JP6078803B2 - ガス生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光触媒を用いて水から水素ガスと酸素ガスとの少なくとも一方を生成するガス生成装置に関するものである。

光触媒（例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）や酸化タングステン（ＷＯ_３）等の酸化物半導体）を用いて、水から水素ガスと酸素ガスとを生成する技術が知られている。また、太陽光エネルギの利用効率を高めるために、水と電極材料との接触面積を大きくする技術が提案されている。例えば、導電性基板の表面に、酸化チタンなどからなる光触媒材料を、島状、柱状または多穴膜状に形成する技術が提案されている。

特開２００３−１４６６０２号公報

ところが、太陽光エネルギの利用効率を高める点については、様々な工夫が提案されているが、ガス生成装置の製造を容易に行うことについては、十分な工夫がなされていないのが実情であった。

本発明の主な利点は、ガス生成装置の製造を容易に行うことができる技術を提供することである。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様、または、適用例として実現することが可能である。
［態様］
水を含む電解液から光触媒を用いて水素ガスと酸素ガスとの少なくとも一方を生成するガス生成装置であって、
第１電極と、
光触媒を含む第２電極と、
開口を有し、前記第１電極と前記第２電極とのうちの一方の電極である対象電極を収容する室を形成する、有底の容器と、
前記室を閉じ、ガスの通過を制限して前記水素ガスと前記酸素ガスを分離する分離膜と、
を備え、
前記対象電極は、突出する端子と、前記端子に固定されたバスバーと、前記対象電極の形状を変化させることが可能な部分である可変部分と、を含み、
前記可変部分は、前記バスバーに固定されるとともに多数の孔が形成された部分である孔形成部分を含み、
前記容器は、前記端子が挿入される貫通孔を有し、
前記容器の前記貫通孔は、前記対象電極の前記端子が前記容器内から前記貫通孔に挿入されることによって、前記対象電極を支持する、
ガス生成装置。

［適用例１］
水を含む電解液から光触媒を用いて水素ガスと酸素ガスとの少なくとも一方を生成するガス生成装置であって、
第１電極と、
光触媒を含む第２電極と、
開口を有し、前記第１電極と前記第２電極とのうちの一方の電極である対象電極を収容する室を形成する、有底の容器と、
前記室を閉じ、ガスの通過を制限して前記水素ガスと前記酸素ガスを分離する分離膜と、
を備え、
前記対象電極は、突出する端子を含み、
前記容器は、前記端子が挿入される貫通孔を有し、
前記容器の前記貫通孔は、前記対象電極の前記端子が前記容器内から前記貫通孔に挿入されることによって、前記対象電極を支持する、
ガス生成装置。

この構成によれば、対象電極を収容する容器が、Ｏリングを用いて複数の部材を分解可能に接続して形成される場合と比べて、ガス生成装置の構成を簡素化できる。また、電極を支持するための構成を簡素化できる。以上により、ガス生成装置の製造を容易にできる。

［適用例２］
適用例１に記載のガス生成装置であって、
前記対象電極は、前記対象電極の形状を変化させることが可能な部分である可変部分を含む、ガス生成装置。

この構成によれば、可変部分を用いて対象電極の形状を変化させることによって、対象電極を容器に容易に収容できるので、ガス生成装置の製造を容易にできる。

［適用例３］
適用例２に記載のガス生成装置であって、
前記貫通孔の延びる方向を、挿入方向と呼ぶときに、
前記対象電極の前記挿入方向の長さは、前記開口の前記挿入方向の長さよりも、長い、
ガス生成装置。

この構成によれば、対象電極の挿入方向の長さが、開口の挿入方向の長さよりも短い場合と比べて、容器に電解液が注入された場合の対象電極と電解液との接触面積を増大できる。従って、ガス生成の効率低下を抑制できる。また、そのように大きな対象電極の形状を変化させることによって、対象電極を容器に容易に収容できるので、ガス生成装置の製造を容易にできる。

［適用例４］
適用例１ないし３のいずれかに記載のガス生成装置であって、
前記容器は、前記対象電極の前記端子から離れた端部が挿入されることによって前記対象電極を支持する凹部を有する、ガス生成装置。

この構成によれば、対象電極の位置ズレを、容器の貫通孔と凹部という簡単な構成によって抑制できるので、ガス生成装置の製造を容易にできる。

［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれかに記載のガス生成装置であって、
前記対象電極は、前記第１電極であり、水素ガスを生成するための電極である、
ガス生成装置。

この構成によれば、対象電極の材料として、種々の導電性材料を用いることができるので、容器への収容に適した対象電極を、容易に実現できる。従って、ガス生成装置の製造を容易にできる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、ガス生成装置、ガス生成装置と燃料電池とを備える発電システム、等の態様で実現することができる。

本発明の一実施例としてのガス生成システムの概略図である。 ガス生成装置８００の構成を示す断面図である。 ガス生成装置８００の分解断面図である。 ガス生成装置８００の分解斜視図である。 第１電極３１０を収容室１１２内に取り付ける手順の例を示す説明図である。 ガス生成装置の参考例を示す分解斜視図である。 第１電極の別の実施例を示す斜視図である。 第１電極の別の実施例を示す斜視図である。 第１電極の別の実施例を示す斜視図である。

Ａ．実施例：
Ａ１．ガス生成装置の概要：
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、本発明の一実施例としてのガス生成システムの概略図である。ガス生成システム９００は、水の電気分解によって水素ガスと酸素ガスとを生成する。ガス生成システム９００は、ガス生成装置８００と、直流電源４００と、電解液供給装置５００と、を備えている。

ガス生成装置８００は、水素ガスが生成される第１室２１０を形成する部材（詳細は後述）と、第１室２１０に収容される第１電極３１０と、酸素ガスが生成される第２室２２０を形成する部材（詳細は後述）と、第２室２２０に収容される第２電極３２０と、第１室２１０と第２室２２０との間を仕切る分離膜３３０と、を備えている。

直流電源４００は、２つの電極３１０、３２０の間にバイアス電圧を印加する。第１電極３１０には、直流電源４００の負極が接続され、第２電極３２０には、直流電源４００の正極が接続されている。

電解液供給装置５００は、２つの室２１０、２２０に、水を含む電解液を供給する。電解液供給装置５００は、第１供給路５１０を介して第１室２１０に接続され、第２供給路５２０を介して第２室２２０に接続されている。水を含む電解液としては、プロトン（Ｈ^＋。水素イオンとも呼ばれる）の伝導を許容するＮａ_２ＳＯ_４の水溶液が用いられる。ただし、電解液としては、プロトン（Ｈ^＋）の伝導を許容する他の電解液（例えば、ＮａＨＣＯ_３の水溶液）を採用してもよい。

２つの室２１０、２２０の間を仕切る分離膜３３０は、ガスの通過を制限する膜であり、第１電極３１０によって生成された水素ガスが第２室２２０に移動することと、第２電極３２０によって生成された酸素ガスが第１室２１０に移動することを、制限している。これにより、生成された水素ガスと酸素ガスとが分離され、それらのガスの混合が抑制される。また、分離膜３３０は、プロトン（Ｈ^＋）の伝導性を有している。本実施例では、このような分離膜３３０として、スルホン酸基を含むフッ素系樹脂（例えば、ナフィオン（デュポン社の商標））の膜が用いられている。このようなフッ素系樹脂の膜は、電解質膜とも呼ばれる。

第１電極３１０は、導電性材料（ここでは、ステンレス鋼）を用いて構成されている。第２電極３２０は、光を用いて水の電気分解を促進する光触媒としての酸化タングステン（ＷＯ_３）を含む導電性材料を用いて構成されている。第２電極３２０に太陽光等の光が照射されると、光触媒の作用により、水（Ｈ_２Ｏ）から、酸素ガス（Ｏ_２）と、プロトン（Ｈ^＋）とが生成され、そして、電子（ｅ⁻）が、第２電極３２０に生じる。

酸素ガスは、第２室２２０に接続された第２ガス流路４２０を通じて、第２室２２０の外に排出される。排出された酸素ガスは、図示しない酸素タンクに貯留される。ただし、酸素ガスを、貯留せずに、所定の空間（例えば、大気中）に解放してもよい。第２電極３２０に生じた電子（ｅ⁻）は、直流電源４００に移動し、直流電源４００から第１電極３１０へ電子（ｅ⁻）が供給される。プロトン（Ｈ^＋）は、分離膜３３０を通り抜けて、第１室２１０に移動する。

第１室２１０に移動したプロトン（Ｈ^＋）は、第１電極３１０で電子（ｅ⁻）と結合して、水素ガス（Ｈ_２）を生成する。生成された水素ガス（Ｈ_２）は、第１室２１０に接続された第１ガス流路４１０を通じて、第１室２１０の外に排出される。排出された水素ガス（Ｈ_２）は、例えば、図示しない水素タンクに貯留される。また、水素ガスが、図示しない燃料電池に供給されてもよい。

Ａ２．ガス生成装置の詳細：
図２は、ガス生成装置８００の構成を示す断面図であり、図３はガス生成装置８００の分解断面図であり、図４は、ガス生成装置８００の分解斜視図である。図中には、互いに直交する３つの方向Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚが示されている。図２と図３とは、第２方向Ｄｙと直交する断面図であり、図４（Ａ）に示すＡ−Ａ断面である。図４（Ａ）と図４（Ｂ）との間では、観察する方向が互いに逆方向である。以下、第１方向Ｄｘを「＋Ｄｘ方向」とも呼び、第１方向Ｄｘの反対方向を「−Ｄｘ方向」とも呼ぶ。また、＋Ｄｘ方向側を、単に「＋Ｄｘ側」とも呼び、−Ｄｘ方向側を、単に「−Ｄｘ側」とも呼ぶ。同様に、第２方向Ｄｙを「＋Ｄｙ方向」とも呼び、さらに、第２方向Ｄｙの反対方向を「−Ｄｙ方向」と、＋Ｄｙ方向側を「＋Ｄｙ側」と、−Ｄｙ方向側を「−Ｄｙ側」と、それぞれ呼ぶ。また、第３方向Ｄｚを「＋Ｄｚ方向」とも呼び、さらに、第３方向Ｄｚの反対方向を「−Ｄｚ方向」と、＋Ｄｚ方向側を「＋Ｄｚ側」と、−Ｄｚ方向側を「−Ｄｚ側」と、それぞれ呼ぶ。

Ａ２−１．第１室：
図２に示すように、第１室２１０は、容器１１０と分離膜３３０とによって形成される空間である。以下、容器１１０を、「第１室形成部１１０」とも呼ぶ。容器１１０は、−Ｄｚ方向を向いた開口１１１と、開口１１１に連通する凹部である収容室１１２と、を有する有底の容器である。図４（Ｂ）に示すように、開口１１１の形状は、第１方向Ｄｘと平行なラインと、第２方向Ｄｙと平行なラインと、によって構成される矩形状と、おおよそ同じである。収容室１１２の形状は、開口１１１を１つの面として有する直方体と、おおよそ同じである。

図２、図３に示すように、容器１１０は、収容室１１２の＋Ｄｘ側に形成されて＋Ｄｘ方向に沿って延びる貫通孔１１３を有している。貫通孔１１３は、収容室１１２と容器１１０の外部とを連通する。以下、貫通孔１１３が収容室１１２から外部に向かって延びる方向（ここでは、第１方向Ｄｘ）を、「挿入方向Ｄｘ」とも呼ぶ。また、容器１１０は、収容室１１２内の貫通孔１１３とは反対側（すなわち、−Ｄｘ側）に形成されている凹部１１４を有している。図４（Ｂ）に示すように、凹部１１４は、収容室１１２の−Ｄｙ側の端から＋Ｄｙ側の端まで延びている。なお、容器１１０は、絶縁性材料（例えば、樹脂）を用いて単一の部材として形成されている。

図３、図４（Ｂ）に示すように、第１電極３１０は、多数の孔が形成されたメッシュ状の部分３１１（「メッシュ部分３１１」と呼ぶ）と、メッシュ部分３１１の−Ｄｘ側の端部に固定された第１バスバー３１２と、メッシュ部分３１１の＋Ｄｘ側の端部に固定された第２バスバー３１３と、第２バスバー３１３に固定されて＋Ｄｘ方向に向かって突出する端子３１４と、含んでいる。図４（Ｂ）に示すように、メッシュ部分３１１は、第１方向Ｄｘと平行なライン状の端と、第２方向Ｄｙと平行なライン状の端と、を有する略矩形状のプレートであり、第３方向Ｄｚと直交するように配置されている。第３方向Ｄｚを向いて観察した場合、メッシュ部分３１１は、収容室１１２の内部のおおよそ全体に拡がっている。第１バスバー３１２と第２バスバー３１３とは、それぞれ、メッシュ部分３１１の−Ｄｙ側の端から＋Ｄｙ側の端まで延びている。第１電極３１０の各部３１１、３１２、３１３、３１４は、いずれも、ステンレス鋼を用いて形成されている。各部３１１、３１２、３１３、３１４を互いに固定する方法としては、例えば、溶接を採用可能である。

図２に示すように、第１電極３１０の端子３１４は、収容室１１２内（すなわち、容器１１０内）から、容器１１０の貫通孔１１３に挿入されている。端子３１４と貫通孔１１３との間は、Ｏリング３１５によって、シールされている。Ｏリング３１５は、弾性材料（例えば、ゴム）を用いて形成されている。貫通孔１１３は、端子３１４が貫通孔１１３に挿入されることによって、第１電極３１０を支持している。

図２に示すように、第１電極３１０の第１バスバー３１２は、容器１１０の凹部１１４に挿入されている。これにより、凹部１１４は、第１バスバー３１２、すなわち、第１電極３１０を支持している。

図３、図４（Ｂ）に示す長さＬ１ｘは、収容室１１２に収容された状態の第１電極３１０の挿入方向Ｄｘに沿った長さを示している。この長さＬ１ｘは、開口１１１の挿入方向Ｄｘに沿った長さＬ２ｘよりも長い。このように、開口１１１よりも長い第１電極３１０を収容室１１２に収容する方法については、後述する。なお、図４（Ｂ）に示すように、第１電極３１０の第２方向Ｄｙに沿った長さＬ１ｙは、開口１１１の第２方向Ｄｙに沿った長さＬ２ｙよりも若干短い。

図４（Ｂ）に示すように、容器１１０の−Ｄｚ側の端面には、開口１１１を囲むループ状の溝１１８が形成されている。この溝１１８には、第１シール部材３９１が嵌め込まれる（図２）。第１シール部材３９１の−Ｄｚ側（すなわち、容器１１０の−Ｄｚ側）には、分離膜３３０が配置されている。図２、図４（Ｂ）に示すように、分離膜３３０は、開口１１１の全体を覆うことによって、開口１１１を塞いでいる。第１シール部材３９１は、容器１１０と分離膜３３０とに密着し、開口１１１を囲む全周に亘って、容器１１０と分離膜３３０と間をシールする。第１シール部材３９１は、弾性材料（例えば、ゴム）を用いて形成されている。

Ａ２−２．第２室：
図２に示すように、第２室２２０は、第２室形成部１４０と分離膜３３０とガラス板３２４とによって形成される空間である。第２室形成部１４０は、第１壁部材１２０と、第１壁部材１２０の−Ｄｚ側に配置される第２壁部材１３０と、を含んでいる。

図４に示すように、第１壁部材１２０は、第３方向Ｄｚに沿って延びる貫通孔１２２を有するループ状の部材である。図３、図４（Ｂ）に示す様に、第１壁部材１２０は、貫通孔１２２の大きさが互いに異なる第１部分１２０ａ（＋Ｄｚ側の部分）と第２部分１２０ｂ（−Ｄｚ側の部分）との２つの部分に区分される。第２部分１２０ｂによって形成される貫通孔１２２は、第１部分１２０ａによって形成される貫通孔１２２よりも、大きい。第３方向Ｄｚを向いて観察した場合、第１部分１２０ａの内周面は、容器１１０の開口１１１の内周面と、おおよそ重なっている。なお、第１壁部材１２０は、絶縁性材料（例えば、樹脂）を用いて形成されている。

図４に示すように、第２壁部材１３０は、第３方向Ｄｚに沿って延びる貫通孔１３２を有するループ状の部材である。図３、図４（Ｂ）に示すように、第３方向Ｄｚを向いて観察した場合、貫通孔１３２の形状は、略矩形状であり、貫通孔１３２の内周面は、第１壁部材１２０の第１部分１２０ａの内周面と、おおよそ重なっている。なお、第２壁部材１３０は、絶縁性材料（例えば、樹脂）を用いて形成されている。

図３、図４（Ａ）に示すように、第２電極３２０は、ガラス板３２４と、ガラス板３２４の＋Ｄｚ側の面上の全体に形成された透明導電層３２３と、透明導電層３２３の＋Ｄｚ側の面上の縁よりも内側の部分に形成された光触媒層３２２と、透明導電層３２３の＋Ｄｚ側の面上の縁部分と全周に亘って接触する金具３２５と、を含んでいる。金具３２５は、光触媒層３２２を覆わないように、ループ状に形成されている。図２に示すように、第２電極３２０は、第１壁部材１２０の第２部分１２０ｂに嵌め込まれ、第１壁部材１２０の第１部分１２０ａと第２壁部材１３０とによって挟まれる。第２壁部材１３０の貫通孔１３２は、ガラス板３２４によって閉じられる。第１壁部材１２０の貫通孔１２２のガラス板３２４よりも＋Ｄｚ側の空間が、第２室２２０に対応する。

図３、図４に示すように、金具３２５の内周側には、ループ状の第３シール部材３９３が配置されている。第３シール部材３９３は、透明導電層３２３と第１壁部材１２０（より具体的には、第１部分１２０ａ）との間に挟まれて、第２電極３２０と第１壁部材１２０との間を、貫通孔１２２の全周に亘って、シールする。第３シール部材３９３は、弾性材料（例えば、ゴム）を用いて形成されている。

図４（Ｂ）に示すように、第３方向Ｄｚを向いて観察した場合に、透明導電層３２３とガラス板３２４と金具３２５とのそれぞれの輪郭形状は、略矩形状である。さらに、図２、図４（Ｂ）に示すように、それらの部材の３２３、３２４、３２５の輪郭は、全周に亘って、第１壁部材１２０の第２部分１２０ｂの内周面よりも若干内側に位置し、そして、全周に亘って、第１壁部材１２０の第１部分１２０ａの内周面よりも外側に位置している。

光触媒層３２２は、酸化タングステン（ＷＯ_３）を膜状に形成したものである。透明導電層３２３は、導電性材料としてのＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）を膜状に形成したものであり、光触媒層３２２によって用いられる光を透過可能である。ガラス板３２４も、光触媒層３２２によって用いられる光を透過可能である。図２に示すように、光（例えば、太陽光）は、第２壁部材１３０の貫通孔１３２から入射し、ガラス板３２４と透明導電層３２３を透過して、光触媒層３２２に至る。光を受けた光触媒層３２２は、水の電気分解を促進する。また、光触媒層３２２では、電子（ｅ⁻）が生じる。生じた電子（ｅ⁻）は、透明導電層３２３を介して、金具３２５に集められる。

金具３２５は、導電性材料（例えば、ステンレス鋼）を用いて形成されている。金具３２５は、透明導電層３２３の縁部分と全周に亘って接触しているので、透明導電層３２３から電子（ｅ⁻）を効率よく集めることができる。また、金具３２５は、金具３２５と透明導電層３２３との間の接触抵抗を低減させるために、弾性を有するように構成されている。本実施例では、金具３２５は、導電性材料の網を折り畳むことによって、形成されている。金具３２５の第３方向Ｄｚの厚さは、第３シール部材３９３のつぶし率を考慮して、透明導電層３２３との十分な接触面積を実現できるように、設定されている。金具３２５には、図示しない端子がガス生成装置８００の外部から接続される。図４（Ｂ）に示すように、第１壁部材１２０の第２部分１２０ｂの＋Ｄｘ側には、図示しない端子を挿入するための切欠１２４が形成されている。

図４（Ａ）に示すように、第１壁部材１２０の＋Ｄｚ側の端面には、貫通孔１２２を囲むループ状の溝１２８が形成されている。この溝１２８には、第２シール部材３９２が嵌め込まれる（図２）。第２シール部材３９２の＋Ｄｚ側（すなわち、第１壁部材１２０の＋Ｄｚ側）には、分離膜３３０が配置されている。図２、図４（Ａ）に示すように、分離膜３３０は、貫通孔１２２の全体を覆うことによって、貫通孔１２２を塞いでいる。第２シール部材３９２は、第１壁部材１２０と分離膜３３０とに密着し、貫通孔１２２を囲む全周に亘って、第１壁部材１２０と分離膜３３０との間をシールする。第２シール部材３９２は、弾性材料（例えば、ゴム）を用いて形成されている。

Ａ２−３．その他の部分の構成：
図４に示すように、ガス生成装置８００の複数の部材は、複数のボルト３８０によって固定される。複数のボルト３８０のために、容器１１０は、複数のネジ孔１１９を有し、第１壁部材１２０は、複数のネジ孔１２９を有し、第２壁部材１３０は、複数のネジ孔１３９を、有している。容器１１０のネジ孔１１９には、雌ネジが形成されている。ボルト３８０は、−Ｄｚ側から、ネジ孔１３９、１２９を通り抜け、そして、容器１１０のネジ孔１１９にねじ込まれる。複数のネジ孔１１９、１２９、１３９は、収容室１１２と貫通孔１２２、１３２（すなわち、第１室２１０と第２室２２０）の周囲を囲むように、配置されている。

なお、図示を省略するが、容器１１０には、第１ガス流路４１０（図１）を接続するための接続口と、第１供給路５１０を接続するための接続口と、が設けられている。また、図示を省略するが、第１壁部材１２０には、第２ガス流路４２０を接続するための接続口と、第２供給路５２０を接続するための接続口と、が設けられている。

Ａ３．第１電極の収容：
図５は、第１電極３１０を容器１１０の収容室１１２内に取り付ける手順の例を示す説明図である。取り付け手順は、図５（Ａ）〜図５（Ｄ）の順に、進行する。図中には、容器１１０と第１電極３１０とが示されている。図５（Ａ）〜図５（Ｄ）は、それぞれ、斜視図（左部分）と断面図（右部分）と、を示している。断面図は、第２方向Ｄｙと直交し、貫通孔１１３を通る断面を示している。

上述したように、貫通孔１１３の延びる方向（すなわち、挿入方向Ｄｘ）の長さに関しては、第１電極３１０の長さＬ１ｘ（図５（Ａ））は、開口１１１の長さＬ２ｘよりも長い。従って、仮に第１電極３１０の全体が剛体である場合には、第１電極３１０を収容室１１２に入れることが困難である。本実施例では、第１電極３１０のメッシュ部分３１１は、弾性変形可能な金属プレートを用いて形成されている。このメッシュ部分３１１を変形させることによって、第１電極３１０を収容室１１２に入れることができる。

先ず、図５（Ｂ）に示すように、メッシュ部分３１１は、端子３１４が＋Ｄｘ方向を向き、第１電極３１０の−Ｄｘ側の端部（第１バスバー３１２を含む部分）が−Ｄｚ側を向くように、湾曲される。この状態の第１電極３１０の挿入方向Ｄｘの長さが、図示された長さＬ１ｘｂである。この長さＬ１ｘｂは、容器１１０の挿入方向Ｄｘの長さＬ２ｘよりも短いので、開口１１１を通じて第１電極３１０（特に、端子３１４）を収容室１１２内に入れることが可能になる。そして、第１電極３１０の端子３１４が、収容室１１２の内から、貫通孔１１３に挿入される。端子３１４には、予め、Ｏリング３１５が装着されている。

次に、図５（Ｃ）に示すように、第１バスバー３１２が収容室１１２内に入るように、メッシュ部分３１１が湾曲される。メッシュ部分３１１は、端子３１４と第１バスバー３１２とが収容室１１２内に配置され、メッシュ部分３１１の中央部分が開口１１１の外に残るように、湾曲される。次に、第１バスバー３１２が、収容室１１２の−Ｄｘ側に設けられた凹部１１４に向かって、移動される。

次に、図５（Ｄ）に示すように、凹部１１４に、第１バスバー３１２が挿入される。以上により、第１電極３１０の取り付けが完了する。

以上のように、実施例では、開口１１１を有し、第１室２１０を形成する有底の容器１１０に、第１電極３１０が収容されている。そして、容器１１０に設けられた貫通孔１１３に、第１電極３１０の端子３１４が挿入されることによって、容器１１０（具体的には、貫通孔１１３）は、第１電極３１０を支持する。このような構成を採用することによって、以下に説明する参考例のガス生成装置と比べて、ガス生成装置８００の構成を簡素化できる。

図６は、ガス生成装置の参考例を示す分解斜視図である。図６は、図４（Ａ）と同様の分解斜視図を示している。図示されたガス生成装置８００Ｒの部材のうちの、図４（Ａ）に示す実施例と同じ部材には、同じ符号が付されている。参考例のガス生成装置８００Ｒでは、第１室２１０ｘは、第１室形成部１１０ｘと分離膜３３０とによって形成される空間である。第１室形成部１１０ｘは、第１壁部材１１０ｘａと、第１壁部材１１０ｘａの−Ｄｚ側に配置された第２壁部材１１０ｘｂと、を含んでいる。

第１壁部材１１０ｘａは、−Ｄｚ側に設けられた図示しない凹部を有している。第２壁部材１１０ｘｂは、貫通孔１１２ｘｂを有するループ状の部材である。第１電極３１０ｘは、第１壁部材１１０ｘａと第２壁部材１１０ｘｂとの間に挟まれ、第１壁部材１１０ｘａの凹部と、第２壁部材１１０ｘｂの貫通孔１１２ｘｂとの間を仕切っている。

第１電極３１０ｘは、略矩形のループ状の金属プレートであるフレーム部３１２ｘと、フレーム部３１２ｘの内側に設けられたメッシュ状のメッシュ部分３１１ｘと、を含んでいる。フレーム部３１２ｘと第１壁部材１１０ｘａとの間は、第１壁部材１１０ｘａの図示しない凹部を全周に亘って囲むループ状の第３シール部材３９３ｘによって、シールされている。フレーム部３１２ｘと第２壁部材１１０ｘｂとの間は、貫通孔１１２ｘｂを全周に亘って囲むループ状の第４シール部材３９４ｘによって、シールされている。

第２壁部材１１０ｘｂの−Ｄｚ側には、分離膜３３０が配置され、分離膜３３０は、貫通孔１１２ｘｂを塞いでいる（分離膜３３０と第２壁部材１１０ｘｂとの間は、第１シール部材３９１によってシールされている）。

なお、分離膜３３０よりも−Ｄｚ側の構成の、実施例のガス生成装置８００からの変更点は、第２電極３２０ｘに端子板３２６が追加されている点である。端子板３２６は、第２電極３２０ｘと外部との電気的な接続を行うための部材であり、＋Ｄｘ方向に突出する端子部３２６ｔを有する、ループ状の金属部材である。端子板３２６は、金具３２５の＋Ｄｚ側に配置され、金具３２５の＋Ｄｚ側の面と全周に亘って接触する。端子板３２６を含む第２電極３２０ｘは、ループ状の第１壁部材１２０ｘの−Ｄｚ側に嵌め込まれ、第１壁部材１２０ｘと、第１壁部材１２０ｘの−Ｄｚ側に配置されたループ状の第２壁部材１３０ｘとによって、挟まれる。第１壁部材１２０ｘの＋Ｄｘ側には、切欠１２４ｘが設けられており、端子板３２６の端子部３２６ｔは、切欠１２４ｘに嵌め込まれる。分離膜３３０よりも−Ｄｚ側の他の部分の構成は、上記実施例のガス生成装置８００の構成とおおよそ同じであるので、詳細な説明を省略する。

このように、参考例のガス生成装置８００Ｒでは、第１室２１０ｘを形成するために、２つの壁部材１１０ｘａ、１１０ｘｂと、壁部材１１０ｘａ、１１０ｘｂと他の部材（ここでは、第１電極３１０ｘ）との間をシールするシール部材３９３ｘ、３９４ｘと、が用いられている。一方、図４（Ａ）に示す実施例のガス生成装置８００では、そのような複数の部材の代わりに、１つの容器１１０を用いて、第１室２１０が形成されている。従って、実施例のガス生成装置８００では、参考例のガス生成装置８００Ｒよりも、ガス生成装置８００の構成を簡素化できるので、ガス生成装置の製造を容易にできる。

また、実施例のガス生成装置８００では、参考例のガス生成装置８００Ｒと比べて、第１室２１０の気密性のためのシール部材の数が少ないので、水素脆化の影響を受けやすい第１室２１０の気密性を向上できる。従って、第１室２１０で生成された水素ガスの漏洩を抑制できる。この結果、生成された水素ガスを効率よく収集することができるので、水素ガスの発生効率が、水素ガスの漏洩に起因して低下することを、抑制できる。

また、第１室２１０、第２室２２０で起こりうるガスシール部材や電極部材の劣化などの不具合を確認するためのメンテナンス作業や、これに限らず定期的にメンテナンス作業が行われる場合がある。実施例のガス生成装置８００では、参考例のガス生成装置８００Ｒと比べて、第１室の気密性のためのシール部材の数が少ないので、ガス生成装置の分解と再組み立てとを、容易に行うことができる。

また、図２に示すように、実施例では、貫通孔１１３に第１電極３１０の端子３１４が挿入されることによって、貫通孔１１３が第１電極３１０を支持する。従って、第１室２１０内で第１電極３１０を支持するためにクリップ等の他の部材を用いる場合と比べて、第１電極３１０を支持するための部材の数を低減できるので、ガス生成装置８００の構成を簡素化できる。この結果、ガス生成装置の製造を容易にできる。

更に、実施例では、図２に示すように、容器１１０は、凹部１１４を有し、凹部１１４は、第１電極３１０の端子３１４から離れた端部（ここでは、第１バスバー３１２）が挿入されることによって、第１電極３１０を支持する。このように、互いに離れた２つの部分（具体的には、端子３１４と第１バスバー３１２）が容器１１０によって支持される。従って、第１室２１０内での第１電極３１０の位置ズレを、貫通孔１１３と凹部１１４という簡単な構成によって、抑制できる。従って、ガス生成装置の製造を容易にできる。

また、図５で説明したように、第１電極３１０は、メッシュ部分３１１を備え、メッシュ部分３１１は、第１電極３１０の形状を変化させることが可能である。従って、第１電極３１０を容器１１０に収容する場合に、第１電極３１０の形状を変形させることができるので、ガス生成装置８００の製造を容易にできる。

また、図３、図４（Ｂ）で説明したように、貫通孔１１３の延びる方向（すなわち、挿入方向Ｄｘ）の長さに関しては、第１電極３１０の長さＬ１ｘは、開口１１１の長さＬ２ｘよりも長い。従って、第１電極３１０の長さＬ１ｘが、開口１１１の長さＬ２ｘよりも短い場合と比べて、第１電極３１０と電解液との接触面積を大きくできる。従って、ガス生成の効率低下を抑制できる。また、そのように大きな第１電極３１０を容器１１０に収容する場合に、第１電極３１０の形状を変化させることによって、第１電極３１０を容器１１０に容易に収容できるので、ガス生成装置８００の製造を容易にできる。

また、図４（Ｂ）で説明したように、第１電極３１０は、多数の孔を有するメッシュ部分３１１を備えている。従って、メッシュ部分が無い場合と比べて、第１電極３１０と電解液との接触面積を増大できる。このように、メッシュ部分３１１を設けるという簡単な構成で、ガス生成の効率低下を抑制できるので、ガス生成装置８００の製造を容易にできる。

さらに、第１電極３１０は、メッシュ部分３１１に接続された通電のためのバスバー３１２、３１３を含んでいる。第２バスバー３１３は、端子３１４に接続されているので、端子３１４とメッシュ部分３１１との間の通電を行うバスバーとして機能する。第１バスバー３１２は、端子３１４には接続されていないが、メッシュ部分３１１の端部における通電を行うバスバーとして機能する。実施例では、バスバー３１２、３１３が無い場合と比べて、端子３１４とメッシュ部分３１１との間の電気抵抗を小さくすることができる。従って、メッシュ部分３１１に対する通電の効率を向上でき、そして、ガス生成効率を向上できる。このように、バスバー３１２、３１３を設けるという簡単な構成で、ガス生成の効率低下を抑制できるので、ガス生成装置８００の製造を容易にできる。

Ｂ．第１電極の別の実施例：
図７、図８、図９は、それぞれ、第１電極の別の実施例を示す斜視図である。図示された第１電極３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃは、それぞれ、上記実施例の第１電極３１０の代わりに用いることができる。図７の第１電極３１０ａの構成は、図４（Ｂ）に示す第１電極３１０から、第１バスバー３１２とメッシュ部分３１１とを省略し、この代わりに、多数の孔を有する短メッシュ部分３１１ａを設けることによって得られる構成と同じである。この第１電極３１０ａの挿入方向Ｄｘの長さＬ１ａｘは、開口１１１の挿入方向Ｄｘの長さＬ２ｘよりも短い。従って、第１電極３１０ａを、収容室１１２内に容易に装着することができる。装着の際には、短メッシュ部分３１１ａを変形させることも可能である。なお、第１電極３１０ａの第２方向Ｄｙの長さは、開口１１１の第２方向Ｄｙの長さよりも、若干小さい。

図８の第１電極３１０ｂの構成は、図４（Ｂ）に示す第１電極３１０のメッシュ部分３１１とバスバー３１２、３１３とを、略直方体の多孔質ブロック３１１ｂに置換したものである。多孔質ブロック３１１ｂは、多数の孔を有する多孔質金属のブロックであり、例えば、ステンレス鋼を用いて形成されている。多孔質ブロック３１１ｂは、硬い部材であり、破壊せずに変形させることが困難である。しかし、第１電極３１０ｂの挿入方向Ｄｘの長さＬ１ｂｘは、開口１１１の挿入方向Ｄｘの長さＬ２ｘよりも短い。従って、この第１電極３１０ｂを、容易に、収容室１１２内に装着することができる。なお、多孔質ブロック３１１ｂの第２方向Ｄｙの長さは、開口１１１の第２方向Ｄｙの長さよりも、若干短い。

図９の第１電極３１０ｃは、図８の第１電極３１０ｂの多孔質ブロック３１１ｂの−Ｄｘ側に第２多孔質ブロック３１１ｃｂを配置し、それらのブロック３１１ｂ、３１１ｃｂを、ヒンジ３１１ｃｃを用いて連結したものである。第２多孔質ブロック３１１ｃｂの材料と形状とは、多孔質ブロック３１１ｂ（第１多孔質ブロック３１１ｂと呼ぶ）と同じである。図９（Ａ）に示すように、ヒンジ３１１ｃｃを曲げずに伸ばした状態の第１電極３１０ｃの挿入方向Ｄｘの長さＬ１ｃｘは、開口１１１の挿入方向Ｄｘの長さＬ２ｘよりも長い。ところが、図９（Ｂ）に示すように、ヒンジ３１１ｃｃを折り曲げるように回動させることによって、第２多孔質ブロック３１１ｃｂが−Ｄｚ方向を向くので、第１電極３１０ｃの挿入方向Ｄｘの長さＬ１ｃｘｂは、開口１１１の挿入方向Ｄｘの長さＬ２ｘよりも短くなる。この結果、図５（Ｂ）の第１電極３１０と同様に、端子３１４を貫通孔１１３に容易に挿入することができる。この挿入の後、ヒンジ３１１ｃｃを拡げるように回動させることによって、第１電極３１０ｃの全体を、収容室１１２内に収容することができる。

Ｃ．変形例：
（１）酸素を生成する電極に用いられる光触媒としては、酸化タングステン（ＷＯ_３）に限らず、光を用いて水の電気分解を促進する種々の材料を採用可能である。なお、光触媒の材料としては、必ずしもＷＯ_３に限定されるものでなく、ＴｉＯ_２（二酸化チタン）、ＳｒＴｉＯ_３（チタン酸ストロンチウム）、ＢａＴｉＯ_３（チタン酸バリウム）、ＺｒＯ（酸化亜鉛）、ＳｎＯ_２（二酸化錫（すず））、ＣｄＳ（硫化カドミウム）等の任意の高機能酸化物半導体光触媒を選択することができる。

（２）容器１１０の構成としては、実施例の構成に限らず、種々の構成を採用可能である。例えば、容器１１０の開口１１１の形状としては、略矩形状に限らず、円形状等の任意の形状を採用可能である。同様に、収容室１１２の形状としても、略直方体に限らず、円柱形状等の任意の形状を採用可能である。また、第１電極の端部を支持する凹部１１４の形状としては、第１電極の形状に適合する任意の形状を採用可能である。例えば、第１電極に丸棒部分を設け、この丸棒部分を凹部に挿入する場合には、円柱状の凹部を採用可能である。また、凹部１１４の位置（すなわち、収容室１１２内の位置）としては、貫通孔１１３から見て挿入方向Ｄｘの反対方向側に限らず、第１電極の端部を受け入れ可能な任意の位置を採用可能である。例えば、挿入方向Ｄｘと交差する方向側（例えば、＋Ｄｙ側）に、凹部１１４が配置されてもよい。また、凹部１１４を省略してもよい。例えば、貫通孔１１３のみを用いて、第１電極３１０を支持してもよい。また、貫通孔１１３の延びる方向としては、開口１１１を含む平面と平行な方向（実施例では、第１方向Ｄｘ）に限らず、そのような平面と交差する方向を採用してもよい。

いずれの場合も、容器１１０は、単一の部材として形成されていることが好ましい。こうすれば、水素脆化の影響を受けやすい第１室２１０からの水素ガスの漏洩を抑制できるので、第１電極３１０で生成された水素ガスを、効率良く利用することができる。また、容器１１０が、複数の部材を分解不可能に接続して形成されてもよい。例えば、複数の部材を接着剤で接着して容器１１０を形成してもよい。このように形成された容器１１０も、分解不可能であれば、単一の部材である、ということができる。なお、水素ガスの漏洩を抑制するという観点からは、容器１１０は、複数の部材を接続するのではなく、接続部分の無い連続な単一の部材として形成されていることが好ましい。

（３）分離膜３３０としては、ガス（具体的には、水素ガスと酸素ガス）の通過を制限（好ましくは、防止）する種々の膜を採用可能である。ここで、水素ガスの生成を効率よく行うためには、プロトン（Ｈ^＋）の伝導性を有する膜が採用される。例えば、プロトン（Ｈ^＋）が通過し得る程度の多数の細孔が設けられたフィルタを採用可能である。また、プロトン（Ｈ^＋）の伝導性が良好な膜としては、上述したフッ素系樹脂の膜のほか、例えば、炭化水素系樹脂の膜を採用可能である。

（４）第１室２１０を、開口を有する有底の容器（例えば、図４（Ｂ）の容器１１０）を用いて形成する場合には、第１電極の収容を容易に行うために、第１電極に、第１電極の形状を変化させることが可能な部分である可変部分を設けることが好ましい。第１電極は、光触媒を含まない電極であるので、第１電極の材料としては、電解液に対する耐腐食性（例えば、耐酸性と耐アルカリ性）が良好な、種々の導電性材料を採用可能である。従って、可変部分を有する第１電極を、容易に実現できる。可変部分の構成としては、例えば、弾性変形が可能な部分（「弾性部分」と呼ぶ）を採用可能である。弾性部分としては、折り曲げ可能な部分や、圧縮可能な部分を採用可能である。例えば、多数の孔を有する金属プレート（例えば、図５のメッシュ部分３１１）や、孔の無い折り曲げ可能な金属プレートを採用してもよく、金属ワイヤを網状に成形した折り曲げ可能な部材を採用してもよく、金属ワイヤで形成された圧縮可能なコイルを採用してもよい。また、可変部分としては、弾性部分に限らず、機械的に第１電極の形状を変化させることが可能な構成を採用してもよい。例えば、ヒンジ（例えば、図９のヒンジ３１１ｃｃ）や、第１電極を折り畳むリンク機構を採用してもよい。

なお、第１電極の挿入方向Ｄｘの長さが、開口１１１の挿入方向Ｄｘの長さよりも長い場合には、可変部分を用いて第１電極の形状を変化させることによって、第１電極を破壊せずに端子３１４を貫通孔１１３に挿入できるように、可変部分が構成されていることが好ましい。例えば、可変部分を用いて第１電極の形状を変化させることによって、第１電極の挿入方向Ｄｘの長さが、開口１１１の挿入方向Ｄｘの長さよりも短くなるように、可変部分が構成されていることが好ましい。

ただし、可変部分を省略してもよい。この場合には、第１電極を変形させずに容器１１０に収容できるように、第１電極の挿入方向Ｄｘの長さが、開口１１１の挿入方向Ｄｘの長さよりも短いことが好ましい（例えば、図８の第１電極３１０ｂ）。

また、図４に示す実施例では、第１電極３１０の端子３１４を受け入れる貫通孔１１３の断面形状が略円形状であるが、この代わりに、非円形状であってもよい。例えば、多角形状（三角形や四角形等）や楕円形状を採用可能である。また、端子３１４の断面形状としては、端子３１４が貫通孔１１３に挿入された状態で端子３１４が貫通孔１１３と係合することによって、第１電極３１０が端子３１４を中心に回転することを抑制するような形状を採用してもよい。そのような端子３１４の断面形状としては、非円形状を採用可能であり、例えば、貫通孔１１３の断面形状とおおよそ同じ形状を採用可能である。こうすれば、図２に示すような第１室形成部１１０の凹部１１４が省略された場合であっても、第１室２１０内で第１電極３１０が端子３１４を中心に回転することを抑制できる。

（５）ガス生成の効率低下を抑制するためには、第１電極と電解液との接触面積を大きくすることが好ましい。このためには、第１電極が、多数の孔が形成された部分である孔形成部分を含むことが好ましい。孔形成部分としては、例えば、多数の孔が形成された金属プレート（例えば、図４（Ｂ）の第１電極３１０のメッシュ部分３１１）や、金属ワイヤを網状に加工して得られるワイヤメッシュや、金属棒をグリッド状に加工したグリッドメッシュや、多孔質金属（例えば、図８の多孔質ブロック３１１ｂ）等の、多数の孔が形成された種々の構成を採用可能である。なお、孔形成部分が、上述の可変部分に含まれる部分であってもよく、この代わりに、孔形成部分が、可変部分と異なる部分であってもよい。なお、孔形成部分を省略してもよい。

（６）第１電極が、孔形成部分を含む場合には、第１電極は、孔形成部分に接続された通電のためのバスバーを含むことが好ましい（例えば、図４（Ｂ）のバスバー３１２、３１３）。こうすれば、孔形成部分に対する通電の効率を向上できる。なお、バスバーの構成としては、バスバーを省略した場合と比べて孔形成部分と端子との間の電気抵抗が小さくなるような種々の構成を採用可能である。例えば、バスバーとしては、断面を比較した場合に孔形成部分よりも密に形成された部材を採用可能である。また、バスバーとしては、孔形成部分よりも太い部材を採用可能である。いずれの場合も、バスバーの形状と配置とは、上記実施例の形状と配置に限らず、種々の形状と配置とを採用可能である。例えば、図４（Ｂ）の実施例において、端子３１４から−Ｄｘ方向に延びるバスバーを採用してもよい。また、図８の実施例において多孔質ブロック３１１ｂの側面の一部にバスバーを設けてもよい。なお、バスバーを省略してもよい。

（７）第２室２２０の構成としては、実施例の構成に限らず、任意の構成を採用可能である。また、第２電極３２０の構成としても、実施例の構成に限らず、任意の構成を採用可能である。ここで、第２室２２０を、第１室２１０と同様に、開口を有する有底の容器を用いて形成してもよい。例えば、光触媒によって用いられる光を透過可能な材料（例えば、ガラス、または、樹脂）を用いて形成された容器を採用可能である。この容器としては、単一の部材として形成された容器を採用可能である。また、第２電極３２０は、突出する端子を含み、第２室２２０を形成する容器には、その端子が挿入される貫通孔が設けられ、その貫通孔は、第２電極３２０を支持することとしてもよい。一般には、第１室（すなわち、第１室を形成する容器）と第１電極との上述した種々の構成の任意の一部または全部を、第２室（すなわち、第２室を形成する容器）と第２電極とに適用可能である。例えば、第２電極に、可変部分を設けてもよい。可変部分としては、例えば、図９のヒンジ３１１ｃｃと同様のヒンジを採用可能である。また、第２電極は、金属部材と、その金属部材の表面に直接に固定された光触媒と、を含んでも良い。

以上、実施例、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。

１１０...容器（第１室形成部）、１１０ｘ...第１室形成部、１１０ｘａ...第１壁部材、１１０ｘｂ...第２壁部材、１１１...開口、１１２...収容室、１１２ｘｂ...貫通孔、１１３...貫通孔、１１４...凹部、１１８...溝、１１９...ネジ孔、１２０...第１壁部材、１２０ａ...第１部分、１２０ｂ...第２部分、１２０ｘ...第１壁部材、１２２...貫通孔、１２４...切欠、１２４ｘ...切欠、１２８...溝、１３０...第２壁部材、１３０ｘ...第２壁部材、１３２...貫通孔、１３９...ネジ孔、１４０...第２室形成部、２１０...第１室、２１０ｘ...第１室、２２０...第２室、３１０、３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｘ...第１電極、３１１...メッシュ部分、３１１ａ...短メッシュ部分、３１１ｂ...第１多孔質ブロック、３１１ｘ...メッシュ部分、３１１ｃｂ...第２多孔質ブロック、３１１ｃｃ...ヒンジ、３１２...第１バスバー、３１２ｘ...フレーム部、３１３...第２バスバー、３１４...端子、３１５...Ｏリング、３２０、３２０ｘ...第２電極、３２２...光触媒層、３２３...透明導電層、３２４...ガラス板、３２５...金具、３２６...端子板、３２６ｔ...端子部、３３０...分離膜、３８０...ボルト、３９１...第１シール部材、３９２...第２シール部材、３９３、３９３ｘ...第３シール部材、３９４ｘ...第４シール部材、４００...直流電源、４１０...第１ガス流路、４２０...第２ガス流路、５００...電解液供給装置、５１０...第１供給路、５２０...第２供給路、８００、８００Ｒ...ガス生成装置、９００...ガス生成システム

Claims (4)

1. 水を含む電解液から光触媒を用いて水素ガスと酸素ガスとの少なくとも一方を生成するガス生成装置であって、
   第１電極と、
   光触媒を含む第２電極と、
   開口を有し、前記第１電極と前記第２電極とのうちの一方の電極である対象電極を収容する室を形成する、有底の容器と、
   前記室を閉じ、ガスの通過を制限して前記水素ガスと前記酸素ガスを分離する分離膜と、
   を備え、
   前記対象電極は、突出する端子と、前記端子に固定されたバスバーと、前記対象電極の形状を変化させることが可能な部分である可変部分と、を含み、
   前記可変部分は、前記バスバーに固定されるとともに多数の孔が形成された部分である孔形成部分を含み、
   前記容器は、前記端子が挿入される貫通孔を有し、
   前記容器の前記貫通孔は、前記対象電極の前記端子が前記容器内から前記貫通孔に挿入されることによって、前記対象電極を支持する、
   ガス生成装置。
2. 請求項１に記載のガス生成装置であって、
   前記貫通孔の延びる方向を、挿入方向と呼ぶときに、
   前記対象電極の前記挿入方向の長さは、前記開口の前記挿入方向の長さよりも、長い、
   ガス生成装置。
3. 請求項１または２に記載のガス生成装置であって、
   前記容器は、前記対象電極の前記端子から離れた端部が挿入されることによって前記対象電極を支持する凹部を有する、ガス生成装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のガス生成装置であって、
   前記対象電極は、前記第１電極であり、水素ガスを生成するための電極である、
   ガス生成装置。

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