装置１は、各部１０〜８０に加え、高圧部１４０を備えている。この高圧部１４０は、陽極室１２の内圧よりも陰極室１３の内圧を高くするものであり、水素管３１の経路途中に設けられている。高圧部１４０としては、例えば、水素管３１の配管径が細くなるくびれ部や、水素管３１の配管径より狭いオリフィスを有する部材、水素管３１の配管径を狭くする絞り弁などを用いることが可能である。このように高圧部１４０を設けることで、陰極室１３からアルカリ性水溶液が排出される排出抵抗を大きくし、陰極室１３内の圧力（内圧）を高めることができる。

ここで、電解槽１０において、陽極室１２で発生した酸素ガスが陰極室１３に直接混入することは隔壁１１によって防止されているが、陽極室１２の溶存酸素は隔壁１１を透過して陰極室１３に侵入することがある。この場合には、陽極側循環経路及び陰極側循環経路のようにそれぞれ独立した循環経路であっても、溶存酸素が陰極側循環経路に混入し、気体化して水素ガス濃度を低下させてしまう。そこで、高圧部１４０を設けて、電解槽１０内で陰極室１３の圧力が陽極室１２より高くなるようにする。これにより、陽極室１２の溶存酸素が隔壁１１を透過して陰極室１３に流れ込むことを抑えることができる。

以上説明したように、第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、陽極室１２の内圧よりも陰極室１３の内圧を高くする高圧部１４０を設けることで、陽極室１２の溶存酸素が隔壁１１を透過して陰極室１３に流れ込むことを抑えることが可能となる。これにより、陽極室１２から陰極室１３に流れ込んでくる溶存酸素量が低下するので、陰極室１３で発生する水素ガスに多くの酸素ガスが混ざるのを抑えることができる。したがって、高圧部１４０を設けるだけで、陰極室１３で発生する水素ガスに多くの酸素ガスが混ざって水素純度が低下することを抑えることが可能となるので、簡単な構成で純度の高い水素を製造することができる。

なお、電解槽１０内の陰極室１３と陽極室１２で圧力差を生じさせることができれば良いので、陽極室１２の排出抵抗を小さくするようにしても良い。また、電解槽１０にアルカリ性水溶液を供給するためのポンプ圧力を上げて陰極室１３の内圧を高めるようにしても良い。陰極室１３の排出に水頭差が影響する場合には、その水頭高さで内圧調整を行うようにしても良い。排気管３２に絞り弁を設け、陰極側気液分離器３０から水素ガスを排出する圧力を調整し、陰極室１３の内圧を高めるようにしても良い。この水素ガスを排出する圧力を水素処理部８０のコンプレッサ８２によって調整することもできる。このように陰極室１３と陽極室１２で圧力差を生じさせる各手段を高圧部１４０とみなすことができる。なお、陽極室１２側の排出抵抗を小さくする箇所は、酸素管２１に限られる（陰極側と相対的）。ポンプ圧力は、陰極側供給管７１に限られる（陽極側と相対的）。水頭差は、酸素管２１と水素管３１による（陽極側と陰極側の相対関係）。

また、前述の陰極室１３のように、陽極室１２の供給圧力、供給抵抗、排出抵抗、水頭高さによって調整を行うようにしても良いし、陽極室１２及び陰極室１３の両方で調整を行うようにしても良い。このような場合の各手段も高圧部１４０とみなすことができる。前述の陽極室１２や陰極室１３の内圧調整は固定されたものでも良いし、電解槽１０の内圧状態の変化を検知してさらに内圧調整を加えるようにしても良い。

また、前述の第４の実施形態と組み合わせて、必要な場合に陰極室１３の内圧を陽極室１２に対して下げるようにし、陽極室１２から陰極室１３にアルカリ性水溶液が流入しやすくしても良い。

＜第６の実施形態＞
第６の実施形態について図６を参照して説明する。なお、第６の実施形態では、第１の実施形態との相違点（水素供給部）について説明し、その他の説明を省略する。

図６に示すように、第６の実施形態に係る水素製造装置１は、各部１０〜８０に加え、水素供給部１５０を備えている。水素供給部１５０は、水素供給管１５１と、センサ１５２と、調整部１５３とを具備している。この水素供給部１５０は、アルカリ性水溶液に水素ガスを供給する。

水素供給管１５１は、排気管３２の経路途中と陽極側貯留槽４０とを接続する。水素供給管１５１の一端は排気管３２の経路途中に接続されており、その他端は陽極側貯留槽４０の下部（例えば下部側面）に接続されている。この水素供給管１５１は、水素ガスを陽極側貯留槽４０のアルカリ性水溶液に供給し、陽極側貯留槽４０のアルカリ性水溶液中に水素ガスをバブリングさせる。これは、水素を気泡状態で陽極側貯留槽４０のアルカリ性水溶液に供給するものである。この水素ガスは、ガス状態やアルカリ性水溶液に溶解し溶存状態で、陽極側貯留槽４０のアルカリ性水溶液に含まれる溶存酸素と反応して水となるため、その陽極側貯留槽４０のアルカリ性水溶液に含まれる溶存酸素は減少することになる。

センサ１５２は、アルカリ性水溶液の溶存酸素量（酸素溶解量）を測定するものであり、陽極側貯留槽４０内の溶存酸素量を測定可能に陽極側貯留槽４０に設けられている。このセンサ１５２としては、例えば、周知のｐＨ計を用いることが可能である。

調整部１５３は、調整弁１５３ａと、ポンプ１５３ｂと、制御部１５３ｃとを有している。調整弁１５３ａは、水素供給管１５１を通過するアルカリ性水溶液の流量を調整するものである。調整弁１５３ａ及びポンプ１５３ｂは水素供給管１５１の経路途中に設けられている。制御部１５ｃは、センサ１５２により測定された溶存酸素量に応じて調整弁１５３ａを制御し、陽極側貯留槽４０のアルカリ性水溶液に対する水素ガスの供給量を調整する。

例えば、制御部１５３ｃは、センサ１５２により測定された溶存酸素量が、予め定めた値（例えば、陰極室１３で酸素ガスが発生しやすくなる予め定めた値、例としてアルカリ性水溶液の温度に対する飽和量など）より少なくなるように調整弁１５３ａを制御し、陽極側貯留槽４０のアルカリ性水溶液に対する水素の供給量を調整する。また、他の水素供給量調整としては、例えば、センサ１５２により測定された溶存酸素量が増加したら水素の供給量を増加させ、その溶存酸素量が減少したら水素の供給量を減少させるように調整弁１５３ａを制御することも可能である。

なお、アルカリ性水溶液中の溶存酸素に水素ガスを反応させられれば良く、例えば、陽極側貯留槽４０の上部からアルカリ性水溶液に向けて水素ガスを吹き付けるように供給しても良く、水素ガスの供給方法は特に限定されるものではない。しかし、アルカリ性水溶液中に水素ガスを供給すると、撹拌作用により、水素ガスが溶存酸素と反応する機会が多くなり、より効率的に水素ガスを溶存酸素に反応させることができる。

このようなバブリングを陽極側循環経路のどこで行っても良いが、陽極側貯留槽４０で行うと反応時間を十分確保することができるため、バブリングを陽極側貯留槽４０で行うことが好ましい。また、前述の第４の実施形態に水素供給部１５０を組み合わせることも有効である。なお、必ずしもセンサ１５２を必要とするものではなく、予め定めた時間（これは実験等によって求められる）バブリングを行うようにしても良い。また、ポンプ１５３ｂ無しで自然に水素ガスを供給するようにしても良い。

第４の実施形態では、陽極側循環経路と陰極側循環経路は独立しているため、それぞれの経路で処理が進むにつれアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度や温度に差異が生じることに対し、これらの差異を生じた場合、第６の実施形態では、陽極側循環経路と陰極側循環経路をつないで両方の循環経路中のアルカリ性水溶液を混合する。この時、一時的に陰極側循環経路のアルカリ性水溶液に含まれる酸素（酸素ガスや溶存酸素）が増えてしまう。そこで、陽極側循環経路のアルカリ性水溶液に水素ガスをバブリングすることで、陽極側循環経路のアルカリ性水溶液の溶存酸素を予め減らしておけば、陰極側循環経路のアルカリ性水溶液に含まれる酸素（酸素ガスや溶存酸素）が増えることを抑えることができ、水素ガス濃度が低下することを抑えることができる。

以上説明したように、第６の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、陰極側気液分離器３０でアルカリ性水溶液と分離された水素ガスを陽極側貯留槽４０のアルカリ性水溶液に供給する水素供給部１５０が設けられている。これにより、水素ガスが陽極側貯留槽４０のアルカリ性水溶液に供給され、陽極側貯留槽４０において、この供給された水素ガスと溶存酸素とが反応して水となるので、陽極側貯留槽４０のアルカリ性水溶液に含まれる溶存酸素は減少することになる。このため、陽極側貯留槽４０から陽極室１２に供給されるアルカリ性水溶液の溶存酸素量が抑えられ、陽極室１２から陰極室１３に隔壁１１を透過して流れ込む溶存酸素の量が低下するので、陰極室１３で発生する水素ガスに多くの酸素ガスが混ざることを抑制することができる。したがって、陰極室１３で発生する水素ガスに多くの酸素ガスが混ざって水素純度が低下することをさらに抑えることが可能となるので、純度の高い水素を製造することができる。また、水素供給部１５０を設けるだけでよく、後工程で水素純度を高めるための専用設備が必要なく、製造コストを押し上げ、また、製造工程や装置構成を複雑にすることを抑えることができる。

また、陽極側貯留槽４０内のアルカリ性水溶液の溶存酸素量に応じて、陽極側貯留槽４０のアルカリ性水溶液に対する水素の供給量が調整されるので、陽極側貯留槽４０内のアルカリ性水溶液に含まれる溶存酸素を確実に減少させることができる。これにより、陰極室１３で発生する水素ガスに多くの酸素ガスが混ざることを抑制することが可能となるので、確実に純度の高い水素を製造することができる。また、電気分解によって生成した水素を使ってアルカリ性水溶液中の溶存酸素を減少させるようにしているが、このように生成して使用する水素を必要最小限な量だけとすることができる。したがって、結果的に水素の生成量を増やすことができる。

＜第７の実施形態＞
第７の実施形態について図７を参照して説明する。なお、第７の実施形態では、第６の実施形態との相違点（水素供給管の接続）について説明し、その他の説明を省略する。

図７に示すように、第７の実施形態に係る水素供給管１５１は、排気管３２の経路途中と、陽極側貯留槽４０及び陰極側貯留槽５０とを接続する。水素供給管１５１の一端は排気管３２の経路途中に接続されており、その他端は二本に枝分かれして陽極側貯留槽４０及び陰極側貯留槽５０の個々の下部（例えば下部側面）に接続されている。この水素供給管１５１は、水素ガスを陽極側貯留槽４０及び陰極側貯留槽５０のアルカリ性水溶液に供給し、陽極側貯留槽４０及び陰極側貯留槽５０のアルカリ性水溶液中に水素ガスをバブリングさせるものである。この水素ガスは、ガス状態やアルカリ性水溶液に溶解し溶存状態で、陽極側貯留槽４０及び陰極側貯留槽５０のアルカリ性水溶液に含まれる溶存酸素と反応して水となるため、その陽極側貯留槽４０及び陰極側貯留槽５０のアルカリ性水溶液に含まれる溶存酸素は減少することになる。

なお、陽極側循環経路、陰極側循環経路のそれぞれどこでバブリングを行っても良いが、貯留槽で行うと反応時間を十分確保することができるため、陽極側貯留槽４０や陰極側貯留槽５０でバブリングを行うことが好ましい。

以上説明したように、第７の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、陰極側気液分離器３０でアルカリ性水溶液と分離された水素ガスを陽極側貯留槽４０及び陰極側貯留槽５０のアルカリ性水溶液に供給する水素供給部１５０が設けられている。これにより、水素ガスが陽極側貯留槽４０及び陰極側貯留槽５０のアルカリ性水溶液に供給され、陽極側貯留槽４０及び陰極側貯留槽５０において、この供給された水素ガスと溶存酸素とが反応して水となるので、陽極側貯留槽４０及び陰極側貯留槽５０のアルカリ性水溶液に含まれる溶存酸素は減少することになる。このため、陽極側貯留槽４０から陽極室１２に供給されるアルカリ性水溶液の溶存酸素量が抑えられ、陽極室１２から陰極室１３に隔壁１１を透過して流れ込む溶存酸素の量が低下するので、陰極室１３で発生する水素ガスに多くの酸素ガスが混ざることを抑制することができる。また、陰極側循環経路中のアルカリ性水溶液の溶存酸素量も抑えられるので、陰極側循環経路中で酸素ガスが発生することを抑制することができる。

さらに、陽極側貯留槽４０及び陰極側貯留槽５０のアルカリ性水溶液にバブリングを行うので、撹拌作用により、水素ガスや溶存水素が溶存酸素と反応する機会が多くなり、より効率的に水素（水素ガスや溶存水素）を溶存酸素に反応させることができる。したがって、陰極室１３で発生する水素ガスに多くの酸素ガスが混ざって水素純度が低下することをさらに抑えることが可能となるので、純度の高い水素を製造することができる。また、水素供給部１５０を設けるだけでよく、後工程で水素純度を高めるための専用設備が必要なく、製造コストを押し上げ、また、製造工程や装置構成を複雑にすることを抑えることができる。

＜第８の実施形態＞
第８の実施形態について図８を参照して説明する。なお、第８の実施形態では、第６の実施形態との相違点（水素供給管の接続）について説明し、その他の説明を省略する。

図８に示すように、第８の実施形態に係る水素供給管１５１は、排気管３２の経路途中と、陽極側気液分離器２０及び陰極側気液分離器３０とを接続する。水素供給管１５１の一端は排気管３２の経路途中に接続されており、その他端は二本に枝分かれして陽極側気液分離器２０及び陰極側気液分離器３０の個々の下部（例えば下部側面）に接続されている。この水素供給管１５１は、水素ガスを陽極側気液分離器２０及び陰極側気液分離器３０のアルカリ性水溶液に供給し、陽極側気液分離器２０及び陰極側気液分離器３０のアルカリ性水溶液中に水素ガスをバブリングさせるものである。この水素ガスは、ガス状態やアルカリ性水溶液に溶解し溶存状態で、陽極側気液分離器２０及び陰極側気液分離器３０のアルカリ性水溶液に含まれる溶存酸素と反応して水となるため、その陽極側気液分離器２０及び陰極側気液分離器３０のアルカリ性水溶液に含まれる溶存酸素は減少することになる。

以上説明したように、第８の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、陰極側気液分離器３０でアルカリ性水溶液と分離された水素ガスを陽極側気液分離器２０及び陰極側気液分離器３０のアルカリ性水溶液に供給する水素供給部１５０が設けられている。これにより、水素ガスが陽極側気液分離器２０及び陰極側気液分離器３０のアルカリ性水溶液に供給され、陽極側気液分離器２０及び陰極側気液分離器３０において、この供給された水素ガスと溶存酸素とが反応して水となるので、陽極側気液分離器２０及び陰極側気液分離器３０のアルカリ性水溶液に含まれる溶存酸素は減少することになる。このため、陽極側貯留槽４０から陽極室１２に供給されるアルカリ性水溶液の溶存酸素量が抑えられ、陽極室１２から陰極室１３に隔壁１１を透過して流れ込む溶存酸素の量が低下するので、陰極室１３で発生する水素ガスに多くの酸素ガスが混ざることを抑制することができる。また、陰極側循環経路中のアルカリ性水溶液の溶存酸素量も抑えられるので、陰極側循環経路中で酸素ガスが発生することを抑制することができる。

さらに、陰極側気液分離器３０でバブリングを行うので、陰極側気液分離器３０で分離される水素ガスに直接的に混ざる酸素ガスの量（陰極側気液分離器３０内のアルカリ性水溶液中に溶存する酸素がガス化した酸素気泡が水素ガスに混ざる量）も減らすことができる。また、陰極側気液分離器３０のアルカリ性水溶液中に水素をバブリングさせて供給すると、撹拌作用により、水素ガスや溶存水素が溶存酸素と反応する機会が多くなり、より効率的に水素（水素ガスや溶存水素）を溶存酸素に反応させることができる。さらに、溶存している水素のガス化を促し、アルカリ性水溶液に分散した水素ガスのアルカリ性水溶液からの分離を促す。よって、水素ガスの回収の効率を高めることができる。したがって、陰極室１３で発生する水素ガスに多くの酸素ガスが混ざって水素純度が低下することをさらに抑えることが可能となるので、純度の高い水素を製造することができる。また、水素供給部１５０を設けるだけでよく、後工程で水素純度を高めるための専用設備が必要なく、製造コストを押し上げ、また、製造工程や装置構成を複雑にすることを抑えることができる。

＜他の実施形態＞
前述の説明では、電解槽１０や陽極側気液分離器２０、陰極側気液分離器３０、陽極側貯留槽４０、陰極側貯留槽５０などの上部として天上面を例示したが、これに限るものではなく、例えば、上部側面もある。また、電解槽１０や陽極側気液分離器２０、陰極側気液分離器３０、陽極側貯留槽４０、陰極側貯留槽５０などの下部としても、底面や下部側面などがある。また、各接続に関して、必ずしも上部や下部でなくても良く、逆に、下部や上部とすることもできる。例えば、電解槽１０から排出されたアルカリ性水溶液とガスの混合物が気液分離器２０又は３０でその液中に入るように配管を接続しても良い。また、底面に近いところに配管を接続することもできる。貯留槽４０又は５０も同じである。

また、前述の説明では、陽極側供給部６０や陰極側供給部７０として、ポンプを例示したが、これに限るものではなく、例えば、ポンプ以外の機構を用いることも可能である。また、陽極側供給部６０として、ポンプに加えて陽極側供給管６１を含めることも可能であり、陰極側供給部７０として、ポンプに加えて陰極側供給管７１を含めることも可能である。

また、前述の説明では、水素供給管１５１を用いて排気管３２の経路途中と接続対象物とを接続しているが、例えば、排気管３２の経路途中と、陽極側気液分離器２０、陰極側気液分離器３０、陽極側貯留槽４０及び陰極側貯留槽５０のいずれか一つ、いずれか二つ、いずれか三つ又は全てを接続するようにしても良い。

また、前述の説明では、気液分離器２０又は３０や貯留槽４０又は５０のアルカリ性水溶液中に水素ガスをバブリングさせているが、例えば、予め定めた間隔（これは実験等によって求められる）で、水素ガス及び溶存水素のどちらか一方又は両方を含むアルカリ性水溶液（気液分離前のアルカリ性水溶液）を、気液分離器２０又は３０や貯留槽４０又は５０のアルカリ性水溶液中に供給するようにしても良い。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 水素製造装置
１０ 電解槽
１０ａ 電源
１１ 隔壁
１２ 陽極室
１２ａ 陽極
１３ 陰極室
１３ａ 陰極
２０ 陽極側気液分離器
３０ 陰極側気液分離器
４０ 陽極側貯留槽
５０ 陰極側貯留槽
６０ 陽極側供給部
７０ 陰極側供給部
１１１ センサ
１１２ 調整部
１３１ 接続管
１３２ センサ
１３３ 調整部
１４０ 高圧部
１５０ 水素供給部

Claims (12)

1. アルカリ性水溶液を電気分解して水素を生成する水素製造装置であって、
   陽極が存在する陽極室と陰極が存在する陰極室とに隔壁によって仕切られ、前記アルカリ性水溶液を電気分解する電解槽と、
   前記陽極室に接続され、前記陽極室から流入した前記アルカリ性水溶液から前記陽極室で発生した酸素ガスを分離する陽極側気液分離器と、
   前記陰極室に接続され、前記陰極室から流入した前記アルカリ性水溶液から前記陰極室で発生した水素ガスを分離する陰極側気液分離器と、
   前記陽極側気液分離器に接続され、前記陽極側気液分離器から流入した前記アルカリ性水溶液を貯留する陽極側貯留槽と、
   前記陰極側気液分離器に接続され、前記陰極側気液分離器から流入した前記アルカリ性水溶液を貯留する陰極側貯留槽と、
   前記陽極側貯留槽の前記アルカリ性水溶液を前記陽極室に供給する陽極側供給部と、
   前記陰極側貯留槽の前記アルカリ性水溶液を前記陰極室に供給する陰極側供給部と、
   を備えることを特徴とする水素製造装置。
2. 前記陰極側のアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度又は導電率を測定するセンサと、
   前記センサにより測定された前記陰極側のアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度又は導電率に応じて前記陰極側のアルカリ性水溶液中の水の量を調整する調整部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の水素製造装置。
3. 前記陽極側及び前記陰極側のアルカリ性水溶液の温度又は導電率をそれぞれ測定する複数のセンサと、
   前記複数のセンサによりそれぞれ測定された前記陽極側及び前記陰極側のアルカリ性水溶液の温度又は導電率に応じて前記陽極側及び前記陰極側のアルカリ性水溶液の温度を個別に調整する調整部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の水素製造装置。
4. 前記陽極室、前記陽極側気液分離器、前記陽極側貯留槽及び前記陽極側供給部は、前記アルカリ性水溶液が流れる陽極側循環経路を構成しており、
   前記陰極室、前記陰極側気液分離器、前記陰極側貯留槽及び前記陰極側供給部は、前記アルカリ性水溶液が流れる陰極側循環経路を構成しており、
   前記陽極側のアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度、温度又は導電率を測定するセンサと、
   前記陰極側のアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度、温度又は導電率を測定するセンサと、
   前記陽極側循環経路と前記陰極側循環経路とを接続する接続管と、
   前記センサにより測定された前記陽極側のアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度と前記センサにより測定された前記陰極側のアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度との差異が生じた場合、又は、前記センサにより測定された前記陽極側のアルカリ性水溶液の温度と前記センサにより測定された前記陰極側のアルカリ性水溶液の温度との差異が生じた場合、又は、前記センサにより測定された前記陽極側のアルカリ性水溶液の導電率と前記センサにより測定された前記陰極側のアルカリ性水溶液の導電率との差異が生じた場合、前記陽極側循環経路と前記陰極側循環経路との間で前記接続管を介して前記アルカリ性水溶液を流通させる調整部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の水素製造装置。
5. 前記陽極室の内圧よりも前記陰極室の内圧を高くする高圧部を備えることを特徴とする請求項１に記載の水素製造装置。
6. 前記陰極室で発生した水素を、前記陽極側気液分離器、前記陰極側気液分離器、前記陽極側貯留槽及び前記陰極側貯留槽のいずれか又は全ての前記アルカリ性水溶液に供給する水素供給部を備えることを特徴とする請求項１に記載の水素製造装置。
7. アルカリ性水溶液を電気分解して水素を生成する水素製造方法であって、
   陽極が存在する陽極室と陰極が存在する陰極室とに隔壁によって仕切られた電解槽により、前記アルカリ性水溶液を電気分解する工程と、
   前記陽極室から流入した前記アルカリ性水溶液から前記陽極室で発生した酸素ガスを陽極側気液分離器により分離する工程と、
   前記陰極室から流入した前記アルカリ性水溶液から前記陰極室で発生した水素ガスを陰極側気液分離器により分離する工程と、
   前記陽極側気液分離器から流入した前記アルカリ性水溶液を陽極側貯留槽により貯留する工程と、
   前記陰極側気液分離器から流入した前記アルカリ性水溶液を陰極側貯留槽により貯留する工程と、
   前記陽極側貯留槽の前記アルカリ性水溶液を前記電解槽の前記陽極室に陽極側供給部により供給する工程と、
   前記陰極側貯留槽の前記アルカリ性水溶液を前記電解槽の前記陰極室に陰極側供給部により供給する工程と、
   を有することを特徴とする水素製造方法。
8. 前記陰極側のアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度又は導電率を測定する工程と、
   測定された前記陰極側のアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度又は導電率に応じて前記陰極側のアルカリ性水溶液中の水の量を調整する工程と、
   を有することを特徴とする請求項７に記載の水素製造方法。
9. 前記陽極側及び前記陰極側のアルカリ性水溶液の温度又は導電率をそれぞれ測定する工程と、
   測定された前記陽極側及び前記陰極側のアルカリ性水溶液の温度又は導電率に応じて前記陽極側及び前記陰極側のアルカリ性水溶液の温度を個別に調整する工程と、
   を有することを特徴とする請求項７に記載の水素製造方法。
10. 前記陽極室、前記陽極側気液分離器、前記陽極側貯留槽及び前記陽極側供給部は、前記アルカリ性水溶液が流れる陽極側循環経路を構成しており、
    前記陰極室、前記陰極側気液分離器、前記陰極側貯留槽及び前記陰極側供給部は、前記アルカリ性水溶液が流れる陰極側循環経路を構成しており、
    前記陽極側のアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度、温度又は導電率を測定する工程と、
    前記陰極側のアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度、温度又は導電率を測定する工程と、
    測定された前記陽極側のアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度と測定された前記陰極側のアルカリ性水溶液のアルカリ成分濃度との差異が生じた場合、又は、測定された前記陽極側のアルカリ性水溶液の温度と測定された前記陰極側のアルカリ性水溶液の温度との差異が生じた場合、又は、測定された前記陽極側のアルカリ性水溶液の導電率と測定された前記陰極側のアルカリ性水溶液の導電率との差異が生じた場合、前記陽極側循環経路と前記陰極側循環経路との間で、前記アルカリ性水溶液を流通させる工程と、
    を有することを特徴とする請求項７に記載の水素製造方法。
11. 前記陽極室の内圧よりも前記陰極室の内圧を高くする工程を有することを特徴とする請求項７に記載の水素製造方法。
12. 前記陰極室で発生した水素を、前記陽極側気液分離器、前記陰極側気液分離器、前記陽極側貯留槽及び前記陰極側貯留槽のいずれか又は全ての前記アルカリ性水溶液に供給する工程を有することを特徴とする請求項７に記載の水素製造方法。

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