(57)【要約】【課題】分離膜の変形を抑制できる技術を提供する。【解決手段】ガス生成装置は、第１電極と、電解液と第１電極を収容するための第１室を形成する第１室形成部と、光触媒を含む第２電極と、電解液と第２電極を収容するための第２室を形成する第２室形成部と、第１室と第２室との間を仕切り、水素ガスと酸素ガスとを分離する分離膜と、分離膜の第１室または第２室に露出する部分である露出部分の一部分を支持する支持部を含む補強部材と、を備える。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を含む電解液から光触媒を用いて水素ガスと酸素ガスとの少なくとも一方を生成するガス生成装置であって、
第１電極と、
前記電解液と前記第１電極を収容するための第１室を形成する第１室形成部と、
光触媒を含む第２電極と、
前記電解液と前記第２電極を収容するための第２室を形成する第２室形成部と、
前記第１室と前記第２室との間を仕切り、前記水素ガスと前記酸素ガスとを分離する分離膜と、
前記分離膜の前記第１室または前記第２室に露出する部分である露出部分の一部分を支持する支持部を含む補強部材と、
を備える、ガス生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス生成装置であって、
前記支持部は、前記分離膜に固定されている、ガス生成装置。
【請求項３】
請求項２に記載のガス生成装置であって、
前記支持部は、前記分離膜の前記第１室側に固定されている、ガス生成装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のガス生成装置であって、
前記支持部は、前記露出部分の端を示す輪郭上の第１位置から、前記分離膜が撓む場合の伸縮方向に沿って延びて、前記第１位置とは異なる前記輪郭上の第２位置に至る部分を、支持する部分を含む、ガス生成装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のガス生成装置であって、
前記補強部材は、さらに、前記分離膜に固定され、前記分離膜と、前記第１室形成部又は前記第２室形成部の少なくとも一方と、の間をシールするシール部を含む、ガス生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒を用いて水から水素ガスと酸素ガスとの少なくとも一方を生成するガス生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光触媒（例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）や酸化タングステン（ＷＯ３）等の酸化物半導体）を用いて、水から水素ガスと酸素ガスとを生成する技術が知られている。また、太陽光エネルギの利用効率を高めるために、水と電極材料との接触面積を大きくする技術が提案されている。例えば、導電性基板の表面に、酸化チタンなどからなる光触媒材料を、島状、柱状または多穴膜状に形成する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１４６６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
生成された酸素ガスと水素ガスとの混合を避けるために、酸素ガスが生成される室と水素ガスが生成される室との間を分離膜で仕切る技術を利用可能である。この場合、分離膜は、水素ガス側と酸素ガス側との間の圧力差や、電解液による膨潤等に起因して、変形し得る。分離膜が変形すると、不具合が生じる場合がある。例えば、分離膜の耐久性が不均等に低下する場合がある。
【０００５】
本発明の主な利点は、分離膜の変形を抑制できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
水を含む電解液から光触媒を用いて水素ガスと酸素ガスとの少なくとも一方を生成するガス生成装置であって、
第１電極と、
前記電解液と前記第１電極を収容するための第１室を形成する第１室形成部と、
光触媒を含む第２電極と、
前記電解液と前記第２電極を収容するための第２室を形成する第２室形成部と、
前記第１室と前記第２室との間を仕切り、前記水素ガスと前記酸素ガスとを分離する分離膜と、
前記分離膜の前記第１室または前記第２室に露出する部分である露出部分の一部分を支持する支持部を含む補強部材と、
を備える、ガス生成装置。
【０００８】
この構成によれば、補強部材によって、分離膜の変形を抑制できる。
【０００９】
［適用例２］
適用例１に記載のガス生成装置であって、
前記支持部は、前記分離膜に固定されている、ガス生成装置。
【００１０】
この構成によれば、支持部が分離膜から分離している場合と比べて、分離膜の変形を抑制できる。
【００１１】
［適用例３］
適用例２に記載のガス生成装置であって、
前記支持部は、前記分離膜の前記第１室側に固定されている、ガス生成装置。
【００１２】
この構成によれば、支持部が分離膜の第２室側に固定されている場合と比べて、第２室で生じたイオンが分離膜に容易に進入できるので、ガス生成効率が低下することを抑制しつつ、分離膜の変形を抑制できる。
【００１３】
［適用例４］
適用例１ないし３のいずれかに記載のガス生成装置であって、
前記支持部は、前記露出部分の端を示す輪郭上の第１位置から、前記分離膜が撓む場合の伸縮方向に沿って延びて、前記第１位置とは異なる前記輪郭上の第２位置に至る部分を、支持する部分を含む、ガス生成装置。
【００１４】
この構成によれば、支持部は、露出部分の撓みを抑制できる。
【００１５】
［適用例５］
適用例１ないし４のいずれかに記載のガス生成装置であって、
前記補強部材は、さらに、前記分離膜に固定され、前記分離膜と、前記第１室形成部又は前記第２室形成部の少なくとも一方と、の間をシールするシール部を含む、ガス生成装置。
【００１６】
この構成によれば、分離膜にシール部が固定されているので、シール部が分離膜から分離している場合と比べて、分離膜が変形することを抑制できると共に生成ガス漏れに対する信頼性が向上できる。
【００１７】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、ガス生成装置、ガス生成装置と燃料電池とを備える発電システム、等の態様で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例としてのガス生成システムの概略図である。
【図２】ガス生成装置８００の構成を示す断面図である。
【図３】ガス生成装置８００の分解断面図である。
【図４】ガス生成装置８００の分解斜視図である。
【図５】膜モジュール６００の斜視図である。
【図６】分離膜３３０を通り抜けるプロトンの流れを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
Ａ．実施例：
Ａ１．ガス生成装置の概要：
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、本発明の一実施例としてのガス生成システムの概略図である。ガス生成システム９００は、水の電気分解によって水素ガスと酸素ガスとを生成する。ガス生成システム９００は、ガス生成装置８００と、直流電源４００と、電解液供給装置５００と、を備えている。
【００２０】
ガス生成装置８００は、水素ガスが生成される第１室２１０を形成する部材（詳細は後述）と、第１室２１０に収容される第１電極３１０と、酸素ガスが生成される第２室２２０を形成する部材（詳細は後述）と、第２室２２０に収容される第２電極３２０と、第１室２１０と第２室２２０との間を仕切る分離膜３３０と、を備えている。
【００２１】
直流電源４００は、２つの電極３１０、３２０の間にバイアス電圧を印加する。第１電極３１０には、直流電源４００の負極が接続され、第２電極３２０には、直流電源４００の正極が接続されている。
【００２２】
電解液供給装置５００は、２つの室２１０、２２０に、水を含む電解液を供給する。電解液供給装置５００は、第１供給路５１０を介して第１室２１０に接続され、第２供給路５２０を介して第２室２２０に接続されている。水を含む電解液としては、プロトン（Ｈ＋。水素イオンとも呼ばれる）の伝導を許容するＮａ２ＳＯ４の水溶液が用いられる。ただし、電解液としては、プロトン（Ｈ＋）の伝導を許容する他の電解液（例えば、ＮａＨＣＯ３の水溶液）を採用してもよい。
【００２３】
２つの室２１０、２２０の間を仕切る分離膜３３０は、ガスの通過を制限する膜であり、第１電極３１０によって生成された水素ガスが第２室２２０に移動することと、第２電極３２０によって生成された酸素ガスが第１室２１０に移動することを、制限している。これにより、生成された水素ガスと酸素ガスとが分離され、それらのガスの混合が抑制される。また、分離膜３３０は、プロトン（Ｈ＋）の伝導性を有している。本実施例では、このような分離膜３３０として、スルホン酸基を含むフッ素系樹脂（例えば、ナフィオン（デュポン社の商標））の膜が用いられている。このようなフッ素系樹脂の膜は、電解質膜とも呼ばれる。
【００２４】
第１電極３１０は、導電性材料（ここでは、ステンレス鋼）を用いて構成されている。第２電極３２０は、光を用いて水の電気分解を促進する光触媒としての酸化タングステン（ＷＯ３）を含む導電性材料を用いて構成されている。第２電極３２０に太陽光等の光が照射されると、光触媒の作用により、水（Ｈ２Ｏ）から、酸素ガス（Ｏ２）と、プロトン（Ｈ＋）とが生成され、そして、電子（ｅ−）が、第２電極３２０に生じる。
【００２５】
酸素ガスは、第２室２２０に接続された第２ガス流路４２０を通じて、第２室２２０の外に排出される。排出された酸素ガスは、図示しない酸素タンクに貯留される。ただし、酸素ガスを、貯留せずに、所定の空間（例えば、大気中）に解放してもよい。第２電極３２０に生じた電子（ｅ−）は、直流電源４００に移動し、直流電源４００から第１電極３１０へ電子（ｅ−）が供給される。プロトン（Ｈ＋）は、分離膜３３０を通り抜けて、第１室２１０に移動する。
【００２６】
第１室２１０に移動したプロトン（Ｈ＋）は、第１電極３１０で電子（ｅ−）と結合して、水素ガス（Ｈ２）を生成する。生成された水素ガス（Ｈ２）は、第１室２１０に接続された第１ガス流路４１０を通じて、第１室２１０の外に排出される。排出された水素ガス（Ｈ２）は、例えば、図示しない水素タンクに貯留される。また、水素ガスが、図示しない燃料電池に供給されてもよい。
【００２７】
Ａ２．ガス生成装置の詳細：
図２は、ガス生成装置８００の構成を示す断面図であり、図３はガス生成装置８００の分解断面図であり、図４は、ガス生成装置８００の分解斜視図である。図中には、互いに直交する３つの方向Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚが示されている。図２と図３とは、第２方向Ｄｙと直交する断面図であり、図４に示すＡ−Ａ断面である。以下、第１方向Ｄｘを「＋Ｄｘ方向」とも呼び、第１方向Ｄｘの反対方向を「−Ｄｘ方向」とも呼ぶ。また、＋Ｄｘ方向側を、単に「＋Ｄｘ側」とも呼び、−Ｄｘ方向側を、単に「−Ｄｘ側」とも呼ぶ。同様に、第２方向Ｄｙを「＋Ｄｙ方向」とも呼び、さらに、第２方向Ｄｙの反対方向を「−Ｄｙ方向」と、＋Ｄｙ方向側を「＋Ｄｙ側」と、−Ｄｙ方向側を「−Ｄｙ側」と、それぞれ呼ぶ。また、第３方向Ｄｚを「＋Ｄｚ方向」とも呼び、さらに、第３方向Ｄｚの反対方向を「−Ｄｚ方向」と、＋Ｄｚ方向側を「＋Ｄｚ側」と、−Ｄｚ方向側を「−Ｄｚ側」と、それぞれ呼ぶ。
【００２８】
Ａ２−１．第１室：
図２に示すように、第１室２１０は、容器１１０と分離膜３３０とによって形成される空間である。以下、容器１１０を、「第１室形成部１１０」とも呼ぶ。容器１１０は、−Ｄｚ方向を向いた開口１１１と、開口１１１に連通する凹部である収容室１１２と、を有する有底の容器である。図４に示すように、開口１１１の形状は、第１方向Ｄｘと平行なラインと、第２方向Ｄｙと平行なラインと、によって構成される矩形状と、おおよそ同じである。収容室１１２の形状は、開口１１１を１つの面として有する直方体と、おおよそ同じである。
【００２９】
図２、図３に示すように、容器１１０は、収容室１１２の＋Ｄｘ側に形成されて＋Ｄｘ方向に沿って延びる貫通孔１１３を有している。貫通孔１１３は、収容室１１２と容器１１０の外部とを連通する。以下、貫通孔１１３が収容室１１２から外部に向かって延びる方向（ここでは、第１方向Ｄｘ）を、「挿入方向Ｄｘ」とも呼ぶ。また、容器１１０は、収容室１１２内の貫通孔１１３とは反対側（すなわち、−Ｄｘ側）に形成されている凹部１１４を有している。図４に示すように、凹部１１４は、収容室１１２の−Ｄｙ側の端から＋Ｄｙ側の端まで延びている。なお、容器１１０は、絶縁性材料（例えば、樹脂）を用いて単一の部材として形成されている。
【００３０】
図３、図４に示すように、第１電極３１０は、多数の孔が形成されたメッシュ状の部分３１１（「メッシュ部分３１１」と呼ぶ）と、メッシュ部分３１１の−Ｄｘ側の端部に固定された第１バスバー３１２と、メッシュ部分３１１の＋Ｄｘ側の端部に固定された第２バスバー３１３と、第２バスバー３１３に固定されて＋Ｄｘ方向に向かって突出する端子３１４と、含んでいる。図４に示すように、メッシュ部分３１１は、第１方向Ｄｘと平行なライン状の端と、第２方向Ｄｙと平行なライン状の端と、を有する略矩形状のプレートであり、第３方向Ｄｚと直交するように配置されている。第３方向Ｄｚを向いて観察した場合、メッシュ部分３１１は、収容室１１２の内部のおおよそ全体に拡がっている。第１バスバー３１２と第２バスバー３１３とは、それぞれ、メッシュ部分３１１の−Ｄｙ側の端から＋Ｄｙ側の端まで延びている。第１電極３１０の各部３１１、３１２、３１３、３１４は、いずれも、ステンレス鋼を用いて形成されている。各部３１１、３１２、３１３、３１４を互いに固定する方法としては、例えば、溶接を採用可能である。
【００３１】
図２に示すように、第１電極３１０の端子３１４は、収容室１１２内（すなわち、容器１１０内）から、容器１１０の貫通孔１１３に挿入されている。端子３１４と貫通孔１１３との間は、Ｏリング３１５によって、シールされている。Ｏリング３１５は、弾性材料（例えば、ゴム）を用いて形成されている。貫通孔１１３は、端子３１４が貫通孔１１３に挿入されることによって、第１電極３１０を支持している。
【００３２】
図２に示すように、第１電極３１０の第１バスバー３１２は、容器１１０の凹部１１４に挿入されている。これにより、凹部１１４は、第１バスバー３１２、すなわち、第１電極３１０を支持している。
【００３３】
図３に示す長さＬ１ｘは、収容室１１２に収容された状態の第１電極３１０の挿入方向Ｄｘに沿った長さを示している。この長さＬ１ｘは、開口１１１の挿入方向Ｄｘに沿った長さＬ２ｘよりも長い。このように、第１電極３１０は、開口１１１よりも長い。一方、第１電極３１０のメッシュ部分３１１は、弾性変形可能である。従って、メッシュ部分３１１を湾曲させることによって、端子３１４を貫通孔１１３に挿入し、そして、第１バスバー３１２を凹部１１４に挿入することができる。
【００３４】
図２、図４に示すように、容器１１０の−Ｄｚ側には、膜モジュール６００が配置されている。図５は、膜モジュール６００の斜視図である。図５（Ａ）と図５（Ｂ）との間では、観察する方向が互いに逆方向である。膜モジュール６００は、分離膜３３０と、補強部材３９０と、を含んでいる。補強部材３９０は、図５（Ａ）に示す第１シール部３９１と支持部３９５と、図５（Ｂ）に示す第２シール部３９２と、を含んでいる。
【００３５】
図５（Ａ）に示すように、分離膜３３０は、平らな膜である。第１シール部３９１は、分離膜３３０の＋Ｄｚ側の面の縁部分に全周に亘って設けられたループ状の部分である。支持部３９５は、第１シール部３９１の内側に設けられた格子状の部分である。図５（Ｂ）に示すように、第２シール部３９２は、分離膜３３０の−Ｄｚ側の面の縁部分に全周に亘って設けられたループ状の部分である。補強部材３９０の各部３９１、３９２、３９５は、いずれも、樹脂で形成されている。膜モジュール６００の詳細については、後述する。
【００３６】
図２、図４に示すように、分離膜３３０は、容器１１０の開口１１１の全体を覆うことによって、開口１１１を塞いでいる。第１シール部３９１は、容器１１０の−Ｄｚ側の端面と分離膜３３０とに密着し、開口１１１を囲む全周に亘って、容器１１０（すなわち、第１室２１０を形成する第１室形成部１１０）と分離膜３３０と間をシールする。
【００３７】
Ａ２−２．第２室：
図２に示すように、第２室２２０は、第２室形成部１４０と分離膜３３０とガラス板３２４とによって形成される空間である。第２室形成部１４０は、第１壁部材１２０と、第１壁部材１２０の−Ｄｚ側に配置される第２壁部材１３０と、を含んでいる。
【００３８】
図４に示すように、第１壁部材１２０は、第３方向Ｄｚに沿って延びる貫通孔１２２を有するループ状の部材である。図３、図４に示す様に、第１壁部材１２０は、貫通孔１２２の大きさが互いに異なる第１部分１２０ａ（＋Ｄｚ側の部分）と第２部分１２０ｂ（−Ｄｚ側の部分）との２つの部分に区分される。第２部分１２０ｂによって形成される貫通孔１２２は、第１部分１２０ａによって形成される貫通孔１２２よりも、大きい。第３方向Ｄｚを向いて観察した場合、第１部分１２０ａの内周面は、容器１１０の開口１１１の内周面と、おおよそ重なっている。なお、第１壁部材１２０は、絶縁性材料（例えば、樹脂）を用いて形成されている。
【００３９】
図４に示すように、第２壁部材１３０は、第３方向Ｄｚに沿って延びる貫通孔１３２を有するループ状の部材である。図３、図４に示すように、第３方向Ｄｚを向いて観察した場合、貫通孔１３２の形状は、略矩形状であり、貫通孔１３２の内周面は、第１壁部材１２０の第１部分１２０ａの内周面と、おおよそ重なっている。なお、第２壁部材１３０は、絶縁性材料（例えば、樹脂）を用いて形成されている。
【００４０】
図３、図４に示すように、第２電極３２０は、ガラス板３２４と、ガラス板３２４の＋Ｄｚ側の面上の全体に形成された透明導電層３２３と、透明導電層３２３の＋Ｄｚ側の面上の縁よりも内側の部分に形成された光触媒層３２２と、透明導電層３２３の＋Ｄｚ側の面上の縁部分と全周に亘って接触する金具３２５と、を含んでいる。金具３２５は、光触媒層３２２を覆わないように、ループ状に形成されている。図２に示すように、第２電極３２０は、第１壁部材１２０の第２部分１２０ｂに嵌め込まれ、第１壁部材１２０の第１部分１２０ａと第２壁部材１３０とによって挟まれる。第２壁部材１３０の貫通孔１３２は、ガラス板３２４によって閉じられる。第１壁部材１２０の貫通孔１２２のガラス板３２４よりも＋Ｄｚ側の空間が、第２室２２０に対応する。
【００４１】
図３、図４に示すように、金具３２５の内周側には、ループ状のシール部材３９３が配置されている。シール部材３９３は、透明導電層３２３と第１壁部材１２０（より具体的には、第１部分１２０ａ）との間に挟まれて、第２電極３２０と第１壁部材１２０との間を、貫通孔１２２の全周に亘って、シールする。シール部材３９３は、弾性材料（例えば、ゴム）を用いて形成されている。
【００４２】
図４に示すように、第３方向Ｄｚを向いて観察した場合に、透明導電層３２３とガラス板３２４と金具３２５とのそれぞれの輪郭形状は、略矩形状である。さらに、図２、図４に示すように、それらの部材の３２３、３２４、３２５の輪郭は、全周に亘って、第１壁部材１２０の第２部分１２０ｂの内周面よりも若干内側に位置し、そして、全周に亘って、第１壁部材１２０の第１部分１２０ａの内周面よりも外側に位置している。
【００４３】
光触媒層３２２は、酸化タングステン（ＷＯ３）を膜状に形成したものである。透明導電層３２３は、導電性材料としてのＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）を膜状に形成したものであり、光触媒層３２２によって用いられる光を透過可能である。ガラス板３２４も、光触媒層３２２によって用いられる光を透過可能である。図２に示すように、光（例えば、太陽光）は、第２壁部材１３０の貫通孔１３２から入射し、ガラス板３２４と透明導電層３２３を透過して、光触媒層３２２に至る。光を受けた光触媒層３２２は、水の電気分解を促進する。また、光触媒層３２２では、電子（ｅ−）が生じる。生じた電子（ｅ−）は、透明導電層３２３を介して、金具３２５に集められる。
【００４４】
金具３２５は、導電性材料（例えば、ステンレス鋼）を用いて形成されている。金具３２５は、透明導電層３２３の縁部分と全周に亘って接触しているので、透明導電層３２３から電子（ｅ−）を効率よく集めることができる。また、金具３２５は、金具３２５と透明導電層３２３との間の接触抵抗を低減させるために、弾性を有するように構成されている。本実施例では、金具３２５は、導電性材料の網を折り畳むことによって、形成されている。金具３２５の第３方向Ｄｚの厚さは、シール部材３９３のつぶし率を考慮して、透明導電層３２３との十分な接触面積を実現できるように、設定されている。金具３２５には、図示しない端子がガス生成装置８００の外部から接続される。図４に示すように、第１壁部材１２０の第２部分１２０ｂの＋Ｄｘ側には、図示しない端子を挿入するための切欠１２４が形成されている。さらに、第２壁部材１３０の＋Ｄｘ側にも、図示しない端子を挿入するための切欠１３４が形成されている。
【００４５】
図２、図４に示すように、第２室形成部１４０（具体的には、第１壁部材１２０）の＋Ｄｚ側には、膜モジュール６００が配置されている。分離膜３３０は、第１壁部材１２０の貫通孔１２２の全体を覆うことによって、貫通孔１２２を塞いでいる。第２シール部３９２は、第１壁部材１２０と分離膜３３０とに密着し、貫通孔１２２を囲む全周に亘って、第１壁部材１２０（すなわち、第２室２２０を形成する第２室形成部１４０）と分離膜３３０との間をシールする。
【００４６】
Ａ２−３．その他の部分の構成：
図４に示すように、ガス生成装置８００の複数の部材は、複数のボルト３８０によって固定される。複数のボルト３８０のために、容器１１０は、複数のネジ孔１１９を有し、膜モジュール６００は、複数のネジ孔６０９を有し、第１壁部材１２０は、複数のネジ孔１２９を有し、第２壁部材１３０は、複数のネジ孔１３９を、有している。容器１１０のネジ孔１１９には、雌ネジが形成されている。ボルト３８０は、−Ｄｚ側から、ネジ孔１３９、１２９、６０９を通り抜け、そして、容器１１０のネジ孔１１９にねじ込まれる。複数のネジ孔１１９、１２９、１３９、６０９は、収容室１１２と貫通孔１２２、１３２（すなわち、第１室２１０と第２室２２０）の周囲を囲むように、配置されている。
【００４７】
なお、図示を省略するが、容器１１０には、第１ガス流路４１０（図１）を接続するための接続口と、第１供給路５１０を接続するための接続口と、が設けられている。また、図示を省略するが、第１壁部材１２０には、第２ガス流路４２０を接続するための接続口と、第２供給路５２０を接続するための接続口と、が設けられている。
【００４８】
Ａ３．膜モジュール６００の詳細：
まず、シール部３９１、３９２について説明する。上述したように、第１シール部３９１（図５（Ａ））は、分離膜３３０の＋Ｄｚ側の面の縁部分に、全周に亘って、固定されている。具体的には、第１シール部３９１の全体が、分離膜３３０と一体化されており、かつ、分離膜３３０に接合されている。従って、第１室２１０（図２）の気密性を容易に向上できる。また、分離膜３３０の変形（例えば、撓みと折れ曲がり）を抑制できる。従って、ガス生成装置８００の製造時に、膜モジュール６００（すなわち、分離膜３３０）を容易に扱うことができる。同様に、第２シール部３９２（図５（Ｂ））は、分離膜３３０の＋Ｄｚ側の面の縁部分に、全周に亘って、固定されている。具体的には、第２シール部３９２の全体が、分離膜３３０と一体化されており、かつ、分離膜３３０に接合されている。従って、第２室２２０（図２）の気密性を容易に向上でき、さらに、分離膜３３０の変形を抑制できる。また、分離膜３３０の両側にシール部が固定されているので、分離膜３３０の変形を、適切に抑制できる。
【００４９】
次に、支持部３９５について説明する。図５（Ａ）には、分離膜３３０の露出部分３３０ｅが破線で示されている。図示された破線は、分離膜３３０と垂直な方向（例えば、−Ｄｚ方向）を向いて観察した場合の、露出部分３３０ｅの端を示す輪郭を示している。露出部分３３０ｅは、第１室２１０と第２室２２０とのうちの、支持部３９５が配置されている室に露出する部分である。支持部３９５は、この露出部分３３０ｅの一部分と接触することによって、露出部分３３０ｅの一部分を支持している。露出部分３３０ｅの残りの部分は、支持部３９５に覆われていない。従って、支持部３９５は、プロトン（Ｈ＋）が分離膜３３０を通り抜けることを阻害せずに、分離膜３３０の変形（例えば、撓み）を抑制できる。
【００５０】
また、支持部３９５は、第１ライン部分３９５ａを含んでいる。この第１ライン部分３９５ａは、露出部分３３０ｅの端を示す輪郭上の第１位置Ｐ１から、輪郭の内側を通って、第１位置Ｐ１とは異なる輪郭上の第２位置Ｐ２に至る部分を、支持している。このように、第１ライン部分３９５ａは、露出部分３３０ｅの輪郭の内側を横断する部分を支持するので、露出部分３３０ｅの撓みを抑制できる。図示するように、支持部３９５は、互いに異なる位置を支持する複数のそのようなライン部分を含んでいるので、露出部分３３０ｅの撓みを適切に抑制できる。
【００５１】
また、支持部３９５は、分離膜３３０の全体に亘って、おおよそ均等に配置されている。従って、支持部３９５は、分離膜３３０の全体に亘って、変形（例えば、撓み）を抑制できる。
【００５２】
また、本実施例では、支持部３９５は、分離膜３３０に固定されている。従って、支持部３９５は、分離膜３３０に皺が生じることを抑制できる。また、支持部３９５は、分離膜３３０が折れ曲がることを抑制できる。従って、ガス生成装置８００の製造時に、膜モジュール６００（すなわち、分離膜３３０）を容易に扱うことができる。
【００５３】
仮に、分離膜３３０に変形（例えば、撓みや皺）が生じる場合には、プロトン（Ｈ＋）の流れが、分離膜３３０上で不均等になり得る。従って、分離膜３３０にかかる負荷も、不均等になり得る。分離膜３３０の材料として、水和したプロトンを伝導する材料（例えば、スルホン酸基を含む樹脂）を採用する場合には、プロトンの伝導に起因して、分離膜３３０が膨潤する。プロトンの流れが分離膜３３０上で不均等である場合には、膨潤も不均等に生じる。このように、プロトンの流れや膨潤が不均等に生じると、分離膜３３０の劣化が不均等に進行し得る。また、ガス生成が不安定になる場合もある。また、分離膜３３０の変形に起因して、分離膜３３０にかかる応力も、不均等になり得る。この結果、分離膜３３０の耐久性も、不均等に低下し得る。本実施例は、そのような不具合を抑制できる。
【００５４】
また、本実施例では、支持部３９５は、分離膜３３０の第１室２１０側に固定されている。この理由について、以下に説明する。図６は、分離膜３３０を通り抜けるプロトンの流れを示す概略図である。図中には、分離膜３３０の断面図が示されている。断面図には、支持部３９５に支持される部分が含まれている。プロトン（Ｈ＋）は、分離膜３３０の第２室２２０側の表面（「上流面３３０ｕ」と呼ぶ）に到達する。上流面３３０ｕに到達したプロトンは、分離膜３３０の内部を移動して、分離膜３３０の第１室２１０側の表面（「下流面３３０ｄ」と呼ぶ）に到達する。そして、プロトンは、下流面３３０ｄから第１室２１０に移動する。図示するように、下流面３３０ｄの一部は、支持部３９５によって覆われている。プロトンは、支持部３９５に覆われていない部分から、第１室２１０に移動する。
【００５５】
分離膜３３０の内部では、プロトンは容易に移動することができる。従って、下流面３３０ｄの一部が支持部３９５によって覆われている場合であっても、上流面３３０ｕに到達したプロトンは、容易に第１室２１０に移動することができる。すなわち、下流面３３０ｄに支持部３９５を固定したとしても、第２室２２０から第１室２１０へのプロトンの流れが受ける影響は、小さい。
【００５６】
仮に、上流面３３０ｕに支持部３９５が固定されたとする。この場合、第２室２２０からのプロトンが進入し得る上流面３３０ｕの面積が減少する。この結果、プロトンが分離膜３３０に到達することが抑制されるので、第２室２２０から第１室２１０へのプロトンの流れが、抑制される。
【００５７】
以上により、本実施例では、第２室２２０から第１室２１０へのプロトンの流れを考慮して、支持部３９５は、分離膜３３０の第１室２１０側に固定されている。
【００５８】
以上のような、支持部３９５とシール部３９１、３９２とは、紫外線硬化樹脂を用いて形成されている。具体的には、まず、分離膜３３０を準備する。次に、分離膜３３０の＋Ｄｚ側の面上に、未硬化の樹脂材料を用いて、未硬化の支持部３９５と未硬化の第１シール部３９１とを、スクリーン印刷によって形成する。次に、紫外線を照射することによって、支持部３９５と第１シール部３９１とを硬化させる。硬化後、膜モジュール６００の所定の輪郭の外にはみ出た部分を切断する。分離膜３３０の−Ｄｚ側についても同様に、スクリーン印刷によって未硬化の第２シール部３９２を形成し、紫外線を照射することによって第２シール部３９２を硬化させ、はみ出た部分を切断する。膜モジュール６００の輪郭からはみ出た部分の切断は、両面の硬化が終了した後に、行われても良い。また、樹脂の硬化が終了した後に、ネジ孔６０９が形成される。
【００５９】
このように、紫外線硬化樹脂を用いた未硬化の支持部３９５とシール部３９１、３９２とを、分離膜３３０上に形成し、それらの部分３９１、３９２、３９５を、分離膜３３０上で硬化させれば、分離膜３３０と、硬化済のそれらの部分３９１、３９２、３９５との密着性を向上できる。また、熱を用いずに樹脂を分離膜３３０に固定できるので、分離膜３３０が熱によって変質することを抑制できる。
【００６０】
また、本実施例では、支持部３９５が第１シール部３９１と連続している。従って、支持部３９５が第１シール部３９１から分離している場合と比べて、支持部３９５の変形を適切に抑制することができる。
【００６１】
また、図５（Ａ）に示すように、膜モジュール６００の縁部分には、複数のボルト３８０が貫通するための複数のネジ孔６０９が設けられている。複数のネジ孔６０９（すなわち、ボルト３８０）は、露出部分３３０ｅの周囲を囲むように、配置されている。各ネジ孔６０９は、第１シール部３９１と、分離膜３３０と、第２シール部３９２と、を貫通している。図４に示すように、ボルト３８０は、第１室形成部１１０と第２室形成部１４０との間に膜モジュール６００が配置された状態で、第１室形成部１１０と第２室形成部１４０とを、互いに向かい合う方向に締め付けて固定する。第１シール部３９１と第２シール部３９２とは、第１室形成部１１０と第２室形成部１４０とに挟まれた状態で、ボルト３８０による締め付ける力を受ける。従って、第１シール部３９１と第２シール部３９２との位置ズレと変形とは、ボルト３８０による締め付ける力によって、抑制される。この結果、第１シール部３９１と第２シール部３９２とが固定された分離膜３３０の変形も、抑制される。また、第１シール部３９１と連続する支持部３９５の変形も抑制されるので、分離膜３３０の変形は、さらに、抑制される。
【００６２】
また、図５（Ａ）に示すように、支持部３９５は、ネジ孔６０９の近傍と、他のネジ孔６０９の近傍と、を結ぶラインに沿って形成されたライン部分を含んでいる。例えば、第１ライン部分３９５ａは、第１ネジ孔６０９ａの近傍範囲Ｃａと、第２ネジ孔６０９ｂの近傍範囲Ｃｂと、を結ぶラインに沿って形成されている。ネジ孔の近傍の位置は、ネジ孔から遠い位置と比べて、ボルト３８０による締め付ける力を強く受ける。従って、第１ライン部分３９５ａの両端は、ボルト３８０による締め付ける力を強く受けて固定されている。この結果、第１ライン部分３９５ａの両端のうちの少なくとも一方が、ネジ孔６０９の近傍から離れている場合と比べて、第１ライン部分３９５ａの変形を抑制できる。すなわち、第１ライン部分３９５ａによって支持されている分離膜３３０の変形を抑制できる。支持部３９５の他の部分（他のライン部分）についても、同様である。
【００６３】
なお、ネジ孔６０９の近傍範囲は、例えば、以下のように決定可能である。第１ネジ孔６０９ａを例に説明すると、まず、第１ネジ孔６０９ａの２つの隣のネジ孔６０９ｃ、６０９ｄのうちの、第１ネジ孔６０９ａから遠いネジ孔を特定する。図５の実施例では、第１ネジ孔６０９ａと第３ネジ孔６０９ｃとの間の第１距離Ｌｄは、第１ネジ孔６０９ａと第４ネジ孔６０９ｄとの間の第２距離Ｌｅよりも、長い。従って、第３ネジ孔６０９ｃが特定される。第１ネジ孔６０９ａの近傍範囲としては、第１ネジ孔６０９ａと、特定された隣のネジ孔６０９ｃと、の間の距離Ｌｄの１／４以下の範囲Ｃａを、採用可能である。このようにして決定される近傍範囲は、第１ネジ孔６０９ａと、隣の第３ネジ孔６０９ｃと、の間の領域のうちの半分の領域を、２つのネジ孔６０９ａ、６０９ｃのいずれかの近傍として扱うことを意味している。
【００６４】
また、上述したように、シール部３９１、３９２は、分離膜３３０の変形の抑制に加えて、気密性を向上するために用いられる。気密性を向上するためには、シール部３９１、３９２が柔らかいことが好ましい。一方、支持部３９５は、専ら、分離膜３３０の変形を抑制するために用いられる。従って、支持部３９５が硬いことが好ましい。以上により、本実施例では、硬化後のシール部３９１、３９２の硬さが、硬化後の支持部３９５の硬さよりも小さくなるように、樹脂の材料が調整される。硬さが小さいことは、柔らかいことを示している。紫外線硬化樹脂としては、硬質のものから軟質のものまで、種々の硬さのものが普及している。スクリーン印刷を行う際には、シール部３９１、３９２を形成するために比較的小さい硬さを実現する材料が用いられ、支持部３９５を形成するために比較的大きい硬さを実現する材料が用いられる。なお、硬さとしては、ＪＩＳ  Ｋ６２５３として規格化されているショア硬さを採用可能である。
【００６５】
また、本実施例では、分離膜３３０の撓みを抑制するために、分離膜３３０よりも撓みにくい補強部材３９０が用いられている。ここで、撓みやすさは、以下に説明する撓み量を用いて、比較可能である。すなわち、補強部材３９０が省略されたガス生成装置を準備し、＋Ｄｚ方向（図２）が鉛直下方向を向くように、ガス生成装置を配置する。そして、分離膜３３０の中央部分の上（−Ｄｚ側）に、錘を載せる。錘を載せる前の分離膜３３０の最下位置と、錘を載せた後の分離膜３３０の最下位置との間の高さの差を、分離膜３３０の撓み量として採用する。補強部材３９０の撓み量についても、分離膜３３０が省略されたガス生成装置と、同じ錘と、を用いて、同様に測定する。補強部材３９０の撓み量が、分離膜３３０の撓み量よりも小さければ、補強部材３９０は、分離膜３３０よりも撓みにくい、ということができる。
【００６６】
最下位置を測定する場合には、ガス生成装置８００の一部の部材（例えば、第２電極３２０）を事前に取り外しておいてもよい。但し、最下位置の測定は、第１室形成部１１０と第２室形成部１４０との間の締め付ける力が、ガス生成装置８００の設計値に維持された状態で行われる（例えば、ボルト３８０が、トルクの設計値で締め付けられた状態）。
【００６７】
なお、分離膜３３０よりも撓みにくい補強部材３９０を形成する方法としては、種々の方法を採用可能である。例えば、硬い材料を用いて補強部材３９０（特に、支持部３９５）を形成してもよい。また、支持部３９５を太くしてもよい。
【００６８】
また、上述したように、分離膜３３０は、水を吸収して膨潤する場合がある。分離膜３３０は、膨潤すると、変形し易くなる。同様に、支持部３９５も、電解液中で使用されるので、水を吸収して膨潤する可能性がある。支持部３９５が膨潤によって変形し易くなると、分離膜３３０も変形し易くなる。そこで、本実施例では、支持部３９５の膨潤を抑制するために、支持部３９５の吸水率は、分離膜３３０の吸水率よりも、小さい。紫外線硬化樹脂としては、吸水率が大きいものから小さいものまで、種々の樹脂が普及している。スクリーン印刷を行う際には、支持部３９５を形成するために、分離膜３３０の吸水率よりも小さい吸水率を実現する材料が用いられる。なお、吸水率としては、ＪＩＳ  Ｋ７２０９として規格化されている吸水率を採用可能である。
【００６９】
Ｂ．変形例：
（１）支持部３９５（図５（Ａ））の構成としては、分離膜３３０の露出部分３３０ｅの一部分を支持する任意の構成を採用可能である。例えば、網状に構成された部材を採用してもよく、多数の貫通孔が形成されたプレートを採用してもよい。また、分離膜３３０のネジ孔６０９の位置とは無関係に、支持部３９５が配置されてもよい。ここで、支持部は、露出部分３３０ｅの端を示す輪郭上の第１位置から、分離膜３３０が撓む場合の伸縮方向に沿って延びて、第１位置とは異なる輪郭上の第２位置に至る部分を、支持する部分を含むことが好ましい。例えば、分離膜３３０が撓む場合に、分離膜３３０の露出部分３３０ｅの輪郭線の近傍が、輪郭線と直交する方向に伸縮する場合がある。このような場合には、輪郭線上の位置から輪郭線と直交する方向に沿って延びる部分を含む支持部を採用すれば、分離膜３３０の撓みを適切に抑制できる。例えば、図５（Ａ）に示す実施例では、露出部分３３０ｅの輪郭形状は、第１方向Ｄｘと平行な２辺と第２方向Ｄｙと平行な２辺とで形成される略矩形状である。そして、第１ライン部分３９５ａは、第１位置Ｐ１から、第１位置Ｐ１における輪郭線と直交する方向（−Ｄｘ方向）に沿って延びて、第２位置Ｐ２に至る。また、露出部分の形状として円形状を採用することも可能である。この場合、露出部分の輪郭線上の第１位置における輪郭線と直交する方向は、円形状の中心に向かう方向である。従って、輪郭線上の第１位置から、円形状の中心を通って、反対側の第２位置へ至る部分を支持する支持部を採用することが好ましい。いずれの場合も、分離膜３３０の撓みを抑制するためには、第１位置から第２位置へ至る部分は、直線状の部分であることが好ましい。
【００７０】
なお、支持部が通過する輪郭上の第１位置と第２位置とは、輪郭線と直交する方向に拘わらずに、決定されてもよい。また、支持部の構成としては、露出部分の輪郭上の第１位置から、輪郭の内側を通って、第１位置とは異なる輪郭上の第２位置に至る部分を含む種々の構成を採用可能である。また、第１位置から第２位置へ至る部分の形状としては、種々の形状（例えば、直線形状や曲線形状）を採用可能である。いずれの場合も、分離膜３３０（特に、露出部分３３０ｅ）の全体をおおよそ均等に支持するように、支持部３９５を構成することが好ましい。
【００７１】
また、支持部３９５が、分離膜３３０に固定されずに、分離膜３３０から分離してもよい。また、支持部３９５が、第１シール部３９１から分離していてもよい。いずれの場合も、支持部３９５は、第１室形成部１１０と第２室形成部１４０との間に挟まれる部分を含むことが好ましい。例えば、図２、図５（Ａ）の実施例では、支持部３９５の端部（露出部分３３０ｅの外側の部分）が、第１室形成部１１０と第２室形成部１４０との間に挟まれている。こうすれば、支持部３９５の変形が抑制されるので、分離膜３３０の変形を抑制できる。
【００７２】
また、分離膜３３０の第２室２２０側に支持部３９５が設けられていてもよい。水素ガスと酸素ガスとが水の電気分解によって生成される場合、生成される水素ガスの物質量（「モル数」とも呼ばれる）は、生成される酸素ガスの物質量の２倍である。従って、第１室２１０内の圧力が、第２室２２０内の圧力よりも、高くなる場合がある。この場合、分離膜３３０は、第２室２２０側に向かって撓む。そこで、支持部３９５を第２室２２０側に設ければ、分離膜３３０の撓みを適切に抑制することができる。この場合、プロトンの流れを考慮して、分離膜３３０のうちの支持部３９５によって隠される部分の面積を小さくすることが好ましい。また、分離膜３３０の第１室２１０側と第２室２２０側との両側に支持部を設けてもよい。
【００７３】
また、支持部の材料としては、紫外線硬化樹脂に限らず、ゴム等の種々の樹脂を採用可能である。また、樹脂に限らず、ガラス等の種々の絶縁材料を採用可能である。また、絶縁材料に限らず、金属やカーボン等の種々の材料を採用してもよい。また、支持部の吸水率が、分離膜３３０の吸水率以上であってもよい。一般には、支持部の材料としては、電解液に対する耐腐食性（例えば、耐酸性と耐アルカリ性）が良好な種々の材料を採用可能である。
【００７４】
（２）シール部（例えば、第１シール部３９１（図５（Ａ））と第２シール部３９２（図５（Ｂ）））の構成としては、分離膜３３０の第１室２１０側と第２室２２０側との少なくとも一方側をシールするループ状の種々の構成を採用可能である。例えば、分離膜３３０のネジ孔６０９（図５（Ａ））と露出部分３３０ｅとの間に、シール部が形成されてもよい。
【００７５】
また、シール部の材料としては、紫外線硬化樹脂に限らず、種々の樹脂を採用可能である。また、樹脂に限らず、ゴム等の種々の弾性材料を採用可能である。また、シール部を、支持部と同じ材料で形成してもよい。また、シール部の硬さが、支持部の硬さ以上であってもよい。一般には、シール部の材料としては、電解液に対する耐腐食性（例えば、耐酸性と耐アルカリ性）が良好な種々の材料を採用可能である。
【００７６】
（３）補強部材３９０（図５（Ａ）、図５（Ｂ））の構成としては、分離膜３３０の露出部分３３０ｅの一部分を支持する支持部を含む種々の構成を採用可能である。例えば、第２室２２０側の第２シール部３９２を省略してもよい。すなわち、分離膜３３０の第１室２１０側のみに、シール部を形成してもよい。この場合、分離膜３３０と第２室形成部１４０との間を、補強部材３９０とは別のＯリング（図示せず）でシールすればよい。この代わりに、第１室２１０側の第１シール部３９１を省略してもよい。すなわち、分離膜３３０の第２室２２０側のみに、シール部を形成してもよい。この場合、分離膜３３０と第１室形成部１１０との間を、補強部材３９０とは別のＯリング（図示せず）でシールすればよい。また、第１室２１０側と第２室２２０側とのそれぞれのシール部を省略してもよい。また、補強部材３９０が、分離膜３３０よりも撓みやすくてもよい。
【００７７】
（４）図４の実施例では、ボルト３８０の数が「８」であるが、ボルトの数としては、任意の数Ｎ（Ｎは２以上の整数）を採用可能である。また、第１壁部材１２０と第２室形成部１４０とを互いに向かい合う方向に締め付けて固定する固定部材としては、ボルト３８０に限らず、種々の部材を採用可能である。例えば、リベットを採用してもよい。また、ガス生成装置８００の複数の部材を固定する方法としては、そのような固定部材を用いる方法に限らず、種々の方法を採用可能である。例えば、ガス生成装置８００の全体をベルトで縛ってもよい。
【００７８】
また、ガス生成装置の構成としては、以下の構成を採用可能である。すなわち、ガス生成装置は、第１室形成部と第２室形成部との間に分離膜が配置された状態で、第１室形成部と第２室形成部とを、互いに向かい合う方向に締め付けて固定するＮ個（Ｎは２以上の整数）の固定部材を備える。そして、Ｎ個の固定部材は、分離膜の露出部分の周囲を囲むように配置される。分離膜は、固定部材が貫通するＮ個の孔を有する。支持部は、孔の近傍と、他の孔の近傍と、を結ぶラインに沿って形成された部分であるライン部分を含む。
この構成によれば、支持部のライン部分の変形が、孔を貫通する固定部材による締め付け力によって制限されるので、分離膜の変形を抑制できる。
【００７９】
（５）酸素を生成する電極に用いられる光触媒としては、酸化タングステン（ＷＯ３）に限らず、光を用いて水の電気分解を促進する種々の材料を採用可能である。なお、光触媒の材料としては、必ずしもＷＯ３に限定されるものでなく、ＴｉＯ２（二酸化チタン）、ＳｒＴｉＯ３（チタン酸ストロンチウム）、ＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム）、ＺｒＯ（酸化亜鉛）、ＳｎＯ２（二酸化錫（すず））、ＣｄＳ（硫化カドミウム）等の任意の高機能酸化物半導体光触媒を選択することができる。
【００８０】
（６）分離膜３３０としては、ガス（具体的には、水素ガスと酸素ガス）の通過を制限（好ましくは、防止）する種々の膜を採用可能である。ここで、水素ガスの生成を効率よく行うためには、プロトン（Ｈ＋）の伝導性を有する膜が採用される。例えば、プロトン（Ｈ＋）が通過し得る程度の多数の細孔が設けられたフィルタを採用可能である。また、プロトン（Ｈ＋）の伝導性が良好な膜としては、上述したフッ素系樹脂の膜のほか、例えば、炭化水素系樹脂の膜を採用可能である。
【００８１】
（７）第１室形成部１１０と第２室形成部１４０とのそれぞれの構成としては、実施例の構成とは異なる種々の構成を採用可能である。例えば、第１室２１０の形状としては、円柱形状等の任意の形状を採用可能である。また、凹部１１４が省略されてもよい。また、第１室形成部１１０が、複数の部材に分割されていてもよい。同様に、第２室２２０の形状としては、種々の形状を採用可能である。
【００８２】
（８）第１電極３１０と第２電極３２０とのそれぞれの構成としては、実施例の構成とは異なる種々の構成を採用可能である。例えば、第１電極３１０の長さＬ１ｘ（図３）は、開口１１１の長さＬ２ｘよりも、短くてもよい。また、第２電極は、金属部材と、その金属部材の表面に直接に固定された光触媒と、を含んでも良い。
【００８３】
以上、実施例、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。
【符号の説明】
【００８４】
１１０...容器（第１室形成部）、１１１...開口、１１２...収容室、１１３...貫通孔、１１４...凹部、１１９...ネジ孔、１２０...第１壁部材、１２０ａ...第１部分、１２０ｂ...第２部分、１２２...貫通孔、１２４...切欠、１３０...第２壁部材、１３２...貫通孔、１３４...切欠、１３９...ネジ孔、１４０...第２室形成部、２１０...第１室、２２０...第２室、３１０...第１電極、３１１...メッシュ部分、３１２...第１バスバー、３１３...第２バスバー、３１４...端子、３１５...Ｏリング、３２０...第２電極、３２２...光触媒層、３２３...透明導電層、３２４...ガラス板、３２５...金具、３３０...分離膜、３３０ｄ...下流面、３３０ｅ...露出部分、３３０ｕ...上流面、３８０...ボルト、３９０...補強部材、３９１...第１シール部、３９２...第２シール部、３９３...シール部材、３９５...支持部、３９５ａ...第１ライン部分、４００...直流電源、４１０...第１ガス流路、４２０...第２ガス流路、５００...電解液供給装置、５１０...第１供給路、５２０...第２供給路、６００...膜モジュール、６０９...ネジ孔、６０９ａ...第１ネジ孔、６０９ｂ...第２ネジ孔、６０９ｃ...第３ネジ孔、６０９ｄ...第４ネジ孔、８００...ガス生成装置、９００...ガス生成システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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