特許 7470931 ガス発生器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-11

(45)【発行日】2024-04-19

(54)【発明の名称】ガス発生器

(51)【国際特許分類】

   C25B 9/00 20210101AFI20240412BHJP

   C01B 3/02 20060101ALI20240412BHJP

   C01B 13/02 20060101ALI20240412BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20240412BHJP

   C25B 9/23 20210101ALI20240412BHJP

   C25B 15/08 20060101ALI20240412BHJP

【ＦＩ】

C25B9/00 A

C01B3/02 H

C01B13/02 Z

C25B1/04

C25B9/23

C25B15/08 302

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021019354

(22)【出願日】2021-02-09

(65)【公開番号】P2022122188

(43)【公開日】2022-08-22

【審査請求日】2023-02-02

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002527

【氏名又は名称】弁理士法人北斗特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石上 陽平

(72)【発明者】

【氏名】今井 慎

(72)【発明者】

【氏名】宮田 ▲隆▼弘

(72)【発明者】

【氏名】田中 喜典

【審査官】瀧口 博史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１３６１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０８４２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０９１１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０４３１３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－２２１３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０５６４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１８０１６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｂ ９／００

Ｃ０１Ｂ ３／０２

Ｃ０１Ｂ １３／０２

Ｃ２５Ｂ １／０４

Ｃ２５Ｂ ９／２３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれ陽極及び陰極となる一対の電極を有し、供給液の少なくとも一部を電気分解して、水素ガスと酸素ガスを発生させる分解部と、
大気中の水分を捕集し、前記供給液として前記分解部に供給する供給部と、
を備え、
前記供給部は、ペルチェ素子を有し、前記ペルチェ素子の冷却によって前記大気中の水分を結露させて捕集し、
前記一対の電極は、板状に形成されていて、互いに対向して配置され、
前記ペルチェ素子は、前記一対の電極の一方と接触して配置され、かつ、前記ペルチェ素子の少なくとも一部が、前記一対の電極の厚み方向において、前記一対の電極の両方の投影領域と１箇所で重なるように配置される、
ガス発生器。

【請求項2】

それぞれ陽極及び陰極となる一対の電極を有し、供給液の少なくとも一部を電気分解して、水素ガスと酸素ガスを発生させる分解部と、
大気中の水分を捕集し、前記供給液として前記分解部に供給する供給部と、
を備え、
前記供給部は、ペルチェ素子を有し、前記ペルチェ素子の冷却によって前記大気中の水分を結露させて捕集し、
前記ペルチェ素子は、前記一対の電極の一方と接触して配置され、
前記一対の電極の少なくとも一方は、他方と対向する面において、凹むように形成された１又は複数の溝部を有する、
ガス発生器。

【請求項3】

前記供給部は、さらに水吸着材を有し、前記水吸着材によっても前記大気中の水分を吸着させて捕集し、前記水吸着材によって捕集した水分を含んだ高湿気体も、前記ペルチェ素子の冷却によって結露させて前記供給液として前記分解部に供給する、
請求項１又は２に記載のガス発生器。

【請求項4】

前記一対の電極の間に配置されるイオン交換膜を更に備える、
請求項１～３のいずれか１項に記載のガス発生器。

【請求項5】

前記一対の電極は、板状に形成されていて、互いの厚み方向が揃うように対向して配置され、
前記イオン交換膜は、前記一対の電極の間に挟まれて配置される、
請求項４に記載のガス発生器。

【請求項6】

前記一対の電極は、その間に前記供給液を挟んで分離している、
請求項１～３のいずれか１項に記載のガス発生器。

【請求項7】

前記供給液は、前記一対の電極の間に配置される前記イオン交換膜に吸収されて保持されている、
請求項４又は５に記載のガス発生器。

【請求項8】

前記一対の電極の少なくとも一方は、板状の電極であり、その厚み方向に貫通する１又は複数の開口部を有する、
請求項１～７のいずれか１項に記載のガス発生器。

【請求項9】

前記一対の電極に印加する電流の方向を切り替えて前記陽極と前記陰極とを変更する切替部を更に備える、
請求項１～８のいずれか１項に記載のガス発生器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に、ガス発生器に関する。より詳細には、本開示は、水素ガスと酸素ガスの少なくとも一方を発生させるガス発生器に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、飲料用水素発生器が開示されている。この水素発生器は、水を主組成とする水溶液を内部に封入するアンプル部材と、水と反応して水素を発生する金属材料及びアンプル部材を封入した外套部材と、を備える。この水素発生器を所望の飲料内に入れることで、外套部材から外部に流出した水素ガスが、飲料に溶け込み、使用者は、水素の溶解した飲料（水素水）を得ることができる。そして、特許文献１には、活性酸素が体内に発生しやすい運動時や、飲料時、喫煙時、紫外線・汚染環境下での滞在時、睡眠不足、長時間労働等の高いストレスを受けた時等の状態において、使用者が水素水を摂取することで、老化の防止、美容・健康促進となる点が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１８／０４７９５８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の水素発生器（ガス発生器）では、水又は液体（供給液）を定期的に供給する作業、又はアンプル部材を定期的に交換する作業が必要となり得る。その結果、そのような定期的な作業を行いやすい環境での使用、設置が必須条件となり、水素発生器の利便性に改善の余地がある。

【0005】

本開示は上記事由に鑑みてなされ、利便性を向上させたガス発生器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様のガス発生器は、分解部と、供給部と、を備える。前記分解部は、それぞれ陽極及び陰極となる一対の電極を有し、供給液の少なくとも一部を電気分解して、水素ガスと酸素ガスを発生させる。前記供給部は、大気中の水分を捕集し、前記供給液として前記分解部に供給する。前記供給部は、ペルチェ素子を有し、前記ペルチェ素子の冷却によって前記大気中の水分を結露させて捕集する。前記一対の電極は、板状に形成されていて、互いに対向して配置される。前記ペルチェ素子は、前記一対の電極の一方と接触して配置され、かつ、前記ペルチェ素子の少なくとも一部が、前記一対の電極の厚み方向において、前記一対の電極の両方の投影領域と１箇所で重なるように配置される。
本開示の別の一態様のガス発生器は、分解部と、供給部と、を備える。前記分解部は、それぞれ陽極及び陰極となる一対の電極を有し、供給液の少なくとも一部を電気分解して、水素ガスと酸素ガスを発生させる。前記供給部は、大気中の水分を捕集し、前記供給液として前記分解部に供給する。前記供給部は、ペルチェ素子を有し、前記ペルチェ素子の冷却によって前記大気中の水分を結露させて捕集する。前記ペルチェ素子は、前記一対の電極の一方と接触して配置される。前記一対の電極の少なくとも一方は、他方と対向する面において、凹むように形成された１又は複数の溝部を有する。

【発明の効果】

【0007】

本開示の一態様に係るガス発生器によれば、利便性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、一実施形態に係るガス発生器の要部の外観斜視図である。

【図2】図２Ａは、同上のガス発生器の要部の平面図である。図２Ｂは、同上のガス発生器の要部の拡大正面図である。

【図3】図３は、同上のガス発生器の要部の分解斜視図である。

【図4】図４は、図２ＡのＡ－Ａ線における要部断面図である。

【図5】図５は、同上のガス発生器を備えるガス供給システムの概略ブロック図である。

【図6】図６は、同上のガス発生器の模式的な概念図であり、一部断面図である。

【図7】図７は、同上のガス発生器の第１変形例の模式的な概念図であり、一部断面図である。

【図8】図８Ａ及び図８Ｂは、同上のガス発生器の第２変形例の模式的な回路図である。

【図9】図９は、同上のガス発生器の第３変形例の模式的な概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（実施形態）
以下、本実施形態に係るガス発生器１及び変形例について、図１～図９を参照して説明する。

【0010】

ただし、以下に説明する実施形態及び変形例は、本開示の一例に過ぎず、本開示は、下記の実施形態及び変形例に限定されない。下記の実施形態及び変形例以外であっても、本開示の技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

【0011】

また、下記の実施形態等において説明する各図は、いずれも模式的な図であり、各図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

【0012】

（１）概要
まず、本実施形態に係るガス発生器１の概要について説明する。

【0013】

本実施形態に係るガス発生器１は、電気分解によりガスを発生させる装置である。ガス発生器１は、図１に示すように、分解部２と、供給部３と、を備える。分解部２は、供給液の少なくとも一部と反応して水素ガス５１及び酸素ガス５２の少なくとも一方を発生させる。

【0014】

ここでは一例として、分解部２は、それぞれ陽極Ａ１及び陰極Ｂ１となる一対の電極２０を有し、供給液５（図６参照）の少なくとも一部を電気分解して水素ガス５１と酸素ガス５２を発生させる。ただし、本実施形態に係るガス発生器１は、ガスの発生手段が「電気分解」を利用することに限定されない。例えば、分解部２は、金属との化学反応を利用して、水素ガス５１及び酸素ガス５２の少なくとも一方を発生させるように構成されてもよく、この場合、一対の電極２０は省略されてもよい。

【0015】

供給部３は、大気中の水分を捕集し、供給液５として分解部２に供給する。すなわち、供給液５は、捕集された水分を含む。供給液５は、捕集された水分（純水）のみでもよいが、不純物が少ないと導通度（導電率）が低くなるため、水分と不純物を含む液体が望ましい。

【0016】

ここでは一例として、供給部３は、図１～図４に示すように、ペルチェ素子３１を有し、ペルチェ素子３１の冷却によって大気中の水分を結露させて捕集する。本実施形態のガス発生器１は、少なくとも一方の電極２０（図１では下側の電極）がペルチェ素子３１によって直接冷却されることで、結露水が電極２０の周辺に供給され、速やかに電気分解が実行され得るような配置構造を有する。

【0017】

ガス発生器１で発生する水素ガス５１と酸素ガス５２は、使用用途に応じて一方を利用し、他方を破棄してもよいし、両方を利用してもよい。水素（ガス）は、上述の特許文献１にも記載されるように、抗酸化作用があり、人の体内に取り込むことで、体内の活性酸素と結びついて水となり、汗や尿として排出されるため、水素は、老化の防止、美容・健康促進に対して利用効果がある。また酸素（ガス）は、例えば、バイオ関連、培養、発酵、魚類の成長促進等に対して利用効果がある。

【0018】

本実施形態に係るガス発生器１では、上述したように、大気中の水分を捕集することで供給液５が分解部２に供給される。そのため、例えば、水を定期的に補充（供給）したり、水の入った容器を交換したりする作業を省きやすくなり、ガス発生器１の使用環境や設置環境に関する制限を受けにくくなる。結果的に、ガス発生器１の利便性が向上する。

【0019】

（２）詳細
次に、本実施形態に係るガス発生器１、及びその周辺構成を含んだ全体のシステム（ガス供給システム１００）について、図１～図６を参照しながら詳しく説明する。周辺構成の少なくとも一部が、ガス発生器１の構成に含まれてもよい。

【0020】

（２．１）全体構成
本実施形態に係るガス供給システム１００は、図５に示すように、ガス発生器１と、第１電源回路１０１と、第２電源回路１０２と、制御回路１０４とを備える。ガス供給システム１００は、ガス発生器１とその周辺構成とが１つのハウジングに収容される態様で適用されてもよいし、ガス発生器１とその周辺構成とが別々のハウジングにそれぞれ収容される態様で適用されてもよい。

【0021】

ガス発生器１は、図１に示すように、負荷Ｌ１（図５参照）を構成する分解部２と、供給部３と、イオン交換膜４（図３参照）と、保持部７と、シンク部８と、固定部９と、を備える。またガス発生器１は、図６に示すように、一対の電極２０をそれぞれ一対一で収容する第１電極収容室Ｈ１、及び第２電極収容室Ｈ２を更に備える。図６は、ガス発生器１を模式的に図示したものである。説明の便宜上、図１～図４では、第１電極収容室Ｈ１、及び第２電極収容室Ｈ２の図示を省略している。本開示では、放熱のためにシンク部８を設けているが、放熱が十分であれば、シンク構成は、ガス発生器１から適宜省略されてもよい。

【0022】

分解部２は、それぞれ陽極Ａ１及び陰極Ｂ１となる一対の電極２０を有する。一対の電極２０の少なくとも一方は、板状であることが好ましく、ここではいずれも板状である。具体的には、一対の電極２０は、図３に示すように、互いに略同寸法の矩形の板状であり、互いの厚み方向が揃うように対向して配置される。

【0023】

以下では、ガス発生器１について、図１に示すように、一対の電極２０が並ぶ方向を上下方向と規定する。また図２Ａに示すように（後述する）第１端子片２１０と第２端子片２２０とが並ぶ方向を左右方向と規定する。また図２Ａに示すように（後述する）第１ペルチェ端子片３１Ａと第２ペルチェ端子片３１Ｂとが並ぶ方向を前後方向と規定する。ただし、これらの規定は、ガス発生器１の使用方向を限定する趣旨ではない。また、図１、図２Ａ及び図２Ｂにおける前後、左右、上下を表す矢印はそれぞれ、説明のために表記しているに過ぎず、実体を伴わない。

【0024】

以下では、説明の便宜上、図１に示す一対の電極２０のうち、上側の電極を第１電極２１と呼び、下側の電極を第２電極２２と呼ぶことがある。本実施形態では、第１電極２１が陰極Ｂ１であり、第２電極２２が陽極Ａ１である。第１電極２１と第２電極２２との間にはイオン交換膜４が介在する。詳細は後述するが、供給液５は、主として第１電極２１と第２電極２２との間のイオン交換膜４で保持される。

【0025】

第１電極２１は、第１面２１Ａ（上面）と、第１面２１Ａとは反対側の第２面２１Ｂ（下面）とを有する（図４参照）。また第２電極２２は、第１面２２Ａ（上面）と、第１面２２Ａとは反対側の第２面２２Ｂ（下面）とを有する（図４参照）。

【0026】

一対の電極２０の少なくとも一方は、その厚み方向に貫通する１又は複数の開口部２０１を有する。ここでは一例として、第１電極２１は、図１～図４に示すように、その厚み方向に貫通する５つの開口部２０１を有する。

【0027】

各開口部２０１は、図２Ａに示すように、上面視において一方向（左右方向）に沿って長尺状に開口している。５つの開口部２０１は、その一方向と直交する方向（前後方向）に沿って並ぶ。各開口部２０１は、図４に示すように、その内周は全体としてテーパ状に傾斜している。具体的には、各開口部２０１における対向する内面２０２は、第１面２１Ａから第２面２１Ｂに向かうほど、互いの距離が小さくなるように傾斜している。

【0028】

各開口部２０１が設けられていることで、結露水が各開口部２０１やイオン交換膜４中に溜まりやすい。また電気分解により電極２０の周囲で発生したガス（ここでは第１電極２１が陰極Ｂ１のため水素ガス）が開口部２０１を通って第１面２１Ａより上側へ効率良く排出されるため、結果的に、水素ガス５１と酸素ガス５２とを分離しやすくなる。特に、各開口部２０１の内周がテーパ状でるため、各開口部２０１を通じて効率良く結露水が溜まりやすい構造となっている。

【0029】

一方、第２電極２２は、図２Ｂ及び図３に示すように、開口部２０１を有する代わりに、１又は複数（図３では１０個）の溝部２０３を有する。

【0030】

１０個の溝部２０３は、第２電極２２の第１面２２Ａ（上面）において、第２面２２Ｂに向かって凹むように形成されている。各溝部２０３は、上面視において一方向（前後方向）に沿って長尺状に延びている。１０個の溝部２０３は、その一方向と直交する方向（左右方向）に沿って並ぶ。各溝部２０３は、第２電極２２の前端面まで形成されており、第１電極２１と第２電極２２がイオン交換膜４を間に挟んで配置された態様で、第２電極２２の前端面を正面から見ると、各溝部２０３が露出されている（図２Ｂ参照）。

【0031】

各溝部２０３が設けられていることで、結露水が各溝部２０３やイオン交換膜４中に溜まりやすい。また電気分解により電極２０の周囲で発生したガス（ここでは第２電極２２が陽極Ａ１のため、酸素ガス）が溝部２０３を伝って前方から排出される。結果的に、水素ガス５１と酸素ガス５２とを分離しやすくなる。なお、溝部２０３が上記一方向（前後方向）に沿って長尺状に延びていて上記一方向と直交する方向（左右方向）に沿って複数並ぶことは必須ではなく、発生したガスが十分に排出され、電極２０間に保持する水の距離が一定割合保たれる構成であればよい。

【0032】

また分解部２は、図３に示すように、第１電極２１と連続一体となって形成されている第１端子片２１０と、第２電極２２と連続一体となって形成されている第２端子片２２０と、を更に有する。第１端子片２１０及び第２端子片２２０はいずれも板状であり、上面視においてクランク形状であり、互いに重なり合わないように配置される。第１端子片２１０及び第２端子片２２０の先端部は、第１電源回路１０１の電流源１０３と電気的に接続される。

【0033】

分解部２は、電流源１０３からの電流が印加されることで、一対の電極２０間に存在する供給液５の少なくとも一部を電気分解して水素ガス５１と酸素ガス５２を発生させる。図１の例では、電流源１０３からの電流は、第２端子片２２０、第２電極２２、供給液５、第１電極２１、及び第１端子片２１０の方向に順に流れる。

【0034】

供給部３は、大気中の水分を捕集し、その結露水を供給液５として分解部２に供給する。ここでは、供給部３は、ペルチェ素子３１を有する。供給部３は、ペルチェ素子３１の冷却によって大気中の水分を結露させて捕集する。供給液５は、主としてイオン交換膜４内で保持され、その一部は、第１電極２１の表面及び開口部２０１、並びに、第２電極２２の表面及び溝部２０３内で保持される。

【0035】

ペルチェ素子３１（ペルチェモジュール）は、例えば、第１基板３１１（上側基板）と、第２基板３１２（下側基板）と、複数（図３の例では合計１４個）の半導体３１３とを有する。

【0036】

第１基板３１１は、例えば矩形の板状であり、セラミック基板である。第２基板３１２は、例えば第１基板３１１よりも面積が大きい矩形の板状であり、セラミック基板である。第１基板３１１は、各電極２０と略同形で面積が略同寸法である。

【0037】

１４個の半導体３１３は、７個のＮ型半導体と、７個のＰ型半導体とから構成され、Ｎ型とＰ型とが交互に電気的に連結している。第１基板３１１の下面、及び第２基板３１２の上面には、Ｎ型半導体とＰ型半導体とを交互に連結するための導体パターン（電極）が形成されている。

【0038】

またペルチェ素子３１は、図２Ａに示すように、第２基板３１２上に実装される一対のパッド電極３１４と、第１ペルチェ端子片３１Ａ及び第２ペルチェ端子片３１Ｂとを更に有する。

【0039】

第１ペルチェ端子片３１Ａは、第２基板３１２上に実装され、一対のパッド電極３１４の一方と接続される。第２ペルチェ端子片３１Ｂは、第２基板３１２上に実装され、一対のパッド電極３１４の他方と接続される。

【0040】

また第１ペルチェ端子片３１Ａ及び第２ペルチェ端子片３１Ｂは、第２電源回路１０２の電圧源と電気的に接続される。ここでは一例として、第１ペルチェ端子片３１Ａは、対応するパッド電極３１４を介して、連結する１４個の半導体３１３のうちの始端に位置するＮ型半導体と電気的に接続されている。また第２ペルチェ端子片３１Ｂは、対応するパッド電極３１４を介して、連結する１４個の半導体３１３のうちの終端に位置するＰ型半導体と電気的に接続されている。

【0041】

ペルチェ素子３１は、第２電源回路１０２の電圧源により電圧が印加されることで、第１ペルチェ端子片３１Ａ、１４個の半導体３１３、及び第２ペルチェ端子片３１Ｂの方向に順に一方向に直流電流が流れる。その結果、ペルチェ素子３１は、第１基板３１１の上面で吸熱（冷却）し、第２基板３１２の下面で発熱する。

【0042】

ここでペルチェ素子３１は、一対の電極２０の少なくとも一方と対向するように配置される。ここでは一例として、第１基板３１１が、各電極２０及びイオン交換膜４と略同形（矩形の板状）で、面積が略同寸法であり、第１電極２１、イオン交換膜４、第２電極２２、及び第１基板３１１は、この順で上から並んで配置される。そのため、第１基板３１１は、第２電極２２の表面（第２面２２Ｂ）と対向して配置される。ここでは一例として、第１基板３１１は、図４に示すように、第２電極２２の第２面２２Ｂと接触する態様で対向する。

【0043】

ペルチェ素子３１は、主として第２電極２２を冷却し、間接的にイオン交換膜４及び第１電極２１も冷却し得る。結果的に、第１電極２１、イオン交換膜４及び第１電極２１には結露水が発生する。

【0044】

イオン交換膜４は、イオン交換樹脂を膜状に形成したものである。イオン交換膜４は、一対の電極２０の間に配置される。

【0045】

特に本実施形態では一例として、一対の電極２０は、それらの厚み方向における間にイオン交換膜４を挟んで配置される。つまり、イオン交換膜４の上面は、第１電極２１と概ね面接触し、イオン交換膜４の下面は、第２電極２２と概ね面接触している。イオン交換膜４を一対の電極２０で挟む構成とすることで、一対の電極２０に関する電極ギャップが一意的に設定できる。結果的に、複数のガス発生器１を製造する際に、電極ギャップに関する製造ばらつきが抑制される。

【0046】

イオン交換膜４は、各電極２０と略同形（矩形）で、面積が略同寸法である。イオン交換膜４の厚みは、例えば０．１μｍである。親水膜であるイオン交換膜４は、供給部３のペルチェ素子３１の冷却により一対の電極２０に生じた結露水を吸収して保持する。したがって、結露水を含む供給液５は、陽極Ａ１と陰極Ｂ１の間を一定抵抗により導通させる。つまり、一対の電極２０は、図６に示すように、その間に供給液５を挟んで分離している。したがって、例えば一定の深さのある供給液５を収容する容器内の供給液５に対して、一対の電極２０全体を浸すような構成に比べて、電気分解により発生する水素ガス５１と酸素ガス５２とを分離しやすくなる。結果的に、利用するガスの選択が容易な構成を提供できる。

【0047】

一対の電極２０間に電流が印加することで、陽極Ａ１に接する供給液５及び、陰極Ｂ１に接する供給液５は電気分解される。陽極Ａ１の表面では酸素ガス５２、陰極Ｂ１の表面では水素ガス５１が発生して空間に放出される。

【0048】

保持部７は、図１及び図３に示すように、シンク部８と共に、ペルチェ素子３１を保持するように構成される。保持部７は、第１部材７１及び第２部材７２を有する。第１部材７１及び第２部材７２はいずれも電気絶縁性を有する。第１部材７１及び第２部材７２は、例えば樹脂部材である。

【0049】

第１部材７１は、略矩形の板状であり、その下面には、ペルチェ素子３１の第２基板３１２の後端部が係合する位置決め段部７１１（図３参照）を有する。第１部材７１は、その位置決め段部７１１に第２基板３１２の後端部が係合した状態で、後端部をシンク部８の上面（平坦面８００）と共に挟み込んで保持する。第１部材７１は、厚み方向に貫通する挿通孔７１０（図３参照）を有する。挿通孔７１０に、ねじＪ１が挿通されて、シンク部８のねじ穴に螺合される。第１部材７１は、固定部９と一緒に、ねじＪ１によりシンク部８に共締めされる。

【0050】

また第１部材７１は、その上面に、第１端子片２１０及び第２端子片２２０をそれぞれ位置決めするように上方に突出した複数のリブ７１２（図３参照）を有する。第１部材７１の上面における略左半分の第１領域Ｒ１は、略右半分の第２領域Ｒ２よりも僅かに上方に突出している（図３参照）。第１端子片２１０は、複数のリブ７１２間に嵌入することで、第１領域Ｒ１上にて位置決めされ、第２端子片２２０は、複数のリブ７１２間に嵌入することで、第２領域Ｒ２上にて位置決めされて配置される。この状態で固定部９及び第１部材７１がねじＪ１で共締めされる。その結果、第１端子片２１０及び第２端子片２２０は、互いに電気絶縁性が保たれた状態で保持される。

【0051】

要するに第１部材７１は、ペルチェ素子３１を位置決めする機能と、一対の電極２０を位置決めする機能とを有する。

【0052】

第２部材７２は、略矩形の板状であり、その下面には、ペルチェ素子３１の第２基板３１２の前端部が係合する位置決め段部７２１（図３参照）を有する。第２部材７２は、その位置決め段部７２１に第２基板３１２の前端部が係合した状態で、前端部をシンク部８の平坦面８００と共に挟み込んで保持する。第２部材７２は、厚み方向に貫通する挿通孔を有する。その挿通孔に、ねじＪ２が挿通されて、シンク部８のねじ穴に螺合される。

【0053】

このようにして、ペルチェ素子３１は、保持部７及びシンク部８によって上下方向に挟まれる態様で安定的に保持される。

【0054】

固定部９は、略矩形の板状である。固定部９は、電気絶縁性を有する。固定部９は、例えば樹脂部材である。固定部９は、その厚み方向に貫通する挿通孔９０（図３参照）を有する。挿通孔９０にねじＪ１が挿通されて、上述の通り、第１部材７１と一緒に、シンク部８に共締めされる。その結果、第１端子片２１０及び第２端子片２２０が第１部材７１に固定され、それらの先端にある一対の電極２０の安定的な位置決めが達成される。

【0055】

シンク部８（ヒートシンク）は、伝熱特性の良い部材で構成される。シンク部８は、例えばアルミダイカストで形成されている。シンク部８の下面には、複数のフィン８０（図１参照）が形成されている。シンク部８の平坦面８００（上面）には、ペルチェ素子３１の第２基板３１２が略面接触しており、第２基板３１２で発生した熱を下側のフィン８０で効率良く外部へ放出する。シンク部８は、ねじＪ１及びＪ２がそれぞれ螺合するためのねじ穴を有し、上述の通り、分解部２及び供給部３がねじ止めされる。要するに、シンク部８は、放熱機能だけでなく、分解部２及び供給部３が搭載される基台としての機能も兼ねている。

【0056】

第１電極収容室Ｈ１（図６参照）は、第１電極２１を収容するように構成される。第１電極収容室Ｈ１は、中空の箱状である。第１電極収容室Ｈ１は、例えば樹脂製である。第１電極収容室Ｈ１は、第１電極２１の第１面２１Ａを覆う。第１電極収容室Ｈ１は、その下面に、イオン交換膜４の上面と略面接触する第１電極２１の第２面２１Ｂを露出するための開口を有する。すなわち、第１電極収容室Ｈ１は、開口から第２面２１Ｂを露出する態様で、第１電極２１を収容する。また第１電極収容室Ｈ１は、第１電極２１に接する供給液５で発生したガスを排出するための排気口Ｈ１０（図６参照）を有する。ここでは第１電極２１が陰極Ｂ１であることから、排気口Ｈ１０からは、電気分解により発生した水素ガス５１が排出される。

【0057】

図６では、理解しやすいように、供給液５をドットハッチングで図示し、また水素ガス５１及び酸素ガス５２の流れを破線矢印で模式的に図示する。

【0058】

このガス発生器１が水素発生器として適用される場合、排気口Ｈ１０からの水素ガス５１が利用ガスとして回収されるように、排気口Ｈ１０に対して配管接続される。このガス発生器１が酸素発生器として適用される場合、排気口Ｈ１０からの水素ガス５１は、破棄されるように、排気口Ｈ１０に対して配管接続される。排気口Ｈ１０とは別に、大気が内部に入るための通気口が、第１電極収容室Ｈ１に設けられてもよい。

【0059】

第２電極収容室Ｈ２（図６参照）は、第２電極２２を収容するように構成される。第２電極収容室Ｈ２は、中空の箱状である。第２電極収容室Ｈ２は、例えば樹脂製である。第２電極収容室Ｈ２は、第２電極２２の第２面２２Ｂを覆う。第２電極収容室Ｈ２は、その上面に、イオン交換膜４の下面と略面接触する第２電極２２の第１面２２Ａを露出するための開口を有する。すなわち、第２電極収容室Ｈ２は、開口から第１面２２Ａを露出する態様で、第２電極２２を収容する。また第２電極収容室Ｈ２は、第２電極２２に接する供給液５で発生したガスを排出するための排気口Ｈ２０（図６参照）を有する。ここでは第２電極２２が陽極Ａ１であることから、排気口Ｈ２０からは、電気分解により発生した酸素ガス５２が排出される。

【0060】

このガス発生器１が酸素発生器として適用される場合、排気口Ｈ２０からの酸素ガス５２が利用ガスとして回収されるように、排気口Ｈ２０に対して配管接続される。このガス発生器１が水素発生器として適用される場合、排気口Ｈ２０からの酸素ガス５２は、破棄されるように、排気口Ｈ２０に対して配管接続される。排気口Ｈ２０とは別に、大気が内部に入るための通気口が、第２電極収容室Ｈ２に設けられてもよい。

【0061】

ここでは、ペルチェ素子３１も、第２電極収容室Ｈ２の内部に収容されることを想定する。例えば、第２電極収容室Ｈ２は、その下面に開口を有し、当該開口を介して、ペルチェ素子３１のうち主に第１基板３１１が挿入されて第２電極収容室Ｈ２内に収容される。しかし、ペルチェ素子３１は、第２電極収容室Ｈ２の外側に配置されて、第２電極収容室Ｈ２を介して、第２電極２２の第２面２２Ｂと対向してもよい。この場合、第２電極収容室Ｈ２のうちペルチェ素子３１と第２電極２２との間に介在する部位は、伝熱性の良い部材で構成されることが好ましい。

【0062】

第１電源回路１０１は、一定の大きさの直流電流（定電流）を負荷Ｌ１（分解部２）に印加する電流源１０３を含む。電流源１０３は、第１端子片２１０及び第２端子片２２０間に電気的に接続される。また第１電源回路１０１は、例えば商用の交流電源からの交流電力を入力電力として（二次電池からの直流電力を入力電力としてもよい）、所定の大きさの直流電力に変換する変換回路を含み得る。電流源１０３は、変換回路で変換した直流電力を用いて定電流を生成する。電流源１０３は、負荷Ｌ１を流れる電流の電流値を検出し、比較器等で基準電流値と比較し、負荷Ｌ１を流れる電流が一定に保たれるようにコントロールする。

【0063】

第２電源回路１０２は、所定の直流電圧をペルチェ素子３１の両端間に印加するように構成される。第２電源回路１０２は、例えば上記の変換回路で変換した直流電力を用いて所定の直流電圧を生成し、第１ペルチェ端子片３１Ａ及び第２ペルチェ端子片３１Ｂ間に印加する。

【0064】

制御回路１０４は、第１電源回路１０１及び第２電源回路１０２を制御するように構成される。制御回路１０４は、例えば、１以上のプロセッサ（マイクロプロセッサ）と１以上のメモリとを含むコンピュータシステムにより実現され得る。つまり、１以上のプロセッサが１以上のメモリに記憶された１以上のプログラム（アプリケーション）を実行することで、制御回路１０４として機能する。プログラムは、ここでは制御回路１０４のメモリに予め記録されているが、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。

【0065】

制御回路１０４の制御形態は、ガス発生器１の適用例によって様々である。例えば、ガス供給システム１００が、ガス発生器１を利用するユーザからのオン／オフ操作を受け付ける電源スイッチを備える場合、制御回路１０４は、ユーザからのオン操作、又はオフ操作に応じて、第１電源回路１０１に定電流の印加の開始、又は停止を行う。つまり、ユーザが所望する任意のタイミングで、水素ガス５１及び酸素ガス５２の供給が開始、又は停止される。或いは、ガス供給システム１００からの定期的なガス供給が必要となる場合、制御回路１０４は、定期的に第１電源回路１０１に定電流の印加の開始、又は停止を行う。

【0066】

ペルチェ素子３１の冷却動作の開始／停止は、水素ガス５１及び酸素ガス５２の供給の開始／停止とそれぞれ連動して概ね同時に実行されてもよいが、必ずしも同時に実行されることに限定されない。例えば、制御回路１０４は、負荷Ｌ１を流れる電流の電流値の検出結果から、供給液５が不足していると判定すると、第２電源回路１０２に所定の直流電圧の印加を開始させて、ペルチェ素子３１の冷却動作を実行してもよい。またガス供給システム１００が、発生するガスの流量を検知するセンサを備える場合、制御回路１０４は、その検知結果に基づき、ペルチェ素子３１の冷却動作の開始／停止を行ってもよい。また制御回路１０４は、所定の間隔で定期的にペルチェ素子３１の冷却動作の開始／停止を行ってもよい。或いは、制御回路１０４は、ガス供給システム１００の稼働中において、ペルチェ素子３１の冷却動作をほぼ常時実行し続けてもよい。

【0067】

（２．２）動作
以下、ガス発生器１の動作について図６を参照しながら簡単に説明する。

【0068】

制御回路１０４によりペルチェ素子３１の冷却動作が行われると、その周囲の大気に含まれる蒸気が一対の電極２０及びイオン交換膜４の表面に結露する。結果的に、供給液５が自動的に分解部２に提供される。供給液５は、主としてイオン交換膜４により保持される。また一部の供給液５は、開口部２０１や溝部２０３の中に入り込む態様で電極２０に保持される。

【0069】

制御回路１０４により負荷Ｌ１への電流の印加動作が行われると、供給液５の一部が電気分解される。

【0070】

陰極Ｂ１（第１電極２１）に接する供給液５からは、水素ガス５１が発生する。特に第１電極２１の複数の開口部２０１の内部に入り込む供給液５から発生する水素ガス５１は、開口部２０１から第１電極収容室Ｈ１内を流動し、排気口Ｈ１０から排気される。

【0071】

陽極Ａ１（第２電極２２）に接する供給液５からは、酸素ガス５２が発生する。特に第２電極２２の複数の溝部２０３の内部に入り込む供給液５から発生する酸素ガス５２は、溝部２０３を伝って第２電極収容室Ｈ２内を流動し、排気口Ｈ２０から排気される。

【0072】

［利点］
上述の通り、本実施形態に係るガス発生器１によれば、供給部３は、大気中の水分を捕集し、供給液５として分解部２に供給するので、供給液５の定期的な供給の自動化を実現しやすくなる。そのため、例えば、水を定期的に補充（供給）したり、水の入った容器（モジュール）を交換したりする作業を省きやすくなり、ガス発生器１の使用環境や設置環境に関する制限を受けにくくなる。例えば大気さえ得られる環境であれば、水の供給手段（水道設備等）が整っていない場所、又は水の補充作業や水の入ったモジュールの交換作業が困難な場所にも、ガス発生器１を設置できるようになる。結果的に、ガス発生器１の利便性が向上する。

【0073】

また本実施形態では、供給部３が、ペルチェ素子３１を有し、ペルチェ素子３１の冷却によって大気中の水分を結露させて捕集するため、簡素な構成により、供給液５の定期的な供給の自動化を実現しやすくなる。

【0074】

さらに本実施形態では、ペルチェ素子３１は、電極２０（第２電極２２）と対向するように配置されるため、電極２０が冷やされてその表面上に直接結露水が発生しやすくなる。そのため、例えば、電極２０から離れた別の場所でペルチェ素子３１の冷却により得られた結露水を、供給液５として電極２０側へ送り込む構成に比べて、供給液５の電気分解がより速やかに実行され得る。

【0075】

特に本実施形態では、ガス発生器１がイオン交換膜４を備えることで、大気中の水分を捕集して得られる供給液５が導電率の低い純水となりやすい点の改善を図れる。

【0076】

（３）変形例
上述の実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上述の実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下、上述の実施形態の変形例を列挙する。以下では、上述の実施形態に係るガス発生器１を「基本例」のガス発生器１と呼ぶ。以下に説明する各変形例は、基本例又は他の変形例と適宜組み合わせて適用可能である。

【0077】

（３．１）第１変形例
以下、第１変形例のガス発生器１について図７を参照して説明する。基本例のガス発生器１と実質的に共通する構成要素については、同じ参照符号を付与して適宜に説明を省略する場合がある。

【0078】

基本例のガス発生器１では、第１電極２１が、厚み方向に貫通する開口部２０１を有する一方で、第２電極２２は、非貫通の溝部２０３を有していた。

【0079】

本変形例のガス発生器１では、図７に示すように、第２電極２２も、厚み方向に貫通する開口部２０１を有する。

【0080】

本変形例においても、一対の電極２０が、その間に供給液５を挟んで、互いに分離した構成を採用しており、開口部２０１を通じて、水素ガス５１と酸素ガス５２とが上下に分かれて排出されやすい。結果的に、ガス発生器１の利便性が向上する。

【0081】

第１変形例の別例として、第１電極２１及び第２電極２２の両方が、溝部２０３を有してもよい。或いは、基本例とは逆に、第１電極２１が溝部２０３を有し、第２電極２２が開口部２０１を有してもよい。

【0082】

（３．２）第２変形例
以下、第２変形例のガス発生器１について図８Ａ及び図８Ｂを参照して説明する。基本例のガス発生器１と実質的に共通する構成要素については、同じ参照符号を付与して適宜に説明を省略する場合がある。

【0083】

基本例のガス発生器１では、第１電極２１が陰極Ｂ１で、第２電極２２が陽極Ａ１であった。しかし第１電極２１が陽極Ａ１で、第２電極２２が陰極Ｂ１でもよいし、陽極Ａ１と陰極Ｂ１を入れ替えることが可能であってもよい。

【0084】

本変形例のガス発生器１は、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、一対の電極２０に印加する電流の方向を切り替えて陽極Ａ１と陰極Ｂ１とを変更する切替部６を更に備える。

【0085】

この例では、切替部６は、電路の導通（オン）／非導通（オフ）を切り替える４つのスイッチＳＷ１～ＳＷ４から構成される。スイッチＳＷ１～ＳＷ４は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子であることを想定するが、接点を開閉するメカニカルな開閉器でもよい。

【0086】

スイッチＳＷ１～ＳＷ４は、制御回路１０４（図５参照）と電気的に接続されて制御回路１０４によりオン／オフ制御される。この場合、制御回路１０４及び電流源１０３も、切替部６と合わせてガス発生器１と同じハウジングに収容されていることが好ましい。

【0087】

図示例では、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２とからなる直列回路、及び、スイッチＳＷ３とスイッチＳＷ４とからなる直列回路が、電流源１０３とそれぞれ並列に接続される。またスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２の接続点に、第１電極２１が電気的に接続され、スイッチＳＷ３とスイッチＳＷ４の接続点に、第２電極２２が電気的に接続される。

【0088】

図８Ａでは、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ４がオン状態、スイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ３がオフ状態となるように制御されることで、基本例と同様に、第１電極２１が陰極Ｂ１で、第２電極２２が陽極Ａ１となる。一方、図８Ｂでは、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ４がオフ状態、スイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ３がオン状態となるように制御されることで、基本例とは反対に、第１電極２１が陽極Ａ１で、第２電極２２が陰極Ｂ１となる。図８Ａ及び図８Ｂでは、理解しやすいように、電流の流れを破線の矢印で示す。

【0089】

このように切替部６が設けられていることで、電気分解により発生する水素ガス５１と酸素ガス５２のうち、利用するガスの設定変更が容易な構成を提供できる。

【0090】

（３．３）第３変形例
以下、第３変形例のガス発生器１について図９を参照して説明する。基本例のガス発生器１と実質的に共通する構成要素については、同じ参照符号を付与して適宜に説明を省略する場合がある。

【0091】

基本例では、供給部３は、ペルチェ素子３１を含んでいた。本変形例のガス発生器１では、供給部３は、ペルチェ素子３１の代わりに、水吸着材３２（図９参照）を有する。この場合、供給部３は、水吸着材３２によって大気中の水分を吸着させて捕集する。水吸着材３２としては、例えば、シリカゲル又はゼオライトといった吸湿材を想定する。吸湿材は、物質間に水を保持する特性があり、空間中に放置しておくことにより、一定の保水が行える。水吸着材３２は、例えば、通気性を有した容器内に入れられる。ガス発生器１は、水吸着材３２にて吸着されて容器内に貯まった水分を多く含んだ気体（高湿気体）は、チューブ等の配管により、イオン交換膜４に向かって送り込まれるように構成される。このように供給部３が水吸着材３２を有することで、簡素な構成により、供給液５の定期的な供給の自動化を実現しやすくなる。

【0092】

第３変形例の別例として、供給部３は、ペルチェ素子３１と水吸着材３２の両方を有してもよい。例えば、水吸着材３２にて吸着されて容器内に貯まった水分を多く含んだ気体が、ペルチェ素子３１の冷却によってより効率良く電極２０やイオン交換膜４に結露されてもよい。

【0093】

（３．４）その他の変形例
ガス発生器１は、電極２０、イオン交換膜４、ペルチェ素子３１、又は第３変形例の水吸着材３２等に対して、大気を効率よく送り込むためのファン等を備えてもよい。

【0094】

基本例ではペルチェ素子３１が、第２電極２２と対向して配置されている。しかし、ペルチェ素子３１は、第１電極２１と対向して配置されてもよい。またガス発生器１は、基本例のペルチェ素子３１に加えて、第１電極２１と対向して配置される別のペルチェ素子３１を備えてもよい。

【0095】

基本例のガス発生器１は、ペルチェ素子３１が、電極２０（第２電極２２）と隣接して配置され、直接電極２０を冷却する構成である。しかし、ペルチェ素子３１は、電極２０から離れた位置に配置されてもよい。この場合、ガス発生器１は、ペルチェ素子３１の冷却により得られた結露水を貯める貯水槽、及び当該貯水槽の水を電極２０へ送出するポンプ等の供給機構を有してもよい。

【0096】

（態様）
以上説明したように、第１の態様に係るガス発生器（１）は、分解部（２）と、供給部（３）と、を備える。分解部（２）は、供給液（５）の少なくとも一部と反応して水素ガス（５１）及び酸素ガス（５２）の少なくとも一方を発生させる。供給部（３）は、大気中の水分を捕集し、供給液（５）として分解部（２）に供給する。

【0097】

この態様によれば、供給液（５）の定期的な供給の自動化を実現しやすくなる。そのため、例えば、水を定期的に補充（供給）したり、水の入った容器を交換したりする作業を省きやすくなり、ガス発生器（１）の使用環境や設置環境に関する制限を受けにくくなる。結果的に、ガス発生器（１）の利便性が向上する。

【0098】

第２の態様に係るガス発生器（１）に関して、第１の態様において、供給部（３）は、ペルチェ素子（３１）を有し、ペルチェ素子（３１）の冷却によって大気中の水分を結露させて捕集する。

【0099】

この態様によれば、簡素な構成により、供給液（５）の定期的な供給の自動化を実現しやすくなる。

【0100】

第３の態様に係るガス発生器（１）に関して、第２の態様において、分解部（２）は、それぞれ陽極（Ａ１）及び陰極（Ｂ１）となる一対の電極（２０）を有し、供給液（５）の少なくとも一部を電気分解して水素ガス（５１）と酸素ガス（５２）を発生させる。ペルチェ素子（３１）は、一対の電極（２０）の少なくとも一方と対向するように配置される。

【0101】

この態様によれば、電極（２０）の表面上に直接結露水が発生しやすくなるため、供給液（５）の電気分解がより速やかに実行され得る。

【0102】

第４の態様に係るガス発生器（１）に関して、第１～第３の態様のいずれか１つにおいて、供給部（３）は、水吸着材（３２）を有し、水吸着材（３２）によって大気中の水分を吸着させて捕集する。

【0103】

この態様によれば、簡素な構成により、供給液（５）の定期的な供給の自動化を実現しやすくなる。

【0104】

第５の態様に係るガス発生器（１）に関して、第１～第４の態様のいずれか１つにおいて、分解部（２）は、それぞれ陽極（Ａ１）及び陰極（Ｂ１）となる一対の電極（２０）を有し、供給液（５）の少なくとも一部を電気分解して水素ガス（５１）と酸素ガス（５２）を発生させる。

【0105】

この態様によれば、簡素な構成により、水素ガス（５１）と酸素ガス（５２）の両方の発生が可能となる。

【0106】

第６の態様に係るガス発生器（１）は、第５の態様において、一対の電極（２０）の間に配置されるイオン交換膜（４）を更に備える。

【0107】

この態様によれば、大気中の水分を捕集して得られる供給液（５）は、導電率の低い純水となりやすいが、イオン交換膜（４）を備えることで、供給液（５）の導電率の改善を図れる。

【0108】

第７の態様に係るガス発生器（１）に関して、第６の態様において、一対の電極（２０）は、板状であり、それらの厚み方向における間にイオン交換膜（４）を挟んで配置される。

【0109】

この態様によれば、一対の電極（２０）に関する電極ギャップが一意的に設定できるため、製造ばらつきが抑制される。

【0110】

第８の態様に係るガス発生器（１）に関して、第５～第７の態様のいずれか１つにおいて、一対の電極（２０）は、その間に供給液（５）を挟んで分離している。

【0111】

この態様によれば、電気分解により発生する水素ガス（５１）と酸素ガス（５２）とを分離しやすくなり、利用するガスの選択が容易な構成を提供できる。

【0112】

第９の態様に係るガス発生器（１）に関して、第５～第８の態様のいずれか１つにおいて、一対の電極（２０）の少なくとも一方は、板状であり、その厚み方向に貫通する１又は複数の開口部（２０１）を有する。

【0113】

この態様によれば、電気分解により電極（２０）の周囲で発生するガス（水素ガス５１又は酸素ガス５２）が開口部（２０１）を通って排出されやすくなり、結果的に、水素ガス（５１）と酸素ガス（５２）とを分離しやすくなる。

【0114】

第１０の態様に係るガス発生器（１）は、第５～第９の態様のいずれか１つにおいて、一対の電極（２０）に印加する電流の方向を切り替えて陽極（Ａ１）と陰極（Ｂ１）とを変更する切替部（６）を更に備える。

【0115】

この態様によれば、電気分解により発生する水素ガス（５１）と酸素ガス（５２）のうち、利用するガスの設定変更が容易な構成を提供できる。

【0116】

第２～１０の態様に係る構成については、ガス発生器（１）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。

【符号の説明】

【0117】

１ ガス発生器
２ 分解部
２０ 電極
２０１ 開口部
３ 供給部
３１ ペルチェ素子
３２ 水吸着材
４ イオン交換膜
５ 供給液
５１ 水素ガス
５２ 酸素ガス
６ 切替部
Ａ１ 陽極
Ｂ１ 陰極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】