JP5311245B2 - ガス生成装置およびガス生成方法ならびにそれらを用いた装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガス生成装置およびガス生成方法、ならびにそれらを用いた装置および方法に関する。

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２００７−２８４７３０号公報の装置では、アルカリ電解水の電気分解を行うことによって、水素ガスと酸素ガスとが生成される。この装置では、等圧になるように制御された水素ガスと酸素ガスとが外部（下流側）に供給される。具体的には、水素ガスの圧力が３．５ｋｇ／ｃｍ²に到達したときに水素ガスが下流側に流され、酸素ガスの圧力が３．５ｋｇ／ｃｍ²に到達したときに酸素ガスが下流側に流される。特開２００７−２８４７３０号公報の装置では、水素ガス用の気液分離タンクの圧力と、酸素ガス用の気液分離タンクの圧力とが等しくなるように調整される（特開２００７−２８４７３０号公報の［００２５］段落）。

特開２００７−２８４７３０号公報の装置では、電解槽に加えて、気液分離タンク、中間タンク、水素ガスの圧力と酸素ガスの圧力とを等しくするための等圧器、などが必要であり、構造が複雑である。また、特開２００７−２８４７３０号公報の装置では、電解槽を満たすように電解液がポンプで供給されている（［００２０］段落）。すなわち、特開２００７−２８４７３０号公報の装置では、電解槽は常に電解液で満たされている。

特開２００４−１４３５０８号公報 特開２００７−２８４７３０号公報

水素ガスが生成される槽と酸素ガスが生成される槽とを多孔性の膜で仕切っている装置において、電気分解される水溶液の液面がその膜の位置まで低下すると、水素ガスと酸素ガスとが混合されてしまう可能性がある。それらのガスが混合された場合、高い純度の水素ガスおよび酸素ガスを得ることができなくなってしまう。また、電気分解される水溶液の液面が低下して電極が露出すると、電気分解の効率が低下してしまう。

このような状況において、本発明の目的の１つは、電気分解される水性液体の液面の低下を簡単に制限できる、新規なガス生成装置およびガス生成方法を提供することにある。また、本発明の目的の他の１つは、本発明のガス生成装置およびガス生成方法を用いた新規な装置および方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、第１のガス生成装置を提供する。この第１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、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、および、前記第２の槽内の前記水性液体の液面からなる群より選ばれる少なくとも１つの液面の低下を制限する制限手段とを含む。

さらに、本発明は、第２のガス生成装置を提供する。この第２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の電極とを含み、前記水性液体の電気分解中において、前記第１の槽内の気体の圧力よりも前記第２の槽内の気体の圧力が高くなったときに前記第２の槽内の前記水性液体の液面の低下が制限される形状を、前記第１および第２の槽が有する。

さらに、本発明は、液体中における所定のガスの溶存濃度を上昇させる装置を提供する。この装置は、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を前記液体に接触させる手段とを含む。

さらに、本発明は、ガス生成方法を提供する。そのガス生成方法は、（ｉ）セパレータを挟んでつながっている第１および第２の槽に水性液体を配置する工程と、（ii）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の電極との間に電圧を印加することによって前記水性液体を電気分解する工程とを含み、前記（ii）の工程において、前記第１の槽内の前記水性液体の液面、および、前記第２の槽内の前記水性液体の液面からなる群より選ばれる少なくとも１つの液面の低下を制限する。

さらに、本発明は、所定のガスの溶存濃度が高い液体を製造する方法を提供する。その製造方法は、（Ｉ）本発明のガス生成方法でガスを生成する工程と、（II）前記ガスを液体に接触させる工程とを含む。

本発明のガス生成装置およびガス生成方法によれば、槽内の液体の液面が低下することによって生じる障害、たとえば、ガスの混合や、電気分解の効率の低下といった障害を簡単に防止できる。すなわち、本発明の装置および方法によれば、純度が高いガスを効率よく得ることが可能である。また、本発明のガス生成装置によれば、所定のガスを簡単に生成できる。また、本発明の方法および装置によれば、所定のガスの溶存濃度が高い水性液体を簡単に得られる。

本発明の装置の一例を示す模式図である。 図１に示した装置の圧力差調節器を示す断面図である。 図２Ａに示した圧力差調節器の使用状態の一例を示す断面図である。 ヒータを備える圧力差調節器の一例を示す断面図である。 図１に示した装置の使用状態の一例を示す模式図である。 本発明が解決しようとする課題を示す模式図である。 本発明の装置で用いられる圧力差調節器の一例を示す断面図である。 図５Ａに示した圧力差調節器の１つの部品を示す図である。 図５Ａに示した圧力差調節器の他の部品を示す図である。 図５Ａに示した圧力差調節器のその他の部品を示す図である。 本発明の装置の他の一例について、使用状態の一例を示す模式図である。 本発明の装置で用いられる圧力差調節器の他の一例を示す断面図である。 本発明の装置で用いられる圧力差調節器のその他の一例を示す断面図である。 本発明の装置で用いられる圧力差調節器のその他の一例を示す断面図である。 図７Ｃに示した圧力差調節器の断面図である。 図７Ｃに示した圧力差調節器の他の断面図である。 図７Ｃに示した圧力差調節器の他の断面図である。 本発明の装置で用いられるガス分配器の一例を示す断面図である。 図８Ａに示したガス分配器の断面図である。 図８Ａに示したガス分配器の機能を示す断面図である。 本発明の装置で用いられる電極の一例を示す図である。 電極およびセパレータの配置の一例を示す図である。 本発明の装置のその他の一例を示す模式図である。 図１０に示した装置の使用状態の一例を示す模式図である。 本発明の装置のその他の一例の一部を示す模式図である。 図１２Ａに示した装置の他の一部を示す模式図である。 図１２Ａおよび図１２Ｂに示した装置の使用状態の一例を示す模式図である。 本発明の装置のその他の一例を示す模式図である。 ガスの溶存濃度を上昇させる装置に用いられる槽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（ガス発生装置）］
本発明の第１および第２のガス生成装置に共通する事項について説明する。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ガスを生成する。この装置は、セパレータ、第１の槽、第２の槽、第１の電極、および第２の電極を含む。

本発明の装置は、水性液体中の溶媒を電気分解することによって、所定の気体を生成することができる。具体的には、本発明の第１のガス生成装置は、水性液体中の溶媒を電気分解することによって、第１および第２のガスを生成することができる。同様に、本発明の第２のガス生成装置は、水性液体中の溶媒を電気分解することによって、第１および第２のガスを生成することができる。たとえば、本発明の装置は、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することができる。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、水素ガスおよび酸素ガス生成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。本発明の効果が得られる限り、水性液体（Ａ）は、水以外の溶媒（たとえばアルコール）を含んでもよい。水性液体（Ａ）の溶媒に占める水の割合は、通常、５０重量％以上（たとえば８０重量％以上や９５重量％以上や１００重量％）である。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）がアルコールを含む場合、水性液体中の水およびアルコールを電気分解することによって、炭酸ガス（二酸化炭素）および水素ガスを少なくとも生成することが可能である。アルコールとしては、たとえば、メタノール、エタノール、プロパノール、およびブチルアルコールからなる群より選ばれる少なくとも１つを用いることができる。水性液体（Ａ）がメタノールを含む場合の電極反応の例としては、たとえば以下の反応が挙げられる。
（アノード）ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^-
（カソード）６Ｈ⁺＋６ｅ^-→３Ｈ₂
（トータル）ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋３Ｈ₂

この炭酸ガス発生に使用する水性液体（Ａ）中のアルコール濃度に特に限定はなく、たとえば０．１ｍｏｌ／Ｌ〜１０ｍｏｌ／Ｌの範囲にあり、好ましくは１ｍｏｌ／Ｌ〜５ｍｏｌ／Ｌの範囲にある。

以上のように本発明のガス生成装置は、炭酸ガスを生成する装置、または、炭酸ガスおよび水素ガスを生成する装置として利用することもできる。なお、アルコールを含む水性液体（Ａ）を電気分解する場合、炭酸ガスおよび水素ガスに加えて、酸素ガスが生成される場合がある。

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-）を含有する塩が含まれる。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。

純度が高い酸素ガスを得るには、塩素イオンを含まない水性液体（Ａ）を用いることが好ましい。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、水性液体（Ａ）の電気分解時に塩素ガスが生成されることを抑制できる。塩素イオンを含まない水性液体（Ａ）は、たとえば、逆浸透膜で得た逆浸透水に塩素を含まない塩（たとえば硫酸カリウム等）を溶解させることによって得ることができる。純度が高いガスを用いることによって、所定のガス（水素ガス、酸素ガス、または炭酸ガス）の溶存濃度が高く他のガスの溶存濃度が低い水性液体を得ることが可能になる。

第１および第２の槽内の水性液体（Ａ）が電気分解によって減少した場合、減少した分の水性液体（たとえば水）を電気分解中に追加してもよい。しかし、電気分解中に水性液体を追加する場合には、装置が複雑になる。そのため、典型的な一例では、電気分解中において、水性液体（たとえば水）は、追加されない。

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。このような問題を回避するため、本発明の装置は、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、および、第２の槽内の水性液体（Ａ）の液面からなる群より選ばれる少なくとも１つの液面の低下を制限する制限手段（または構造）を含む。一例では、水性液体（Ａ）の液面が特定の部材に到達することが、制限手段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。

制限手段は、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防止する手段であってもよい。以下では、そのような制限手段を、「混合防止手段」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、後述する第２のガス生成装置では、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、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、酸素ガスが発生する電極（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の電極および第２の電極のそれぞれは、鉛直方向に沿ってストライプ状に配置された複数の線状の電極を含んでもよい。このような電極を用いることによって、電極の表面で発生したガスは、鉛直方向に上昇しやすくなる。第１および第２の電極は、それぞれ、櫛歯状の電極であってもよい。電極の表面で発生したガス（気泡）を速やかに上昇させるため、線状の電極の表面は、平らであるよりも湾曲している方が好ましい。従って、線状の電極の断面は、四角形であるよりも円形である方が好ましい。隣接する２つの線状の電極間の距離Ｌは、１．５ｍｍ以下であってもよい。距離Ｌは、たとえば、０．１ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲にあってもよい。距離Ｌを１．５ｍｍ以下とすることによって、電極表面で発生したガスが電極表面に滞留することを特に抑制できる。

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、線状の電極表面で発生したガスは、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。

また、電極表面で発生したガスがセパレータとは反対側に流れるような構造を有する電極を用いてもよい。たとえば、水平方向に対して傾いている貫通孔が形成された電極を用いてもよい。そのような電極の例には、エクスパンドメタルを用いた電極が含まれる。そのような電極は、電極とセパレータとが接触している場合に特に好ましく用いられる。

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。このような構成によれば、単位容積あたりの電極面積を増やすことができ、電極間の抵抗を下げることができる。そのため、この構成ではジュール熱の発生量を小さくでき、水性液体（Ａ）の温度が上昇しにくくなる。すなわち、この構成では、発熱量を増大させずに電流量を増やすことが可能である。

本発明の装置において、圧力差（ＤＰ）が生じると、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）の液面とが変化する。具体的には、第１の槽内の気体の圧力が第２の槽内の気体の圧力よりも高くなると、第１の槽内の水性液体（Ａ）の液面が低下し、第２の槽内の水性液体（Ａ）の液面が上昇する。第１の槽内の水性液体（Ａ）の液面がセパレータに到達すると、第１の槽内にある圧力が高い気体は、セパレータを通過してしまう。その結果、第１の槽内の気体と第２の槽内の気体とが混合される。すなわち、水性液体（Ａ）の液面の一部（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する場合がある。また、水性液体（Ａ）の液面の一部が低下することによって、第１の電極または第２の電極が露出し、電気分解の効率が低下する場合がある。本発明の装置は、このような液面の低下を制限する手段および／または構造を有する。それらの制限手段および構造について、以下に説明する。

［第１のガス生成装置］
第１のガス生成装置の一例では、制限手段が、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（圧力差調節手段）を含む。この圧力差調節器（圧力差調節手段）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。１つの観点では、この圧力差調節器は、第１の槽内の水性液体の液面が特定の部材（Ｓ）に到達すること、および、第２の槽内の水性液体の液面が特定の部材（Ｓ）に到達すること、を防止する機器（手段）である。また、別の観点では、この圧力差調節器は、第１の槽内の気体が特定の部材（Ｓ）に到達すること、および、第２の槽内の気体が特定の部材（Ｓ）に到達すること、を防止する機器（手段）である。

１つの観点では、本発明の第１のガス生成装置は、セパレータ、第１の槽、第２の槽、第１の電極、第２の電極、および圧力差調節器（圧力差調節手段）を含む。この圧力差調節器によって、第１の槽内の気体と第２の槽内の気体との混合を防止できる。すなわち、圧力差調節器の一例は、混合防止手段として機能する。

圧力差（ＤＰ）を調節できるものである限り、圧力差調節器に特に限定はない。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。容器（Ｂ）を加熱する温度に限定はなく、４０〜１００℃の範囲（たとえば５０〜８０℃の範囲や６０〜７０℃の範囲）にあってもよい。また、本発明の装置は、容器（Ｂ）以外のガスの流路を加熱するヒータを含んでもよい。

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。

第１の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、気液分離部は混合防止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、本発明の第１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、本発明の第１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。

本発明の第１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のガス生成装置］
第２のガス生成装置では、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のガス生成装置では、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、上記制限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のガス生成装置の一例では、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、第１の槽において生成される第１のガスの流路には、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、第１の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内径は、０．１ｍｍ〜４ｍｍの範囲にあってもよく、たとえば０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲や０．３ｍｍ〜１ｍｍの範囲にあってもよい。また、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。管の長さは、内径に応じて適当な長さとすればよい。たとえば、通気抵抗部材内の流路の直径または断面積が上記範囲のいずれかにある場合、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。通常、通気抵抗部材内の流路の断面積が大きいほど、当該流路を長くすることが必要になる。

また、本発明の第２のガス生成装置は、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のガス生成装置において、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のガス生成装置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のガス生成装置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、第１のガス生成装置に含まれる構成を第２のガス生成装置に適用してもよく、第２のガス生成装置に含まれる構成を第１のガス生成装置に適用してもよい。

第２のガス生成装置は、第１のガス生成装置で説明した圧力差調節器（圧力差調節手段）や気液分離部を必要としない。ただし、本発明の第２のガス生成装置は、本発明の第１のガス生成装置で用いられる混合防止手段を含んでもよい。たとえば、本発明の第２のガス生成装置は、本発明の第１のガス生成装置で用いられる圧力差調節器または気液分離部を含んでもよい。別の観点では、本発明の第１のガス生成装置の第１および第２槽の形状を、第２のガス生成装置で用いられる第１および第２の槽の形状としてもよい。たとえば、圧力差調節器または気液分離部を備える本発明の第１のガス生成装置において、第１および第２の槽のいずれか一方の断面積を、他方の槽の断面積よりも大きくしてもよい。

本発明の第１および第２のガス生成装置は、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のヒータは、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。２つの流路は、槽の上部側に接続される。通常、２つの流路を除いて、槽は気密にされる。液トラップを用いることによって、流路で生じた結露をトラップすることが可能である。また、液トラップを用いることによって、何らかの理由で水性液体（Ａ）が流路を流れたときに、その水性液体（Ａ）をトラップできる。

通気抵抗部材を含む装置では、通気抵抗部材の上流側の流路に液トラップを配置することが好ましい。たとえば、気液分離部と通気抵抗部材とを含む装置では、気液分離部と通気抵抗部材との間の流路に液トラップを配置することが好ましい。液トラップおよび通気抵抗部材を含む装置では、液トラップと通気抵抗部材との間の流路に水蒸気トラップを配置してもよい。

圧力差調節器を含むガス生成装置において、水蒸気トラップは、圧力差調節器の上流側に配置されてもよい。たとえば、水蒸気トラップは、電気分解が行われる槽と圧力差調節器との間の流路に配置されてもよい。

本発明の第１および第２のガス生成装置は、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。第１のガス生成装置では、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。ガスを分けることによって、一度に複数の機器および／または用途にガスを利用できる。仕切りには、圧力差調節器の一例で説明した仕切りと同様の仕切りを用いることができる。

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。すなわち、本発明の装置は、分配器の内部（たとえば分配器の容器の内部）を加熱するためのヒータをさらに備えてもよい。ヒータは、分配器の内部または分配器の外部に配置される。また、本発明の装置は、分配器の上流側（たとえば、圧力差調節器と分配器との間）に配置された水蒸気トラップを備えてもよい。

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。

また、別のガス生成方法は、連結部で連結された第１および第２の槽中の水性液体（Ａ）の電気分解中に、第１の槽内の水性液体の液面が低下して連結部に到達すること、および、第２の槽内の水性液体の液面が低下して連結部に到達することを防止する。この方法が実施される装置は、連結部にセパレータがないことを除いて、第１のガス生成装置または第２のガス生成装置と同じである。この方法および装置で用いられる槽の例には、Ｈ字管が含まれる。

［所定のガスの溶存濃度を上昇させる装置］
本発明のガス生成装置（たとえば第１のガス生成装置および第２のガス生成装置）で生成されたガスを、液体に接触させることによって、当該液体中における所定のガスの溶存濃度を上昇させることができる。そのため、本発明のガス生成装置は、液体中における所定のガスの溶存濃度を上昇させる装置として利用できる。以下では、当該装置を「装置（Ａ）」という場合がある。また、以下では、ガスと接触させる前の液体を「液体（Ｌ１）」といい、ガスと接触させた後の液体を「液体（Ｌ２）」という場合がある。別の観点では、本発明のガス生成装置は、所定の物性を有する液体（Ｌ２）の製造装置として利用できる。たとえば、所定のガスの溶存濃度および／または酸化還元電位（ＯＲＰ）が所定の範囲にある液体（Ｌ２）の製造装置として利用できる。すなわち、装置（Ａ）についての説明は、液体（Ｌ２）の製造装置の説明として読み替えることができる。

液体（Ｌ２）は、液体（Ｌ１）と、本発明のガス生成装置で生成されたガスとを接触させ、それによって液体（Ｌ１）の物性を変化させることによって製造される。本発明のガス生成装置で生成されるガスと接触することによって物性が変化する液体である限り、液体（Ｌ１）に限定はない。液体（Ｌ１）の一例は、水を含む水性液体であり、水以外の溶媒（たとえばアルコール）を含んでもよい。液体（Ｌ１）が水性液体である場合、その溶媒に占める水の割合は、通常、５０重量％以上（たとえば８０重量％以上や９５重量％以上や１００重量％）である。液体（Ｌ１）の一例は水である。

装置（Ａ）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を液体（Ｌ１）に接触させる手段とを備える。当該手段に限定はなく、たとえば、ガスを液体（Ｌ１）中に噴出させるための流路を含んでもよい。たとえば、当該手段は、液体（Ｌ１）中にガスを噴出させるためのチューブを備えてもよい。このチューブによって、ガスのバブリングが可能になる。あるいは、当該手段は、ガス生成装置で生成されたガスを保持するための容器と、その容器内に液体（Ｌ１）を配置するための装置とを含んでもよい。たとえば、当該手段は、ガス生成装置で生成されたガスを保持するための容器と、その容器内に液体（Ｌ１）を噴霧するための噴霧装置とを含んでもよい。

装置（Ａ）は、液体（Ｌ１）を配置するための槽を備えてもよい。この槽は、大気が液体（Ｌ１）に溶解することを防止するための手段を備えてもよい。たとえば、この槽は、槽の内圧が外圧（通常は大気圧）よりも高い状態のときのみに開放する弁を備えてもよい。そのような弁を用いることによって、槽の外の気体（通常は大気）が槽内に混入することを抑制できる。この弁の作動圧を高い圧力に設定することによって、所定のガスの溶存濃度をさらに高めることができる。また、槽には、槽の内部と外部とを通じさせる微細な貫通孔が形成されていてもよい。そのような微細な貫通孔のみによって槽の内部と外部とを通じさせることによって、槽内の気体の圧力が高まったときに、槽内の気体をゆっくりと外部に放出することが可能である。

液体（Ｌ２）の溶媒は、通常、液体（Ｌ１）の溶媒と同じである。たとえば、液体（Ｌ２）は、水を含む水性液体であってもよく、水以外の溶媒（たとえばアルコール）を含んでもよい。液体（Ｌ２）が水性液体である場合、その溶媒に占める水の割合は、通常、５０重量％以上（たとえば８０重量％以上や９５重量％以上や１００重量％）である。典型的には、液体（Ｌ２）は、特定の物性を有する水または水溶液である。

本発明のガス生成装置は、水素ガス、酸素ガス、および炭酸ガスから選ばれる少なくとも１つのガスを生成することができる。ガス生成装置で生成された水素ガスと水性液体とを接触させることによって、溶存水素濃度が高い水性液体、たとえば水素リッチ水、が得られる。また、ガス生成装置で生成された酸素ガスと水性液体とを接触させることによって、溶存酸素濃度が高い水性液体、たとえば酸素リッチ水、が得られる。また、ガス生成装置で生成された炭酸ガスと水性液体とを接触させることによって、溶存二酸化炭素濃度が高い水性液体、たとえば炭酸水、が得られる。すなわち、本発明の装置によれば、水素リッチ水、酸素リッチ水および炭酸水を製造できる。

本発明のガス生成装置で生成された水素ガスと、液体（Ｌ１）とを接触させた場合、液体（Ｌ１）中の溶存水素濃度が高くなる。その結果、液体（Ｌ１）のｐＨを大きく変えることなく、液体（Ｌ１）中の酸化還元電位（ＯＲＰ）を低下させることができる。たとえば、水素ガスを水と接触させることによって、その水のＯＲＰを、−３００ｍＶ以下や、−４００ｍＶ以下や、−５００ｍＶ以下や、−６００ｍＶ以下にすることができる。その場合も、ｐＨの変化を抑制することが可能である。たとえば、液体（Ｌ１）（たとえば水）のｐＨが６〜８の範囲（たとえば５〜９の範囲）にあった場合、ｐＨを６〜８の範囲（たとえば５〜９の範囲）としたままで液体（Ｌ１）のＯＲＰを低減することが可能である。装置（Ａ）を用いることによって、ｐＨが１．５〜１２．５の範囲にあり、ＯＲＰが１００〜−８００ｍＶの範囲にある液体（Ｌ２）（たとえば水）を容易に製造できる。ＯＲＰの下限に限定はないが、一例では、−８５０ｍＶである。

水性液体の温度が低いほど、水性液体中の溶存水素濃度を高めることができる。たとえば、本発明のガス生成装置を用いることによって、室温（２５℃）の水の溶存水素濃度を０．８ｐｐｍ（重量比）以上や１．２ｐｐｍ以上とすることが可能であり、温度が０℃の氷水の溶存水素濃度を１．０ｐｐｍ以上や１．５ｐｐｍ以上とすることが可能である。また、本発明のガス生成装置を用いることによって、水道水に含まれる残留塩素濃度を低くすることも可能である。たとえば、残留塩素濃度が０．５ｐｐｍである水道水を水素ガスと接触させることによって、残留塩素濃度が０．１ｐｐｍ以下の水素リッチ水を得ることが可能である。すなわち、本発明の装置で水道水を処理することによって、残留塩素濃度が低い水素リッチ水を得ることができる。

本発明のガス生成装置で生成された酸素ガスと液体（Ｌ１）とを接触させた場合、液体（Ｌ１）中に酸素が溶け込み、溶存酸素濃度が高くなる。そのため、液のｐＨを実質的に変えることなく、酸素濃度が高い酸素リッチ水を生成することが可能である。たとえば、液体（Ｌ１）（たとえば水）のｐＨが６〜８の範囲（たとえば５〜９の範囲）にあった場合、ｐＨを６〜８の範囲（たとえば５〜９の範囲）としたままで液体（Ｌ１）の酸素濃度を高めることができる。装置（Ａ）を用いることによって、ｐＨが１．５〜１２．５の範囲にあり、酸素濃度が１０ｐｐｍ〜４０ｐｐｍの範囲にある液体（Ｌ２）（たとえば水）を容易に製造できる。また、本発明の装置を用いることによって、水道水に含まれる残留塩素濃度を低くすることも可能である。たとえば、残留塩素濃度が０．５ｐｐｍである水道水を酸素ガスと接触させることによって、残留塩素濃度が０．１ｐｐｍ以下の酸素リッチ水を得ることが可能である。すなわち、本発明の装置で水道水を処理することによって、残留塩素濃度が低い酸素リッチ水を得ることができる。

本発明のガス生成装置で生成されたガスを液体（Ｌ１）と接触させる方法に限定はない。たとえば、ガスが存在する容器内で液体（Ｌ１）を噴霧してもよい。あるいは、液体（Ｌ１）の中をガスの気泡が流れるようにしてもよい。この場合、ガスの溶解を促進させるために、ガスの泡が小さくなるようにすることが好ましい。また、ガスの泡が液体（Ｌ１）中に長時間滞留することが好ましい。そのようにするために、装置（Ａ）は、液体（Ｌ１）中でのガスの滞留時間を長くするための構造を含んでもよい。換言すれば、装置（Ａ）は、液体（Ｌ１）中におけるガスの上昇速度を低下させるための構造を含んでもよい。たとえば、装置（Ａ）は、液体（Ｌ１）が入れられる槽内に配置された障壁を含んでもよい。その障壁は、ガスの泡を透過させない。また、その障壁は、その表面が水平に対して斜めになるように配置されている。一例では、障壁の表面と水平とがなす角度は、５°〜４０°の範囲にある。障壁は、複数の板が、傾きが交互に逆になるように垂直方向に並んで配置された構成を有していてもよい。また、障壁は、らせん状であってもよい。ガス生成装置で生成されたガスが、液体（Ｌ１）中に放出されると、当該ガスの泡は液体（Ｌ１）中を上昇する。障壁は、ガスの泡が上昇時に通過する位置に配置される。障壁が存在する場合、障壁によって泡の上昇が妨げられる。泡は、障壁の下面に沿ってゆっくり上昇する。その結果、液体（Ｌ１）中に泡が滞留する時間が長くなり、ガスの溶存濃度の上昇速度を高めることができる。

［ガス生成方法］
本発明のガス生成方法は、上記ガス生成装置で実施される方法である。そのため、本発明のガス生成装置について説明した事項は、本発明のガス生成方法に適用できる。また、本発明のガス生成方法について説明した事項は、本発明のガス生成装置に適用できる。

本発明のガス生成方法は、工程（ｉ）および工程（ii）を含む。工程（ｉ）では、セパレータを挟んでつながっている第１および第２の槽に水性液体（Ａ）が配置される。工程（ii）では、第１の槽に配置された第１の電極と第２の槽に配置された第２の電極との間に電圧を印加することによって水性液体（Ａ）が電気分解される。そして、工程（ii）において、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）の液面から選ばれる少なくとも１つの液面の低下が制限される。たとえば、第１の槽内の水性液体（Ａ）の液面が低下して特定の部材（Ｓ）に到達すること、および、第２の槽内の水性液体（Ａ）の液面が低下して特定の部材（Ｓ）に到達すること、が防止される。この防止には、上記の制限手段を用いることができ、たとえば、上記の圧力差調節器（圧力差調節手段）を用いることができる。

［所定のガスの溶存濃度が高い液体の製造方法］
本発明の方法および装置は、所定のガスの溶存濃度が高い液体の製造方法に利用できる。具体的には、水素ガス、酸素ガスおよび炭酸ガスから選ばれる少なくとも１つのガスの溶存濃度が高い液体の製造方法に利用できる。この製造方法によれば、水素リッチ水、酸素リッチ水、および炭酸水を製造できる。この製造方法は、本発明のガス生成方法またはガス生成装置を用いてガスを生成させる工程（工程（Ｉ））と、生成されたガスを液体（Ｌ１）に接触させる工程（工程（II））とを含む。この製造方法は、本発明の装置（Ａ）で実施される方法である。そのため、本発明の装置（Ａ）について説明した事項は、この方法に適用できる。別の観点では、この製造方法は、液体中における所定のガスの溶存濃度を上昇させる方法であり、その方法は、工程（Ｉ）および（II）を含む。

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、圧力差調節器を含む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１に模式的に示す。図１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、および圧力差調節器３０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。また、以下では、水性液体２５の電気分解によって水素ガスおよび酸素ガスが生成される場合について説明する。

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、水が電気分解され、酸素ガスと水素ガスとが生成される。具体的には、アノードの表面で酸素ガスが生成し、カソードの表面で水素ガスが生成される。

圧力差調節器３０の断面図を図２Ａ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。排出口４１ｂは大気に開放されている。流入口４１ａは、図１の流路２８を介して第１の槽１１に接続されている。装置１００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流路２８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を通じて大気中に放出される。

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。排出口４２ｂは大気に開放されている。流入口４２ａは、図１の流路２９を介して第２の槽１２に接続されている。装置１００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流路２９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を通じて大気中に放出される。

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２Ｂ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。

図２Ｃに示すように、圧力差調節器３０は、容器４０の周囲に配置されたヒータ３２を備えてもよい。ヒータ３２で容器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。

仕切り３１が流入口および／または排出口を塞ぐために必要な圧力差（ＤＰ）は、流入口および／または排出口と仕切りとの間の距離や、仕切り３１の材料および厚さ等によって変えることができる。たとえば、流入口および／または排出口と仕切り３１との間の距離を小さくすることによって、小さい圧力差（ＤＰ）で、流入口および／または排出口を仕切り３１によって塞ぐことが可能になる。また、柔軟性が高い材料で仕切り３１を形成したり、仕切り３１を薄くしたりすることによって、小さい圧力差（ＤＰ）で、流入口および／または排出口を仕切り３１によって塞ぐことが可能になる。

本発明の装置で得られた水素ガスでバブリングを行う場合の一例について、図３を参照しながら説明する。図３の装置は、装置（Ａ）の一例である。図３に示すように、この一例では、排出口４２ｂにチューブ４３が接続され、チューブ４３の先端が、液体４４の中に入れられている。液体４４は、水素ガスのバブリングが行われる液体であり、槽４５に入れられている。チューブ４３の先端は、親水性であることが好ましく、特に、親水性の多孔質であることが好ましい。そのような先端を用いることによって、気体を細かい泡状にして放出しやすくなる。排出口４１ｂは、大気に開放されている。チューブ４３の内面は撥水性であってもよく、それによってチューブ４３の内部に液体４４が進入することを抑制できる。

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、流路２９およびチューブ４３を通って液体４４中に放出される。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、図２Ｂに示すように、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２Ｂ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。

圧力差調節器３０が存在しない場合、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）が大きくなりすぎる場合がある。圧力差（ＤＰ）は、第１の槽１１内の水性液体２５の液面と、第２の槽１２内の水性液体２５の液面との差をもたらす。圧力差（ＤＰ）が大きすぎる場合、図４に示すように、一方の液面がセパレータ２３の位置まで下がってしまう。この状態では、圧力が高い方のガスがセパレータを通過して第１のガスと第２のガスとが混合される。また、圧力が高い方のガスしか使用しない場合でも、当該ガスが他方のガスの流路から流れてしまうため、当該ガスの利用可能な量が減ってしまう。このような問題を防止するには、水性液体２５の液面がセパレータ２３の位置まで下がることを防止することが重要である。

［圧力差調節器の例］
圧力差調節器３０の一例の断面図を図５Ａに示す。図５Ａの圧力差調節器３０は、仕切り３１、および容器４０を含む。容器４０は、容器４０ａおよび４０ｂによって構成される。容器４０ａには、凹部４０ａｃが形成されている。また、容器４０ｂには、凹部４０ｂｃが形成されている。容器４０ａおよび仕切り３１によって囲まれた空間が第１の空間４１となる。容器４０ｂおよび仕切り３１によって囲まれた空間が第２の空間４２となる。仕切り３１は、オーリング５１によって、容器４０ｂに押しつけられている。

容器４０ａを仕切り３１側から見たときの図を、図５Ｂに示す。容器４０ｂを仕切り３１側から見たときの図を、図５Ｃに示す。容器４０ａ側から仕切り３１を見たときの図を、図５Ｄに示す。容器４０ａの四隅には、ねじ止め用の穴４０ａｈが形成されている。同様の穴４０ｂｈおよび３１ｈが、それぞれ、容器４０ｂおよび仕切り３１に形成されている。容器４０ａと容器４０ｂとは、ねじで結合されるが、接着剤などによって結合されてもよい。容器４０ａには、オーリングをはめ込むための溝４０ａｒが形成されている。

また、容器４０ａには、第１の空間４１を形成するための凹部４０ａｃが形成されている。容器４０ａには流入口４１ａおよび排出口４１ｂが形成されており、それらは凹部４０ａｃにつながっている。第１のガス２６は、流入口４１ａ、第１の空間４１（凹部４０ａｃ）および排出口４１ｂを流れる。

また、容器４０ｂには、第２の空間４２を形成するための凹部４０ｂｃが形成されている。容器４０ｂには流入口４２ａおよび排出口４２ｂが形成されており、それらは凹部４０ｂｃにつながっている。第２のガス２７は、流入口４２ａ、第２の空間４２（凹部４０ｂｃ）および排出口４２ｂを流れる。

オーリング５１は、流入口４１ａ、排出口４１ｂ、流入口４２ａ、および排出口４２ｂを囲むように配置される。仕切り３１は、オーリング５１によって環状に容器４０ｂに押しつけられる。なお、仕切り３１は、オーリング５１を使わないで容器４０ａおよび容器４０ｂに密着させてもよい。たとえば、仕切り３１を、容器４０ａおよび／または容器４０ｂに接着してもよい。いずれにしても、仕切り３１と容器４０との接触部から気体が逃げることがないように、仕切り３１と容器４０とは密着または接着される。

なお、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６に示す。図６の装置１００ａ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１の装置１００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。

流入口４２ａは、使用される第２のガス２７の流路に接続されている。第２のガス２７の圧力が高まると、仕切り３１が変形して、圧力差（ＤＰ）が小さくなるまで流入口４１ａおよび／または排出口４１ｂを塞ぐ。そのため、装置１００ａでも、装置１００と同様の効果が得られる。

なお、第１の空間４１と第２の空間４２のいずれか一方がない圧力差調節器を使用することも可能である。そのような圧力差調節器の例を図７Ａおよび図７Ｂに示す。図７Ａの圧力差調節器３０ｂは、容器４０ａに凹部４０ａｃが形成されていない点のみが、図５Ａの圧力差調節器３０とは異なる。凹部４０ａｃが形成されていないため、通常の状態では、圧力差調節器３０ｂには第１の空間４１は存在しない。また、図７Ｂの圧力差調節器３０ｃは、容器４０ｂに凹部４０ｂｃが形成されていない点のみが、図５Ａの圧力差調節器３０とは異なる。凹部４０ｂｃが形成されていないため、通常の状態では、圧力差調節器３０ｃには第１の空間４１は存在しない。

圧力差調節器の他の例を図７Ｃに示す。また、図７Ｃの線VIIＤ−VIIＤ、線VIIＥ−VIIＥ、および線VIIＦ−VIIＦにおける断面図を、それぞれ、図７Ｄ、７Ｅおよび７Ｆに示す。なお、図７Ｃの線VIIＧ−VIIＧにおける断面図は、図７Ｅに示す断面図と同じである。

図７Ｃに示す圧力差調節器３０ｄは、仕切り３１と容器４０とを含む。容器４０は、容器４０ａおよび４０ｂを含む。容器４０ａの凹部と仕切り３１とによって、第１の空間４１が形成されている。容器４０ｂの凹部と仕切り３１とによって、第２の空間４２が形成されている。容器４０には、第１の空間４１に通じる流入口４１ａおよび排出口４１ｂと、第２の空間４２に通じる流入口４２ａおよび排出口４２ｂが形成されている。

図７Ｄ〜７Ｆに示すように、空間４１および４２は、それぞれ、流入口の近傍および排出口の近傍における断面積が大きく、流入口と排出口との中間における断面積が小さい。このような形状にすることによって、圧力の調節が容易になる。また、このような形状にすることによって、容器４０内に水滴が溜まることを抑制できる。

圧力差調節器３０ｂ、３０ｃおよび３０ｄにおいても、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）が大きくなると、圧力差（ＤＰ）を小さくするように仕切り３１が変形する。その結果、圧力差（ＤＰ）が大きくなりすぎることが抑制される。圧力差調節器３０ａと同様に、圧力差調節器３０ｂ、３０ｃおよび３０ｄにおいて、排出口４１ｂおよび排出口４２ｂのいずれか一方を省略することが可能である。

本発明で用いられる圧力差調節器において、流入口４１ａが酸素ガス生成側（アノード側）に接続され、流入口４２ａが水素ガス生成側（カソード側）に接続されてもよい。あるいは、流入口４１ａが水素ガス生成側（カソード側）に接続され、流入口４２ａが酸素ガス生成側（アノード側）に接続されてもよい。また、流入口４１ａが高圧側に接続され、流入口４２ａが低圧側に接続されてもよい。あるいは、流入口４１ａが低圧側に接続され、流入口４２ａが高圧側に接続されてもよい。

［分配器の例］
ガス分配器の一例の断面図を図８Ａに示す。図８Ａの分配器８０は、容器８１と、複数の仕切り８２とを含む。容器８１には、導入経路８３と複数の排出経路８４ａ〜８４ｇとが形成されている。ガス生成装置で生成されたガスは、導入経路８３から導入され、排出経路８４ａ〜８４ｇから排出される。その際に、ガスは、複数の仕切り８２によって分けられて排出される。その結果、排出されたガスは、排出経路８４ａ〜８４ｇごとに異なる用途（たとえば異なる機器）に使用できる。もちろん、排出経路８４ａ〜８４ｇから選ばれる２つ以上の排出口から排出されたガスを同じ用途に用いることもできる。

図８Ａの線VIIIＢ−VIIIＢにおける断面図を図８Ｂに示す。仕切り８２の上流側の一辺および下流側の一辺は、それぞれ、容器８１に固定されている。図８Ａを参照して、容器８１は、仕切り８２で分けられていない第１の領域Ｒ１と、仕切り８２で分けられた第２の領域Ｒ２とを含む。第２の領域Ｒ２は、経路Ｒ２ａ〜Ｒ２ｇに分けられており、それぞれ、排出経路８４ａ〜８４ｇに対応している。複数の仕切り８２は、それぞれシート状の仕切りであり、互いに平行になるように配置されている。容器８１は、仕切り８２を固定するための固定部８１ａを含む。

排出経路８４ａ〜８４ｇの下流側の経路のうちのいずれかが、水蒸気の凝結によって生成する水滴で塞がれる可能性がある。そのような状態が生じても、仕切り８２の変形に伴う、ガスの圧力の変化およびガスの流量の変化によって、経路上の水滴が除去されやすくすることが可能である。ここで、排出経路８４ａ〜８４ｇを通るガスのうち、排出経路８４ｄの下流側が水滴で塞がれた場合を考える。その場合、経路Ｒ２ｄの圧力が高くなり、経路Ｒ２ｄを形成している２つの仕切り８２が図８Ｃのように外側に膨らむ。その結果、経路Ｒ２ｄを流れるガスに対する抵抗が小さくなる。そのため、経路Ｒ２ｄにおける圧力損失が小さくなり、水滴に加わる圧力を高くできる。このようにして、水滴を除去できる可能性を高めることができる場合がある。

［電極の例］
平板状の第１の電極２１の一例について、図９Ａに示す。図９Ａ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９Ｂ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１０に模式的に示す。図１０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、および気液分離膜９１を含む。装置１００と重複する部分の説明は省略する。

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。第１の槽１１の内部は、気液分離膜９１を介して大気とつながっている。図１０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。

装置２００において水性液体２５中の水が電気分解されると、水素ガスおよび酸素ガスが生成される。以下では、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場合について説明する。もちろん、逆方向に電圧を印加してもよい。

電圧印加によって、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１１に示す状況では、チューブ４３の先端と液体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１１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１１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、図１０では、第１のガスが流れる空間（第１の槽の上方）にのみ気液分離部が配置される例を示したが、気液分離部は、第２のガスが流れる空間（第２の槽の上方）に形成されてもよい。また、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の両方に形成されてもよい。さらに、気液分離部が配置される位置は、図１０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。

［実施形態３］
実施形態３では、本発明の第２のガス生成装置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１２Ａおよび１２Ｂに模式的に示す。図１２Ａ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１に示した槽１０の形状とは異なる。また、装置３００は、液トラップ１２１と、通気抵抗部材として機能する細いチューブ１２２とを備える。

図１２Ａ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１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の先端には、チューブ１２３の一端が固定されている。チューブ１２３は、比較的太いチューブである。図１２Ｂに示すように、チューブ１２３の他端は、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。

本発明のガス生成装置では、水道水のような導電率が低い水性液体（Ａ）でも電気分解することが可能である。しかし、導電率が低い水性液体（Ａ）に一定電流を流すと、発生するジュール熱が大きくなる。そのため、本発明の装置を長時間使用すると、水性液体（Ａ）の水温が上昇する場合がある。そのような水温上昇を回避する方法の１つは、電極の対向面積を大きくすることである。たとえば、図１４に示すように複数の槽を設けて電極の対向面積を増してもよい。電流を変えないで対向面積を２倍にすると、抵抗が１／２になって発熱量は１／２になる。また、対向面積を大きくすることによって、発熱量を同じにしてガス生成量を増加させることが可能である。たとえば、槽の仕切りを増やして電極の対向面積を２倍にした場合、電流を１．４倍にしても発熱量は同じになる。

図１４の槽１０は、２枚のセパレータ２３によって、２つの第１の槽１１と１つの第２の槽１２とに仕切られている。第１の槽１１には第１の電極２１が配置されている。第２の槽１２には、第２の電極２２が配置されている。この構成によれば、電極の対向面積を大きくすることができる。

［液体（Ｌ１）を入れる槽の例］
ガスの溶存濃度を上昇させる装置（Ａ）が含んでもよい槽の一例について説明する。図１５の槽１５０は、槽本体１５１と、槽本体１５１の内側に配置された複数の板１５２と、槽本体１５１の上部を覆う蓋１５３とを含む。ガスが通るチューブ１５４は、槽１５０の一部（図１５の一例では蓋１５３）を通って槽１５０の内部に伸びている。蓋１５３は、蓋本体１５３ａと弁１５３ｂとを備える。弁１５３ｂは、槽１５０の内部の圧力が、槽１５０の外部の圧力よりも高い状態のときだけ開く弁である。そのような弁１５３ｂには、公知の弁を用いることができ、たとえばゴムシートのようなものであってもよい。弁１５３ｂが閉じているときには、チューブ１５４の経路を除いて、槽１５０の内部は槽１５０の外部に開放されていない。

槽本体１５１には、水性液体１５５（液体（Ｌ１））が配置される。ガス生成装置で生成されたガスは、チューブ１５４を介して水性液体１５５に吹き込まれる。その結果、チューブ１５４からガスの泡１５６が放出される。複数の板１５２は、それによって泡１５６の上昇速度が抑制されるように配置されている。具体的には、複数の板１５２は、傾きが交互に逆になるように、垂直方向に並べて配置されている。ガスが槽１５０内に送り込まれるにつれて、槽１５０の内圧が高まる。槽１５０の内圧が、外圧よりも高い所定の圧力に到達すると、弁１５３ｂが開き、槽１５０内のガスが槽１５０の外部に放出される。その結果、槽１５０内の圧力が過剰に高くなることを抑制できるとともに、槽１５０の外気が槽１５０内に入ることを抑制できる。また、弁１５３ａが開く圧力を高めに設定することによって、水性液体１５５中におけるガスの溶存濃度を高めることも可能である。なお、上述した槽４５は、槽１５０のように、蓋１５３を含んでもよいし、さらに、複数の板１５２を含んでもよい。

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および方法に利用できる。具体的には、本発明は、水素ガス、酸素ガス、炭酸ガス、水素ガスおよび酸素ガス、水素ガスおよび炭酸ガスを生成する装置および方法に利用できる。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および方法に利用できる。

Claims (8)

1. 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、
   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、および、前記第２の槽内の前記水性液体の液面からなる群より選ばれる少なくとも１つの液面の低下を制限する制限手段とを含み、
   前記制限手段が、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み、
   前記圧力差調節器は、前記第１の槽において生成される第１のガスの流路および前記第２の槽において生成される第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、前記容器内に配置された仕切りとを含み、
   前記圧力差によって前記仕切りが変形することによって、前記少なくとも１つの流路における気体の流れに対する抵抗が、前記圧力差を小さくするように変化する、ガス生成装置。
2. 前記圧力差によって前記仕切りが変形することによって、前記少なくとも１つの流路が開閉される、請求項１に記載のガス生成装置。
3. 前記圧力差調節器が、前記容器の内部を加熱するためのヒータをさらに備える、請求項１または２に記載のガス生成装置。
4. 液体中における所定のガスの溶存濃度を上昇させる装置であって、
   請求項１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を前記液体に接触させる手段とを含む、装置。
5. ガス生成装置を用いたガス生成方法であって、
   前記ガス生成装置は、
   セパレータと、
   前記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、
   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、
   前記第１および第２の槽に入れられた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、および、前記第２の槽内の前記水性液体の液面からなる群より選ばれる少なくとも１つの液面の低下を制限する制限手段とを含み、
   前記制限手段が、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み、
   前記圧力差調節器は、前記第１の槽において生成される第１のガスの流路および前記第２の槽において生成される第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、前記容器内に配置された仕切りとを含み、
   前記圧力差によって前記仕切りが変形することによって、前記少なくとも１つの流路における気体の流れに対する抵抗が、前記圧力差を小さくするように変化し、
   前記ガス生成方法は、
   （ｉ）前記第１および第２の槽に前記水性液体を配置する工程と、
   （ii）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の電極との間に電圧を印加することによって前記水性液体を電気分解する工程とを含み、
   前記（ii）の工程において、前記第１の槽内の前記水性液体の液面、および、前記第２の槽内の前記水性液体の液面からなる群より選ばれる少なくとも１つの液面の低下を、前記圧力差調節器によって制限する、ガス生成方法。
6. 前記（ii）の工程において、前記水性液体中の水を電気分解することによって水素ガスと酸素ガスとを生成する、請求項５に記載のガス生成方法。
7. 前記水性液体がアルコールを含み、
   前記（ii）の工程において、前記水性液体中の水および前記アルコールを電気分解することによって、水素ガスおよび炭酸ガスを少なくとも生成する、請求項５に記載のガス生成方法。
8. 液体中の所定のガスの溶存濃度を上昇させる方法であって、
   （Ｉ）請求項５に記載のガス生成方法で前記所定のガスを生成する工程と、
   （II）前記所定のガスを液体に接触させる工程とを含み、
   前記所定のガスが、水素ガス、酸素ガス、および炭酸ガスから選ばれる少なくとも１つのガスである、方法。
   

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