JP5161339B2 - ブラウンガス製造装置およびブラウンガス製造方法 - Google Patents

Description

本発明はブラウンガス製造装置およびその製造方法に関し、より詳細には、多量のブラウンガスを発生させるための製造装置およびその製造方法に関する。

ブラウンガスは水を電気分解して得られた気体を意味する。気体には当量比として水素および酸素が２：１の割合で混合されている。水を電気分解する場合、負極からは水素が得られ、正極からは酸素が得られる。ブラウンガスは水素および酸素を分離して採集せず、一度に捕集して製造される。ブラウンガスを燃焼させる場合、その燃焼物として水のみが発生するため、環境汚染に対する恐れがない。

ただし、水を電気分解して水素および酸素を別途に捕集するためには、ブラウンガス製造装置の特殊設計が必要となるため、現在では中小容量のブラウンガス製造装置のみが開発されている。したがって、親環境的なブラウンガスの使用を拡大するためには、ブラウンガスを大量に製造することができながらも、その大きさが最小化したブラウンガス製造装置の設計が必要である。

多量のブラウンガスを製造することができるブラウンガス製造方法を提供することを目的とする。また、その大きさが小さいながらも多量のブラウンガスを製造することができるブラウンガス製造装置を提供することを他の目的とする。

本発明の一実施形態に係るブラウンガスの製造装置は、ｉ）ブラウンガスを製造するように適用され、一対の列をなしながら一方向に沿って並んで配列された複数の電解槽、ｉｉ）複数の電解槽それぞれの下部と連結し、複数の電解槽それぞれに電解液を供給するように適用された複数の給水ライン、ｉｉｉ）複数の給水ラインと連結し、一方向に沿って長く伸びており、一対の列の間に位置する電気絶縁性給水ヘッダ、ｉｖ）複数の電解槽それぞれの上部と連結し、複数の電解槽それぞれから出る電解液を排出させる複数の排水ライン、ｖ）複数の排水ラインと連結し、給水ヘッドと対向する電気絶縁性排水ヘッダ、ｖｉ）複数の電解槽に電気的に連結し、複数の電解槽に含まれている電解液を電気分解する電流を供給する電源、およびｖｉｉ）複数の電解槽それぞれの上端と連結し、複数の電解槽で製造されたブラウンガスを外部に排出させるブラウンガス排出管を含む。給水ヘッダは、ｉ）給水ヘッダの内部に形成され、一方向に沿って伸びた給水通路、およびｉｉ）複数の給水ラインと連通し、給水ヘッダの側面に形成されて複数の給水ラインがねじ結合するように適用された複数の給水用分岐通路を含んでもよい。給水通路と複数の給水用分岐通路は互いに直角をなしながら交差し、給水ヘッダは一体型の樹脂で製造されてもよい。排水ヘッダは、ｉ）排水ヘッダの内部に形成され、一方向に沿って伸びた排水通路、およびｉｉ）複数の排水通路と連通し、排水ヘッダの側面に形成されて複数の排水ラインがねじ結合するように適用された複数の排水用分岐通路を含んでもよい。排水通路と複数の排水用分岐通路は互いに直角をなしながら交差し、排水ヘッダは一体型の樹脂で製造されてもよい。

本発明の一実施形態に係るブラウンガスの製造装置は、ｉ）ブラウンガス排出管と連結し、電解液を貯蔵するように適用された気液分離器、ｉｉ）気液分離器と連結し、気液分離器に貯蔵された電解液の高さを測定するレベル計測器、およびｉｉｉ）気液分離器および給水ヘッダと連結し、電解液を給水ヘッダ側に供給する電解液供給ポンプをさらに含んでもよい。ブラウンガス排出管の端部は電解液に浸漬し、ブラウンガス排出管から排出する電解液はブラウンガスと分離するように適用され、レベル計測器は電解液供給ポンプと連動するように適用されてもよい。レベル計測器が気液分離器に貯蔵された電解液の高さ上昇をセンシングする場合、レベル計測器が電解液供給ポンプを駆動させる駆動信号を電解液供給ポンプに送信してもよい。

本発明の一実施形態に係るブラウンガスの製造方法は、ｉ）一方向に沿って長く伸びており、一体型の樹脂で製造された電気絶縁性給水ヘッダを提供する段階、ｉｉ）給水ヘッダから電気絶縁性給水ヘッダと連結した複数の給水ライン側に電解液を供給する段階、ｉｉｉ）複数の給水ラインから一対の列をなしながら一方向に沿って並んで配列された複数の電解槽それぞれに電解液を供給する段階、ｉｖ）複数の電解槽に電気的に連結した電源が複数の電解槽に電流を供給して複数の電解槽に含まれている電解液を電気分解することによってブラウンガスを製造する段階、ｖ）複数の電解槽それぞれの上端と連結したブラウンガス排出管を介してブラウンガスを外部に排出させる段階、ｖｉ）複数の電解槽それぞれに連結した複数の排水ラインを介して電解液を排出させる段階、およびｖｉｉ）複数の排水ラインと連結し、給水ヘッドと対向する電気絶縁性排水ヘッダを介して電解液を排出させる段階を含む。複数の給水ライン側に電解液を供給する段階において、一方向に沿って給水ヘッダに供給された電解液が一方向と直角をなしながら交差する方向に分岐して複数の給水ライン側に電解液を供給してもよい。電気絶縁性排水ヘッダを介して電解液を排出させる段階において、電解液は、排水ヘッダに一方向と直角をなしながら交差する方向に集められて一方向に沿って排出されてもよい。

本発明の一実施形態に係るブラウンガスの製造方法は、ｉ）ブラウンガス排出管と連結した気液分離器がブラウンガス排出管から排出するブラウンガスと電解液を互いに分離させる段階、ｉｉ）気液分離器と連結したレベル計測器が気液分離器に貯蔵された電解液の高さを測定する段階、およびｉｉｉ）気液分離器および給水ヘッダと連結した電解液供給ポンプがレベル計測器と連動して作動する段階をさらに含んでもよい。電解液供給ポンプがレベル計測器と連動して作動する段階において、レベル計測器が気液分離器に貯蔵された電解液の高さ上昇をセンシングする場合、レベル計測器が電解液供給ポンプを駆動させる駆動信号を電解液供給ポンプに送信してもよい。複数の電解槽それぞれに電解液を供給する段階において、複数の電解槽それぞれに含まれている電解液の濃度を均一に維持してもよい。

ブラウンガス製造装置の大きさを小型化しながらも、ブラウンガスを大量に製造することができる。したがって、熱源が必要なすべての産業分野にブラウンガスを熱源として用いることができるため、環境汚染を画期的に減少させることができ、設置面積を最小化することができる。さらに、ブラウンガス製造装置の容量を多様化することができるため、すべての産業分野においてブラウンガスを弾力的に適用することができる。

本発明の一実施形態に係るブラウンガス製造装置を概略的に示す斜視図である。 図１の給水ヘッダを概略的に示す部分断面図である。 図１の排水ヘッダを概略的に示す部分断面図である。 図１のブラウンガス製造装置と連結した気液分離ユニット（ＵＮＩＴ）を概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るブラウンガス製造方法を概略的に示すフローチャートである。

ここで用いられる専門用語は特定の実施形態を言及するためのものに過ぎず、本発明を限定することを意図としない。ここで用いられる単数形態は、文句がこれと明確に反対の意味を示さない限り複数形態も含む。明細書において用いられる「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素、および／または成分を具体化し、他の特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素、成分、および／または群の存在や付加を除外させるものではない。

ある部分が他の部分の「上に」あると言及する場合、これは他の部分の真上にある場合もあるし、その間に他の部分が存在する場合もある。これとは対照的に、ある部分が他の部分の「真上に」あると言及する場合、その間に他の部分は介在しない。

特に定義しないが、ここに用いられる技術用語および科学用語を含むすべての用語は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が一般的に理解する意味と同じ意味を有する。通常に用いられる辞書に定義された用語は、関連技術文献と現在開示された内容に符合する意味を有するものとして追加して解釈され、定義されない限り理想的あるいは極めて公式的な意味として解釈されない。

以下で説明するブラウンガスは、水素および酸素を含むすべての気体を含むものと解釈される。したがって、水素および酸素を共に含み、量子の反応によって熱源として用いることができる気体はブラウンガスであると解釈される。

以下で用いられる連結は、物理的な連結だけではなく無線連結、すなわち、電気的な連結などを含む意味として解釈される。したがって、連結は、特定の客体の動作によって他の客体が影響を受けることをすべて含むものと解釈される。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は多様に相違した形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係るブラウンガス製造装置１００を概略的に示す斜視図である。図１のブラウンガス製造装置１００の構造は本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、ブラウンガス製造装置１００の構造を多様な形態に変形してもよい。

図１に示すように、ブラウンガス製造装置１００は、複数の電解槽１０、給水ヘッダ２０、複数の給水ライン２２、排水ヘッダ４０、複数の排水ライン４２、電源６０、およびブラウンガス排出管３０を含む。この他に、ブラウンガス製造装置１００は、熱交換器７０、クーリングタワー（ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｏｗｅｒ）８０、電解液補充管９０をさらに含む。また、図１に示すブラウンガス製造装置１００の一部の部品については省略する。

図１に示すように、複数の電解槽１０はブラウンガスを発生させる。電解槽１０は一方向、すなわち、ｙ軸方向に沿って並んで配列される。複数の電解槽１０はｘ軸方向に沿って一対で配列される。それぞれの電解槽１０は互いに離隔して位置する。電解槽１０の上端には電極棒６４が位置し、電極棒６４は電源６０と連結する。したがって、電解槽１０は電源６０と電気的に連結する。電解槽１０の内部には、電極棒６４とこれを囲みながら同心円で互いに離隔して配列された極板（図示せず）が存在する。したがって、電解槽１０に電流を供給する場合、電解槽１０内の電解液が電気分解されるため、極板の表面に水素および酸素を含むブラウンガスのしずくが生成する。電解液を＋ｚ軸方向に上昇させて生成されたブラウンガスを上部に送ることにより、多量のブラウンガスを捕集することができる。電解槽１０の内部構造は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に理解することができるため、その詳細な説明は省略する。

電源６０はその内部に抵抗を含む。したがって、電源６０は電線６２によって複数の電解槽１０に電気的に連結し、複数の電解槽１０に供給する電流を可変的に調節することができる。図１には電線６２が切断されたように示されているが、これは説明の便宜のために示されたものであり、実際には電線６２は電源６０と複数の電解槽１０を互いに連結する。電源６０は電流を可変的に調節することができるため、電解槽１０で電気分解によって生成されるブラウンガスの量を調節することができる。例えば、電源６０の供給電力の量と電解液の比重を最適に調節することにより、所望する量のブラウンガスを生成させることができる。電源６０の供給電力調節方法およびその内部構造は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に理解することができるため、その詳細な説明は省略する。

図１に示すように、給水ヘッダ２０は一方向、すなわち、ｙ軸方向に沿って長く伸びている。給水ヘッダ２０はｙ軸方向に２つの列を形成しながら配列された電解槽１０の間に位置する。ここで、給水ヘッダ２０は電気絶縁性素材で製造される。ブラウンガス製造装置１００に供給された電解液は給水ヘッダ２０を介して分岐し、複数の給水ライン２２を介して電解槽１０に供給される。したがって、複数の電解槽１０の極性が互いに異なる場合、給水ヘッダ２０は電気的に連結した複数の電解槽１０と連通するため、スパークが発生することがある。したがって、給水ヘッダ２０を電気絶縁性素材で形成してスパーク発生と電気漏洩を防ぐ。

一方、給水ヘッダ２０は、複数の給水ライン２２を介して電解液を電解槽１０に供給する。給水ヘッダ２０の内部は生成されたブラウンガスで満たされるため、これによって給水ヘッダ２０は極めて大きい圧力を受ける。したがって、給水ヘッダ２０は、大きい圧力にも耐えられるように一体型に製造される。すなわち、給水ヘッダ２０をプラスチックなどの樹脂で一体型に製造することにより、その耐久性を向上させることができる。

複数の給水ライン２２は、複数の電解槽１０それぞれの下部と連結する。複数の給水ライン２２は互いに離隔し、複数の電解槽１０それぞれに電解液を供給する。複数の給水ライン２２は給水ヘッダ２０と連結するため、電解液を複数の電解槽１０に均一に供給することができる。

一方、電解槽１０内部では電解液が電気分解されるため、電解液の温度が上昇する。電解液の温度が約５０℃を超える場合、水分が多発し、ブラウンガスの品質と生成量が著しく減少する。したがって、加熱された電解液を冷却させることによって適切な量のブラウンガスを持続的に生成させる。このために、加熱された電解液を複数の排水ライン４２を介して外部に排出させる。複数の排水ライン４２は複数の電解槽１０それぞれの上部と連結し、複数の電解槽１０それぞれから出る電解液を排出させる。加熱された電解液は複数の排水ライン４２を介して排水ヘッダ４０で合わされた後、外部に排出する。複数の電解槽１０の極性が互いに異なる場合、排水ヘッダ４０は電気的に連結した複数の電解槽１０と連通するため、スパークが発生することがある。したがって、排水ヘッダ４０を電気絶縁性素材で形成してスパーク発生と電気漏洩を防ぐ。

排出した電解液は矢印の方向に沿って熱交換器７０に流入した後に冷却され、給水ヘッダ２０に再び供給される。排水ヘッダ４０は給水ヘッダ２０と対向しながら給水ヘッダ２０の上側に位置するため、電解液が円滑に循環される。

ここで、熱交換器７０はクーリングタワー８０と連結し、クーリングタワー８０の冷水は熱交換器７０を循環しながら加熱された電解液を冷却させる。したがって、ブラウンガスの生成に必要な温度に調節された電解液を電解槽１０に再び供給することができる。また、電解液の循環によって電解液は電解槽１０内部で上昇するため、電解槽１０内部の極板（図示せず）表面に生成されたブラウンガスのしずくを上側に容易に移動させることができる。したがって、ブラウンガスは、ブラウンガス排出管３０を介して外部に適切に排出される。

図１に示すように、ブラウンガス排出管３０は、複数の電解槽１０それぞれの上端と連結する。ブラウンガス排出管３０はブラウンガスを外部に排出させる。ブラウンガス排出管３０は下部管３０１および上部管３０３を含む。電解槽１０からブラウンガスが排出される場合、ブラウンガスに電解液が混合していることがある。したがって、ブラウンガス排出管３０を二重構造で形成することにより、下部管３０１で電解液を再び除去した後、上部管３０３で二次的に高純度のブラウンガスを捕集することができる。下部管３０１に残存する電解液は、重力によって再び電解槽１０に落下する。その結果、外部に流出する電解液の量を最小化することができるため、ブラウンガス製造装置１０に電解液を補充する必要性が少なくなる。

図２は、図１の給水ヘッダ２０の部分的な断面構造を概略的に示す図である。図２の給水ヘッダ２０の構造は本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、給水ヘッダ２０の構造を多様な形態に変形してもよい。

図２は、図１で−ｚ軸方向に給水ヘッダ２０を見ながら給水ヘッダ２０をｘｙ平面方向に切断した内部構造を示す。給水ヘッダ２０は、給水通路２０２および複数の給水用分岐通路２０４を含む。給水ヘッダ２０が一体型に形成されるため、給水通路２０２および複数の給水用分岐通路２０４は給水ヘッダ２０内部に中空形空間で形成される。

図２に示すように、給水通路２０２は給水ヘッダ２０の内部に形成され、一方向、すなわち、ｙ軸方向に沿って伸びている。給水ヘッダ２０を介して供給された電解液は、複数の給水用分岐通路２０４を介して矢印の方向に各電解槽１０（図１に図示）に向かって分岐する。複数の給水用分岐通路２０４は複数の給水ライン２２と連通する。複数の給水用分岐通路２０４は、給水ヘッダ２０の左右の側面に形成される。ここで、複数の給水ライン２２は、複数の給水用分岐通路２０４にねじ結合する。すなわち、複数の給水ライン２２にはねじ線２２１が形成されているため、複数の給水用分岐通路２０４に堅固に結合される。その結果、高圧の電解液が供給されても、複数の給水ライン２２がその圧力に適切に耐えることができる。

図２に示すように、給水通路２０２と複数の給水用分岐通路２０４が互いになす角度（θ）は実質的に直角である。したがって、給水通路２０２に沿って供給された電解液は、給水通路２０２が伸びた方向と実質的に直角をなしながら交差する方向に分岐する。その結果、電解液は、給水通路２０２の両側に位置した複数の給水用分岐通路２０４に均一に分配される。

図３は、図１の排水ヘッダ４０の部分的な断面構造を概略的に示す図である。図３の排水ヘッダ４０の構造は、図２の給水ヘッダ２０の構造と同じであるため、同じ部分についての詳細な説明は省略する。

図３は、図１で−ｚ軸方向に排水ヘッダ４０を見ながら排水ヘッダ４０をｘｙ平面方向に切断した内部構造を示す。排水ヘッダ４０は、排水通路４０２および複数の排水用分岐通路４０４を含む。排水ヘッダ４０が一体型に形成されるため、排水通路４０２および複数の排水用分岐通路４０４は排水ヘッダ４０内部に中空形空間で形成される。

図３に示すように、排水通路４０２は、排水ヘッダ４０の内部に形成され、一方向、すなわち、ｙ軸方向に沿って伸びている。電解液は矢印の方向に沿って各電解槽１０（図１に図示）から複数の排水用分岐通路４０４を介して排水ヘッダ４０に集められる。集められた電解液は＋ｙ軸方向を介して外部に排出する。複数の排水用分岐通路４０４は複数の排水ライン４２と連通する。複数の排水用分岐通路４０４は排水ヘッダ４０の左右の側面に形成される。ここで、複数の排水ライン４２は、複数の排水用分岐通路４０４にねじ結合する。すなわち、複数の排水ライン４２にはねじ線４２１が形成されるため、複数の排水用分岐通路４０４に堅固に結合される。その結果、高圧の電解液が排水されても、複数の排水ライン４２がその圧力に適切に耐えることができる。

図３に示すように、排水通路４０２と複数の排水用分岐通路４０４が互いになす角度（θ）は実質的に直角である。したがって、排水通路４０２に沿って供給された電解液は、排水通路４０２が伸びた方向と実質的に直角をなしながら交差する方向に分岐する。その結果、電解液は、排水通路４０２の両側に位置した複数の排水用分岐通路４０４に均一に分配される。

図４は、図１のブラウンガス製造装置１００と連結した気液分離装置９００の概略的な斜視図を示す図である。図４の気液分離装置９００の構造は本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、気液分離装置９００の構造を多様な形態に変形してもよい。

図４に示すように、気液分離装置９００は、電解槽１０（図１に図示）で生成されたブラウンガスに混合して存在することのある電解液を分離させる。このために、気液分離装置９００は、気液分離器９２、レベル計測器９４、および電解液供給ポンプ９６を含む。気液分離器９２はブラウンガス排出管３０と連結し、電解液を貯蔵する。ブラウンガス排出管３０の端部３０５が電解液に浸漬しているため、ブラウンガス排出管３０を介して排出される電解液は、気液分離器９２に貯蔵された電解液に混合される。そして、ブラウンガス排出管３０を介して排出されるブラウンガスの比重は電解液の比重よりも低いため、電解液上に上昇してブラウンガス供給管３２を介して使用場所に供給される。その結果、気液分離器９２を介してブラウンガスと電解液を互いに適切に分離させることができる。

一方、レベル計測器９４は気液分離器９２と連結する。レベル計測器９４は気液分離器９２に貯蔵された電解液の高さを測定する。したがって、気液分離器９２に貯蔵された電解液の高さが上昇する場合、電解液供給ポンプ９６と連結したレベル計測器９４の信号に応じて電解液補充管９０を介して電解液を給水ヘッダ２０（図１に図示）側に供給することができる。すなわち、レベル計測器９４は電解液供給ポンプ９６と連動するため、レベル計測器９４が気液分離器９２に貯蔵された電解液の高さ上昇をセンシングする場合、レベル計測器９４が電解液供給ポンプ９６を駆動させる駆動信号を電解液供給ポンプ９６に送信する。したがって、給水ヘッダ２０（図１に図示）と連結した電解液供給ポンプ９６が電解液補充管９０を介して電解液を供給するため、ブラウンガス製造装置１００内の電解質濃度を持続して一定に維持することができる。

ブラウンガスに電解液が含まれている状態でブラウンガスを燃焼させる場合、逆火現象などが発生して燃焼器が溶損することがある。したがって、ブラウンガスと電解液を完全に分離させることが必要となる。このために気液分離装置９００を用いる場合、電解液をブラウンガスと容易に分離させることができる。また、電解液が外部に放出される場合、電解槽１０で電気分解に用いられる電解液の濃度が低くなる。したがって、電解質をさらに補充しなければならないが、本発明の一実施形態では、ブラウンガスと混合した電解液を気液分離装置９００によって回収して再び供給する。その結果、電解液の濃度を持続的に一定に維持することができる。

図５は、本発明の一実施形態に係るブラウンガス製造方法を概略的に示すフローチャートである。図５のブラウンガスの製造方法は本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、ブラウンガスの製造方法を多様な形態に変形してもよい。以下、図１、図４、および図５を参照しながら、ブラウンガスの製造方法を順に説明する。

図５に示すように、ブラウンガスの製造方法は、ｉ）電気絶縁性給水ヘッダ２０（図１に図示、以下同じ）を提供する段階（Ｓ１０）、ｉｉ）給水ヘッダ２０と連結した複数の給水ライン２２（図１に図示、以下同じ）側に電解液を供給する段階（Ｓ２０）、ｉｉｉ）複数の電解槽１０（図１に図示、以下同じ）それぞれに電解液を供給する段階（Ｓ３０）、ｉｖ）複数の電解槽１０に含まれている電解液を電気分解してブラウンガスを製造する段階（Ｓ４０）、ｖ）ブラウンガス排出管３０（図１に図示、以下同じ）を介してブラウンガスを外部に排出させる段階（Ｓ５０）、ｖｉ）気液分離器９２（図４に図示、以下同じ）がブラウンガス排出管３０から排出するブラウンガスと電解液を互いに分離させる段階（Ｓ６０）、ｖｉｉ）レベル計測器９４（図４に図示、以下同じ）が気液分離器９２に貯蔵された電解液の高さを測定する段階（Ｓ７０）、ｖｉｉｉ）電解液供給ポンプ９６（図４に図示、以下同じ）がレベル計測器９４と連動して作動する段階（Ｓ８０）、ｉｘ）複数の排水ライン４２（図１に図示、以下同じ）を介して電解液を排出させる段階（Ｓ９０）、およびｘ）複数の排水ライン４２と連結した電気絶縁性排水ヘッダ４０（図１に図示、以下同じ）を介して電解液を排出させる段階（Ｓ１００）を含む。この他、必要に応じて、ブラウンガスの製造方法は他の段階をさらに含んでもよい。また、上述した段階（Ｓ６０）〜段階（Ｓ８０）は省略してもよい。

まず、段階（Ｓ１０）では、電気絶縁性給水ヘッダ２０を提供する。給水ヘッダ２０は一方向に沿って長く伸びているため、電解液を効率的に供給することができる。

次に、段階（Ｓ２０）では、給水ヘッダ２０と連結した複数の給水ライン２２側に電解液を供給する。給水ヘッダ２０によって得られた電解液は、複数の給水ライン２２側に均一に分配される。電解液としては、例えば、ＫＯＨまたはＮａＯＨを水に溶かした溶液を用いてもよい。

段階（Ｓ３０）では、複数の電解槽１０それぞれに電解液を供給する。上述したように、複数の給水ライン２２それぞれが複数の電解槽１０それぞれに連結する。したがって、電解液は、複数の給水ライン２２から複数の電解槽１０に供給される。

次に、段階（Ｓ４０）では、複数の電解槽１０に含まれている電解液を電気分解してブラウンガスを製造する。すなわち、電解槽１０に電気的に連結した電源６０が電解槽１０に電流を供給するため、電解液は酸素と水素を含むブラウンガスに電気分解される。その結果、電解槽１０でブラウンガスを製造することができる。

段階（Ｓ５０）では、ブラウンガス排出管３０を介してブラウンガスを外部に排出させる。ブラウンガス排出管３０は、複数の電解槽１０それぞれの上端と連結する。したがって、複数の電解槽１０それぞれからブラウンガスを外部に排出させる。

次に、段階（Ｓ６０）では、電解槽１０から複数の排水ライン４２を介して電解液を排出させる。電解槽１０に含まれている電解液は電気分解されるため、持続的に加熱される。したがって、電解液の温度が上昇するようになり、これによってブラウンガスの生成が困難になる。したがって、電解液を電解槽１０から放出させた後、電解液の温度を低めて電解槽１０に再び供給する必要がある。

さらに、段階（Ｓ７０）では、複数の排水ライン４２と連結した排水ヘッダ４０を介して電解液を排出させる。電解液は、排水ヘッダ４０に集められた後に外部に排出する。したがって、電解液の排出ラインを容易に構成することができる。

一方、排出したブラウンガスには、極めて微細な量の電解液が共に含まれることがあるため、選択的に電解液をブラウンガスと分離させる必要がある。電解液を分離させない場合、ブラウンガス製造に用いられる電解液に含まれている電解質の濃度が継続して低くなる。

したがって、段階（Ｓ８０）では、気液分離器９２を利用してブラウンガス排出管３０から排出するブラウンガスと電解液を互いに分離させる。ここで、気液分離器９２は、ブラウンガス排出管３０と連結する。ブラウンガスを気液分離器９２に貯蔵された電解液内部に導入させる場合、気体のブラウンガスは電解液と混合せずに電解液上に上昇する。この反面、ブラウンガスと混合していた電解液は、気液分離器９２に貯蔵された電解液と共に混合する。このような方法により、ブラウンガスと混合した電解液を除去することができる。

一方、段階（Ｓ９０）では、レベル計測器９４が気液分離器９２に貯蔵された電解液の高さを測定する。ブラウンガスと混合した電解液が持続して気液分離器９２内部に貯蔵される場合、気液分離器９２に貯蔵された電解液の量が増加する。したがって、オーバーフローを防ぐために、気液分離器９２に貯蔵された電解液を外部に放出させる必要がある。この時点をモニタリングするために、レベル計測器９４を利用して電解液の高さを測定する。

段階（Ｓ１００）では、電解液供給ポンプ９６がレベル計測器９４と連動して作動する。電解液供給ポンプ９６は気液分離器９２および給水ヘッダ２０と連結する。したがって、レベル計測器９４は、気液分離器９２に貯蔵された電解液の高さ上昇をセンシングし、電解液の高さ上昇に応じて電解液供給ポンプ９６を駆動させる駆動信号を電解液供給ポンプ９６に送信する。その結果、電解液供給ポンプ９６の駆動によって気液分離器９２に貯蔵された電解液が外部に放出されながら、気液分離器９２に貯蔵された電解液の高さが低くなる。外部に排出した電解液は再び電解槽１０に供給されるため、電解槽１０それぞれに含まれている電解液の濃度を実質的に均一に維持することができる。その結果、適正な量のブラウンガスを持続的に製造することができる。

以下、実験例を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。このような実験例は本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明がこれに限定されるものではない。
＜実験例＞

図１のブラウンガス製造装置と同じ構造を有するブラウンガス製造装置を製造した。ブラウンガス製造装置に含まれている電解槽の数は１８個であった。電解槽内部に含まれている極板の断面積は約１０４７．１×４６０πであった。９個の電解槽が一対をなすように互いに離隔させて配列した。ブラウンガス製造装置の横方向の長さは約２４００ｍｍであり、縦方向の長さは約５５０ｍｍであり、高さは１８４０ｍｍであった。さらに、一対の電解槽の間には、給水ヘッダおよび排水ヘッダを位置させた。給水ヘッダは排水ヘッダの下部に位置した。給水ヘッダおよび排水ヘッダは電気絶縁性のポリエチレン樹脂で製造した。複数の給水ラインは給水ヘッダと電解槽に互いに連結し、複数の排水ラインは排水ヘッダと電解槽に互いに連結した。一方、ブラウンガス排出管は電解槽に連結し、電解槽で製造されるブラウンガスを外部に排出させた。外部に排出するブラウンガスの吐出圧力は１気圧に維持させた。電解槽内部の温度は４５℃〜５０℃に調節し、電解槽内部は２気圧に維持させた。電解液としてはＫＯＨ溶液を用いた。電解液の比重を調節しながらブラウンガス製造装置で製造されるブラウンガスの量を４３ｍ^３／ｈで一定に維持させ、電解液の比重変化による電源の電力量変化を測定した。この他の詳細な実験条件は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に理解することができるため、その詳細な説明は省略する。
＜実験例１＞
電解液の比重を１．１５に維持した。残りの実験条件は上述した実験例と同じであった。
＜実験例２＞
電解液の比重を１．１８に維持した。残りの実験条件は上述した実験例１と同じであった。
＜実験例３＞
電解液の比重を１．２０に維持した。残りの実験条件は上述した実験例２と同じであった。
＜実験例４＞
電解液の比重を１．２６に維持した。残りの実験条件は上述した実験例３と同じであった。
＜実験結果＞
上述した実験例１〜実験例４によって測定された電源の供給電力量を測定した。実験例１〜実験例４に係る電源の供給電力量の変化を下記表１に記載した。

上述した実験例１〜実験例４から電解液の比重とブラウンガス発生量との関係を導出するために回帰分析を実施した。回帰分析の詳細な過程は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に理解することができるため、その詳細な説明は省略し、以下ではその結果のみを説明する。
上述した表１の電解液の比重およびブラウンガス発生量を回帰分析した結果、下記のような数式（１）が導出された。

ｙ−０．７４９ｘ＝１．５６８ ・・・（１）
ここで、ｘは前記電解液の比重であり、ｙは前記供給電力（ｋＷ／ｍ^３）である。また、０．７４９および１．５６８の単位はｋＷ／ｍ^３である。

上述した数式（１）により、ブラウンガス発生量が特定の数値にセッティングされたとき、電解液の比重とこれに対応する電源の供給電力をある程度予想することができた。一方、上述した数式（１）に基づくとき、実験例１〜実験例４は下記数式（２）に記載された不等式を満たした。

１．２９６≦ｙ−０．７４９ｘ≦２．０２１ ・・・（２）

上述した数式（２）により、さらに弾力的に電解液の比重とこれに対応する電源の供給電力を調節することができた。電解液の比重と供給電力が上述した範囲を逸脱する場合、ブラウンガスを大量に製造することができない。上述した結果に基づき、ブラウンガス製造装置の容量増大によって必要な電解液の比重および電源の供給電力を予測することができた。

上述した実験例１〜実験例４は、４３ｍ^３／ｈのブラウンガスを製造するという仮定下に実験したものであるが、ブラウンガスの製造量はこの数値に限定されるものではない。したがって、ブラウンガスの製造量をさらに増やす場合にも、上述した電解液の比重および電源の供給電力を予測することができる。したがって、ブラウンガス製造装置を設計する場合、必要な電解液の比重および電源の供給電力をある程度予測することができるため、ブラウンガス製造装置をより容易に設計することができる。その結果、大容量のブラウンガス製造装置を容易に製造することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属することは当然である。

１０：電解槽
２０：給水ヘッダ
２２：給水ライン
３０：ブラウンガス排出管
３２：ブラウンガス供給管
４０：排水ヘッダ
４２：排水ライン
６０：電源
６２：電線
７０：熱交換器
８０：クーリングタワー
９０：電解液補充管
９２：気液分離器
９４：レベル計測器
９６：電解液供給ポンプ
１００：ブラウンガス製造装置
２０２：給水通路
２０４：給水用分岐通路
２２１、４２１：ねじ線
３０１：下部管
３０３：上部管
４０２：排水通路
４０４：排水用分岐通路
９００：気液分離装置

Claims (9)

1. ブラウンガスを製造するように適用され、一対の列をなしながら一方向に沿って並んで配列された複数の電解槽、
   前記複数の電解槽それぞれの下部と連結し、前記複数の電解槽それぞれに電解液を供給するように適用された複数の給水ライン、
   前記複数の給水ラインと連結し、前記一方向に沿って長く伸びており、前記一対の列の間に位置する電気絶縁性給水ヘッダ、
   前記複数の電解槽それぞれの上部と連結し、前記複数の電解槽それぞれから出る電解液を排出させる複数の排水ライン、
   前記複数の排水ラインと連結し、前記給水ヘッドと対向する電気絶縁性排水ヘッダ、
   前記複数の電解槽に電気的に連結し、前記複数の電解槽に含まれている電解液を電気分解する電流を供給する電源、および
   前記複数の電解槽それぞれの上端と連結し、前記複数の電解槽で製造されたブラウンガスを外部に排出させるブラウンガス排出管、
   を含み、
   前記給水ヘッダは、
   前記給水ヘッダの内部に形成されて前記一方向に沿って伸びた給水通路、および
   前記複数の給水ラインと連通し、前記給水ヘッダの側面に形成されて前記複数の給水ラインがねじ結合するように適用された複数の給水用分岐通路、
   を含み、
   前記給水通路と前記複数の給水用分岐通路は互いに直角をなしながら交差し、前記給水ヘッダは一体型の樹脂で製造された、ブラウンガス製造装置。
2. 前記排水ヘッダは、
   前記排水ヘッダの内部に形成されて前記一方向に沿って伸びた排水通路、および
   前記複数の排水通路と連通し、前記排水ヘッダの側面に形成されて前記複数の排水ラインがねじ結合するように適用された複数の排水用分岐通路、
   を含み、
   前記排水通路と前記複数の排水用分岐通路は互いに直角をなしながら交差し、前記排水ヘッダは一体型の樹脂で製造された、請求項１に記載のブラウンガス製造装置。
3. 前記ブラウンガス排出管と連結し、電解液を貯蔵するように適用された気液分離器、
   前記気液分離器と連結し、前記気液分離器に貯蔵された前記電解液の高さを測定するレベル計測器、および
   前記気液分離器および前記給水ヘッダと連結し、前記電解液を前記給水ヘッダ側に供給する電解液供給ポンプ、
   をさらに含み、
   前記ブラウンガス排出管の端部は前記電解液に浸漬し、前記ブラウンガス排出管から排出する電解液は前記ブラウンガスと分離するように適用され、前記レベル計測器は前記電解液供給ポンプと連動するように適用された、請求項１に記載のブラウンガス製造装置。
4. 前記レベル計測器が前記気液分離器に貯蔵された電解液の高さ上昇をセンシングする場合、前記レベル計測器が前記電解液供給ポンプを駆動させる駆動信号を前記電解液供給ポンプに送信する、請求項３に記載のブラウンガス製造装置。
5. 一方向に沿って長く伸びており、一体型の樹脂で製造された電気絶縁性給水ヘッダを提供する段階、
   前記給水ヘッダから前記電気絶縁性給水ヘッダと連結した複数の給水ライン側に電解液を供給する段階、
   前記複数の給水ラインから一対の列をなしながら一方向に沿って並んで配列された複数の電解槽それぞれに前記電解液を供給する段階、
   前記複数の電解槽に電気的に連結した電源が前記複数の電解槽に電流を供給して前記複数の電解槽に含まれている電解液を電気分解することによってブラウンガスを製造する段階、
   前記複数の電解槽それぞれの上端と連結したブラウンガス排出管を介して前記ブラウンガスを外部に排出させる段階、
   前記複数の電解槽それぞれに連結した複数の排水ラインを介して前記電解液を排出させる段階、および
   前記複数の排水ラインと連結し、前記給水ヘッドと対向する電気絶縁性排水ヘッダを介して前記電解液を排出させる段階、
   を含み、
   前記複数の給水ライン側に電解液を供給する段階において、前記一方向に沿って前記給水ヘッダに供給された電解液が前記一方向と直角をなしながら交差する方向に分岐して前記複数の給水ライン側に前記電解液を供給する、ブラウンガス製造方法。
6. 前記電気絶縁性排水ヘッダを介して前記電解液を排出させる段階において、前記電解液は、前記排水ヘッダに前記一方向と直角をなしながら交差する方向に集められて前記一方向に沿って排出する、請求項５に記載のブラウンガス製造方法。
7. 前記ブラウンガス排出管と連結した気液分離器が前記ブラウンガス排出管から排出するブラウンガスと電解液を互いに分離させる段階、
   前記気液分離器と連結したレベル計測器が前記気液分離器に貯蔵された前記電解液の高さを測定する段階、および
   前記気液分離器および前記給水ヘッダと連結した電解液供給ポンプが前記レベル計測器と連動して作動する段階、
   をさらに含む、請求項５に記載のブラウンガス製造方法。
8. 前記電解液供給ポンプが前記計測器と連動して作動する段階において、前記レベル計測器が前記気液分離器に貯蔵された電解液の高さ上昇をセンシングする場合、前記レベル計測器が前記電解液供給ポンプを駆動させる駆動信号を前記電解液供給ポンプに送信する、請求項７に記載のブラウンガス製造方法。
9. 前記複数の電解槽それぞれに前記電解液を供給する段階において、前記複数の電解槽それぞれに含まれている電解液の濃度を均一に維持する、請求項８に記載のブラウンガス製造方法。

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