JP2014095115A

JP2014095115A - ガス生成装置

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Publication number: JP2014095115A
Application number: JP2012246419A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Wakayama; 利文若山; Yuji Kikuchi; 勇次菊地; Seiji Tanahashi; 正治棚橋; Sachiko Nobori; 祥子登; Masakazu Tanahashi; 正和棚橋
Original assignee: Tanah Process Ltd; Suntec Inc
Current assignee: Tanah Process Ltd; Suntec Inc
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2014-05-22
Also published as: CN203653704U

Abstract

【課題】水素ガスおよび／または酸素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は、第１および第２の槽１１および１２に入れられた水性液体２５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である。この装置は、セパレータ２３と、セパレータ２３を挟んでつながっている第１および第２の槽１１および１２と、第１の槽１１に配置された第１の電極２１と、第２の槽１２に配置された第２の電極２２と、生成された水素ガスおよび酸素ガスから選ばれる少なくとも１つのガスを利用するための部材が直接または間接的に接続される接続部とを含む。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、ガス生成装置に関する。

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。

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。

特開２００４−１４３５０８号公報

このような状況において、本発明の目的の１つは、水素ガスおよび／または酸素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。

上記目的を達成するため、本発明はガス生成装置を提供する。このガス生成装置は、第１および第２の槽に入れられた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するガス生成装置であって、セパレータと、前記セパレータを挟んでつながっている前記第１および第２の槽と、前記第１の槽に配置された第１の電極と、前記第２の槽に配置された第２の電極と、生成された水素ガスおよび酸素ガスから選ばれる少なくとも１つのガスを利用するための部材が直接または間接的に接続される接続部とを含む。

本発明のガス生成装置によれば、水素ガスおよび／または酸素ガスを容易に得ることができる。また、本発明のガス生成装置は小型化が容易である。

本発明の装置の一例を模式的に示す図である。鼻カニューラを用いる場合の一例を示す図である。図１Ａに示した装置の動作の一例を示す図である。本発明の装置の他の一例を模式的に示す図である。本発明の装置のその他の一例を模式的に示す図である。図４の装置の圧力調節器の拡大図である。図４の装置の圧力調節器の動作の一例を示す図である。本発明の装置の他の一例を模式的に示す図である。本発明の装置で用いられる電極の一例を示す図である。本発明の装置のその他の一例を模式的に示す図である。図９に示した装置の動作の一例を示す図である。本発明の装置で用いられるフィルタの一例を示す図である。本発明の装置で用いられる液トラップの一例を示す図である。本発明の装置のその他の一例を模式的に示す図である。本発明の装置の他の一例を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、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。また、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。

［ガス生成装置］
本発明のガス生成装置は、第１および第２の槽に入れられた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するガス生成装置である。この装置は、セパレータと、セパレータを挟んでつながっている第１および第２の槽と、第１の槽に配置された第１の電極と、生成された水素ガスおよび酸素ガスから選ばれる少なくとも１つのガスを利用するための部材が直接または間接的に接続される接続部（たとえば接続部材）とを含む。接続部の一端は、槽に接続されるか、または、槽と接続部とを結ぶ流路に接続される。また、接続部の他端は、ガスを利用するための部材に接続されるか、または、当該部材と接続部とを結ぶ流路に接続される。接続部に特に限定はなく、チューブやコネクタであってもよいし、槽の一部（たとえば筒状部）の形状を変更して接続部としてもよい。また、接続部は、槽に接続された独立の部材であってもよい。本発明の装置は、第１の槽と接続部とを結ぶ流路と、第２の槽と接続部とを結ぶ流路とを含んでもよい。それらの流路は、チューブ等で構成してもよい。上記少なくとも１つのガスの例には、水素ガス、酸素ガス、および水素ガスと酸素ガスとの混合ガスが含まれる。

本発明の装置では、ガスを吸入するための吸入用部材が接続部に接続されてもよい。すなわち、本発明の装置は、ガス吸入用の装置であってもよい。吸入用部材は、鼻カニューラ、または、ガス吸入用の鼻マスクであってもよい。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。

本発明の装置は、吸入用部材に供給されるガスを、水素ガス、酸素ガス、および水素ガスと酸素ガスとの混合ガスの間で切り替えるための切り替え手段を含んでもよい。そのような切り替え手段の例には、三方弁や、複数の二方弁が含まれる。

本発明の装置は、水性液体の電気分解中において、第１の槽内の水性液体の液面、または、第２の槽内の水性液体の液面が低下することによって第１の槽内の気体と第２の槽内の気体とが混合されることを抑制する混合抑制構造（混合抑制手段）を有してもよい。

本発明の装置の混合抑制手段は、第１の槽内の気体の圧力と、第２の槽内の気体の圧力との圧力差が小さくなるように圧力差を調節する圧力差調節器を含んでもよい。

本発明の装置の混合抑制手段は、水素ガスが流れる空間、および、酸素ガスが流れる空間から選ばれる少なくとも１つの空間に設けられた気液分離部を含んでもよい。

本発明の装置は、水素ガスが流れる空間、および、酸素ガスが流れる空間から選ばれる少なくとも１つの空間に設けられたフィルタを含んでもよい。

本発明の装置は、液体が配置される容器と、上記少なくとも１つのガスを容器内の液体中に吹き出させるための管とをさらに備えてもよい。容器内に配置される液体は、たとえば、水を含む水性液体であり、一例では水である。この液体は、飲用される液体であってもよい。また、本発明の装置は、上記容器を２つ備え、一方の容器内の液体に水素ガスを吹き出させるための管と、他方の容器内の液体に酸素ガスを吹き出させるための管とをさらに備えてもよい。

本発明の装置では、生成された水素ガスおよび酸素ガスが、吸入用部材の吸入部に到達するまで混合されなくてもよい。たとえば、吸入用部材は、水素ガス用の第１の流路と酸素ガス用の第２の流路とを含み、第１の流路と第２の流路とが吸入部に到達するまで分離されていてもよい。たとえば、吸入用部材が鼻カニューラである場合、吸入部またはその近傍に、水素ガス用の第１の流路と酸素ガス用の第２の流路とを仕切る仕切りが形成されていてもよい。

本発明の装置を用いて水性液体中の水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。そのため、本発明の装置は、水素ガス生成装置、酸素ガス生成装置、または、水素ガスと酸素ガスとの混合ガスの生成装置として利用できる。また、本発明の装置は、生成したガスを液体に溶解させることによって、液体中の水素ガスおよび／または酸素ガスの溶存濃度を上昇させる装置として利用できる。また、本発明の装置は、水素ガスおよび／または酸素ガスの溶存濃度の溶存濃度が高い液体を製造する装置として利用できる。

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）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。そのような水性液体（Ａ）の例には、水道水も含まれる。

水性液体（Ａ）の導電率が高いほど、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。しかし、これらの溶液は、取り扱いに注意が必要であったり、調製に手間がかかったりすることがある。そのため、取り扱いおよび入手が容易な水性液体（たとえば水道水）を水性液体（Ａ）として用いることができれば便利である。本発明の装置では、適切な構成を採用することによって、導電率が１００μＳ／ｃｍ〜１０００μＳ／ｃｍの範囲（たとえば１００μＳ／ｃｍ〜３００μＳ／ｃｍ）にある水性液体（たとえば水道水）を電気分解することが可能である。この程度の導電率を有する水性液体（Ａ）を電気分解する場合、適切な電極を適切に配置することによって、１５ボルト以下の電圧で水を電気分解することが可能である。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という利点を有する。

なお、水性液体（Ａ）の導電率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。添加する塩に限定はない。添加する塩は、それによって生じるイオンが、水の電気分解の電位内で反応しないものであることが望ましい。添加する塩の例には、陽イオンとしてプロトンイオンやアルカリ金属イオンを含有し、陰イオンとして硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2-）や燐酸イオン（ＰＯ₄ ^3-）や硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）や塩素イオン（Ｃｌ^-）を含有する塩が含まれる。ただし、陰イオンは、電気分解の際に有害物質の発生が少ない点で、燐酸イオンがとして好ましい。水性液体（Ａ）中の塩濃度に特に限定はなく、たとえば０．０１ｍｏｌ／Ｌ〜１ｍｏｌ／Ｌの範囲にあってもよい。また、アルカリ化合物を水性液体（Ａ）に溶解させてもよいが、その場合には、装置を構成する材料の選択に注意が必要である。

好ましい一例では、水性液体（Ａ）として、リン酸の塩を溶解させた純水を用いる。リン酸の塩の例には、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に置き換えたものが含まれる。

水性液体（Ａ）の電気分解によって、第１の槽（第１の電極表面）では第１のガスが生成され、第２の槽（第２の電極表面）では第２のガスが生成される。以下では、第１の槽内の気体の圧力と第２の槽内の気体の圧力との圧力差を、「圧力差（ＤＰ）」という場合がある。圧力差（ＤＰ）が大きくなると、第１の槽内の水性液体（Ａ）の液面と、第２の槽内の水性液体（Ａ）の液面との位置がずれる。この位置のずれが大きくなると、いずれか一方の液面がセパレータと接触する位置に到達する。その場合、圧力が高い方の気体がセパレータを通過し、第１の槽内の気体と第２の槽内の気体とが混ざり合ってしまう。

また、いずれか一方の液面が低下することによって第１の電極または第２の電極が露出すると、電気分解の効率が低下してしまう。上述した混合抑制構造（混合抑制手段）を有することによって、このような問題を回避できる。そのため、別の観点では、水性液体（Ａ）の液面が特定の部材に到達することが、混合抑制構造によって防止される。ここで、特定の部材は、第１の槽と第２の槽とを仕切っているセパレータであってもよいし、第１および第２の電極であってもよい。また、特定の部材は、セパレータ、第１の電極および第２の電極からなる群より選ばれる少なくとも１つの部材であってもよい。以下では、当該特定の部材を、「特定の部材（Ｓ）」という場合がある。

第１および第２の槽は、セパレータを挟んでつながっている。別の観点では、第１および第２の槽は、セパレータによって仕切られている。通常の使用状態では、第１の槽内の気体および第２の槽内の気体は、ガスの経路以外から放出されることはない。すなわち、通常の使用状態では、第１および第２の槽は、ガスの経路を除き、大気から遮断されている。ただし、生成されるガスのうち、使用されないガスが存在する側の槽は大気に開放されていてもよい。

第１および第２の槽において電気分解が行われる。第１の電極は、第１の槽に配置されている。第２の電極は、第２の槽に配置されている。なお、第１の槽と第２の槽との間の上方部分は、液体および気体のいずれをも透過させない隔壁によって仕切られていてもよい。そして、隔壁の下の部分がセパレータによって仕切られていてもよい。水性液体（Ａ）の液面が隔壁の部分にある限り、第１の槽内の気体と第２の槽内の気体とが混ざることはない。

第１および第２の槽は、１つの容器をセパレータで分離することによって形成してもよい。また、第１の槽を構成する容器と第２の槽を構成する容器とを、セパレータを挟んで接続してもよい。１つの観点では、本発明の装置は、セパレータによって第１の槽と第２の槽とに分けられた槽を含む。

第１および第２の槽は、水性液体（Ａ）を保持できる材料で形成される。第１および第２の槽は、たとえば、ガラス、樹脂、ゴム、金属、またはこれらの複合体で形成できる。槽の内部が観察できるように、第１および第２の槽の少なくとも一部が透明な材料で形成されていてもよい。

第１および第２の槽の内面は、親水性であってもよい。槽の内面を親水性とすることによって、生成されたガスが槽の内面に付着することを抑制できる。槽の内面を親水性にする方法としては、たとえば、親水性の膜を槽の内面に貼り付ける方法や、樹脂槽の内面を親水化処理する方法が挙げられる。親水性の膜としては、たとえば、メンブレンフィルタ（ミクロポア社製、品番：ＪＣＷＰ１４２２５）が挙げられる。親水化処理の例には、過マンガン酸カリウムなどの酸化剤で処理する方法、コロナ放電処理、およびプラズマ放電処理が含まれる。

第１の槽および第２の槽の内容積に特に限定はない。第１の槽および第２の槽の内容積は、それぞれ、１００ｃｍ³〜２０００ｃｍ³の範囲（たとえば３００ｃｍ³〜１０００ｃｍ³の範囲）にあってもよい。

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の電極と第２の電極とが短絡することを防止する。そのため、セパレータは、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。セパレータは、第１および第２の槽内の水性液体（Ａ）を通過させる。一方、電極の表面で生成されたガスがセパレータを通過した場合、第１の槽内のガスおよび第２の槽内のガスの少なくとも一方が混合ガスになってしまう。従って、水素ガスおよび酸素ガスを別々に供給する必要がある場合には、セパレータは、水性液体（Ａ）に浸漬された状態において、電極の表面で生成されたガスの泡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や目の粗さによって制御できる。セパレータの形態に特に限定はなく、多孔性の膜であってもよいし、繊維で形成された布（織布または不織布）であってもよい。

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、その表面に液体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、第１のガスと第２のガス（たとえば、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。また、親水性のセパレータを用いることによって、電圧降下を小さくできる多孔性のセパレータを使用することも可能となる。

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。また、親水性の合成樹脂からなるセパレータや、親水化処理をされた合成樹脂からなるセパレータを用いてもよい。

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。

本発明の装置で用いられるセパレータは、水性液体（Ａ）が通過できる経路（たとえば親水性の経路）を有する。この経路を介して、第１の槽の水性液体（Ａ）と第２の槽の水性液体（Ａ）とがつながっている。そして、この経路は、陽イオンおよび陰イオンの両方を通過させる。本発明の装置で用いられるセパレータ（隔膜）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、イオン交換膜（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、イオン交換膜（イオン交換材料）を含まない。イオン交換膜（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、イオン交換膜（イオン交換材料）を含んでもよい。

第１の電極と第２の電極とは、セパレータを挟むように配置されている。第１の電極と第２の電極との間の最短距離は、１０ｍｍ以下（たとえば０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲）であることが好ましい。たとえば、平板状の第１の電極と平板状の第２の電極とが平行に配置されている場合、第１の電極と第２の電極との最短距離は、２０ｍｍ以下（たとえば０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲や１ｍｍ〜５ｍｍの範囲）であることが好ましい。第１の電極と第２の電極との最短距離を１０ｍｍ以下とすることによって、電極間の水性液体（Ａ）による電圧降下を小さくすることができる。その結果、導電率が１００μＳ／ｃｍ〜５００μＳ／ｃｍの水性液体を、１５ボルト以下の電圧で電気分解することが可能である。第１の電極と第２の電極との最短距離は、０．５ｍｍ以上（たとえば１ｍｍ以上）であってもよい。また、第１の電極と第２の電極との最短距離は、８ｍｍ以下であってもよく、５ｍｍ以下であってもよい。なお、導電率が高い水性液体（Ａ）を用いる場合（たとえば塩が添加された水性液体（Ａ）を用いる場合）には、第１の電極と第２の電極との最短距離がより長くても、低い電圧で水性液体（Ａ）を電気分解できる。

導電率が低い水性液体（Ａ）を比較的低い電圧で電気分解するには、第１の電極と第２の電極との間の距離を短くすればよい。しかし、単に電極間距離を短くするだけでは、第１の電極で生成された第１のガスと、第２の電極で生成された第２のガスとが混合されてしまうという問題がある。また、第１の電極と第２の電極とが短絡する危険性がある。そのため、本発明では、第１の電極と第２の電極との間にセパレータを配置し、ガスの混合と電極の短絡とを防止している。

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、およびタンタル、およびその他の金属が挙げられる。特に、酸素ガスが生成する電極（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。

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、印加する電圧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。

第１および第２の電極は、それぞれ、２次元状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、平板状の電極であってもよい。この明細書において、「平板状の電極」とは、全体として平らな形状の電極を意味し、線状の電極を２次元状に配置することによって形成された電極も含まれる。平板状の電極には、貫通孔が形成されていてもよい。また、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。第１および第２の電極が平板状である場合、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。

第１および第２の電極が上記線状の電極を含んでいる場合、上記第１の電極とセパレータとの距離が１ｍｍ以下であり、上記第２の電極とセパレータとの距離が１ｍｍ以下であってもよい。たとえば、第１および第２の電極は、セパレータと接触していてもよい。第１および第２の電極のそれぞれが鉛直方向に沿って配置された複数の線状の電極を含んでいる場合、線状の電極表面で生成したガスは、線状の電極間の隙間をつたって上へ上昇していく。そのため、電極とセパレータとの距離が接近していても、ガスを速やかに水性液体（Ａ）から排出させることが可能である。

第１および第２の電極は、それらに電圧（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。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。

なお、本発明の装置は、第１の槽および第２の槽の少なくとも一方を複数個含んでもよい。その場合、第１の槽と第２の槽とは交互に配置される。第１の槽と第２の槽との間は、セパレータで仕切られる。たとえば、本発明の装置が３個の第１の槽と２個の第２の槽を含む場合、それらは、「第１の槽／第２の槽／第１の槽／第２の槽／第１の槽」という順序で交互に配置される。また、この場合、電極およびセパレータは、たとえば「第１の電極／セパレータ／第２の電極／第２の電極／セパレータ／第１の電極／第１の電極／セパレータ／第２の電極／第２の電極／セパレータ／第１の電極」という順序で配置される。

混合抑制構造の２つの例を、以下に説明する。

（第１の混合抑制構造）
第１の混合抑制構造は、第１の槽内の気体の圧力と、第２の槽内の気体の圧力との圧力差が小さくなるように圧力差（ＤＰ）を調節する圧力差調節器を含む。この圧力差調節器によって、水性液体（Ａ）の電気分解中において、第１の槽内の水性液体（Ａ）の液面、または、第２の槽内の水性液体（Ａ）の液面が低下することを制限できる。

圧力差調節器は、圧力差（ＤＰ）によって生じる力を利用して圧力差（ＤＰ）を調節するものであってもよい。圧力差調節器は、圧力差（ＤＰ）が生じたときに、第１の槽内の気体および第２の槽内の気体のうち、圧力が低い方の気体の圧力を高めるように機能するものであってもよい。

圧力差調節器の一例は、第１のガスの流路および第２のガスの流路からなる群より選ばれる少なくとも１つの流路を含む容器と、その容器内に配置された仕切りとを含む。仕切りは、容器内において、第１のガスの流路と第２のガスの流路とを分けている。以下、この一例の容器を「容器（Ｂ）」という場合がある。圧力差（ＤＰ）によって仕切りが変形することによって、少なくとも１つの流路における気体の流れに対する抵抗が、圧力差（ＤＰ）を小さくするように変化する。たとえば、他の流路よりも圧力が低い流路の圧力が高くなるように、抵抗が変化する。一例では、圧力差（ＤＰ）によって仕切りが変形することによって、上記少なくとも１つの流路が開閉される。より具体的には、圧力差（ＤＰ）によって仕切りが変形することによって、他の流路よりも圧力が低い流路が閉じられる。

仕切りには、第１および第２のガスを実質的に透過させず、且つ、圧力差（ＤＰ）によって変形する仕切りを用いることができる。仕切りは、薄い金属板、樹脂シート、ゴムシート、あるいはこれらの複合材で形成されてもよい。容器（Ｂ）の例には、第１および第２のガスを実質的に透過させず、第１および第２のガスの圧力で実質的に変形しない容器が含まれる。容器（Ｂ）は、金属、樹脂、ゴム、あるいはこれらの複合材で形成されてもよい。

圧力差調節器の上記一例では、容器（Ｂ）の内部が仕切りによって第１の空間と第２の空間とに仕切られていてもよい。そして、第１の空間には第１のガスが流れる流入口および排出口が接続されていてもよい。この場合、第１の空間は、第１のガスの流路の一部となる。第２の空間には、第２のガスが流れる流入口および排出口が接続されていてもよい。この場合、第２の空間は第２のガスの流路の一部となる。あるいは、第２のガスの圧力が第２の空間および仕切りに加わるように、第２の空間には、第２のガスの流入口のみが接続されていてもよい。逆に、第１の空間に第１のガスの流入口のみが接続され、第２の空間に第２のガスが流れる流入口および排出口が接続されてもよい。

圧力差調節器は、容器（Ｂ）の内部（たとえば、仕切り）を加熱するためのヒータをさらに含んでもよい。このヒータは、仕切りに含まれてもよいし、仕切りの外部に存在してもよい。たとえば、容器（Ｂ）の外部にヒータを配置して、容器（Ｂ）の全体を加熱することによって容器（Ｂ）の内部を加熱してもよい。あるいは、容器（Ｂ）の内部にヒータを埋めこんでもよい。ヒータには、公知のヒータを用いることができ、たとえば、抵抗加熱ヒータ（たとえば、フィルムヒータやリボンヒータ）を用いることができる。本発明のガス生成装置でガスを生成すると、容器（Ｂ）を高湿度のガスが流れる。その結果、容器（Ｂ）の内部（たとえば、仕切り）に水滴が付着することがある。容器（Ｂ）の内部に水が溜まると、圧力差の調節が適切に行われない場合がある。そのような問題は、ヒータで容器（Ｂ）の内部を加熱することによって回避できる。

圧力差調節器は、第１の槽内の水性液体（Ａ）の液面の位置、および、第２の槽内の水性液体（Ａ）の液面の位置をモニタする検出器と、少なくとも１つの流量調節器とを含んでもよい。少なくとも１つの流量調節器は、検出器の出力に応じて第１のガスの流量および／または第２のガスの流量を変化させる。検出器に特に限定はなく、電気によって水位を検出するセンサや、光によって水位を検出するセンサや、圧力によって水位を検出するセンサであってもよい。電気によって水位を検出するセンサの例には、電気抵抗によって水位を検出するセンサや、静電容量によって水位を検出するセンサが含まれる。第１の槽内の水性液体（Ａ）の液面、または、第２の槽内の水性液体（Ａ）の液面がセパレータまたは電極に近づいたことを検出器が検出すると、その信号がコントローラに出力される。コントローラは、その信号に基づいて、流量調節器を調節する。第１の槽内の気体および第２の槽内の気体のうちの一方が他方よりも圧力が高いと、その一方が存在する槽内の水性液体（Ａ）の液面が低下する。コントローラは、液面が低下した槽とは異なる槽（すなわち、液面が上昇した槽）に存在するガスが流れる流路の流量を小さくする。その結果、液面が上昇した槽の液面が低下し、液面が低下した槽の液面が上昇する。このようにして、液面が特定の部材（Ｓ）に到達することが抑制される。

なお、本発明の装置では、液面が特定の部材（Ｓ）に近づいたときに電圧印加を停止してもよい。そのような処理をするために、本発明の装置は、第１の槽内の水性液体（Ａ）の液面の位置、および、第２の槽内の水性液体（Ａ）の液面の位置を検出する検出器と、検出器の出力信号に基づいて電圧印加を停止するコントローラとを備えてもよい。検出器には、上述した検出器を用いることができる。また、本発明の装置は、所定の時間で電圧印加を停止するタイマを備えてもよい。

ガス生成装置の他の一例では、制限手段が、第１の槽において生成される第１のガスが流れる空間に設けられた気液分離部を含む。第１のガスが流れる空間には、第１の槽の上方の空間、および、第１の槽と外部（たとえば大気）とを結ぶ流路が含まれる。この構成は、第２の槽内の気体の圧力が第１の槽内の気体の圧力よりも高くなるような場合に採用できる。装置を使用している際に、第２の槽内の気体の圧力が高くなると、第２の槽内の水性液体（Ａ）の液面が低下し、第１の槽内の水性液体（Ａ）の液面が上昇する。第１の槽に配置された水性液体（Ａ）の液面が気液分離部に到達すると、水性液体（Ａ）の液面の位置がそれ以上上昇することはない。この形態では、第１の槽に配置された水性液体（Ａ）の液面が気液分離部に到達したときに、第２の槽に配置された水性液体（Ａ）の液面が特定の部材（Ｓ）に到達しないようにする。そのような状態は、第１および第２の槽の形状、ならびに、槽内に配置する水性液体（Ａ）の量を調節することによって実現できる。一例では、気液分離部は混合抑制手段として機能する。

気液分離部（気液分離手段）は、液体を通過させず気体のみを通過させる。気液分離部は、層であってもよいし、膜であってもよい。気液分離部の一例は、撥水剤が充填された気液分離層である。撥水剤の例には、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂の粉末が含まれる。気液分離部の他の一例は、撥水性の気液分離膜である。気液分離膜の例には液相分離濾紙（たとえばWhatman製の液相分離濾紙）が含まれる。

なお、気液分離部は、第１の槽において生成される第１のガスが流れる空間だけでなく、第２の槽において生成される第２のガスが流れる空間にも配置されていてもよい。すなわち、本発明のガス生成装置は、第１の気液分離部および／または第２の気液分離部を含んでもよい。第１の気液分離部は、第１の槽内の水性液体（Ａ）の液面の上昇を制限し、第２の気液分離部は第２の槽内の水性液体（Ａ）の液面の上昇を制限する。たとえば、気液分離部は、第１のガスが流れる空間および第２のガスが流れる空間からなる群より選ばれる少なくとも１つの空間に設けられていてもよい。ここで、第２のガスが流れる空間には、第２の槽の上方の空間、および、第２の槽と外部（たとえば大気）とを結ぶ流路が含まれる。また、本発明のガス生成装置は、圧力差調節器および気液分離部の両方を含んでもよい。

本発明のガス生成装置は、後述する通気抵抗部材をさらに含んでもよい。たとえば、上記制限手段が気液分離部である場合、本発明の装置は、気液分離部の下流側に配置された通気抵抗部材をさらに含んでもよい。

（第２の混合抑制構造）
第２の混合抑制構造（混合抑制手段）は、第１および第２の槽の形状に関する。第２の混合抑制構造では、水性液体（Ａ）の電気分解中において、第１の槽内の気体の圧力よりも第２の槽内の気体の圧力が高くなったときに第２の槽内の水性液体（Ａ）の液面の低下が制限される形状を、第１および第２の槽が有する。第２の混合抑制構造では、特定の形状の第１および第２の槽を用いることによって、ガスの混合や電極の露出を防止できる。換言すれば、そのような形状を有する第１および第２の槽が、混合抑制手段として機能する。別の観点では、水性液体（Ａ）の電気分解中において、第１の槽内の気体の圧力よりも第２の槽内の気体の圧力が高くなったときに第２の槽内の水性液体（Ａ）の液面が特定の部材（Ｓ）に到達しにくい形状を、第１および第２の槽が有する。

第２の混合抑制構造の一例では、第１および第２の槽のいずれか一方の内部の水平方向の断面積を、他方の槽の内部の水平方向の断面積よりも大きくする。このような構成によって、断面積が大きい方の槽内の水性液体（Ａ）の液面の高さの変動を小さくすることが可能である。また、このような構成によって、一方の槽内の水性液体（Ａ）の液面の高さの変動を小さくしつつ、装置の設置面積を小さくすることが可能である。

第２の槽内の気体の圧力が第１の槽内の気体の圧力よりも高くなる条件で装置が用いられる場合、第２の槽の断面積を第１の槽の断面積よりも大きくすればよい。なお、この場合、第１の槽内の水性液体（Ａ）の液面の上昇範囲が大きくなる。そのため、第１の槽内の水性液体（Ａ）が第１の槽の外に漏れたり気体の流路に流れたりすることを防止するために、第１の槽の槽内の高さを、第２の槽の槽内の高さよりも高くしてもよい。たとえば、第１の槽の上方に、管状部を設けてもよい。

また、ガスの流路には、第１のガスの通気抵抗を高めるための部材を配置してもよい。そのような通気抵抗部材は、通常、ガスの流路の最終端近傍に配置される。通気抵抗を高める通気抵抗部材を配置することによって、水性液体（Ａ）の液面の急激な変動や、液面の脈動を抑制できる。通気抵抗部材は、気体の粘性流を利用するものであってもよい。通気抵抗部材の例には、多孔性の部材が含まれる。また、通気抵抗部材の例には、少なくとも一部の断面積が小さい流路を備える部材（たとえば細い管）も含まれる。通気抵抗部材内の流路の断面積は、８×１０^-3ｍｍ²〜１２ｍｍ²の範囲にあってもよく、たとえば１×１０^-2ｍｍ²〜３ｍｍ²の範囲や７×１０^-2ｍｍ²〜０．８ｍｍ²の範囲にあってもよい。通気抵抗部材の流路の断面積がこれらの範囲のいずれかにある場合、通気抵抗部材の長さは、０．５ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲にあってもよく、たとえば１ｍｍ〜２００ｍｍの範囲や５ｍｍ〜２００ｍｍの範囲にあってもよい。

また、本発明の第２の混合抑制構造は、上述した第１の気液分離部および／または第２の気液分離部を含んでもよい。

以下、この明細書において、「槽の断面積」という語句は、槽の内部の水平方向の断面積を意味する。また、第１の槽の内部の水平方向の断面積を、「断面積（Ｓ１）」という場合がある。また、第２の槽の内部の水平方向の断面積を、「断面積（Ｓ２）」という場合がある。なお、槽の内部の水平方向の断面積が高さによって変動する形状を、槽が有する場合がある。その場合、槽の内部の水平方向の断面積は、槽内に存在する水性液体（Ａ）の液面が変動する範囲における断面積の平均を意味する。第２の混合抑制構造において、第２の槽内の気体の圧力が第１の槽内の気体の圧力よりも高くなる条件で装置が用いられる場合、断面積（Ｓ２）を断面積（Ｓ１）の１．１〜１０倍の範囲としてもよく、たとえば、２〜１０倍の範囲や２〜５倍の範囲や３〜５倍の範囲としてもよい。また、断面積（Ｓ１）と断面積（Ｓ２）との比がこれらの範囲にある場合、第１の槽の槽内の高さは、第２の槽の槽内の高さの１．２倍〜５倍の範囲にあってもよく、たとえば、１．３倍〜４倍の範囲や１．５倍〜３倍の範囲にあってもよい。なお、第１の槽の上方に管状部が設けられている場合には、その管状部の高さも第１の槽の槽内の高さに含まれる。第２の槽の内容積は、２００ｃｍ³〜３０００ｃｍ³の範囲にあってもよく、第１の槽の内容積は第２の槽の内容積よりも小さい。

なお、本発明の第２の混合抑制構造を変形した他のガス生成装置も利用可能である。たとえば、槽の形状を任意の形状とし、第１のガスの流路および第２のガスの流路からなる群より選ばれる少なくとも１つの流路に通気抵抗部材が配置されていることを特徴とする装置も利用可能である。この装置では、槽の形状以外の部分については、第２の混合抑制構造と同じ構成とすることができる。この装置によれば、水性液体の液面の急激な変動や、液面の脈動を抑制できる。

本発明の効果が得られる限り、本発明のガス生成装置は、第１および第２の混合抑制構造の両方を含んでもよい。

本発明の第１および第２の混合抑制構造は、水蒸気を除去する水蒸気トラップや、液体をトラップする液トラップをガスの流路に備えてもよい。水蒸気トラップは、シリカゲルなどの乾燥剤であってもよいし、水蒸気を凝結させて除去する装置であってもよい。そのような水蒸気トラップには、公知の水蒸気トラップを用いることができる。水蒸気トラップおよび上記ヒータは、圧力差調節器の内部や流路における結露を防止する手段として機能する。液トラップに特に制限はなく、公知の液トラップを用いることができる。一例の液トラップは、ガスが流入する流路と、ガスが排出される流路とが接続された槽を含む。

本発明の第１および第２の混合抑制構造は、生成されたガスを分配するための分配器（分配手段）を備えてもよい。分配器は、ガスの流路に配置される。圧力差調節器を含むガス生成装置では、分配器は、通常、ガスの流路のうち圧力差調節器の下流側に配置される。分配器の一例は、容器と、容器内に配置された複数のシート状の仕切りとを備える。複数のシート状の仕切りは、互いに平行に配置されている。容器内の少なくとも一部は、複数の仕切りによって、複数の空間に分けられている。ガス生成装置で生成されたガスは、複数の仕切りによって分けられて容器から排出される。なお、分配器の内部に結露が生じると、ガスの分配が適切に行われにくくなる場合がある。そのため、本発明の装置は、分配器内部の結露を防止する手段を備えてもよい。そのような手段の例には、圧力差調節器（圧力差調節手段）の内部の結露を防止する手段として説明した、水蒸気トラップおよびヒータが含まれる。

本発明の製造装置の一例では、水性液体（Ａ）の電気分解中に、第１の槽内の水性液体（Ａ）の液面、および、第２の槽内の水性液体（Ａ）の液面のいずれかが低下して、第１の電極または第２の電極が露出することが防止される。この装置では、セパレータの代わりにイオン交換膜が用いられてもよい。イオン交換膜を用いる場合には、水性液体（Ａ）の液面がイオン交換膜に到達しても、ガスの混合は起こりにくい。しかし、水性液体（Ａ）の液面が低下することによって電極が露出すると、電気分解の効率が低下する。この一例の装置では、電極の露出を抑制することによって、電気分解の効率の低下を防止する。

上述した本発明の装置は、いずれも、コントローラを備えてもよい。コントローラは、演算処理装置と記憶手段とを含む。なお、記憶手段は、演算処理装置と一体化されていてもよい。記憶手段の例には、演算処理装置の内部メモリ、外部メモリ、磁気ディスク（たとえばハードディスクドライブ）などが含まれる。記憶手段には、各工程を実行するためのプログラムが格納される。コントローラの一例には大規模集積回路（ＬＳＩ）が含まれる。コントローラは、装置に含まれる機器（電源、バルブなど）および計測器（水位計など）に接続されていてもよい。コントローラは、計測器の出力に基づいて機器を制御することによって、装置で行われる処理を実行してもよい。なお、本発明の装置は、コントローラを備えていなくてもよい。

［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のガス生成装置を図１Ａに模式的に示す。図１Ａの装置１００は、槽１０、平板状の第１の電極２１、平板状の第２の電極２２、セパレータ２３、直流電源２４、鼻カニューラ２８、接続部材５４ａ、および接続部材５４ｂを含む。

槽１０は、隔壁１０ａおよびセパレータ２３によって、第１の槽１１と第２の槽１２とに分けられている。すなわち、第１の槽１１は、セパレータ２３を介して第２の槽１２に隣接している。隔壁１０ａは槽１０の上部を仕切り、セパレータ２３は槽１０の下部を仕切っている。隔壁１０ａは、気体および液体のいずれをも通過させない。槽１０（第１の槽１１および第２の槽１２）の中には、水性液体２５が配置されている。第１の槽１１中の水性液体２５の液面の上、および、第２の槽１２中の水性液体２５の液面の上には、それぞれ、気体が存在する。以下では、第１の槽１１中には、第１の槽１１において電気分解によって生成される第１のガス２６のみが存在し、第２の槽１２中には、第２の槽１２において電気分解によって生成される第２のガス２７のみが存在すると仮定する。

第１の電極２１は、第１の槽１１内に配置されている。第２の電極２２は、第２の槽１２内に配置されている。第１の電極２１と第２の電極２２とは、セパレータ２３を挟んで対向している。第１の電極２１と第２の電極２２とは、直流電源２４に接続されている。

第１および第２の槽１１および１２の上方には、筒状部１１ａおよび１２ａがそれぞれ設けられている。鼻カニューラ２８のチューブ２８ａと筒状部１１ａとは、接続部材５４ａによって接続されている。鼻カニューラ２８のチューブ２８ｂと筒状部１２ａとは、接続部材５４ｂによって接続されている。

図１Ａには、酸素ガスおよび水素ガスの両方が鼻カニューラ２８を流れる場合を示している。なお、酸素ガスおよび水素ガスを混合するときは、水素ガスの発火を防止するために、混合時の水素ガス濃度を低下させることが好ましい。たとえば、大気に開放されている状態で両者を混合することが好ましい。また、両者を混合する場合、使用される場所（たとえば吸入部）に到達するまで混合せず、使用される場所で混合するようにすることが好ましい。そのため、鼻カニューラ２８は、鼻カニューラ２８の内部で酸素ガスと水素ガスとが混合することを防止するための仕切り２８ｃ（図１Ａ参照）を備えてもよい。図１Ａの鼻カニューラ２８では、２つの吸入部２８ｓおよび２８ｔから放出されるまで水素ガスと酸素ガスとが混合されることはない。この構成によれば、装置の安全性をより高めることができる。

第１の電極２１の表面で酸素ガスが生成され第２の電極２２の表面で水素ガスが生成される場合、チューブ２８ａは酸素ガスが流れる第２の流路を構成し、チューブ２８ｂは水素ガスが流れる第１の流路を構成する。図１Ａの例において、チューブ２８ｂによって構成される第１の流路とチューブ２８ａによって構成される第２の流路とは、大気に開放されるまで分離されている。換言すれば、第１の流路と第２の流路とは、少なくとも吸入部２８ｓおよび２８ｔに到達するまで分離されている。なお、図１Ｂに示すように、仕切りがない鼻カニューラ２８を用いることも可能である。

また、酸素ガスおよび水素ガスのいずれか一方のみを利用する場合、図１Ｂに示すような部材２９を用いてもよい。部材２９を接続部材５４ａまたは接続部材５４ｂのいずれかに接続することによって、一方のガスのみを利用できる。また、装置に接続する側のチューブが１つのみの鼻カニューラを用いてもよい。

第１の電極２１と第２の電極２２との間に、第１の電極２１がアノードとなるように電圧を印加した場合の状態を図２に示す。図２に示すように、第１の電極２１（アノード）の表面で酸素ガスが生成し、第２の電極２２（カソード）の表面で水素ガスが生成する。生成したガスは、接続部材５４ａおよび接続部材５４ｂを介して利用される。

装置１００は、溶存水素濃度または溶存酸素濃度が高い水を生成する装置としても利用できる。その場合、一方の槽内の圧力が高くなって水性液体（Ａ）の水位が低下する場合がある。水性液体（Ａ）の水位が低下すると、水素ガスと酸素ガスとが混合したり、電極が露出したりする。そのため、本発明の装置を、溶存水素濃度および／または溶存酸素濃度が高い水を生成する装置として利用する場合には、混合抑制手段を用いることが好ましい。

本発明の装置を、水素ガスの溶存濃度が高い水性液体を生成する装置として利用する場合の一例について説明する。この場合の装置の一例を図３に示す。図３の装置１００ａにおいて、第１の槽１１は、筒状部１１ａを介して大気に開放されている。一方、筒状部１２ａには、接続部材５４ｂを介してチューブ４３が接続されている。

図３に示すように、第１の電極２１がアノードとなるように、第１の電極２１と第２の電極２２との間に電圧を印加することによって、水性液体２５が電気分解される。その結果、第１の電極２１の表面では酸素ガスが生成され、第２の電極２２の表面では水素ガスが生成される。生成された水素ガスは、チューブ４３を通って水性液体４４中に放出される。その結果、水性液体４４の溶存水素濃度が上昇する。なお、第１の電極２１で生成された酸素ガスを用いることによって、水性液体の溶存酸素濃度を上昇させることも可能である。

なお、図３の装置では、第１の槽１１内の圧力と第２の槽１２内の圧力との差が大きくなり、一方の槽の水性液体２５の液面が大きく低下する場合がある。そのような液面の変動を抑制するために、圧力調節器を用いてもよい。圧力調節器を含む装置の一例を、図４に示す。図４の装置１００ｂは、ガスの流路４６および４７の途中（または端部）に配置された圧力差調節器３０（混合抑制手段）を含む。圧力差調節器３０の断面図を図５に示す。圧力差調節器３０は、仕切り３１および容器４０を含む。容器４０には、流入口４１ａ、排出口４１ｂ、流入口４２ａ、および排出口４２ｂが形成されている。容器４０の内部は、仕切り３１によって、第１の空間４１と第２の空間４２とに仕切られている。

第１の空間４１は、流入口４１ａおよび排出口４１ｂを介して外部と通じている。流入口４１ａは、チューブ４６および接続部材５４ａを介して筒状部１１ａ（第１の槽１１）に接続されている。装置１００ｂでは、第１の槽１１と圧力差調節器３０とが、タンク等を介さずにチューブ４６で接続されている。第１の空間４１は、第１のガス２６の流路の一部となっている。第１の槽１１の第１のガス２６の圧力が高まると、第１のガス２６は、流入口４１ａおよび排出口４１ｂを通じて流れる。

第２の空間４２は、流入口４２ａおよび排出口４２ｂを介して外部と通じている。流入口４２ａは、チューブ４７および接続部材５４ｂを介して第２の槽１２に接続されている。装置１００ｂでは、第２の槽１２と圧力差調節器３０とが、タンク等を介さずにチューブ４７で接続されている。第２の空間４２は、第２のガス２７の流路の一部となっている。第２の槽１２の第２のガス２７の圧力が高まると、第２のガス２７は、流入口４２ａおよび排出口４２ｂを通じて流れる。

第１のガス２６を利用する場合には、第１のガス２６を利用するためのチューブが排出口４１ｂに接続される。すなわち、第１のガス２６を利用するための部材は、圧力差調節器３０を介して、間接的に接続部材５４ａに接続される。第２のガス２７を利用する場合には、第２のガス２７を利用するためのチューブが排出口４２ｂに接続される。すなわち、第２のガス２７を利用するための部材は、圧力差調節器３０を介して、間接的に接続部材５４ｂに接続される。なお、圧力差調節器３０または圧力差調節器３０の排出口を接続部材と考えることも可能である。

ここで、第２のガス２７の圧力が第１のガス２６の圧力よりも大きい場合について考える。両者の圧力差（ＤＰ）が仕切り３１を変形させるほど大きい場合には、図６に示すように仕切り３１が変形し、流入口４１ａおよび／または排出口４１ｂを塞ぐ。つまり、第１のガス２６の流路が閉じられる。その結果、第２のガス２７のみが排出口４２ｂから排出される。電圧印加が続けられる限り、電極の表面では水素ガスおよび酸素ガスが生成されるため、第１のガス２６の圧力は徐々に高くなる。圧力差（ＤＰ）が小さくなると、流入口４１ａおよび排出口４１ｂが開放状態となり、第１のガス２６および第２のガス２７が、ともに圧力差調節器３０から排出される。このように、圧力差調節器３０を用いることによって、圧力差（ＤＰ）が大きくなりすぎることを抑制できる。

なお、圧力差調節器３０は、容器４０の周囲に配置されたヒータを備えてもよい。ヒータで容器４０を加熱することによって、容器４０の内部における結露を防止することが可能である。

第２の空間４２に接続されるのは流入口４２ａのみであってもよい。そのような圧力差調節器３０ａを備える装置の一例を図７に示す。図７の装置１００ｃは、圧力差調節器３０の代わりに圧力差調節器３０ａを用いる点のみが、図４の装置１００ｂと異なる。圧力差調節器３０ａは、排出口４２ｂが形成されていない点のみが圧力差調節器３０と異なる。

装置１００ｃを用いて、水性液体の溶存水素濃度を上昇させる場合の一例を、図７に示す。第１の電極２１がアノードとなるように、第１の電極２１と第２の電極２２との間に電圧を印加することによって、水性液体２５を電気分解する。その結果、第１の電極２１の表面では酸素ガスが生成され、第２の電極２２の表面では水素ガスが生成される。生成された水素ガスは、チューブ４７およびチューブ４３を通って水性液体４４中に放出される。水性液体４４の表面からチューブ４３の先端までの距離に応じて、水素ガス（第２のガス２７）の圧力が高まる。第１のガス２６の圧力と第２のガス２７の圧力との圧力差（ＤＰ）が大きい場合、圧力差（ＤＰ）によって、圧力差調節器３０の仕切り３１が変形する。そして、圧力差（ＤＰ）が充分に大きい場合、流入口４１ａおよび／または排出口４１ｂが仕切り３１によって塞がれる。この状態は、第１の電極２１の表面で生成される酸素ガスによって第１のガス２６の圧力が高まり、それによって圧力差（ＤＰ）が小さくなるまで継続する。圧力差（ＤＰ）が充分に小さくなると、仕切り３１の変形が小さくなり、その結果、流入口４１ａおよび排出口４１ｂが開放状態となる。このように、本発明の装置では、圧力差（ＤＰ）が大きくなりすぎることを抑制できる。なお、図６では、流入口４１ａおよび排出口４１ｂの両方が塞がれている状態を示しているが、いずれか一方が塞がれればよい。また、一方のガスのみを用いる場合には、第２の空間４２に接続されるのは流入口４２ａのみであってもよい。

［電極の例］
平板状の第１の電極２１の一例について、図８（ａ）に示す。図８（ａ）の第１の電極２１は、ストライプ状に配置された複数の線状の電極２１ａと、それらを接続する線状の電極２１ｂとを含む。装置の使用時において、通常、線状の電極２１ａが鉛直方向と平行になるように、第１の電極２１は配置される。第２の電極２２も、第１の電極２１と同じ構造とすることができる。第１の電極２１とセパレータ２３との配置の一例を、図８（ｂ）に模式的に示す。好ましい一例では、平板状の第１の電極２１と平板状の第２の電極２２とは、セパレータ２３を挟んで、平行に配置される。すなわち、第１の電極２１、第２の電極２２、およびセパレータ２３は２次元状の外形を有し、使用時において、それらは鉛直方向と平行になるように配置される。

［実施形態２］
実施形態２では、気液分離部を含むガス生成装置の一例について説明する。実施形態２のガス生成装置を図９に模式的に示す。図９の装置２００は、槽１０、平板状の第１の電極２１、平板状の第２の電極２２、セパレータ２３、直流電源２４、気液分離膜９１および９２、ならびに接続部材５４ａおよび５４ｂを含む。装置１００と重複する部分の説明は省略する。なお、装置２００は、切り替え手段、チューブ等の流路、および他の接続部材を含んでもよい。

第１の槽１１の上方には筒状部１１ａが存在し、筒状部１１ａには、気液分離膜９１が配置されている。また、第１の槽１２の上方には筒状部１２ａが存在し、筒状部１２ａには、気液分離膜９２が配置されている。図９は、圧力差（ＤＰ）がゼロの状態を示している。第２の槽１２において、セパレータ２３と水性液体２５とが接触している位置よりも上には、体積Ｖ２の水性液体２５ａが存在している。また、第１の槽１１の水性液体２５と気液分離膜９１との間には、体積Ｖ１の空間が存在している。装置２００は、体積Ｖ１よりも体積Ｖ２が大きい状態で使用される。体積Ｖ１よりも体積Ｖ２が小さいと、圧力差（ＤＰ）が大きいときには水性液体２５の液面がセパレータ２３の位置まで低下して第１のガス２６と第２のガス２７とが混合される場合がある。体積Ｖ１と体積Ｖ２との大小関係は、たとえば、槽１０内に配置する水性液体２５の量を調節することによって制御できる。たとえば、水性液体２５の量が少ないと（Ｖ２／Ｖ１）の値が小さくなり、水性液体２５の量が多いと（Ｖ２／Ｖ１）の値が大きくなる。

第１の電極２１がアノードとなるように第１の電極２１と第２の電極２２との間に電圧を印加すると、第１の電極２１の表面では酸素ガスが生成され、第２の電極２２の表面では水素ガスが生成される。装置の状況によっては、第２のガス２７（水素ガス）の圧力が高くなる。たとえば、図１０に示す状況では、チューブ４３の先端と水性液体４４の液面との距離、および、チューブ４３を流れる第２のガス２７の通気抵抗に応じて、第２のガス２７の圧力が高くなる。その結果、図１０に示すように、第１の槽１１内の水性液体２５の液面が上昇し、第２の槽１２内の水性液体２５の液面が低下する。

図１０に示すように、装置２００では、第１の槽１１内の水性液体２５の液面が気液分離膜９１に到達しても、第２の槽１２内の水性液体２５の液面がセパレータ２３に到達しない。そのため、第２の槽１２内の第２のガス２７（水素ガス）の圧力が高まっても、第１のガス２６（酸素ガス）と第２のガス２７（水素ガス）とが混ざることがない。このように、実施形態２の装置２００によれば、第１のガス２６と第２のガス２７とが混ざることを防止できる。また、装置２００では、水性液体２５が装置の外にあふれでることを防止できる。

なお、気液分離部が配置される位置は、図９に示した位置に限定されない。気液分離部は、第１のガスおよび／または第２のガスが気液分離部を通って流れるように、配置されていればよい。別の観点では、気液分離部は、槽内の空間と大気との間に配置されていればよい。

本発明の装置は、水素ガスの流路、および／または、酸素ガスの流路に配置されたフィルタを備えてもよい。フィルタの例には、活性炭フィルタやグラスフィルタが含まれる。フィルタは、交換が容易なカートリッジ型のフィルタであってもよい。ガスの流路（図１１ではチューブ１１２）の途中にフィルタ１１１が設けられている例を図１１に示す。

本発明の装置は、水素ガスの流路、および／または、酸素ガスの流路に配置された液トラップや、通気抵抗部材を備えてもよい。ガスの流路（図１１ではチューブ１１２）の途中に、液トラップ１２１および細いチューブ１２２（通気抵抗部材）が配置されている例を図１２に示す。

［実施形態３］
実施形態３では、本発明のガス生成装置の他の一例について説明する。実施形態３のガス生成装置を図１３に模式的に示す。図１３の装置３００は、槽１０、平板状の第１の電極２１、平板状の第２の電極２２、セパレータ２３、および直流電源２４を含む。装置１００と重複する部分の説明は省略する。

装置３００は、装置１００とは異なり、圧力差調節器３０を含まない。また、装置３００の槽１０の形状は、図１Ａに示した槽１０の形状とは異なる。

図１３に示す槽１０は、セパレータ２３（および隔壁１０ａ）によって、第１の槽１１と第２の槽１２とに分けられている。槽１０（第１の槽１１および第２の槽１２）の中には、水性液体２５が配置されている。第１の槽１１中の水性液体２５の液面の上には、第１のガス２６が存在する。第２の槽１２中の水性液体２５の液面の上には、第２のガス２７が存在する。第１の槽１１の上方には、第１の槽１１とつながった筒状部（管状部）１１ａが形成されている。なお、筒状部１１ａには、気液分離部を設けてもよい。また、液トラップ１２１とチューブ１２２との間に水蒸気トラップを配置してもよい。

筒状部１１ａの先端に配置された接続部材５４ａには、チューブ１１２の一端が固定されている。チューブ１１２は、比較的太いチューブである。チューブ１１２の他端は、図１２に示した液トラップ１２１に接続されている。液トラップ１２１には、細いチューブ１２２も接続されている。第１の槽１１から大気中に放出されるガスの通気抵抗を細いチューブ１２２によって高めることができるため、水性液体２５の液面の急激な変動や、液面の脈動を抑制することが可能となる。

第２の槽１２の内部の水平方向の断面積（Ｓ２）は、第１の槽１１の内部の水平方向の断面積（Ｓ１）よりも大きい。そのため、第１の槽１１内の水性液体２５の液面の変位量に比べて、第２の槽１２内の水性液体２５の液面の変位量は小さくなる。水の電気分解によって第２の槽１２で生成される気体を利用する場合について考えると、気体の利用状況によっては第２の槽１２内の第２のガス２７の圧力が高まることがある。そのような場合には、圧力差（ＤＰ）によって、図１３に示すように、第２の槽１２内の水性液体２５の液面が低下する。しかし、断面積（Ｓ２）が大きいため、第２の槽１２内における液面の低下量を小さくできる。その結果、第２のガス２７がセパレータ２３に到達することを防止できる。なお、断面積（Ｓ１）が小さい第１の槽１１では液面の上昇が大きいが、図１３に示すように、水性液体２５は筒状部１１ａを上昇する。筒状部１１ａを充分に高くすることによって、水性液体２５が筒状部１１ａからあふれることを防止できる。なお、筒状部１１ａを形成せずに、第１の槽１１の高さを高くしてもよい。このように、使用する側の槽の断面積を大きくすることによって、気体の混合を防止できる。なお、断面積（Ｓ１）と断面積（Ｓ２）との適正な比は、使用によって生じると予想される圧力差（ＤＰ）から決定できる。

本発明の装置は、水素ガスの流路に配置された容器、および／または、酸素ガスの流路に配置された容器を備えてもよい。この容器は、液トラップとしても機能させることが可能である。この容器には、水性液体（たとえば水などの飲料）が配置される。容器内には、ガスを水性液体中に吹き出させるための管が配置される。水素ガスの流路に容器が配置される場合、容器内の水性液体に水素ガスが吹き出され、水性液体の溶存水素濃度が高くなる。酸素ガスの流路に容器が配置される場合、容器内の水性液体に酸素ガスが吹き出され、水性液体の溶存酸素濃度が高くなる。

実施形態１の装置１００が、上記容器をさらに備える場合の一例について、図１４に模式的に示す。図１４の装置１００ｄは、容器１４０をさらに備える。容器１４０内には、水性液体４４が配置される。容器１４０は、蓋１４０ａを備え、蓋１４０ａには接続部材１４０ｂが設けられている。接続部材１４０を介して、容器１４０の内部空間は大気に開放されている。第２の槽１２の上方の筒状部１２ａと容器１４０とは、チューブ（管）４３によって接続されている。チューブ４３の先端は、容器１４０の底近くに配置されている。

図１４に示すように、第１の電極２１がアノードとなるように第１の電極２１と第２の電極２２との間に電圧を印加すると、第２の電極２２の表面で水素ガスが生成する。生成した水素ガスは、筒状部１２ａおよびチューブ４３を介して水性液体４４中に吹き出す。その結果、水性液体４４の溶存水素濃度が上昇する。この水性液体４４は、溶存水素濃度が高い水性液体、または、酸化還元電位が低い水性液体として利用することができる。さらに、水性液体４４に溶解する水素ガスの量は微量であるため、生成した水素ガスの大部分は水性液体４４に溶解することなく接続部材１４０ｂから放出される。この接続部材１４０ｂに、水素ガスを利用するための部材を接続することによって、水素ガスを利用することができる。すなわち、装置１００ｄによれば、水性液体４４の溶存水素濃度を上昇させるとともに、水素ガスを利用することができる。容器１４０と同様に、チューブ（管）によって筒状部１１ａに接続された容器を設けてもよい。この場合、水性液体の溶存酸素濃度を上昇させるとともに、酸素ガスを利用することができる。

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装置に利用できる。具体的には、本発明は、水素ガス、酸素ガス、水素ガスと酸素ガスとの混合ガスを生成する装置に利用できる。また、本発明は、液体中におけるそれらのガスの溶存濃度を上昇させる装置に利用できる。

１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、２００、３００装置（ガス生成装置）
１０槽
２１第１の電極
２２第２の電極
２３セパレータ
２４直流電源
２８鼻カニューラ
３０、３０ａ圧力差調節器（混合抑制手段）
４３、４６、４７、１１２チューブ
５４ａ、５４ｂ、１４０ｂ接続部材（接続部：接続手段）
９１、９２気液分離膜（気液分離部）
１１１フィルタ
１２１液トラップ
１４０容器

Claims

第１および第２の槽に入れられた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するガス生成装置であって、
セパレータと、
前記セパレータを挟んでつながっている前記第１および第２の槽と、
前記第１の槽に配置された第１の電極と、
前記第２の槽に配置された第２の電極と、
生成された水素ガスおよび酸素ガスから選ばれる少なくとも１つのガスを利用するための部材が直接または間接的に接続される接続部とを含む、ガス生成装置。
ガスを吸入するための吸入用部材が前記接続部に接続され、
前記吸入用部材が、鼻カニューラ、または、ガス吸入用の鼻マスクである、請求項１に記載のガス生成装置。
前記吸入用部材に供給されるガスを、水素ガス、酸素ガス、および水素ガスと酸素ガスとの混合ガスの間で切り替えるための切り替え手段を含む、請求項２に記載のガス生成装置。
前記水性液体の電気分解中において、前記第１の槽内の前記水性液体の液面、または、前記第２の槽内の前記水性液体の液面が低下することによって前記第１の槽内の気体と前記第２の槽内の気体とが混合されることを抑制する混合抑制手段を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス生成装置。
前記混合抑制手段が、前記第１の槽内の気体の圧力と、前記第２の槽内の気体の圧力との圧力差が小さくなるように前記圧力差を調節する圧力差調節器を含む、請求項４に記載のガス生成装置。
前記混合抑制手段が、水素ガスが流れる空間、および、酸素ガスが流れる空間から選ばれる少なくとも１つの空間に設けられた気液分離部を含む、請求項４に記載のガス生成装置。
水素ガスが流れる空間、および、酸素ガスが流れる空間から選ばれる少なくとも１つの空間に設けられたフィルタを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス生成装置。
液体が配置される容器と、
前記少なくとも１つのガスを前記容器内の前記液体中に吹き出させるための管とをさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス生成装置。
生成された水素ガスおよび酸素ガスが、前記吸入用部材の吸入部に到達するまで混合されない、請求項２に記載のガス生成装置。
前記吸入用部材は、水素ガス用の第１の流路と酸素ガス用の第２の流路とを含み、前記第１の流路と前記第２の流路とが前記吸入部に到達するまで分離されている、請求項９に記載のガス生成装置。