(57)【要約】【課題】所定のガスを容易に得ることができるガス生成装置を提供する。【解決手段】開示されるガス生成装置１００は、水性液体１０が配置される槽１１０と、槽１１０内に配置されたセパレータ１３０と、槽１１０内に配置された第１および第２の電極１２１および１２２とを含む。槽１１０の上部には、第１のガス放出口１１０ａおよび第２のガス放出口１１０ｂが形成されている。槽１１０は、セパレータ１３０を含む仕切り１３２によって、第１の電極１２１が存在する第１の領域１１１と第２の電極１２２が存在する第２の領域１１２とに区分けされている。第１の領域１１１は、第１のガス放出口１１０ａとつながっている。第２の領域１１２は、第２のガス放出口１１０ｂとつながっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性液体を電気分解することによってガスを生成するガス生成装置であって、
前記水性液体が配置される槽と、前記槽内に配置されたセパレータと、前記槽内に配置された第１および第２の電極とを含み、
前記槽の上部に、第１のガス放出口および第２のガス放出口が形成されており、
前記槽は、前記セパレータを含む仕切りによって、前記第１の電極が存在する第１の領域と前記第２の電極が存在する第２の領域とに区分けされており、
前記第１の領域が前記第１のガス放出口とつながっており、
前記第２の領域が前記第２のガス放出口とつながっている、ガス生成装置。
【請求項２】
前記セパレータは、前記第２の電極を囲むように配置されている、請求項１に記載のガス生成装置。
【請求項３】
前記第２の電極と鉛直方向とがなす角度が１０°未満であり、
前記セパレータは、前記第２の電極を囲むように配置された筒状部を含む、請求項１に記載のガス生成装置。
【請求項４】
前記第１の電極がカソードとなり前記第２の電極がアノードとなるように前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加される、請求項３に記載のガス生成装置。
【請求項５】
前記第１の電極は２つの電極を含み、
前記２つの電極は、前記セパレータを介して前記第２の電極を挟むように配置されている、請求項２〜４のいずれか１項に記載のガス生成装置。
【請求項６】
前記仕切りの一部であって前記第１および第２の電極よりも上方の一部に、前記第１の領域と前記第２の領域とがつながっている接続部が存在する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス生成装置。
【請求項７】
前記水性液体中を上昇する気泡が前記接続部を通過することを抑制するための抑制手段が、前記接続部の周囲に設けられている、請求項６に記載のガス生成装置。
【請求項８】
前記水性液体の上方を覆うように前記槽内に配置された板をさらに含み、
前記板の下方と上方との間を気体が通過できる、請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス生成装置。
【請求項９】
前記水性液体の上方を覆うように前記槽内に配置された板をさらに含み、
前記板に貫通孔が形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス生成装置。
【請求項１０】
ガスを利用する装置であって、
請求項１〜９のいずれか１項に記載のガス生成装置と、
前記ガス生成装置で生成されたガスが流れるガス流路とを含む、装置。
【請求項１１】
吸入用の器具と吸入用の器具が接続される接続部材とからなる群より選ばれる少なくとも１つを含み、
前記ガスが前記少なくとも１つに導かれる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
液体が配置される容器をさらに含み、
前記ガス流路は、前記ガス生成装置で生成されたガスを、前記容器内に配置された液体中に導く、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記容器の上方に設けられた接続部材をさらに含み、
前記接続部材は、吸入用の器具が接続される接続部材である、請求項１２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス生成装置およびそれを用いた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素ガスや酸素ガスは、化学の実験で用いられることが多い気体である。しかし、それらのガスを使用する場合、通常はガスボンベを用いることになり、ガスボンベの管理が大変であった。また、ガスボンベを用いる場合には、水素ガスや酸素ガスを使用する場所までガスボンベを移動させたり、配管を行ったりする必要があった。そのため、従来は、任意の場所で任意の時間に水素ガスや酸素ガスを得ることに対する労力が大きかった。
【０００３】
一方、水溶液を電気分解することによって水素ガスおよび酸素ガスを生成する装置が、従来から提案されている（たとえば特開２００４−１４３５０８号公報および特開２００７−２８４７３０号公報）。特開２００４−１４３５０８号公報の装置では、イオン交換膜を用いて電解液を電気分解している。しかし、イオン交換膜は、使用によって能力が低下するため、交換したり再生したりする必要があった。また、イオン交換膜の電気抵抗は比較的大きいため、電気分解の際に高い電圧を印加する必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４３５０８号公報
【特許文献２】特開２００７−２８４７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような状況において、本発明の目的の１つは、所定のガスを容易に得ることができるガス生成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明のガス生成装置は、水性液体を電気分解することによってガスを生成するガス生成装置であって、前記水性液体が配置される槽と、前記槽内に配置されたセパレータと、前記槽内に配置された第１および第２の電極とを含み、前記槽の上部に、第１のガス放出口および第２のガス放出口が形成されており、前記槽は、前記セパレータを含む仕切りによって、前記第１の電極が存在する第１の領域と前記第２の電極が存在する第２の領域とに区分けされており、前記第１の領域が前記第１のガス放出口とつながっており、前記第２の領域が前記第２のガス放出口とつながっている。
【０００７】
ガスを利用する本発明の装置は、本発明のガス生成装置と、前記ガス生成装置で生成されたガスが流れるガス流路とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のガス生成装置によれば、所定のガス（たとえば水素ガス）を容易に得ることができる。また、本発明によれば、所定のガスが溶解された液体を容易に調製できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のガス生成装置の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図１の線II−IIにおける断面を模式的に示す図である。
【図３】接続部の一例を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明のガス生成装置を利用した装置の一例を模式的に示す図である。
【図５】本発明のガス生成装置を利用した装置の他の一例を模式的に示す図である。
【図６】本発明のガス生成装置の他の一例を模式的に示す断面図である。
【図７】図６に示した装置の一部を模式的に示す断面図である。
【図８】図６に示した装置の他の一部を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明のガス生成装置を利用した装置の他の一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について説明する。以下の説明において本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定されない。以下の説明では、具体的な数値や材料を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の数値や材料を適用してもよい。
【００１１】
この明細書において、鉛直方向および水平方向とはそれぞれ、装置を使用状態に設置したときの鉛直方向および水平方向を意味する。具体的には、水平方向は、槽（電解槽）内に配置される液体の液面と平行な方向であり、通常は装置の底面（設置面）と平行な方向である。
【００１２】
（ガス生成装置）
本発明のガス生成装置は、水性液体を電気分解することによってガスを生成する。このガス生成装置は、水性液体を電気分解することによって水素ガスおよび酸素ガスを生成できる。さらに、水性液体中に塩素イオンや炭酸イオンが含まれる場合、塩素ガスや炭酸ガスを生成することも可能である。
【００１３】
本発明のガス生成装置は、水性液体が配置される槽と、槽内に配置されたセパレータと、槽内に配置された第１および第２の電極とを含む。槽の上部には、第１のガス放出口および第２のガス放出口が形成されている。槽は、セパレータを含む仕切りによって、第１の電極が存在する第１の領域と第２の電極が存在する第２の領域とに区分けされている。第１の領域は、第１のガス放出口とつながっている。第２の領域は、第２のガス放出口とつながっている。仕切りは、セパレータのみによって構成されてもよいし、セパレータと他の部材（たとえば仕切り板）とによって構成されてもよい。
【００１４】
第２の領域は、鉛直方向に沿って伸びる柱状（円柱状や角柱状（板状を含む））の形状を有してもよい。第２の領域が柱状の形状を有する場合、第１の領域は、第２の領域を囲むように形成されてもよい。たとえば、第１の領域は、筒状（円柱状や角柱状）の形状を有してもよい。
【００１５】
第１のガス放出口および第２のガス放出口の少なくとも一方の下方には、液漏れを防止するための空間が存在してもよい。たとえば、少なくとも一方のガス放出口の下方には筒状部が存在してもよい。
【００１６】
仕切りは、第１の電極で生成されたガスの気泡と第２の電極で生成されたガスの気泡とが混合することを抑制するために設けられる。そのため、第２の領域が仕切りによって完全に囲まれている必要はない。たとえば、仕切りの下方は開放されていてもよい。ただし、第１の電極と第２の電極とを結ぶ全ての直線上には、セパレータが存在していることが好ましい。
【００１７】
この明細書において、「水性液体」とは、水を含む液体を意味する。以下では、本発明の装置で電気分解される水性液体を、「水性液体（Ａ）」という場合がある。典型的には、水性液体（Ａ）に含まれる水は、５０質量％以上（たとえば６０〜１００質量％や８０〜１００質量％や９０〜１００質量％）である。典型的な水性液体（Ａ）は、水素イオンおよび水酸化物イオンに加えて、それら以外のイオンを含む水溶液である。水性液体（Ａ）の例には、水道水が含まれる。
【００１８】
水性液体（Ａ）の電気伝導度が高いほど、水性液体（Ａ）の電気分解に必要な電圧を低くできる。そのため、水性液体（Ａ）は、酸性水溶液や、アルカリ性水溶液や、塩を溶解させた水溶液であってもよい。水性液体（Ａ）は、電気伝導度が１００μＳ／ｃｍ〜２０００μＳ／ｃｍの範囲（たとえば１００μＳ／ｃｍ〜５００μＳ／ｃｍ）にある水性液体（たとえば水道水）であってもよい。水性液体（Ａ）のｐＨに限定はないが、ｐＨが５〜９程度の範囲にある水性液体（Ａ）は、取り扱いが容易である。
【００１９】
水性液体（Ａ）の電気伝導度が低すぎる場合には、イオンを生じさせる化合物（たとえば塩）を水性液体（Ａ）に溶解させてもよい。溶解する塩に限定はない。水性液体（Ａ）の好ましい一例は、リン酸塩の水溶液である。リン酸塩の例には、ＮａＨ2ＰＯ4、Ｎａ2ＨＰＯ4、およびＮａ3ＰＯ4、ならびにこれらのＮａ+および／またはＨ+を他のアルカリ金属イオン（たとえばＫ+）に置き換えたものが含まれる。塩を溶解させる水には、純水に近い水（逆浸透膜で得られた水など）を用いてもよい。塩素イオンを含まない水性液体（Ａ）を用いることによって、アノードで次亜塩素酸が生成されることを防止できる。カルシウムイオンやマグネシウムイオンを含まない水性液体（Ａ）を用いることによって、カソードにそれらが析出することを防止できる。
【００２０】
槽（電解槽）は、水性液体（Ａ）を保持できる材料で形成される。通常、少なくとも槽の内面は、絶縁性の材料で形成される。槽の全体が絶縁性の材料で形成されてもよい。槽は、ガラス、樹脂、ゴム、金属、またはこれらの複合体で形成してもよい。槽には、槽内の圧力が過剰に高くなったときに内部のガスを放出するための安全弁が設けられてもよい。そのような安全弁は、通常、槽の上部に設けられる。
【００２１】
第１および第２の電極には、水の電気分解反応を生じさせることができる電極が用いられる。第１の電極と第２の電極とは、同じであってもよいし異なってもよい。第１および第２の電極の例には、金属部分を含む電極が含まれる。たとえば、第１および第２の電極は金属電極であってもよい。第１および第２の電極の表面には、水の電気分解反応が生じやすい金属が存在することが好ましい。水の電気分解反応が生じやすい金属の例には、白金が含まれる。第１および第２の電極の好ましい一例は、表面に白金が存在する金属電極である。具体的には、白金電極や、液体と接触する部分の表面が白金でコートされた金属電極が好ましく用いられる。白金でコートされる金属の例には、ニオブ、チタン、タンタル、およびその他の金属が挙げられる。酸素ガスが生成される電極（アノード）の表面は、白金でコートされることが好ましい。カソードは、たとえば、ニッケルやステンレスなどの、一般的に腐食が少ない金属からなる電極であってもよい。なお、金属以外の導電性材料（たとえば導電性の炭素材料）を含む電極を用いてもよい。また、それら導電性材料の表面を金属（白金その他の金属）でコートすることによって得られる電極を用いてもよい。
【００２２】
第１および第２の電極はそれぞれ、電気的に接続された複数の電極で構成されていてもよい。第１および第２の電極の形状に特に限定はない。第１および第２の電極はそれぞれ、１つの面（平面や曲面）に沿った形状を有してもよく、２次元方向に広がる形状を有していてもよい。たとえば、第１および第２の電極は、平らな電極であってもよい。この明細書において、「平らな電極」とは、全体として平らな形状の電極を意味し、換言すれば、２次元方向に広がる形状を有する電極を意味する。平らな電極の例には、線状の電極を１つの平面に沿って配置することによって形成された電極も含まれる。平らな電極には、貫通孔が形成されていてもよい。第１および第２の電極はそれぞれ、１つの平面上に配置された複数の線状の電極で構成されていてもよいし、エクスパンドメタルであってもよいし、板状の電極であってもよい。第１および第２の電極が平らな電極である場合、それらは、セパレータを挟んで平行に対向するように配置されることが好ましい。
【００２３】
水の電気分解が生じる電位差を第１の電極と第２の電極との間に生じさせると、水が電気分解されて水素ガスと酸素ガスとが生成される。電位差は、たとえば、両者の間に直流電圧を印加することによって生じさせることができる。一例では、第１の電極がカソードとなり第２の電極がアノードとなるように両者の間に所定の直流電圧を印加する。この電圧印加によって、第１の電極で水素ガスが生成され、第２の電極で酸素ガスが生成される。この場合、第１のガス放出口から水素ガスが放出され、第２のガス放出口から酸素ガスが放出される。なお、電圧の印加方向を逆にした場合、第１のガス放出口からは酸素ガスが放出され、第２のガス放出口からは水素ガスが放出される。
【００２４】
第１の電極と第２の電極との間には、通常、直流電圧が印加される。水性液体（Ａ）が電気分解される限り、印加される電圧（電位差）の大きさおよび印加方法に特に限定はない。電圧は、電流が一定となるように電極間に印加してもよい。あるいは、電極間に一定の電圧を印加してもよい。一例では、２ボルト〜７０ボルトの範囲や５ボルト〜２０ボルトの範囲にある直流電圧が電極間に印加される。
【００２５】
第１および第２の電極は、それらの間に電圧（通常、直流電圧）を印加するための電源（通常、直流電源）に接続される。本発明の装置は、電源を含んでもよい。電源は、コンセントから得られる交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣコンバータであってもよい。また、電源は、太陽電池や燃料電池などの発電装置や電池（一次電池および二次電池）であってもよい。また、電極は、自動車の電気系統（たとえば電源ソケット）に接続されてもよい。本発明の装置は、電源ソケットから電気を得るための部品（プラグ等）を含んでもよい。
【００２６】
第１の電極および第２の電極は、セパレータを挟むように配置される。第１の電極と第２の電極との間の距離に特に限定はない。第１の電極と第２の電極との間の距離を短くすることによって、電気分解に必要な電圧を小さくできる。一例では、第１の電極と第２の電極との間の距離は、０．１５ｍｍ〜３０ｍｍの範囲にある。
【００２７】
セパレータ（隔膜）は、水性液体（Ａ）およびイオン（陽イオンおよび陰イオン）を通過させる。セパレータは、第１の電極で生成されたガスと、第２の電極で生成されたガスとの混合を抑制するために配置される。絶縁性のセパレータを用いることによって、第１の電極と第２の電極とが短絡することを防止できる。そのため、セパレータは、通常、第１の電極と第２の電極との短絡を防止できる材料（たとえば絶縁材料）で形成される。セパレータの形態に特に限定はない。セパレータの形態の例には、多孔性の膜（多孔性樹脂膜など）や、繊維で形成された布（織布または不織布）が含まれる。セパレータの好ましい一例は、綿の布（織布または不織布）である。
【００２８】
ガス生成装置によってガスを生成している状態（セパレータが水性液体（Ａ）に浸漬されている状態）において、セパレータ（仕切り）は、ガスの透過を抑制する。ここで、以下の条件での電気分解を考える。
（１）下方から、第２の電極、セパレータ、および第１の電極の順に配置されており、それらは互いに平行であり且つ水平方向に対して５°傾いている。
（２）第２の電極の上方の全てを覆うようにセパレータが配置されている。
（３）第２の電極、セパレータ、および第１の電極の全てが水性液体（たとえばリン酸塩水溶液）中に配置された状態で水を電気分解する。
【００２９】
上記の条件で水を電気分解したときに、セパレータは、第２の電極で生成されたガス（水素ガスまたは酸素ガスであり、たとえば酸素ガス）の気泡の５０体積％以上（たとえば、８０体積％〜１００体積％や、９０体積％〜１００体積％や、９５体積％〜１００体積％や、９７体積％〜１００体積％）を透過させないことが好ましい。ガスの透過性は、たとえば、セパレータの面密度、目の粗さ、透気度などによって制御できる。
【００３０】
セパレータは親水性であってもよい。親水性のセパレータは、その表面に水が吸着されやすく気体は吸着されにくいため、水性液体（Ａ）中でガスを透過させにくい。そのため、第１および第２の電極がセパレータに接触するほど両者を接近させても、水素ガスと酸素ガスとが混合されることを抑制できる。従って、親水性のセパレータを用いることによって、第１および第２の電極をより接近させることが可能である。親水性のセパレータの例には、表面が親水性である繊維を用いて形成されたセパレータが含まれる。また、親水性のセパレータの例には、綿、麻、レーヨン、毛、絹などで形成された布や膜が含まれる。親水性の合成樹脂からなるセパレータや、親水化処理された合成樹脂からなるセパレータを用いてもよい。
【００３１】
親水性であるか否かの目安として、毛管現象のような現象が生じるか否かを目安の１つとして挙げることができる。具体的には、セパレータの一部を水に浸漬し、残りの部分は水から出しておく。その時に、水が重力に逆らって当該残りの部分を上昇するようであれば、そのセパレータは、親水性であると推定できる。
【００３２】
本発明のガス生成装置で用いられるセパレータは、通常、イオン交換能を有さず、陽イオンおよび陰イオンの両方を通過させる。本発明の装置では、イオン交換材料を用いる必要はない。そのため、通常、本発明の装置は、イオン交換材料（イオン交換膜）を含まない。イオン交換材料を含まないことによって、装置の維持が容易になり、また、低い電圧で水を電気分解することが可能になる。ただし、本発明の効果が得られる限り、本発明の装置は、イオン交換材料を含んでもよい。
【００３３】
好ましい一例では、セパレータは、第２の電極を囲むように配置されている。第２の電極が平らな電極である場合、セパレータは、少なくとも第２の電極を挟むように配置されることが好ましい。この場合、セパレータの好ましい例には、一端が開口している袋状のセパレータや、筒状のセパレータが含まれる。筒状のセパレータの例には、平らな筒状のセパレータが含まれる。セパレータは、第２の電極で生成されたガスが放出される経路が確保される形状を有する。
【００３４】
第２の電極は、鉛直方向に対して実質的に平行に配置されていてもよい。第２の電極が平らな電極である場合、電極が２次元方向に伸びる方向（面方向）が鉛直方向に対して実質的に平行となるように、第２の電極が配置されてもよい。第２の電極が棒状の電極である場合、それが１次元方向に伸びる方向（軸方向）が鉛直方向に対して実質的に平行となるように、第２の電極が配置されてもよい。ここで、実質的に平行とは、角度のずれがたとえば１０°未満（たとえば５°未満）であることを意味する。換言すれば、第２の電極（第２の電極が伸びる方向）と鉛直方向とがなす角度（鋭角の角度）は、１０°未満であってもよい。
【００３５】
本発明のガス生成装置は、以下の（１−１）および（１−２）の構成を有してもよい。
（１−１）第２の電極（第２の電極が伸びる方向）と鉛直方向とがなす角度が、１０°未満である。
（１−２）セパレータは、第２の電極を囲むように配置された筒状部を含む。この場合のセパレータは、筒状のセパレータであってもよいし、袋状のセパレータであってもよい。袋状のセパレータは、筒状部と、筒状部の一端を封じる底部とを含む。筒状部の例には、平らな筒状部（両端が開口している封筒状の筒状部など）が含まれる。
【００３６】
本発明のガス生成装置が上記の（１−１）および（１−２）の構成を有する場合、第１の電極がカソードとなり第２の電極がアノードとなるように第１の電極と第２の電極との間に電圧が印加されてもよい。この構成によれば、セパレータで囲まれた第２の電極で酸素ガスおよび水素イオンが生成し、第２の領域内の電気伝導度が高くなる。その結果、電気分解に必要な電圧を小さくすることが可能である。
【００３７】
本発明のガス生成装置では、第１の電極は２つの電極を含んでもよく、その２つの電極が、セパレータを介して第２の電極を挟むように配置されていてもよい。この一例の装置は、以下の（２−１）〜（２−３）の構成を有してもよい。
（２−１）第１の電極は、２次元方向に広がる形状を有する２枚の電極を含む。
（２−２）第２の電極は、２次元方向に広がる形状を有する。
（２−３）２枚の電極（第１の電極）が、セパレータを介して第２の電極を挟むように配置されている。
【００３８】
本発明のガス生成装置では、仕切りの一部であって第１および第２の電極よりも上方の一部に、第１の領域と第２の領域とがつながっている接続部（連通部）が存在してもよい。接続部は、気体および液体を通過させる。接続部は、第１の領域と第２の領域とをつなぐ貫通孔であってもよい。一例では、仕切りがセパレータとセパレータの上部に配置された仕切り板とを含み、仕切り板に貫通孔が形成されている。すなわち、この場合の接続部は、セパレータよりも上方の仕切りに形成される。接続部は、電圧印加前の状態において水性液体（Ａ）中に存在する位置に形成されていてもよい。
【００３９】
接続部は、第１の領域における水性液体の液面、または、第２の領域における水性液体の液面が接続部まで低下したときに、気体（および液体）を通過させる。これによって、それら２つの液面が接続部よりも下がることを防止できる。接続部は、第１および第２の領域のいずれかの領域における水性液体（Ａ）の液面が接続部まで下がっても、水性液体（Ａ）が槽の外部に漏れ出さない位置に設けられることが好ましい。また、電極より上に接続部を配置することによって、液面が低下して電極が露出することを防止できる。
【００４０】
本発明のガス生成装置では、水性液体（Ａ）中を上昇する気泡が上記接続部を通過することを抑制するための抑制手段が、接続部の周囲に設けられていてもよい。電極で発生したガス（気泡）が接続部を通過すると、第１の電極で発生したガスと第２の電極で発生したガスとが混合されてしまう。接続部の周囲に上記抑制手段を設けることによって、ガスの混合を抑制できる。抑制手段の例には、接続部の周囲（たとえば接続部の下方）に設けられた板や凸部が含まれる。
【００４１】
本発明のガス生成装置は、水性液体（Ａ）の上方を覆うように槽内に配置された板をさらに含んでもよい。その板によって、第１および第２のガス放出口から水性液体（Ａ）が漏れ出すことを抑制できる。以下では、その板を、「液漏れ防止板」という場合がある。液漏れ防止板の下方と上方との間を気体が通過できる。液漏れ防止板に貫通孔が形成されていてもよい。あるいは、液漏れ防止板の周縁部に切り欠きが設けられていてもよい。貫通孔および／または切り欠きを気体が通過する。好ましい一例では、液漏れ防止板は、水平方向に沿って配置される。たとえば、液漏れ防止板と水平方向とがなす角度（鋭角の角度）は、０〜２０°の範囲（たとえば０〜１０°の範囲）にある。液漏れ防止板は、樹脂やゴムで形成されてもよい。
【００４２】
（本発明のガス生成装置を用いた装置）
本発明のガス生成装置は、様々な用途に利用できる。たとえば、本発明のガス生成装置そのものを、ガス（水素ガスおよび／または酸素ガス）を液体に溶解させるための装置として利用できる。この場合、槽に配置されて電気分解された水性液体（Ａ）が、ガスが溶解された液体として利用される。
【００４３】
また、本発明のガス生成装置は、ガスを利用する装置の一部として用いることができる。そのような装置は、本発明のガス生成装置と、ガス生成装置で生成されたガス（水素ガスおよび／または酸素ガスなど）が流れるガス流路とを含む。そのような装置の例には、ガスを溶解させるための装置や、ガス吸入装置が含まれる。それらについては後述する。
【００４４】
ガス流路に特に限定はない。ガス流路の例には、チューブなどの管が含まれる。液体やガスを保持する容器が、ガス流路の一部を構成してもよい。ガス流路には、流路を流れるガスを切り替える弁や、フィルタや、安全弁が設けられていてもよい。ガス流路の一端は、利用するガスに応じて、第１のガス放出口および／または第２のガス放出口に接続される。ガス生成装置で生成されるガスのうち利用しないガスは、大気中に放出してもよい。
【００４５】
（ガスを溶解させるための装置）
本発明のガス生成装置は、ガス（水素ガスおよび／または酸素ガスなど）を液体に溶解させるための装置の一部として利用できる。以下では、ガスを溶解させるための本発明の装置を、「ガス溶解装置」という場合がある。ガス溶解装置は、本発明のガス生成装置と、ガス生成装置で生成されたガスが流れるガス流路と、液体が配置される容器とを含む。ガス流路は、ガス生成装置で生成されたガスを、容器内に配置された液体中に導く。ガス溶解装置は、溶存水素を含む水を生成でき、溶存水素を含む他の液体を生成することも可能である。また、ガス溶解装置によって、溶存酸素を含む液体を生成することもできる。別の観点では、ガス溶解装置は、液体中の溶存ガス濃度（たとえば溶存水素濃度または溶存酸素濃度）を上昇させる装置である。本発明のガス溶解装置によれば、溶存水素濃度が０．３ｐｐｍ以上（質量基準）である水性液体（たとえば水）を得ることが可能である。本発明のガス溶解装置で調製される液体の溶存水素濃度は、０．４ｐｐｍ以上であってもよく、たとえば０．４ｐｐｍ〜１．５ｐｐｍの範囲や０．５ｐｐｍ〜１．６ｐｐｍの範囲にあってもよい。
【００４６】
ガスが溶解される液体の例には、上述した水性液体（Ａ）が含まれる。ガスが溶解される液体は、各種の飲料（水、お茶、ジュースなど）であってもよい。ガス溶解装置によれば、溶存水素濃度が高い飲料を簡単に得られる。
【００４７】
ガス溶解装置は、液体を攪拌するための攪拌手段を備えてもよい。そのような攪拌手段の例には、マグネチックスターラーや、容器内に配置される攪拌用の羽とその羽を回転させるためのモータとからなる攪拌手段や、回転可能な容器と容器を回転させるモータとからなる攪拌手段が含まれる。液体を攪拌することによって、液体へのガスの溶解を促進できる。
【００４８】
（ガス吸入装置）
本発明のガス生成装置は、ガス（水素ガスおよび／または酸素ガス）を吸入するための吸入装置の一部に利用できる。以下では、ガスを吸入するための本発明の装置を、「ガス吸入装置」という場合がある。ガス吸入装置は、本発明のガス生成装置を含む。さらに、ガス吸入装置は、吸入用の器具と吸入用の器具が接続される接続部材とからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。ガス生成装置で生成されたガスは、当該少なくとも１つに導かれる。ガス吸入装置が吸入用器具を含まず、接続部材のみを含む場合、上述したガス流路は接続部材に接続される。ガス吸入装置が接続部材を含まず吸入用器具のみを含む場合、吸入用器具の一部を、上述したガス流路とみなすことができる。ガス吸入装置によれば、水素ガスを含むガスを吸入できる。ガス吸入装置の一例によれば、水素ガスを含むガスだけでなく、酸素ガスを含むガス（たとえば、水素ガスおよび酸素ガスを含む混合ガス）も吸入できる。
【００４９】
吸入用器具に特に限定はない。吸入用器具の例には、鼻カニューラや、ガス吸入用の鼻マスクが含まれる。鼻マスクの一例は、鼻および口を覆い、マスク内にガスを保留できるマスクであって、マスク内にガスを供給するためチューブが接続されているマスクである。
【００５０】
ガス吸入装置のガス流路には、ガスの圧力の上昇および低下に応じて体積が増大および減少するバッファ部が設けられていてもよい。ガス吸入において、吸気の際には吸気されているガスの圧力が低下し、呼気の際にはガスの圧力が上昇する。バッファ部は、呼気の際に膨張してガスをため、吸気の際に収縮して吸入器具に流れるガスの量を多くする。そのため、ガス流路の途中にバッファ部を設けることによって、効率よくガスを吸入できる。バッファ部に特に限定はなく、ガスの圧力の上昇・低下に応じて体積が増大・減少するものであればよい。バッファ部の例には、柔軟性を有する材料（ゴムなどの弾性体や樹脂フィルムなど）で形成され、内圧の上昇に応じてバルーン状に膨らむものが含まれる。たとえば、バッファ部は、薄いゴムや薄い樹脂フィルムで形成されたチューブであってもよい。ガス流路の一部をこのチューブで構成することによって、バッファ部として機能させることができる。あるいは、バッファ部は、ガスの圧力の上昇・低下に応じて体積が増大・減少する容器であってもよい。
【００５１】
ガス溶解装置は、ガス吸入装置として機能するものであってもよい。その場合、ガス流路は、液体が配置される容器につながるとともに、吸入用器具および／または接続部材につながる。
【００５２】
本発明のガス生成装置、およびそれを用いた装置は、コントローラを備えてもよい。コントローラは、各種機器（センサ、電源、入力機器、表示機器など）に接続される。コントローラは、必要に応じて、所定の機器からのデータを処理し、所定の機器を制御する。コントローラは、演算処理装置と記憶装置（たとえばメモリ）とを含む。記憶装置には、各種機器との間の入出力を制御するためのプログラムが格納される。
【００５３】
本発明のガス生成装置およびそれを用いた装置について、実施形態の例を以下に説明する。図面を用いた説明では、同様の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。
【００５４】
（実施形態１）
実施形態１では、ガス生成装置の一例について説明する。実施形態１の装置１００の構成を、図１に模式的に示す。図１の線II−IIにおける断面図を、図２に模式的に示す。図１のガス生成装置１００は、槽１１０、第１の電極１２１、第２の電極１２２、セパレータ１３０、および直流電源１４０を含む。槽１１０内には、水性液体１０が配置される。槽１１０には、液漏れ防止板が配置されてもよい。
【００５５】
電極１２１、電極１２２、およびセパレータ１３０は、槽１１０内に配置される。電極１２１および１２２はそれぞれ、金属ワイヤを接続することによって形成された電極である。電極１２１および１２２はそれぞれ、全体として、平らで長方形の形状を有する。電極１２２は、それが広がる２次元方向が鉛直方向と実質的に平行になるように配置される。電極１２１も同様に配置される。ここで、「それが広がる２次元方向」とは、電極１２２を板状の電極であるとみなしたときに、その板の主面と平行な方向を意味する。
【００５６】
セパレータ１３０は、水性液体１０に浸漬された状態において気泡を通過させにくい絶縁性のセパレータであり、たとえば綿の布である。セパレータ１３０は、上方の一辺が開口している封筒状の形状を有する。電極１２２は、セパレータ１３０内に配置されている。電極１２１、電極１２２、およびセパレータ１３０は、いずれも、水性液体１０が通過可能である。なお、セパレータ１３０は、筒状のセパレータであってもよい。ここで、筒状のセパレータの例には、両端が開口している封筒状のセパレータが含まれる。
【００５７】
セパレータ１３０はその上部で仕切り板１３１につながっている。セパレータ１３０および仕切り板１３１は、仕切り１３２を構成している。槽１１０の上方の空間であって水性液体１０が存在しない空間を仕切り板１３１で仕切ることによって、槽１１０内でガスが混合されることを防止できる。仕切り１３２のうち、セパレータ１３０のみによって仕切られている部分は、水性液体１０に浸漬される。
【００５８】
槽１１０の内部は、仕切り１３２によって、第１の電極１２１が存在する第１の領域１１１と、第２の電極１２２が存在する第２の領域１１２とに区分けされている。槽１１０の上方において、仕切り板１３１は、第２の電極で発生したガスの流路として機能する。第２の電極１２２を仕切り１３２で囲むことによって、第１の電極１２１で生成されたガスと第２の電極１２２で生成されたガスとを容易に分離できる。
【００５９】
槽１１０の上部には、第１のガス放出口１１０ａと第２のガス放出口１１０ｂとが形成されている。第１の領域１１１は第１のガス放出口１１０ａとつながっている。第２の領域１１２は第２のガス放出口１１０ｂとつながっている。第１のガス放出口１１０ａの下方には筒状部１１０ａｃが存在する。また、第２のガス放出口１１０ｂの下方には、筒状部１１０ｂｃが存在する。これらの筒状部は、水性液体１０が槽１１０から漏れ出すことを抑制する。
【００６０】
ガス放出口１１０ａおよび１１０ｂには蓋をできるようにしてもよい。なお、図１には、２つのガス放出口１１０ａを備える装置の一例を示した。しかし、電極１２１を構成する２枚の電極で発生したガスが槽内で一緒になる場合には、ガス放出口１１０ａは１つでもよい。
【００６１】
一例では、第１の電極１２１がカソードとなり第２の電極１２２がアノードとなるように両者の間に所定の直流電圧を印加する。この電圧印加によって、第１の電極１２１(カソード)で水素ガスおよび水酸化物イオン（ＯＨ-）が生成され、第２の電極１２２（アノード）で酸素ガスおよび水素イオン（Ｈ+）が生成される。その結果、第１のガス放出口１１０ａから水素ガスが放出され、第２のガス放出口１１０ｂから酸素ガスが放出される。なお、電圧の印加方向を逆にすれば、第１のガス放出口１１０ａから酸素ガスが放出され、第２のガス放出口１１０ｂから水素ガスが放出される。なお、電極１２１と電極１２２とに同じ電極を用いた場合、第１の電極（２枚の電極１２１）の表面積は第２の電極（１枚の電極１２２）の表面積の２倍となる。水を電気分解した場合、水素ガスの生成量（体積）は酸素ガスの生成量の２倍となる。表面積が大きい方の電極を水素ガスが生成する電極（カソード）とすることによって、各電極における単位面積当たりのガス生成量を、より均等にできる。また、２枚の電極１２１で１枚の電極１２２を挟むように配置することによって、装置の小型化が可能である。
【００６２】
装置１００では、電極１２１と電極１２２との間をセパレータ１３０で区切っているため、水素ガスと酸素ガスとが混合されることを抑制できる。また、セパレータ１３０によって、水性液体１０の流れがある程度抑制される。その結果、電気分解時において、セパレータ１３０で囲まれた第２の領域１１２内の液温を高く保つこと、および、イオン濃度を高い状態で維持すること、が可能な場合がある。これによって、水性液体１０による電圧降下を低減でき、その結果、電気分解に必要な電圧を小さくすることが可能である。たとえば、仕切り１３２で囲まれている電極１２２をアノードとした場合、電極１２２において酸素ガスと水素イオンとが生成される。その結果、仕切り１３２で囲まれている第２の領域１１２は、電気伝導度が上昇する。
【００６３】
装置１００の作動時において、第１の領域１１１における水性液体１０の液面と、第２の領域１１２における水性液体１０の液面とがずれる場合がある。たとえば、第１のガス放出口１１０ａに接続されたガス流路が何らかの原因で閉じられると、第１の領域１１１の上方の空間の圧力が上昇する。その結果、第１の領域１１１における水性液体１０の液面が低下し、第２の領域１１２における水性液体１０の液面が上昇する。両者の液面のずれが大きくなると、ガス放出口から水性液体１０が放出されることになる。そのような事態を避けるために、仕切り１３２に、第１の領域１１１と第２の領域１１２とをつなぐ接続部が存在してもよい。そのような接続部は、通常、電極１２１および１２２よりも上方の位置に設けられる。たとえば、セパレータ１３０の上方に設けられた仕切り板１３１の領域Ａに接続部が設けられてもよい。そのような接続部の一例を図３に示す。なお、第１の電極１２１で生成したガスと第２の電極１２２で生成したガスとが通常の電気分解時において混合されることを抑制するため、領域Ａは、電気分解をしていないときの水性液体１０の液面より下になるように設けられる。
【００６４】
図３に示すように、仕切り板１３１の領域Ａの部分には、接続部（貫通孔）１３３が形成されている。接続部１３３の下方には、２枚の板状の羽（抑制手段）１３１ａが設けられている。羽１３１ａは、上に向かって仕切り板１３１から離れるように設けられている。電極の表面で生成されたガスの気泡は、水性液体１０内を上昇する。このガスの気泡が接続部１３３を通過することが、羽１３１ａによって防止される。このように、抑制手段（羽１３１ａ）によれば、通常の電気分解時において、第１の電極１２１で生成されたガスと第２の電極１２２で生成されたガスとの混合（水素ガスと酸素ガスとの混合）を防止できる。
【００６５】
（実施形態２）
実施形態２では、本発明のガス生成装置を利用したガス溶解装置の一例について説明する。実施形態２のガス溶解装置３００を、図４に示す。装置３００は、ガス生成装置３１０、ガス流路３１１、および容器３１２を含む。図４、図５および図９では、ガス生成装置３１０の図示を簡略化している。ガス生成装置３１０は、本発明のガス生成装置であり、ガス生成装置１００や後述するガス生成装置１００ａであってもよい。
【００６６】
ガス流路３１１は、ガスが流れる管である。ガス流路３１１の一端３１１ａは、本発明のガス生成装置のガス放出口に接続される。第１のガス放出口（ガス放出口１１０ａ）から水素ガスが放出される場合であって水素ガスを利用する場合、一端３１１ａは、第１のガス放出口に接続される。ガス流路３１１の他端３１１ｂは、容器３１２内の液体１１内に水素ガスが放出されるように、容器３１２内に配置される。
【００６７】
容器３１２内の液体１１に水素ガスが吹き込まれることによって、液体１１に水素ガスが溶解する。その結果、溶存水素濃度が高い液体が得られる。なお、溶存水素濃度がより高い液体を得るために、容器３１２の開口部の面積をできるだけ小さくしてもよい。
【００６８】
（実施形態３）
実施形態３では、本発明のガス生成装置を利用したガス吸入装置の一例について説明する。実施形態３のガス吸入装置４００を図５に示す。装置４００は、ガス生成装置３１０、ガス流路４１０、接続部材４１３、およびガス吸入器具４１４を含む。
【００６９】
ガス流路４１０は、２つのガス流路４１１および４１２を含む。なお、ガス流路４１０は、１つのガス流路のみからなるものであってもよい。ガス流路４１１および４１２は、ガスが流れる管である。ガス流路４１１の一端４１１ａおよびガス流路４１２の一端４１２ａはそれぞれ、ガス生成装置のガス放出口に接続される。ガス流路４１１および４１２の他端はそれぞれ、接続部材４１３を介してガス吸入器具４１４に接続される。ガス吸入器具４１４は、たとえば鼻カニューラである。
【００７０】
一端４１１ａおよび４１２ａは、同じガス放出口（第１のガス放出口または第２のガス放出口）に接続されてもよいし、異なるガス放出口に接続されてもよい。それらが接続されるガス放出口を選択することによって、水素ガスの吸入、酸素ガスの吸入、および水素ガスと酸素ガスとの混合ガスの吸入が可能となる。なお、ガス流路の途中に、流れるガスを切り替えるための切り替え器を設けてもよいし、接続部材４１３を切り替え器としてもよい。そのような切り替え器の例には、公知の切り替え器を用いることができ、たとえば三方弁を用いることができる。
【００７１】
ガス生成装置を含む１つの装置を、複数の用途に利用することが可能である。たとえば、ガス生成装置を含む１つの装置を、ガス溶解装置およびガス吸入装置として用いてもよい。その場合、ガス流路は、容器３１２と接続部材４１３とにつながっていてもよい。たとえば、図４の容器３１２の開口部に、図５に示すガス流路４１０の一端を接続してもよい。また、ガス吸入用の器具が接続される接続部材を、容器３１２の上方に設けてもよい。それらの構成によれば、液体にガスを溶解させながら、ガスを吸入できる。
【００７２】
（実施形態４）
実施形態４では、ガス生成装置の他の一例について説明する。実施形態４の装置１００ａの構成を、図６に模式的に示す。図６の線VII−VIIにおける断面図を図７に模式的に示す。図６の線VIII−VIIIにおける断面図を図８に模式的に示す。なお、図７では、配線の図示を省略する。図６のガス生成装置１００ａは、槽１１０、第１の電極１２１、第２の電極１２２、セパレータ１３０、直流電源１４０、および液漏れ防止板６０１を含む。槽１１０内には、水性液体１０が配置される。
【００７３】
図６に示す一例では、槽１１０の側壁は筒状である。電極１２１および電極１２２は、図１および図２に示したように、２次元方向に広がる形状を有する。セパレータ１３０の断面は図２に示したセパレータと同様に平らな筒状である。ただし、図６には、セパレータ１３０の全体が平らな筒状である一例を示している。すなわち、図６のセパレータ１３０の底部は開口している。図６に示す一例では、仕切り板１３１が円筒状である。セパレータ１３０の上部は、円筒状の仕切り板１３１に密着するように絞られている。
【００７４】
図６および図８には、第１の領域１１１がセパレータ１３０によって仕切られていない一例を示した。この場合、ガス放出口１１０ａは１つあればよい。
【００７５】
液漏れ防止板６０１は、水性液体１０の上方を覆うように槽１１０内に配置される。具体的には、セパレータ１３０の上方の仕切り板１３１の位置であって、水性液体１０の上方に配置される。なお、実施形態１で説明したように、仕切り板１３１の領域Ａに接続部が設けられていてもよい。液漏れ防止板６０１には、ガスを通過させるための貫通孔６０１ａが形成されている。さらに、液漏れ防止板６０１には、配線を通すための貫通孔６０１ｂが形成されている。なお、図６では、図示を容易にするため、貫通孔６０１ａが第１のガス放出口１１０ａに近い位置に配置されている場合を示している。しかし、液漏れ防止の観点では、両者の間の距離は大きいことが好ましい。
【００７６】
第１の電極１２１で発生したガスは、貫通孔６０１ａを通って第１のガス放出口１１０ａに移動する。また、第２の電極１２２で発生したガスは、円筒状の仕切り板１３１の内部を通って第２のガス放出口１１０ｂに移動する。液漏れ防止板６０１によって、水性液体（Ａ）がガス放出口から漏れ出すことを抑制できる。揺れが大きい状況（たとえば自動車などの車両の中）でガス生成装置を使用する場合、水性液体１０の液面が大きく揺れることがある。そのような場合には、液漏れ防止板６０１が好ましく用いられる。本発明のガス生成装置を車両（たとえば自動車）の中で使用することによって、車両中でガスの吸入や、溶存水素濃度が高い液体（たとえば水）の調製を行うことができる。
【００７７】
（実施形態５）
実施形態５では、実施形態２で説明した装置３００の変形例について説明する。実施形態５の装置３００ａの構成を、図９に模式的に示す。装置３００ａは、容器３１２の上方に接続部材９０１が設けられている点が装置３００とは異なる。図９に示す容器３１２は、上部が開口している容器３１２ａと、開口部に配置される蓋３１２ｂとを含む。蓋３１２ｂには、ガス流路３１１が通る貫通孔が形成されている。さらに、蓋３１２ｂには、接続部材９０１が設けられている。接続部材９０１には、ガス流路や、ガス吸入用の器具（たとえば鼻カニューラ）が接続される。
【００７８】
装置３００ａでは、ガス生成装置で生成されたガス（水素ガスおよび／または酸素ガス）は、容器３１２内の液体１１に溶解される。液体１１に溶解しなかったガスは、接続部材９０１を通って利用される。たとえば、当該ガスは、接続部材９０１に接続されたガス吸入用の器具を用いて吸入される。装置３００ａによれば、生成された水素ガスを利用することによって、溶存水素濃度が高い液体（たとえば水）の調製と水素ガスの吸入とを同時に行うことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、水性液体を電気分解することによってガスを生成するガス生成装置に利用できる。さらに、本発明は、ガス生成装置を用いた装置に利用できる。
【符号の説明】
【００８０】
１０  水性液体
１１  液体
１００、１００ａ、３１０  ガス生成装置
１１０  槽
１１０ａ  第１のガス放出口
１１０ｂ  第２のガス放出口
１１１  第１の領域
１１２  第２の領域
１２１  第１の電極
１２２  第２の電極
１３０  セパレータ
１３２  仕切り
１４０  直流電源
３００  ガス溶解装置
３００ａ  装置
３１１、４１０、４１１、４１２  ガス流路
３１２、３１２ａ  容器
３１２ｂ  蓋
４００  ガス吸入装置
４１３、９０１  接続部材
６０１  液漏れ防止板
４１４  吸入器具
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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