JP2018095530A - Hydrogen generator - Google Patents
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Abstract
【課題】効率良く水素を生成する。【解決手段】水素生成装置1の光増感剤11は、イオン、原子、分子または電子を取り込み可能な複数のボイドを有するボイド構造体を含む。照射部13は、光増感剤11上の所定領域にパルスレーザ光を照射し、ボイド構造体を活性化させてラジカル化ボイド構造体を生成することにより、水供給部12から供給された水から水素を生成する。供給量調節部14は、水供給部12からの水の供給量を調節する。水素生成装置1では、供給量調節部14により光増感剤11に対する水の供給量が調節されることにより、水素の生成に利用されたラジカル化ボイド構造体の少なくとも一部が、分解することなくボイド構造体に戻り、照射部13からのパルスレーザ光により活性化して再びラジカル化ボイド構造体になる。これにより、ボイド構造体を水素の生成に繰り返し利用することができるため、水素を効率良く生成することができる。【選択図】図1Hydrogen is efficiently generated. A photosensitizer 11 of a hydrogen generator 1 includes a void structure having a plurality of voids capable of taking in ions, atoms, molecules or electrons. The irradiation unit 13 irradiates a predetermined region on the photosensitizer 11 with pulsed laser light, activates the void structure, and generates a radicalized void structure, thereby supplying water supplied from the water supply unit 12. To produce hydrogen. The supply amount adjustment unit 14 adjusts the supply amount of water from the water supply unit 12. In the hydrogen generator 1, at least a part of the radicalized void structure used for generating hydrogen is decomposed by adjusting the amount of water supplied to the photosensitizer 11 by the supply amount adjusting unit 14. Returning to the void structure, it is activated by the pulsed laser light from the irradiation unit 13 and becomes a radicalized void structure again. Thereby, since a void structure can be repeatedly used for the production | generation of hydrogen, hydrogen can be produced | generated efficiently. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、水素を生成する技術に関する。 The present invention relates to a technique for generating hydrogen.
近年、石油由来の燃料に比べて環境に優しいクリーンなエネルギー源として、水素が注目されている。例えば、燃料電池自動車では、車載の水素タンクに貯留された水素と、空気中の酸素とが燃料電池に供給されることにより発電が行われ、動力源である電動モータが駆動される。 In recent years, hydrogen has attracted attention as a clean energy source that is more environmentally friendly than petroleum-derived fuels. For example, in a fuel cell vehicle, power is generated by supplying hydrogen stored in an on-vehicle hydrogen tank and oxygen in the air to the fuel cell, and an electric motor as a power source is driven.
特許文献1では、アンモニアを使用しない水素の製造方法が提案されている。当該製造方法では、マイエナイトと水酸化カルシウムとを水に投入して水と反応させることにより、カトアイトと水素とが生成される。特許文献2では、上記製造方法にて水素と共に生成されたカトアイトを、300℃〜500℃で焼成することにより、マイエナイトと水酸化カルシウムとを再生する方法が提案されている。
In
一方、特許文献3では、照明光を集光光学系により集光して容器内の水に照射することにより、光触媒等を用いることなく水を分解して水素を生成する技術が提案されている。照明光源としては、太陽、ランプ光源またはパルスレーザ光源等が挙げられている。 On the other hand, Patent Document 3 proposes a technique for generating hydrogen by decomposing water without using a photocatalyst or the like by condensing illumination light with a condensing optical system and irradiating the water in the container. . Examples of the illumination light source include the sun, a lamp light source, and a pulse laser light source.
ところで、特許文献3の水素生成装置では、パルスレーザ光源を用いた場合であっても、光−水素エネルギー変換効率は1.4%程度であり、水素生成が高効率で行われているとは言い難い。また、特許文献1および特許文献2の水素製造方法では、水素生成の際にマイエナイトがカトアイトに分解されるため、カトアイトを焼成してマイエナイトを再生する工程が必要である。したがって、水素生成の効率向上に限界がある。
By the way, in the hydrogen generator of patent document 3, even if it is a case where a pulse laser light source is used, the light-hydrogen energy conversion efficiency is about 1.4%, and hydrogen generation is performed with high efficiency. It's hard to say. Further, in the hydrogen production methods of
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、効率良く水素を生成することを目的としている。 This invention is made | formed in view of the said subject, and aims at producing | generating hydrogen efficiently.
請求項1に記載の発明は、水素生成装置であって、イオン、原子、分子または電子を取り込み可能な複数のボイドを有するボイド構造体を含む光増感剤と、前記光増感剤に水を供給する水供給部と、前記光増感剤を含む所定空間または前記光増感剤上の所定領域にパルス電磁波を照射し、前記ボイド構造体を活性化させてラジカル化ボイド構造体を生成することにより、前記水供給部から供給された水から水素を生成する照射部と、前記水供給部からの水の供給量を調節する供給量調節部とを備え、前記供給量調節部により前記光増感剤に対する水の供給量が調節されることにより、前記水素の生成に利用された前記ラジカル化ボイド構造体の少なくとも一部が、分解することなくボイド構造体に戻り、前記照射部からのパルス電磁波により活性化して再びラジカル化ボイド構造体になる。
The invention described in
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の水素生成装置であって、前記ボイド構造体が、Ca12Al14O33を含むマイエナイトである。
According to a second aspect of the invention, a hydrogen generator according to
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の水素生成装置であって、前記照射部からのパルス電磁波による前記ボイド構造体の活性化において、電子雪崩が発生する。
The invention according to claim 3 is the hydrogen generator according to
請求項4に記載の発明は、水素生成装置であって、光増感剤と、前記光増感剤に水を供給する水供給部と、前記光増感剤を含む所定空間または前記光増感剤上の所定領域にパルス電磁波を照射して前記光増感剤を活性化させることにより、前記水供給部から供給された水から水素を生成する照射部とを備え、前記照射部からのパルス電磁波による前記光増感剤の活性化において、電子雪崩が発生する。 The invention according to claim 4 is a hydrogen generator, comprising a photosensitizer, a water supply unit for supplying water to the photosensitizer, a predetermined space containing the photosensitizer, or the photosensitizer. An irradiation unit that generates hydrogen from water supplied from the water supply unit by irradiating a predetermined region on the sensitizer with a pulsed electromagnetic wave to activate the photosensitizer, and from the irradiation unit In the activation of the photosensitizer by pulsed electromagnetic waves, an electronic avalanche occurs.
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の水素生成装置であって、前記水供給部から供給された水を貯留する水貯留部をさらに備え、前記光増感剤が粒状であり、前記水貯留部内の水中に分散している。 Invention of Claim 5 is a hydrogen generator of Claim 4, Comprising: The water storage part which stores the water supplied from the said water supply part is further provided, The said photosensitizer is granular , Dispersed in the water in the water reservoir.
請求項6に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の水素生成装置であって、前記水供給部から前記光増感剤に供給される水がミスト状または気体状である。 A sixth aspect of the present invention is the hydrogen generator according to any one of the first to fourth aspects, wherein water supplied from the water supply unit to the photosensitizer is mist or gaseous. .
請求項7に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の水素生成装置であって、前記水供給部から前記光増感剤に供給される水が固体状である。 A seventh aspect of the present invention is the hydrogen generator according to any one of the first to fourth aspects, wherein the water supplied from the water supply unit to the photosensitizer is solid.
請求項8に記載の発明は、請求項1ないし7のいずれかに記載の水素生成装置であって、前記照射部が、パルス電磁波を2次元または3次元に走査するスキャナである。
The invention described in claim 8 is the hydrogen generator according to any one of
本発明では、効率良く水素を生成することができる。 In the present invention, hydrogen can be generated efficiently.
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る水素生成装置1の構成を示す図である。水素生成装置1は、水を分解して水素(H2)を生成する装置である。水素生成装置1は、光増感剤11と、水供給部12と、照射部13と、供給量調節部14と、光増感剤収容部15とを備える。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
光増感剤11は、光増感剤収容部15の内部空間に収容される。図1に示す例では、光増感剤11は、略直方体状であり、光増感剤収容部15の底面上に載置される。光増感剤11は、好ましくは多孔質状の部材である。なお、光増感剤11の構造、大きさおよび形状は、様々に変更されてよい。
The
光増感剤11は、ボイド構造体を含む。当該ボイド構造体は、イオン、原子、分子または電子を取り込み可能な複数のボイド(ケージともいう。)を有する結晶構造体である。ボイド構造体では、複数のボイドは、例えば三次元的に連結される。光増感剤11に含まれるボイド構造体は、例えばマイエナイトである。マイエナイトは、直径約0.4nm(ナノメートル)のボイドが三次元的に連結された結晶構造(すなわち、マイエナイト型結晶構造)を有する化合物であり、マイエナイト型化合物とも呼ばれる。当該マイエナイトは、例えば、カルシウム元素(Ca)およびアルミニウム元素(Al)の少なくとも一方を含む複合酸化物である。具体的には、当該マイエナイトは、Ca12Al14O33(12CaO・7Al2O3とも表記される。)を主に含む化合物である。換言すれば、マイエナイトは、Ca12Al14O33を代表組成として有する。当該マイエナイトにおけるカルシウムとアルミニウムとのモル比は、好ましくは13:12〜11:16である。当該マイエナイトでは、カルシウム原子およびアルミニウム原子のうち、一部の原子が他の原子に置換されていてもよい。また、ボイド中のフリー酸素イオンの一部または全部が、他の陰イオンに置換されていてもよい。
The
水供給部12は、光増感剤収容部15内の光増感剤11に水を供給する。水供給部12から供給される水は、例えば、イオン交換水である。図1に示す例では、水供給部12は、光増感剤収容部15の上部に配置され、光増感剤11の上面に対してミスト状の水を供給する。図1では、水供給部12から噴射されるミスト状の水の輪郭を破線にて示す。供給量調節部14は、水供給部12から光増感剤収容部15内の光増感剤11に供給される水の供給量(すなわち、単位時間当たりに供給される水の量)を調節する。供給量調節部14は、光増感剤11の材質、大きさ、形状等の特性に基づいて、水供給部12からの水の供給量を調節する。具体的には、供給量調節部14は、水供給部12から供給される水の量が、光増感剤11の特性に対応して予め定められている供給量に等しくなるように、水供給部12を制御する。
The
照射部13は、光増感剤11上の所定領域にパルスレーザ光を実質的に面状に照射する。図1に示す例では、照射部13は、光増感剤11の上面にパルスレーザ光を照射する。照射部13は、例えば、パルスレーザ光を光増感剤11上にて2次元に走査するスキャナである。照射部13としては、例えば、2軸式のガルバノスキャナが利用される。
The
図1に示す例では、照射部13は、レーザ光源131と、反射部132と、反射制御部133とを備える。レーザ光源131は、反射部132に向けてパルスレーザ光を出射する。レーザ光源131としては、例えば、フェムト秒レーザ装置またはピコ秒レーザ装置が利用される。反射部132は、2つのミラー134と、2つのモータ135とを備える。レーザ光源131からのパルスレーザ光は、反射部132の2つのミラー134により反射されて光増感剤11へと導かれる。2つのモータ135は、反射制御部133により制御され、2つのミラー134の角度を互いに独立して変更する。これにより、レーザ光源131からのパルスレーザ光が、光増感剤11上にて2次元に走査される。水素生成装置1では、例えば、1秒間に光増感剤11上の約2000箇所の位置にパルスレーザ光が照射される。
In the example illustrated in FIG. 1, the
光増感剤11にパルスレーザ光が照射されることにより、光増感剤11に含まれる上述のボイド構造体が活性化し(すなわち、ボイド構造体の電子が励起され)、ラジカル化ボイド構造体が生成される。このとき、パルスレーザ光により励起された電子は、連鎖的に他の電子をポンプアップする。すなわち、パルスレーザ光によるボイド構造体の活性化において、電子雪崩(Avalanche現象)が発生する。ラジカル化ボイド構造体は、水供給部12から光増感剤11に供給された水を分解して水素および酸素(O2)を生成する。
By irradiating the
上述のように、当該ボイド構造体がマイエナイトである場合、パルスレーザ光による活性化によりラジカル化マイエナイトが生成される。当該活性化の際には上述の電子雪崩が発生し、マイエナイト1モル(mol)あたり、例えば12個のラジカル(自由電子)が生成する。ラジカル化マイエナイトは、数1に示すように、光増感剤11に供給された水を分解して水素および酸素を生成する。生成された水素および酸素は、例えば、分離部16により分離され、それぞれ水素貯留部171および酸素貯留部172へと送られて貯留される。
As described above, when the void structure is mayenite, radicalized mayenite is generated by activation with pulsed laser light. During the activation, the above-described electronic avalanche is generated, and, for example, 12 radicals (free electrons) are generated per 1 mol (mol) of mayenite. As shown in
水素生成装置1では、供給量調節部14により光増感剤11に対する水の供給量が調節される。また、光増感剤11には、照射部13からのパルスレーザ光の照射が継続されている。これにより、水素の生成に利用されたラジカル化マイエナイトが、マイエナイトの前駆体であるカトアイト(Ca3Al2(OH)12)まで分解されることなくマイエナイトに戻り、数2に示すように、照射部13からのパルスレーザ光により活性化して、再びラジカル化マイエナイトになる。
In the
換言すれば、水素生成装置1では、水素の生成に利用されて活性化状態ではなくなったマイエナイトは、カトアイトまで分解されるよりも前に、パルスレーザ光により再活性化されてラジカル化マイエナイトに戻る。これにより、マイエナイトを水素の生成に繰り返し利用することができる。
In other words, in the
水素生成装置1では、水素の生成に利用されたラジカル化マイエナイトの一部は、カトアイトまで分解されてもよい。この場合であっても、上記のように、マイエナイトを水素の生成に繰り返し利用することができる。
In the
上述のように、光増感剤11が多孔質状である場合、照射部13からの光は、光増感剤11の細孔内で乱反射することにより、光増感剤11の細孔内の広範囲に亘って照射される。したがって、当該細孔を形成するマイエナイトもラジカル化するため、細孔内に供給された水も分解されて水素が生成される。
As described above, when the
光増感剤11に対する水の供給量は、水と接触しているラジカル化マイエナイト1モルにおいて12個のラジカルが生成されている場合、当該1モルのラジカル化マイエナイトに対して6モル以下であることが好ましい。換言すれば、光増感剤11に対する水の供給量は、水と接触しているラジカル化マイエナイト1モルにおいてN個(Nは、例えば、6以上かつ12以下の整数)のラジカルが生成されている場合、当該1モルのラジカル化マイエナイトに対してN/2モル以下であることが好ましい。これにより、マイエナイトの分解を防止または抑制することができる。
When 12 radicals are generated in 1 mol of radicalized mayenite in contact with water, the amount of water supplied to the
光増感剤11に含まれるボイド構造体は、マイエナイト以外のものであってもよい。例えば、ボイド構造体は、[HN(CH2CH2)3NH)K1.35[V5O9(PO4)2 ]・xH2O、または、(CS3[V5O9(PO4)2]・xH2Oを含むものであってもよい。
The void structure contained in the
以上に説明したように、水素生成装置1は、光増感剤11と、水供給部12と、照射部13と、供給量調節部14とを備える。光増感剤11は、ボイド構造体を含む。ボイド構造体は、イオン、原子、分子または電子を取り込み可能な複数のボイドを有する。水供給部12は、光増感剤11に水を供給する。照射部13は、光増感剤11上の所定領域にパルスレーザ光を照射し、ボイド構造体を活性化させてラジカル化ボイド構造体を生成することにより、水供給部12から供給された水から水素を生成する。供給量調節部14は、水供給部12からの水の供給量を調節する。水素生成装置1では、供給量調節部14により光増感剤11に対する水の供給量が調節されることにより、水素の生成に利用されたラジカル化ボイド構造体の少なくとも一部が、分解することなくボイド構造体に戻り、照射部13からのパルスレーザ光により活性化して再びラジカル化ボイド構造体になる。
As described above, the
このように、水素の生成に利用されたラジカル化ボイド構造体が分解しない程度に水の供給量を調節することにより、ボイド構造体を水素の生成に繰り返し利用することができる。その結果、水素を効率良く生成することができる。 Thus, by adjusting the amount of water supplied to such an extent that the radicalized void structure used for hydrogen generation is not decomposed, the void structure can be repeatedly used for hydrogen generation. As a result, hydrogen can be generated efficiently.
また、水素生成装置1では、照射部13からのパルスレーザ光によるボイド構造体の活性化において、電子雪崩が発生する。これにより、ボイド構造体において、多光子吸収および/または多電子励起を発生させることができ、光増感剤11における量子収率を増大させることができる。その結果、水素をさらに効率良く生成することができる。水素生成装置1では、ボイド構造体の活性化において、必ずしも電子雪崩は発生する必要はない。
Further, in the
水素生成装置1では、水供給部12から光増感剤11に供給される水がミスト状である。これにより、光増感剤11と水との接触面積を増大することができる。その結果、水素をさらに効率良く生成することができる。
In the
水素生成装置1では、水供給部12から供給される水はミスト状には限定されず、例えば、液滴状または液柱状であってもよい。水供給部12から供給される水は液体状にも限定されず、気体状(すなわち、水蒸気)または固体状(すなわち、氷)であってもよい。水供給部12から供給される水が気体状である場合、当該水がミスト状である場合と略同様に、光増感剤11と水との接触面積を増大することができる。その結果、水素をさらに効率良く生成することができる。水供給部12から供給される水が固体状である場合、例えば、微細な粒状の氷が、水供給部12から光増感剤11に供給されてもよい。水供給部12から光増感剤11に供給される水が固体状であることにより、光増感剤11を比較的低温に維持することができる。これにより、パルスレーザ光によるボイド構造体(上記例では、マイエナイト)の活性化を効率良く行うことができる。さらに、ボイド構造体の分解を抑制することもできる。
In the
上述のように、光増感剤11は多孔質状である。これにより、光増感剤11の表面のみならず、光増感剤11の内部においても、水と光増感剤11とが接触し、当該水と接触する光増感剤11にパルスレーザ光が照射される。その結果、光増感剤11の内部においても水素の生成が行われるため、水素をさらに効率良く生成することができる。
As described above, the
水素生成装置1では、照射部13が、パルスレーザ光を2次元に走査するスキャナである。これにより、光増感剤11上の所定領域にパルスレーザ光を容易に照射することができる。光増感剤11の表面上におけるパルスレーザ光の照射領域(図1に示す例では、平面視における照射領域)は、好ましくは、光増感剤11の表面上における水の供給領域全体を含む。これにより、光増感剤11に供給された水を、水素生成に効率良く利用することができる。
In the
水素生成装置1では、照射部13は、パルスレーザ光を光増感剤11上にて3次元に走査するスキャナであってもよい。照射部13としては、例えば、3Dガルバノスキャナが利用され、光増感剤11上にパルスレーザ光が実質的に立体状に照射される。これにより、光増感剤11上の所定領域にパルスレーザ光を容易に照射することができる。
In the
上述のように、ボイド構造体は、Ca12Al14O33を含むマイエナイトである。マイエナイトは、例えば、カトアイトおよび酸化アルミニウム(Al2O3)等の安価な材料を加熱することにより、比較的低コストにて生成することができる。具体的には、カトアイトと酸化アルミニウムとの混合材料を、例えばマイクロ波やヒータにて約1250℃に加熱することにより、マイエナイトが生成される。したがって、水素生成装置1の製造コストを低減することができる。また、水素の生成に伴ってマイエナイトの一部がカトアイトに分解する場合であっても、比較的低コストにて新たなマイエナイトを光増感剤収容部15に供給することができる。したがって、水素生成装置1のランニングコストを低減することができる。
As described above, the void structure is mayenite containing Ca 12 Al 14 O 33 . Mayenite can be produced at a relatively low cost by heating inexpensive materials such as cathoite and aluminum oxide (Al 2 O 3 ). Specifically, mayenite is produced by heating a mixed material of katoite and aluminum oxide to about 1250 ° C. with a microwave or a heater, for example. Therefore, the manufacturing cost of the
水素生成装置1では、照射部13からのパルスレーザ光は、必ずしも光増感剤11上の所定領域に照射される必要はなく、光増感剤11を含む所定空間に照射されてもよい。例えば、照射部13からのパルスレーザ光は、光増感剤11よりも大きく、かつ、光増感剤11全体を含む領域に、実質的に面状または立体状に照射されてもよい。このように、パルスレーザ光が光増感剤11を含む所定空間に照射される場合であっても、上記と同様に、水素の生成に利用されたラジカル化ボイド構造体が分解しない程度に水の供給量を調節することにより、ボイド構造体を水素の生成に繰り返し利用することができる。その結果、水素を効率良く生成することができる。
In the
水素生成装置1にて生成された水素および酸素は、様々な目的に利用されてよい。例えば、水素貯留部171および酸素貯留部172に貯留されている水素および酸素は、燃料電池に供給され、燃料電池における発電に利用される。燃料電池において水素および酸素から生成された水は、水素生成装置1へと戻されて水供給部12から光増感剤11に供給される。これにより、数3に示すように、光増感剤11および水を循環させて水素生成に再利用することができるため、水素をさらに効率良く生成することができる。
Hydrogen and oxygen generated in the
次に、本発明の第2の実施の形態に係る水素生成装置について説明する。図2は、第2の実施の形態にかかる水素生成装置1aの構成を示す図である。水素生成装置1aは、図1に示す水素生成装置1とは、形状が異なる光増感剤11aを備える点、および、供給量調節部14が省略される点を除き、およそ同様の構造を備える。以下の説明では、水素生成装置1aの構成のうち、図1に示す水素生成装置1の構成に対応する構成に同符号を付す。
Next, a hydrogen generator according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the hydrogen generator 1a according to the second embodiment. The hydrogen generator 1a has substantially the same structure as the
図2に示す水素生成装置1aでは、水供給部12から供給された水が、光増感剤収容部15の内部に貯留されている。すなわち、光増感剤収容部15は、水供給部12から供給された水を貯留する水貯留部である。また、粒状の光増感剤11aが、光増感剤収容部15内の水中に分散されている。光増感剤11aは、比較的小さい複数の増感剤粒子111の集合である。増感剤粒子111は、例えば、略球状である。図2では、増感剤粒子111を実際よりも大きく描き、水中における増感剤粒子111の密度を実際よりも低く描いている。なお、増感剤粒子111の大きさおよび形状、並びに、光増感剤11aの構造、大きさおよび形状は、様々に変更されてよい。
In the hydrogen generator 1 a shown in FIG. 2, the water supplied from the
光増感剤11aは、ボイド構造体には限定されず、様々な材料により形成されてよい。例えば、光増感剤11aは、酸化チタン(TiO2)または酸化タングステン(WO3)等の一般的な光触媒材料により形成されてもよい。光増感剤11aは、例えば、金属、金属窒化物、金属リン化物、金属ヒ化物、金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物、金属フッ化物、金属塩化物、金属臭化物、金属ヨウ化物および有機金属化合物のうち、少なくとも1種類以上を含んでいてもよい。
The
水素生成装置1aでは、照射部13から光増感剤収容部15内の水中に向けてパルスレーザ光が出射され、粒状の光増感剤11aを含む所定空間に、パルスレーザ光が実質的に面状または立体状に照射される。これにより、光増感剤11aが活性化し(すなわち、光増感剤11aの電子が励起され)、連鎖的に他の電子をポンプアップする。すなわち、パルスレーザ光による光増感剤11aの活性化において、電子雪崩が発生する。活性化された光増感剤11aは、水供給部12から光増感剤11aに供給された水を分解して水素および酸素を生成する。生成された水素および酸素は、例えば、分離部16により分離され、それぞれ水素貯留部171および酸素貯留部172へと送られて貯留される。水素の生成により光増感剤収容部15内の水が減少すると、水供給部12から光増感剤収容部15内に水が供給される。
In the hydrogen generator 1a, the pulse laser beam is emitted from the
以上に説明したように、水素生成装置1aは、光増感剤11aと、水供給部12と、照射部13とを備える。水供給部12は、光増感剤11aに水を供給する。照射部13は、光増感剤11aを含む所定空間にパルスレーザ光を照射して光増感剤11aを活性化させることにより、水供給部12から供給された水から水素を生成する。水素生成装置1aでは、照射部13からのパルスレーザ光による光増感剤11aの活性化において、電子雪崩が発生する。これにより、光増感剤11aにおいて、多光子吸収および/または多電子励起を発生させることができ、光増感剤11aにおける量子収率を増大させることができる。その結果、水素を効率良く生成することができる。
As described above, the hydrogen generator 1a includes the
水素生成装置1aは、水供給部12から供給された水を貯留する水貯留部である光増感剤収容部15をさらに備える。また、光増感剤11aは粒状であり、光増感剤収容部15内の水中に分散している。これにより、光増感剤11aと水との接触面積を増大することができる。その結果、水素をさらに効率良く生成することができる。
The hydrogen generator 1a further includes a
上述のように、照射部13は、パルスレーザ光を2次元または3次元に走査するスキャナである。これにより、光増感剤11aを含む所定空間にパルスレーザ光を容易に照射することができる。
As described above, the
水素生成装置1aでは、照射部13からのパルスレーザ光は、必ずしも光増感剤11aを含む所定空間に照射される必要はなく、光増感剤11a上の所定領域に照射されてもよい。例えば、粒状の光増感剤11aに代えて、比較的大きい略直方体状の光増感剤11aが光増感剤収容部15に貯留された水中に配置され、光増感剤11aの上面の所定領域にパルスレーザ光が実質的に面状または立体状に照射されてもよい。このように、パルスレーザ光が光増感剤11a上の所定領域に照射される場合であっても、上記と同様に、パルスレーザ光による光増感剤11aの活性化において電子雪崩を発生させることにより、光増感剤11aにおける量子収率を増大させることができる。その結果、水素を効率良く生成することができる。
In the hydrogen generator 1a, the pulsed laser light from the
水素生成装置1aでは、必ずしも、光増感剤11aは水中に配置される必要はなく、光増感剤収容部15に水が貯留される必要もない。例えば、水が貯留されていない光増感剤収容部15の底部に、粒状、略直方体状または他の形状の光増感剤11aが載置され、水供給部12から光増感剤11aにミスト状の水が供給されてもよい。ミスト状の水が供給されることにより、光増感剤11aと水との接触面積を大きくすることができる。その結果、水素を効率良く生成することができる。あるいは、ミスト状の水に代えて、固体状の水(例えば、微細な粒状の氷)が光増感剤11aに供給されてもよい。これにより、光増感剤11aを低温に維持することができ、パルスレーザ光による光増感剤11aの活性化を効率良く行うことができる。
In the hydrogen generator 1a, the
上述の水素生成装置1,1aでは、様々な変更が可能である。
Various modifications can be made in the above-described
例えば、照射部13は、ガルバノスキャナには限定されず、パルスレーザ光を光増感剤11,11a上にて2次元または3次元に走査する他のスキャナであってもよい。また、照射部13の構造は、光増感剤11,11aに対して実施的に面状または立体状にパルスレーザ光を照射することができるのであれば、様々に変更されてよい。
For example, the
水供給部12による光増感剤11,11aへの水の供給方法は様々に変更されてよい。例えば、光増感剤11,11aへのパルスレーザ光の照射よりも前に、多孔質状の光増感剤11,11aに水供給部12から水が予め供給され、内部に水を含んだ光増感剤11,11aを冷却することにより、内部および表面上に固体状の水(すなわち、氷)を有する光増感剤11,11aが準備される。そして、当該光増感剤11,11aに照射部13からパルスレーザ光が照射されることにより、水素が生成されてもよい。水素生成装置1,1aでは、水供給部12からの水は、光増感剤11,11aの表面および内部の少なくとも一方に供給され、当該水の状態は、気体状、液体状(ミスト状を含む。)または固体状のいずれであってもよい。
The method of supplying water to the
水供給部12から供給される水は、イオン交換水には限定されない。水供給部12から光増感剤11,11aに供給される水は、例えば、イオン交換水、蒸留水、精製水、水道水、工業用水、井戸水、河川水および海水のうち、少なくとも1種類以上を含んでいてもよい。また、水供給部12から光増感剤11,11aへは、上述のように水単体が供給されてもよく、水を含む原材料が供給されてもよい。当該原材料は、気体状、液体状または固体状のいずれであってもよい。
The water supplied from the
水素生成装置1,1aにおいて照射部13から光増感剤11,11aに照射されるものは、パルス電磁波であればよく、パルスレーザ光には限定されない。照射部13から照射されるパルス電磁波の波長は、例えば、190nm以上かつ3000nm以下である。水素生成装置1,1aでは、照射部13から光増感剤11,11aにパルス電磁波を照射することにより、上述と同様に、水素を効率良く生成することができる。
What is irradiated to the
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。 The configurations in the above-described embodiments and modifications may be combined as appropriate as long as they do not contradict each other.
1,1a 水素生成装置
11,11a 光増感剤
12 水供給部
13 照射部
14 供給量調節部
15 光増感剤収容部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
イオン、原子、分子または電子を取り込み可能な複数のボイドを有するボイド構造体を含む光増感剤と、
前記光増感剤に水を供給する水供給部と、
前記光増感剤を含む所定空間または前記光増感剤上の所定領域にパルス電磁波を照射し、前記ボイド構造体を活性化させてラジカル化ボイド構造体を生成することにより、前記水供給部から供給された水から水素を生成する照射部と、
前記水供給部からの水の供給量を調節する供給量調節部と、
を備え、
前記供給量調節部により前記光増感剤に対する水の供給量が調節されることにより、前記水素の生成に利用された前記ラジカル化ボイド構造体の少なくとも一部が、分解することなくボイド構造体に戻り、前記照射部からのパルス電磁波により活性化して再びラジカル化ボイド構造体になることを特徴とする水素生成装置。 A hydrogen generator,
A photosensitizer comprising a void structure having a plurality of voids capable of capturing ions, atoms, molecules or electrons;
A water supply unit for supplying water to the photosensitizer;
By irradiating a predetermined space containing the photosensitizer or a predetermined region on the photosensitizer with a pulsed electromagnetic wave and activating the void structure to generate a radicalized void structure, the water supply unit An irradiation unit for generating hydrogen from water supplied from
A supply amount adjusting unit for adjusting the amount of water supplied from the water supply unit;
With
By adjusting the supply amount of water to the photosensitizer by the supply amount adjustment unit, at least a part of the radicalized void structure used for the generation of hydrogen is void structure without being decomposed. The hydrogen generating device is characterized in that it is activated by a pulsed electromagnetic wave from the irradiation unit and becomes a radicalized void structure again.
前記ボイド構造体が、Ca12Al14O33を含むマイエナイトであることを特徴とする水素生成装置。 The hydrogen generator according to claim 1,
The hydrogen generating apparatus, wherein the void structure is mayenite containing Ca 12 Al 14 O 33 .
前記照射部からのパルス電磁波による前記ボイド構造体の活性化において、電子雪崩が発生することを特徴とする水素生成装置。 The hydrogen generator according to claim 1 or 2,
An electron avalanche occurs in the activation of the void structure by a pulsed electromagnetic wave from the irradiation unit.
光増感剤と、
前記光増感剤に水を供給する水供給部と、
前記光増感剤を含む所定空間または前記光増感剤上の所定領域にパルス電磁波を照射して前記光増感剤を活性化させることにより、前記水供給部から供給された水から水素を生成する照射部と、
を備え、
前記照射部からのパルス電磁波による前記光増感剤の活性化において、電子雪崩が発生することを特徴とする水素生成装置。 A hydrogen generator,
A photosensitizer,
A water supply unit for supplying water to the photosensitizer;
By irradiating pulsed electromagnetic waves to a predetermined space containing the photosensitizer or a predetermined area on the photosensitizer to activate the photosensitizer, hydrogen is supplied from water supplied from the water supply unit. An irradiator to generate;
With
An electron avalanche occurs in activation of the photosensitizer by pulsed electromagnetic waves from the irradiation unit.
前記水供給部から供給された水を貯留する水貯留部をさらに備え、
前記光増感剤が粒状であり、前記水貯留部内の水中に分散していることを特徴とする水素生成装置。 The hydrogen generator according to claim 4, wherein
A water storage part for storing the water supplied from the water supply part;
The hydrogen generating apparatus, wherein the photosensitizer is granular and dispersed in water in the water reservoir.
前記水供給部から前記光増感剤に供給される水がミスト状または気体状であることを特徴とする水素生成装置。 The hydrogen generator according to any one of claims 1 to 4,
The hydrogen generator supplied to the photosensitizer from the water supply unit is in the form of mist or gas.
前記水供給部から前記光増感剤に供給される水が固体状であることを特徴とする水素生成装置。 The hydrogen generator according to any one of claims 1 to 4,
The hydrogen generator is characterized in that the water supplied from the water supply unit to the photosensitizer is solid.
前記照射部が、パルス電磁波を2次元または3次元に走査するスキャナであることを特徴とする水素生成装置。 The hydrogen generator according to any one of claims 1 to 7,
The hydrogen generating apparatus, wherein the irradiation unit is a scanner that scans a pulsed electromagnetic wave two-dimensionally or three-dimensionally.
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