JP5437794B2 - ガス生成装置、ガス生成方法およびガス生成用炭素電極の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、ガス生成装置、ガス生成方法およびガス生成用炭素電極の製造方法に関する。

半導体装置製造時のクリーニングガスとして、活性の高いフッ素ガスを用いることが検討されている。また、フッ素ガスは、温暖化係数も低く、オゾン層破壊への影響も低いため、環境に優しいガスとしても注目されている。しかし、フッ素ガスは爆発する危険があるため、ガスボンベに加圧充填する際にもあまり圧をかけることができない。そのため、取り扱いが困難で、また輸送コストがかかるという問題があった。

特許文献１（特開２００２−３３９０９０号公報）には、フッ素ガスをオンサイトで発生させる装置が記載されている。当該文献には、隔壁によって陽極室と陰極室に分離された電解層と、陽極室と陰極室にそれぞれガスを供給し、陽極室および陰極室内を所定の圧力に維持する圧力維持手段とを備えたフッ素ガス発生装置が記載されている。

また、特許文献２には、ガラス状炭素材からなる不溶性炭素電極が記載されている。
特開２００２−３３９０９０号公報 特開平１１−２３６６９３号公報

しかし、従来、電極で生成したガスが電極表面を覆うために、新たな反応が阻害されて反応効率が低下するという問題があった。とくに、陽極の電極材料として炭素を用いてフッ素ガスを生成させる場合、フッ素ガスと炭素とが反応して、電極表面でＦ−Ｃ結合が生成して電極表面の濡れ性が低下するため、発生したフッ素ガスにより電極表面が覆われ、新たな反応が阻害されていた。また、炭素とフッ素ガスとが反応することにより、ＣＦ_４等の副生成物が生成されるという問題もあった。

本発明はこうした点に鑑みてなされたもので、その目的は、電気分解により効率よくガスを生成する技術の提供にある。

（１）陽極または陰極のいずれか一方および他方である、第１の炭素電極および第２の電極の間に電圧をかけて電解液を電気分解することにより前記第１の炭素電極で第１のガスを生成し、前記第２の電極で第２のガスを生成するガス生成装置であって、
前記電解液が流れる液体流路と、
前記液体流路にそれぞれ接し、前記液体流路を挟んで設けられた前記第１の炭素電極および前記第２の電極と、
前記液体流路との間に前記第１の炭素電極を挟んで設けられ、前記第１のガスを収容する第１のガス収容部と、
前記液体流路との間に前記第２の炭素電極を挟んで設けられ、前記第２のガスを収容する第２のガス収容部と
前記第１の炭素電極に形成され、前記液体流路と前記第１のガス収容部を連通し、前記電解液を通過せず、一方の面において生成された前記第１のガスを他方の面に選択的に通過する複数の第１の気体微細流路と、
前記第２の電極に形成され、前記液体流路と前記第２のガス収容部を連通し、前記第２のガスを選択的に通過する複数の第２の気体微細流路と、
を含み、
前記第１のガス収容部は、不活性ガスが導入される第１のガス入口と、前記不活性ガスとともに前記第１のガスが導出される第１のガス出口と、を有する第１のガス流路であり、
前記第２のガス収容部は、不活性ガスが導入される第２のガス入口と、前記不活性ガスとともに前記第２のガスが導出される第２のガス出口と、を有する第２のガス流路であり、
前記流体流路を流れる前記電解液の圧力Ｐ _１ と前記第１のガス流路または前記第２のガス流路を流れる気体の圧力Ｐ _２ との差ΔＰ（＝Ｐ _１ −Ｐ _２ ）が、下記式（４）を満たすガス生成装置。
ΔＰ（＝Ｐ _１ −Ｐ _２ ）≦−４γｃｏｓθ／ｗ （４）
（ただし、ΔＰはヤング−ラプラス圧力、γは前記電解液の表面張力、θは前記電解液の接触角、ｗは前記第１の気体微細流路または前記第２の気体微細流路となる複数の貫通孔の開口幅を表す。）

（２）支持基板と、
前記支持基板上に配置された蓋基板と、
を有し、
前記液体流路は、
前記支持基板に形成された第１の流路用溝と、
前記第１の流路用溝を覆う前記蓋基板と、
から形成され、
前記第１のガス収容部および前記第２のガス収容部は、
前記支持基板の前記第１の流路用溝の両側方に当該第１の流路用溝と間隔を隔てて各々形成された第２の流路用溝および第３の流路用溝と、
前記第２の流路用溝および前記第３の流路用溝を覆う前記蓋基板と、
から形成され、
前記第１の炭素電極は、前記支持基板の前記第１の流路用溝と前記第２の流路用溝との間にこれらに接して設けられた第１の電極設置用凹部内に設置され、
前記第２の炭素電極は、前記支持基板の前記第１の流路用溝と前記第３の流路用溝との間にこれらに接するとともに、前記第１の電極設置用凹部と対向する位置に設けられた第２の電極用凹部内に設置された（１）に記載のガス生成装置。

（３）前記第１の炭素電極は、前記第１の気体微細流路となる複数の前記貫通孔が設けられた第１の炭素板により構成され、
前記第２の炭素電極は、前記第２の気体微細流路となる複数の前記貫通孔が設けられた第２の炭素板により構成され、
前記第１の炭素電極および前記第２の炭素電極は前記液体流路を介して対向配置され、
前記第１のガス収容部は、前記第１の炭素板において前記第２の炭素電極と対向する面の裏面側に配置され、
第２のガス収容部は、前記第２の炭素板において前記第１の炭素電極と対向する面の裏面側に配置されている（１）に記載のガス生成装置。

（４）複数の前記第１の炭素電極と複数の前記第２の炭素電極とが、前記第２の炭素電極、前記第１の炭素電極、前記第１の炭素電極、前記第２の炭素電極の順で配置され、
前記第１の炭素電極と前記第２の炭素電極との間に前記液体流路が配置され、
前記第１の炭素電極と前記第１の炭素電極との間に前記第１のガス収容部が配置されている（１）乃至（３）のいずれか１つに記載のガス生成装置。

（５）前記電解液は、フッ化水素を含む溶融塩であって、
前記第１の炭素電極は陽極であり、前記第１の炭素電極でフッ素ガスが生成し、前記第２の炭素電極で水素ガスが生成する（１）乃至（４）のいずれか１つに記載のガス生成装置。

（８）陽極である第１の炭素電極と陰極である第２の電極との間に電圧をかけて電解液を電気分解することにより、前記第１の炭素電極で第１のガスを生成するガス生成装置であって、
前記電解液が流れる液体流路と、
前記液体流路を挟んで設けられ、対向する面が前記電解液に接触する前記第１の炭素電極および前記第２の電極と、
前記第１の電極の前記電解液に接触する面の裏面を囲繞するように設けられた、前記第１のガスを収容する第１のガス収容部と、
前記第２の電極の前記電解液に接触する面の裏面を囲繞するように設けられた、前記第２のガスを収容する第２のガス収容部と、
を備え、
前記気体微細流路はガス透過用貫通孔であって、
前記液体流路と前記第１のガス収容部とは前記ガス透過用貫通孔を介して連通しており、前記第１の炭素電極の前記電解液に接触する面で生成した前記第１のガスを、前記ガス透過用貫通孔を介して選択的に通過させて前記第１のガス収容部に供給するように構成されており、
前記第２の電極は、一方の面において生成された前記第２のガスを、他方の面に選択的に通過させることができる複数のガス透過用貫通孔が形成された第２の炭素電極であり、
前記液体流路と前記第２のガス収容部とは前記ガス透過用貫通孔を介して連通しており、前記第２の炭素電極の前記電解液に接触する面で生成した前記第２のガスを、前記ガス透過用貫通孔を介して選択的に通過させて前記第２のガス収容部に供給するように構成されていることを特徴とする（１）に記載のガス生成装置。

（６）前記第１の炭素電極、および炭素材により構成された前記第２の電極とにより構成され、前記第１の気体微細流路および前記第２の気体微細流路はそれぞれガスを選択的に通過する貫通孔であって、
前記貫通孔の開口幅は１０００μｍ以下であることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれか１つに記載のガス生成装置。

（７）前記炭素材は、非晶質炭素からなることを特徴とする（６）に記載のガス生成装置。

（８）前記炭素材は、有機樹脂を７００℃以上３２００℃以下の温度で焼成して得られ、
前記有機樹脂は、芳香族ポリイミド樹脂またはアラミド樹脂を含むことを特徴とする（７）に記載のガス生成装置。

（９）（１）乃至（８）のいずれか１つに記載のガス生成装置に用いられるガス生成用炭素電極の製造方法であって、
有機樹脂材料を準備する工程と、
前記有機樹脂材料を用いて、貫通孔を複数備える有機樹脂膜を調製する工程と、
７００℃以上３２００℃以下の温度で、前記有機樹脂膜を焼成することにより炭素材を得る工程と、
を含み、
前記有機樹脂材料が、板状またはフィルム状であることを特徴とするガス生成用炭素電極の製造方法。

（１０）前記貫通孔を複数備える前記有機樹脂膜を調製する前記工程において、
機械加工、エッチング、射出成形、サンドブラスト加工またはレーザ加工により前記貫通孔を形成することを特徴とする（９）に記載のガス生成用炭素電極の製造方法。

（１１）（１）乃至（８）のいずれか１つに記載のガス生成装置を用いて、ガスを生成する方法であって、
前記第１の炭素電極は、炭素材により構成され、ガスを選択的に通過する開口幅が１０００μｍ以下の貫通孔が複数設けられており、
前記液体流路に前記電解液を流す工程と、
前記第１の炭素電極および前記第２の電極の間に電圧をかけて前記電解液を電気分解し、前記第１の炭素電極で第１のガスを生成する工程と、
を含み、
前記第１のガスを生成する工程において、
前記電気分解を継続するとともに、前記第１の炭素電極で発生した前記第１のガスを前記貫通孔を介して選択的に通過させて前記第１のガス収容部に供給する工程を含む、ガス生成方法。

本発明によれば、電気分解により効率よくガスを生成することができるガス生成装置、それに用いられるガス生成用炭素電極、該炭素電極の製造方法およびガス生成方法を提供することができる。

本発明の実施の形態における電気分解セルの構成を示す模式図である。 本実施形態に係る電気分解装置の概略構成図である。 図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本実施形態に係る電気分解装置に用いる電極の拡大平面図である。 本実施形態に係る換気ダクト付電極を用いた電気分解装置の概略構成図である。 本実施形態に係るガス放出面に気体流路を配設した電気分解装置の概略構成図である。 本実施形態に係る、対向するガス生成面をいずれも囲繞するガス収容部を備えた電気分解装置の概略構成図である。 本実施形態に係る落し蓋形状の電極を用いた電気分解装置の概略構成図である。 本実施形態に係る陽極および陰極が水平に配設された電気分解装置の概略構成図である。 本実施形態に係る陽極および陰極が水平に配設された電気分解装置の概略構成図である。 本実施形態に係る電気分解セルの（ａ）上面図、（ｂ）Ａ−Ａ線断面図である。 本実施形態に係る電気分解セルのカソード電極の側面図である。 本実施形態に係る電気分解セルの（ａ）上面図、（ｂ）Ａ−Ａ線断面図である。 本実施形態に係る電気分解セルの（ａ）上面図、（ｂ）アノード電極の側面図である。 図１３（ｂ）のカソード電極のＡ−Ａ線断面図である。 本実施形態における電気分解セルの構成を示す図である。 図１５の第１の電極および第２の電極を拡大して示す部分拡大平面図である。 図１５のＡ−Ａ'断面図である。 図１５のＢ−Ｂ'断面図である。 図１５のＣ−Ｃ'断面図である。 図１５に示した電気分解セルを取り付けた電気分解セル取付装置の構成を示す図である。 図１５に示した電気分解セルを取り付けた電気分解セル取付装置の構成を示す図である。 実施例における電流密度の時間に対する変化量を示す図である。 比較例における電流密度の時間に対する変化量を示す図である。 実施例における電気分解セルの他の例の構成を示す模式図である。 実施例における電気分解セルの構成を示す平面図である。 図２５のＤ−Ｄ'断面図である。 図２５のＥ−Ｅ'断面図である。 図２５の第１の電極の（ａ）表面と（ｂ）裏面の模式図である。 第１の電極の気体微細流路部分を拡大して示す部分拡大図である。 実施例における電流密度の時間に対する変化量を示す図である。 実施例における電気分解セル取付装置の側面断面図である。 実施例における電気分解セル取付装置の上面断面図である。 実施例における電気分解セルの構造を示す図である。 図３３のＦ−Ｆ'断面図である。 実施例における電気分解セルの他の例の構成を示す図である。 図３６（ａ）〜（ｃ）はヤング−ラプラスの式を説明する図である。 実施例で作製した孔切削加工後の樹脂板を示す平面略図である。 図で示した孔加工部の拡大略図である。 実施例で作製した電気分解セルの正面図である。 図３９に示す電気分解セルのＡ−Ａ断面図である。 実施例で作製した電気分解セルに用いられる通電用金属枠の平面略図である。 実施例で使用する電気分解セル実験装置の正面透視図である。 実施例で使用する電気分解セル実験装置の上面透視図である。 実施例における経過時間に対する電流密度の変化量を示すグラフである。 実施例における電気分解セル実験装置（本実験装置）の（ａ）平面図、（ｂ）正面図である。 本実験装置における電気分解セルの（ａ）正面図、（ｂ）そのＤ−Ｄ断面図である。 本実験装置における電気分解セル用の（ａ）電極の正面図、（ｂ）通電用金属枠の正面図である。 実験１において、電気分解する時間と電流密度の関係を示すグラフである。 実験３において、電気分解する時間と電流密度の関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

まず、本実施形態のガス生成用炭素電極を、ガス発生装置（電気分解セル）の構成を示す模式図を用いて説明する。
図１は、本実施の形態における電気分解セルの構成を示す模式図である。

電気分解セル１００は、電解液１１４が流れる液体流路１０２と、液体流路１０２にそれぞれ接し、液体流路１０２を挟んで設けられたフィルム状または板状の第１の炭素電極１０８および第２の炭素電極１１０（第２の電極）と、液体流路１０２との間に第１の炭素電極１０８を挟んで設けられた第１のガス流路１０４（第１のガス収容部）と、液体流路１０２との間に第２の炭素電極１１０を挟んで設けられた第２のガス流路１０６（第２のガス収容部）とを含む。第１の炭素電極１０８および第２の炭素電極１１０として、いずれもガス生成用炭素電極を用いることができる。本実施形態においては、陰極である第２の電極に炭素電極を用いた例によって示すが、金属電極を用いることもできる。

第１の炭素電極１０８および第２の炭素電極１１０が、液体流路１０２と第１のガス流路１０４との間、および液体流路１０２と第２のガス流路１０６との間にそれぞれ配置されている。第１の炭素電極１０８および第２の炭素電極１１０には、ガスを選択的に透過し、電解液１１４を通過させない気体微細流路（ガス透過用貫通孔、貫通孔ともいう）１１２が厚さ方向に複数設けられている。ガス透過用貫通孔１１２を介して液体流路１０２と第１のガス流路１０４、および液体流路１０２と第２のガス流路１０６がそれぞれ連通している。

次に、本実施の形態における電気分解セル１００の動作を説明する。
ここで、電解液１１４としてフッ化水素を含む溶融塩を用い、電気分解により陽極でフッ素ガス、陰極で水素ガスをそれぞれ生成する場合を例として説明する。

この場合、電気分解セル１００では以下の式（１）〜（３）反応が起こる。
２ＨＦ → Ｆ_２ ＋ Ｈ_２ （１）

陽極での反応は、以下のようになる。
２Ｆ⁻ → Ｆ_２ ＋ ２ｅ⁻ （２）

また、陰極での反応は、以下のようになる。
２Ｈ^＋ ＋ ２ｅ⁻ → Ｈ_２ （３）

このような構成の電気分解セル１００において、液体流路１０２に図中左から右に溶融液である電解液１１４を流す。また、第１のガス流路１０４および第２のガス流路１０６には、それぞれ図中左から右にたとえば窒素ガスである不活性ガス１１６，１１８を流す。この状態で、第１の炭素電極１０８が陽極、第２の炭素電極１１０が陰極となるように第１の炭素電極１０８と第２の炭素電極１１０との間に電圧をかけ、溶融塩を電気分解する。これにより、液体流路１０２の電解液１１４に接する、第１の炭素電極１０８の表面ではフッ素ガスが生成し、第２の炭素電極１１０の表面では水素ガスが生成する。

ここで、第１の炭素電極１０８にはガス透過用貫通孔１１２が設けられているので、第１の炭素電極１０８表面で生成したフッ素ガスは、ガス透過用貫通孔１１２を通過して第１のガス流路１０４に移動し、不活性ガス１１６とともに第１のガス流路１０４内を図中左から右に移動する。同様に、第２の炭素電極１１０にはガス透過用貫通孔１１２が設けられているので、第２の炭素電極１１０表面で生成した水素ガスは、ガス透過用貫通孔１１２を通過して第２のガス流路１０６に移動し、不活性ガス１１８とともに、第２のガス流路１０６内を図中左から右に移動する。これにより、第１のガス流路１０４および第２のガス流路１０６で、生成したフッ素ガスおよび水素ガスをそれぞれ回収することができる。

このようなガス生成装置は、後述するガス生成用炭素電極を用いており、電極表面で生成したガスが速やかに電極表面から除去され、新たな電解液が電極表面に供給されるので、効率よく電気分解を行うことができる。また、それぞれの電極表面で生成したガスがガス透過用貫通孔１１２を通過して第１のガス流路１０４または第２のガス流路１０６に移動して分離されるので、スカート等で隔離する必要がなくなる。

＜ガス生成用炭素電極＞
以下、本実施形態に係るガス生成用炭素電極について説明する。
本実施形態の第１の炭素電極１０８と第２の炭素電極１１０としては、ガスを選択的に透過する気体微細流路（ガス透過用貫通孔１１２）が複数設けられたガス生成用炭素電極が用いられる。ガス透過用貫通孔１１２の位置は特に限定されず、千鳥状、格子状、斜格子状に形成されていてもよい。また、ガス透過用貫通孔１１２の開口形状は特に限定されず、円形、正方形を含む矩形、多角形でもよく、スリット状であっても良い。電解の安定性の観点から、ガス透過用貫通孔１１２の開口寸法はできるだけ均一な方が好ましい。ガス透過用貫通孔１１２が、ガスを選択的に通過させる点について説明する。

液体流路１０２を流れる電解液１１４の圧力Ｐ_１と第１のガス流路１０４または第２のガス流路１０６を流れる気体の圧力Ｐ_２との差ΔＰ（＝Ｐ_１−Ｐ_２）が以下のヤング−ラプラスの式（式（４））で求められるヤング−ラプラス圧力以下となるようにすることで、電解液１１４がガス透過用貫通孔１１２を通過せず、気体を選択的に通過させることができる。

ΔＰ（＝Ｐ_１−Ｐ_２） ≦ −４γｃｏｓθ／ｗ ・・・ （４）

（ただし、ΔＰはヤング−ラプラス圧力、γは電解液１１４の表面張力、θは電解液１１４の接触角、ｗはガス透過用貫通孔１１２の幅を表す。）

図３６も参照して、ヤング−ラプラスの式を説明する。図３６（ａ）に示すように、接触角θで接する電解液１１４をガス透過用貫通孔１１２の方向に広げるのに必要な力は、−γｃｏｓθとなる。ここで、図３６（ｂ）に示すように、ガス透過用貫通孔１１２の開口部が、ｗ×ｗの矩形形状の場合、表面張力は、電解液１１４と接している辺にかかる。すなわち、このときに電解液１１４をガス透過用貫通孔１１２に押し込むのに必要な力は、−４ｗγｃｏｓθとなる。これをガス透過用貫通孔１１２の面積（ｗ^２）で除して圧力に換算すると、ヤング−ラプラスの式は上記のようになる。同様に、図３６（ｃ）に示すように、ガス透過用貫通孔１１２の開口部が、直径ｗの円形状の場合、電解液１１４をガス透過用貫通孔１１２に押し込むのに必要な力は、−ｗπγｃｏｓθとなる。これをガス透過用貫通孔１１２の面積（πｗ^２／４）で除して圧力に換算すると、この場合もヤング−ラプラスの式は上記のようになる。これにより、第１の炭素電極１０８が液体流路１０２と接する面、第２の炭素電極１１０が液体流路１０２と接する面にそれぞれ気液界面が形成される。

なお、ガス透過用貫通孔１１２がｗ×ｌ（ｌ≫ｗ）の長方形の場合、つまり開口部の形状がスリット状である場合は、ΔＰ＝−２γｃｏｓθ／ｗと表すことができる。

本実施の形態において、ガス透過用貫通孔１１２の開口幅ｗは、圧力Ｐ_１および圧力Ｐ_２が取り得る値、および電解液１１４の表面張力および接触角に基づき、上記式（４）が満たされるように決定される。

本実施形態において、ガス透過用貫通孔１１２の開口幅ｗは、１０００μｍ以下とすることができる。

ガス生成用炭素電極が溶融塩の上面と略水平となるように浸漬される横型のガス生成装置の場合には、ガス透過用貫通孔１１２の開口幅ｗは、１０００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以上５００μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以上３００μｍ以下とすることができる。

横型のガス生成装置の場合、溶融塩に浸漬させる電極の深さは浅いので、ガス透過用貫通孔１１２の開口幅ｗを大きくすることができる。そのため、電極の加工が容易になるという効果が得られる。例えば、溶融塩の表面張力が９．４×１０^−２Ｎ／ｍ、溶融塩の比重が２．０ｇ／ｃｍ^３、溶融塩とガス生成用炭素電極の接触角が１４０°としたとき、ガス透過用貫通孔１１２の開口幅ｗが１０００μｍであれば計算上深さ１．４ｃｍまで浸漬することが可能となり、溶融塩がガス透過用貫通孔１１２内に浸入することはない。

ガス生成用炭素電極が電解液の液面と略直角となるように浸漬される縦型のガス生成装置の場合には、ガス透過用貫通孔１１２の開口幅ｗは、３００μｍ以下、好ましくは３０μｍ以上２００μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以上１５０μｍ以下とすることができる。

縦型のガス生成装置の場合、電解液の液面と略直角となるように炭素電極を浸漬させるため、深さに比例して炭素電極にかかる圧力が増加する。そのため、ガス透過用貫通孔１１２の開口幅ｗを小さくする必要がある、一方で、複数の電極を平行に電解液に差し込むことで、より電極面積を増加させることができ、コンパクトな装置とすることができるという効果がある。

例えば、溶融塩の表面張力が９．４×１０^−２Ｎ／ｍ、溶融塩の比重が２．０ｇ／ｃｍ^３、溶融塩とガス生成用炭素電極の接触角が１４０°としたとき、ガス透過用貫通孔１１２の開口幅ｗが３００μｍであれば計算上深さ４．８ｃｍまで溶融塩がガス透過用貫通孔１１２に浸入することはない。ガス透過用貫通孔１１２の開口幅ｗが小さくなるほど、電極をより深く溶融塩に浸漬することができるようになるが、貫通孔を小さくするに従い高い技術が必要となり、加工費も高くなるため限界がある。

このような構成により、ガス生成用炭素電極表面で生成したガスが、選択的にガス透過用貫通孔１１２を通って除去されるので、新たな電解液が電極表面に供給される。そのため、このようなガス生成用炭素電極によれば、電界性能に優れ、電気分解を効率よく行うことができる。

本実施形態において、図１に示す第１の炭素電極１０８および第２の炭素電極１１０の厚みａは３ｍｍ以下、好ましくは２０μｍ以上１ｍｍ以下とすることができる。なお、炭素電極１０８および第２の炭素電極１１０の厚みａは同一でなくてもよい。

ガス透過用貫通孔１１２の対向する内壁面は、ガスの透過する方向に向かってテーパー状に拡径するように構成されていてもよい。このような構成により、溶融塩と発生ガスとの界面を良好に保つことができるので、発生ガスの分離性能に優れる。

また、本実施形態におけるガス生成用炭素電極は、非晶質炭素からなる炭素材から構成することができる。この炭素材は、ガラス状炭素材であることが好ましい。このような構成のガス生成用炭素電極を用いることにより、長時間に亘って電気分解を効率よく行うことができる。

陽極の電極材料として黒鉛を用いた場合、炭素とフッ素が反応して層状化合物を形成して電気的な絶縁性が高まり、電解性能が低下するため、比較的短期間で電極としての性能が低下する場合があった。
これに対し、非晶質炭素からなる炭素材、好ましくはガラス状炭素材を炭素電極として用いた場合、電解性能が維持され、長期間電極として使用することができる。

本実施形態のガス生成用炭素電極が非晶質炭素からなる炭素材により構成される場合、レーザーラマン法のラマンスペクトルにおいて、Ｇ１バンドの半値幅は４０ｃｍ^−１以上１００ｃｍ^−１以下である。このようにガス生成用炭素電極は、黒鉛化度の低い炭素材により構成されている。

また、本実施形態のガス生成用炭素電極が非晶質炭素からなる炭素材により構成される場合、Ｘ線回折（ＸＲＤ）により、２２°〜２７°付近に測定される黒鉛の００２面に対応するピークの半値幅が１．０°以上１５．０°以下である。このようにガス生成用炭素電極は、黒鉛の積層構造に規則性が少ない乱層構造を有する炭素材により構成されている。

このようなガス生成用炭素電極を用いたガス生成装置（図１）によれば、電極表面で生成したガスが速やかに電極表面から除去されるので、ガスが電極表面を覆い滞留することなく、効率よく電気分解を行うことができる。さらに、陽極表面で生成したフッ素ガスが速やかに電極表面から除去されるので、陽極の電極材料として炭素を用いた場合でも、フッ素ガスと炭素との反応が抑えられ、新たな電解液が電極表面に供給されるので、効率よく電気分解を行うことができる。また、ＣＦ_４等の副生成物の生成も抑えることができる。
また、本実施形態のガス生成用炭素電極は、後述する本実施形態のガス生成装置に好適に用いることができる。

このようなガス生成用炭素電極は、以下の工程により製造することができる。
（ａ）有機樹脂材料を準備する工程
（ｂ）前記有機樹脂材料を用いて、ガス透過用貫通孔を複数備える有機樹脂膜を調製する工程
（ｃ）７００℃以上３２００℃以下の温度で、有機樹脂膜を焼成することにより炭素材を得る工程

以下、各工程に沿って説明する。

（有機樹脂材料を準備する工程（ａ））
後述する工程（ｂ）において、機械加工、エッチング、サンドブラスト加工またはレーザ加工によりガス透過用貫通孔を複数有する有機樹脂膜を調製する場合には、板状またはフィルム状の有機樹脂材料を準備する。この場合、有機樹脂材料を別途調製することもできるし、市販品を用いることもできる。一方、工程（ｂ）において、射出成形によりガス透過用貫通孔を複数有する有機樹脂膜を調製する場合には、有機樹脂材料として、所定の温度に加温することにより得られた流動性を備える熱硬化性樹脂を用いることができる。

有機樹脂としては、ポリイミド樹脂、感光性ポリイミド樹脂、アラミド樹脂、アクリロニトリル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、フェノール樹脂、フルフリルアルコール樹脂、フラン樹脂、ポリパラフェニレンビニレン樹脂、ポリオキサジアゾール樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂等を用いることができる。本実施形態においては、窒素原子を含む芳香族系樹脂を用いることが好ましい。このような樹脂としては、芳香族ポリイミド樹脂またはアラミド樹脂等を挙げることができる。窒素原子を含むことにより、焼成過程において炭化焼成が迅速に進むため好ましい。なお、窒素原子を含む樹脂を用いた場合においても、後述する工程（ｃ）における焼成後、炭素材中に窒素が含まれていてもよい。

（ガス透過用貫通孔を複数備える有機樹脂膜を調製する工程（ｂ））
ガス透過用貫通孔を複数備える有機樹脂膜を調製する方法としては、機械加工、エッチング、射出成形、サンドブラスト加工、レーザ加工を挙げることができる。なお、工程（ｃ）の焼成において、ガス透過用貫通孔の開口幅が縮径する場合には、その縮径の程度を考慮してガス透過用貫通孔を形成することが好ましい。

機械加工によりガス透過用貫通孔を複数形成するには、板状またはフィルム状の有機樹脂膜の厚さ方向に、ドリル、プレス加工、マイクロインプリント等の方法により穴開け加工を施すことができる。マイクロインプリントによりガス透過用貫通孔を複数形成する場合には、金型に形成された複数の突起を，基板上に塗布した樹脂材料に押し付けて形状を転写することにより行うことができる。

エッチングによりガス透過用貫通孔を複数形成するには、まず板状またはフィルム状の有機樹脂膜の表面に、フォトレジスト膜を形成する。そして、フォトレジスト膜に所定のパターンを形成した後に、通常のエッチング方法により有機樹脂膜にガス透過用貫通孔を複数形成する。エッチング方法としては、ドライエッチングまたはウェットエッチングの何れの方法も用いることができる。エッチングによりガス透過用貫通孔を形成する場合、ガス透過用貫通孔の内壁面が裏面側に向かってテーパー状に拡径した形状とすることができる。

また、有機樹脂膜の両面からエッチングによりガス透過用貫通孔を形成することもできる。

射出成形によりガス透過用貫通孔を複数形成するには、所望の形状の金型内に流動性を有する有機樹脂材料を射出充填し、硬化させる。この方法によれば、ガス透過用貫通孔の形状を所望の形状となるように調製することができる。射出成型に用いる樹脂には、炭素微粉を混合することもできる。炭素微粉はフィラーとして働き、射出成型の際に成型性を向上させるなどの効果がある。

レーザ加工によりガス透過用貫通孔を複数形成するには、エキシマレ−ザ等を用いたレーザ加工により行うことができる。これにより、ガス透過用貫通孔の内壁面が裏面側に向かってテーパー状に拡径した形状とすることができる。

本実施形態においては、量産性の観点からエッチングによりガス透過用貫通孔を形成することが好ましい。

（７００℃以上３２００℃以下の温度で、有機樹脂膜を焼成することにより炭素材を得る工程（ｃ））

本工程においては、まず、前記工程においてガス透過用貫通孔が複数形成された有機樹脂膜を所定の焼成温度となるように０．１℃／分以上３０℃／分以下で、昇温する。そして、７００℃以上３２００℃以下、好ましくは９００℃以上２０００℃以下で焼成を行うことにより炭素材を得ることができる。焼成時間は、有機樹脂膜を構成する樹脂の種類やその膜厚により適宜最適な範囲が異なるが、所定の焼成温度に到達した後、３０分間以上２４時間以下程度である。
本工程において得られる炭素材は、非晶質炭素からなる炭素材、好ましくはガラス状炭素材として得ることができる。

また、有機樹脂膜の焼成は、不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。不活性ガスとしては、アルゴンまたは窒素を挙げることができる。炭化焼成の観点からは、アルゴンを用いることが好ましい。また、有機樹脂膜の焼成は、０．１Ｐａ以下に減圧して行うこともできる。

なお、焼成時における有機樹脂膜の湾曲を抑制するために、有機樹脂膜は耐熱性の補強部材により両面から狭持されていてもよい。

工程（ｃ）における焼成により、工程（ｂ）により作成されたガス透過用貫通孔の開口径が小さくなるので、より小さな開口径を有する電極を容易に作成することが可能となる。

その後、必要に応じて所定の形状となるように切断等を行い、本実施形態におけるガス生成用炭素電極を得ることができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

例えば、本実施形態のガス生成装置においては、第１の炭素電極１０８および第２の炭素電極１１０のいずれにも本実施形態のガス生成用炭素電極を用いた例によって説明したが、少なくとも、フッ素ガスが生成する第１の炭素電極１０８として本実施形態のガス生成用炭素電極を用いればよい。

＜ガス生成装置＞
次に、本発明のガス生成装置に係る実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施形態のガス生成装置は、第１の炭素電極（陽極）および第２の電極（陰極）を備え、これらの間に電圧をかけて電解液を電気分解することにより陽極で第１のガスを生成することができる。

陽極には、電解液を通過せず、一方の面において生成された第１のガスを、他方の面に選択的に通過する複数の気体微細流路が形成されている。
なお、本実施形態において、陽極および／または陰極としては、前述のガス生成用炭素電極を用いることができる。

以下、第１実施形態について説明する。
（第１実施形態）
本実施形態に係るガス生成装置は、電解液７に接する陽極５ａおよび陰極５ｂを備える。
図２は本実施形態に係るガス生成装置の概略断面図である。図２に示すように、ガス生成装置は、貯留槽である電解槽７０に、溶融塩を含む電解液７を満たし、その電解液７中に、直流電源に接続された電極５が浸漬している。電極５は、陽極（アノード電極）５ａ、陰極（カソード電極）５ｂとからなる。

電解槽７０の一端には、気体流路入口（以下、「原材料ガス入口」ともいう）１が配設されている。原材料ガス入口１を介して、電解槽７０の電解液７中に原材料ガス８０が吹き込まれ、電解槽７０の底部の一角から電解液７中に気泡８１として導入される（バブリング）。これにより、電解液７の濃度を維持することができるとともに電解液７の濃度を均一にすることができる。なお、電解槽７０は、別途、電解液７を撹拌することにより電解液７の濃度を均一にすることができる撹拌手段が設けられていてもよい。

また、電解槽７０のほぼ中央の上部には仕切１０が設けられている。この仕切１０の両側に陽極５ａ、陰極５ｂが配設されており、電気分解の進行に伴って所望の気体が仕切１０の両側において、混合することなく区別されながら得られるように構成されている。

電解槽７０は、電解液７の上部空間から所望の気体を排出することができる気体流路出口（以下、「ガス出口」ともいう）２Ａ，２Ｂを備える。
ガス出口２Ａは、陽極５ａにおいて発生した第１のガス（気泡８ａ，８Ａ）を効率良く回収することができるように構成されている。ガス出口２Ｂは、陰極５ｂにおいて発生した第２のガス（気泡８ｂ，８Ｂ）を効率良く回収することができるように構成されている。

図３は本実施形態に係るガス生成装置に用いる電極５の部分拡大平面図である。図３に示すように、電極５には直径１００μｍの気体微細流路（貫通孔６）が１５０μｍピッチに６０度の角度で千鳥状に規則正しく開口している。

本実施形態においては、取り扱うガスや電解液７の種類、電解槽７０の形態、電解液７の撹拌方式によっては、例えば、直径が０．５〜１ｍｍ程度の貫通孔６が多数形成された構造とし、電気分解の結果発生した気泡８ａ，８Ａ，８ｂ，８Ｂが、この貫通孔６を通過する構成とすることもできる。

なお、陽極５ａ、陰極５ｂのいずれにおいても、ガス生成面における電極の劣化等が問題になり、速やかな気泡の除去が要求される場合は、本実施形態のように陽極５ａおよび陰極５ｂのいずれも上記のガス生成用炭素電極を用いることができる。これに対し、一方の電極の劣化等が問題にならない場合、その電極は通常の棒状、板状あるいは、他方の電極を取り囲むような円筒状であってもよい。

本実施形態において、電解液７としては、フッ化水素を含む溶融塩を挙げることができ、原材料ガス８０としては、フッ化水素ガスを用いることができる。さらにこの場合、陽極５ａのガス生成面で発生する第１のガスはフッ素ガスであり、陰極５ｂのガス生成面で発生する第２のガスは水素ガスである。

以下に、本実施形態のガス生成装置における効果を説明する。

本実施形態におけるガス生成装置において、電極５の貫通孔６は、ガス生成面で発生した気体を選択的に通過させる。つまり、電解液７にその深さに応じた圧力（液圧）が発生した場合においても、ガス生成面からガス放出面への電解液７の流出が抑制されている。
これにより、電解液７が貫通孔６を介してガス放出面側に移動するのを抑制することができ、気泡８ａ，８ｂの移動が阻害されず、効率よく電気分解を行うことができる。

また、本実施形態のガス生成装置は、貯留槽（電解槽７０）に電解液７が充填されている。
本実施形態においては、上記のような表面処理が施された電極５を用いており、ガス生成面αから気泡８ａ，８ｂを容易に除去することができるので、生成ガスによる電気分解の阻害を抑制することができる。そのため、比較的大型の装置構成とすることができ、所望のガスを効率よくかつ多量に供給することができる。

本実施形態においては、陽極５ａおよび陰極５ｂは並行に設けられ、陽極５ａのガス生成面および陰極５ｂのガス生成面は対向している。
これにより、ガス生成装置における面積効率が向上し、電極構造および電解槽の設計の自由度が向上する。

本実施形態において、陽極５ａおよび陰極５ｂの少なくとも一方は、電解液７の液面に対し垂直方向に浸漬している。
これにより、ガス生成面からの気泡８ａ，８ｂの剥離が促進されるため、電極の単位面積あたりの電流密度が長時間に亘り均一なものとなる。そのため、電気分解において効率的に所望のガスを得ることができる。

本実施形態においては、原材料ガス供給部から電解液７に原材料ガス８０を供給可能に構成されている。
これにより、継続して電気分解を行うことができるとともに、原材料の濃度を一定に保つことができるので効率よく所望のガスを得ることができる。

また、原材料ガス供給部から電解液７に原材料ガス８０を供給する際に、電解槽７０の底部から原材料ガス８０をバブリングにより電解液７中に導入することができる。
そのため、電解槽７０の容積不足や、陽極５ａ，陰極５ｂの間隔が狭い等の理由で、電解液７の撹拌が不完全であっても、電解槽７０の内部や電極５の近傍において原材料濃度を均一にすることができ、そして電極５の表面における電流密度を均一にすることができる。これにより、効率よく電気分解を行って所望のガスを得ることができる。この際、電解槽７０を局所的に加熱することによって電解液７に自然対流を起こすことが好ましい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係るガス生成装置について、図４に沿って説明する。
図４に示すように、電極５のガス放出面βを覆い、ガス放出面βから放出された気体を収容する気体流路３Ａ，３Ｂを内部に有するガス収容部（以下、換気ダクトともいう）１２が設けられている。

これにより、図４に示すように、電気分解に伴ってガス生成面αで発生した気泡８ａ，８ｂが、ガス放出面βにあるガス収容部１２の気体流路３Ａ，３Ｂへ速やかに放出される。ガス収容部１２は上部に開口部を有し、開口部から放出されたガスは気体流路出口（排出口）２Ａ，２Ｂから排出され回収される。

図５は、本実施形態の他の態様のガス生成装置であり、図４に示されたガス生成装置と異なり、陽極５ａと陰極５ｂ間においてのみ電解液７が充填されている。電解槽７１には、不活性ガス供給部が設けられており、気体流路入口（導入口）１Ａ，１Ｂより気体流路３Ａ，３Ｂに窒素やヘリウム等の不活性ガスを供給することができるように構成されている。これにより、気体流路出口（排出口）２Ａ，２Ｂから生成された気体が排出され回収される。

図５のガス生成装置においては、不活性ガスに変えて、原材料ガスを陽極５ａおよび／または陰極５ｂの貫通孔６を介して電解液７に供給されるように構成することができる。

気体を選択的に通過可能な貫通孔６を通して、原材料ガスはガス収容部１２から電解液７に供給され、電解液７に溶解する。そして、電気分解によって生成された気泡８ａ，８ｂはガス生成面αからガス収容部１２内に移動する。原材料ガスは電解液７に容易に溶解するので、原材料ガスが選択的に貫通孔６を通過して電解液７に溶解される。すなわち、目的生成ガスは電極５のガス生成面αからガス放出面βの向きに電極の貫通孔６を通過して分離され、原材料ガスは電極５のガス放出面βからガス生成面αの向きに、電極５の貫通孔６を通過して電解液７中に分散され、原材料が補充される。
本実施形態においては、電解液としてフッ化水素を含む溶融塩を用い、原材料ガスとしてのフッ化水素ガスを、水素ガスが発生する陰極側のガス収容部１２に供給した例によって示す。

図６は、本実施形態の他の態様の電気分解装置であり、図４に示された電気分解装置と異なり、対向するガス放出面β，βをいずれも囲繞するようにガス収容部１２が設けられている。ガス放出面βから放出されたガスは、ガス収容部１２の気体流路３Ａ，３Ｂへ速やかに放出される。ガス収容部１２は上部に気体流路出口（排出口）２Ａ，２Ｂを備え、気体流路出口２Ａ，２Ｂから生成ガスが排出され回収される。

以下に、本実施形態のガス生成装置における効果を説明する。
本実施形態のガス生成装置は、陽極５ａおよび陰極５ｂの少なくとも一方のガス放出面βを覆い、ガス放出面βから放出された気体を収容するガス収容部１２を備える。
ガス放出面βが気体で覆われている場合、気泡８ａ，８ｂが貫通孔６を介して効果的にガス放出面β側に移動するため、電極５の劣化を抑制するとともに、生成ガスを回収する能力を高めることもできる。そのため、本実施形態のガス生成装置を、比較的大型の装置においても好ましく用いることができる。

また、本実施形態のガス生成装置は、ガス収容部１２内に、不活性ガス供給部から不活性ガスを供給することにより換気可能に構成されている。
不活性ガスの供給により気体流路３Ａ，３Ｂ内に気体の流れが形成されるので、気体８ａ，８ｂを気体流路３Ａ，３Ｂ内へ吸引する表面張力が働く。そのため、効率よく電気分解を行うことができる。

本実施形態のガス生成装置は、陽極５ａまたは陰極５ｂのガス収容部１２にガス供給部が設けられており、該ガス供給部から供給された原材料ガスを貫通孔６を介して電解液７に供給可能に構成されている。
これにより、継続して電気分解を行うことができるとともに、原材料の濃度を一定に保つことができるので効率よく電気分解を行うことができる。

本実施形態の電気分解装置は、少なくとも２対の陽極５ａおよび陰極５ｂを備え、陽極５ａのガス放出面β同士および陰極５ｂのガス放出面β同士の少なくとも一方のガス放出面β同士が対向している。そして、対向する一対のガス放出面β，βのいずれも覆うガス収容部１２を備える。
これにより、装置構成を簡略化することでき、電解槽の設計の自由度が向上する。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係るガス生成装置について、図７に沿って説明する。
図７は、電解液７の液面に対して水平に配設されるとともに、ガス生成面が電解液７の液面に接触する陽極または陰極を備えるガス生成装置である。

図７は、貫通孔６を有する陽極５２ａのみが、そのガス生成面αで電解液７の液面に接触するガス生成装置の概略構成図である。なお、陰極５０としては、貫通孔が形成されていない電極が用いられている。陽極５２ａの位置決めは、電極を電解液７液面に浮かせる方法、または液面を常時管理する方法等を挙げることができる。このような構成によれば、気泡８ａを速やかに回収することができる。陰極５０は、棒状や板状であってもよい。陰極５０において生成される気体が電気分解を阻害しない場合、このような構成を採用することもできる。
本実施形態において、電解液７としては、フッ化水素を含む溶融塩を挙げることができ、陽極５２ａのガス生成面αで発生する気体はフッ素ガスであり、陰極５０で発生する気体は水素ガスである。

以下に、本実施形態のガス生成装置における効果を説明する。
本実施形態のガス生成装置（図７）は、陽極５２ａおよび陰極５０の少なくとも一方が、電解液７の液面に対して水平に配設されるとともに、ガス生成面αが電解液７の液面に接触する。

これにより、ガス放出面βの全面が気体に覆われ、気泡８ａはより迅速にガス放出面β側へ移動するので、気泡８ａを回収する効率を高めることができる。さらに、電解液７と接するガス生成面αの親液性が低下しても、貫通孔６を介して電解液７がガス放出面β側に移動することがないので、気相と液相との分離が容易であり、ガス回収能力は低下しない。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係るガス生成装置について、図８，図９に沿って説明する。
図８，図９に示すように、陽極５ａおよび陰極５ｂは対向して配置されるとともに、水平に配設されている。これらの電極の間には、電解液７が充填されている。

図８のガス生成装置においては、電解槽７６に設けられた気体流路入口（導入口）１Ａを介してガス収容部内に原材料ガス８０を供給することができ、原材料ガス８０を陰極５ｂの貫通孔６を介して電解液７に供給されるように構成されている。なお、原材料ガス８０は、陽極５ａの貫通孔６を介して電解液７に供給されるように構成することもできる。

気体を選択的に通過可能な貫通孔６を通して、原材料ガス８０はガス収容部から電解液７に供給され、電解液７に溶解する。そして、電気分解によって生成された気泡８ａはガス生成面αからガス収容部に移動する。原材料ガス８０は電解液７に容易に溶解するので、原材料ガス８０が選択的に貫通孔６を通過して電解液に溶解される。すなわち、目的生成ガスは電極５のガス生成面αからガス放出面βの向きに電極の貫通孔６を通過する。一方、原材料ガス８０は電極５のガス放出面βからガス生成面αの向きに、電極５の貫通孔６を通過して電解液７中に分散される。これにより、電解液７に原材料を補充することができる。

気泡８ａ，８ｂのいずれかが所望の気体である場合には、所望の気体が生成する電極の貫通孔６を介して原材料ガス８０を補充せず、目的生成ガスのみを回収するように構成することができる。本実施形態においては、電解液としてフッ化水素を含む溶融塩を用い、原材料ガス８０としてフッ化水素ガスを、水素ガスが発生する陰極側のガス収容部に供給した例によって示す。

図９は、図８に示されるガス生成装置において、電解液７へ原材料ガス８０をバブリングするガス生成装置の概略構成図である。
図９に示すガス生成装置は、図８に沿って前述したガス生成装置において、電極５の貫通孔６を通して原材料ガス８０を供給していたことに代えて、電解液７へ直接バブリングさせて供給するように構成されている。具体的には、電解槽７７の気体流路入口１から電解液７に直接原材料ガス８０を供給する。

陽極５ａおよび陰極５ｂの間隔が離れている場合は、電解電圧が高くなる等の弊害が生じる場合があり、所望の電解電圧とするために陽極５ａおよび陰極５ｂの間隔を狭くする場合がある。

陽極５ａおよび陰極５ｂの間隔が狭くなると、これらの電極間においては加熱による対流や、バブリングによる対流が起き難くなり、電極間において電解液７の濃度が低くなり、もしくは濃度が不均一となり、電界が一定でなくなる場合がある。また、電解槽７７の深さ（陽極５ａと陰極５ｂとの距離）が、電極５の幅および面積や電解槽７７の幅および面積と比較して浅い場合は、加熱による対流や、バブリングによる対流が起き難くなり、電極間において電解液７の濃度が低くなり、もしくは濃度が不均一となり、電界が一定でなくなる場合がある。この現象を解決するために、図９において、陽極５ａおよび陰極５ｂのガス放出面βから原材料ガス８０を供給する方法を採用することもできる。

以下に、本実施形態のガス生成装置における効果を説明する。
本実施形態のガス生成装置は、陽極５ａまたは陰極５ｂのガス収容部にガス供給部が設けられており、該ガス供給部から供給された原材料ガス８０を貫通孔６を介して電解液７に供給可能に構成されている。

これにより、継続して電気分解を行うことができるとともに、原材料の濃度を一定に保つことができるので効率よく電気分解を行うことができる。
なお、図９のように、電解槽７７の気体流路入口１から電解液７に直接原材料ガス８０を供給する構成であれば、図８の構成と比較して、原材料ガスの混入しない目的生成ガスのみを、陽極５ａおよび／または陰極５ｂから取得することが可能である。

（第５実施形態）
第５実施形態に係るガス生成装置は、陽極のガス生成面αにおいて発生する気体が電解液７の電気分解を阻害する場合に、陽極に貫通孔６を備える通気性構造の電極を用いたものである。このガス生成装置（電気分解セル）について、図１０〜１４に沿って説明する。なお、本実施形態においては、電解液としてフッ化水素を含む溶融塩を用い、陽極からフッ素ガス、陰極から水素ガスが生成する例によって示す。

図１０〜１４は、フィルム状または板状の電気導電体の厚さ方向に多数の貫通孔が設けられた電極を陽極として用いたガス生成装置を示す。

図１０は、陽極９２のガス生成面αが電解液の液面に接触するように配置されるガス生成装置の概略構成図である。なお、電解液槽および電解液の図示を省略する。
図１０（ａ）は、ガス生成装置の概略上面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１１は、陰極８２の平面図である。

図１０（ａ）（ｂ）に示すように、ガス収容部８３は、陽極９２のガス放出面βを覆っている。陽極９２は接続部８６，８６を介して陰極８２と電気的に接続されており、これらの電極間に電圧を印加できるように構成されている。さらに、ガス収容部８３の上面には不活性ガス導入口８８、ガス排出口９０が設けられている。これにより、陽極９２において発生したガスを回収することができる。

ガス収容部８３の両脇には２つの陰極８２，８２が配置されている。陽極９２は接続部８４，８４を介して陽極９２と電気的に接続されており、これらの電極間に電圧を印加できるように構成されている（図１１）。

図１０〜１１に示すガス生成装置において、陽極９２のガス生成面αにて発生したガスは、貫通孔６を介してガス収容部８３内に移動する。そして、不活性ガス導入口８８からガス収容部８３内に不活性ガスを導入し、そしてガス排出口９０から不活性ガスとともに所望のガスを回収する。

一方、図１０（ａ）に示すように、２つの陰極８２、８２は、陽極９２の両サイドに配置され、電解液の液面に対して垂直に設置されている。陰極８２は貫通孔６を有しておらず、陰極８２で発生するガスはガス生成面αにおいて気泡となって成長する。そして、気泡は、所定の大きさとなるとガス生成面αから浮上し、回収される。

図１２は、陽極９５と陰極９６が対向して並行に配置され、これらの電極間に電解液７を充填して水平に設けられているガス生成装置の概略構成図である。
図１２（ａ）は、ガス生成装置の概略上面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

図１２（ｂ）に示すように、陽極９５と陰極９６は対向して並行に配置され、これらの電極間に電解液７を充填して水平に設けられている。陽極９５は陰極９６の下方に位置する。ガス収容部９４は、陽極９５のガス放出面βを覆っている。ガス収容部９４には不活性ガス導入口９８が設けられており、図示しないガス排出口から所望のガスを回収することができるように構成されている。

ガス生成装置において、陽極９５のガス生成面αにて発生したガスは、貫通孔６から表面張力によって下方に位置するガス収容部９４内に移動する。そして、不活性ガス導入口９８からガス収容部９４に不活性ガスを導入し、そして図示しないガス排出口から不活性ガスとともに所望のガスを回収する。

一方、陰極９６は、ガス生成面αが電解液に接しており、ガス生成面αで発生した気体は気体微細流路を通って、上方に抜けるように構成されている。陰極９６の上面にも図示しないガス収容部が設けられており、陰極９６において生成した気体を回収することができる。陰極９６にて発生した気体は、浮力によって気体微細流路を通り上方に抜けるので、例えばニッケル網のような構造を使用することも可能である。

図１３は、陽極９９のガス放出面βのみがガス収容部に覆われているガス生成装置の概略構成図である。図１３（ａ）は、ガス生成装置の概略上面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の陽極の側面図である。なお、電解液槽および電解液の図示を省略する。

図１３に示すように、陽極９９と陰極８２は対向して並行に配置され、これらの電極は電解液面に対していずれも垂直に設けられる。図１４は図１３（ｂ）に示す陽極９９のＡ−Ａ断面図である。図１４に示すように、ガス収容部９７は、陽極９９のガス放出面βを覆っている。ガス収容部９７には不活性ガス導入口８８が設けられており、ガス排出口９０から所望のガスを回収することができるように構成されている。

ガス生成装置において、陽極９９のガス生成面αにて発生したガスは、貫通孔６から表面張力によってガス収容部９７内に移動する。そして、不活性ガス導入口８８からガス収容部９７に不活性ガスを導入し、そしてガス排出口９０から不活性ガスとともに所望のガスを回収する。
一方、陰極８２で発生するガスはガス生成面において気泡となって成長する。そして、気泡は、所定の大きさとなるとガス生成面から浮上し、回収される。

なお、本実施形態においては、陽極に貫通孔６を備えた構造の電極を用いた例によって示したが、陰極において生成するガスが電気分解を阻害する場合には、陰極に貫通孔６を備えた構造の電極を用いこともできる。

以下に、本実施形態のガス生成装置における効果を説明する。
本実施形態のガス生成装置は、電解液の電気分解を阻害する気体が発生する電極のみ（陽極）を、貫通孔６を備える通気性構造の電極としている。これにより、他方の電極（陰極）の設計の自由度が向上し、ひいてはガス生成装置の設計の自由度が向上する。

（第６実施形態）
第６実施形態に係るガス生成装置は、支持基板（流路基板１５０）と、流路基板１５０上に配置された蓋基板１５２とを有する。流路基板１５０に形成された第１の流路用溝と、前記第１の流路用溝を覆う蓋基板１５２とから形成された液体流路１０２を備える。

第１のガス収容部１０４および第２のガス収容部１０６は、流路基板１５０の前記第１の流路用溝の両側方に当該第１の流路用溝と間隔を隔てて各々形成された第２の流路用溝および第３の流路用溝と、前記第２の流路用溝および前記第３の流路用溝を覆う蓋基板１５２とから形成される。

第１の炭素電極１０８は、流路基板１５０の第１の流路用溝と第２の流路用溝との間にこれらに接して設けられた第１の電極設置用凹部内に設置されている。第２の炭素電極１１０は、流路基板１５０の第１の流路用溝と第３の流路用溝との間にこれらに接するとともに、前記第１の電極設置用凹部と対向する位置に設けられた第２の電極設置用凹部内に設置される。

本実施形態における電気分解セルの構成を図１５から図１９に示す。また、図１５から図１９に示した電気分解セルを電気分解セル取付装置に取り付けた構成を図２０および図２１に示す。本実施形態では、電気分解セル１００は、支持基板（流路基板１５０）および流路基板１５０上に配置された蓋基板１５２により構成される。以下では、電気分解セル１００がマイクロリアクタである場合の例を示す。

図１５は、電気分解セル１００の平面図（蓋基板１５２を図示しない状態）を示す。図１６は、図１５の第１の電極１０８および第２の電極１１０を拡大して示す部分拡大平面図である。図１７は、図１５のＡ−Ａ'断面図である。図１８は、図１５のＢ−Ｂ'断面図である。図１９は、図１５のＣ−Ｃ'断面図である。図１７〜図１９では、蓋基板１５２も含む構成を示している。

本実施例では、液体流路１０２、第１のガス流路１０４、および第２のガス流路１０６は、流路基板１５０に形成された溝（流路用溝）により構成される。また、流路基板１５０には、炭素基板である第１の電極１０８および第２の電極１１０をそれぞれはめ込む凹部も形成されており、第１の電極１０８および第２の電極１１０は、それぞれ凹部内にはめ込まれている。

第１の電極１０８および第２の電極１１０には、第１のガス流路１０４および第２のガス流路１０６の一部をそれぞれ構成する溝と、気体微細流路１１２となる複数の微細溝が形成されている。ここで、第１の電極１０８と第２の電極１１０とは、液体流路１０２を挟んで対向して設けられている。また、第１の電極１０８および第２の電極１１０が設けられた領域において、液体流路１０２、第１のガス流路１０４、および第２のガス流路１０６は、互いに略平行に設けられている。また、第１のガス流路１０４および第２のガス流路１０６の端部同士は、互いに離反するように屈曲し、流路基板１５０の四隅にそれぞれ位置している。

以下に、本実施形態のガス生成装置における効果を説明する。

本実施形態のガス生成装置において、電極に、気体が通過可能で電解液が通過できない複数の気体微細流路を形成し、電極の一方側に電解液が流れる液体流路１０２、他方側にガスを収容するガス収容部１０４（１０６）を設け、電極表面で生成したガスを気体微細流路１１２を介してガス収容部１０４（１０６）に収容するようにしている。

このような構成によれば、電極表面で生成したガスが速やかに電極表面から除去されるので、新たな電解液が電極表面に供給され、効率よく電気分解を行うことができる。また、電極表面で生成したガスがそのまま電極に形成された気体微細流路１１２を通過してガス収容部に移動して分離されるので、生成したガスが混合しないように電極間に隔壁等を設置する必要がなくなる。

本実施形態のガス生成装置において、第１の電極１０８および第２の電極１１０の間に電圧をかけて電解液１１４を電気分解することにより第２の電極１１０で第２のガスが生成される。液体流路１０２との間に第２の電極１１０を介して設けられ、第２のガスを収容する第２のガス収容部１０６をさらに含むことができる。第２の電極１１０には、気体が通過可能で電解液１１４が通過できない複数の気体微細流路１１２が形成されており、気体微細流路１１２を介して液体流路１０２と第２のガス収容部１０６とが連通された構成とすることができる。

このような構成によれば、それぞれの電極表面で生成したガスがそのまま電極に形成された気体微細流路１１２を通過して第１のガス流路１０４または第２のガス流路１０６に移動して分離されるので、スカート等で隔離する必要がなくなる。

本実施形態のガス生成装置において、第１のガス収容部１０４は、不活性ガスが導入されるガス入口１０４ａと、前記不活性ガスとともに前記第１のガスが導出されるガス出口１０４ｂと、を有する第１のガス流路とすることができる。さらに、第２のガス収容部１０６は、不活性ガスが導入されるガス入口１０６ａと、前記不活性ガスとともに前記第２のガスが導出されるガス出口１０６ｂと、を有する第２のガス流路とすることができる。

本実施形態のガス生成装置は、支持基板（流路基板１５０）と、流路基板１５０上に配置された蓋基板１５２とをさらに含むことができ、液体流路１０２は、流路基板１５０に形成された第１の流路用溝により構成することができる。第１のガス収容部１０４および第２のガス収容部１０６は、それぞれ、流路基板１５０の第１の流路用溝の両側方に当該第１の流路用溝と間隔を隔てて形成された第２の流路用溝および第３の流路用溝および蓋基板１５２により構成することができる。第１の電極１０８は、流路基板１５０の前記第１の流路用溝と前記第２の流路用溝との間にこれらに接して設けられた第１の電極設置用凹部内に設置することができ、第２の電極１１０は、流路基板１５０の前記第１の流路用溝と前記第３の流路用溝との間にこれらに接するとともに、前記第１の電極設置用凹部と対向する部分を有するように設けられた第２の電極用凹部内に設置することができる。

このような構成によれば、簡易な構成で、マイクロリアクタを構成することができる。

本実施形態のガス生成装置において、第１の電極１０８および第２の電極１１０は、それぞれ、気体微細流路１１２を構成する溝が形成された板状電極板により構成することができる。

本実施形態のガス生成装置において、第１の電極１０８および第２の電極１１０は、それぞれ、炭素板により構成することができる。

本実施形態のガス生成装置において、第１の電極１０８を、気体微細流路１１２となる複数の貫通孔が設けられた第１の炭素板により構成し、第２の電極１１０を、気体微細流路１１２となる複数の貫通孔が設けられた第２の炭素板により構成し、第１の電極１０８の表面および第２の電極１１０の表面を対向配置し、第１の電極１０８と第２の電極１１０との間に液体流路１０２を設け、第１の電極１０８の裏面側に第１のガス収容部１０４を設け、第２の電極１１０の裏面側に第２のガス収容部１０６を設けた構成とすることができる。

本実施形態のガス生成装置において、複数の第１の電極１０８と複数の第２の電極１１０とを、第２の電極１１０、第１の電極１０８、第１の電極１０８、第２の電極１１０の順で配置することができ、第１の電極１０８と第２の電極１１０との間の領域を液体流路１０２とし、第１の電極１０８と第１の電極１０８との間の領域を第１のガス収容部１０４とすることができる。

本実施形態のガス生成装置において、電解液１１４は、フッ化水素を含む溶融塩とすることができ、第１の電極１０８は陽極であって、第１の電極１０８でフッ素ガスが生成し、第２の電極１１０で水素ガスが生成することができる。

このような構成とすると、陽極である第１の電極１０８として炭素電極を用いるとともに、フッ素ガスを生成させるようにした場合でも、陽極表面で生成したフッ素ガスが速やかに電極表面から除去されるので、フッ素ガスと炭素との反応が抑えられる。さらに、新たな電解液が電極表面に供給されるので、効率よく電気分解を行うことができる。また、ＣＦ_４等の副生成物の生成も抑えることができる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置等の間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。

（実施例Ａ１）
本実施例においては、図１５〜１９に示されるガス発生装置（電気分解セル１００）を用いた。本実施例の電気分解セル１００は、以下の手順で製造した。
第１の電極１０８と第２の電極１１０とは同じ構成を有するため、ここでは第１の電極１０８の製造手順を説明する。第２の電極１１０も同様に製造した。第１の電極１０８となる炭素板（新日本テクノカーボン社製 ＩＭＦ３０７ １ｍｍｔ）を機械加工し、１２ｍｍ×１０ｍｍ（ｒ＝１ｍｍ）にくりぬいた。つづいて、第１のガス流路１０４の一部となる溝（幅１．０ｍｍ、深さ５００μｍ、図１８の第１のガス流路１０４に対応する部分）と、気体微細流路１１２となる溝（図１７の気体微細流路１１２に対応する部分）を加工した。気体微細流路１１２は、直径１００μｍのエンドミル（サイトウ製作所製 超硬ソリッドスクエアエンドミルＡＭＥＬ−０．１×１）を用いて機械加工して形成した。ここで、気体微細流路１１２は、液体流路１０２および第１のガス流路１０４に対して直交する矩形溝構造とした。気体微細流路１１２の寸法は、幅１００μｍ、深さ１００μｍ、長さ４００μｍとし、隣接する気体微細流路１１２との幅が７５μｍとなるように一定間隔で形成した。第１の電極１０８が液体流路１０２と接する部位の長さは１０ｍｍとなるようにした。また、液体流路１０２と接する第１の電極１０８の電極面積が、０．０５ｃｍ^２となるようにした。

つづいて、流路基板１５０となるポリカーボネート板（３０ｍｍ×７０ｍｍ、２ｍｍｔ）を機械加工し、液体流路１０２、ならびに液体流路１０２の両側方に第１のガス流路１０４および第２のガス流路１０６となる溝（それぞれ幅１．０ｍｍ、深さ５００μｍ、図１９の液体流路１０２、第１のガス流路１０４および第２のガス流路１０６に対応する部分）を形成した。各溝の断面が矩形となるようにした。さらに、第１の電極１０８および第２の電極１１０をはめ込むための凹部（図１８の第１の電極１０８および第２の電極１１０に対応する部分）を加工した。この凹部に第１の電極１０８および第２の電極１１０をそれぞれ取り付けた。これにより、第１の電極１０８に形成された第１のガス流路１０４となる溝と流路基板１５０に形成された第１のガス流路１０４となる溝とがつながり、第１のガス流路１０４が形成された。同様に、第２の電極１１０に形成された第２のガス流路１０６となる溝と流路基板１５０に形成された第２のガス流路１０６となる溝とがつながり、第２のガス流路１０６が形成された。

次いで、蓋基板１５２となるポリカーボネート板（３０ｍｍ×７０ｍｍ、２ｍｍｔ）を機械加工し、流路基板１５０の液体流路１０２、第１のガス流路１０４、および第２のガス流路１０６の末端に相当する位置に、それぞれ貫通孔を設けた。貫通孔の直径は、それぞれ１ｍｍとした。液体流路１０２に設けられた貫通孔は、液体入口１０２ａおよび液体出口１０２ｂとなる。第１のガス流路１０４に設けられた貫通孔は、ガス入口１０４ａおよびガス出口１０４ｂとなる。第２のガス流路１０６に設けられた貫通孔は、ガス入口１０６ａおよびガス出口１０６ｂとなる。流路基板１５０および蓋基板１５２をこの順で積層し、ビス等で固定することにより、電気分解セル１００を製造した。

以上のようにして製造した電気分解セル１００を図２０および図２１に示した電気分解セル取付装置２００に取り付けた。ここでは、電解液１１４として、ＫＦ・２．３ＨＦ（融点約８０℃）の溶融塩を用いた。

電気分解セル取付装置２００は、ヒーターブロック２１２と、その上に形成された溶融塩流路板２０８とを含む。ヒーターブロック２１２と溶融塩流路板２０８との間には、セパレータ２１０が設けられている。ヒーターブロック２１２には、ロッドヒーター２１４と熱電対２１６とが挿入されている。熱電対２１６で温度を測定してロッドヒーター２１４を制御することにより温度制御が行われる。溶融塩流路板２０８上には、溶融塩を収容する溶融塩槽２０２およびギアポンプであるポンプ２０６が配置され、電気分解セル１００が取り付けられるようになっている。溶融塩流路板２０８には、溶融塩槽２０２からポンプ２０６を介して電気分解セル１００の液体入口１０２ａに接続される溶融塩流路２０４が形成されている。

電気分解セル１００を押さえ板２１８により押さえ、溶融塩槽２０２、ポンプ２０６および電気分解セル１００を、溶融塩流路板２０８とセパレータ２１０とを挟んで、ヒーターブロック２１２にねじを用いて圧着した。また、ヒーターブロック２１２の温度を１００℃に温度制御した。

この状態で、ポンプ２０６を用いて、溶融塩槽２０２から電気分解セル１００の液体入口１０２ａに溶融塩を１．０ｍＬ／ｍｉｎの流量で供給した。また、第１のガス流路１０４および第２のガス流路１０６にそれぞれガス入口１０４ａおよびガス入口１０６ａから窒素を１０ｍＬ／ｍｉｎの流量で供給した。本実施例において、電解液１１４の表面張力γが９４［ｍＮ／ｍ］、接触角θが１４０°、気体微細流路１１２の幅ｗが１００μｍであるので、このとき電解液１１４を気体微細流路１１２に押し込むのに必要な圧力は、２．８８［ｋＰａ］と計算される。また、電解液１１４にかかる圧力Ｐ_１が１．０３［ｋＰａ］（計算値）、第１のガス流路１０４および第２のガス流路１０６の圧力Ｐ_２がそれぞれ１．５８×１０^−２［ｋＰａ］（計算値）となり、電気分解セル１００は、上記式（４）を満たすように構成されている。このとき、顕微鏡による観察により、電解液１１４が液体流路１０２から第１のガス流路１０４や第２のガス流路１０６に漏れていないことを確認した。また、顕微鏡による観察により、液体流路１０２と第１のガス流路１０４および第２のガス流路１０６との境界近傍で気液界面が形成されていることを確認した。

この状態で、第１の電極１０８が陽極、第２の電極１１０が陰極となるように、第１の電極１０８と第２の電極１１０との間に電圧をかけ６．０Ｖで定電圧電解した。第１の電極１０８および第２の電極１１０において、電気分解により生じた気体は、最初は各電極に付着したが、気液界面に接触するとそれぞれ速やかに第１のガス流路１０４および第２のガス流路１０６の気体と合体し消滅する様子が確認できた。

また、陽極である第１の電極１０８側の第１のガス流路１０４のガス出口１０４ｂから出てきた気体をテドラーパックに採集し、フッ素ガス検知管（株式会社ガステック社製ガス検知管Ｎｏ．１７）を使って測定した。その結果、検知管の指示薬が白色に脱色した。これによりフッ素ガスが発生したことが確認できた。また、陰極では水素ガスを回収することができた。

本実施例における電流密度の時間に対する変化量を図２２に示す。電圧印加直後は４００ｍＡ／ｃｍ^２程度の電流密度で電流が流れ、次第に電流密度が減少したが、その後約７５ｍＡ／ｃｍ^２程度の電流密度で安定した。

（比較例Ａ１）
第１の電極１０８および第２の電極１１０として炭素板に気体微細流路１１２を形成しなかった点以外は、実施例Ａ１と同様にした。第１の電極１０８と第２の電極１１０との間に電圧６．０Ｖを印加して、電流密度の時間に対する変化量を測定した。結果を図２３に示す。電圧印加直後は４００ｍＡ／ｃｍ^２程度の電流密度で電流が流れたが、次第に減少し約１５秒後にはほとんど流れなくなった。この原因は、各電極で発生した気泡が電極に付着し、電極が溶融塩と接触できなくなったためと考えられる。

（実施例Ａ２−１）
本実施例における電気分解セルの構成を図２４から図２９に示す。本実施例では、電気分解セル１００は、第２の電極基板１５４、その上に配置された流路基板１５６、その上に配置された第１の電極基板１５８およびその上に配置された蓋基板１６０により構成される。図２５は、電気分解セル１００の平面図である。ここでは、構成を分かりやすくするために、流路基板１５６、第１の電極基板１５８、および蓋基板１６０を透過的に示している。図２６は、図２５のＤ−Ｄ'断面図である。図２７は、図２５のＥ−Ｅ'断面図である。

本実施例では、液体流路１０２、第１のガス流路１０４、および第２のガス流路１０６がそれぞれ異なる基板に形成されている。図２６に示すように、液体流路１０２は流路基板１５６に、第１のガス流路１０４は第１の電極基板１５８に、第２のガス流路１０６は第２の電極基板１５４にそれぞれ形成されている。また、第１の電極１０８および第２の電極１１０は、それぞれ第１の電極基板１５８および第２の電極基板１５４に設けられる。図２７に示すように、液体流路１０２は、第２の電極基板１５４にも設けられる。

図２８は、図２５の第１の電極１０８の表面と裏面の模式図である。第１の電極１０８および第２の電極１１０は同じ構成を有するため、ここでは第１の電極１０８の構成を説明する。図２８（ａ）は、第１の電極１０８が液体流路１０２と接する面、すなわち第１の電極１０８が電解液１１４と接する面（以下表面１０８ａという。）を示す。図２８（ｂ）は、第１の電極１０８が液体流路１０２と接する面の反対面、すなわち第１のガス流路１０４と接する面（以下裏面１０８ｂという。）を示す。第１の電極１０８には、複数の気体微細流路１１２が設けられている。また、第１の電極１０８の裏面１０８ｂには、凹部（ざぐり部）１２０が設けられている。

図２９は、第１の電極１０８の気体微細流路１１２部分を拡大して示す部分拡大図である。気体微細流路１１２は、たとえば、１５０μｍピッチで６０°千鳥状に配することができる。

本実施例の電気分解セル１００は、以下の手順で製造した。
第１の電極１０８と第２の電極１１０とは同じ構成を有するため、ここでは第１の電極１０８の製造手順を説明する。第２の電極１１０も同様に製造した。第１の電極１０８となる炭素板（新日本テクノカーボン社製 ＩＭＦ３０７ １ｍｍｔ）を機械加工し、１２ｍｍ×１０ｍｍ（ｒ＝１ｍｍ）にくりぬいた。つづいて、図２８（ｂ）に示した凹部１２０を形成した。凹部の深さは０．６ｍｍとした。また、第１の電極１０８の凹部１２０を形成した部分に気体微細流路１１２となる孔を加工した。気体微細流路１１２は、直径１００μｍのドリル（サイトウ製作所製 超硬ソリッドルーマドリルＡＤＲ−０．１）を用いて機械加工して形成した。気体微細流路１１２の寸法は、直径１００μｍとした。また、図２９に示したように、複数の気体微細流路１１２を１５０μｍピッチで６０°千鳥状に配した。気体微細流路１１２が形成された部分と液体流路１０２の電解液１１４とが接する領域が幅１ｍｍ、長さ１０ｍｍとなるようにした。

第１の電極基板１５８および第２の電極基板１５４は同じ構成を有するため、ここでは第１の電極基板１５８の製造手順を説明する。第２の電極基板１５４もほぼ同様に製造した。第１の電極基板１５８となるポリカーボネート板（３０ｍｍ×１００ｍｍ、２ｍｍｔ）を機械加工し、第１の電極１０８をはめ込むための凹部を形成した。また、第１の電極基板１５８に、第１の電極１０８の凹部１２０とつながる第１のガス流路１０４を形成した。気体微細流路１１２と接する部分の第１のガス流路１０４の寸法は、幅１．０ｍｍ、長さ１０ｍｍ、深さ６００μｍであった。なお、第２の電極基板１５４には、液体流路１０２となる接続孔を形成した。

つづいて、流路基板１５６となるポリカーボネート板（３０ｍｍ×７０ｍｍ、１ｍｍｔ）を機械加工し、液体流路１０２を形成した。液体流路１０２の両末端は、第２の電極基板１５４に形成された貫通孔を通じて液体入口１０２ａおよび液体出口１０２ｂにそれぞれ接続している。貫通孔の直径は、それぞれ１ｍｍとした。

次いで、蓋基板１６０となるポリカーボネート板（３０ｍｍ×７０ｍｍ、２ｍｍｔ）を機械加工し、第１の電極基板１５８の第１のガス流路１０４の両末端に相当する位置にそれぞれ貫通孔を形成した。貫通孔の直径は、それぞれ１ｍｍとした。第２の電極基板１５４、流路基板１５６、第１の電極基板１５８、および蓋基板１６０をこの順で積層してビス等で固定することにより、電気分解セル１００を製造した。

以上のようにして製造した電気分解セル１００を実施例Ａ１で図２０および図２１を参照して説明したのと同様の電気分解セル取付装置２００に取り付け、電解液を電気分解することによりガスを生成させた。ここでは、電解液１１４として、ＫＦ・２．３ＨＦ（融点 約８０℃）の溶融塩を用いた。

電気分解セル１００を押さえ板２１８により押さえ、溶融塩槽２０２、ポンプ２０６および電気分解セル１００を、溶融塩流路板２０８とセパレータ２１０とを挟んで、ヒーターブロック２１２にねじを用いて圧着した。また、ヒーターブロック２１２の温度を１００℃に温度制御した。

この状態で、ポンプ２０６を用いて、溶融塩槽２０２から電気分解セル１００の液体入口１０２ａに溶融塩を１．０ｍＬ／ｍｉｎの流量で供給した。また、第１のガス流路１０４および第２のガス流路１０６にそれぞれガス入口１０４ａおよびガス入口１０６ａから窒素を１０ｍＬ／ｍｉｎの流量で供給した。本実施例において、電解液１１４の表面張力γが９４［ｍＮ／ｍ］、接触角θが１４０°、気体微細流路１１２の幅（直径）ｗが１００μｍであるので、このとき電解液１１４を気体微細流路１１２に押し込むのに必要な圧力は、２．８８［ｋＰａ］と計算される。また、電解液１１４にかかる圧力Ｐ_１が０．４８［ｋＰａ］（計算値）、第１のガス流路１０４および第２のガス流路１０６の圧力Ｐ_２がそれぞれ１．５８×１０^−２［ｋＰａ］（計算値）となり、電気分解セル１００は、上記式（４）を満たすように構成されている。このとき、電解液１１４が液体流路１０２から第１のガス流路１０４や第２のガス流路１０６に漏れていないことを確認した。

この状態で、第１の電極１０８が陽極、第２の電極１１０が陰極となるように、第１の電極１０８と第２の電極１１０との間に電圧をかけ、７．０Ｖで定電圧電解した。第１の電極１０８と第２の電極１１０から生じた気体の様子は、電極配置の関係から観察することができなかった。しかし、陽極である第１の電極１０８側の第１のガス流路１０４のガス出口１０４ｂから出てきた気体をテドラーパックに採集し、フッ素ガス検知管（株式会社ガステック社製ガス検知管Ｎｏ．１７）を使って測定した。その結果、検知管の指示薬が白色に脱色した。これによりフッ素ガスが発生したことが確認できた。

本実施例における電流密度の時間に対する変化量を、図３０中の（ａ）に示す。安定時の平均電流密度は約１５０ｍＡ／ｃｍ^２であった。

（実施例Ａ２−２）
第１の電極１０８および第２の電極１１０の気体微細流路１１２をレーザー（ＹＡＧ４次高調波）を用いて加工した以外は、実施例Ａ２−１と同様にした。レーザーで加工した気体微細流路１１２の寸法は、電解液に接する面（図２８（ａ）の表面１０８ａ）では直径約２０μｍ、反対面（図２８（ｂ）の裏面１０８ｂ）では直径約５μｍで、５０μｍピッチであった。

電気分解セル１００を電気分解セル取付装置２００に取り付け、ヒーターブロック２１２の温度を１００℃に温度制御した。この状態で、ポンプ２０６を用いて、溶融塩槽２０２から電気分解セル１００の液体入口１０２ａに溶融塩を１．０ｍＬ／ｍｉｎの流量で供給した。また、第１のガス流路１０４および第２のガス流路１０６にそれぞれガス入口１０４ａおよびガス入口１０６ａから窒素を１０ｍＬ／ｍｉｎの流量で供給した。本実施例において、電解液１１４の表面張力γが９４［ｍＮ／ｍ］、接触角θが１４０°、気体微細流路１１２の幅（直径）ｗが２０μｍであるので、このとき電解液１１４を気体微細流路１１２に押し込むのに必要な圧力は、１４．４０［ｋＰａ］と計算される。また、電解液１１４にかかる圧力Ｐ_１が０．４８［ｋＰａ］（計算値）、第１のガス流路１０４および第２のガス流路１０６の圧力Ｐ_２がそれぞれ１．５８×１０^−２［ｋＰａ］（計算値）となり、電気分解セル１００は、上記式（４）を満たすように構成されている。

実施例Ａ２−１と同様に、第１の電極１０８と第２の電極１１０との間に電圧をかけ、７．０Ｖで定電圧電解した。第１の電極１０８と第２の電極１１０から生じた気体の様子は、電極配置の関係から観察することができなかった。しかし、陽極である第１の電極１０８側の第１のガス流路１０４のガス出口１０４ｂから出てきた気体をテドラーパックに採集し、フッ素ガス検知管（株式会社ガステック社製ガス検知管Ｎｏ．１７）を使って測定したところ、検知管の指示薬が白色に脱色した。これによりフッ素ガスが発生したことが確認できた。また、本実施例における電流密度の時間に対する変化量を、図３０中の（ｂ）に示す。安定時の平均電流密度は約５０ｍＡ／ｃｍ^２であった。

（実施例Ａ２−３）
第１の電極１０８および第２の電極１１０の気体微細流路１１２の直径を５０μｍとし、ピッチを１００μｍとした以外は、実施例Ａ２−１と同様にした。

電気分解セル１００を電気分解セル取付装置２００に取り付け、ヒーターブロック２１２の温度を１００℃に温度制御した。この状態で、ポンプ２０６を用いて、溶融塩槽２０２から電気分解セル１００の液体入口１０２ａに溶融塩を１．０ｍＬ／ｍｉｎの流量で供給した。また、第１のガス流路１０４および第２のガス流路１０６にそれぞれガス入口１０４ａおよびガス入口１０６ａから窒素を１０ｍＬ／ｍｉｎの流量で供給した。本実施例において、電解液１１４の表面張力γが９４［ｍＮ／ｍ］、接触角θが１４０°、気体微細流路１１２の幅（直径）ｗが５０μｍであるので、このとき電解液１１４を気体微細流路１１２に押し込むのに必要な圧力は、５．７６［ｋＰａ］と計算される。また、電解液１１４にかかる圧力Ｐ_１が０．４８［ｋＰａ］（計算値）、第１のガス流路１０４および第２のガス流路１０６の圧力Ｐ_２がそれぞれ１．５８×１０^−２［ｋＰａ］（計算値）となり、電気分解セル１００は、上記式（４）を満たすように構成されている。

実施例Ａ２−１と同様に、第１の電極１０８と第２の電極１１０との間に電圧をかけ、７．０Ｖで定電圧電解した。第１の電極１０８と第２の電極１１０から生じた気体の様子は、電極配置の関係から観察することができなかった。しかし、陽極である第１の電極１０８側の第１のガス流路１０４のガス出口１０４ｂから出てきた気体をテドラーパックに採集し、フッ素ガス検知管（株式会社ガステック社製ガス検知管Ｎｏ．１７）を使って測定したところ、検知管の指示薬が白色に脱色した。これによりフッ素ガスが発生したことが確認できた。また、本実施例における電流密度の時間に対する変化量を、図３０中の（ｃ）に示す。安定時の平均電流密度は約７０ｍＡ／ｃｍ^２であった。

（実施例Ａ３）
本実施例における電気分解セルの構成を図３１から図３５に示す。図３１および図３２は、複数の電気分解セルが取り付けられた電気分解セル取付装置の構成を示す図である。図３１は、電気分解セル取付装置２００の側面断面図、図３２は、電気分解セル取付装置２００の上面断面図である。

電気分解セル取付装置２００は、第１の室２３２、第２の室２３４、および第３の室２３６に分割された溶融塩タンク２３０を含む。第２の室２３４には、３つの電気分解セル３００ａ、電気分解セル３００ｂ、および電気分解セル３００ｃが取り付けられる。第２の室２３４には、スリットが形成されており、このスリットに沿って電気分解セル３００ａ〜３００ｃを挿入する。第３の室２３６には、水電解用のニッケル電極による電極板２３８および電極板２４０と、ＨＦガスを供給するための導入管２４５とが設けられている。第１の室２３２と第３の室２３６とは、ポンプ２０６を介して溶融塩流路２０４で接続されている。電気分解セル取付装置２００の構成は後述する。

本実施例において、電気分解セルは、開口窓が設けられた容器と、当該開口窓を覆うように設けられた炭素板電極とにより構成される。炭素板電極には、気体微細流路１１２となる複数の貫通孔が設けられる。これにより、容器外から炭素板電極表面に電解液１１４を供給し、電気分解を行うことにより、炭素板電極表面で生成したガスが容器内に取り込まれるようにすることができる。すなわち、第１の電極１０８および第２の電極１１０をそれぞれ気体微細流路１１２となる複数の貫通孔が設けられた第１の炭素板および第２の炭素板により構成し、第１の炭素板の表面および第２の炭素板の表面を対向配置し、第１の炭素板と第２の炭素板との間に液体流路を設け、第１の炭素板の裏面側に容器である第１のガス収容部を設け、第２の炭素板の裏面側に容器である第２のガス収容部を設けるようにすることができる。

電気分解セル３００ｂは、炭素板電極である第２の電極１１０を６枚備えた構成とした。各炭素板電極には、図２９を参照して説明したのと同様の複数の貫通孔である複数の気体微細流路１１２が形成された構成とした。また、電気分解セル３００ａおよび電気分解セル３００ｃは、同様の炭素板電極である第１の電極１０８を３枚備えた構成とした。電気分解セル３００ａ〜３００ｃは、電気分解セル３００ｂの第２の電極１１０と、電気分解セル３００ａの第１の電極１０８、および電気分解セル３００ｃの第１の電極１０８とがそれぞれ対向するように第２の室２３４内に配置される。

図３３および図３４は、図３１および図３２に示した３つの電気分解セル３００ａ〜３００ｃのうち、中心に取り付けられた電気分解セル３００ｂの構造を示す図である。図３４は、図３３のＦ−Ｆ'断面図である。図３４に示すように、電気分解セル３００ｂは、電気分解セル取付装置２００に取り付けられたときにそれぞれ電気分解セル３００ａと電気分解セル３００ｃの第１の電極１０８と対向するように、両面に第２の電極１１０が形成された構造を有する。電気分解セル３００ｂは、凹部１６４ａが設けられたセル容器１６４と、第２の電極１１０を取り付ける窓１６２ａが設けられた電極押さえ板１６２と、第２の電極１１０に電気を通電するための通電用金属枠１２２と、通電用のワイヤ１２４とを含む。電極押さえ板１６２は、ビス１６６により、セル容器１６４に取り付けられる。また、セル容器１６４の上部にはそれぞれテフロン（登録商標）ジョイント１２６を介してテフロン管１２８およびテフロン管１３０が取り付けられている。テフロン管１２８およびテフロン管１３０には、それぞれ三方弁１３２が取り付けられている。ここでは、テフロン管１３０からガスが流入し、テフロン管１２８からガスが流出するようになっている。このような構成において、セル容器１６４内の空間が第２のガス流路１０６となる。

本実施例の電気分解セルは、以下の手順で製造した。以下では、例として電気分解セル３００ｂの製造手順を示す。
第２の電極１１０として炭素板（東海カーボン社製 Ｇ３４８ １ｍｍｔ）を機械加工し、２４ｍｍ×１４ｍｍ（ｒ＝１ｍｍ）にくりぬいた。つづいて、炭素板をざぐり、凹部（１０ｍｍ×２０ｍｍ、深さが０．６ｍｍ）を形成した。また、炭素板の凹部を形成した部分に気体微細流路１１２となる孔を加工した。気体微細流路１１２は、直径１００μｍのドリル（サイトウ製作所製 超硬ソリッドルーマドリルＡＤＲ−０．１）を用いて機械加工して形成した。気体微細流路１１２の寸法は、直径１００μｍとした。本実施例でも、図２９に示したように、複数の気体微細流路１１２を１５０μｍピッチで６０°千鳥状に配した。気体微細流路１１２が形成された部分と電解液１１４とが接する領域が１０ｍｍ×２０ｍｍとなるようにした。このような炭素板を６枚準備した。

また、Ｎｉ板を機械切削加工し、２４ｍｍ×１４ｍｍ×２ｍｍｔ（ｒ＝１ｍｍ）の大きさに加工し、２０ｍｍ×１０ｍｍ（ｒ＝０．５ｍｍ）のくり貫きを設け、通電用金属枠１２２を作成した。

また、電極押さえ板１６２となるＰＴＦＥ板（５０ｍｍ×７０ｍｍ、１ｍｍｔ）を機械加工し、第２の電極１１０をはめ込む凹部と、第２の電極１１０と電解液１１４とが接触できる窓１６２ａを３個形成した。このような電極押さえ板１６２を２枚準備した。

セル容器１６４となるＰＴＦＥ板（５０ｍｍ×７０ｍｍ、１０ｍｍｔ）を機械加工し、第１のガス流路１０４となる凹部１６４ａを形成した。ここで、凹部１６４ａの深さは１０ｍｍとした。また、通電用金属枠１２２をはめ込む凹部を形成し、通電用金属枠１２２をはめ込んだ。通電用金属枠１２２には、ワイヤ１２４として直径０．５ｍｍのＮｉワイヤを接続した。セル容器１６４の通電用金属枠１２２に第２の電極１１０を重ね、電極押さえ板１６２で押さえた。もう一方の面にも同様に通電用金属枠１２２および電極押さえ板１６２を設けた。セル容器１６４の上部に、２つのテフロンジョイント１２６を接続し、さらにそれぞれのテフロンジョイント１２６にテフロン管１２８およびテフロン管１３０を接続した。テフロン管１２８にはワイヤ１２４を通して、セル外部の直流電源と接続できるようにした。

電気分解セル３００ａおよび電気分解セル３００ｃは、一方の面にのみ第１の電極１０８が形成されているという点を除いて、電気分解セル３００ｂと同様に製造した。

以上のようにして製造した電気分解セル３００ａ〜３００ｂを電気分解セル取付装置２００に取り付けた。電気分解セル取付装置２００におけるガス生成のメカニズムを図３１および図３２も参照して以下で説明する。ここでは、電解液１１４として、ＫＦ・２．３ＨＦ（融点 約８０℃）の溶融塩を用いる。なお、図示していないが、溶融塩タンク２３０はセパレータ等を挟んでヒーターブロック上に配置される。ヒーターブロック２１２の温度を１００℃に温度制御した。

第１の室２３２に電解液１１４がたまると、第１の室２３２と第２の室２３４との間の堰２４４をこえて、電解液１１４が、第２の室２３４の上から注ぎ入れられる。このとき第１の室と第２の室を隔てる堰２４４によってその液面が保たれる。第２の室２３４に流れ込んだ電解液１１４は、電気分解セル間の隙間を落下するようにして流れる。すなわち、本実施例では、電気分解セル間の隙間および電気分解セルの下部分が液体流路１０２となる。対向した第１の電極１０８と第２の電極１１０との間に、第１の電極１０８を陽極、第２の電極１１０を陰極として電圧を印加することにより、これらの間で電気分解が行われる。ここで、電解液１１４は、電気分解を行なうのに充分なＨＦ濃度を備えた溶融塩とすることができる。また、電解液１１４が絶えず電極表面を流れるので電気分解を行なった際に新鮮なＨＦを供給することができる。第１の電極１０８表面で生成した第１のガス１１６は第１の電極１０８に設けられた気体微細流路１１２を通過して電気分解セル３００ａおよび電気分解セル３００ｃ内に取り込まれる。また、第２の電極１１０表面で生成した第２のガス１１８は第２の電極１１０に設けられた気体微細流路１１２を通過して電気分解セル３００ｃ内に取り込まれる。テフロン管１３０から窒素ガス等を導入することにより、第１のガス１１６および第２のガス１１８をそれぞれの電気分解セルのテフロン管１２８から取り出すことができる。

第２の室２３４の下方に流れ落ちた電解液１１４は、第２の室２３４と第３の室２３６との間に設けられた排出口２４２から第３の室２３６に流入する。第３の室２３６において、電極板２３８および電極板２４０により、溶融塩に含まれるＨＦの量が常時監視される。電極板２３８と電極板２４０との間には、常に５Ｖ以下の電圧が印加されており、溶融塩の液面レベルを監視している。溶融塩の液面レベルが下がると第３の室２３６に導入管２４５を通して無水ＨＦガスを供給し、一定レベル液面になった時点で無水ＨＦの供給を停止することによりＨＦの濃度を一定に維持することができる。第３の室２３６に流れ込んだ電解液１１４は、溶融塩タンク２３０外に排出されるが、ポンプ２０６によって再び第１の室２３２に供給される。

以上のような構成の電気分解セル取付装置２００において、ポンプ２０６を用いて、第３の室２３６から電解液１１４である溶融塩を３００ｍＬ／ｍｉｎの流量で供給した。また、電気分解セル３００ａ、電気分解セル３００ｂ、および電気分解セル３００ｃにそれぞれ取り付けられたテフロン管１３０には、窒素を１００ｍＬ／ｍｉｎの流量で供給した。
本実施例において、電解液１１４の表面張力γが９４［ｍＮ／ｍ］、接触角θが１４０°、気体微細流路１１２の幅（直径）ｗが１００μｍであるので、このとき電解液１１４を気体微細流路１１２に押し込むのに必要な圧力は、２．８８［ｋＰａ］と計算される。また、電極最下部では電解液の深さ４ｃｍに位置するので、電極最下部にかかる圧力Ｐ_１は０．８０［ｋＰａ］（計算値）、第１のガス流路１０４および第２のガス流路１０６の圧力Ｐ_２がそれぞれ６．６８×１０^−３［ｋＰａ］（計算値）となり、電気分解セル３００は、上記式（４）を満たすように構成されている。このとき、電解液１１４が第１のガス流路１０４や第２のガス流路１０６に漏れていないことを確認した。

このような状態で、第１の電極１０８が陽極、第２の電極１１０が陰極となるように、第１の電極１０８と第２の電極１１０との間に電圧をかけ電気分解を行った。テフロン管１２８から各電気分解セルで生成したガスを採集して分析を行なった。この結果、電気分解セル３００ａおよび電気分解セル３００ｃでフッ素ガスが発生したことが確認できた。

本実施例では、電解液１１４を巡回させるとともに第３の室２３６でＨＦが供給されるので、溶融塩中のＨＦ濃度を電気分解を行なうために充分高く維持できる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

また、以上の実施の形態では、フッ化水素の電気分解反応を生じさせるための物質としてフッ化水素を含むフッ化カリウム溶融塩を用いる例を示したが、たとえば、フッ化セシウム溶融塩等の他の物質や、上記溶融塩に添加剤としてフッ化リチウムなどを添加して用いてもよい。また、以上の実施の形態では、陽極でフッ素ガス、陰極で水素ガスが生成される例を示したが、本発明のガス生成装置は、電気分解により、たとえば三フッ化窒素、塩素、酸素、アルシン等、他のガスを生成するのに用いることもできる。

以上の実施の形態においては、基板をポリカーボネート板により構成し、電極を炭素板により構成する例を示した。しかし、他の例において、基板をシリコンにより構成し、シリコン基板に流路となる溝や、電極の気体微細流路１１２となる溝を形成し、電極部分にスパッタリングや蒸着等の薄膜技術等により成膜した薄膜金属をマイクロマシン技術によりパターンニングするか、またはシリコンに不純物をドープする等してガス生成装置を形成することもできる。

さらに、以上の実施の形態においては、液体流路１０２、第１のガス流路１０４、および第２のガス流路１０６がそれぞれ１つずつ設けられた構成を示したが、これらを複数設けた構成とすることもできる。図２４に、液体流路１０２およびその液体流路１０２を挟んで設けられた一組の第１の電極１０８および第２の電極１１０をセットとして、このセットを３つ設けた例を示す。このような構成において、第１のガス流路１０４は、２つの第１の電極１０８で共有することができる。また、第２のガス流路１０６も、２つの第２の電極１１０で共有することができる。すなわち、複数の第１の電極と複数の第２の電極とを、第２の電極、第１の電極、第１の電極、第２の電極の順で配置し、第１の電極と第２の電極との間の領域を液体流路とし、第１の電極と第１の電極との間の領域を第１のガス収容部とすることができる。

また、実施例Ａ３で示した構成においても、図３５に示すように、溶融塩タンク２３０内にさらに多数の電気分解セルを設けた構成とすることができる。

（実施例Ｂ１）
以下のようにして、ガス生成用炭素電極を用いた電気分解セルの実験装置を作製するとともに電気分解実験を行った。

なお、図３７は、実施例Ｂ１で作製した孔切削加工後の樹脂板を示す平面略図である。図３８は、図３７で示した孔加工部４０１の拡大略図である。図３９は、実施例Ｂ１で作製した電気分解セルを示す正面図である。図４０は、図３９に示すＡ−Ａ断面図である。図４１は、実施例Ｂ１で作製した電気分解セルに使用する、通電用金属枠５０５の平面略図である。図４２は、実施例Ｂ１で使用する電気分解セル実験装置の正面透視図である。図４３は、実施例Ｂ１で使用する電気分解セル実験装置の上面透視図である。

（１）図３７，３８に示したように、ポリイミド板４００（宇部興産製 ＵＰＬＥＸ ＡＤシート ２０ｍｍ×２０ｍｍ，０．５ｍｍｔ）の中央部の孔加工部４０１（１４ｍｍ×１４ｍｍ）に、直径１００μｍのドリル（サイトウ製作所製 超硬ソリッドルーマドリルＡＤＲ−０．１）を用いて、図３８に示したように複数の微細孔（ガス透過用貫通孔）４０２を２００μｍピッチで６０°千鳥状に穴あけ加工をした。

（２）（１）で作成した多孔加工されたポリイミド板４００を、焼成時で湾曲変形を抑制するため、２枚の黒鉛板（１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×３０ｍｍ）に挟んで、オーブンに入れた。アルゴンで十分置換し、アルゴン気流下（１Ｌ／分）で加熱昇温し、１時間かけて１５００℃に昇温した。その温度で１時間保って焼成した後、加熱を停止し自然冷却し、２００℃まで冷却してから取り出し、多孔電極（ガス生成用炭素電極）４０３を完成した。

多孔電極４０３の大きさは２０％程度収縮しており、同時に孔直径も同程度収縮しており約８０μｍとなっていた。また、厚み方向にも収縮しており、厚さは４３０μｍであった。この多孔電極４０３のラマンスペクトルのＧ１バンドの半値幅は５８ｃｍ^−１であり、ＸＲＤ測定での２２°〜２７°付近に測定されるピークの半値幅は７．８°であり、四端子法で測定した体積抵抗率は、６．５×１０^３μΩｃｍであった。

ラマンスペクトルは、測定装置としてＪＲＳ-ＳＹＳＴＥＭ ２０００（ＲＥＮＩＳＨＡＷ社製 顕微ラマンシステム）を用い、レーザー波長５３２ｎｍ、レーザーパワー１００％、グレーティング１８００Ｌ／ｍｍ、対物レンズ５０倍、測定時間３０秒、積算回数３回の条件で測定した。測定スペクトルをガウス関数を使ってカーブフィッティングし、１６１０ｃｍ^−１近傍のピークをＧ１バンドとした。Ｇ１バンドの半値幅が小さいほど黒鉛化度が高く、反対に半値幅が大きいほど黒鉛化度が低いとされる。

ＸＲＤ測定は、測定装置にはＲＩＮＴ−１５００（理学社製）を用い、Ｘ線はCｕ Ｋ−α線、印加電圧は５０ｋＶ、印加電流は２００ｍＡ、スキャンスピードは４°／分、スキャンステップ０．２°の条件で行った。２２°〜２７°付近に測定されるピークの半値幅から、黒鉛化度を評価した。２２°〜２７°付近に測定されるピークは、黒鉛の００２面由来であり、このピークの半値幅が狭いほど、高度に配向された黒鉛とみなされ、通常の黒鉛材の測定結果は１．０°以下である。反対に、黒鉛層が小さかったり、黒鉛層の規則性が低下したりすれば、半値幅は大きくなる。

（３）（２）で作成した多孔電極４０３を、図３９に示した電気分解セルに設置し、ＫＦ・２ＨＦ溶融塩の電気分解実験を行った。電気分解セルは、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）を機械加工して作成した。図４０に示すように、電気分解セルには、多孔電極４０３の裏側に空間５０９が設けられている。

多孔電極４０３は、押さえ板５０４と通電用金属枠５０５に挟み込み、押さえ板５０４を介してフッ素樹脂製ボルトにより電気分解セル本体５０８に押さえつけられ、通電を確保している。押さえ板５０４には、多孔電極１０３がＫＦ・２ＨＦ溶融塩と接触するための窓５１０（１０ｍｍ×１０ｍｍ）が開けられており、このときの電極面積は１ｃｍ^２となる。

通電用金属枠５０５は、図４１に示したように、電極と溶融塩が接触する中央部に１０ｍｍ×１０ｍｍの窓が開けられており、発生したガスを空間５０９に逃がすことが可能な構造となっている。また、通電用金属枠５０５には、通電用ワイヤー５０６が接続されており、通電用ワイヤー５０６は外部に設置した直流電源装置と接続されている。

電気分解セル本体５０８には、窒素ガス供給用管５０１とガス排出用管５０２がフッ素樹脂製コネクタ５０７を使って接続されており、両管ともに電気分解セル本体５０８にあけられた貫通穴５０３を通じて、電極裏側の空間５０９と通じている。窒素ガス導入口１Ａより導入された窒素ガスは、貫通穴５０３を通って、電極裏側の空間５０９に通じ、電極で発生したガスを伴って、導出口１Ｂより系外に排出される。

（４）図３９に示した電気分解セルは、図４２に示した電気分解セル実験装置に組み込まれている。電気分解セル実験装置は、溶融塩５１８を蓄える槽５１５と、蓋５１６に大きく分けられる。

電気分解セルは蓋５１６にフッ素樹脂製コネクタ５０７を介して設置されており、窒素ガス供給用管５０１とガス排出用管５０２が、電気分解セル実験装置外部に通じている。電気分解セル実験装置の蓋５１６には、フッ素樹脂製コネクタ５０７を介して、φ６ｍｍのニッケル棒からなるカソード電極５１１と、熱電対５１４、窒素ガス供給用管５１２、ガス排出用管５１３が設置されている。窒素ガス導入口２Ａより導入された窒素ガスは、多孔電極４０３で発生したガスを伴って、導出口２Ｂより系外に排出される。電気分解セルの電極面とカソード電極５１１の最短部の距離は３０ｍｍであった。ＫＦ・２ＨＦ溶融塩５１８を、電極の最深部より３０ｍｍ上のライン５１７まで入れて実験した。

（５）（４）で作成した電気分解セル実験装置を、１００℃に調整したオイルバスに浸し、窒素ガス供給用管５０１と５１２に窒素ガスを１０ｍＬ／ｍｉｎの流速で流通させ、通電用ワイヤー５０６を直流電源の陽極にカソード電極５１１を陰極に接続し、電気分解実験を行った。

作製した電気分解セル実験装置に、７Ｖの直流電流を印加して実験したところ、５日以上安定して電気分解が継続した。導出口１Ｂから出た気体をテドラーパックに採集し、フッ素ガス検知管（株式会社ガステック社製ガス検知管Ｎｏ.１７）を使って測定したところ、検知管の指示薬が白色に脱色しフッ素ガスが発生したことを確認した。このときの電流密度の時間に対する変化量を示すグラフを図４４に示す。安定時の平均電流密度は約３０ｍＡ／ｃｍ^２であった。

（実施例Ｂ２）
多孔電極４０３の焼成温度を１３００℃に変えた以外は、実施例Ｂ１と同様に実験した。この多孔電極４０３のラマンスペクトルのＧ１バンドの半値幅は６２ｃｍ^−１であり、ＸＲＤ測定で２２°〜２７°付近に測定されるピークの半値幅は７．４°であり、四端子法で測定した体積抵抗率は、４．７×１０^３μΩｃｍであった。７Ｖの直流電流を印加して実験したところ、平均電流密度５ｍＡ／ｃｍ^２で１日以上安定して流れた。電気分解開始直後に、導出口１Ｂから出た気体をテドラーパックに採集し、フッ素ガス検知管（株式会社ガステック社製ガス検知管Ｎｏ.１７）を使って測定したところ、検知管の指示薬が白色に脱色しフッ素ガスが発生したことを確認した。

（実施例Ｂ３）
多孔電極４０３の焼成条件において１３００℃に達する時間を５時間に変えた以外は、実施例Ｂ２と同様に実験した。この多孔電極４０３のラマンスペクトルのＧ１バンドの半値幅は６１ｃｍ^−１であり、ＸＲＤ測定で２２°〜２７°付近に測定されるピークの半値幅は７．３°であり、四端子法で測定した体積抵抗率は、４．７×１０^３μΩｃｍであった。７Ｖの直流電流を印加して実験したところ、平均電流密度１５ｍＡ／ｃｍ^２で一日以上安定して流れた。電気分解開始直後に、導出口１Ｂから出た気体をテドラーパックに採集し、フッ素ガス検知管（株式会社ガステック社製ガス検知管Ｎｏ.１７）を使って測定したところ、検知管の指示薬が白色に脱色しフッ素ガスが発生したことを確認した。

（実施例Ｂ４）
多孔電極４０３の焼成条件において１３００℃に達してから５時間その温度で保持した以外は、実施例Ｂ２と同様に実験した。この多孔電極４０３のラマンスペクトルのＧ１バンドの半値幅は６０ｃｍ^−１であり、ＸＲＤ測定で２２°〜２７°付近に測定されるピークの半値幅は７．４°であり、四端子法で測定した体積抵抗率は、４．５×１０^３μΩｃｍであった。７Ｖの直流電流を印加して実験したところ、平均電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２で１日以上安定して流れた。電気分解開始直後に、導出口１Ｂから出た気体をテドラーパックに採集し、フッ素ガス検知管（株式会社ガステック社製ガス検知管Ｎｏ.１７）を使って測定したところ、検知管の指示薬が白色に脱色しフッ素ガスが発生したことを確認した。

（比較例Ｂ１）
穴あけ加工をせずに実施例Ｂ１と同様に焼成した炭素板を、多孔電極４０３の代わりに用いた以外は、実施例Ｂ１と同様に実験した。この炭素板のラマンスペクトルのＧ１バンドの半値幅は５７ｃｍ^−１であり、ＸＲＤ測定で２２°〜２７°付近に測定されるピークの半値幅は７．５°であり、四端子法で測定した体積抵抗率は、６．８×１０^３μΩｃｍであった。７Ｖの直流電流を印加して実験したところ、電解初期は約２００ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度で電流が流れたが、１時間後にはほとんど電流が流れなくなった。

（実施例Ｃ１）
以下に、図４５〜図４７に沿って、電気分解セル実験装置（以下、「本実験装置」という）による実験結果を説明する。
図４５（ａ）は本実験装置の上面図、図４５（ｂ）は正面図である。

図４５（ａ）、図４５（ｂ）に示す電気分解セル実験装置は、溶融塩槽３５の中央部に電気分解セルＥを組み込んで電気分解の実験を行なう装置である。溶融塩槽３５は図示する便宜上、内部を透視した状態で図示している。

溶融塩槽３５の上部を覆う天蓋３６には、予備も含めて複数のテフロン（登録商標）管２２，２３が、テフロン（登録商標）ジョイント２８により垂直に固定されている。

図４５（ｂ）に示すように、棒状の電極３２が、電解液７に浸漬するとともに、その上部が溶融塩槽３５外に存在している。電極３２は、図示せぬ導線を通じて直流電源の陰極に接続されている。さらに、溶融塩槽３５の中央部には、電気分解セルＥが天蓋３６から吊り下げられて電解液７に浸されている。以下に、図４６を参照して、電気分解セルＥについて説明する。

図４６（ａ）は、本実験装置における電気分解セルＥの断面図、図４６（ｂ）は図４６（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。図４６（ａ）、図４６（ｂ）に示すように、電気分解セルＥは、絶縁材料による電気分解セル本体２９の前面中央に電極５１が配設されている。電極５１は、電極押さえ板２７で固定されている。電極押さえ板２７により電極５１のガス発生面αを電解液７に接触させることができる。電極５１は通電用金属ワイヤ（ニッケルワイヤ）２６を通じて直流電源の陽極に接続されている。

電気分解セル本体２９は、ＰＴＦＥ板からなり、３５ｍｍ×４０ｍｍ×１５ｍｍｔの形状を有する。さらに、その中央部に深さ１０ｍｍの凹部３１を備える。電極５１のガス放出面βは凹部３１内にさらされている。さらに、電気分解セル本体２９には、気体流路３がテフロン（登録商標）管２２，２３内に設けられ、外部から凹部３１の空間３７に気体を導入、排出することができる。

凹部３１の前縁部には凹部が形成されており、この凹部に、通電用金属枠３０がはめ込まれている。一方、電極押さえ板２７の凹部３１には、電極５１がはめ込まれており、電極押さえ板２７を電気分解セル本体２９に接続することにより、電極５１は電気分解セルＥに固定される。

電気分解セルＥに接続されたテフロン（登録商標）管２２により、窒素ガスを凹部３１の空間３７内に導入し、排出管２３から排出する。排出管２３から流出するガスを採集して分析することができる。

負の電極３２は直径３ｍｍのニッケル棒２本により構成されている。この電極３２は、電極５１を観察する視界を遮らないように、電極５１の正面を避けて脇に寄せ、かつ、正負の電極間距離を均等にするため、左右対称な位置に２本設置されている。

溶融塩液面レベル３４は、電気分解セルＥの電極５１が電解液７に浸る高さに維持する。なお、電解液７の液面が、電極５１の最下部より４ｃｍ以上上方に存在している状態で、電解液７が貫通孔を介して凹部３１の空間３７内に浸潤・透過・漏洩しないことが必須要件である。

溶融塩槽３５の底部は銅製のヒータブロック１８にテフロン（登録商標）シート（ｔ＝０．２ｍｍ）を挟んで載置されるように構成さている。そのヒータブロック１８にはロッドヒータ２０および熱電対２１が配設され、溶融塩槽３５の底部から電解液７を適宜に加熱する。電解液７の温度は、熱電対２１の検出する温度情報を図示せぬサーモスタット等にフィードバックし、指定の温度に保持することが可能である。

本実施例において、Ｆ_２ガスを得るために、ＨＦを含む電解液を電気分解する。一般的に、無水ＨＦは電気抵抗が高く、電気分解し難いが、例えばＫＦとＨＦを反応させて、ＨＦ・nＨＦの電解液７を作製すると、電解液７の電気抵抗は低く、電解液７中のＨＦの電気分解が可能となる。
２ＨＦ→Ｈ_２＋Ｆ_２

この反応において、ＫＦは消費されず、原材料としてのＨＦのみが消費される。したがって、生成されたＦ_２ガスの量に応じてＨＦガスを電解液７中に供給する必要がある。そこで電解槽３５内の電解液７にＨＦガスをバブリングする等して、電解液７にＨＦを供給する。電解液７はその融点以上に加熱されており、その内部には対流が発生し、さらにバブリングにより発生する対流の効果と合わせて電解液７は撹拌されている。したがって、電解液７に供給されたＨＦは電解液７内にほぼ均一に拡散する。

図４７（ａ）は本実験装置における電気分解セルＥ用の電極５１の正面図、図４７（ｂ）は、通電用金属枠３０の正面図である。図４７（ａ）に示す電極５１は、炭素板（東海カーボン社製 Ｇ３４８ １ｍｍｔ）を、２４ｍｍ×１４ｍｍ（ｒ＝１ｍｍ）とした後、ざぐり面１４に深さ０．６ｍｍだけ凹部を形成し、このざぐり面１４の凹部に、炭素板の厚さ方向に貫通孔を設けることにより製造される。

貫通孔６は、図２９にも示したように、ドリル（超硬ソリッドルーマドリルＡＤＲ−０．１）によって、直径１００μｍ、１５０μｍピッチで６０度の千鳥に穿設した。また、気体微細流路１１２の加工された面と電解液７の接する有効電極面は１０ｍｍ×２０ｍｍとした。

図４７（ｂ）に示す通電用金属枠３０は、図４６（ｂ）に示すように、電極５１を支えると共に正の電圧を印加するように通電するための金属枠である。通電用金属枠３０は、外側寸法２４ｍｍ×１４ｍｍ×２ｍｍｔ（ｒ＝１ｍｍ）のニッケル板に、２０ｍｍ×１０ｍｍ（ｒ＝０．５ｍｍ）の窓が切削加工により形成されたニッケル枠である。

この通電用金属枠３０から正の電源までの間は、通電用金属ワイヤ２６である直径０．５ｍｍのニッケルワイヤを介して接続されている。電気分解セル本体２９の上部にテフロン（登録商標）ジョイント２８が配設され、このテフロン（登録商標）ジョイント２８にテフロン（登録商標）管２２，２３が固定されている。このテフロン（登録商標）管２２内を通電用金属ワイヤ２６が通り抜けて、電気分解セルＥの外部の直流電源と接続できるように電気分解セルＥおよび電気分解セル実験装置が構成されている。

この電気分解セル実験装置において、電極５１を陽極、電極３２を陰極として、これら両極間に直流電圧７．０Ｖを印加して定電圧電解した。それぞれの気体流路入口（導入口）であるテフロン（登録商標）管２２より窒素を１０ｍＬ／ｍｉｎの流量で供給した。この状態で電極５１から生じたガスは、貫通孔を通して凹部３１の空間３７内に排出され、気体流路出口（導出口）であるテフロン（登録商標）管２３から窒素ガスとともに排出された。なお、電極５１の表面から電解液７の液面に浮き上がる気泡が存在しないことが観察された。

気体流路出口（導出口）２３から排出された気体をテドラーパックに採集し、フッ素ガス検知管（株式会社ガステック社製ガス検知管Ｎｏ．１７）を使って測定したところ、検知管の指示薬が白色に脱色しフッ素ガスが生成されたことを確認した。このときの電流密度の時間に対する変化量は、安定時の平均電流密度は約５０ｍＡ／ｃｍ^２であった。電圧を８Ｖにしたときの平均電流密度は約１２０ｍＡ／ｃｍ^２であり、電圧を９Ｖにしたときの平均電流密度は約２５０ｍＡ／ｃｍ^２であった。このことは図４８のグラフに示すとおりである。

（実施例Ｃ２）
電極５１に設けた貫通孔６のピッチを１ｍｍにした以外は、実施例Ｃ１と同様にして電気分解を行った。電解液７の液面を電極５１の最下部から４ｃｍ上の位置まで満たしたが、電解液７は貫通孔６を通して凹部３１の空間３７に漏れることがないことを、実施例Ｃ１同様に確認した。また、電圧を７Ｖにしたときの安定時の平均電流密度は約８０ｍＡ／ｃｍ^２であり、電圧を８Ｖにしたときの平均電流密度は約１５０ｍＡ／ｃｍ^２であった。そして、電圧を９Ｖにしたときの平均電流密度は約２００ｍＡ／ｃｍ^２であった。

（実施例Ｃ３）
電極５１に貫通孔６を形成しなかったこと以外は、実施例Ｃ１と同様にして電気分解を行った。電圧７Ｖを印加した直後は、約９０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度で電流が流れたが、しだいに減少し、約２０分経過した時点でほとんど電流が流れなくなった。このことは図４９のグラフに示すとおりである。

なお、上述のいずれの実施例も、フッ化水素の電気分解反応により、フッ素と水素に分解され、それぞれ回収することができた。また、本実験では、フッ化水素の電気分解反応をさせるための物質としてフッ化水素を含有する電解液を用いて例示したが、この電解液は他の物質であっても構わない。

Claims (11)

1. 陽極または陰極のいずれか一方および他方である、第１の炭素電極および第２の電極の間に電圧をかけて電解液を電気分解することにより前記第１の炭素電極で第１のガスを生成し、前記第２の電極で第２のガスを生成するガス生成装置であって、
   前記電解液が流れる液体流路と、
   前記液体流路にそれぞれ接し、前記液体流路を挟んで設けられた前記第１の炭素電極および前記第２の電極と、
   前記液体流路との間に前記第１の炭素電極を挟んで設けられ、前記第１のガスを収容する第１のガス収容部と、
   前記液体流路との間に前記第２の炭素電極を挟んで設けられ、前記第２のガスを収容する第２のガス収容部と
   前記第１の炭素電極に形成され、前記液体流路と前記第１のガス収容部を連通し、前記電解液を通過せず、一方の面において生成された前記第１のガスを他方の面に選択的に通過する複数の第１の気体微細流路と、
   前記第２の電極に形成され、前記液体流路と前記第２のガス収容部を連通し、前記第２のガスを選択的に通過する複数の第２の気体微細流路と、
   を含み、
   前記第１のガス収容部は、不活性ガスが導入される第１のガス入口と、前記不活性ガスとともに前記第１のガスが導出される第１のガス出口と、を有する第１のガス流路であり、
   前記第２のガス収容部は、不活性ガスが導入される第２のガス入口と、前記不活性ガスとともに前記第２のガスが導出される第２のガス出口と、を有する第２のガス流路であり、
   前記流体流路を流れる前記電解液の圧力Ｐ _１ と前記第１のガス流路または前記第２のガス流路を流れる気体の圧力Ｐ _２ との差ΔＰ（＝Ｐ _１ −Ｐ _２ ）が、下記式（４）を満たすガス生成装置。
   ΔＰ（＝Ｐ _１ −Ｐ _２ ）≦−４γｃｏｓθ／ｗ （４）
   （ただし、ΔＰはヤング−ラプラス圧力、γは前記電解液の表面張力、θは前記電解液の接触角、ｗは前記第１の気体微細流路または前記第２の気体微細流路となる複数の貫通孔の開口幅を表す。）
2. 支持基板と、
   前記支持基板上に配置された蓋基板と、
   を有し、
   前記液体流路は、
   前記支持基板に形成された第１の流路用溝と、
   前記第１の流路用溝を覆う前記蓋基板と、
   から形成され、
   前記第１のガス収容部および前記第２のガス収容部は、
   前記支持基板の前記第１の流路用溝の両側方に当該第１の流路用溝と間隔を隔てて各々形成された第２の流路用溝および第３の流路用溝と、
   前記第２の流路用溝および前記第３の流路用溝を覆う前記蓋基板と、
   から形成され、
   前記第１の炭素電極は、前記支持基板の前記第１の流路用溝と前記第２の流路用溝との間にこれらに接して設けられた第１の電極設置用凹部内に設置され、
   前記第２の炭素電極は、前記支持基板の前記第１の流路用溝と前記第３の流路用溝との間にこれらに接するとともに、前記第１の電極設置用凹部と対向する位置に設けられた第２の電極用凹部内に設置された請求項１に記載のガス生成装置。
3. 前記第１の炭素電極は、前記第１の気体微細流路となる複数の前記貫通孔が設けられた第１の炭素板により構成され、
   前記第２の炭素電極は、前記第２の気体微細流路となる複数の前記貫通孔が設けられた第２の炭素板により構成され、
   前記第１の炭素電極および前記第２の炭素電極は前記液体流路を介して対向配置され、
   前記第１のガス収容部は、前記第１の炭素板において前記第２の炭素電極と対向する面の裏面側に配置され、
   第２のガス収容部は、前記第２の炭素板において前記第１の炭素電極と対向する面の裏面側に配置されている請求項１に記載のガス生成装置。
4. 複数の前記第１の炭素電極と複数の前記第２の炭素電極とが、前記第２の炭素電極、前記第１の炭素電極、前記第１の炭素電極、前記第２の炭素電極の順で配置され、
   前記第１の炭素電極と前記第２の炭素電極との間に前記液体流路が配置され、
   前記第１の炭素電極と前記第１の炭素電極との間に前記第１のガス収容部が配置されている請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガス生成装置。
5. 前記電解液は、フッ化水素を含む溶融塩であって、
   前記第１の炭素電極は陽極であり、前記第１の炭素電極でフッ素ガスが生成し、前記第２の炭素電極で水素ガスが生成する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガス生成装置。
6. 前記第１の炭素電極、および炭素材により構成された前記第２の電極とにより構成され、前記第１の気体微細流路および前記第２の気体微細流路はそれぞれガスを選択的に通過する貫通孔であって、
   前記貫通孔の開口幅は１０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガス生成装置。
7. 前記炭素材は、非晶質炭素からなることを特徴とする請求項６に記載のガス生成装置。
8. 前記炭素材は、有機樹脂を７００℃以上３２００℃以下の温度で焼成して得られ、
   前記有機樹脂は、芳香族ポリイミド樹脂またはアラミド樹脂を含むことを特徴とする請求項７に記載のガス生成装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のガス生成装置に用いられるガス生成用炭素電極の製造方法であって、
   有機樹脂材料を準備する工程と、
   前記有機樹脂材料を用いて、貫通孔を複数備える有機樹脂膜を調製する工程と、
   ７００℃以上３２００℃以下の温度で、前記有機樹脂膜を焼成することにより炭素材を得る工程と、
   を含み、
   前記有機樹脂材料が、板状またはフィルム状であることを特徴とするガス生成用炭素電極の製造方法。
10. 前記貫通孔を複数備える前記有機樹脂膜を調製する前記工程において、
    機械加工、エッチング、射出成形、サンドブラスト加工またはレーザ加工により前記貫通孔を形成することを特徴とする請求項９に記載のガス生成用炭素電極の製造方法。
11. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のガス生成装置を用いて、ガスを生成する方法であって、
    前記第１の炭素電極は、炭素材により構成され、ガスを選択的に通過する開口幅が１０００μｍ以下の貫通孔が複数設けられており、
    前記液体流路に前記電解液を流す工程と、
    前記第１の炭素電極および前記第２の電極の間に電圧をかけて前記電解液を電気分解し、前記第１の炭素電極で第１のガスを生成する工程と、
    を含み、
    前記第１のガスを生成する工程において、
    前記電気分解を継続するとともに、前記第１の炭素電極で発生した前記第１のガスを前記貫通孔を介して選択的に通過させて前記第１のガス収容部に供給する工程を含む、ガス生成方法。

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