氫生成設(shè)備、氫生成器件以及使用這些的能量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種將多個(gè)氫生成單元以具有高低差的位置關(guān)系來配置，并且，從電解液的流動(dòng)來看串聯(lián)連接，從而同時(shí)解決生成的氫與氧的混合、由于氣泡向電極表面的附著而導(dǎo)致的極化以及電解液的水壓的課題的氫生成設(shè)備、氫生成器件以及使用這些的能量系統(tǒng)。氫生成設(shè)備將構(gòu)成上述設(shè)備的多個(gè)氫生成單元之間的電解液流路分別設(shè)置在氫生成側(cè)與氧生成側(cè)。此外，在多個(gè)氫生成單元之間，從上向下形成流過電解液的電解液流路，另一方面，在各氫生成單元內(nèi)，從下向上形成流過電解液的電解液流路。進(jìn)一步地，在上述電解液流路的路徑中，設(shè)置與生成氣體或大氣的接觸點(diǎn)。
【專利說明】氫生成設(shè)備、氫生成器件以及使用這些的能量系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過使用光來將水分解為氫和氧從而得到氫的氫生成設(shè)備、氫生成器件以及使用這些的能量系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]以往，作為起到光催化劑作用的半導(dǎo)體材料的利用方法，已知有通過向半導(dǎo)體材料照射光，從而分解水來生成氫或者生成電能(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。
[0003]專利文獻(xiàn)I中，公開了具有將從太陽光得到的光能轉(zhuǎn)換為氫能的功能的光電解水裝置。該光電解水裝置由多層的多個(gè)光電解水單元構(gòu)成。
[0004]各個(gè)光電解水單元具有外圍部分被由透明的玻璃板或者合成樹脂板構(gòu)成的外壁圍起的箱狀的外殼，從水平狀態(tài)傾斜任意的角度而配置。電解液被收容在光電解水單元內(nèi)的下部，此外，在厚度方向中央，設(shè)置有將光電解水單元內(nèi)劃分為2個(gè)空間的隔壁。該隔壁是被配置在上部側(cè)的氣體分離膜與被配置在下部側(cè)的光電解水電極膜接合體接合為一體而成的部件，起到將生成氫與生成氧分離的作用。
[0005]在光電解水電極膜接合體，在被配置在厚度方向中央部的離子傳導(dǎo)膜即Naf1n膜的兩面，分別形成光催化劑電極與鉬反電極。在該光電解水電極膜接合體中，通過太陽光的照射而發(fā)生光電解水，從光催化劑電極生成氧，從鉬反電極生成氫。此外，在隔壁的下端，形成矩形形狀的貫通孔，電解液能夠經(jīng)由該貫通孔而在光電解水單元內(nèi)流通。
[0006]并且，在光電解水單元的外壁，形成俯視矩形形狀的流通孔，設(shè)置有能夠自由改變?cè)摿魍椎拈_口面積的可動(dòng)壁。該可動(dòng)壁被構(gòu)成為沿著外壁的高度方向(長(zhǎng)邊方向)滑動(dòng)自如，若向上方移動(dòng)，則開口部分的開口面積變小，若向下方移動(dòng)，則開口面積變大。這里，光電解水電極膜接合體的上端與可動(dòng)壁的上端被配置在大致相同的高度位置。
[0007]此外，從光電解水電極膜接合體的上端向光電解水單元的外壁下降的垂線的腳部與流通孔的下端位置一致。因此，光電解水單元內(nèi)的電解液的液面高度與光電解水電極膜接合體的上端以及可動(dòng)壁的上端的高度大致一致。并且，在光電解水單元的外壁設(shè)置流通孔，在相鄰的光電解水單元之間，構(gòu)成為電解液能夠經(jīng)由流通孔流通。
[0008]因此，若從電解液的流動(dòng)的觀點(diǎn)來看，在各光電解水單元中，從上游側(cè)的流通孔流入的電解液經(jīng)由貫通孔，從下游側(cè)的流通孔流出。通過從電解液的流動(dòng)來看將該光電解水單元串聯(lián)連接，從而能夠進(jìn)行所有的光電解水單元中的電解液的提供以及排出。
[0009]但是，在該光電解水裝置的情況下，各光電解水單元的光催化劑電極側(cè)的空間與在上游側(cè)與該光電解單元相鄰的光電解水單元的鉬反電極側(cè)的空間，通過流通孔來連結(jié)。同樣地，各光電解水單元的鉬反電極側(cè)的空間與在下游側(cè)與該光電解單元相鄰的光電解水單元的光催化劑電極側(cè)的空間，通過流通孔來連結(jié)。
[0010]因此，在各光電解水單元中生成的氫與氧容易經(jīng)由流通孔而混合。此外，在光催化劑電極表面生成的氧氣泡的一部分被電解液驅(qū)使，越過貫通孔，混入鉬反電極側(cè)的空間，與在鉬反電極表面生成的氫氣泡混合。
[0011]也就是說，在該光電解水裝置中，盡管在其結(jié)構(gòu)上，氫與氧的生成位置不同，但仍然不能進(jìn)行氫與氧的分離收集。
[0012]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0013]專利文獻(xiàn)
[0014]專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-75097號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]解決課題的手段
[0016]本發(fā)明涉及的氫生成設(shè)備具備多個(gè)氫生成單元，各氫生成單元具有:框體，其包含具有透光性的面；隔離板，其將框體內(nèi)部的空間分為氫側(cè)空間以及氧側(cè)空間；反電極，其被配置在氫側(cè)空間內(nèi)；光半導(dǎo)體電極，其被配置在氧側(cè)空間內(nèi)，形成在導(dǎo)電性基板上；電連接部，其將光半導(dǎo)體電極與反電極之間連接；電解液，其在氫側(cè)空間內(nèi)以及氧側(cè)空間內(nèi)包含水；氫側(cè)電解液提供孔，其在氫側(cè)空間底部貫通框體，向氫側(cè)空間內(nèi)提供電解液；氧側(cè)電解液提供孔，其在氧側(cè)空間底部貫通框體，向氧側(cè)空間內(nèi)提供電解液；氫側(cè)氣液分支管，其氣液的導(dǎo)入口貫通與氫側(cè)空間相接的框體，并且，被配置在比反電極的最上部高的位置；和氧側(cè)氣液分支管，其氣液的導(dǎo)入口貫通與氧側(cè)空間相接的框體，并且，被配置在比光半導(dǎo)體電極的最上部高的位置。
[0017]進(jìn)一步地，具備:電解液儲(chǔ)藏部，其將電解液向氫生成單元送出，以及從氫生成單元回收電解液；從電解液儲(chǔ)藏部延伸出，與被配置在最高位置的氫生成單元的氫側(cè)電解液提供孔連接的氫側(cè)電解液提供管、以及與氧側(cè)電解液提供孔連接的氧側(cè)電解液提供管；氫側(cè)電解液流通管，其從除了被配置在最低位置的氫生成單元以外的各氫生成單元的氫側(cè)氣液分支管的液體排出口延伸出，與氫生成單元的下側(cè)相鄰的氫生成單元的氫側(cè)電解液提供孔連接；氧側(cè)電解液流通管，其從除了被配置在最低位置的氫生成單元以外的各氫生成單元的氧側(cè)氣液分支管的液體排出口延伸出，與氫生成單元的下側(cè)相鄰的氫生成單元的氧側(cè)電解液提供孔連接；氫側(cè)電解液回收管，其從被配置在最低位置的氫生成單元的氫側(cè)氣液分支管的液體排出口延伸出，與電解液儲(chǔ)藏部連接；和氧側(cè)電解液回收管，其從被配置在最低位置的氫生成單元的氧側(cè)氣液分支管的液體排出口延伸出，與電解液儲(chǔ)藏部連接。
[0018]發(fā)明效果
[0019]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過向多個(gè)氫生成單元的光半導(dǎo)體電極照射光，從而分解水來生成氫。
[0020]根據(jù)本發(fā)明涉及的氫生成設(shè)備、氫生成器件以及使用這些的能量系統(tǒng)，能夠解決與多個(gè)氫生成單元中的氫與氧的分離收集相關(guān)的上述課題，并且對(duì)于相互具有高低差的多個(gè)氫生成單元，也能夠解決串聯(lián)流通電解液時(shí)產(chǎn)生的課題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的氫生成單元的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0022]圖2是從氫側(cè)空間側(cè)來觀察本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的氫生成單元的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0023]圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的氫生成設(shè)備的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0024]圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的氫生成設(shè)備的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0025]圖5A是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的氫生成器件的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0026]圖5B是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的氫生成器件的其它結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0027]圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的能量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0028]圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4涉及的能量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029](作為發(fā)明的基礎(chǔ)的見解)
[0030]在專利文獻(xiàn)I中公開的光電解水裝置的情況下，多個(gè)光電解水單元以具有高低差的位置關(guān)系而配置。實(shí)用方面，在將由多個(gè)光電解水單元構(gòu)成的光電解水裝置配置在某個(gè)場(chǎng)所的情況下，以具有高低差的位置關(guān)系來配置多個(gè)光電解水單元是不可避免的。換言之，將全部的光電解水單元在水平方向上配置為一列是不現(xiàn)實(shí)的。
[0031]其次，在專利文獻(xiàn)I的光電解水裝置中，電解液向各光電解水單元的提供是通過在相鄰的上游側(cè)(位置高的一側(cè))的光電解水單元溢出的電解液經(jīng)由流通孔向該光電解水單元流入來進(jìn)行的。同樣地，來自各光電解水單元的電解液的排出是通過在該光電解水單元溢出的電解液經(jīng)由流通孔向相鄰接的下游側(cè)(位置低的一側(cè))的光電解水單元流出來進(jìn)行的。
[0032]通過采用這種機(jī)構(gòu)，將由具有高低差的位置關(guān)系的光電解水單元配置而得到的勢(shì)能作為驅(qū)動(dòng)力，電解液串聯(lián)地流過全部的光電解水單元。
[0033]然而，在該光電解水裝置的情況下，在各光電解水單元中，電解液溢出的是鉬反電極側(cè)的空間，溢出的電解液流入的是光催化劑電極側(cè)的空間。
[0034]換言之，在相鄰的光電解水單元之間，電解液經(jīng)由流通孔，從氫產(chǎn)生側(cè)的空間流入氧產(chǎn)生側(cè)的空間。此時(shí)，由于不僅電解液，在各光電解水單元中生成的氫和氧也經(jīng)由流通孔移動(dòng)，因此氫和氧混合。
[0035]此外，即使在同一光電解水單元內(nèi)，在光催化劑電極表面生成的氧氣泡的一部分被電解液驅(qū)使而穿越貫通孔，混入鉬反電極側(cè)(氫產(chǎn)生側(cè))的空間。
[0036]也就是說，在該光電解水裝置中，盡管在其結(jié)構(gòu)上，氫與氧的生成位置不同，但仍然不能進(jìn)行氫與氧的分離收集。
[0037]若生成的氫與氧混合，則為了利用氫，需要增加氫分離膜等分離機(jī)構(gòu)，制造/運(yùn)用成本方面成為課題。此外，由于氫與氧的混合氣體非常容易爆炸，因此安全方面也成為課題。
[0038]為了解決該氫與氧的混合這一課題，考慮有以下方法:在被配置在不同高度的多個(gè)光電解水單元之間，分離為僅將鉬反電極側(cè)的空間串聯(lián)連接的電解液流路、和僅將光催化劑電極側(cè)的空間串聯(lián)連接的電解液流路。
[0039]但是，單純地將各個(gè)空間串聯(lián)連接是不行的。由于串聯(lián)連接的方式，會(huì)產(chǎn)生下面敘述的其它課題。
[0040]作為串聯(lián)連接的一個(gè)方式，在專利文獻(xiàn)I中公開的光電解水裝置中，考慮從各光電解水單元的鉬反電極側(cè)的空間溢出的電解液直接流入相鄰的下游側(cè)的光電解水單元的鉬反電極側(cè)的空間，并落到其電解液面上的流路。對(duì)于光催化劑電極側(cè)的空間也同樣設(shè)置。由此，生成的氫與氧的混合這一課題得以解決。
[0041]但是，在這種流路中，在電解液面附近或比其更高的位置引起空間內(nèi)的電解液的流入以及流出。因此，光電解水單元內(nèi)的電解液的流動(dòng)僅限于電解液面附近，在浸潰在電解液中的鉬反電極以及光催化劑電極表面附近幾乎沒有電解液的流動(dòng)。這樣，生成的氫以及氧氣泡分別附著在電極表面的狀態(tài)持續(xù)并引起極化，產(chǎn)生氫生成效率降低這一新的課題。
[0042]作為串聯(lián)連接的其它方式，考慮通過流通孔將各光電解水單元的鉬反電極側(cè)的空間的頂面與該光電解水單元的上側(cè)相鄰的光電解水單元的底面連接，經(jīng)由該流通孔將電解液從下側(cè)向上側(cè)驅(qū)使的流路。對(duì)于光催化劑電極側(cè)的空間也同樣設(shè)置。由此，生成的氫與氧的混合這一課題得以解決。
[0043]進(jìn)一步地，由于產(chǎn)生在鉬反電極以及光催化劑電極表面附近的電解液的流動(dòng)，生成的氫以及氧氣泡由于電解液的流動(dòng)而脫離，因此由于極化而導(dǎo)致的氫生成效率降低這一課題也得以解決。
[0044]但是，在這種流路中，成為經(jīng)由流通孔，所有的光電解水單元內(nèi)的電解液相連的狀態(tài)。這樣，某個(gè)光電解水單元全部承受由被配置在比自身高的位置的光電解水單元內(nèi)的電解液引起的水壓。因此，產(chǎn)生根據(jù)配置的高度來變更各光電解水單元的耐水壓設(shè)計(jì)的必要性。這在實(shí)用性、制造成本以及施工時(shí)的繁瑣性方面，成為新的課題。
[0045]因此，本發(fā)明鑒于上述現(xiàn)有的課題，提供一種利用基于光半導(dǎo)體的水的分解反應(yīng)來生成氫的氫生成設(shè)備、氫生成器件以及使用這些的能量系統(tǒng)。
[0046]具體來講，提供一種方法，將構(gòu)成氫生成設(shè)備的多個(gè)氫生成單元以具有高低差的位置關(guān)系來進(jìn)行配置，并且，通過從電解液的流動(dòng)來看串聯(lián)連接，從而解決關(guān)于生成的氫與氧的混合的課題，同時(shí)解決由于氣泡向電極表面的附著而導(dǎo)致的極化以及電解液的水壓的課題。
[0047]此外，為了將氫生成設(shè)備實(shí)用化，提供一種通過多個(gè)氫生成單元的連結(jié)，從而用于生成足夠量的氫的簡(jiǎn)便并且合理的氫生成單元彼此的連結(jié)部件以及連結(jié)方法。
[0048]本發(fā)明涉及的氫生成設(shè)備由以具有高低差的位置關(guān)系而配置，并且從電解液的流動(dòng)來看串聯(lián)連接的多個(gè)氫生成單元構(gòu)成。這里，通過將電解液提供孔、電解液提供管、氣液分支管、電解液流通管以及電解液回收管與所述的位置連接，從而電解液的流通具有如下的功能。
[0049]從電解液儲(chǔ)藏部送出的電解液經(jīng)由電解液提供管，首先從被配置在最高位置的氫生成單元的電解液提供孔，被提供給框體內(nèi)部。接下來，從氣液分支管溢出的電解液以重力為驅(qū)動(dòng)力，流過電解液流通管，從下側(cè)相鄰的氫生成單元的電解液提供孔被提供給框體內(nèi)部。通過重復(fù)這個(gè)過程，進(jìn)行所有的氫生成單元中的電解液的提供與排出。最后，從被配置在最低位置的氫生成單元的氣液分支管溢出的電解液通過電解液回收管，被回收到電解液儲(chǔ)藏部。
[0050]通過將這種電解液流路分別設(shè)置在框體的氫生成側(cè)、氧生成側(cè)，從而關(guān)于生成的氫與氧的混合的課題得以解決。
[0051]此外，由于電解液提供孔被配置在框體底部，氣液分支管被配置在框體上部，因此在框體內(nèi)部，產(chǎn)生從下向上的電解液的流動(dòng)。由于通過該流動(dòng)，生成的氫以及氧氣泡由于電解液的流動(dòng)而脫離，因此由于極化而導(dǎo)致的氫生成效率降低這一課題也同時(shí)得以解決。
[0052]進(jìn)一步地，由于在氣液分支管內(nèi)的至少一部分存在生成氣體，因此被配置在高位置的氫生成單元的電解液水壓不會(huì)被傳遞到被配置在低位置的氫生成單元的電解液。因此，由于多個(gè)氫生成單元內(nèi)的電解液相連而產(chǎn)生的關(guān)于所述的水壓的課題也同時(shí)得以解決。
[0053]鑒于以上幾點(diǎn)，可以說多個(gè)氫生成單元以具有高低差的位置關(guān)系而配置，并且，從電解液的流動(dòng)來看串聯(lián)連接的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作為氫生成設(shè)備是適合的。
[0054]下面，參照附圖來對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。另外，下面的實(shí)施方式是一個(gè)例子，本發(fā)明并不被限定于下面的實(shí)施方式。此外，在下面的實(shí)施方式中，存在對(duì)于同一部件賦予同一符號(hào)，并省略重復(fù)的說明的情況。
[0055]此外，下面的說明符合光半導(dǎo)體電極是η型半導(dǎo)體、是生成氧的一側(cè)，反電極是生成氫的一側(cè)的情況。因此，光半導(dǎo)體電極為P型半導(dǎo)體的情況是在符合所述的η型半導(dǎo)體的情況的說明中，通過將氫與氧調(diào)換而進(jìn)行說明的。
[0056](實(shí)施方式I)
[0057]使用圖1、圖2以及圖3，來對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式I的氫生成設(shè)備進(jìn)行說明。圖1是表示本實(shí)施方式的氫生成設(shè)備中使用的氫生成單元的結(jié)構(gòu)的示意圖，圖2是從氫側(cè)空間側(cè)來觀察本實(shí)施方式的氫生成設(shè)備中使用的氫生成單元的結(jié)構(gòu)的示意圖，圖3是表示本實(shí)施方式的氫生成設(shè)備的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0058]本實(shí)施方式的氫生成單元100至少具有被照射光39照射的面具有透光性的框體
I。按照將框體I內(nèi)部的空間分為兩個(gè)的方式，在與框體I的被照射光39照射的面幾乎平行的方向上設(shè)置有隔離板2。設(shè)置有由隔離板2隔離的氫側(cè)空間3以及氧側(cè)空間4，并且在氧側(cè)空間4內(nèi)，在與框體I的被照射光39照射的面幾乎平行的方向上設(shè)置有導(dǎo)電性基板5。在導(dǎo)電性基板5上形成光半導(dǎo)體電極6。在氫側(cè)空間3內(nèi)，設(shè)置有反電極7。電連接部8將導(dǎo)電性基板5與反電極7之間電連接。包含水的電解液9存在于氫側(cè)空間3內(nèi)以及氧側(cè)空間4內(nèi)。
[0059]若沿著被照射到氫生成單元100的照射光39的行進(jìn)方向來進(jìn)行說明，則在氫生成單元100中，從照射照射光39的一側(cè)起，依次配置具有透光性的框體I的一面、電解液9、光半導(dǎo)體電極6、導(dǎo)電性基板5、隔離板2、反電極7、電解液9、框體I的另一面。導(dǎo)電性基板5與隔離板2可以相接也可以相離。此外，反電極7與隔離板2可以相接也可以相離。隔離板2擔(dān)當(dāng)在氫側(cè)空間3內(nèi)的電解液9與氧側(cè)空間4內(nèi)的電解液9之間進(jìn)行離子交換的作用。因此，隔離板2的至少一部分與氫側(cè)空間3以及氧側(cè)空間4內(nèi)的電解液9相接。
[0060]氫側(cè)電解液提供孔10被設(shè)置成貫通框體I底部的氫側(cè)空間3側(cè)，氧側(cè)電解液提供孔11被設(shè)置成貫通框體I底部的氧側(cè)空間4側(cè)。這里，雖然氫側(cè)電解液提供孔10以及氧側(cè)電解液提供孔11優(yōu)選被設(shè)置在框體I的底部，但只要分別在氫側(cè)空間3以及氧側(cè)空間4的內(nèi)部產(chǎn)生從下向上的電解液的流動(dòng)，在反電極7以及光半導(dǎo)體電極6的表面生成的氫以及氧氣泡脫離，也可以例如在框體I的側(cè)面下方。
[0061]并且，為了在氫側(cè)空間3高效地將氫與電解液分支，在氧側(cè)空間4高效地將氧與電解液分支，而在氫側(cè)空間3設(shè)置氫側(cè)氣液分支管12，在氧側(cè)空間4設(shè)置氧側(cè)氣液分支管13。氫側(cè)氣液分支管12以及氧側(cè)氣液分支管13分別在橫、上以及下這三個(gè)方向分支,各自的分支目的地作為氣液導(dǎo)入口、氣體排出口、液體排出口而起作用。氫側(cè)氣液分支管12的橫向的一端(氣液導(dǎo)入口)被設(shè)置成貫通框體I中氫側(cè)空間3側(cè)，氧側(cè)氣液分支管13的橫向的一端(氣液導(dǎo)入口)被設(shè)置成貫通框體I中氧側(cè)空間4側(cè)。此時(shí)，氫側(cè)氣液分支管12與框體I的連接點(diǎn)被設(shè)置成為比反電極7的最上部高的位置，氧側(cè)氣液分支管13與框體I的連接點(diǎn)被設(shè)置成為比光半導(dǎo)體電極6的最上部高的位置。
[0062]接下來，對(duì)氫生成單元100的各個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體說明。
[0063]在框體I的被照射光39照射的面，使用對(duì)電解液9具有耐腐蝕性以及絕緣性，透過可見光區(qū)域的光、進(jìn)一步優(yōu)選透過包含可見光區(qū)域的周邊波長(zhǎng)在內(nèi)的光的材料。作為其材料，例如舉例有玻璃以及樹脂。對(duì)于框體I的其它面的材料，只要對(duì)于電解液9具有耐腐蝕性以及絕緣性即可，不需要具有透過光的性質(zhì)。作為其材料，除了所述的玻璃、樹脂，還可以使用對(duì)表面進(jìn)行了耐腐蝕/絕緣加工的金屬等。
[0064]隔離板2具有使電解液9中的電解質(zhì)透過，并且抑制電解液9中的氫以及氧的透過的功能。作為隔離板2的材料，例如舉例有高分子固體電解質(zhì)等固體電解質(zhì)。作為高分子固體電解質(zhì)，舉例有Naf1n等離子交換膜。
[0065]導(dǎo)電性基板5使用具有導(dǎo)電性的基板，或者將具有導(dǎo)電性的材料成膜在表面的基板。作為導(dǎo)電性基板5，例如舉例有鉬板、氧化銦錫(ITO)玻璃以及摻氟氧化錫(FTO)玻璃。
[0066]光半導(dǎo)體電極6由η型半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體形成。若光半導(dǎo)體電極6由η型半導(dǎo)體形成，則從光半導(dǎo)體電極6生成氧,從反電極7生成氫。相反地，若光半導(dǎo)體電極6是P型半導(dǎo)體，則從光半導(dǎo)體電極6生成氫，從反電極7生成氧。光半導(dǎo)體電極6需要通過光照射來激勵(lì)電子從而分解水。因此，優(yōu)選由傳導(dǎo)帶的帶邊能級(jí)在氫離子的標(biāo)準(zhǔn)還原電位即OeV(vs.NHE)以下，并且,價(jià)電子帶的帶邊能級(jí)在水的標(biāo)準(zhǔn)氧化電位即1.23eV(vs.NHE)以上的半導(dǎo)體形成。作為這種半導(dǎo)體，適當(dāng)?shù)厥褂免?、鋯、釩、鉭、鈮、鎢、鐵、銅、鋅、鎘、鎵、銦以及鍺的氧化物、氮氧化物以及氮化物、這些的復(fù)合氧化物、氮氧化物以及氮化物、向這些添加了堿金屬離子、堿土類金屬離子而得到的物質(zhì)。此外，將由傳導(dǎo)帶的帶邊能級(jí)在氫離子的標(biāo)準(zhǔn)還原電位OeV(vs.NHE)以下的物質(zhì)構(gòu)成的膜、與由價(jià)電子帶的帶邊能級(jí)在水的標(biāo)準(zhǔn)氧化電位1.23eV(vs.NHE)以上的物質(zhì)構(gòu)成的膜相互接合而成的層疊膜也被有效地使用。作為一個(gè)例子，例如適當(dāng)?shù)厥褂肳03/IT0/Si層疊膜等。
[0067]反電極7使用具有導(dǎo)電性,在光半導(dǎo)體電極6為η型半導(dǎo)體的情況下對(duì)氫生成反應(yīng)活躍，在為P型半導(dǎo)體的情況下對(duì)氧生成反應(yīng)活躍的材料。作為反電極7的材料，舉例有作為水的電解用的電極而一般被使用的碳以及貴金屬。具體來講，可以采用碳、鉬、載鉬碳、鈀、銥、釕以及鎳等。
[0068]電連接部8可以使用一般的金屬導(dǎo)線。
[0069]被裝入氫側(cè)空間3以及氧側(cè)空間4內(nèi)的電解液9是包含水的電解液即可，可以是酸性的，可以是中性的，也可以是堿性的。例如，適當(dāng)?shù)厥褂昧蛩帷Ⅺ}酸、氯化鉀、氯化鈉、硫酸鉀、硫酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉等。
[0070]氫側(cè)電解液提供孔10以及氧側(cè)電解液提供孔11使用對(duì)電解液9具有耐腐蝕性以及絕緣性的材料。
[0071]氫側(cè)氣液分支管12以及氧側(cè)氣液分支管13使用對(duì)電解液9具有耐腐蝕性以及絕緣性，并且具有在大氣壓以下的壓力下不使氫或者氧透過并不吸附的功能的材料。具體來講，可以使用玻璃、樹脂、對(duì)表面進(jìn)行了耐腐蝕/絕緣加工的金屬等。
[0072]接下來，對(duì)氫生成單元100的動(dòng)作進(jìn)行說明。
[0073]在氫生成單元100中，透過了框體I以及被裝入氧側(cè)空間4內(nèi)的電解液9的光入射到光半導(dǎo)體電極6。光半導(dǎo)體電極6吸收光并引起電子的光激勵(lì)，在光半導(dǎo)體電極6中，在傳導(dǎo)帶產(chǎn)生電子，在價(jià)電子帶產(chǎn)生空穴。此時(shí)，由于光半導(dǎo)體電極6與電解液9的接觸，在光半導(dǎo)體電極6的表面(與電解液9的界面)附近發(fā)生能帶彎曲(band bending),因此通過光照射而產(chǎn)生的空穴根據(jù)能帶彎曲，向光半導(dǎo)體電極6的表面(與電解液9的界面)側(cè)移動(dòng)。該空穴在光半導(dǎo)體電極6的表面對(duì)水分子進(jìn)行氧化并生成氧(下述化學(xué)式(I))。
[0074]另一方面，在傳導(dǎo)帶產(chǎn)生的電子向?qū)щ娦曰?側(cè)移動(dòng)。向?qū)щ娦曰?移動(dòng)的電子經(jīng)由電連接部8而向反電極7側(cè)移動(dòng)。在反電極7的內(nèi)部移動(dòng)并到達(dá)反電極7表面(與電解液9的界面)的電子在反電極7的表面對(duì)質(zhì)子進(jìn)行還原并生成氫(下述化學(xué)式(2))。
[0075]4h++2H20 — O2 ? +4Η+ (I)
[0076]4e>4H+ — 2H2 f (2)
[0077]在反電極7的表面生成的氫氣泡在被裝入氫側(cè)空間3內(nèi)的電解液9中上浮，并到達(dá)電解液9的液面上。然后，通過氫側(cè)氣液分支管12，向氫生成單元100的外部移動(dòng)。
[0078]另一方面，在光半導(dǎo)體電極6的表面生成的氧氣泡在被裝入氧側(cè)空間4內(nèi)的電解液9中上浮，并到達(dá)電解液9的液面上。然后，通過氧側(cè)氣液分支管13，向氫生成單元100的外部移動(dòng)。
[0079]隨著基于水的光分解的氫以及氧的生成的進(jìn)行，電解液9的量減少。為了補(bǔ)充該減少量，從氫側(cè)電解液提供孔10向氫側(cè)空間3提供所需量的電解液，從氧側(cè)電解液提供孔11向氧側(cè)空間4提供所需量的電解液。此外，通過過渡地提供電解液來在兩個(gè)電極表面附近制造電解液的流動(dòng)，從而能夠使附著在反電極7以及光半導(dǎo)體電極6的表面的氫以及氧氣泡脫離。在由于電解液提供而導(dǎo)致電解液面來到氫側(cè)氣液分支管12以及氧側(cè)氣液分支管13與框體I的連接點(diǎn)的上側(cè)的情況下，電解液由于重力而從氫側(cè)氣液分支管12以及氧側(cè)氣液分支管13自動(dòng)排出。
[0080]本實(shí)施方式涉及的氫生成設(shè)備300由多個(gè)氫生成單元310構(gòu)成。氫生成單元310的結(jié)構(gòu)與本實(shí)施方式中所述的氫生成單元100相同。
[0081]為了使電解液向多個(gè)氫生成單元310循環(huán)，設(shè)置具有電解液送出以及回收功能的電解液儲(chǔ)藏部14。
[0082]從電解液儲(chǔ)藏部14延伸出氫側(cè)電解液提供管15以及氧側(cè)電解液提供管16，各自的前端分別與被配置在最高位置的氫生成單元310的氫側(cè)電解液提供孔10以及氧側(cè)電解液提供孔11連接。
[0083]從除了被配置在最低位置的氫生成單元以外的各氫生成單元310的氫側(cè)氣液分支管12以及氧側(cè)氣液分支管13中向下的一端(液體排出口)，分別延伸出氫側(cè)電解液流通管17以及氧側(cè)電解液流通管18，氫側(cè)電解液流通管17以及氧側(cè)電解液流通管18分別與該氫生成單元310的下側(cè)相鄰的氫生成單元310的氫側(cè)電解液提供孔10以及氧側(cè)電解液提供孔11連接。
[0084]從被配置在最低位置的氫生成單元310的氫側(cè)氣液分支管12以及氧側(cè)氣液分支管13中向下的一端(液體排出口)，分別延伸出氫側(cè)電解液回收管19以及氧側(cè)電解液回收管20，氫側(cè)電解液回收管19以及氧側(cè)電解液回收管20分別與電解液儲(chǔ)藏部14連接。
[0085]進(jìn)一步地，為了收集以及儲(chǔ)藏在多個(gè)氫生成單元310中生成的氫，設(shè)置有氫儲(chǔ)藏部21。
[0086]從被配置在最高位置的氫生成單元310的氫側(cè)氣液分支管12中向上的一端(氣體排出口 )，延伸出氫收集管22，氫收集管22與氫儲(chǔ)藏部21連接。
[0087]從除了被配置在最高位置的氫生成單元以外的各氫生成單元310的氫側(cè)氣液分支管12中向上的一端(氣體排出口)，延伸出氫流通管23，氫流通管23與該氫生成單元310的上側(cè)相鄰的氫生成單元310的氫流通管23的路徑或氫收集管22的路徑連接。
[0088]電解液儲(chǔ)藏部14、氫側(cè)電解液提供管15、氧側(cè)電解液提供管16、氫側(cè)電解液流通管17、氧側(cè)電解液流通管18、氫側(cè)電解液回收管19以及氧側(cè)電解液回收管20由對(duì)電解液具有耐腐蝕性的材料形成。例如，可以利用玻璃、樹脂、對(duì)表面進(jìn)行了耐腐蝕/絕緣加工的金屬等。
[0089]為了在電解液儲(chǔ)藏部14中，設(shè)置向儲(chǔ)藏部?jī)?nèi)提供水以及電解質(zhì)的機(jī)構(gòu)，使得能夠適當(dāng)?shù)卣{(diào)整電解液濃度。此外，設(shè)置將所需量的電解液向氫側(cè)電解液提供管15以及氧側(cè)電解液提供管16送出的機(jī)構(gòu)、以及將電解液從氫側(cè)電解液回收管19以及氧側(cè)電解液回收管20回收的機(jī)構(gòu)。
[0090]另外，雖然在圖3中，記載了將電解液儲(chǔ)藏部14設(shè)置在最低位置的一個(gè)例子，但只要在氫生成設(shè)備300整體能夠循環(huán)電解液，其設(shè)置高度可以被適當(dāng)?shù)貨Q定。
[0091]氫儲(chǔ)藏部21、氫收集管22以及氫流通管23由具有在大氣壓以下的壓力下不使氫透過并不吸附的功能的材料形成。例如，可以利用玻璃、樹脂、金屬等。
[0092]氫儲(chǔ)藏部21具有從氫收集管22導(dǎo)入所需量的氫并儲(chǔ)藏的功能。
[0093]接下來，對(duì)氫生成設(shè)備300的動(dòng)作進(jìn)行說明。在氫生成設(shè)備300的動(dòng)作中，關(guān)于構(gòu)成其的各氫生成單元310的動(dòng)作，與在本實(shí)施方式中所述的氫生成單元100的情況相同。因此，這里，對(duì)于各氫生成單元的動(dòng)作的說明省略。
[0094]儲(chǔ)藏在電解液儲(chǔ)藏部14中的電解液通過電解液儲(chǔ)藏部14工作，所需量分別通過氫側(cè)電解液提供管15以及氧側(cè)電解液提供管16，首先從被配置在最高位置的氫生成單元310的氫側(cè)電解液提供孔10以及氧側(cè)電解液提供孔11，分別被提供給框體I的氫側(cè)空間3以及氧側(cè)空間4內(nèi)部。接下來，從氫側(cè)氣液分支管12以及氧側(cè)氣液分支管13分別排出的電解液以重力為驅(qū)動(dòng)力，分別流過氫側(cè)電解液流通管17以及氧側(cè)電解液流通管18，并從下側(cè)相鄰的氫生成單元的氫側(cè)電解液提供孔10以及氧側(cè)電解液提供孔11，被提供給框體內(nèi)部。通過對(duì)其進(jìn)行重復(fù)，由此進(jìn)行所有的氫生成單元中的電解液的提供與排出。最后，從被配置在最低位置的氫生成單元的氫側(cè)氣液分支管12以及氧側(cè)氣液分支管13溢出的電解液分別通過氫側(cè)電解液回收管19以及氧側(cè)電解液回收管20，被回收到電解液儲(chǔ)藏部14。
[0095]此時(shí)，電解液儲(chǔ)藏部14調(diào)整電解液提供流量，使得在所有的氫生成單元310中，電解液不會(huì)越過并溢出該氫生成單元的氫側(cè)氣液分支管12以及氧側(cè)氣液分支管13，同時(shí)確保足以將附著在反電極7以及光半導(dǎo)體電極6表面的氫以及氧氣泡脫離的電解液流速。
[0096]由于在氫生成設(shè)備300中，電解液量減少由于光照射而導(dǎo)致水分解的量，因此適當(dāng)?shù)乃约半娊赓|(zhì)被補(bǔ)充到電解液儲(chǔ)藏部14。由此，氫生成單元310內(nèi)的電解液9的濃度被保持固定。
[0097]在夜間等沒有向氫生成單元310進(jìn)行光照射的情況下，能夠適當(dāng)?shù)赝Ｖ箽渖稍O(shè)備300的動(dòng)作。伴隨于此，電解液儲(chǔ)藏部14的動(dòng)作也能夠停止。
[0098]通過光照射而在各氫生成單元310生成、并通過氫側(cè)氣液分支管12而向氫生成單元的外部移動(dòng)的氫，流過氫流通管23，并與上側(cè)相鄰的氫生成單元的氫流通管23合流。通過對(duì)此進(jìn)行重復(fù)，在所有的氫生成單元生成的氫匯聚到氫收集管22。氫收集管22內(nèi)的氫通過氫儲(chǔ)藏部21工作，從而流入并儲(chǔ)藏在氫儲(chǔ)藏部21內(nèi)。
[0099]以上的結(jié)果是，能夠進(jìn)行在氫生成設(shè)備中生成的氫的收集，其中，該氫生成設(shè)備是多個(gè)氫生成單元以具有高低差的位置關(guān)系而配置，并且從電解液的流動(dòng)來看串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。由此，向建筑物或氫站的屋頂?shù)鹊氖┕と菀走M(jìn)行，實(shí)用度被提高。
[0100](實(shí)施方式2)
[0101]使用圖4以及圖5A，來對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式2的氫生成設(shè)備進(jìn)行說明。圖4是表示本實(shí)施方式2涉及的氫生成設(shè)備的示意圖，圖5A是表示本實(shí)施方式2涉及的氫生成器件的示意圖。
[0102]本實(shí)施方式的氫生成設(shè)備400除了形成氫生成單元410、氫側(cè)電解液流通管17以及氧側(cè)電解液流通管18、氫流通管23為一體的氫生成器件420的點(diǎn)，追加了接頭24以及接頭25的點(diǎn)之外，具有與實(shí)施方式I的氫生成設(shè)備300同樣的結(jié)構(gòu)。因此，這里，僅對(duì)該氫生成器件420的結(jié)構(gòu)、接頭、氫生成器件的連接機(jī)構(gòu)進(jìn)行說明。
[0103]本實(shí)施方式的氫生成設(shè)備400由多個(gè)氫生成器件420構(gòu)成。
[0104]構(gòu)成氫生成器件420的氫生成單元410的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式I的氫生成單元100相同。此外，從各氫生成單元410的氫側(cè)電解液提供孔10以及氧側(cè)電解液提供孔11到接頭24(詳細(xì)后述)的區(qū)間的氫側(cè)電解液流通管17以及氧側(cè)電解液流通管18也被包含于氫生成器件420。進(jìn)一步地，從各氫生成單元410的氫側(cè)氣液分支管12以及氧側(cè)氣液分支管13到接頭24的區(qū)間的氫側(cè)電解液流通管17以及氧側(cè)電解液流通管18也被包含于氫生成器件420。并且，從各氫生成單元410的氫側(cè)氣液分支管12到接頭25的區(qū)間的氫流通管23也被包含于氫生成器件420，并且從該區(qū)間內(nèi)的連接點(diǎn)到接頭25的區(qū)間的氫流通管23也被包含于除了被配置在最低位置的氫生成器件以外的氫生成器件420。
[0105]對(duì)于氫生成器件420，如下面那樣設(shè)置有接頭24以及25。
[0106]將各個(gè)氫側(cè)電解液流通管17以及氧側(cè)電解液流通管18分別分割為2個(gè)區(qū)間，在該被分割的部分的兩端，分別設(shè)置有相互簡(jiǎn)便地連接的接頭24。在被分割的2個(gè)區(qū)間中與各氫生成單元410的氫側(cè)電解液提供孔10以及氧側(cè)電解液提供孔11連接的區(qū)間被分配給包含該氫生成單元的氫生成器件420。剩余的區(qū)間被分配給包含該氫生成單元的上側(cè)相鄰的氫生成單元的氫生成器件420。
[0107]接頭24由對(duì)電解液具有耐腐蝕性以及絕緣性的材料構(gòu)成，只要是不會(huì)發(fā)生電解液的漏出的機(jī)構(gòu)即可。例如，可以利用橡膠、樹脂、對(duì)表面進(jìn)行了耐腐蝕/絕緣加工的金屬坐寸ο
[0108]將各氫流通管23分割為2個(gè)區(qū)間，在該被分割的部分的兩端，分別設(shè)置有相互簡(jiǎn)便地連接的接頭25。在被分割的2個(gè)區(qū)間中，與各氫生成單元410的氫側(cè)氣液分支管12連接的區(qū)間被分配給包含該氫生成單元的氫生成器件420。剩余的區(qū)間被分配給包含該氫生成單元的上側(cè)相鄰的氫生成單元的氫生成器件420。但是，被配置在最低位置的氫生成器件420僅具有前者的區(qū)間。
[0109]接頭25由具有在大氣壓以下的壓力下不使氫透過并不吸附的功能的材料構(gòu)成，只要是不引起氫的漏出的機(jī)構(gòu)即可。例如，可以利用橡膠、樹脂、金屬等。
[0110]將氫側(cè)電解液提供管15以及氧側(cè)電解液提供管16分別分割為2個(gè)區(qū)間，在該被分割的部分的兩端，分別設(shè)置有相互簡(jiǎn)便地連接的接頭24。在被分割的2個(gè)區(qū)間中，與被配置在最高位置的氫生成單元410的氫側(cè)電解液提供孔10以及氧側(cè)電解液提供孔11連接的區(qū)間被分配給包含該氫生成單元的氫生成器件420。剩余的區(qū)間新作為氫側(cè)電解液提供管26以及氧側(cè)電解液提供管27。
[0111]將氫側(cè)電解液回收管19以及氧側(cè)電解液回收管20分別分割為2個(gè)區(qū)間，在該被分割的部分的兩端，分別設(shè)置有相互簡(jiǎn)便地連接的接頭24。在被分割的2個(gè)區(qū)間中，與被配置在最低位置的氫生成單元410的氫側(cè)氣液分支管12以及氧側(cè)氣液分支管13連接的區(qū)間被分配給包含該氫生成單元的氫生成器件420。剩余的區(qū)間新作為氫側(cè)電解液回收管28以及氧側(cè)電解液回收管29。
[0112]將氫收集管22分割為2個(gè)區(qū)間，在該被分割的部分的兩端，設(shè)置有相互簡(jiǎn)便地連接的接頭25。在該被分割的2個(gè)區(qū)間中，與被配置在最高位置的氫生成單元410的氫側(cè)氣液分支管12連接的區(qū)間被分配給包含該氫生成單元的氫生成器件420。剩余的區(qū)間作為新的氫收集管30。
[0113]由此，能夠通過接頭24以及25來將完全相同的2個(gè)氫生成器件420連接。通過準(zhǔn)備多個(gè)單一的氫生成器件420并重復(fù)連接，從而能夠?qū)渖稍O(shè)備400延伸。
[0114]在現(xiàn)有的光電解水裝置中，由于需要對(duì)配置的光電解水單元分別安裝氫收集管，因此具有氫收集管的配管長(zhǎng)顯著變長(zhǎng)并繁瑣，配管設(shè)置所需要的工時(shí)多這樣的課題。但是，通過采用本發(fā)明的氫生成設(shè)備400的結(jié)構(gòu)，能夠大幅度地減少氫收集用的配管長(zhǎng)，解決以上的課題。此外，能夠簡(jiǎn)便并且合理地進(jìn)行多數(shù)氫生成單元的連結(jié)。
[0115]由于氫生成設(shè)備400的動(dòng)作與實(shí)施方式I所不的氫生成設(shè)備300的情況相同，因此省略說明。
[0116]此外，用于本實(shí)施方式的氫生成設(shè)備的氫生成器件，也可以是圖5B所示的氫生成器件那樣的其它結(jié)構(gòu)。圖5B是表示作為本實(shí)施方式的其它結(jié)構(gòu)的氫生成器件430與其一部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的放大圖。
[0117]氫生成器件430是相當(dāng)于氫生成器件420中的氫側(cè)電解液提供孔10以及氧側(cè)電解液提供孔11、氫側(cè)電解液流通管17以及氧側(cè)電解液流通管18、及氫側(cè)氣液分支管12以及氧側(cè)氣液分支管13的結(jié)構(gòu)通過預(yù)先一體成型等，作為氫生成器件430的框體的一部分而構(gòu)成的器件。進(jìn)一步地，相當(dāng)于氫側(cè)電解液流通管17、氧側(cè)電解液流通管18的結(jié)構(gòu)也可以根據(jù)需要，通過同樣地一體成型等，作為框體431的一部分而構(gòu)成。
[0118]由于連接孔424、425在上下的接觸面處的氫生成器件430之間，被設(shè)置在相同的位置，因此通過將多個(gè)氫生成器件430累積，就能夠構(gòu)成本實(shí)施方式的氫生成設(shè)備。
[0119]也就是說，由于不需要如氫生成設(shè)備400的情況那樣，外設(shè)氫側(cè)電解液流通管17、氧側(cè)電解液流通管18等，因此能夠簡(jiǎn)便地構(gòu)成本實(shí)施方式的氫生成設(shè)備。
[0120]到這里為止，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，對(duì)多個(gè)氫生成單元的全部都連接在上下鄰接的氫生成單元之間的情況進(jìn)行了說明，但本實(shí)施方式并不僅限于這些情況。例如，只要在具有高低差而設(shè)置的多個(gè)氫生成單元中，將包含不相鄰的單元在內(nèi)的任意2以上的氫生成單元(連接的多個(gè)氫生成單元)以上述的相互的位置關(guān)系來進(jìn)行連接，就能發(fā)揮本方式的效果。
[0121](實(shí)施方式3)
[0122]使用圖6來對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式3的能量系統(tǒng)進(jìn)行說明。圖6是表示本實(shí)施方式3涉及的能量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0123]在本實(shí)施方式的能量系統(tǒng)600中，除了具有與實(shí)施方式I的氫生成設(shè)備300同樣的結(jié)構(gòu)的氫生成設(shè)備33，還設(shè)置有氫提供管31以及燃料電池32。
[0124]在本實(shí)施方式的能量系統(tǒng)600中，由于氫生成設(shè)備33的材料以及結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式I所示的氫生成設(shè)備300相同，因此這里省略說明，僅對(duì)與氫提供管31以及燃料電池32有關(guān)的部分進(jìn)行說明。
[0125]氫提供管31被設(shè)置成一端與氫儲(chǔ)藏部21連接，另一端與燃料電池32連接。
[0126]氫提供管31由具有在大氣壓以下的壓力下不使氫透過并不吸附的功能的材料形成。例如，可以利用玻璃、樹脂、金屬等。
[0127]氫儲(chǔ)藏部21具有將儲(chǔ)藏的氫中所需量向氫提供管31流出的功能。
[0128]燃料電池32可以采用將氫作為負(fù)極活性物質(zhì)的一般的燃料電池。例如，可以利用固體高分子形燃料電池、磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽型燃料電池、固體氧化物型燃料電池、堿電解質(zhì)型燃料電池等。
[0129]接下來，對(duì)能量系統(tǒng)600的動(dòng)作進(jìn)行說明。由于在能量系統(tǒng)600的動(dòng)作中，氫生成設(shè)備33與實(shí)施方式I所示的氫生成設(shè)備300相同，因此這里省略說明，僅對(duì)與氫提供管31以及燃料電池32有關(guān)的動(dòng)作進(jìn)行說明。
[0130]被暫時(shí)儲(chǔ)藏在氫生成設(shè)備33的氫儲(chǔ)藏部21中的氫根據(jù)燃料電池32的工作狀況，從氫儲(chǔ)藏部21，通過氫提供管31，被提供給燃料電池32。除了氫以外，包含正極活性物質(zhì)的氣體，例如空氣等被送到燃料電池32，并在燃料電池32中進(jìn)行發(fā)電和供給熱水。被消耗了的氫作為水等，從燃料電池32排出。
[0131]通過以上的結(jié)構(gòu)，提供一種能夠利用氫生成設(shè)備33來將照射光的光能轉(zhuǎn)換為氫能，進(jìn)一步根據(jù)需要，利用燃料電池32來轉(zhuǎn)換為電能的能量系統(tǒng)。
[0132](實(shí)施方式4)
[0133]使用圖7來對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式4的能量系統(tǒng)進(jìn)行說明。圖7是表示本實(shí)施方式的能量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0134]在本實(shí)施方式的能量系統(tǒng)700中，除了具有與實(shí)施方式I的氫生成設(shè)備300同樣的結(jié)構(gòu)的氫生成設(shè)備33、氫提供管31以及燃料電池32，還設(shè)置有氧儲(chǔ)藏部34、氧收集管35、氧流通管36 (未圖示)以及氧提供管37。
[0135]在本實(shí)施方式的能量系統(tǒng)700中，由于氫生成設(shè)備33、氫提供管31以及燃料電池32的材料以及結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式3所示的能量系統(tǒng)600相同，因此省略說明。這里，僅對(duì)與氧儲(chǔ)藏部34、氧收集管35、氧流通管36以及氧提供管37有關(guān)的部分進(jìn)行說明。
[0136]由于收集以及儲(chǔ)藏由氫生成設(shè)備33生成的氧，因此設(shè)置有氧儲(chǔ)藏部34。
[0137]從構(gòu)成氫生成設(shè)備33中被配置在最高位置的氫生成單元的氧側(cè)氣液分支管13中向上的一端(氣體排出口)，延伸出氧收集管35，氧收集管35與氧儲(chǔ)藏部34連接。
[0138]從除了構(gòu)成氫生成設(shè)備33中被配置在最高位置的氫生成單元以外的各氫生成單元的氧側(cè)氣液分支管13中向上的一端(氣體排出口)，延伸出氧流通管36，氧流通管36與該氫生成單元的上側(cè)相鄰的氫生成單元的氧流通管36的路徑或氧收集管35的路徑連接。
[0139]氧儲(chǔ)藏部34、氧收集管35以及氧流通管36由具有在大氣壓以下的壓力下不使氧透過并不吸附的功能的材料形成。例如，可以利用玻璃、樹脂、金屬等。
[0140]氧儲(chǔ)藏部34具有從氧收集管35導(dǎo)入并儲(chǔ)藏所需量的氧的功能。
[0141]氧提供管37被設(shè)置成一端與氧儲(chǔ)藏部34連接，另一端與燃料電池32連接。
[0142]氧提供管37由具有在大氣壓以下的壓力下不使氧透過并不吸附的功能的材料形成。例如，可以利用玻璃、樹脂、金屬等。
[0143]氧儲(chǔ)藏部34具有將儲(chǔ)藏的氧中所需量向氧提供管37流出的功能。
[0144]此外，通過在氧收集管35以及氧流通管36的路徑上，按照與實(shí)施方式2的氫生成器件420同樣的要領(lǐng)來設(shè)置接頭38 (未圖示)，能夠進(jìn)行也包含氧收集管35以及氧流通管36在內(nèi)的器件化。接頭38由具有在大氣壓以下的壓力下不使氧透過并不吸附的功能的材料構(gòu)成，只要是不引起氧的漏出的機(jī)構(gòu)即可。例如，可以利用橡膠、樹脂、金屬等。
[0145]接下來，對(duì)能量系統(tǒng)700的動(dòng)作進(jìn)行說明。由于在能量系統(tǒng)700的動(dòng)作中，氫生成設(shè)備33、氫提供管31以及燃料電池32與實(shí)施方式3所示的能量系統(tǒng)600相同，因此省略說明。這里，僅對(duì)與氧儲(chǔ)藏部34、氧收集管35、氧流通管36以及氧提供管37有關(guān)的動(dòng)作進(jìn)行說明。
[0146]被暫時(shí)儲(chǔ)藏在氫生成設(shè)備33的氧儲(chǔ)藏部34的氧根據(jù)燃料電池32的工作狀況，從氧儲(chǔ)藏部34，通過氧提供管37，而被提供給燃料電池32。氫作為負(fù)極活性物質(zhì)、氧作為正極活性物質(zhì)被送到燃料電池32，并在燃料電池32中進(jìn)行發(fā)電和供給熱水。被消耗的氫與氧進(jìn)行反應(yīng)而變成水，從燃料電池32被排出。由于本實(shí)施方式的能量系統(tǒng)700利用純氧來使燃料電池工作，因此與利用空氣等的實(shí)施方式3的能量系統(tǒng)600相比較，提供燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率顯著高的能量系統(tǒng)。
[0147]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0148]由于本發(fā)明的氫生成設(shè)備以及使用其的能量系統(tǒng)能夠通過光的照射來分解水并生成氫，因此能夠適當(dāng)?shù)赜米飨蛉剂想姵氐鹊臍涮峁┰础?br> [0149]符號(hào)說明:
[0150]1,431 框體
[0151]2隔離板
[0152]3氫側(cè)空間
[0153]4氧側(cè)空間
[0154]5 導(dǎo)電性基板
[0155]6 光半導(dǎo)體電極
[0156]7反電極
[0157]8電連接部
[0158]9電解液
[0159]10 氫側(cè)電解液提供孔
[0160]11 氧側(cè)電解液提供孔
[0161]12 氫側(cè)氣液分支管
[0162]13 氧側(cè)氣液分支管
[0163]14 電解液儲(chǔ)藏部
[0164]15、26 氫側(cè)電解液提供管
[0165]16、27 氧側(cè)電解液提供管
[0166]17 氫側(cè)電解液流通管
[0167]18 氧側(cè)電解液流通管
[0168]19、28 氫側(cè)電解液回收管
[0169]20、29 氧側(cè)電解液回收管
[0170]21氫儲(chǔ)藏部
[0171]22,30氫收集管
[0172]23氫流通管
[0173]24、25、38 接頭
[0174]31 氫提供管
[0175]32 燃料電池
[0176]33 氫生成設(shè)備
[0177]34氧儲(chǔ)藏部
[0178]35 氧收集管
[0179]36氧流通管
[0180]37 氧提供管
[0181]39 照射光
[0182]100,310,410 氫生成單元
[0183]300、400 氫生成設(shè)備
[0184]420,430 氫生成單元
[0185]600、700 能量系統(tǒng)
【權(quán)利要求】
1.一種氫生成設(shè)備，其具備多個(gè)氫生成單兀，各氫生成單兀具備: 框體，其包含具有透光性的面； 隔離板，其將所述框體內(nèi)部的空間分為氫側(cè)空間以及氧側(cè)空間； 反電極，其被配置在所述氫側(cè)空間內(nèi)； 光半導(dǎo)體電極，其被配置在所述氧側(cè)空間內(nèi)，形成在導(dǎo)電性基板上； 電連接部，其將所述光半導(dǎo)體電極與所述反電極之間連接； 電解液，其在所述氫側(cè)空間內(nèi)以及所述氧側(cè)空間內(nèi)包含水； 氫側(cè)電解液提供孔，其在所述氫側(cè)空間的第I位置貫通所述框體，向所述氫側(cè)空間內(nèi)提供所述電解液； 氧側(cè)電解液提供孔，其在所述氧側(cè)空間的第2位置貫通所述框體，向所述氧側(cè)空間內(nèi)提供所述電解液； 氫側(cè)氣液分支管，其氣液導(dǎo)入口貫通與所述氫側(cè)空間相接的所述框體，并且配置在比所述反電極的氫產(chǎn)生區(qū)域高并且比所述第I位置高的位置；和 氧側(cè)氣液分支管，其氣液導(dǎo)入口貫通與所述氧側(cè)空間相接的所述框體，并且配置在比所述光半導(dǎo)體電極的氧產(chǎn)生區(qū)域高并且比所述第2位置高的位置， 所述氫生成設(shè)備還具備: 電解液儲(chǔ)藏部，其將所述電解液向所述氫生成單元送出，以及從所述氫生成單元回收所述電解液； 從所述電解液儲(chǔ)藏部延伸出，與連接的多個(gè)所述氫生成單元中被配置在最高位置的所述氫生成單元的所述氫側(cè)電解液提供孔連接的氫側(cè)電解液提供管、以及與所述氧側(cè)電解液提供孔連接的氧側(cè)電解液提供管； 氫側(cè)電解液流通管，其從除了連接的多個(gè)所述氫生成單元中被配置在最低位置的氫生成單元以外的各所述氫生成單元的所述氫側(cè)氣液分支管的液體排出口延伸出，與被配置在所述氫生成單元的下側(cè)的所述氫生成單元的所述氫側(cè)電解液提供孔連接； 氧側(cè)電解液流通管，其從除了連接的多個(gè)所述氫生成單元中被配置在最低位置的氫生成單元以外的各所述氫生成單元的所述氧側(cè)氣液分支管的液體排出口延伸出，與被配置在所述氫生成單元的下側(cè)的所述氫生成單元的所述氧側(cè)電解液提供孔連接； 氫側(cè)電解液回收管，其從連接的多個(gè)所述氫生成單元中被配置在最低位置的所述氫生成單元的所述氫側(cè)氣液分支管的液體排出口延伸出，與所述電解液儲(chǔ)藏部連接；和 氧側(cè)電解液回收管，其從連接的多個(gè)所述氫生成單元中被配置在最低位置的所述氫生成單元的所述氧側(cè)氣液分支管的液體排出口延伸出，與所述電解液儲(chǔ)藏部連接， 所述氫生成設(shè)備通過向所述光半導(dǎo)體電極照射光從而分解水并生成氫。
2.一種氫生成設(shè)備，其具備多個(gè)氫生成單兀，各氫生成單兀具備: 框體，其包含具有透光性的面； 隔離板，其將所述框體內(nèi)部的空間分為氫側(cè)空間以及氧側(cè)空間； 光半導(dǎo)體電極，其被配置在所述氫側(cè)空間內(nèi)，形成在導(dǎo)電性基板上； 反電極，其被配置在所述氧側(cè)空間內(nèi)； 電連接部，其將所述光半導(dǎo)體電極與所述反電極之間連接； 電解液，其在所述氫側(cè)空間內(nèi)以及所述氧側(cè)空間內(nèi)包含水； 氫側(cè)電解液提供孔，其在所述氫側(cè)空間的第I位置貫通所述框體，向所述氫側(cè)空間內(nèi)提供所述電解液； 氧側(cè)電解液提供孔，其在所述氧側(cè)空間的第2位置貫通所述框體，向所述氧側(cè)空間內(nèi)提供所述電解液； 氫側(cè)氣液分支管，其氣液導(dǎo)入口貫通與所述氫側(cè)空間相接的所述框體，并且被配置在比所述光半導(dǎo)體電極的氫產(chǎn)生區(qū)域高并且比所述第I位置高的位置；和 氧側(cè)氣液分支管，其氣液導(dǎo)入口貫通與所述氧側(cè)空間相接的所述框體，并且被配置在比所述反電極的氧產(chǎn)生區(qū)域高并且比所述第2位置高的位置； 所述氫生成設(shè)備還具備: 電解液儲(chǔ)藏部，其將所述電解液向所述氫生成單元送出，以及從所述氫生成單元回收所述電解液； 從所述電解液儲(chǔ)藏部延伸出，與連接的多個(gè)所述氫生成單元中被配置在最高位置的所述氫生成單元的所述氫側(cè)電解液提供孔連接的氫側(cè)電解液提供管、以及與所述氧側(cè)電解液提供孔連接的氧側(cè)電解液提供管； 氫側(cè)電解液流通管，其從除了連接的多個(gè)所述氫生成單元中被配置在最低位置的氫生成單元以外的各所述氫生成單元的所述氫側(cè)氣液分支管的液體排出口延伸出，與被配置在所述氫生成單元的下側(cè)的所述氫生成單元的所述氫側(cè)電解液提供孔連接； 氧側(cè)電解液流通管，其從除了連接的多個(gè)所述氫生成單元中被配置在最低位置的氫生成單元以外的各所述氫生成單元的所述氧側(cè)氣液分支管的液體排出口延伸出，與被配置在所述氫生成單元的下側(cè)的所述氫生成單元的所述氧側(cè)電解液提供孔連接； 氫側(cè)電解液回收管，其從連接的多個(gè)所述氫生成單元中被配置在最低位置的所述氫生成單元的所述氫側(cè)氣液分支管的液體排出口延伸出，與所述電解液儲(chǔ)藏部連接；和 氧側(cè)電解液回收管，其從連接的多個(gè)所述氫生成單元中被配置在最低位置的所述氫生成單元的所述氧側(cè)氣液分支管的液體排出口延伸出，與所述電解液儲(chǔ)藏部連接， 所述氫生成設(shè)備通過向所述光半導(dǎo)體電極照射光從而分解水并生成氫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氫生成設(shè)備，其中， 所述氫生成設(shè)備還具備: 氫儲(chǔ)藏部，其收集以及儲(chǔ)藏在所述氫生成單元中生成的氫； 氫收集管，其從連接的多個(gè)所述氫生成單元中被配置在最高位置的所述氫生成單元的所述氫側(cè)氣液分支管的氣體排出口延伸出，與所述氫儲(chǔ)藏部連接；和 氫流通管，其從除了連接的多個(gè)所述氫生成單元中被配置在最高位置的氫生成單元以外的各所述氫生成單元的所述氫側(cè)氣液分支管的氣體排出口延伸出，與位于所述氫生成單元的上側(cè)的所述氫生成單元的氫流通管的路徑或所述氫收集管的路徑連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3的任意一項(xiàng)所述的氫生成設(shè)備，其中， 所述電解液儲(chǔ)藏部具有調(diào)整電解液提供流量的功能，使得所述電解液不會(huì)越過所述氣液分支管而溢出，同時(shí)確保足以將附著在所述反電極以及所述光半導(dǎo)體電極表面的氫以及氧氣泡脫離的電解液流速。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4的任意一項(xiàng)所述的氫生成設(shè)備，其中， 所述電解液儲(chǔ)藏部具有間歇地提供電解液的功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5的任意一項(xiàng)所述的氫生成設(shè)備，其中， 具有從外部向所述電解液儲(chǔ)藏部?jī)?nèi)提供水以及電解質(zhì)的機(jī)構(gòu)。
7.一種氫生成器件，具有: 權(quán)利要求1或2所述的氫生成設(shè)備中的氫生成單元； 將氫側(cè)電解液流通管以及氧側(cè)電解液流通管分別分割為2個(gè)區(qū)間中的，與所述氫生成單元的氫側(cè)電解液提供孔以及氧側(cè)電解液提供孔連接的區(qū)間； 將所述氫側(cè)電解液流通管以及氧側(cè)電解液流通管分別分割為2個(gè)區(qū)間中的，與所述氫生成單元的氫側(cè)氣液分支管以及氧側(cè)氣液分支管連接的區(qū)間； 將氫流通管分割為2個(gè)區(qū)間中的，與所述氫生成單元的氫側(cè)氣液分支管連接的第I區(qū)間；和 將所述氫流通管分割為2個(gè)區(qū)間中的，從所述第I區(qū)間內(nèi)的連接點(diǎn)到分割點(diǎn)的第2區(qū)間， 在各所述分割點(diǎn)的兩端分別具備能夠連接其他氫生成器件的接頭的接頭。
8.一種氫生成設(shè)備， 配置多個(gè)權(quán)利要求7所述的氫生成器件， 使在其中相互處于上下位置關(guān)系的任意的2個(gè)以上的所述氫生成器件的各分割點(diǎn)設(shè)置的接頭分別相互連接， 所述氫生成設(shè)備具備: 所述電解液儲(chǔ)藏部； 所述氫儲(chǔ)藏部； 氫側(cè)電解液提供管以及氧側(cè)電解液提供管，其在連接的多個(gè)所述氫生成單元中被配置在最高位置的所述氫生成單元中，將與所述氫側(cè)電解液提供孔以及所述氧側(cè)電解液提供孔連接的一側(cè)的所述氫側(cè)電解液流通管以及所述氧側(cè)電解液流通管的另一端、與所述電解液儲(chǔ)藏部連接； 氫側(cè)電解液回收管以及氧側(cè)電解液回收管，其在連接的多個(gè)所述氫生成單元中被配置在最低位置的所述氫生成單元中，將與所述氫側(cè)氣液分支管以及所述氧側(cè)氣液分支管連接的一側(cè)的所述氫側(cè)電解液流通管以及所述氧側(cè)電解液流通管的另一端、與所述電解液儲(chǔ)藏部連接；和 氫收集管，其在連接的多個(gè)所述氫生成單元中被配置在最高位置的所述氫生成單元中，將與所述氫側(cè)氣液分支管連接的一側(cè)的所述氫流通管的另一端、與所述氫儲(chǔ)藏部連接。
9.一種能量系統(tǒng)，其使用權(quán)利要求1?3以及8的任意一項(xiàng)所述的氫生成設(shè)備，具備: 所述氫生成設(shè)備； 燃料電池；和 從構(gòu)成所述氫生成設(shè)備的氫儲(chǔ)藏部向所述燃料電池的氫提供管。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的能量系統(tǒng)，其中， 還具備: 氧儲(chǔ)藏部，其收集以及儲(chǔ)藏由所述氫生成單元生成的氧； 氧收集管，其從連接的多個(gè)所述氫生成單元中被配置在最高位置的所述氫生成單元的所述氧側(cè)氣液分支管的氣體排出口延伸出，與所述氧儲(chǔ)藏部連接； 氧流通管，其從除了連接的多個(gè)所述氫生成單元中被配置在最高位置的氫生成單元以外的各所述氫生成單元的所述氧側(cè)氣液分支管的氣體排出口延伸出，與所述氫生成單元的上側(cè)相鄰的所述氫生成單元的氧流通管的路徑或所述氧收集管的路徑連接；和從所述氧儲(chǔ)藏部向所述燃料電池的氧提供管。
【文檔編號(hào)】C25B9/00GK104245569SQ201380020848
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月21日
【發(fā)明者】鈴木孝浩, 野村幸生, 羽藤一仁, 藤田龍夫, 田村聰, 小澤宜裕 申請(qǐng)人:松下知識(shí)產(chǎn)權(quán)經(jīng)營(yíng)株式會(huì)社