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JP2018095530A - Hydrogen generator - Google Patents

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JP2018095530A
JP2018095530A JP2016243450A JP2016243450A JP2018095530A JP 2018095530 A JP2018095530 A JP 2018095530A JP 2016243450 A JP2016243450 A JP 2016243450A JP 2016243450 A JP2016243450 A JP 2016243450A JP 2018095530 A JP2018095530 A JP 2018095530A
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JP
Japan
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photosensitizer
water
hydrogen
void structure
unit
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Pending
Application number
JP2016243450A
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Japanese (ja)
Inventor
平尾 一之
Kazuyuki Hirao
一之 平尾
厚志 水沢
Atsushi Mizusawa
厚志 水沢
石坂 整
Hitoshi Ishizaka
整 石坂
恵美 庄野
Emi Shono
恵美 庄野
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Haifc Co Ltd
Kyoto University NUC
Kanadevia Corp
Original Assignee
Haifc Co Ltd
Hitachi Zosen Corp
Kyoto University NUC
Hitachi Shipbuilding and Engineering Co Ltd
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Publication date
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Priority to PCT/JP2017/044927 priority patent/WO2018110651A1/en
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    • B01J23/02Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the alkali- or alkaline earth metals or beryllium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/04Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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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 patent document 1, the manufacturing method of hydrogen which does not use ammonia is proposed. In the manufacturing method, cataite and hydrogen are produced by introducing mayenite and calcium hydroxide into water and reacting with water. Patent Document 2 proposes a method of regenerating mayenite and calcium hydroxide by calcining katoite produced together with hydrogen by the above production method at 300 ° C to 500 ° C.

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.

特開2013−203587号公報JP2013-203588A 特開2013−203589号公報JP2013-203589A 特開2006−306667号公報JP 2006-306667 A

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 Patent Document 1 and Patent Document 2, since mayenite is decomposed into katoite during hydrogen generation, a process of firing katoite to regenerate mayenite is necessary. Therefore, there is a limit to improving the efficiency of hydrogen generation.

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 claim 1 is a hydrogen generator, a photosensitizer comprising a void structure having a plurality of voids capable of taking in ions, atoms, molecules or electrons, and water in the photosensitizer. Irradiate a predetermined space including the photosensitizer or a predetermined region on the photosensitizer with a pulsed electromagnetic wave to activate the void structure to generate a radicalized void structure An irradiation unit that generates hydrogen from the water supplied from the water supply unit, and a supply amount adjustment unit that adjusts the supply amount of water from the water supply unit, and the supply amount adjustment unit By adjusting the amount of water supplied to the photosensitizer, at least a part of the radicalized void structure used to generate the hydrogen returns to the void structure without being decomposed, and the irradiation unit Of pulsed electromagnetic waves Again become radicalized void structure and sex of.

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、Ca12Al1433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 claim 1, wherein the void structure, a mayenite containing Ca 12 Al 14 O 33.

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 claim 1 or 2, wherein an electron avalanche occurs in the activation of the void structure by the pulse electromagnetic wave from the irradiation unit.

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 claims 1 to 7, wherein the irradiation unit is a scanner that scans a pulse electromagnetic wave two-dimensionally or three-dimensionally.

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.

第1の実施の形態に係る水素生成装置の構成を示す図である。It is a figure showing the composition of the hydrogen generator concerning a 1st embodiment. 第2の実施の形態に係る水素生成装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the hydrogen generator based on 2nd Embodiment.

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(H)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 hydrogen generator 1 according to a first embodiment of the present invention. The hydrogen generator 1 is an apparatus that decomposes water to generate hydrogen (H 2 ). The hydrogen generator 1 includes a photosensitizer 11, a water supply unit 12, an irradiation unit 13, a supply amount adjustment unit 14, and a photosensitizer storage unit 15.

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 photosensitizer 11 is accommodated in the internal space of the photosensitizer accommodating portion 15. In the example shown in FIG. 1, the photosensitizer 11 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and is placed on the bottom surface of the photosensitizer accommodating portion 15. The photosensitizer 11 is preferably a porous member. Note that the structure, size, and shape of the photosensitizer 11 may be variously changed.

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、Ca12Al1433(12CaO・7Al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、Ca12Al1433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 photosensitizer 11 includes a void structure. The void structure is a crystal structure having a plurality of voids (also referred to as cages) that can take in ions, atoms, molecules, or electrons. In the void structure, the plurality of voids are connected, for example, three-dimensionally. The void structure contained in the photosensitizer 11 is, for example, mayenite. Mayenite is a compound having a crystal structure in which voids having a diameter of about 0.4 nm (nanometers) are three-dimensionally connected (that is, a mayenite type crystal structure), and is also called a mayenite type compound. The mayenite is, for example, a composite oxide containing at least one of calcium element (Ca) and aluminum element (Al). Specifically, the mayenite is a compound mainly containing Ca 12 Al 14 O 33 (also expressed as 12CaO · 7Al 2 O 3 ). In other words, mayenite has Ca 12 Al 14 O 33 as a representative composition. The molar ratio of calcium and aluminum in the mayenite is preferably 13:12 to 11:16. In the mayenite, some of the calcium atoms and aluminum atoms may be substituted with other atoms. Further, some or all of the free oxygen ions in the void may be substituted with other anions.

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 water supply unit 12 supplies water to the photosensitizer 11 in the photosensitizer storage unit 15. The water supplied from the water supply unit 12 is, for example, ion exchange water. In the example illustrated in FIG. 1, the water supply unit 12 is disposed on the top of the photosensitizer housing unit 15 and supplies mist-like water to the upper surface of the photosensitizer 11. In FIG. 1, the outline of the mist-like water injected from the water supply part 12 is shown with a broken line. The supply amount adjustment unit 14 adjusts the supply amount of water supplied from the water supply unit 12 to the photosensitizer 11 in the photosensitizer storage unit 15 (that is, the amount of water supplied per unit time). To do. The supply amount adjustment unit 14 adjusts the supply amount of water from the water supply unit 12 based on characteristics such as the material, size, and shape of the photosensitizer 11. Specifically, the supply amount adjusting unit 14 adjusts the water amount so that the amount of water supplied from the water supply unit 12 is equal to the supply amount that is predetermined according to the characteristics of the photosensitizer 11. The supply unit 12 is controlled.

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 irradiation unit 13 irradiates a predetermined region on the photosensitizer 11 with a pulse laser beam substantially in a planar shape. In the example shown in FIG. 1, the irradiation unit 13 irradiates the upper surface of the photosensitizer 11 with pulsed laser light. The irradiation unit 13 is, for example, a scanner that scans a pulsed laser beam two-dimensionally on the photosensitizer 11. As the irradiation unit 13, for example, a biaxial galvano scanner is used.

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 irradiation unit 13 includes a laser light source 131, a reflection unit 132, and a reflection control unit 133. The laser light source 131 emits pulsed laser light toward the reflection unit 132. As the laser light source 131, for example, a femtosecond laser device or a picosecond laser device is used. The reflection unit 132 includes two mirrors 134 and two motors 135. The pulsed laser light from the laser light source 131 is reflected by the two mirrors 134 of the reflecting portion 132 and guided to the photosensitizer 11. The two motors 135 are controlled by the reflection control unit 133 and change the angles of the two mirrors 134 independently of each other. As a result, the pulse laser beam from the laser light source 131 is scanned two-dimensionally on the photosensitizer 11. In the hydrogen generator 1, for example, about 2000 positions on the photosensitizer 11 are irradiated with pulsed laser light per second.

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(O)を生成する。 By irradiating the photosensitizer 11 with pulsed laser light, the above-described void structure contained in the photosensitizer 11 is activated (that is, electrons in the void structure are excited), and a radicalized void structure is formed. Is generated. At this time, the electrons excited by the pulse laser beam pump up other electrons in a chain. That is, an electron avalanche (Avalanche phenomenon) occurs in the activation of the void structure by the pulse laser beam. The radicalized void structure decomposes the water supplied to the photosensitizer 11 from the water supply unit 12 to generate hydrogen and oxygen (O 2 ).

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 Equation 1, the radicalized mayenite decomposes water supplied to the photosensitizer 11 to generate hydrogen and oxygen. The generated hydrogen and oxygen are separated by, for example, the separation unit 16 and sent to the hydrogen storage unit 171 and the oxygen storage unit 172, respectively, to be stored.

Figure 2018095530
Figure 2018095530

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(CaAl(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 hydrogen generator 1, the amount of water supplied to the photosensitizer 11 is adjusted by the supply amount adjusting unit 14. The photosensitizer 11 is continuously irradiated with pulsed laser light from the irradiation unit 13. As a result, the radicalized mayenite used for the generation of hydrogen returns to mayenite without being decomposed to cathoite (Ca 3 Al 2 (OH) 12 ), which is a precursor of mayenite. It is activated by the pulse laser beam from the part 13 and becomes radicalized mayenite again.

Figure 2018095530
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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 hydrogen generator 1, the mayenite that has been used to generate hydrogen and is no longer in the activated state is reactivated by the pulsed laser light and returned to the radicalized mayenite before being decomposed to katoite. . Thereby, mayenite can be repeatedly utilized for the production | generation of hydrogen.

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 hydrogen generator 1, a part of the radicalized mayenite used for generating hydrogen may be decomposed to cataite. Even in this case, as described above, mayenite can be repeatedly used for the production of hydrogen.

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 photosensitizer 11 is porous, the light from the irradiation unit 13 is diffusely reflected in the pores of the photosensitizer 11, thereby causing the inside of the pores of the photosensitizer 11. Is irradiated over a wide area. Accordingly, since the mayenite that forms the pores is also radicalized, the water supplied into the pores is also decomposed to generate hydrogen.

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 photosensitizer 11 is 6 mol or less with respect to 1 mol of radicalized mayenite. It is preferable. In other words, the amount of water supplied to the photosensitizer 11 is such that N radicals (N is an integer of, for example, 6 or more and 12 or less) are generated in 1 mole of radicalized mayenite in contact with water. When it exists, it is preferable that it is N / 2 mol or less with respect to the said 1 mol radicalized mayenite. Thereby, decomposition | disassembly of mayenite can be prevented or suppressed.

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(CHCH)3NH)K1.35[V(PO ]・xHO、または、(CS[V(PO]・xHOを含むものであってもよい。 The void structure contained in the photosensitizer 11 may be other than mayenite. For example, the void structure includes [HN (CH 2 CH 2 ) 3 NH) K 1.35 [V 5 O 9 (PO 4 ) 2 ] · xH 2 O, or (CS 3 [V 5 O 9 (PO 4). ) 2 ] · xH 2 O may be included.

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 hydrogen generator 1 includes the photosensitizer 11, the water supply unit 12, the irradiation unit 13, and the supply amount adjustment unit 14. The photosensitizer 11 includes a void structure. The void structure has a plurality of voids that can take in ions, atoms, molecules, or electrons. The water supply unit 12 supplies water to the photosensitizer 11. 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.

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 hydrogen generator 1, an electron avalanche occurs when the void structure is activated by the pulse laser beam from the irradiation unit 13. Thereby, in a void structure, multiphoton absorption and / or multielectron excitation can be generated, and the quantum yield in the photosensitizer 11 can be increased. As a result, hydrogen can be generated more efficiently. In the hydrogen generator 1, it is not always necessary to generate an electronic avalanche when the void structure is activated.

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 hydrogen generator 1, the water supplied from the water supply unit 12 to the photosensitizer 11 is mist. Thereby, the contact area of the photosensitizer 11 and water can be increased. As a result, hydrogen can be generated more efficiently.

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 hydrogen generator 1, the water supplied from the water supply unit 12 is not limited to a mist shape, and may be, for example, a droplet shape or a liquid column shape. The water supplied from the water supply unit 12 is not limited to a liquid state, and may be a gaseous state (that is, water vapor) or a solid state (that is, ice). When the water supplied from the water supply unit 12 is gaseous, the contact area between the photosensitizer 11 and water can be increased in substantially the same manner as when the water is mist. As a result, hydrogen can be generated more efficiently. When the water supplied from the water supply unit 12 is solid, for example, fine granular ice may be supplied from the water supply unit 12 to the photosensitizer 11. Since the water supplied to the photosensitizer 11 from the water supply unit 12 is solid, the photosensitizer 11 can be maintained at a relatively low temperature. Thereby, the void structure (in the above example, mayenite) can be activated efficiently by the pulse laser beam. Furthermore, decomposition of the void structure can be suppressed.

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 photosensitizer 11 is porous. Thereby, not only on the surface of the photosensitizer 11 but also inside the photosensitizer 11, the water and the photosensitizer 11 come into contact with each other, and the pulse laser beam is applied to the photosensitizer 11 in contact with the water. Is irradiated. As a result, since hydrogen is also generated inside the photosensitizer 11, hydrogen can be generated more efficiently.

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 hydrogen generator 1, the irradiation unit 13 is a scanner that scans the pulsed laser beam two-dimensionally. Thereby, it is possible to easily irradiate a predetermined region on the photosensitizer 11 with pulsed laser light. The irradiation region of the pulse laser beam on the surface of the photosensitizer 11 (in the example shown in FIG. 1, the irradiation region in plan view) preferably includes the entire water supply region on the surface of the photosensitizer 11. . Thereby, the water supplied to the photosensitizer 11 can be efficiently used for hydrogen generation.

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 hydrogen generator 1, the irradiation unit 13 may be a scanner that three-dimensionally scans the pulsed laser light on the photosensitizer 11. As the irradiation unit 13, for example, a 3D galvano scanner is used, and pulsed laser light is irradiated onto the photosensitizer 11 in a substantially three-dimensional shape. Thereby, it is possible to easily irradiate a predetermined region on the photosensitizer 11 with pulsed laser light.

上述のように、ボイド構造体は、Ca12Al1433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(Al)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 hydrogen generator 1 can be reduced. Further, even when a part of mayenite is decomposed into katoite with the generation of hydrogen, new mayenite can be supplied to the photosensitizer housing 15 at a relatively low cost. Therefore, the running cost of the hydrogen generator 1 can be reduced.

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 hydrogen generator 1, the pulsed laser light from the irradiation unit 13 does not necessarily have to be applied to a predetermined area on the photosensitizer 11, and may be applied to a predetermined space including the photosensitizer 11. For example, the pulse laser beam from the irradiation unit 13 may be irradiated in a substantially planar or three-dimensional manner on a region that is larger than the photosensitizer 11 and that includes the entire photosensitizer 11. Thus, even when the pulse laser beam is irradiated to the predetermined space containing the photosensitizer 11, the radicalized void structure used for generating hydrogen is not decomposed to the extent that it is decomposed as described above. By adjusting the supply amount of the void structure, the void structure can be repeatedly used for generating hydrogen. As a result, hydrogen can be generated efficiently.

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 hydrogen generator 1 may be used for various purposes. For example, hydrogen and oxygen stored in the hydrogen storage unit 171 and the oxygen storage unit 172 are supplied to the fuel cell and used for power generation in the fuel cell. Water generated from hydrogen and oxygen in the fuel cell is returned to the hydrogen generator 1 and supplied from the water supply unit 12 to the photosensitizer 11. Thereby, as shown in Formula 3, since the photosensitizer 11 and water can be circulated and reused for hydrogen generation, hydrogen can be generated more efficiently.

Figure 2018095530
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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 hydrogen generator 1 shown in FIG. 1 except that the photosensitizer 11a has a different shape and the supply amount adjusting unit 14 is omitted. . In the following description, among the configurations of the hydrogen generator 1a, configurations corresponding to the configurations of the hydrogen generator 1 shown in FIG.

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 water supply unit 12 is stored inside the photosensitizer storage unit 15. That is, the photosensitizer storage unit 15 is a water storage unit that stores the water supplied from the water supply unit 12. Further, the granular photosensitizer 11 a is dispersed in the water in the photosensitizer accommodating portion 15. The photosensitizer 11a is an assembly of a plurality of relatively small sensitizer particles 111. The sensitizer particle 111 is, for example, substantially spherical. In FIG. 2, the sensitizer particles 111 are drawn larger than the actual size, and the density of the sensitizer particles 111 in water is drawn lower than the actual density. The size and shape of the sensitizer particle 111 and the structure, size and shape of the photosensitizer 11a may be variously changed.

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(TiO)または酸化タングステン(WO)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 photosensitizer 11a is not limited to the void structure, and may be formed of various materials. For example, the photosensitizer 11a may be formed of a general photocatalytic material such as titanium oxide (TiO 2 ) or tungsten oxide (WO 3 ). The photosensitizer 11a is, for example, metal, metal nitride, metal phosphide, metal arsenide, metal oxide, metal hydroxide, metal sulfide, metal fluoride, metal chloride, metal bromide, metal iodide. Among the organometallic compounds, at least one kind may be included.

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 irradiation unit 13 toward the water in the photosensitizer housing unit 15, and the pulse laser beam is substantially emitted into a predetermined space including the granular photosensitizer 11a. Irradiation is planar or solid. Thereby, the photosensitizer 11a is activated (that is, the electrons of the photosensitizer 11a are excited), and other electrons are pumped up in a chain. That is, an electron avalanche occurs in the activation of the photosensitizer 11a by the pulse laser beam. The activated photosensitizer 11a decomposes the water supplied to the photosensitizer 11a from the water supply unit 12 to generate hydrogen and oxygen. The generated hydrogen and oxygen are separated by, for example, the separation unit 16 and sent to the hydrogen storage unit 171 and the oxygen storage unit 172, respectively, to be stored. When the water in the photosensitizer housing 15 decreases due to the generation of hydrogen, water is supplied from the water supply unit 12 into the photosensitizer housing 15.

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 photosensitizer 11a, the water supply unit 12, and the irradiation unit 13. The water supply unit 12 supplies water to the photosensitizer 11a. The irradiation unit 13 generates hydrogen from the water supplied from the water supply unit 12 by irradiating a predetermined space including the photosensitizer 11a with pulsed laser light to activate the photosensitizer 11a. In the hydrogen generator 1a, an electron avalanche occurs when the photosensitizer 11a is activated by the pulse laser beam from the irradiation unit 13. Thereby, in the photosensitizer 11a, multiphoton absorption and / or multielectron excitation can be generated, and the quantum yield in the photosensitizer 11a can be increased. As a result, hydrogen can be generated efficiently.

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 photosensitizer storage unit 15 that is a water storage unit that stores the water supplied from the water supply unit 12. The photosensitizer 11a is granular and is dispersed in water in the photosensitizer accommodating portion 15. Thereby, the contact area of the photosensitizer 11a and water can be increased. As a result, hydrogen can be generated more efficiently.

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 irradiation unit 13 is a scanner that scans a pulsed laser beam two-dimensionally or three-dimensionally. Thereby, it is possible to easily irradiate a predetermined space including the photosensitizer 11a with pulsed laser light.

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 irradiation unit 13 does not necessarily have to be applied to a predetermined space including the photosensitizer 11a, and may be applied to a predetermined region on the photosensitizer 11a. For example, instead of the granular photosensitizer 11a, a relatively large substantially rectangular parallelepiped photosensitizer 11a is disposed in the water stored in the photosensitizer accommodating portion 15, and the upper surface of the photosensitizer 11a is arranged. The predetermined region may be irradiated with pulsed laser light in a substantially planar or three-dimensional manner. As described above, even when the pulse laser beam is applied to a predetermined region on the photosensitizer 11a, an electron avalanche is generated in the activation of the photosensitizer 11a by the pulse laser beam as described above. Thereby, the quantum yield in the photosensitizer 11a can be increased. As a result, hydrogen can be generated efficiently.

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 photosensitizer 11a does not necessarily need to be placed in water, and it is not necessary to store water in the photosensitizer storage unit 15. For example, the photosensitizer 11a having a granular shape, a substantially rectangular parallelepiped shape, or another shape is placed on the bottom of the photosensitizer housing 15 where no water is stored, and the water supply unit 12 applies the photosensitizer 11a to the photosensitizer 11a. Mist water may be supplied. By supplying mist-like water, the contact area between the photosensitizer 11a and water can be increased. As a result, hydrogen can be generated efficiently. Alternatively, instead of mist-like water, solid water (for example, fine granular ice) may be supplied to the photosensitizer 11a. Thereby, the photosensitizer 11a can be maintained at a low temperature, and the photosensitizer 11a can be efficiently activated by the pulse laser beam.

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 hydrogen generators 1 and 1a.

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 irradiation unit 13 is not limited to a galvano scanner, and may be another scanner that scans a pulse laser beam two-dimensionally or three-dimensionally on the photosensitizers 11 and 11a. Moreover, the structure of the irradiation part 13 may be variously changed if the photosensitizers 11 and 11a can be effectively irradiated with the pulse laser light in a planar shape or a three-dimensional shape.

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 photosensitizers 11 and 11a by the water supply unit 12 may be variously changed. For example, before the photosensitizers 11 and 11a are irradiated with pulsed laser light, water is supplied in advance from the water supply unit 12 to the porous photosensitizers 11 and 11a, and water is contained therein. By cooling the photosensitizers 11 and 11a, the photosensitizers 11 and 11a having solid water (that is, ice) inside and on the surface are prepared. Then, hydrogen may be generated by irradiating the photosensitizers 11 and 11a with pulsed laser light from the irradiation unit 13. In the hydrogen generators 1, 1 a, water from the water supply unit 12 is supplied to at least one of the surface and the inside of the photosensitizers 11, 11 a, and the state of the water is gaseous, liquid (mist-like) Or a solid form.

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 water supply unit 12 is not limited to ion exchange water. The water supplied from the water supply unit 12 to the photosensitizers 11 and 11a is, for example, at least one of ion exchange water, distilled water, purified water, tap water, industrial water, well water, river water, and seawater. May be included. Moreover, the water simple substance may be supplied from the water supply part 12 to the photosensitizers 11 and 11a as mentioned above, and the raw material containing water may be supplied. The raw material may be gaseous, liquid, or solid.

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 photosensitizers 11 and 11a from the irradiation unit 13 in the hydrogen generators 1 and 1a may be a pulsed electromagnetic wave, and is not limited to pulsed laser light. The wavelength of the pulse electromagnetic wave irradiated from the irradiation part 13 is 190 nm or more and 3000 nm or less, for example. In the hydrogen generators 1 and 1a, by irradiating the photosensitizers 11 and 11a with the pulse electromagnetic waves from the irradiation unit 13, hydrogen can be efficiently generated as described above.

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 SYMBOLS 1,1a Hydrogen generator 11, 11a Photosensitizer 12 Water supply part 13 Irradiation part 14 Supply amount adjustment part 15 Photosensitizer storage part

Claims (8)

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.
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、Ca12Al1433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 .
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.
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.
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.
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.
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.
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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