氢生成装置的制作方法

本实用新型涉及氢生成装置。

背景技术：

例如，在专利文献1中公开了一种以作为光催化剂的氧化钛构成的光电极与对置电极被电连接的状态下，配置到水中的氢生成装置。在该氢生成装置中，当太阳光照射到光电极时，水被分解，而从光电极侧生成氧，从对置电极侧生成氢。

(现有技术文献)

(专利文献)

专利文献1 日本 特开2006-104571号公报

然而，由氧化钛构成的光催化剂主要由紫外线激活，不容易被可见光激活，因此由太阳光来生成氢的效率比较低是不可否认的现实。并且，还希望不使氢和氧混合，就能够以简单的构成来提取氢和氧。

技术实现要素：

因此，本实用新型提供一种通过可见光对水进行分解来生成氢，并且能够以简单的构成来防止该氢与氧的混合的氢生成装置。

本实用新型的一个形态所涉及的氢生成装置具备：光电极，含有可见光应答性催化剂；对置电极，与所述光电极电连接；第一容纳部，使可见光透过，容纳所述光电极以及水；第二容纳部，容纳所述对置电极以及水；以及连结部，连结于所述第一容纳部的所述光电极的下方，并且也连结于所述第二容纳部的所述对置电极的下方，从而使所述第一容纳部与所述第二容纳部连通。

也可以是，所述第一容纳部、所述第二容纳部、以及所述连结部的至少一方，与供给水的水供给部连通。

也可以是，所述第一容纳部、所述第二容纳部、以及所述连结部的至少一方，与供给水的水供给部连通。

也可以是，在所述第一容纳部，用于回收由所述光电极生成的氧的氧回收部连通于该光电极的上方。

也可以是，所述可见光应答性催化剂为氧化钨。

也可以是，所述光电极是含有所述氧化钨的细丝。

也可以是，该氢生成装置进一步具备光学部，该光学部将太阳光聚光到所述第一容纳部。

也可也是，该氢生成装置具备包括所述光电极、所述对置电极、所述第一容纳部、所述第二容纳部、以及所述连结部的氢生成部，所述氢生成部以被形成为卡式盒的方式，能够相对于回收氢以及氧的回收装置装拆。

通过本实用新型，能够提供一种在提高氢的生成效率的同时，以简单的构成来防止该氢与氧的混合的氢生成装置。

附图说明

图1是在模式上示出实施方式所涉及的氢生成装置的主要构成的斜视图。

图2是示出实施方式所涉及的氢生成部的概略构成的截面图。

图3是在模式上示出实施方式所涉及的氢生成部以及光学部的俯视图。

图4是示出变形例1所涉及的光学部的概略构成的俯视图。

图5是示出变形例2所涉及的光学部的概略构成的俯视图。

图6是示出变形例3所涉及的光学部的概略构成的俯视图。

图7是示出变形例4所涉及的氢生成部的概略构成的截面图。

图8是变形例4所涉及的氢生成部被安装到回收装置的状态的截面图。

图9是示出变形例5所涉及的氢生成部的概略构成的截面图。

图10是示出变形例6所涉及的氢生成部的概略构成的截面图。

符号说明

1 氢生成装置

10、10d、10e、10f 氢生成部

20、20a、20b、20c 光学部

31、31e、31f 第一容纳部

32、32f 第二容纳部

33、33f 连结部

40 光电极

50 对置电极

70 水供给部

80 氢回收部

90 氧回收部

F、F1、F2、F3、F4、F5 焦点

具体实施方式

以下利用附图对本实用新型的实施方式所涉及的氢生成装置进行说明。并且，以下将要说明的实施方式均为本实用新型的一个优选的具体例子。因此，以下的实施方式所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置以及连接形态等均为一个例子，主旨并非是对本实用新型进行限定。因此，对于以下的实施方式的构成要素之中的示出本实用新型的最上位概念的独立技术方案中所没有记载的构成要素，作为任意的构成要素来说明。

并且，各个图为模式图，并非严谨的图示。并且，在各个图中，对于相同的构成部件赋予相同的符号。

(实施方式)

[氢生成装置]

参照附图对本实用新型的实施方式所涉及的氢生成装置1进行说明。

首先，对氢生成装置1的构成进行说明。图1是在模式上示出实施方式所涉及的氢生成装置1的主要构成的斜视图。

本实施方式所涉及的氢生成装置1是通过太阳光对光催化剂进行激活，来使水分解，从而生成氢的装置。如图1所示，氢生成装置1具备：氢生成部10、以及用于将太阳光聚光到氢生成部10的光学部20。

[氢生成部]

图2是示出实施方式所涉及的氢生成部10的概略构成的截面图。如图2所示，氢生成部10具备：容器30、光电极40、对置电极50、电源60、水供给部70、氢回收部80、以及氧回收部90。

[容器]

容器30由例如玻璃等针对可见光具有透光性的材料，被形成为大致H字状。并且，容器30具备第一容纳部31、第二容纳部32、连结部33，且被形成为一体，在容器的内部储存水。

在第一容纳部31，通过水被分解，从而生成氧O和氢离子(未图示)。具体而言，第一容纳部31为在上下方向被连续形成的圆筒状，其上端部开放，下端部闭塞。在第一容纳部31的上端部安装例如由橡胶构成的第一栓34，从而第一容纳部31的上端部閉塞。并且，在第一容纳部31容纳水以及光电极40。如以上所述，由于容器30由针对可见光具有透光性的材料形成，因此当太阳光照射到容器30时，则该第一容纳部31内的光电极40由可见光照射。

在第二容纳部32，通过氢离子还原，而生成氢H。具体而言，第二容纳部32被形成为在上下方向上连续的圆筒状，以与第一容纳部31隔开规定的间隔的方式而被配置。第二容纳部32的上端部开放，下端部閉塞。在第二容纳部32的上端部，安装例如由橡胶构成的第二栓35，这样，第二容纳部32的上端部閉塞。并且，在第二容纳部32容纳水以及对置电极50。

连结部33被形成为在水平方向上连续的筒状，被配置在比第一容纳部31以及第二容纳部32的中央靠下方的位置。连结部33对这些第一容纳部31以及第二容纳部32进行连结，从而成为连通状态。并且，连结部33是将在光电极40对水进行分解时生成的氢离子，送入到对置电极50侧的必不可少的结构物。

[光电极]

光电极40是包括可见光应答性催化剂的细丝。具体而言，可见光应答性催化剂是指，通过吸收可见光(400nm(380nm)至800nm的波长区域的光)而被激励，引起氧化反应以及还原反应的催化剂物质。作为可见光应答性催化剂，可以列举出氧化钨(WO3)、钒酸铋(BiVO4)等。在本实施方式中，通过将由钨构成的细丝在大气中通电使其表面氧化，而成为光电极40。即，光电极40是含有氧化钨的细丝。

光电极40在第一容纳部31内，被配置在该第一容纳部31的大致中央部。光电极40以轴方向在上下方向延伸的方式而被配置。在光电极40的上端部连结保持该光电极40的线状的保持部件41。保持部件41的上端部被固定在第一栓34。在光电极40的下端部连接导线42。导线42贯通第一栓34，与电源60电连接。保持部件41以及导线42与第一栓34密接，维持了气密性。

[对置电极]

对置电极50例如由钨细丝形成。具体而言，对置电极50可以是纯粹的钨细丝，也可以是在表面保持有电极材料(例如白金)的钨细丝。并且，对置电极50可以含有与光电极40的可见光应答性催化剂不同的第二可见光应答性催化剂。在针对钨细丝烧结电极材料的情况下，只要在钨细丝的表面涂布电极材料进行通电加热，则无需烧结炉，就能够形成保持了电极材料的钨细丝。另外，对置电极50也可以是由钨细丝以外的电极材料(例如白金)形成的电极。

对置电极50在第二容纳部32内被配置在该第二容纳部32的大致中央部。对置电极50以轴方向在上下方向上延伸的方式而被配置。在对置电极50的上端部连结保持该对置电极50的线状的保持部件51。保持部件51的上端部被固定在第二栓35。在对置电极50的下端部连接导线52。导线52贯通第二栓35，与电源60电连接。保持部件51以及导线52与第二栓35密接，从而维持气密性。

[电源]

电源60是直流电源，正极经由导线42与光电极40电连接，负极经由导线52与对置电极50电连接。据此，电源60能够向光电极40以及对置电极50施加直流电压，对在光电极40进行水分解时生成的电子进行收集，送入到对置电极50。施加的直流电压比只有电才进行水的电分解的1.6V低，为1.1V以下。因此，在不接受光时，水不会被分解。

[水供给部]

水供给部70具备：第一管71，贯通第一栓34而与第一容纳部31连通；水箱(省略图示)，与第一管71连通；开关阀(省略图示)，对从水箱至第一管71的流路进行开关；以及传感器(图示省略)，检测容器30内的水量。在水供给部70，在传感器的检测结果为规定量以下的情况下，开关阀为开状态，从水箱经由第一管71将水供给到第一容纳部31内。并且，在水供给部70，在传感器的检测结果比规定量多的情况下，开关阀为闭状态，停止水的供给。在此，“规定量”是指，光电极40以及对置电极50均全体被浸在水中的水量。

[氢回收部]

氢回收部80具备：贯通第二栓35而与第二容纳部32连通的第二管81、以及与第二管81连通的氢箱(省略图示)。由于氢回收部80的第二管81被配置在第二容纳部32内的比对置电极50靠上的位置，因此在第二容纳部32生成的氢H在第二管81回收，且被储存在氢箱。

[氧回收部]

氧回收部90具备：贯通第一栓34而与第一容纳部31连通的第三管91、以及与第三管91连通的氧箱(省略图示)。由于氧回收部90的第三管91被配置在比第一容纳部31内的光电极40靠上的位置，因此在第一容纳部31生成的氧O由第三管91回收并存储到氧箱。

[光学部]

图3是在模式上示出实施方式所涉及的氢生成部10以及光学部20的俯视图。

如图1以及图3所示，光学部20是在上下方向上细长的镜子，在俯视时，其反射面被形成为抛物线状。在其反射面形成的焦点F的附近配置氢生成部10。具体而言，氢生成部10被配置成，连结部33与焦点F相比略微靠近光学部20侧。据此，在光学部20反射的太阳光被聚光，从而照射到氢生成部10的第一容纳部31以及第二容纳部32。

在此，若单纯地将太阳光聚光到氢生成部10，则氢生成部10成为高温化，内部的水会成为水蒸气。水蒸气会与生成的气体(氢H以及氧O)混合，而导致气体的纯度降低。为了抑制这种现象，作为光学部20而可以采用二向色镜，使红外线L1透过，使可见光L2反射。这样，能够排除红外线L1，而使可见光L2向氢生成部10反射。这样，因红外线L1造成的温度上升不会在氢生成部10发生，从而能够抑制水蒸气的生成。

[氢制造方法]

接着，对实施方式所涉及的氢生成装置1的氢制造方法进行说明。

首先，太阳光在直接照射氢生成部10的同时，在光学部20反射、聚光照射到氢生成部10。据此，向光电极40照射可见光。在这种状态下，光电极40的光催化剂(氧化钨)被催化剂激活，生成空穴与电子。被生成的空穴残留在光催化剂，被生成的电子由电源60通过导线42、52，从光电极40移动到对置电极50。

并且，在对置电极50，通过被送入的电子，氢离子还原，从而生成氢H。据此，在第二容纳部32生成氢H。在第二容纳部32生成的氢H由第二容纳部32的第二管81回收，存积在氢箱内。

并且，在光电极40的光催化剂中，残留的空穴引起水分子的分解(氧化)，生成氧O与氢离子。据此，在第一容纳部31生成氧O。在第一容纳部31生成的氧O由氧回收部90的第三管91回收，存积在氧箱内。氢离子溶解到水中并扩散。

并且，在由水供给部70的传感器检测到容器30内的水成为规定量以下时，开关阀成为开状态，水从水箱经由第一管71被供给到第一容纳部31内。并且，在由水供给部70的传感器检测到容器30内的水比规定量多时，开关阀成为闭状态，停止水向第一容纳部31的供给。

在此，若以规定期间进行氢H的制造，则会因光电极40的氧化钨脱落或微量的溶解而减少，从而造成氢生成能力降低。在这种情况下，只要将光电极40在大气中通电加热，则钨的表面被氧化而成为氧化钨，这样能够再现氢生成能力。关于光电极40的再生，可以除掉水而在容器30内进行，也可以不除掉水而从容器30取出光电极40来进行。

[效果等]

如以上所述，通过本实施方式，氢生成装置1具备：含有可见光应答性催化剂的光电极40、以及与光电极40电连接的对置电极50。并且，氢生成装置1具备使可见光透过的第一容纳部31以及第二容纳部32，在第一容纳部31容纳光电极40和水，在第二容纳部32容纳对置电极50和水。并且，氢生成装置1具备连结部33，该连接部33被连结在第一容纳部31的比光电极40靠下方的位置、并且被连结在第二容纳部32的比对置电极50靠下方的位置，从而使第一容纳部31与第二容纳部32连通。

通过此构成，由于采用了含有可见光应答性催化剂的光电极40，因此能够通过可见光来对水进行分解。因此，与采用紫外线来激活的光催化剂相比，能够提高氢H的生成效率。

并且，对容纳光电极40的第一容纳部31、与容纳对置电极50的第二容纳部32进行连结的连结部33被配置在比光电极40以及对置电极50更靠下方的位置。由于以光电极40作为生成源的氧O从光电极40上升，以对置电极50作为生成源的氢H从对置电极50上升，因此成为氧O以及氢H彼此不容易进入到连结部33内的结构。这样，以连结部33被配置在光电极40以及对置电极50的下方这种简单的构成，能够防止氧O与氢H的混合。

并且，在本实施方式以由玻璃形成为大致H字状的容器30为例进行了说明。该容器30的形状是与所谓的小型荧光灯所使用的玻璃管相似的形状。即，可以将已经被工业化了的小型荧光灯的玻璃管的制造技术或装置，应用到本实施方式所涉及的氢生成装置1的容器30的制造中。

并且，在第一容纳部31、第二容纳部32以及连结部33的至少其中之一连结了供给水的水供给部70。

通过此构成，水供给部70能够经由第一容纳部31、第二容纳部32以及连结部33的至少其中之一，将水供给到容器30内。因此，能够长时间地连续地生成氢H。

并且，在第二容纳部32的比对置电极50靠上方的位置连通有氢回收部80，对从该对置电极50生成的氢H进行回收。

通过此构成，由于氢回收部80与第二容纳部32的对置电极50的上方连通，因此，能够由氢回收部80高效地对对置电极50生成的氢H进行回收。

并且，在第一容纳部31的比光电极40靠上方的位置连通有氧回收部90，对从光电极40生成的氧O进行回收。

通过此构成，由于氧回收部90与第一容纳部31的光电极40的上方连通，因此能够由氧回收部90高效地对在光电极40生成的氧O进行回收。

并且，可见光应答性催化剂为氧化钨。

通过此构成，由于能够将可见光应答性高的氧化钨用作可见光应答性催化剂，因此能够将可见光有效地用于水的电分解，从而能够提高氢H的生成效率。

并且，光电极40是含有氧化钨的细丝。

在此，若在规定期间进行氢H的制造，会因光电极40的氧化钨脱落或微量溶解而造成减少，因此导致氢生成能力降低。在这种情况下，只要将光电极40在大气中通电加热，则钨的表面被氧化，而成为氧化钨，从而能够再生氢生成能力。尤其是光电极40为表面积大的细丝，因此能够通过通电加热，高效地进行钨的氧化。

并且，氢生成装置1具有将太阳光聚光到第一容纳部31的光学部20。

通过此构成，由于光学部20能够将太阳光聚光到第一容纳部31，因此能够有效地激活光电极40中含有的可见光应答性催化剂。

(变形例1)

在该变形例1中示出了光学部的变形例。并且，在以下的说明中，对于与上述实施方式相同的部分赋予相同的符号，并有省略说明的情况。

图4是示出变形例1所涉及的光学部20a的概略构成的俯视图。具体而言，图4是与图3对应的图。

如图3所示，变形例1所涉及的光学部20a是在从上方来看时，成为两个弧状的反射面相连结的形状的镜子。两个反射面均被形成为抛物线状。在两个反射面的各自的焦点F1、F2的附近，配置有氢生成部10。具体而言，氢生成部10被配置成，第一容纳部31与一方的反射面的焦点F1重合，第二容纳部32与另一方的反射面的焦点F2重合。据此，在光学部20a反射的太阳光被聚光，照射到氢生成部10的第一容纳部31以及第二容纳部32。

(变形例2)

在该变形例2中，示出了光学部的变形例。

图5是示出变形例2所涉及的光学部20b的概略构成的俯视图。具体而言，图5是与图3对应的图。

在上述实施方式以及变形例1中举例示出了，光学部20、20a是镜子的情况。在该变形例2中，以光学部20b为透镜的情况为例进行说明。

具体而言，光学部20b是柱面透镜，在其焦点F3的附近配置氢生成部10。具体而言，氢生成部10以连结部33比焦点F3略微靠近光学部20b侧的方式而被配置。据此，在光学部20b聚光的太阳光照射到氢生成部10的第一容纳部31以及第二容纳部32。

并且，在光学部20b的与氢生成部10相反一侧的表面，形成有红外线反射膜。据此，由红外线反射膜对红外线L1进行反射，从而能够将可见光L2向氢生成部10聚光。因此，由红外线L1造成的温度上升不会在氢生成部10发生，从而能够抑制水蒸气的生成。

(变形例3)

在该变形例3示出了光学部的变形例。

图6是示出变形例3所涉及的光学部20c的概略构成的俯视图。具体而言，图6是与图3对应的图。

变形例3所涉及的光学部20c是成为两个柱面透镜连结后的形状的透镜。具体而言，光学部20c被连结成两个柱面透镜的平面部处于同一个面上。在两个柱面透镜的各自的焦点F4、F5的附近配置氢生成部10。具体而言，氢生成部10以第一容纳部31与一方的柱面透镜的焦点F4重合，第二容纳部32与另一方的柱面透镜的焦点F5重合的方式而被配置。据此，在光学部20c聚光的太阳光照射到氢生成部10的第一容纳部31以及第二容纳部32。

并且，构成光学部20b、20c的透镜，只要能够将太阳光聚光到氢生成部10，则可以采用任意的透镜。作为其他的透镜，例如可以列举出凹透镜、凸透镜、菲涅耳透镜等。

(变形例4)

在该变形例4中，以氢生成部10d被制成盒状的情况为例进行说明。

图7是示出变形例4所涉及的氢生成部10d的概略构成的截面图。具体而言，是与图2对应的图。

如图7所示，在氢生成部10d中安装覆盖容器30的下部安装下部外壳110、以及覆盖容器30的上部的上部外壳120。下部外壳110是由树脂形成的容器状外壳，容纳容器30的下部，由粘着剂111固定。上部外壳120由树脂形成，是上部闭塞、下方开放的筒状的外壳。在上部外壳120的上部的两侧形成有向外方突出的凸缘部129。并且，上部外壳120容纳容器30的上部，由粘着剂121固定。并且，在上部外壳120的顶面，设置有与导线42电连接的正极端子122、以及与导线52电连接的负极端子123。而且，在上部外壳120的顶面设置有：经由橡胶管72与第一管71连通的第一连接部124、经由橡胶管82与第二管81连通的第二连接部126、以及经由橡胶管92与第三管91连通的第三连接部125。这样，通过在氢生成部10d安装下部外壳110以及上部外壳120，从而被形成为卡式盒。被形成为卡式盒的氢生成部10d能够装拆于回收被生成的氢H以及氧O的回收装置200。

图8是示出变形例4所涉及的氢生成部10d被安装在回收装置200的状态下的截面图。如图8所示，回收装置200具备：连接部210、第一卡止部220、以及第二卡止部230。

连接部210具备：连接正极端子122的正极连接部211、以及连接负极端子123的负极连接部212。在正极连接部211与负极连接部212与未图示的电源电连接。据此，电源经由正极连接部211、正极端子122、导线42、以及负极连接部212、负极端子123、导线52，将直流电压施加到光电极40以及对置电极50。

并且，连接部210具备：第一连接管214、第二连接管215、以及第三连接管216。第一连接管214与第一连接部124连接，是用于将水供给到该第一连接部124的管。在第一连接管214设置有上述的水箱、开关阀以及传感器。第二连接管215与第二连接部125连接，是用于从该第二连接部125回收氧的管。在第二连接管215设置有上述的氧箱。第三连接管216与第三连接部126连接，是用于从该第三连接部126回收氢的管。在第三连接管216设置有上述的氢箱。

第一卡止部220是通过从两侧夹着下部外壳110，来对下部外壳110进行卡止的部件。第一卡止部220通过弹性来夹着下部外壳110。第二卡止部230是通过与上部外壳120的凸缘部129卡合，来对上部外壳120进行卡止的爪状部。这些第一卡止部220以及第二卡止部230通过卡止下部外壳110以及上部外壳120，从而氢生成部10d被安装到回收装置200。并且，若解除第一卡止部220以及第二卡止部230的卡止，则能够从回收装置200取下氢生成部10d。这样，通过将氢生成部10形成为卡式盒状，从而能够容易地装拆于回收装置200。

(变形例5)

在上述的实施方式中，以水供给部70比光电极40被设置在上方的情况为例进行了说明。关于水供给部70的设置位置，只要能够将水供给到容器30内，可以设置在容器30的任意的位置。

图9是示出变形例5所涉及的氢生成部10e的概略构成的截面图。具体而言，图9是与图2对应的图。

如图9所示，在氢生成部10e的容器30e，第一容纳部31e的下端部开放，通过在该部分安装第三栓75从而成为闭塞状态。由于水供给部70的第一管71贯通并安装到该第三栓75，因此第一管71与第一容纳部31e连通。并且，若拔下第三栓75，则无需改变容器30的姿势就能够排除水。即，在想要再现光电极40，生成氧化钨时，只要拔下第三栓75使水从容器30排出，就能够在容器30内使光电极40暴露在空气中。

另外，水供给部70可以连通于第二容纳部32或连结部33，也可以与第一容纳部31、第二容纳部32以及连结部33连通。

(变形例6)

在上述的实施方式中，以容器30被形成为大致H字状的情况为例进行了说明。在该变形例6中，以容器30f为大致U字状的情况进行说明。

图10是示出变形例6所涉及的氢生成部10f的概略构成的截面图。具体而言，图10是与图2对应的图。

如图10所示，氢生成部10f的容器30f被形成为大致U字状。在容器30f中，一方的直线部为第一容纳部31f、另一方的直线部为第二容纳部32f、弯曲部为连结部33f。即使在这种大致U字状的容器30f中，连结部33f不仅与第一容纳部31f的光电极40的下方连结，而且与第二容纳部32f的对置电极50的下方连结，从而使第一容纳部31f与第二容纳部32f连通。

另外，关于容器的形状，只要第一容纳部与第二容纳部通过连结部来连结，且连结部的位置被配置在光电极以及对置电极的下方，则可以是任意的形状。

(其他)

基于上述实施方式以及变形例对本实用新型所涉及的氢生成装置1进行了说明，但是本实用新型并非受上述的实施方式以及变形例所限。

例如，在上述实施方式中，以容器30为玻璃制的情况为例进行了说明，只要是由至少对可见光具有透光性的材料，也可以由其他的材料形成。作为针对可见光具有透光性的材料，例如可以是丙烯酸类树脂等。

并且，在上述的实施方式中，以容器30的全体针对可见光具有透光性的情况为例进行了说明，不过，至少第一容纳部31对可见光具有透光性即可。即，第二容纳部32以及连结部33也可以是对可见光不具有透光性，可以采用与第一容纳部31不同的材料来形成。另外，对于在对置电极采用可见光应答性催化剂的情况而言，也并非受此所限。

并且，在上述的实施方式中，光学部20排除红外线为例进行了说明，在容器30也可以排除红外线。具体而言，可以列举出在容器30的表面贴上去除红外线滤波器的方式。这样，从直接照射到容器30的太阳光中也能够去除红外线，因此能够进一步抑制容器30内的水的温度上升。

而且，在将与光电极的可见光应答性催化剂不同的第二个可见光应答性催化剂用于对置电极的情况下，也有不需要外部的电源连接的情况。这种情况有已知的两阶段光激励反应或Z型光催化。电子传导是由被称作氧还原反应的特殊的离子移动来实现的。该离子由碘或铁等单质或化合物的离子构成，溶于水中扩散。氢离子同样经过连结部，而在容纳部之间交替。

另外，针对实施方式以及变形例执行的本领域技术人员所能够想到的各种变形、以及在不脱离本实用新型的主旨的范围内对各个实施方式的构成要素以及功能进行任意地组合来实现的形态均包含在本实用新型内。