ガス発生貯蔵装置
【課題】電解セルを保護した状態で、水素ガスと酸素ガスを生成し、高圧で貯蔵する。
【解決手段】タンク１３と１４に純水を貯留する。タンク１４の純水Ｗ１中に電解セル１０１を設置する。電解セル１０１の第１の電極部（電極２−１側）にタンク１３内の純水Ｗ１を通し、第２の電極部（電極２−２側）にタンク１４内の純水Ｗ２を通す。すると、第１の電極部から酸素ガスが得られ、第２の電極部から水素ガスが得られる。通路Ｌ２から排出される純水から酸素ガスを分離し、タンク１３の室１７に貯蔵する。通路Ｌ３から排出される純水から水素ガスを分離し、さらに３：１の分流比で分流し、分流比「１」の水素ガスをタンク１３の室１８に貯蔵し、分流比「３」の水素ガスをタンク１４の貯蔵室２３に貯蔵する。室１７と１８の容積比は２：１、貯蔵室２９の容積は室１７と１８の容積の合計と等しくする。
【解決手段】タンク１３と１４に純水を貯留する。タンク１４の純水Ｗ１中に電解セル１０１を設置する。電解セル１０１の第１の電極部（電極２−１側）にタンク１３内の純水Ｗ１を通し、第２の電極部（電極２−２側）にタンク１４内の純水Ｗ２を通す。すると、第１の電極部から酸素ガスが得られ、第２の電極部から水素ガスが得られる。通路Ｌ２から排出される純水から酸素ガスを分離し、タンク１３の室１７に貯蔵する。通路Ｌ３から排出される純水から水素ガスを分離し、さらに３：１の分流比で分流し、分流比「１」の水素ガスをタンク１３の室１８に貯蔵し、分流比「３」の水素ガスをタンク１４の貯蔵室２３に貯蔵する。室１７と１８の容積比は２：１、貯蔵室２９の容積は室１７と１８の容積の合計と等しくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体高分子電解質膜を用いて水素ガスや酸素ガスなどのガスを生成し貯蔵するガス発生貯蔵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種のガス発生貯蔵装置として、純水より水素ガスを生成するＨＨＥＧ（high-compressed hydrogen energy generator ）と呼ばれる装置が考えられている（非特許文献１参照）。このＨＨＥＧは、水を電気分解して水素を製造する機能と、発生した水素を圧縮する機能の両方を備えており、圧縮機を用いることなく圧縮水素を取り出せるので、装置コストを安くできるという利点に加え、昇圧するために必要な動力費を低減することができるという利点を有している。
【０００３】
なお、上述した非特許文献１には、ＨＨＥＧにより、１００ＭＰａ以上の高圧水素を製造することも可能である旨、記載されている。また、このＨＨＥＧにより製造された高圧水素を、次世代の燃料電池車へ使用することが示唆されている。
【０００４】
〔電解セル〕
図１４にこのＨＨＥＧに用いられている電解セルの構造を示す。同図において、１はＰＥＭと呼ばれる厚さが０．１ｍｍ程度の固体高分子電解質膜（パーフルオロカーボンスルホン酸膜）であり、ＰＥＭ膜１の両面にはＰｔ（白金）触媒電極２−１，２−２が無電解メッキで形成され、これを多孔質給電体３−１，３−２で挟み込んだ構造とされている。また、多孔質給電体３−１が設けられたＰｔ触媒電極２−１側（第１の電極部側）にセルケース４−１を設け、多孔質給電体３−２が設けられたＰｔ触媒電極２−２側（第２の電極部側）にセルケース４−２を設け、セルケース４−１と４−２とでＰＥＭ膜１を挟み込み、この挟まれたＰＥＭ膜１の周囲の空間部にシール５を充填している。セルケース４−１には多孔質給電体３−１を介してＰｔ触媒電極２−１に通ずる通路Ｌ１とＬ２が設けられ、セルケース４−２には多孔質給電体３−２を介してＰｔ触媒電極２−２に通ずる通路Ｌ３が設けられている。
【０００５】
この電解セル１００において、Ｐｔ触媒電極２−１を陽極とし、Ｐｔ触媒電極２−２を陰極とし、このＰｔ触媒電極２−１，２−２間に直流電圧を印加した状態で、通路Ｌ１から多孔質給電体３−１を通してＰｔ触媒電極２−１に純水を送ると、Ｐｔ触媒電極２−１触媒層で水が電気分解して、酸素（Ｏ2 ）とプロトン（Ｈ+ ）と電子が発生する（２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- ）。プロトンは、ＰＥＭ膜１を透過し、Ｐｔ触媒電極２−２側に移動する。陽極では、純水が酸化され（電子が引き離され）、酸素が発生する。陰極では、陽子がＰＥＭ膜１から引き剥がされ、Ｐｔ触媒電極２−２からの電子を得て、水素（Ｈ2 ）が発生する（４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 ）。これにより、Ｐｔ触媒電極２−１で生成された酸素ガス（Ｏ2 ）を含む純水が通路Ｌ２から排出され、Ｐｔ触媒電極２−２で生成された水素ガス（Ｈ2 ）が通路Ｌ３から排出される。
【０００６】
〔ＨＨＥＧ〕
図１５はこの電解セル１００を用いたＨＨＥＧの構成図である。同図において、６は第１のタンク（高圧容器）、７は第２のタンク（高圧容器）であり、第１のタンク６内に電解セル１００を設け、第２のタンク７に純水を貯留している。また、第１のタンク６と第２のタンク７との間にポンプ８を設け、第２のタンク７に貯留されている純水を第１のタンク６内の電解セル１００の通路Ｌ１へ送り、電解セル１００の通路Ｌ２から排出される純水と酸素ガスを第２のタンク７に戻すようにしている。
【０００７】
これにより、第１のタンク６には、電解セル１００の通路Ｌ３から排出される水素ガスとともに、ＰＥＭ膜１を透過した純水が貯まる。なお、第１のタンク６には、そのタンク６内に貯蔵される水素ガスを必要に応じて放出するためのバルブ１１が設けられている。また、第２のタンク７には、そのタンク７内に貯まる酸素ガスを放出するためのバルブ１２が設けられている。
【０００８】
第１のタンク６の底部と第２のタンク７の底部とは、差圧解消センサ９を介してつながれている。差圧解消センサ９には、一方の圧力導入路９−１に、第１のタンク６内の純水を介してタンク６内の水素ガスの圧力Ｐｈが与えられ、他方の圧力導入路９−２に、第２のタンク７内の純水を介してタンク７内の酸素ガスの圧力Ｐｏが与えられる。差圧解消センサ９は、この水素ガスの圧力Ｐｈと酸素ガスの圧力Ｐｏとの差に応じた信号（差圧信号）を開閉制御部１０へ送る。開閉制御部１０は、差圧解消センサ９から送られてくる差圧信号を零とするように、バルブ１２の開閉を制御し、第２のタンク７内の酸素ガスの圧力を調整する。
【０００９】
これにより、電解セル１００のシール部５に加わる圧力と、ＰＥＭ膜１のＰｔ触媒電極２−１側（第１の電極部側）に加わる圧力と、ＰＥＭ膜１のＰｔ触媒電極２−２側（第２の電極部側）に加わる圧力とが等しくなり、ＰＥＭ膜１やシール部５に加わる圧力差がなくなる。したがって、タンク６内に貯蔵される水素ガスが高圧となっても、電解セル１００が圧力破損する虞れがなくなる。このようにして、非特許文献１に示されたＨＨＥＧでは、電解セル１００を保護した状態で、水素ガスが生成され、タンク６内に高圧で貯蔵されて行く。
【００１０】
【非特許文献１】NIKKEI ELECTRONICS ２００４．１０．１１、１２９〜１３５頁、「高圧水素を水の電気分解だけで製造」、原田宙幸、戸嶋健介。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した非特許文献１に示されたガス発生貯蔵装置（ＨＨＥＧ）によると、第２のタンク７内に貯まる酸素ガスを捨てて圧力の調整を行うようにしており、酸素ガスを積極的に貯蔵する構成とはなっていない。また、圧力を調整するために差圧解消センサ９などを必要とし、高コストとなる。
【００１２】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、差圧解消センサなどを設けることなく、また生成された酸素ガスを捨てることなく、電解セルを保護した状態で、水素ガスや酸素ガスなどのガスを生成し、高圧で貯蔵することが可能なガス発生貯蔵装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するために本発明は、固体高分子電解質膜と、この固体高分子電解質膜を挾んで設けられた第１の電極部および第２の電極部とを有し、第１の電極部と第２の電極部との間に直流電圧を印加した状態で第１の電極部に通される液体から第１のガスと第２のガスを生成し、生成した第１のガスを第１の電極部から、生成した第２のガスを第２の電極部から排出する電解セルと、液体が貯留された第１のタンクと、第１のタンクに貯留された液体と同じ液体が貯留された第２のタンクと、電解セルの第１の電極部に第１のタンクに貯留された液体を通す手段と、電解セルの第２の電極部に第２のタンクに貯留された液体を通す手段と、電解セルの第１の電極部に通された液体に含まれる第１のガスを分離する第１の気液分離手段と、電解セルの第２の電極部に通された液体に含まれる第２のガスを分離する第２の気液分離手段と、第２の気液分離手段によって分離された第２のガスを所定の分流比で分流する分流手段とを設け、第１のタンクは、第１の気液分離手段によって分離された第１のガスが貯蔵される第１の室と、分流手段によって分流された一方の第２のガスが貯蔵される第２の室とを有するものとし、第２のタンクは、分流手段によって分流された他方の第２のガスが貯蔵される貯蔵室を有するものとし、第１のタンクの第１の室と第２の室を、そのタンクに貯留された液体の液面をその室の内壁面の一部とし、その室に貯蔵されるガスが他の室のガスと混ざらないように分離された空間とし、第２のタンクの貯蔵室を、そのタンクに貯留された液体の液面とそのタンクの内壁面とによって囲まれた空間とし、第１のタンクおよび第２のタンクに貯留された液体中の何れか一方に電解セルを設置するようにしたものである。
【００１４】
例えば、本発明では、第１のタンクと第２のタンクに純水を貯留し、第１のタンクに貯留された純水中に電解セルを設置する。そして、電解セルの第１の電極部と第２の電極部との間に直流電圧を印加した状態で、第１の電極部に第１のタンクに貯留された純水を通し、第２の電極部に第２のタンクに貯留された純水を通す。すると、電解セルでの電気分解により、第１の電極部から酸素ガスが得られ、第２の電極部から水素ガスが得られる。第１の電極部から得られる酸素ガスは、第１の電極部に通された純水とともに排出され、純水と酸素ガスとに分離され、分離された酸素ガスが第１のタンクの第１の室に貯蔵される。第２の電極部から得られる水素ガスは、第２の電極部に通された純水とともに排出され、純水と水素ガスとに分離され、分離された水素ガスが所定の分流比で分流される。分流された一方の水素ガスは、第１のタンクの第２の室に貯蔵される。分流された他方の水素ガスは、第２のタンクの貯蔵室に貯蔵される。
【００１５】
純水を電気分解すると、１モルの酸素ガスに対し、２モルの水素ガスが生成される（２Ｈ2 Ｏ→２Ｈ2 ＋Ｏ2 ）。したがって、この発明において、第１のタンクの第１の室に酸素ガスが１モル貯蔵されると、第１のタンクの第２の室と第２のタンクの貯蔵室には合わせて２モルの水素ガスが貯蔵されることになる。
ここで、生成された水素ガスをほゞ３：１の分流比で分流し、分流比「１」の水素ガスを第１のタンクの第２の室へ送り、分流比「３」の水素ガスを第２のタンクの貯蔵室へ送るものとすると、第１のタンクの第１の室に酸素ガスが１モル貯蔵されると、第１のタンクの第２の室には水素ガスが１／２モル貯蔵され、第２のタンクの貯蔵室には水素ガスが３／２モル貯蔵されることになる。
また、第１のタンクの第１の室と第２の室との容積比をほゞ２：１とすると、第１の室に酸素ガスが１モル貯蔵される毎に、第２の室には水素ガスが１／２モルずつ貯蔵されるので、第１の室に貯蔵される酸素ガスの圧力（Ｐ１ｏ）と第２の室に貯蔵される水素ガスの圧力（Ｐ１ｈ）とがほゞ等しくなり、第１のタンク内の純水に作用するガス圧（第１のタンク内のガス圧）Ｐ１はＰ１≒Ｐ１ｏ≒Ｐ１ｈとなる。
また、第２のタンクの貯蔵室の容積を第１のタンクの第１の室と第２の室とを合わせた容積とほゞ等しいものとすると、第１のタンクに酸素ガスと水素ガスとが合わせて３／２モル貯蔵される毎に、第２のタンクの貯蔵室には水素ガスが３／２モルずつ貯蔵されるので、第１のタンク内のガス圧Ｐ１と第２のタンクに貯蔵される純水に作用する水素ガスの圧力（第２のタンク内のガス圧）Ｐ２とがほゞ等しくなる（Ｐ１≒Ｐ２）。
これにより、電解セルのシール部に加わる圧力と、固体高分子電解質膜の第１の電極部側に加わる圧力と、固体高分子電解質膜の第２の電極部側に加わる圧力とがほゞ等しくなり、圧力差がなくなる。
なお、第１のタンクに貯留された純水中へ電解セルを設置することによって、電解セルのシール部に加わる圧力と固体高分子電解質膜の第１の電極部側に加わる圧力とが必然的に同じとなる。すなわち、この発明において、第１のタンクに貯留された純水中への電解セルの設置は、電解セルのシール部に加わる圧力と固体高分子電解質膜の第１の電極部側に加わる圧力とを同じとするために、意図的に行われるものである。
【００１６】
本発明において、電解セルは、第１のタンクの液体中ではなく、第２のタンクの液体中に設置してもよい。また、第１のタンクにおける第１の室と第２の室とは、第１のタンク内に仕切板を設けることによって実現してもよいし、第１のタンクにこのタンク内の液体と連通する補助タンクを設けることによって実現してもよい。補助タンクを設ける場合、第１のタンク内の液面とそのタンクの内壁面とによって囲まれた空間が第１の室となり、補助タンク内の液面とそのタンクの内壁面とによって囲まれた空間が第２の室となる。また、電解セルを第２のタンクに貯留された液体中に設置することによって、電解セルのシール部に加わる圧力と固体高分子電解質膜の第２の電極部側に加わる圧力とが必然的に同じとなる。すなわち、この発明において、第２のタンクに貯留された液体中への電解セルの設置は、電解セルのシール部に加わる圧力と固体高分子電解質膜の第２の電極部側に加わる圧力とを同じとするために、意図的に行われるものである。
【００１７】
また、本発明において、第１のタンク内に仕切板を設け、第１の室と第２の室との容積比をほゞ２：１とし、分流比をほゞ３：１として酸素ガスと水素ガスを生成・貯蔵する場合、第１の室に貯蔵される酸素ガスの圧力Ｐ１ｏと第２の室に貯蔵される水素ガスの圧力Ｐ１ｈはほゞ等しくなり、第１の室における純水の水位と第２の室における純水の水位もほゞ等しくなる。逆に言うと、第１の室における水位と第２の室における水位が等しくなければ、第１の室における酸素ガスの圧力Ｐ１ｏと第２の室における水素ガスの圧力Ｐ１ｈとが異なっていることになる。
したがって、第１の室における水位と第２の室における水位とが等しくなるように、水素ガスの分流比を調整する分流比調整手段を設ければ、第１の室における酸素ガスの圧力Ｐ１ｏと第２の室における水素ガスの圧力Ｐ１ｈを等しくし、第１のタンクにおける酸素ガスと水素ガスとの貯蔵量の比を２：１に保ちながら、また第１のタンクに貯蔵される酸素ガスと水素ガスとの合計量と第２のタンクに貯蔵される水素ガスの貯蔵量との比を１：１に保ちながら、すなわち第１のタンク内のガス圧Ｐ１と第２のタンク内のガス圧Ｐ２とを等しく保ちながら、酸素ガスと水素ガスを生成・貯蔵して行くことが可能となる。
【００１８】
本発明では、第１のタンクの第１の室や第２の室、第２のタンクの貯蔵室にガスが貯蔵されて行くが、ガス圧が高圧となると、そのガスがタンク内の液体中に溶け込んで行く虞れがある。この場合、生成したガスが無駄となるし、水素ガスが液体中に溶け込むと、水素脆性による金属の腐食などの問題も生じる。そこで、本発明では、第１の室の液面にこの液面とともに上下動する第１の蓋を被せ、第２の室の液面にこの液面とともに上下動する第２の蓋を被せ、貯蔵室の液面にこの液面とともに上下動する第３の蓋を被せる。例えば、第１の室の液面に、この液面の全面を覆うように第１の蓋を浮かばせ、第２の室の液面に、この液面の全面を覆うように第２の蓋を浮かばせ、貯蔵室の液面に、この液面の全面を覆うように第３の蓋を浮かばせる。これにより、第１の蓋を介して第１の室の液面が押し下げられ、第２の蓋を介して第２の室の液面が押し下げられ、第３の蓋を介して貯蔵室の液面が押し下げられ、第１の室に貯蔵されるガスが第１の室の液面と直接接触しなくなり、また第２の室に貯蔵されるガスが第２の室の液面と直接接触しなくなり、貯蔵室に貯蔵されるガスが貯蔵室の液面と直接接触しなくなり、貯留された液体中へのガスの溶け込みが防止される。
【００１９】
なお、第１の室の液面に第１の蓋を被せたり、第２の室の液面に第２の蓋を被せたり、貯蔵室の液面に第３の蓋を被せる代わりに、第１の室にこの室の内壁面を覆う第１の膜を設けたり、第２の室にこの室の内壁面を覆う第２の膜を設けたり、貯蔵室にこの室の内壁面を覆う第３の膜を設けたりしてもよい。第１の膜や第２の膜、第３の膜は、例えばポリエチレンの膜とし、第１の膜で囲まれた内部空間に第１の室へのガス（酸素ガス）を貯蔵し、第２の膜で囲まれた内部空間に第２の室へのガス（水素ガス）を貯蔵し、第３の膜で囲まれた内部空間に貯蔵室へのガス（水素ガス）を貯蔵する。これにより、第１の室に貯蔵されるガスが第１の室の内壁面（液面を含む）と直接接触しなくなり、第２の室に貯蔵されるガスが第２の室の内壁面（液面を含む）と直接接触しなくなり、貯蔵室に貯蔵されるガスが貯蔵室の内壁面（液面を含む）と直接接触しなくなり、貯留された液体中へのガスの溶け込みが防止される。
また、本発明においては、第１の電極部と第２の電極部との間に直流電圧を印加するが、この直流電圧は半波整流したものであってもよいし、全波整流したものであってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、電解セルを第１のタンクに貯留された液体中あるいは第２のタンクに貯留された液体中に設置し、この電解セルの第１の電極部に第１のタンクに貯留された液体を通し、第２の電極部に第２のタンクに貯留された液体を通し、第１の電極部から第１のガス（例えば、酸素ガス）を、第２の電極部から第２のガス（例えば、水素ガス）を得るようにし、第１の電極部に通された液体に含まれる第１のガスを分離して第１のタンクの第１の室に貯蔵するようにし、第２の電極部に通された液体に含まれる第２のガスを分離し、この分離した第２のガスを所定の分流比で分流し、分流した一方の第２のガスを第１のタンクの第２の室に貯蔵するようにし、分流した他方の第２のガスを第２のタンクの貯蔵室に貯蔵するようにしたので、差圧解消センサなどを設けることなく、また生成された第１のガスを捨てることなく、電解セルのシール部に加わる圧力と固体高分子電解質膜の第１の電極部側に加わる圧力とを意図的に同じとしたうえ、あるいは電解セルのシール部に加わる圧力と固体高分子電解質膜の第２の電極部側に加わる圧力とを意図的に同じとしたうえ、電解セルのシール部に加わる圧力と、固体高分子電解質膜の第１の電極部側に加わる圧力と、固体高分子電解質膜の第２の電極部側に加わる圧力とをほゞ等しくし、電解セルを保護した状態で、酸素ガスや水素ガスなどのガスを生成し、高圧で貯蔵することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態１〕
図１はこの発明の一実施の形態を示すガス発生貯蔵装置の構成図である。
同図において、１３は第１のタンク（高圧容器）、１４は第２のタンク（高圧容器）であり、第１のタンク１３と第２のタンク１４とはその容積が同じとされている。また、第１のタンク１３には純水Ｗ１が貯留され、第２のタンク１４には純水Ｗ２が貯留されている。第１のタンク１３に貯留された純水Ｗ１と第２のタンク１４に貯留された純水Ｗ２は同じ量とされている。
【００２２】
第１のタンク１３の純水Ｗ１中には電解セル１０１が設置されている。また、第１のタンク１３の純水Ｗ１の液面とこのタンク１３の内壁面とで囲まれた空間１５は、仕切板１６によって第１の室１７と第２の室１８とに分けられている。
【００２３】
図２に図１における第１のタンク１３をＡ方向から見た図を示す。この図からも分かるように、タンク１３内を径方向に２つに分割する仕切板１６が設けられており、この仕切板１６の下端面よりも純水Ｗ１の液面を上方に位置させることによって、純水Ｗ１の液面をその室の内壁面の一部とし、その室に貯蔵されるガスが他の室のガスと混ざらないように分離された第１の室１７と第２の室１８とがタンク１３内に形成されている。本実施の形態において、第１の室１７と第２の室１８とは、仕切板１６の位置によって、その容積比が２：１とされている。
【００２４】
図３は第１のタンク１３の純水Ｗ１中に設置された電解セル１０１の構造を示す図である。この電解セル１０１は、図１４に示した従来の電解セル１００とその基本構造は同じであるが、Ｐｔ触媒電極２−２への純水の供給路として通路Ｌ４をセルケース４−２に設けている点が異なる。なお、図３には、図１における電解セル１０１の配置に合わせ、図１４に示した電解セル１００とはその構造を左右反対として示している。
【００２５】
また、この構造において、ＰＥＭ膜１を挟んで向かい合う第１の電極部における純水の通路（この例では、多孔質給電体３−１）と第２の電極部における純水の通路（この例では、多孔質給電体３−２）は、その向かい合う面の形状および位置が同一とされている。すなわち、多孔質給電体３−１の長さＬＧ１と多孔質給電体３−２の長さＬＧ２とを同一とし、この同一長さの多孔質給電体３−１と３−２とを正対させている。なお、この例において、多孔質給電体３−１，３−２は直方体とされているが、必ずしも直方体でなくてもよい。
【００２６】
電解セル１０１の通路Ｌ１には、ポンプＰＭ１につながれたパイプＰＬ１を介してタンク１３内の純水Ｗ１を送るようにしている。また、電解セル１０１の通路Ｌ４にパイプＰＬ２をつなげてタンク１３の外に出し、このパイプＰＬ２よりタンク１４に貯留された純水Ｗ２をポンプＰＭ２を介して通路Ｌ４に送るようにしている。なお、ポンプＰＭ１，Ｐ２のポンプ圧は、電解セル１０１内を通過する純水の流れができればよく、最小限のポンプ圧とすることが望まれる。このポンプ圧を高くすると、純水Ｗ１の圧力と純水Ｗ２の圧力の均衡が崩れ、ＰＥＭ膜１に圧力差が生じる虞れがある。
【００２７】
電解セル１０１の通路Ｌ２に対しては、パイプＰＬ３を介して気液分離器２０を設けており、通路Ｌ２から排出される純水に含まれる酸素を気液分離器２０で分離し、分離した酸素ガスをパイプＰＬ５を介して第１の室１７へ送る一方、酸素ガスが分離された純水をタンク１３内の純水Ｗ１に戻すようにしている。
【００２８】
また、電解セル１０１の通路Ｌ３に対しては、パイプＰＬ４を介して気液分離器２１を設けており、通路Ｌ３から排出される純水に含まれる水素ガスを気液分離器２１で分離し、分離した水素ガスをパイプＰＬ６を介して水素ガス分流器２２へ送る一方、水素ガスが分離された純水をパイプＰＬ７を介して第２のタンク１４内の純水Ｗ２に戻すようにしている。
【００２９】
水素ガス分流器２２は、気液分離器２１からパイプＰＬ６を介して送られてくる水素ガスを所定の分流比で分流する。本実施の形態において、水素ガス分流器２２における分流比は３：１に設定されており、分流比「１」の水素ガスがパイプＰＬ８を介して第１のタンク１３の第２の室１８へ送られ、分流比「３」の水素ガスがパイプＰＬ９を介して第２のタンク１４の貯蔵室２３へ送られるようになっている。
【００３０】
第２のタンク１４の貯蔵室２３は、このタンク１４に貯留された純水Ｗ２の液面とタンク１４の内壁面とによって囲まれた空間とされ、貯蔵室２３の容積は第１のタンク１３の第１の室１７と第２の室１８とを合わせた容積と等しくされている。
【００３１】
このガス発生貯蔵装置２００では、次のようにして酸素ガスと水素ガスが生成され、生成された酸素ガスが第１のタンク１３の第１の室１７に、生成された水素ガスが第１のタンク１３の第２の室１８と第２のタンク１４の貯蔵室２３に貯蔵されて行く。
【００３２】
なお、図示してはいないが、本実施の形態では、第１のタンク１３内の純水Ｗ１、第２のタンク１４内の純水Ｗ２、第１のタンク１３の第１の室１７に貯蔵される酸素ガス、第１のタンク１３の第２の室１８と第２のタンク１４の貯蔵室２３に貯蔵される水素ガスの温度をほゞ同じ温度にするような工夫がされている。
【００３３】
〔ガスの生成〕
Ｐｔ触媒電極２−１を陽極とし、Ｐｔ触媒電極２−２を陰極とし、このＰｔ触媒電極２−１，２−２間に直流電圧を印加する。そして、ポンプＰＭ１，Ｐ２を駆動し、第１のタンク１３内の純水Ｗ１を通路Ｌ１から多孔質給電体３−１を通してＰｔ触媒電極２−１に送り、第２のタンク１４内の純水Ｗ２を通路Ｌ４から多孔質給電体３−２を通してＰｔ触媒電極２−２に送る。
【００３４】
電解セル１０１内では、Ｐｔ触媒電極２−１を陽極とし、Ｐｔ触媒電極２−２を陰極とし、このＰｔ触媒電極２−１，２−２間に直流電圧を印加した状態で、通路Ｌ１から多孔質給電体３−１を通してＰｔ触媒電極２−１に純水を送ると、Ｐｔ触媒電極２−１の触媒層で水が電気分解して、酸素（Ｏ2 ）とプロトン（Ｈ+ ）と電子が発生する（２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- ）。プロトンは、ＰＥＭ膜１を透過し、Ｐｔ触媒電極２−２側に移動する。陽極では、純水が酸化され（電子が引き離され）、酸素が発生する。陰極では、陽子がＰＥＭ膜１から引き剥がされ、Ｐｔ触媒電極２−２からの電子を得て、水素（Ｈ2 ）が発生する（４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 ）。これにより、Ｐｔ触媒電極２−１で生成された酸素ガス（Ｏ2 ）を含む純水が通路Ｌ２から排出され、Ｐｔ触媒電極２−２で生成された水素ガス（Ｈ2 ）を含む純水が通路Ｌ３から排出される。
【００３５】
〔ガスの貯蔵〕
通路Ｌ２から排出された酸素ガスを含む純水はパイプＰＬ３を介して気液分離器２０へ送られる。気液分離器２０は、送られてくる純水から酸素ガスを分離し、分離した酸素ガスをパイプＰＬ５を介して第１の室１７へ送る。また、酸素ガスが分離された純水をタンク１３内の純水Ｗ１に戻す。
【００３６】
通路Ｌ３から排出された水素ガスを含む純水はパイプＰＬ４を介して気液分離器２１へ送られる。気液分離器２１は、その純水から水素ガスを分離し、分離した水素ガスをパイプＰＬ６を介して水素ガス分流器２２へ送る。また、水素ガスが分離された純水をパイプＰＬ７を介して第２のタンク１４内の純水Ｗ２に戻す。
【００３７】
水素ガス分流器２２は、気液分離器２１からパイプＰＬ６を介して送られてくる水素ガスを３：１の分流比で分流し、分流比「１」の水素ガスをパイプＰＬ８を介して第１のタンク１３の第２の室１８へ送り、分流比「３」の水素ガスをパイプＰＬ９を介して第２のタンク１４の貯蔵室２３へ送る。
【００３８】
純水を電気分解すると、１モルの酸素ガスに対し、２モルの水素ガスが生成される（２Ｈ2 Ｏ→２Ｈ2 ＋Ｏ2 ）。すなわち、本実施の形態において、第１のタンク１３の第１の室１７に酸素ガスが１モル貯蔵されると、第１のタンク１３の第２の室１８と第２のタンク１４の貯蔵室２３とには合わせて２モルの水素ガスが貯蔵されることになる。
【００３９】
ここで、本実施の形態では、生成された水素ガスを水素ガス分流器２２により３：１の分流比で分流し、分流比「１」の水素ガスを第１のタンク１３の第２の室１８へ送り、分流比「３」の水素ガスを第２のタンク１４の貯蔵室２３へ送るようにしているので、第１のタンク１３の第１の室１７に酸素ガスが１モル貯蔵されると、第１のタンク１３の第２の室１８には水素ガスが１／２モル貯蔵され、第２のタンク１４の貯蔵室２３には水素ガスが３／２モル貯蔵されることになる。
【００４０】
また、本実施の形態では、第１のタンク１３の第１の室１７と第２の室１８との容積比を２：１としており、容積比が「２」とされた第１の室１７に酸素ガスが１モル貯蔵される毎に、容積比が「１」とされた第２の室１８に水素ガスが１／２モルずつ貯蔵されるので、第１の室１７に貯蔵される酸素ガスの圧力Ｐ１ｏと第２の室１８に貯蔵される水素ガスの圧力Ｐ１ｈとが等しくなり、第１のタンク１３内の純水Ｗ１に作用するガス圧（第１のタンク内のガス圧）Ｐ１はＰ１＝Ｐ１ｏ＝Ｐ１ｈとなる。
【００４１】
また、本実施の形態では、第２のタンク１４の貯蔵室２３の容積を第１のタンク１３の第１の室１７と第２の室１８とを合わせた容積と等しくしており、第１のタンク１３に酸素ガスと水素ガスとが合わせて３／２モル貯蔵される毎に、第２のタンク１４の貯蔵室２３に水素ガスが３／２モルずつ貯蔵されるので、第１のタンク１３内のガス圧Ｐ１と第２のタンク１４に貯蔵される純水Ｗ２に作用する水素ガスの圧力（第２のタンク内のガス圧）Ｐ２とが等しくなる（Ｐ１＝Ｐ２）。
【００４２】
これにより、第１のタンク１３の純水Ｗ１中に設置された電解セル１０１のシール部５に加わる圧力と、ＰＥＭ膜１のＰｔ触媒電極２−１側（第１の電極部側）に加わる圧力と、ＰＥＭ膜１のＰｔ触媒電極２−２側（第２の電極部側）に加わる圧力とが等しくなり、圧力差がなくなる。したがって、タンク１３内のガス圧Ｐ１が高圧となっても、電解セル１０１が圧力破損する虞れがない。このようにして、本実施の形態では、差圧解消センサなどを設けることなく、また生成された酸素ガスを捨てることなく、電解セル１０１を保護した状態で、水素ガスと酸素ガスを生成し、高圧で貯蔵して行くことができるようになる。
【００４３】
なお、この構成において、電解セル１０１のシール部５に加わる圧力とＰＥＭ膜１のＰｔ触媒電極２−１側（第１の電極部側）に加わる圧力とは必然的に同じとなる。すなわち、この構成において、第１のタンク１３に貯留された純水Ｗ１中への電解セル１０１の設置は、電解セル１０１のシール部５に加わる圧力とＰＥＭ膜１のＰｔ触媒電極２−１側（第１の電極部側）に加わる圧力とを同じとするために、意図的に行われているものである。
【００４４】
また、この構成において、多孔質給電体３−１の長さＬＧ１と多孔質給電体３−２の長さＬＧ２とは同一とされ、この同一長さの多孔質給電体３−１と３−２とが正対している。すなわち、第１の電極部における純水Ｗ１の通路と第２の電極部における純水Ｗ１の通路は、ＰＥＭ膜１を挟んで向かい合う面の形状および位置が同一とされている。したがって、第１の電極部における純水Ｗ１の通路に面するＰＥＭ膜１の膜面と第２の電極部における純水Ｗ１の通路に面するＰＥＭ膜１の膜面の全てにおいて、その膜面間の圧力差が零となり、ＰＥＭ膜１の膜面間にアンバランスな圧力が加わることがない。
【００４５】
なお、多孔質給電体３−１は、その内部にポンプＰＭ１からの純水Ｗ１が染み渡るので、通路Ｌ１，Ｌ２の位置に拘わらず、第１の電極部における純水Ｗ１の通路となる。多孔質給電体３−２も同様に、その内部にポンプＰＭ２からの純水Ｗ２が染み渡るので、通路Ｌ３，Ｌ４の位置に拘わらず、第２の電極部における純水Ｗ２の通路となる。
【００４６】
〔貯蔵した酸素ガス、水素ガスの取り出し〕
タンク１３や１４に高圧で貯蔵した酸素や水素を燃料などとして使用する場合、このタンク１３や１４に貯蔵された酸素や水素を取り出すが、この場合には注意を必要とする。すなわち、タンク１３内のガス圧Ｐ１とタンク１４内のガス圧Ｐ２とを同じ値にして取り出すために、タンク１３とタンク１４に分離して貯蔵した水素を合流して取り出す必要がある。また、合流水素ガスとタンク１３の酸素ガスとのモル比は、２：１の比率を保った状態で取り出さなければならない。この条件下で、タンク１３内のガス圧Ｐ１とタンク１４内のガス圧Ｐ２とが同じ値となる。
【００４７】
このような取り出し方をするために、図４に示すガス発生貯蔵装置２０１では、第１のタンク１３の第２の室１８からの水素ガスと第２のタンク１４の貯蔵室２３からの水素ガスとを合流する水素ガス合流器２４を設け、この水素ガス合流器２４により合流された水素ガスを気体圧力調整弁２５を介して取り出すようにし、第１のタンク１３の第１の室１７に貯蔵された酸素ガスを気体圧力調整弁２６を介して取り出すようにしている。
【００４８】
このガス発生貯蔵装置２０１では、例えば水素ガスと酸素ガスを燃料電池に供給するような場合、第１のタンク１３内のガス圧Ｐ１と第２のタンク１４内のガス圧Ｐ２とが同じになるように、水素ガス合流器２４における水素ガスの合流比と気体圧力調整弁２５，２６の弁開度を制御するようにする。
【００４９】
〔実施の形態２〕
実施の形態１では、第１のタンク１３の純水Ｗ１中に電解セル１０１を設置するようにしたが、図５に示すガス発生貯蔵装置２０２のように、第２のタンク１４の純水Ｗ２中に電解セル１０１を設置するようにしてもよい。
なお、このガス発生貯蔵装置２０２では、気液分離器２１を第２のタンク１４の純水Ｗ２中に設け、この気液分離器２１で分離した水素をパイプＰＬ６を介して貯蔵室２３中に設けた水素ガス分流器２２へ送り、水素ガス分流器２２で分流した分流比「１」の水素ガスをパイプＰＬ８を介して第１のタンク１３の第２の室１８へ送るようにしている。また、水素ガス分流器２２で分流した分流比「３」の水素ガスをパイプＰＬ９を介して第２のタンク１４の貯蔵室２３へ送るようにしている。
このような構成としても、実施の形態１と全く同じ原理で、電解セル１０１を保護した状態で、第１のタンク１３の第１の室１７に酸素ガスが、第１のタンク１４の第２の室１８と第２のタンク１４の貯蔵室２３に水素ガスが、高圧で貯蔵されて行く。
【００５０】
なお、この構成において、電解セル１０１のシール部５に加わる圧力とＰＥＭ膜１のＰｔ触媒電極２−２側（第２の電極部側）に加わる圧力とは必然的に同じとなる。すなわち、この構成において、第２のタンク１４に貯留された純水Ｗ２中への電解セル１０１の設置は、電解セル１０１のシール部５に加わる圧力とＰＥＭ膜１のＰｔ触媒電極２−２側（第２の電極部側）に加わる圧力とを同じとするために、意図的に行われているものである。
【００５１】
〔実施の形態３〕
なお、上述した実施の形態１や２では、第１のタンク１３内に仕切板１６を設けることによって第１の室１７と第２の室１８を作るようにしたが、例えば図６に示すガス発生貯蔵装置２０３のように、第１のタンク１３に対して補助タンク２７を設け、この補助タンク２７に水素ガス分流器２２からの分流比「１」の水素ガスを送るようにしてもよい。
【００５２】
この場合、第１のタンク１３内の純水Ｗ１の液面とそのタンク１３の内壁面とによって囲まれた空間１５が第１のタンク１３の第１の室となり、補助タンク２７内の純水Ｗ１の液面とそのタンク２７の内壁面とによって囲まれた空間２８が第１のタンク１３の第２の室となる。
【００５３】
なお、このガス発生貯蔵装置２０３では、第１の室１５と第２の室２８との容積比を２：１とする。また、第２のタンク１４の貯蔵室２３の容積を、第１のタンク１３の第１の室１５と第２の室２８とを合わせた容積と等しくする。
【００５４】
〔実施の形態４〕
また、上述した実施の形態１では、第１のタンク１３の第１の室１７と第２の室１８との容積比を２：１とする位置に仕切板１６を設けたが、必ずしも第１の室１７と第２の室１８との容積比を２：１とする位置に設けなくてもよい。例えば、第１の室１７と第２の室１８との容積比を１：１とする位置に設けるなどとしてもよい。
【００５５】
この場合、水素ガス分流器２２における分流比を変えたり、第２のタンク１４の貯蔵室２３の容積を変えるなどして、第１のタンク１３内のガス圧Ｐ１と第２のタンク１４内のガス圧Ｐ２とが等しくなるようにする。なお、この場合、第１のタンク１３内のガス圧Ｐ１と第２のタンク１４内のガス圧Ｐ２とが等しくなればよく、第１の室１７における純水Ｗ１の水位と第２の室１８における純水Ｗ１の水位とは必ずしも同水位とならなくてもよい。
【００５６】
〔実施の形態５〕
実施の形態１の構成（図１）では、第１の室１７に貯蔵される酸素ガスの圧力Ｐ１ｏと第２の室１８に貯蔵される水素ガスの圧力Ｐ１ｈとが等しい場合、第１の室１７における純水Ｗ１の水位と第２の室１８における純水Ｗ１の水位は等しくなる。逆に言うと、第１の室１７における水位と第２の室１８における水位が等しくなければ、第１の室１７の酸素ガスの圧力Ｐ１ｏと第２の室１８の水素ガスの圧力Ｐ１ｈとが異なっていることになる。
【００５７】
したがって、第１の室１７における水位と第２の室１８における水位とが等しくなるように、水素ガス分流器２２における水素ガスの分流比を調整するようにすれば、第１の室１７の酸素ガスの圧力Ｐ１ｏと第２の室１８の水素ガスの圧力Ｐ１ｈを等しくし、第１のタンク１３における酸素ガスと水素ガスとの貯蔵量の比を２：１に保ちながら、また第１のタンク１３に貯蔵される酸素ガスと水素ガスとの合計量と第２のタンク１４に貯蔵される水素ガスの貯蔵量との比を１：１に保ちながら、すなわち第１のタンク１３内のガス圧Ｐ１と第２のタンク１４内のガス圧Ｐ２とを常に等しく保ちながら、酸素ガスと水素ガスを生成・貯蔵して行くことが可能となる。
【００５８】
図７にこの場合の構成例を示す。このガス発生貯蔵装置２０４では、第１のタンク１３の第１の室１７に水位計２９を設け、第２の室１８に水位計３０を設け、水位計２９が検出する第１の室１７における純水Ｗ１の水位および水位計３０が検出する第２の室１８における純水Ｗ１の水位を分流比調整部３１へ送るようにしている。分流比調整部３１は、水位計２９が検出する第１の室１７における水位と水位計３０が検出する第２の室１８における水位を監視し、両者が等しくなるように、水素ガス分流器２２における水素ガスの分流比を調整する。
【００５９】
上述した実施の形態１では、第１のタンク１３の第１の室１７と第２の室１８との容積比を２：１とし、第２のタンク１４の貯蔵室２３の容積を第１のタンク１３の第１の室１７と第２の室１８とを合わせた容積と等しくし、水素ガス分流器２２における水素ガスの分流比を３：１としたが、多少の誤差があってもよいことは言うまでもない。他の実施の形態でも同様のことが言える。
【００６０】
〔実施の形態６〕
実施の形態１では、第１の室１７に酸素ガスが、第２の室１８および貯蔵室２３に水素ガスが貯蔵されて行くが、ガス圧が高圧となると、そのガスがタンク内の純水中に溶け込んで行く虞れがある。この場合、生成した酸素ガスや水素ガスが無駄となるし、水素ガスが純水中に溶け込むと、水素脆性による金属の腐食などの問題も生じる。
【００６１】
そこで、実施の形態６では、図８に示すように、第１の室１７の液面にこの液面とともに上下動する第１の蓋３２−１を被せ、第２の室１８の液面にこの液面とともに上下動する第２の蓋３２−２を被せ、貯蔵室２３の液面にこの液面とともに上下動する第３の蓋３２−３を被せている。すなわち、第１の室１７の液面に、この液面の全面を覆うように第１の蓋３２−１を浮かばせ、第２の室１８の液面に、この液面の全面を覆うように第２の蓋３２−２を浮かばせ、貯蔵室２３の液面に、この液面の全面を覆うように第３の蓋３２−３を浮かばせている。
【００６２】
これにより、第１の蓋３２−１を介して第１の室１７の液面が押し下げられ、第２の蓋３２−２を介して第２の室１８の液面が押し下げられ、第３の蓋３２−３を介して貯蔵室２３の液面が押し下げられ、第１の室１７内の酸素ガスが第１の室１７の液面と直接接触しなくなり、第２の室１８内の水素ガスが第２の室１８の液面と直接接触しなくなり、貯蔵室２３内の水素ガスが貯蔵室２３の液面と直接接触しなくなり、貯留された純水Ｗ１，Ｗ２中への酸素ガスや水素ガスの溶け込みが防止される。なお、第１の蓋３２−１、第２の蓋３２−２および第３の蓋３２−３は、高圧の酸素ガスや水素ガスを通さなければよく、金属製に限らず、樹脂製としてもよい。
【００６３】
なお、蓋３２−１〜３２−３を設けた場合、蓋３２−１が第１の室１７の内壁面の一部をなし、蓋３２−２が第２の室１８の内壁面の一部をなし、蓋３２−３が貯蔵室２３の内壁面の一部をなすが、本発明では、タンクに貯留された液体の液面の定義として、この液体の液面に浮かばせた蓋も含むものとする。
【００６４】
〔実施の形態７〕
実施の形態６では、第１の室１７の液面に第１の蓋３２−１を被せたり、第２の室１８の液面に第２の蓋３２−２を被せたり、貯蔵室２３の液面に第３の蓋３２−３を被せたりしたが、図９に示すように、第１の室１７にその室の内壁面を覆う第１の膜３３−１を設けたり、第２の室１８にその室の内壁面を覆う第２の膜３３−２を設けたり、貯蔵室２３にその室の内壁面を覆う第３の膜３３−３を設けたりしてもよい。この実施の形態７では、膜３３−１〜３３−３をポリエチレンの膜とし、第１の膜３３−１で囲まれた内部空間に第１の室１７への酸素ガスを貯蔵するようにし、第２の膜３３−２で囲まれた内部空間に第２の室１８への水素ガスを貯蔵するようにし、第３の膜３３−３で囲まれた内部空間に貯蔵室２３への水素ガスを貯蔵するようにしている。
【００６５】
これにより、第１の室１７に貯蔵される酸素ガスが第１の室１７の内壁面（液面を含む）と直接接触しなくなり、第２の室１８に貯蔵される水素ガスが第２の室１８の内壁面（液面を含む）と直接接触しなくなり、貯蔵室２３に貯蔵される水素ガスが貯蔵室２３の内壁面（液面を含む）と直接接触しなくなり、貯留された純水Ｗ１，Ｗ２中への酸素ガスや水素ガスの溶け込みが防止される。なお、膜３３−１〜３３−３は、高圧の酸素ガスや水素ガスを通さず、かつ伸縮性があればよく、ポリエチレンに限らす、ゴムなどの膜としてもよい。
【００６６】
〔実施の形態８〕
また、上述した実施の形態１〜７では、タンク１３に貯留された純水Ｗ１中あるいはタンク１４に貯留された純水Ｗ２中に電解セル１０１を１つだけ設置するものとしたが、複数の電解セル１０１を設置するようにしてもよい。例えば、実施の形態１〜７において、図１０（ａ）に示すように、電解セル１０１−１〜１０１−ｎを縦方向（水深方法）に積み重ね、これら電解セル１０１−１〜１０１−ｎから水素ガスと酸素ガスとを得るようにしてもよい。
【００６７】
この場合、電解セル１０１−１〜１０１−ｎ毎に、独立して純水の供給および酸素ガス，水素ガスの取り出しを行うようにしてもよいが、図１０（ｂ）に示すように、隣接する電解セル１０１の通路Ｌ１とＬ２、通路Ｌ３とＬ４とを継ぎ、最下段の電解セル１０１−１の通路Ｌ１から純水を供給することにより最上段の電解セル１０１−ｎの通路Ｌ２から酸素ガスを取り出すようにし、最下段の電解セル１０１−１の通路Ｌ４から純水を供給することにより最上段の電解セル１０１−ｎの通路Ｌ３から水素ガスを取り出すようにしてもよい。
【００６８】
また、図１１（ａ）に示すように円筒状の電解セルとしたり、図１１（ｂ）に示すように半円柱状の電解セルとしたり、図１１（ｃ）に示すように半円柱状の電解セルを積み重ねたりするなどとしてもよい。なお、図１１において、太線はＰＥＭ膜を示している。
【００６９】
また、上述した実施の形態１〜８では、電解セル１０１を用いて純水から水素ガスと酸素ガスを生成するようにしたが、同様の原理で他の液体から他のガスを生成できるような場合にも適用することが可能である。すなわち、本発明において、液体は純水に限られるものではなく、生成するガスも水素ガスや酸素ガスに限られるものではない。また、取り出した水素ガスや酸素ガスは、燃料電池用としての使用に限られるものではなく、生成した酸素を医療用として使用するようにしてもよい。
【００７０】
〔ガス発生貯蔵装置の応用例〕
本発明に係るガス発生貯蔵装置の応用として新エネルギー（風量発電や太陽光発電）とのハイブリット化を考えることができる。
【００７１】
〔応用例１：パラレル的なハイブリット化〕
風力発電は、風量に依存するので、定常的な発電は望めない。そこで、図１２に示すように、風力発電機３０３によって余剰に発電した電気（余剰発電量）を本発明に係るガス発生貯蔵装置２００に与え、酸素ガスと水素ガスとして高圧で貯蔵する。ガス発生貯蔵装置２００の後段には燃料電池４００を接続し、風力発電量が少なくなった時に、加算器５００により燃料電池による発電を風力発電による発電に加算することで、風力発電の安定化を図る。
【００７２】
〔応用例２：シリアル的なハイブリット化〕
風力発電は、風量に依存するので、定常的な発電は望めない。そこで、図１３に示すように、風力発電機３００によって発電した電気を本発明に係るガス発生貯蔵装置２００に与え、酸素ガスと水素ガスとして高圧で貯蔵する。ガス発生貯蔵装置２００の後段には燃料電池４００を接続し、必要に応じてガス発生貯蔵装置２００から燃料電池５００へ水素と酸素を供給し、発電を行う。
【００７３】
この構成では、風量発電がメインではなく、燃料電池５００による発電が主となる。風力発電から見ると、パラレル的なハイブリッド化ではなく、シリアル的なハイブリット化となる。なお、燃料電池５００において生じる排熱は、給湯などに使用することができる。また、ガス発生貯蔵装置２００における酸素ガスと水素ガスとの貯蔵には、風力発電機３００からの電力に加え、夜間電力を利用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施の形態（実施の形態１）を示すガス発生貯蔵装置の構成図である。
【図２】図１における第１のタンクをＡ方向から見た図である。
【図３】このガス発生貯蔵装置に用いる電解セルの構造図である。
【図４】酸素ガスと水素ガスの取り出し方に工夫を加えたガス発生貯蔵装置の構成図である。
【図５】本発明の他の実施の形態（実施の形態２）を示すガス発生貯蔵装置の構成図である。
【図６】本発明の他の実施の形態（実施の形態３）を示すガス発生貯蔵装置の構成図である。
【図７】本発明の他の実施の形態（実施の形態５）を示すガス発生貯蔵装置の構成図である。
【図８】本発明の他の実施の形態（実施の形態６）を示すガス発生貯蔵装置の構成図である。
【図９】本発明の他の実施の形態（実施の形態７）を示すガス発生貯蔵装置の構成図である。
【図１０】電解セルを縦方向（水深方向）に積み重ねた例を示す図である。
【図１１】電解セルの他の例を示す図である。
【図１２】本発明に係るガス発生貯蔵装置の応用例１を示す図である。
【図１３】本発明に係るガス発生貯蔵装置の応用例２を示す図である。
【図１４】従来のガス発生貯蔵装置（ＨＨＥＧ）に用いられている電解セルの構造図である。
【図１５】従来のガス発生貯蔵装置（ＨＨＥＧ）の構成図である。
【符号の説明】
【００７５】
１…ＰＥＭ膜（固体高分子電解質膜）、２−１，２−２…Ｐｔ触媒電極、３−１，３−２…多孔質給電体、４−１，４−２…セルケース、５…シール、Ｌ１〜Ｌ４…通路、１３…第１のタンク、１４…第２のタンク、１６…仕切板、１７…第１の室、１８…第２の室、ＰＬ１〜ＰＬ９…パイプ、２０，２１…気液分離器、２２…水素ガス分流器、２３…貯蔵室、２４…水素ガス合流器、２５，２６…気体圧力調整弁、２７…補助タンク、１５…空間（第１の室）、２８…第２の室、２９，３０…水位計、３１…分流比調整部、３２−１…第１の蓋、３２−３…第２の蓋、３２−３…第３の蓋、３３−１…第１の膜、３３−２…第２の膜、３３−３…第３の膜、１０１（１０１−１〜１０１−ｎ）…電解セル、２００〜２０６…ガス発生貯蔵装置。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体高分子電解質膜を用いて水素ガスや酸素ガスなどのガスを生成し貯蔵するガス発生貯蔵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種のガス発生貯蔵装置として、純水より水素ガスを生成するＨＨＥＧ（high-compressed hydrogen energy generator ）と呼ばれる装置が考えられている（非特許文献１参照）。このＨＨＥＧは、水を電気分解して水素を製造する機能と、発生した水素を圧縮する機能の両方を備えており、圧縮機を用いることなく圧縮水素を取り出せるので、装置コストを安くできるという利点に加え、昇圧するために必要な動力費を低減することができるという利点を有している。
【０００３】
なお、上述した非特許文献１には、ＨＨＥＧにより、１００ＭＰａ以上の高圧水素を製造することも可能である旨、記載されている。また、このＨＨＥＧにより製造された高圧水素を、次世代の燃料電池車へ使用することが示唆されている。
【０００４】
〔電解セル〕
図１４にこのＨＨＥＧに用いられている電解セルの構造を示す。同図において、１はＰＥＭと呼ばれる厚さが０．１ｍｍ程度の固体高分子電解質膜（パーフルオロカーボンスルホン酸膜）であり、ＰＥＭ膜１の両面にはＰｔ（白金）触媒電極２−１，２−２が無電解メッキで形成され、これを多孔質給電体３−１，３−２で挟み込んだ構造とされている。また、多孔質給電体３−１が設けられたＰｔ触媒電極２−１側（第１の電極部側）にセルケース４−１を設け、多孔質給電体３−２が設けられたＰｔ触媒電極２−２側（第２の電極部側）にセルケース４−２を設け、セルケース４−１と４−２とでＰＥＭ膜１を挟み込み、この挟まれたＰＥＭ膜１の周囲の空間部にシール５を充填している。セルケース４−１には多孔質給電体３−１を介してＰｔ触媒電極２−１に通ずる通路Ｌ１とＬ２が設けられ、セルケース４−２には多孔質給電体３−２を介してＰｔ触媒電極２−２に通ずる通路Ｌ３が設けられている。
【０００５】
この電解セル１００において、Ｐｔ触媒電極２−１を陽極とし、Ｐｔ触媒電極２−２を陰極とし、このＰｔ触媒電極２−１，２−２間に直流電圧を印加した状態で、通路Ｌ１から多孔質給電体３−１を通してＰｔ触媒電極２−１に純水を送ると、Ｐｔ触媒電極２−１触媒層で水が電気分解して、酸素（Ｏ2 ）とプロトン（Ｈ+ ）と電子が発生する（２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- ）。プロトンは、ＰＥＭ膜１を透過し、Ｐｔ触媒電極２−２側に移動する。陽極では、純水が酸化され（電子が引き離され）、酸素が発生する。陰極では、陽子がＰＥＭ膜１から引き剥がされ、Ｐｔ触媒電極２−２からの電子を得て、水素（Ｈ2 ）が発生する（４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 ）。これにより、Ｐｔ触媒電極２−１で生成された酸素ガス（Ｏ2 ）を含む純水が通路Ｌ２から排出され、Ｐｔ触媒電極２−２で生成された水素ガス（Ｈ2 ）が通路Ｌ３から排出される。
【０００６】
〔ＨＨＥＧ〕
図１５はこの電解セル１００を用いたＨＨＥＧの構成図である。同図において、６は第１のタンク（高圧容器）、７は第２のタンク（高圧容器）であり、第１のタンク６内に電解セル１００を設け、第２のタンク７に純水を貯留している。また、第１のタンク６と第２のタンク７との間にポンプ８を設け、第２のタンク７に貯留されている純水を第１のタンク６内の電解セル１００の通路Ｌ１へ送り、電解セル１００の通路Ｌ２から排出される純水と酸素ガスを第２のタンク７に戻すようにしている。
【０００７】
これにより、第１のタンク６には、電解セル１００の通路Ｌ３から排出される水素ガスとともに、ＰＥＭ膜１を透過した純水が貯まる。なお、第１のタンク６には、そのタンク６内に貯蔵される水素ガスを必要に応じて放出するためのバルブ１１が設けられている。また、第２のタンク７には、そのタンク７内に貯まる酸素ガスを放出するためのバルブ１２が設けられている。
【０００８】
第１のタンク６の底部と第２のタンク７の底部とは、差圧解消センサ９を介してつながれている。差圧解消センサ９には、一方の圧力導入路９−１に、第１のタンク６内の純水を介してタンク６内の水素ガスの圧力Ｐｈが与えられ、他方の圧力導入路９−２に、第２のタンク７内の純水を介してタンク７内の酸素ガスの圧力Ｐｏが与えられる。差圧解消センサ９は、この水素ガスの圧力Ｐｈと酸素ガスの圧力Ｐｏとの差に応じた信号（差圧信号）を開閉制御部１０へ送る。開閉制御部１０は、差圧解消センサ９から送られてくる差圧信号を零とするように、バルブ１２の開閉を制御し、第２のタンク７内の酸素ガスの圧力を調整する。
【０００９】
これにより、電解セル１００のシール部５に加わる圧力と、ＰＥＭ膜１のＰｔ触媒電極２−１側（第１の電極部側）に加わる圧力と、ＰＥＭ膜１のＰｔ触媒電極２−２側（第２の電極部側）に加わる圧力とが等しくなり、ＰＥＭ膜１やシール部５に加わる圧力差がなくなる。したがって、タンク６内に貯蔵される水素ガスが高圧となっても、電解セル１００が圧力破損する虞れがなくなる。このようにして、非特許文献１に示されたＨＨＥＧでは、電解セル１００を保護した状態で、水素ガスが生成され、タンク６内に高圧で貯蔵されて行く。
【００１０】
【非特許文献１】NIKKEI ELECTRONICS ２００４．１０．１１、１２９〜１３５頁、「高圧水素を水の電気分解だけで製造」、原田宙幸、戸嶋健介。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した非特許文献１に示されたガス発生貯蔵装置（ＨＨＥＧ）によると、第２のタンク７内に貯まる酸素ガスを捨てて圧力の調整を行うようにしており、酸素ガスを積極的に貯蔵する構成とはなっていない。また、圧力を調整するために差圧解消センサ９などを必要とし、高コストとなる。
【００１２】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、差圧解消センサなどを設けることなく、また生成された酸素ガスを捨てることなく、電解セルを保護した状態で、水素ガスや酸素ガスなどのガスを生成し、高圧で貯蔵することが可能なガス発生貯蔵装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するために本発明は、固体高分子電解質膜と、この固体高分子電解質膜を挾んで設けられた第１の電極部および第２の電極部とを有し、第１の電極部と第２の電極部との間に直流電圧を印加した状態で第１の電極部に通される液体から第１のガスと第２のガスを生成し、生成した第１のガスを第１の電極部から、生成した第２のガスを第２の電極部から排出する電解セルと、液体が貯留された第１のタンクと、第１のタンクに貯留された液体と同じ液体が貯留された第２のタンクと、電解セルの第１の電極部に第１のタンクに貯留された液体を通す手段と、電解セルの第２の電極部に第２のタンクに貯留された液体を通す手段と、電解セルの第１の電極部に通された液体に含まれる第１のガスを分離する第１の気液分離手段と、電解セルの第２の電極部に通された液体に含まれる第２のガスを分離する第２の気液分離手段と、第２の気液分離手段によって分離された第２のガスを所定の分流比で分流する分流手段とを設け、第１のタンクは、第１の気液分離手段によって分離された第１のガスが貯蔵される第１の室と、分流手段によって分流された一方の第２のガスが貯蔵される第２の室とを有するものとし、第２のタンクは、分流手段によって分流された他方の第２のガスが貯蔵される貯蔵室を有するものとし、第１のタンクの第１の室と第２の室を、そのタンクに貯留された液体の液面をその室の内壁面の一部とし、その室に貯蔵されるガスが他の室のガスと混ざらないように分離された空間とし、第２のタンクの貯蔵室を、そのタンクに貯留された液体の液面とそのタンクの内壁面とによって囲まれた空間とし、第１のタンクおよび第２のタンクに貯留された液体中の何れか一方に電解セルを設置するようにしたものである。
【００１４】
例えば、本発明では、第１のタンクと第２のタンクに純水を貯留し、第１のタンクに貯留された純水中に電解セルを設置する。そして、電解セルの第１の電極部と第２の電極部との間に直流電圧を印加した状態で、第１の電極部に第１のタンクに貯留された純水を通し、第２の電極部に第２のタンクに貯留された純水を通す。すると、電解セルでの電気分解により、第１の電極部から酸素ガスが得られ、第２の電極部から水素ガスが得られる。第１の電極部から得られる酸素ガスは、第１の電極部に通された純水とともに排出され、純水と酸素ガスとに分離され、分離された酸素ガスが第１のタンクの第１の室に貯蔵される。第２の電極部から得られる水素ガスは、第２の電極部に通された純水とともに排出され、純水と水素ガスとに分離され、分離された水素ガスが所定の分流比で分流される。分流された一方の水素ガスは、第１のタンクの第２の室に貯蔵される。分流された他方の水素ガスは、第２のタンクの貯蔵室に貯蔵される。
【００１５】
純水を電気分解すると、１モルの酸素ガスに対し、２モルの水素ガスが生成される（２Ｈ2 Ｏ→２Ｈ2 ＋Ｏ2 ）。したがって、この発明において、第１のタンクの第１の室に酸素ガスが１モル貯蔵されると、第１のタンクの第２の室と第２のタンクの貯蔵室には合わせて２モルの水素ガスが貯蔵されることになる。
ここで、生成された水素ガスをほゞ３：１の分流比で分流し、分流比「１」の水素ガスを第１のタンクの第２の室へ送り、分流比「３」の水素ガスを第２のタンクの貯蔵室へ送るものとすると、第１のタンクの第１の室に酸素ガスが１モル貯蔵されると、第１のタンクの第２の室には水素ガスが１／２モル貯蔵され、第２のタンクの貯蔵室には水素ガスが３／２モル貯蔵されることになる。
また、第１のタンクの第１の室と第２の室との容積比をほゞ２：１とすると、第１の室に酸素ガスが１モル貯蔵される毎に、第２の室には水素ガスが１／２モルずつ貯蔵されるので、第１の室に貯蔵される酸素ガスの圧力（Ｐ１ｏ）と第２の室に貯蔵される水素ガスの圧力（Ｐ１ｈ）とがほゞ等しくなり、第１のタンク内の純水に作用するガス圧（第１のタンク内のガス圧）Ｐ１はＰ１≒Ｐ１ｏ≒Ｐ１ｈとなる。
また、第２のタンクの貯蔵室の容積を第１のタンクの第１の室と第２の室とを合わせた容積とほゞ等しいものとすると、第１のタンクに酸素ガスと水素ガスとが合わせて３／２モル貯蔵される毎に、第２のタンクの貯蔵室には水素ガスが３／２モルずつ貯蔵されるので、第１のタンク内のガス圧Ｐ１と第２のタンクに貯蔵される純水に作用する水素ガスの圧力（第２のタンク内のガス圧）Ｐ２とがほゞ等しくなる（Ｐ１≒Ｐ２）。
これにより、電解セルのシール部に加わる圧力と、固体高分子電解質膜の第１の電極部側に加わる圧力と、固体高分子電解質膜の第２の電極部側に加わる圧力とがほゞ等しくなり、圧力差がなくなる。
なお、第１のタンクに貯留された純水中へ電解セルを設置することによって、電解セルのシール部に加わる圧力と固体高分子電解質膜の第１の電極部側に加わる圧力とが必然的に同じとなる。すなわち、この発明において、第１のタンクに貯留された純水中への電解セルの設置は、電解セルのシール部に加わる圧力と固体高分子電解質膜の第１の電極部側に加わる圧力とを同じとするために、意図的に行われるものである。
【００１６】
本発明において、電解セルは、第１のタンクの液体中ではなく、第２のタンクの液体中に設置してもよい。また、第１のタンクにおける第１の室と第２の室とは、第１のタンク内に仕切板を設けることによって実現してもよいし、第１のタンクにこのタンク内の液体と連通する補助タンクを設けることによって実現してもよい。補助タンクを設ける場合、第１のタンク内の液面とそのタンクの内壁面とによって囲まれた空間が第１の室となり、補助タンク内の液面とそのタンクの内壁面とによって囲まれた空間が第２の室となる。また、電解セルを第２のタンクに貯留された液体中に設置することによって、電解セルのシール部に加わる圧力と固体高分子電解質膜の第２の電極部側に加わる圧力とが必然的に同じとなる。すなわち、この発明において、第２のタンクに貯留された液体中への電解セルの設置は、電解セルのシール部に加わる圧力と固体高分子電解質膜の第２の電極部側に加わる圧力とを同じとするために、意図的に行われるものである。
【００１７】
また、本発明において、第１のタンク内に仕切板を設け、第１の室と第２の室との容積比をほゞ２：１とし、分流比をほゞ３：１として酸素ガスと水素ガスを生成・貯蔵する場合、第１の室に貯蔵される酸素ガスの圧力Ｐ１ｏと第２の室に貯蔵される水素ガスの圧力Ｐ１ｈはほゞ等しくなり、第１の室における純水の水位と第２の室における純水の水位もほゞ等しくなる。逆に言うと、第１の室における水位と第２の室における水位が等しくなければ、第１の室における酸素ガスの圧力Ｐ１ｏと第２の室における水素ガスの圧力Ｐ１ｈとが異なっていることになる。
したがって、第１の室における水位と第２の室における水位とが等しくなるように、水素ガスの分流比を調整する分流比調整手段を設ければ、第１の室における酸素ガスの圧力Ｐ１ｏと第２の室における水素ガスの圧力Ｐ１ｈを等しくし、第１のタンクにおける酸素ガスと水素ガスとの貯蔵量の比を２：１に保ちながら、また第１のタンクに貯蔵される酸素ガスと水素ガスとの合計量と第２のタンクに貯蔵される水素ガスの貯蔵量との比を１：１に保ちながら、すなわち第１のタンク内のガス圧Ｐ１と第２のタンク内のガス圧Ｐ２とを等しく保ちながら、酸素ガスと水素ガスを生成・貯蔵して行くことが可能となる。
【００１８】
本発明では、第１のタンクの第１の室や第２の室、第２のタンクの貯蔵室にガスが貯蔵されて行くが、ガス圧が高圧となると、そのガスがタンク内の液体中に溶け込んで行く虞れがある。この場合、生成したガスが無駄となるし、水素ガスが液体中に溶け込むと、水素脆性による金属の腐食などの問題も生じる。そこで、本発明では、第１の室の液面にこの液面とともに上下動する第１の蓋を被せ、第２の室の液面にこの液面とともに上下動する第２の蓋を被せ、貯蔵室の液面にこの液面とともに上下動する第３の蓋を被せる。例えば、第１の室の液面に、この液面の全面を覆うように第１の蓋を浮かばせ、第２の室の液面に、この液面の全面を覆うように第２の蓋を浮かばせ、貯蔵室の液面に、この液面の全面を覆うように第３の蓋を浮かばせる。これにより、第１の蓋を介して第１の室の液面が押し下げられ、第２の蓋を介して第２の室の液面が押し下げられ、第３の蓋を介して貯蔵室の液面が押し下げられ、第１の室に貯蔵されるガスが第１の室の液面と直接接触しなくなり、また第２の室に貯蔵されるガスが第２の室の液面と直接接触しなくなり、貯蔵室に貯蔵されるガスが貯蔵室の液面と直接接触しなくなり、貯留された液体中へのガスの溶け込みが防止される。
【００１９】
なお、第１の室の液面に第１の蓋を被せたり、第２の室の液面に第２の蓋を被せたり、貯蔵室の液面に第３の蓋を被せる代わりに、第１の室にこの室の内壁面を覆う第１の膜を設けたり、第２の室にこの室の内壁面を覆う第２の膜を設けたり、貯蔵室にこの室の内壁面を覆う第３の膜を設けたりしてもよい。第１の膜や第２の膜、第３の膜は、例えばポリエチレンの膜とし、第１の膜で囲まれた内部空間に第１の室へのガス（酸素ガス）を貯蔵し、第２の膜で囲まれた内部空間に第２の室へのガス（水素ガス）を貯蔵し、第３の膜で囲まれた内部空間に貯蔵室へのガス（水素ガス）を貯蔵する。これにより、第１の室に貯蔵されるガスが第１の室の内壁面（液面を含む）と直接接触しなくなり、第２の室に貯蔵されるガスが第２の室の内壁面（液面を含む）と直接接触しなくなり、貯蔵室に貯蔵されるガスが貯蔵室の内壁面（液面を含む）と直接接触しなくなり、貯留された液体中へのガスの溶け込みが防止される。
また、本発明においては、第１の電極部と第２の電極部との間に直流電圧を印加するが、この直流電圧は半波整流したものであってもよいし、全波整流したものであってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、電解セルを第１のタンクに貯留された液体中あるいは第２のタンクに貯留された液体中に設置し、この電解セルの第１の電極部に第１のタンクに貯留された液体を通し、第２の電極部に第２のタンクに貯留された液体を通し、第１の電極部から第１のガス（例えば、酸素ガス）を、第２の電極部から第２のガス（例えば、水素ガス）を得るようにし、第１の電極部に通された液体に含まれる第１のガスを分離して第１のタンクの第１の室に貯蔵するようにし、第２の電極部に通された液体に含まれる第２のガスを分離し、この分離した第２のガスを所定の分流比で分流し、分流した一方の第２のガスを第１のタンクの第２の室に貯蔵するようにし、分流した他方の第２のガスを第２のタンクの貯蔵室に貯蔵するようにしたので、差圧解消センサなどを設けることなく、また生成された第１のガスを捨てることなく、電解セルのシール部に加わる圧力と固体高分子電解質膜の第１の電極部側に加わる圧力とを意図的に同じとしたうえ、あるいは電解セルのシール部に加わる圧力と固体高分子電解質膜の第２の電極部側に加わる圧力とを意図的に同じとしたうえ、電解セルのシール部に加わる圧力と、固体高分子電解質膜の第１の電極部側に加わる圧力と、固体高分子電解質膜の第２の電極部側に加わる圧力とをほゞ等しくし、電解セルを保護した状態で、酸素ガスや水素ガスなどのガスを生成し、高圧で貯蔵することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態１〕
図１はこの発明の一実施の形態を示すガス発生貯蔵装置の構成図である。
同図において、１３は第１のタンク（高圧容器）、１４は第２のタンク（高圧容器）であり、第１のタンク１３と第２のタンク１４とはその容積が同じとされている。また、第１のタンク１３には純水Ｗ１が貯留され、第２のタンク１４には純水Ｗ２が貯留されている。第１のタンク１３に貯留された純水Ｗ１と第２のタンク１４に貯留された純水Ｗ２は同じ量とされている。
【００２２】
第１のタンク１３の純水Ｗ１中には電解セル１０１が設置されている。また、第１のタンク１３の純水Ｗ１の液面とこのタンク１３の内壁面とで囲まれた空間１５は、仕切板１６によって第１の室１７と第２の室１８とに分けられている。
【００２３】
図２に図１における第１のタンク１３をＡ方向から見た図を示す。この図からも分かるように、タンク１３内を径方向に２つに分割する仕切板１６が設けられており、この仕切板１６の下端面よりも純水Ｗ１の液面を上方に位置させることによって、純水Ｗ１の液面をその室の内壁面の一部とし、その室に貯蔵されるガスが他の室のガスと混ざらないように分離された第１の室１７と第２の室１８とがタンク１３内に形成されている。本実施の形態において、第１の室１７と第２の室１８とは、仕切板１６の位置によって、その容積比が２：１とされている。
【００２４】
図３は第１のタンク１３の純水Ｗ１中に設置された電解セル１０１の構造を示す図である。この電解セル１０１は、図１４に示した従来の電解セル１００とその基本構造は同じであるが、Ｐｔ触媒電極２−２への純水の供給路として通路Ｌ４をセルケース４−２に設けている点が異なる。なお、図３には、図１における電解セル１０１の配置に合わせ、図１４に示した電解セル１００とはその構造を左右反対として示している。
【００２５】
また、この構造において、ＰＥＭ膜１を挟んで向かい合う第１の電極部における純水の通路（この例では、多孔質給電体３−１）と第２の電極部における純水の通路（この例では、多孔質給電体３−２）は、その向かい合う面の形状および位置が同一とされている。すなわち、多孔質給電体３−１の長さＬＧ１と多孔質給電体３−２の長さＬＧ２とを同一とし、この同一長さの多孔質給電体３−１と３−２とを正対させている。なお、この例において、多孔質給電体３−１，３−２は直方体とされているが、必ずしも直方体でなくてもよい。
【００２６】
電解セル１０１の通路Ｌ１には、ポンプＰＭ１につながれたパイプＰＬ１を介してタンク１３内の純水Ｗ１を送るようにしている。また、電解セル１０１の通路Ｌ４にパイプＰＬ２をつなげてタンク１３の外に出し、このパイプＰＬ２よりタンク１４に貯留された純水Ｗ２をポンプＰＭ２を介して通路Ｌ４に送るようにしている。なお、ポンプＰＭ１，Ｐ２のポンプ圧は、電解セル１０１内を通過する純水の流れができればよく、最小限のポンプ圧とすることが望まれる。このポンプ圧を高くすると、純水Ｗ１の圧力と純水Ｗ２の圧力の均衡が崩れ、ＰＥＭ膜１に圧力差が生じる虞れがある。
【００２７】
電解セル１０１の通路Ｌ２に対しては、パイプＰＬ３を介して気液分離器２０を設けており、通路Ｌ２から排出される純水に含まれる酸素を気液分離器２０で分離し、分離した酸素ガスをパイプＰＬ５を介して第１の室１７へ送る一方、酸素ガスが分離された純水をタンク１３内の純水Ｗ１に戻すようにしている。
【００２８】
また、電解セル１０１の通路Ｌ３に対しては、パイプＰＬ４を介して気液分離器２１を設けており、通路Ｌ３から排出される純水に含まれる水素ガスを気液分離器２１で分離し、分離した水素ガスをパイプＰＬ６を介して水素ガス分流器２２へ送る一方、水素ガスが分離された純水をパイプＰＬ７を介して第２のタンク１４内の純水Ｗ２に戻すようにしている。
【００２９】
水素ガス分流器２２は、気液分離器２１からパイプＰＬ６を介して送られてくる水素ガスを所定の分流比で分流する。本実施の形態において、水素ガス分流器２２における分流比は３：１に設定されており、分流比「１」の水素ガスがパイプＰＬ８を介して第１のタンク１３の第２の室１８へ送られ、分流比「３」の水素ガスがパイプＰＬ９を介して第２のタンク１４の貯蔵室２３へ送られるようになっている。
【００３０】
第２のタンク１４の貯蔵室２３は、このタンク１４に貯留された純水Ｗ２の液面とタンク１４の内壁面とによって囲まれた空間とされ、貯蔵室２３の容積は第１のタンク１３の第１の室１７と第２の室１８とを合わせた容積と等しくされている。
【００３１】
このガス発生貯蔵装置２００では、次のようにして酸素ガスと水素ガスが生成され、生成された酸素ガスが第１のタンク１３の第１の室１７に、生成された水素ガスが第１のタンク１３の第２の室１８と第２のタンク１４の貯蔵室２３に貯蔵されて行く。
【００３２】
なお、図示してはいないが、本実施の形態では、第１のタンク１３内の純水Ｗ１、第２のタンク１４内の純水Ｗ２、第１のタンク１３の第１の室１７に貯蔵される酸素ガス、第１のタンク１３の第２の室１８と第２のタンク１４の貯蔵室２３に貯蔵される水素ガスの温度をほゞ同じ温度にするような工夫がされている。
【００３３】
〔ガスの生成〕
Ｐｔ触媒電極２−１を陽極とし、Ｐｔ触媒電極２−２を陰極とし、このＰｔ触媒電極２−１，２−２間に直流電圧を印加する。そして、ポンプＰＭ１，Ｐ２を駆動し、第１のタンク１３内の純水Ｗ１を通路Ｌ１から多孔質給電体３−１を通してＰｔ触媒電極２−１に送り、第２のタンク１４内の純水Ｗ２を通路Ｌ４から多孔質給電体３−２を通してＰｔ触媒電極２−２に送る。
【００３４】
電解セル１０１内では、Ｐｔ触媒電極２−１を陽極とし、Ｐｔ触媒電極２−２を陰極とし、このＰｔ触媒電極２−１，２−２間に直流電圧を印加した状態で、通路Ｌ１から多孔質給電体３−１を通してＰｔ触媒電極２−１に純水を送ると、Ｐｔ触媒電極２−１の触媒層で水が電気分解して、酸素（Ｏ2 ）とプロトン（Ｈ+ ）と電子が発生する（２Ｈ2 Ｏ→Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- ）。プロトンは、ＰＥＭ膜１を透過し、Ｐｔ触媒電極２−２側に移動する。陽極では、純水が酸化され（電子が引き離され）、酸素が発生する。陰極では、陽子がＰＥＭ膜１から引き剥がされ、Ｐｔ触媒電極２−２からの電子を得て、水素（Ｈ2 ）が発生する（４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 ）。これにより、Ｐｔ触媒電極２−１で生成された酸素ガス（Ｏ2 ）を含む純水が通路Ｌ２から排出され、Ｐｔ触媒電極２−２で生成された水素ガス（Ｈ2 ）を含む純水が通路Ｌ３から排出される。
【００３５】
〔ガスの貯蔵〕
通路Ｌ２から排出された酸素ガスを含む純水はパイプＰＬ３を介して気液分離器２０へ送られる。気液分離器２０は、送られてくる純水から酸素ガスを分離し、分離した酸素ガスをパイプＰＬ５を介して第１の室１７へ送る。また、酸素ガスが分離された純水をタンク１３内の純水Ｗ１に戻す。
【００３６】
通路Ｌ３から排出された水素ガスを含む純水はパイプＰＬ４を介して気液分離器２１へ送られる。気液分離器２１は、その純水から水素ガスを分離し、分離した水素ガスをパイプＰＬ６を介して水素ガス分流器２２へ送る。また、水素ガスが分離された純水をパイプＰＬ７を介して第２のタンク１４内の純水Ｗ２に戻す。
【００３７】
水素ガス分流器２２は、気液分離器２１からパイプＰＬ６を介して送られてくる水素ガスを３：１の分流比で分流し、分流比「１」の水素ガスをパイプＰＬ８を介して第１のタンク１３の第２の室１８へ送り、分流比「３」の水素ガスをパイプＰＬ９を介して第２のタンク１４の貯蔵室２３へ送る。
【００３８】
純水を電気分解すると、１モルの酸素ガスに対し、２モルの水素ガスが生成される（２Ｈ2 Ｏ→２Ｈ2 ＋Ｏ2 ）。すなわち、本実施の形態において、第１のタンク１３の第１の室１７に酸素ガスが１モル貯蔵されると、第１のタンク１３の第２の室１８と第２のタンク１４の貯蔵室２３とには合わせて２モルの水素ガスが貯蔵されることになる。
【００３９】
ここで、本実施の形態では、生成された水素ガスを水素ガス分流器２２により３：１の分流比で分流し、分流比「１」の水素ガスを第１のタンク１３の第２の室１８へ送り、分流比「３」の水素ガスを第２のタンク１４の貯蔵室２３へ送るようにしているので、第１のタンク１３の第１の室１７に酸素ガスが１モル貯蔵されると、第１のタンク１３の第２の室１８には水素ガスが１／２モル貯蔵され、第２のタンク１４の貯蔵室２３には水素ガスが３／２モル貯蔵されることになる。
【００４０】
また、本実施の形態では、第１のタンク１３の第１の室１７と第２の室１８との容積比を２：１としており、容積比が「２」とされた第１の室１７に酸素ガスが１モル貯蔵される毎に、容積比が「１」とされた第２の室１８に水素ガスが１／２モルずつ貯蔵されるので、第１の室１７に貯蔵される酸素ガスの圧力Ｐ１ｏと第２の室１８に貯蔵される水素ガスの圧力Ｐ１ｈとが等しくなり、第１のタンク１３内の純水Ｗ１に作用するガス圧（第１のタンク内のガス圧）Ｐ１はＰ１＝Ｐ１ｏ＝Ｐ１ｈとなる。
【００４１】
また、本実施の形態では、第２のタンク１４の貯蔵室２３の容積を第１のタンク１３の第１の室１７と第２の室１８とを合わせた容積と等しくしており、第１のタンク１３に酸素ガスと水素ガスとが合わせて３／２モル貯蔵される毎に、第２のタンク１４の貯蔵室２３に水素ガスが３／２モルずつ貯蔵されるので、第１のタンク１３内のガス圧Ｐ１と第２のタンク１４に貯蔵される純水Ｗ２に作用する水素ガスの圧力（第２のタンク内のガス圧）Ｐ２とが等しくなる（Ｐ１＝Ｐ２）。
【００４２】
これにより、第１のタンク１３の純水Ｗ１中に設置された電解セル１０１のシール部５に加わる圧力と、ＰＥＭ膜１のＰｔ触媒電極２−１側（第１の電極部側）に加わる圧力と、ＰＥＭ膜１のＰｔ触媒電極２−２側（第２の電極部側）に加わる圧力とが等しくなり、圧力差がなくなる。したがって、タンク１３内のガス圧Ｐ１が高圧となっても、電解セル１０１が圧力破損する虞れがない。このようにして、本実施の形態では、差圧解消センサなどを設けることなく、また生成された酸素ガスを捨てることなく、電解セル１０１を保護した状態で、水素ガスと酸素ガスを生成し、高圧で貯蔵して行くことができるようになる。
【００４３】
なお、この構成において、電解セル１０１のシール部５に加わる圧力とＰＥＭ膜１のＰｔ触媒電極２−１側（第１の電極部側）に加わる圧力とは必然的に同じとなる。すなわち、この構成において、第１のタンク１３に貯留された純水Ｗ１中への電解セル１０１の設置は、電解セル１０１のシール部５に加わる圧力とＰＥＭ膜１のＰｔ触媒電極２−１側（第１の電極部側）に加わる圧力とを同じとするために、意図的に行われているものである。
【００４４】
また、この構成において、多孔質給電体３−１の長さＬＧ１と多孔質給電体３−２の長さＬＧ２とは同一とされ、この同一長さの多孔質給電体３−１と３−２とが正対している。すなわち、第１の電極部における純水Ｗ１の通路と第２の電極部における純水Ｗ１の通路は、ＰＥＭ膜１を挟んで向かい合う面の形状および位置が同一とされている。したがって、第１の電極部における純水Ｗ１の通路に面するＰＥＭ膜１の膜面と第２の電極部における純水Ｗ１の通路に面するＰＥＭ膜１の膜面の全てにおいて、その膜面間の圧力差が零となり、ＰＥＭ膜１の膜面間にアンバランスな圧力が加わることがない。
【００４５】
なお、多孔質給電体３−１は、その内部にポンプＰＭ１からの純水Ｗ１が染み渡るので、通路Ｌ１，Ｌ２の位置に拘わらず、第１の電極部における純水Ｗ１の通路となる。多孔質給電体３−２も同様に、その内部にポンプＰＭ２からの純水Ｗ２が染み渡るので、通路Ｌ３，Ｌ４の位置に拘わらず、第２の電極部における純水Ｗ２の通路となる。
【００４６】
〔貯蔵した酸素ガス、水素ガスの取り出し〕
タンク１３や１４に高圧で貯蔵した酸素や水素を燃料などとして使用する場合、このタンク１３や１４に貯蔵された酸素や水素を取り出すが、この場合には注意を必要とする。すなわち、タンク１３内のガス圧Ｐ１とタンク１４内のガス圧Ｐ２とを同じ値にして取り出すために、タンク１３とタンク１４に分離して貯蔵した水素を合流して取り出す必要がある。また、合流水素ガスとタンク１３の酸素ガスとのモル比は、２：１の比率を保った状態で取り出さなければならない。この条件下で、タンク１３内のガス圧Ｐ１とタンク１４内のガス圧Ｐ２とが同じ値となる。
【００４７】
このような取り出し方をするために、図４に示すガス発生貯蔵装置２０１では、第１のタンク１３の第２の室１８からの水素ガスと第２のタンク１４の貯蔵室２３からの水素ガスとを合流する水素ガス合流器２４を設け、この水素ガス合流器２４により合流された水素ガスを気体圧力調整弁２５を介して取り出すようにし、第１のタンク１３の第１の室１７に貯蔵された酸素ガスを気体圧力調整弁２６を介して取り出すようにしている。
【００４８】
このガス発生貯蔵装置２０１では、例えば水素ガスと酸素ガスを燃料電池に供給するような場合、第１のタンク１３内のガス圧Ｐ１と第２のタンク１４内のガス圧Ｐ２とが同じになるように、水素ガス合流器２４における水素ガスの合流比と気体圧力調整弁２５，２６の弁開度を制御するようにする。
【００４９】
〔実施の形態２〕
実施の形態１では、第１のタンク１３の純水Ｗ１中に電解セル１０１を設置するようにしたが、図５に示すガス発生貯蔵装置２０２のように、第２のタンク１４の純水Ｗ２中に電解セル１０１を設置するようにしてもよい。
なお、このガス発生貯蔵装置２０２では、気液分離器２１を第２のタンク１４の純水Ｗ２中に設け、この気液分離器２１で分離した水素をパイプＰＬ６を介して貯蔵室２３中に設けた水素ガス分流器２２へ送り、水素ガス分流器２２で分流した分流比「１」の水素ガスをパイプＰＬ８を介して第１のタンク１３の第２の室１８へ送るようにしている。また、水素ガス分流器２２で分流した分流比「３」の水素ガスをパイプＰＬ９を介して第２のタンク１４の貯蔵室２３へ送るようにしている。
このような構成としても、実施の形態１と全く同じ原理で、電解セル１０１を保護した状態で、第１のタンク１３の第１の室１７に酸素ガスが、第１のタンク１４の第２の室１８と第２のタンク１４の貯蔵室２３に水素ガスが、高圧で貯蔵されて行く。
【００５０】
なお、この構成において、電解セル１０１のシール部５に加わる圧力とＰＥＭ膜１のＰｔ触媒電極２−２側（第２の電極部側）に加わる圧力とは必然的に同じとなる。すなわち、この構成において、第２のタンク１４に貯留された純水Ｗ２中への電解セル１０１の設置は、電解セル１０１のシール部５に加わる圧力とＰＥＭ膜１のＰｔ触媒電極２−２側（第２の電極部側）に加わる圧力とを同じとするために、意図的に行われているものである。
【００５１】
〔実施の形態３〕
なお、上述した実施の形態１や２では、第１のタンク１３内に仕切板１６を設けることによって第１の室１７と第２の室１８を作るようにしたが、例えば図６に示すガス発生貯蔵装置２０３のように、第１のタンク１３に対して補助タンク２７を設け、この補助タンク２７に水素ガス分流器２２からの分流比「１」の水素ガスを送るようにしてもよい。
【００５２】
この場合、第１のタンク１３内の純水Ｗ１の液面とそのタンク１３の内壁面とによって囲まれた空間１５が第１のタンク１３の第１の室となり、補助タンク２７内の純水Ｗ１の液面とそのタンク２７の内壁面とによって囲まれた空間２８が第１のタンク１３の第２の室となる。
【００５３】
なお、このガス発生貯蔵装置２０３では、第１の室１５と第２の室２８との容積比を２：１とする。また、第２のタンク１４の貯蔵室２３の容積を、第１のタンク１３の第１の室１５と第２の室２８とを合わせた容積と等しくする。
【００５４】
〔実施の形態４〕
また、上述した実施の形態１では、第１のタンク１３の第１の室１７と第２の室１８との容積比を２：１とする位置に仕切板１６を設けたが、必ずしも第１の室１７と第２の室１８との容積比を２：１とする位置に設けなくてもよい。例えば、第１の室１７と第２の室１８との容積比を１：１とする位置に設けるなどとしてもよい。
【００５５】
この場合、水素ガス分流器２２における分流比を変えたり、第２のタンク１４の貯蔵室２３の容積を変えるなどして、第１のタンク１３内のガス圧Ｐ１と第２のタンク１４内のガス圧Ｐ２とが等しくなるようにする。なお、この場合、第１のタンク１３内のガス圧Ｐ１と第２のタンク１４内のガス圧Ｐ２とが等しくなればよく、第１の室１７における純水Ｗ１の水位と第２の室１８における純水Ｗ１の水位とは必ずしも同水位とならなくてもよい。
【００５６】
〔実施の形態５〕
実施の形態１の構成（図１）では、第１の室１７に貯蔵される酸素ガスの圧力Ｐ１ｏと第２の室１８に貯蔵される水素ガスの圧力Ｐ１ｈとが等しい場合、第１の室１７における純水Ｗ１の水位と第２の室１８における純水Ｗ１の水位は等しくなる。逆に言うと、第１の室１７における水位と第２の室１８における水位が等しくなければ、第１の室１７の酸素ガスの圧力Ｐ１ｏと第２の室１８の水素ガスの圧力Ｐ１ｈとが異なっていることになる。
【００５７】
したがって、第１の室１７における水位と第２の室１８における水位とが等しくなるように、水素ガス分流器２２における水素ガスの分流比を調整するようにすれば、第１の室１７の酸素ガスの圧力Ｐ１ｏと第２の室１８の水素ガスの圧力Ｐ１ｈを等しくし、第１のタンク１３における酸素ガスと水素ガスとの貯蔵量の比を２：１に保ちながら、また第１のタンク１３に貯蔵される酸素ガスと水素ガスとの合計量と第２のタンク１４に貯蔵される水素ガスの貯蔵量との比を１：１に保ちながら、すなわち第１のタンク１３内のガス圧Ｐ１と第２のタンク１４内のガス圧Ｐ２とを常に等しく保ちながら、酸素ガスと水素ガスを生成・貯蔵して行くことが可能となる。
【００５８】
図７にこの場合の構成例を示す。このガス発生貯蔵装置２０４では、第１のタンク１３の第１の室１７に水位計２９を設け、第２の室１８に水位計３０を設け、水位計２９が検出する第１の室１７における純水Ｗ１の水位および水位計３０が検出する第２の室１８における純水Ｗ１の水位を分流比調整部３１へ送るようにしている。分流比調整部３１は、水位計２９が検出する第１の室１７における水位と水位計３０が検出する第２の室１８における水位を監視し、両者が等しくなるように、水素ガス分流器２２における水素ガスの分流比を調整する。
【００５９】
上述した実施の形態１では、第１のタンク１３の第１の室１７と第２の室１８との容積比を２：１とし、第２のタンク１４の貯蔵室２３の容積を第１のタンク１３の第１の室１７と第２の室１８とを合わせた容積と等しくし、水素ガス分流器２２における水素ガスの分流比を３：１としたが、多少の誤差があってもよいことは言うまでもない。他の実施の形態でも同様のことが言える。
【００６０】
〔実施の形態６〕
実施の形態１では、第１の室１７に酸素ガスが、第２の室１８および貯蔵室２３に水素ガスが貯蔵されて行くが、ガス圧が高圧となると、そのガスがタンク内の純水中に溶け込んで行く虞れがある。この場合、生成した酸素ガスや水素ガスが無駄となるし、水素ガスが純水中に溶け込むと、水素脆性による金属の腐食などの問題も生じる。
【００６１】
そこで、実施の形態６では、図８に示すように、第１の室１７の液面にこの液面とともに上下動する第１の蓋３２−１を被せ、第２の室１８の液面にこの液面とともに上下動する第２の蓋３２−２を被せ、貯蔵室２３の液面にこの液面とともに上下動する第３の蓋３２−３を被せている。すなわち、第１の室１７の液面に、この液面の全面を覆うように第１の蓋３２−１を浮かばせ、第２の室１８の液面に、この液面の全面を覆うように第２の蓋３２−２を浮かばせ、貯蔵室２３の液面に、この液面の全面を覆うように第３の蓋３２−３を浮かばせている。
【００６２】
これにより、第１の蓋３２−１を介して第１の室１７の液面が押し下げられ、第２の蓋３２−２を介して第２の室１８の液面が押し下げられ、第３の蓋３２−３を介して貯蔵室２３の液面が押し下げられ、第１の室１７内の酸素ガスが第１の室１７の液面と直接接触しなくなり、第２の室１８内の水素ガスが第２の室１８の液面と直接接触しなくなり、貯蔵室２３内の水素ガスが貯蔵室２３の液面と直接接触しなくなり、貯留された純水Ｗ１，Ｗ２中への酸素ガスや水素ガスの溶け込みが防止される。なお、第１の蓋３２−１、第２の蓋３２−２および第３の蓋３２−３は、高圧の酸素ガスや水素ガスを通さなければよく、金属製に限らず、樹脂製としてもよい。
【００６３】
なお、蓋３２−１〜３２−３を設けた場合、蓋３２−１が第１の室１７の内壁面の一部をなし、蓋３２−２が第２の室１８の内壁面の一部をなし、蓋３２−３が貯蔵室２３の内壁面の一部をなすが、本発明では、タンクに貯留された液体の液面の定義として、この液体の液面に浮かばせた蓋も含むものとする。
【００６４】
〔実施の形態７〕
実施の形態６では、第１の室１７の液面に第１の蓋３２−１を被せたり、第２の室１８の液面に第２の蓋３２−２を被せたり、貯蔵室２３の液面に第３の蓋３２−３を被せたりしたが、図９に示すように、第１の室１７にその室の内壁面を覆う第１の膜３３−１を設けたり、第２の室１８にその室の内壁面を覆う第２の膜３３−２を設けたり、貯蔵室２３にその室の内壁面を覆う第３の膜３３−３を設けたりしてもよい。この実施の形態７では、膜３３−１〜３３−３をポリエチレンの膜とし、第１の膜３３−１で囲まれた内部空間に第１の室１７への酸素ガスを貯蔵するようにし、第２の膜３３−２で囲まれた内部空間に第２の室１８への水素ガスを貯蔵するようにし、第３の膜３３−３で囲まれた内部空間に貯蔵室２３への水素ガスを貯蔵するようにしている。
【００６５】
これにより、第１の室１７に貯蔵される酸素ガスが第１の室１７の内壁面（液面を含む）と直接接触しなくなり、第２の室１８に貯蔵される水素ガスが第２の室１８の内壁面（液面を含む）と直接接触しなくなり、貯蔵室２３に貯蔵される水素ガスが貯蔵室２３の内壁面（液面を含む）と直接接触しなくなり、貯留された純水Ｗ１，Ｗ２中への酸素ガスや水素ガスの溶け込みが防止される。なお、膜３３−１〜３３−３は、高圧の酸素ガスや水素ガスを通さず、かつ伸縮性があればよく、ポリエチレンに限らす、ゴムなどの膜としてもよい。
【００６６】
〔実施の形態８〕
また、上述した実施の形態１〜７では、タンク１３に貯留された純水Ｗ１中あるいはタンク１４に貯留された純水Ｗ２中に電解セル１０１を１つだけ設置するものとしたが、複数の電解セル１０１を設置するようにしてもよい。例えば、実施の形態１〜７において、図１０（ａ）に示すように、電解セル１０１−１〜１０１−ｎを縦方向（水深方法）に積み重ね、これら電解セル１０１−１〜１０１−ｎから水素ガスと酸素ガスとを得るようにしてもよい。
【００６７】
この場合、電解セル１０１−１〜１０１−ｎ毎に、独立して純水の供給および酸素ガス，水素ガスの取り出しを行うようにしてもよいが、図１０（ｂ）に示すように、隣接する電解セル１０１の通路Ｌ１とＬ２、通路Ｌ３とＬ４とを継ぎ、最下段の電解セル１０１−１の通路Ｌ１から純水を供給することにより最上段の電解セル１０１−ｎの通路Ｌ２から酸素ガスを取り出すようにし、最下段の電解セル１０１−１の通路Ｌ４から純水を供給することにより最上段の電解セル１０１−ｎの通路Ｌ３から水素ガスを取り出すようにしてもよい。
【００６８】
また、図１１（ａ）に示すように円筒状の電解セルとしたり、図１１（ｂ）に示すように半円柱状の電解セルとしたり、図１１（ｃ）に示すように半円柱状の電解セルを積み重ねたりするなどとしてもよい。なお、図１１において、太線はＰＥＭ膜を示している。
【００６９】
また、上述した実施の形態１〜８では、電解セル１０１を用いて純水から水素ガスと酸素ガスを生成するようにしたが、同様の原理で他の液体から他のガスを生成できるような場合にも適用することが可能である。すなわち、本発明において、液体は純水に限られるものではなく、生成するガスも水素ガスや酸素ガスに限られるものではない。また、取り出した水素ガスや酸素ガスは、燃料電池用としての使用に限られるものではなく、生成した酸素を医療用として使用するようにしてもよい。
【００７０】
〔ガス発生貯蔵装置の応用例〕
本発明に係るガス発生貯蔵装置の応用として新エネルギー（風量発電や太陽光発電）とのハイブリット化を考えることができる。
【００７１】
〔応用例１：パラレル的なハイブリット化〕
風力発電は、風量に依存するので、定常的な発電は望めない。そこで、図１２に示すように、風力発電機３０３によって余剰に発電した電気（余剰発電量）を本発明に係るガス発生貯蔵装置２００に与え、酸素ガスと水素ガスとして高圧で貯蔵する。ガス発生貯蔵装置２００の後段には燃料電池４００を接続し、風力発電量が少なくなった時に、加算器５００により燃料電池による発電を風力発電による発電に加算することで、風力発電の安定化を図る。
【００７２】
〔応用例２：シリアル的なハイブリット化〕
風力発電は、風量に依存するので、定常的な発電は望めない。そこで、図１３に示すように、風力発電機３００によって発電した電気を本発明に係るガス発生貯蔵装置２００に与え、酸素ガスと水素ガスとして高圧で貯蔵する。ガス発生貯蔵装置２００の後段には燃料電池４００を接続し、必要に応じてガス発生貯蔵装置２００から燃料電池５００へ水素と酸素を供給し、発電を行う。
【００７３】
この構成では、風量発電がメインではなく、燃料電池５００による発電が主となる。風力発電から見ると、パラレル的なハイブリッド化ではなく、シリアル的なハイブリット化となる。なお、燃料電池５００において生じる排熱は、給湯などに使用することができる。また、ガス発生貯蔵装置２００における酸素ガスと水素ガスとの貯蔵には、風力発電機３００からの電力に加え、夜間電力を利用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施の形態（実施の形態１）を示すガス発生貯蔵装置の構成図である。
【図２】図１における第１のタンクをＡ方向から見た図である。
【図３】このガス発生貯蔵装置に用いる電解セルの構造図である。
【図４】酸素ガスと水素ガスの取り出し方に工夫を加えたガス発生貯蔵装置の構成図である。
【図５】本発明の他の実施の形態（実施の形態２）を示すガス発生貯蔵装置の構成図である。
【図６】本発明の他の実施の形態（実施の形態３）を示すガス発生貯蔵装置の構成図である。
【図７】本発明の他の実施の形態（実施の形態５）を示すガス発生貯蔵装置の構成図である。
【図８】本発明の他の実施の形態（実施の形態６）を示すガス発生貯蔵装置の構成図である。
【図９】本発明の他の実施の形態（実施の形態７）を示すガス発生貯蔵装置の構成図である。
【図１０】電解セルを縦方向（水深方向）に積み重ねた例を示す図である。
【図１１】電解セルの他の例を示す図である。
【図１２】本発明に係るガス発生貯蔵装置の応用例１を示す図である。
【図１３】本発明に係るガス発生貯蔵装置の応用例２を示す図である。
【図１４】従来のガス発生貯蔵装置（ＨＨＥＧ）に用いられている電解セルの構造図である。
【図１５】従来のガス発生貯蔵装置（ＨＨＥＧ）の構成図である。
【符号の説明】
【００７５】
１…ＰＥＭ膜（固体高分子電解質膜）、２−１，２−２…Ｐｔ触媒電極、３−１，３−２…多孔質給電体、４−１，４−２…セルケース、５…シール、Ｌ１〜Ｌ４…通路、１３…第１のタンク、１４…第２のタンク、１６…仕切板、１７…第１の室、１８…第２の室、ＰＬ１〜ＰＬ９…パイプ、２０，２１…気液分離器、２２…水素ガス分流器、２３…貯蔵室、２４…水素ガス合流器、２５，２６…気体圧力調整弁、２７…補助タンク、１５…空間（第１の室）、２８…第２の室、２９，３０…水位計、３１…分流比調整部、３２−１…第１の蓋、３２−３…第２の蓋、３２−３…第３の蓋、３３−１…第１の膜、３３−２…第２の膜、３３−３…第３の膜、１０１（１０１−１〜１０１−ｎ）…電解セル、２００〜２０６…ガス発生貯蔵装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜と、この固体高分子電解質膜を挾んで設けられた第１の電極部および第２の電極部とを有し、前記第１の電極部と前記第２の電極部との間に直流電圧を印加した状態で前記第１の電極部に通される液体から第１のガスと第２のガスを生成し、生成した第１のガスを前記第１の電極部から、生成した第２のガスを前記第２の電極部から排出する電解セルと、
前記液体が貯留された第１のタンクと、
前記第１のタンクに貯留された液体と同じ液体が貯留された第２のタンクと、
前記電解セルの第１の電極部に前記第１のタンクに貯留された液体を通す手段と、
前記電解セルの第２の電極部に前記第２のタンクに貯留された液体を通す手段と、
前記電解セルの第１の電極部に通された液体に含まれる前記第１のガスを分離する第１の気液分離手段と、
前記電解セルの第２の電極部に通された液体に含まれる前記第２のガスを分離する第２の気液分離手段と、
前記第２の気液分離手段によって分離された前記第２のガスを所定の分流比で分流する分流手段とを備え、
前記第１のタンクは、
前記第１の気液分離手段によって分離された第１のガスが貯蔵される第１の室と、
前記分流手段によって分流された一方の第２のガスが貯蔵される第２の室とを有し、
前記第２のタンクは、
前記分流手段によって分流された他方の第２のガスが貯蔵される貯蔵室を有し、
前記第１のタンクの第１の室と第２の室は、そのタンクに貯留された液体の液面をその室の内壁面の一部とし、その室に貯蔵されるガスが他の室のガスと混ざらないように分離された空間とされ、
前記第２のタンクの貯蔵室は、そのタンクに貯留された液体の液面とそのタンクの内壁面とによって囲まれた空間とされ、
前記電解セルは、前記第１のタンクおよび前記第２のタンクに貯留された液体中の何れか一方に設置されている
ことを特徴とするガス発生貯蔵蔵置。
【請求項２】
固体高分子電解質膜と、この固体高分子電解質膜を挾んで設けられた第１の電極部および第２の電極部とを有し、前記第１の電極部と前記第２の電極部との間に直流電圧を印加した状態で前記第１の電極部に通される純水から酸素ガスと水素ガスを生成し、生成した酸素ガスを前記第１の電極部から、生成した水素ガスを前記第２の電極部から排出する電解セルと、
純水が貯留された第１および第２のタンクと、
前記電解セルの第１の電極部に前記第１のタンクに貯留された純水を通す手段と、
前記電解セルの第２の電極部に前記第２のタンクに貯留された純水を通す手段と、
前記電解セルの第１の電極部に通された純水に含まれる前記酸素ガスを分離する第１の気液分離手段と、
前記電解セルの第２の電極部に通された純水に含まれる前記水素ガスを分離する第２の気液分離手段と、
前記第２の気液分離手段によって分離された前記水素ガスを所定の分流比で分流する分流手段とを備え、
前記第１のタンクは、
前記第１の気液分離手段によって分離された酸素ガスが貯蔵される第１の室と、
前記分流手段によって分流された一方の水素ガスが貯蔵される第２の室とを有し、
前記第２のタンクは、
前記分流手段によって分流された他方の水素ガスが貯蔵される貯蔵室を有し、
前記第１のタンクの第１の室と第２の室は、そのタンクに貯留された純水の液面をその室の内壁面の一部とし、その室に貯蔵されるガスが他の室のガスと混ざらないように分離された空間とされ、
前記第２のタンクの貯蔵室は、そのタンクに貯留された純水の液面とそのタンクの内壁面とによって囲まれた空間とされ、
前記電解セルは、前記第１のタンクおよび前記第２のタンクに貯留された純水中の何れか一方に設置されている
ことを特徴とするガス発生貯蔵蔵置。
【請求項３】
請求項２に記載されたガス発生貯蔵装置において、
前記第１のタンクの第１の室と第２の室とはその容積比がほゞ２：１とされ、
前記第２のタンクの貯蔵室の容積は、前記第１のタンクの第１の室と第２の室とを合わせた容積とほゞ等しく、
前記分流手段は、前記水素ガスをほゞ３：１の分流比で分流し、分流比「１」の水素ガスを前記第１のタンクの第２の室へ送り、分流比「３」の水素ガスを前記第２のタンクの貯蔵室へ送る
ことを特徴とするガス発生貯蔵装置。
【請求項４】
請求項３に記載されたガス発生貯蔵装置において、
前記第１のタンクの第１の室における純水の水位と、前記第１のタンクの第２の室における純水の水位とが等しくなるように、前記分流手段における前記水素ガスの分流比を調整する分流比調整手段
を備えたことを特徴とするガス発生貯蔵装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載されたガス発生貯蔵装置において、
前記第１の室の液面にこの液面とともに上下動する第１の蓋が被せられ、
前記第２の室の液面にこの液面とともに上下動する第２の蓋が被せられ、
前記第３の室の液面にこの液面とともに上下動する第３の蓋が被せられている
ことを特徴とするガス発生貯蔵蔵置。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか１項に記載されたガス発生貯蔵装置において、
前記第１の室にこの室の内壁面を覆う第１の膜が設けられ、
前記第２の室にこの室の内壁面を覆う第２の膜が設けられ、
前記貯蔵室にこの室の内壁面を覆う第３の膜が設けられ、
前記第１の膜で囲まれた内部空間に前記第１の室へのガスが貯蔵され、
前記第２の膜で囲まれた内部空間に前記第２の室へのガスが貯蔵され、
前記第３の膜で囲まれた内部空間に前記貯蔵室へのガスが貯蔵される
ことを特徴とするガス発生貯蔵蔵置。
【請求項１】
固体高分子電解質膜と、この固体高分子電解質膜を挾んで設けられた第１の電極部および第２の電極部とを有し、前記第１の電極部と前記第２の電極部との間に直流電圧を印加した状態で前記第１の電極部に通される液体から第１のガスと第２のガスを生成し、生成した第１のガスを前記第１の電極部から、生成した第２のガスを前記第２の電極部から排出する電解セルと、
前記液体が貯留された第１のタンクと、
前記第１のタンクに貯留された液体と同じ液体が貯留された第２のタンクと、
前記電解セルの第１の電極部に前記第１のタンクに貯留された液体を通す手段と、
前記電解セルの第２の電極部に前記第２のタンクに貯留された液体を通す手段と、
前記電解セルの第１の電極部に通された液体に含まれる前記第１のガスを分離する第１の気液分離手段と、
前記電解セルの第２の電極部に通された液体に含まれる前記第２のガスを分離する第２の気液分離手段と、
前記第２の気液分離手段によって分離された前記第２のガスを所定の分流比で分流する分流手段とを備え、
前記第１のタンクは、
前記第１の気液分離手段によって分離された第１のガスが貯蔵される第１の室と、
前記分流手段によって分流された一方の第２のガスが貯蔵される第２の室とを有し、
前記第２のタンクは、
前記分流手段によって分流された他方の第２のガスが貯蔵される貯蔵室を有し、
前記第１のタンクの第１の室と第２の室は、そのタンクに貯留された液体の液面をその室の内壁面の一部とし、その室に貯蔵されるガスが他の室のガスと混ざらないように分離された空間とされ、
前記第２のタンクの貯蔵室は、そのタンクに貯留された液体の液面とそのタンクの内壁面とによって囲まれた空間とされ、
前記電解セルは、前記第１のタンクおよび前記第２のタンクに貯留された液体中の何れか一方に設置されている
ことを特徴とするガス発生貯蔵蔵置。
【請求項２】
固体高分子電解質膜と、この固体高分子電解質膜を挾んで設けられた第１の電極部および第２の電極部とを有し、前記第１の電極部と前記第２の電極部との間に直流電圧を印加した状態で前記第１の電極部に通される純水から酸素ガスと水素ガスを生成し、生成した酸素ガスを前記第１の電極部から、生成した水素ガスを前記第２の電極部から排出する電解セルと、
純水が貯留された第１および第２のタンクと、
前記電解セルの第１の電極部に前記第１のタンクに貯留された純水を通す手段と、
前記電解セルの第２の電極部に前記第２のタンクに貯留された純水を通す手段と、
前記電解セルの第１の電極部に通された純水に含まれる前記酸素ガスを分離する第１の気液分離手段と、
前記電解セルの第２の電極部に通された純水に含まれる前記水素ガスを分離する第２の気液分離手段と、
前記第２の気液分離手段によって分離された前記水素ガスを所定の分流比で分流する分流手段とを備え、
前記第１のタンクは、
前記第１の気液分離手段によって分離された酸素ガスが貯蔵される第１の室と、
前記分流手段によって分流された一方の水素ガスが貯蔵される第２の室とを有し、
前記第２のタンクは、
前記分流手段によって分流された他方の水素ガスが貯蔵される貯蔵室を有し、
前記第１のタンクの第１の室と第２の室は、そのタンクに貯留された純水の液面をその室の内壁面の一部とし、その室に貯蔵されるガスが他の室のガスと混ざらないように分離された空間とされ、
前記第２のタンクの貯蔵室は、そのタンクに貯留された純水の液面とそのタンクの内壁面とによって囲まれた空間とされ、
前記電解セルは、前記第１のタンクおよび前記第２のタンクに貯留された純水中の何れか一方に設置されている
ことを特徴とするガス発生貯蔵蔵置。
【請求項３】
請求項２に記載されたガス発生貯蔵装置において、
前記第１のタンクの第１の室と第２の室とはその容積比がほゞ２：１とされ、
前記第２のタンクの貯蔵室の容積は、前記第１のタンクの第１の室と第２の室とを合わせた容積とほゞ等しく、
前記分流手段は、前記水素ガスをほゞ３：１の分流比で分流し、分流比「１」の水素ガスを前記第１のタンクの第２の室へ送り、分流比「３」の水素ガスを前記第２のタンクの貯蔵室へ送る
ことを特徴とするガス発生貯蔵装置。
【請求項４】
請求項３に記載されたガス発生貯蔵装置において、
前記第１のタンクの第１の室における純水の水位と、前記第１のタンクの第２の室における純水の水位とが等しくなるように、前記分流手段における前記水素ガスの分流比を調整する分流比調整手段
を備えたことを特徴とするガス発生貯蔵装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載されたガス発生貯蔵装置において、
前記第１の室の液面にこの液面とともに上下動する第１の蓋が被せられ、
前記第２の室の液面にこの液面とともに上下動する第２の蓋が被せられ、
前記第３の室の液面にこの液面とともに上下動する第３の蓋が被せられている
ことを特徴とするガス発生貯蔵蔵置。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか１項に記載されたガス発生貯蔵装置において、
前記第１の室にこの室の内壁面を覆う第１の膜が設けられ、
前記第２の室にこの室の内壁面を覆う第２の膜が設けられ、
前記貯蔵室にこの室の内壁面を覆う第３の膜が設けられ、
前記第１の膜で囲まれた内部空間に前記第１の室へのガスが貯蔵され、
前記第２の膜で囲まれた内部空間に前記第２の室へのガスが貯蔵され、
前記第３の膜で囲まれた内部空間に前記貯蔵室へのガスが貯蔵される
ことを特徴とするガス発生貯蔵蔵置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００６−３４８３２５（Ｐ２００６−３４８３２５Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７３４３０（Ｐ２００５−１７３４３０）
【出願日】平成１７年６月１４日（２００５．６．１４）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月１４日（２００５．６．１４）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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