JP2016172883A - ガス生成装置およびそれを用いた装置 - Google Patents

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、水性液体が配置される槽と、槽に配置された第１および第２の電極１２１および１２２とを含む。開示されるガス生成装置の一例は、セパレータ１３１を含む仕切り１３０と、水性液体１０が配置される槽１１０と、第１および第２の電極１２１および１２２とを含む。槽１１０は、仕切り１３０で仕切られた第１および第２の槽１１１および１１２を含む。第１の電極１２１は第１の槽１１１に配置されている。第２の電極１２２は第２の槽１１２に配置されている。第１の電極１２１および第２の電極１２２は、セパレータ１３１を挟むように配置されている。【選択図】図１Ａ

Description

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。

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 特開２００７−２８４７３０号公報

このような状況において、本発明の目的の１つは、水を電気分解して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。

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、前記槽に配置された第１および第２の電極とを含む。

本発明のガス生成装置によれば、水を電気分解してガスを容易に得ることができる。

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。 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。 本発明のガス生成装置のその他の一例を模式的に示す断面図である。 本発明のガス生成装置の一部の一例を模式的に示す断面図である。 本発明のガス溶解装置の一例を模式的に示す図である。 本発明のガス溶解装置の他の一例を模式的に示す図である。 本発明のガス吸入装置の一例の一部を模式的に示す図である。 接続部材およびガス吸入用器具の一例を模式的に示す図である。 バッファ部の一例を模式的に示す図である。 バッファ部の他の一例を模式的に示す図である。 バッファ部のそ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。

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。

（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装置である。本発明のガス生成装置は、水性液体が配置される槽（電解槽）と、その槽に配置された第１および第２の電極とを含む。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。

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。

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。

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。

槽（電解槽）は、水性液体（Ａ）を保持できる材料で形成される。槽は、ガラス、樹脂、ゴム、金属、またはこれらの複合体で形成されてもよい。

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、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。

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、平行に対向するように配置されることが好ましい。

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。なお、電圧の印加方向を逆にした場合、第１の電極で酸素ガスが生成され、第２の電極で水素ガスが生成される。

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。

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。

第１の電極および第２の電極の配置に特に限定はない。通常、第１および第２の電極は、対向するように平行に配置される。第１および第２の電極は、鉛直方向に実質的に平行に配置されてもよいし、水平方向に実質的に平行に配置されてもよいし、傾けて配置されてもよい。第１の電極と第２の電極との間に、絶縁性を有するセパレータが配置されてもよい。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。

本発明のガス生成装置の一例は、以下の（Ｓ１）〜（Ｓ３）の構成を有する。
（Ｓ１）ガス生成装置は、セパレータを含む仕切りを含む。
（Ｓ２）槽は、仕切りによって第１の槽と第２の槽とに仕切られている。
（Ｓ３）第１の電極は第１の槽に配置されており、第２の電極は第２の槽に配置されている。

第１の槽には、通常、第１の電極で生成されたガスを放出するための第１のガス放出口が設けられる。また、第２の槽には、通常、第２の電極で生成されたガスを放出するための第２のガス放出口が設けられる。上記（Ｓ１）〜（Ｓ３）の構成を有する装置では、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が、仕切りによって抑制される。そのため、それらのガスを別々に利用できる。

（ガス生成装置（Ｅ））
本発明のガス生成装置の一例の装置（以下では、「ガス生成装置（Ｅ）」または「装置（Ｅ）」という場合がある）は、上記（Ｓ１）〜（Ｓ３）の構成に加えてさらに以下の（Ｓ４）の構成を有する。装置（Ｅ）において、第１の電極と第２の電極とは、セパレータを挟んで対向するように配置されることが好ましい。
（Ｓ４）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の槽と第２の槽とがつながっている接続部が存在する。

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。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の槽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（仕切り）が存在していることが好ましい。

典型的な一例では、仕切りは、鉛直方向に対して実質的に平行に配置される。その場合、第１の槽と第２の槽とは、水平方向に隣接する。この明細書において、「実質的に平行」とは、角度のずれがたとえば５°未満であることを意味する。

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。セパレータを用いることによって、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できる。さらに、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の電極との短絡を防止できる。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。

ガス生成装置（Ｅ）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。

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。

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。

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。

本発明のガス生成装置（Ｅ）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の槽と第２の槽とがつながっている接続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、貫通孔であってもよい。接続部が貫通孔である場合、その貫通孔の断面積は、０．１ｃｍ²〜１０ｃｍ²の範囲（たとえば０．２ｃｍ²〜５ｃｍ²の範囲）にあってもよい。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。

接続部は、第１の槽における水性液体の液面、または、第２の槽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の槽のいずれかの槽における水性液体（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。

水性液体中を上昇する気泡が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。本発明のガス生成装置（Ｅ）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。

（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。

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を含み、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）を利用する。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。

本発明のガス生成装置を含む装置は、ガス生成装置で生成されたガス（水素ガスおよび／または酸素ガスなど）が流れるガス流路を含んでもよい。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所定のガス放出口に接続される。ガス生成装置（Ｅ）を用いる場合、ガス流路の一端は、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。

（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るが、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。

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。

ガス溶解装置は、容器内に配置された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。

（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（水素ガスおよび酸素ガスを含む混合ガスなど）も吸入できる。ガス吸入装置は、本発明のガス生成装置と、吸入用の器具および吸入用の器具が接続される接続部材からなる群より選ばれる少なくとも１つとを含む。ガス生成装置で生成されたガスは、上記少なくとも１つ（吸入用器具および／または接続部材）に流れる。

ガス吸入装置が接続部材を含む場合、接続部材は、ガス生成装置の槽に配置されてもよいし、ガス流路によってガス生成装置のガス放出口に接続されてもよい。ガス放出口を接続部材として用いてもよい。ガス吸入装置が接続部材を含まず吸入用器具を含む場合、吸入用器具はガス生成装置の槽に直接接続されてもよいし、ガス流路によってガス生成装置のガス放出口に接続されてもよい。

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。

ガス吸入装置は、ガス生成装置で生成されたガスを上記少なくとも１つ（吸入用器具および／または接続部材）に導くためのガス流路をさらに含んでもよい。そのガス流路には、ガス流路を流れる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用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。

バッファ部は、利用されるガスが流れるガス流路のみに設けてもよい。たとえば、水素ガスを吸入する場合、水素ガスが流れるガス流路のみにバッファ部を設けてもよい。また、水素ガスが流れるガス流路と酸素ガスが流れるガス流路のそれぞれに、バッファ部を設けてもよい。

なお、ガス吸入装置以外の本発明の装置がバッファ部を含んでもよい。バッファ部を用いることによって、ガスを効率よく利用できる場合がある。

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。

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。

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。

（実施形態１）
実施形態１では、上述したガス生成装置（Ｅ）の一例について説明する。実施形態１のガス生成装置１００の構成を、図１Ａに模式的に示す。装置１００は、槽１１０、第１の電極１２１、第２の電極１２２、セパレータ１３１、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。

仕切り１３０は、セパレータ１３１と、セパレータ１３１の上方に配置された仕切り板１３２とを含む。仕切り１３０は、鉛直方向に対して実質的に平行に配置されている。仕切り１３０によって、槽１１０は、水平方向に隣接する２つの槽（第１の槽１１１および第２の槽１１２）に分けられている。仕切り１３０のうち、セパレータ１３１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。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１３２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。第１の槽１１１の上部には、第１のガス放出口１１１ａが形成されている。第２の槽１１２の上部には、第２のガス放出口１１２ａが形成されている。

第１の電極１２１は第１の槽１１１に配置されている。第２の電極１２２は第２の槽に配置されている。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。セパレータ１３１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。電極１２１、電極１２２、およびセパレータ１３１は、いずれも、水性液体１０が通過可能である。

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１１１ａから水素ガスが放出され、第２のガス放出口１１２ａ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１１１ａから酸素ガスが放出され、第２のガス放出口１１２ａから水素ガスが放出される。以下の実施形態では、第１のガス放出口１１１ａから水素ガスが放出され、第２のガス放出口１１２ａから酸素ガスが放出される場合を例に挙げて説明する。

なお、ガス生成装置の槽は、仕切りで仕切られていなくてもよい。仕切りがないガス生成装置の一例を、図１Ｂに示す。図１Ｂのガス生成装置１００ａは、槽９０、第１の電極１２１、第２の電極１２２、および直流電源１４０を含む。槽９０内には、水性液体１０が配置される。槽９０の上方には、ガス放出口９０ａが形成されている。槽９０は仕切りで仕切られておらず、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は分離されない。そのため、ガス放出口９０ａからは、水素ガスと酸素ガスとを含む混合ガスが放出される。

（実施形態２）
実施形態１の装置１００の仕切り１３０の一部に、接続部が形成されていてもよい。そのような装置の一例を、図２に模式的に示す。図２の装置１０１は、接続部が形成されている点を除いて、装置１００と同じであるため、重複する説明を省略する。

仕切り１３０の一部（仕切り板１３２の一部）には、貫通孔である接続部１３２ａが形成されている。接続部１３２ａは、電極１２１および１２２よりも上方に形成されている。接続部１３２ａの周囲には、上述した抑制手段が形成されていてもよい。そのような抑制手段を備える接続部の一例を、図３に示す。

図３に示すように、接続部１３２ａの下方の仕切り板１３２には、２枚の羽（板）１３２ｂが設けられている。羽１３２ｂは、上に向かって仕切り板１３２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１３２ａを通過することが、羽１３２ｂによって防止される。

水性液体１０の電気分解時において、第１の槽１１１における水性液体１０の液面と、第２の槽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１１１ａ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の槽１１１の上方の空間の圧力が上昇する。その結果、第１の槽１１１における水性液体１０の液面が低下し、第２の槽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１３０に、第１の槽１１１と第２の槽１１２とをつなぐ接続部１３２ａが形成されている。槽１１１および槽１１２のいずれかにおける液面が接続部１３２ａまで低下すると、接続部１３２ａを気体および液体が移動する。その結果、液面が接続部１３２ａよりも低下することを抑制できる。

本発明のガス生成装置（たとえば装置１００、装置１００ａおよび装置１０１）は、ガス吸入装置として用いることができる。そのようなガス吸入装置は、ガス放出口に接続されたガス吸入用器具および／または接続部材（ガス吸入用器具が接続される接続部材）を備える。たとえば、図７に示す吸入用器具３３０がガス放出口に接続されてもよい。図７に示す一例では、吸入用器具４２２は、接続部材４２１およびガス流路３１１を介してガス放出口に接続される。ガス流路３１１は、利用するガスに応じて、所定のガス放出口に接続される。装置１００または１０１を用いる場合、ガス流路３１１は、第１のガス放出口１１１ａおよび／または第２のガス放出口１１２ａに接続される。

（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溶解装置の一例について説明する。実施形態３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３２０を含む。図４および図５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、装置１００や、装置１００ａや、装置１０１であってもよい。

容器３２０は、容器本体３２１、蓋３２２、および攪拌手段３２３を含む。攪拌手段３２３は、容器本体３２１の下部に設けられたモータ部３２４内に配置されたモータ３２３ａと、羽３２３ｂとを含む。モータ３２３ａは、電源（図示せず）に接続され、羽３２３ｂを回転させる。容器本体３２１には、液体１１が配置される。

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１１１ａ）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３２０内の液体１１内に水素ガスが放出されるように、容器本体３２１内に配置される。

容器本体３２１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、容器本体３２１の開口部の面積をできるだけ小さくしてもよい。また、容器本体３２１内の圧力が大気圧よりも高くなるようにしてもよい。たとえば、内圧調整膜や、所定の圧力で開放される弁を用いて、容器本体３２１内の圧力を大気圧よりも高くしてもよい。

羽３２３ｂによって液体１１を攪拌することによって、他端３１１ｂにおいて、ガスを液体１１内に引き込む力が生じる。その結果、ガスが液体１１内に流れやすくなる。また、液体１１が攪拌されることによって、液体１１へのガスの溶解が促進される。このように、攪拌手段を備える装置３００では、液体１１へのガスの溶解を促進できる。その結果、ガス（水素ガスおよび／または酸素ガス）の溶存濃度がより高い液体を短時間で得られやすくなる。

ガス溶解装置は、ガス吸入装置として利用できるものであってもよい。たとえば、ガス放出口に接続されるガス流路の端部に接続される器具を、ガス溶解用の器具（容器）および吸入用器具のどちらにも交換可能としてもよい。あるいは、ガス溶解装置の容器に吸入用器具を接続可能としてもよい。そのようなガス溶解装置の一例を、図５に示す。図５の容器本体３２１内の空間には、ガス生成装置３１０に接続されるガス流路３１１と、下流側３１１ｃが吸入用器具に接続されるガス流路３１１とが接続されている。吸入用器具の例には、実施形態４で説明する吸入用器具が含まれる。

（実施形態４）
実施形態４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４のガス吸入装置４００を図６に示す。装置４００は、ガス生成装置１００、ガス流路３１１、バッファ部４１０を含む。装置４００はさらに、ガス吸入用器具および／または接続部材（ガス吸入用器具が接続される接続部材）を含む。装置４００に含まれるガス生成装置は、ガス生成装置１００以外のガス生成装置であってもよく、本発明の他のガス生成装置（たとえばガス生成装置１００ａやガス生成装置１０１）であってもよい。

ガス流路３１１の下流側３１１ｃには、ガス吸入用器具、または、ガス吸入用器具が接続される接続部材が接続される。装置４００に含まれる接続部材の一例を図７に示す。図７の接続部材４２１は、ガス流路３１１と、ガス吸入用器具４２２とを接続する。ガス吸入用器具４２２は、たとえば鼻カニューラである。

ガス流路３１１は、利用するガスに応じたガス放出口に接続される。なお、２つのガス流路を第１および第２のガス放出口に接続し、利用するガスを、水素ガス、酸素ガス、水素ガスと酸素ガスとの混合ガスに切り替えることができるようにしてもよい。その場合、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３３０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。

バッファ部４１０は、ガス流路３１１を流れるガスの圧力が上昇したときに体積が増大し、当該ガスの圧力が低下したときに体積が減少する。バッファ部４１０の一例を図８（ａ）に示す。図８（ａ）のバッファ部４１１は、薄い弾性体（たとえばゴム）からなるチューブである。バッファ部４１１は、ガス流路３１１の一部を構成するようにガス流路３１１に配置される。ガス流路３１１を流れるガスの圧力が上昇すると、図８（ｂ）に示すように、バッファ部４１１はバルーン状に膨らむ。一方、ガス流路３１１を流れるガスの圧力が低下すると、図８（ｃ）に示すように、バッファ部４１１の体積は減少する。

バッファ部４１０の他の一例を図９（ａ）に示す。図９（ａ）のバッファ部４１２は、薄い弾性体（たとえばゴム）からなるバルーンである。バッファ部４１２は、ガス流路３１１に接続される。ガス流路３１１を流れるガスの圧力が上昇すると、図９（ｂ）に示すように、バッファ部４１２は球状に膨らむ。一方、ガス流路３１１を流れるガスの圧力が低下すると、図９（ｃ）に示すように、バッファ部４１２の体積は減少する。

バッファ部４１０の他の一例を図１０（ａ）に示す。図１０（ａ）のバッファ部４１３は、柔軟性を有する薄いフィルム（たとえば樹脂フィルム）からなるチューブ４１３ａと、ストッパ４１３ｂとを含む。ストッパ４１３ｂはチューブ４１３ａを囲むように設けられており、チューブ４１３ａの膨張を制限する。チューブ４１３ａは、ガス流路３１１の一部を構成するようにガス流路３１１に配置される。チューブ４１３ａは、膨張が可能なように、たるんだ状態でガス流路３１１に配置される。ガス流路３１１を流れるガスの圧力が上昇すると、図１０（ｂ）に示すように、チューブ４１３ａはバルーン状に膨らむ。一方、ガス流路３１１を流れるガスの圧力が低下すると、図１０（ｃ）に示すように、チューブ４１３ａの体積は減少する。

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。

１０ 水性液体
１００、１００ａ、１０１ ガス生成装置
１１０ 槽
１１１ 第１の槽
１１１ａ 第１のガス放出口
１１２ 第２の槽
１１２ａ 第２のガス放出口
１２１ 第１の電極
１２２ 第２の電極
１３０ 仕切り
１３１ セパレータ
１３２ 仕切り板
１３２ａ 接続部
１３２ｂ 羽（抑制手段）
１４０ 直流電源
３００ ガス溶解装置
３１１ ガス流路
３１２ 接続部材
３２３ 攪拌手段
４００ ガス吸入装置
４１０ バッファ部
４２１ 接続部材
４２２ ガス吸入用器具

Claims (8)

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、前記槽に配置された第１および第２の電極とを含む、ガス生成装置。
2. セパレータを含む仕切りをさらに含み、
   前記槽は、前記仕切りによって第１の槽と第２の槽とに仕切られており、
   前記第１の電極は前記第１の槽に配置されており、
   前記第２の電極は前記第２の槽に配置されており、
   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の槽と前記第２の槽とがつながっている接続部が存在する、請求項１に記載のガス生成装置。
3. 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２に記載のガス生成装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス生成装置を含み、
   前記ガス生成装置で生成されたガスを利用する、装置。
5. ガス流路と液体が配置される容器とをさらに含み、
   前記ガス流路は、前記ガス生成装置で生成された前記ガスを、前記容器内に配置された前記液体中に導く、請求項４に記載の装置。
6. 前記容器内の前記液体を攪拌する攪拌手段をさらに含む、請求項５に記載の装置。
7. 吸入用の器具、および、吸入用の器具が接続される接続部材からなる群より選ばれる少なくとも１つをさらに含み、
   前記ガス生成装置で生成された前記ガスが前記少なくとも１つに流れる、請求項４に記載の装置。
8. 前記ガス生成装置で生成された前記ガスを前記少なくとも１つに導くためのガス流路をさらに含み、
   前記ガス流路を流れる前記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前記ガス流路に設けられている、請求項７に記載の装置。

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