CN103403940A - 能量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能量系统，具备：光氢生成部(101)，其通过光催化作用分解水，来生成氢；燃料电池(103)，其通过由光氢生成部(101)产生的氢和氧化气体之间的反应进行发电的同时，将作为反应生成物的水排出；和水配送机构(104)，其将从燃料电池(103)排出的作为反应生成物的水返回到光氢生成部(101)。通过这样的结构，能够抑制来自外部的水的供给量在少量，从而能够提供水收支平衡的能量系统。

Description

能量系统
技术领域
本发明涉及一种至少具备通过光催化作用分解水来生成氢的氢生成部，和将氢作为能源来进行发电的燃料电池的能量系统。
背景技术
从减少二氧化碳的排出、清洁能源的观点来看，氢能量被关注着。通过将氢作为燃料电池等的能量介质而利用，从而能够转换为电、热，此外，即使直接燃烧氢本身，也能够作为热、动力而使用。此外，在将氢利用于燃料电池的情况，以及在使氢直接燃烧的情况的任一种情况下，最终生成物都是无害安全的水，能够创造出清洁的能源循环。
虽然氢天然存在，但大部分是从石油、天然气中，通过基于催化剂的分解(cracking)而制造的。此外，虽然通过对水进行电解也能够制造氢和氧气，但由于需要用于电解的电能，所以如果考虑利用普通的电能，则不能称为清洁能量(clean energy)。
另外，也可以考虑通过太阳能电池将光能转换为电，使用该电能来对水进行电解的系统。但是，如果考虑太阳能电池的制造成本、能量消耗量以及蓄电技术，则利用了这样的系统的氢制造方法，未必能称为有效的方法。
相对地，利用半导体性光催化剂通过水分解进行氢的生成，是从水和太阳光直接制造氢的方法，能够有效地将太阳光能转换为氢能量。
现有技术中，提出了几个关于使用了半导体性光催化剂的用于氢生成的设备、使用了该设备的氢生成系统的结构。
在专利文献1中，公开了使利用光催化剂而被分解的电解液循环的同时，从外部补充由于被光催化剂分解而减少了的水的技术手段。
但是，在专利文献1公开了的氢生成系统中，虽然是将减少的电解液从自来水等外部导入的机构，但为此需要用于从系统外部供给水的机构。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭和57-191202号公报
发明内容
本发明是为解决上述以往的问题而提出的，其目的在于提供一种将来自外部的水的供给量抑制在少量，实现水收支平衡的能量系统。
本发明提供一种能量系统，具备：氢生成部，其通过光催化作用对水进行分解来生成氢；燃料电池，其利用由氢生成部产生的氢与氧化气体之间的反应来进行发电，并且将水作为反应生成物而排出；和水配送机构其将从燃料电池排出了的反应生成物、即水返回到氢生成部。
本发明的能量系统能够通过由氢生成部对水进行分解，从而使用所生成的氢和外部的氧气，通过燃料电池进行发电。进一步，对由于在燃料电池发电生成的水进行回收，利用水配送机构返回到氢生成部，从而能够利用由燃料电池生成的水来再次在氢生成部生成氢。因此，能够将来自外部的水的供给量抑制在少量，来运行能量系统。
附图说明
图1A是表示本发明的实施方式中的能量系统的一个结构例的图。
图1B是表示本发明的实施方式中的能量系统的另一个结构例的图。
图2是本发明的实施方式中的氢生成部的示意结构图。
图3是表示本发明的实施方式中的能量系统的一个变形例的图。
图4是表示本发明的实施方式中的能量系统的一个变形例的图。
图5A是表示本发明的实施方式中的能量系统的一个变形例的图。
图5B是表示本发明的实施方式中的能量系统的一个变形例的图。
图6是表示本发明的实施方式中的能量系统的一个变形例的图。
具体实施方式
下面，参照图1A以及图2，对本发明的实施方式进行说明。另外，下面的实施方式是一个例子，本发明不限定于下面的实施方式。
图1A是表示本发明的实施方式中的能量系统的一个结构例的图。图2是本发明的实施方式中的光氢生成部的示意结构图。能量系统具有：光氢生成部101、燃料电池103、氢配送机构102、和水配送机构104。光氢生成部101通过照射光，对水等电解液进行分解，来生成氢。燃料电池103将氢和氧气等的氧化气体作为能源进行发电。氢配送机构102将由光氢生成部101生成的氢供给给燃料电池103。水配送机构104将从燃料电池103排出的作为反应生成物的水，返回到光氢生成部101。
如图2所示，光氢生成部101具有：框体201和电极部202。框体201为大概箱子的形状，其至少一部分由石英玻璃等至少透过可视光的材料构成。框体201的内部保持有电解液205。电解液205至少包含水。根据需要，电解液205中也可以进一步包含电解质、氧化还原物质以及/或者牺牲试剂等。框体201与氢配送机构102连接，该氢配送机构102用于将在框体201内部生成的氢配送到燃料电池103。此外，框体201与水配送机构104连接，该水配送机构104将电解液从光氢生成部101的外部配送到框体201内。
电极部202通过分解水，来生成氢和氧气。电极部202具有：第1电极203，其为光催化剂性的半导体电极；和第2电极204，其为相反的一极。
第1电极203具有：导电性基板203A；和在导电性基板203A的导电面形成的具有光催化功能的光催化剂性半导体层203B。作为导电性基板203A，可以由金属箔、金属板构成，也可以通过在玻璃等非导电性基板的表面制造ITO、FTO等导电膜而构成。第1电极203配置为至少光催化剂性半导体层203B浸渍在框体201内的电解液205中。此外，第1电极203配置为在框体201内，光照射到光催化剂性半导体层203B。
光催化剂性半导体层203B由通过被照射太阳光等紫外光、可视光而生成受激电子和空穴的各种半导体材料形成。作为半导体材料，主要使用氧化钛、氧化钨等氧化物、氧化物固溶体、氧氮化物等。光催化剂性半导体层203B不是必须由单一材料构成，也可以由多种半导体材料构成。此外，在光催化剂性半导体层203B，除了半导体材料之外，还可以包含由铂等形成的助催化剂、促进光吸收的增感颜料等。虽然本实施方式中的光氢生成部101是具有一个包含光催化剂性半导体层203B在内的第1电极203的结构，但不仅限于此，其结构也可以是具有两个以上的第1电极203，各个第1电极203可以分别具有不同种类的光催化剂性半导体层203B。
第2电极204被配置在框体201内部，不妨碍太阳光对光催化剂性半导体层203B的照射的位置。第1电极203与第2电极204电连接。第2电极204作为相反的一极，由能够利用的材料形成，能够使用例如白金、镍、钴、钛等金属、碳等。此外，也可以使用在钛等金属板、导电性玻璃的表面，蒸镀了上述金属的薄膜的物质。此外，作为第2电极204的形状，可以使用各种形状，根据情况，可以适当选择棒状、板状、网状等形状。
另外，如图2所示，框体201最好构成为在内部产生的氢以及氧气不混合地向外部排出。具体来讲，最好以下面的方式构成。框体201内部至少被分割为2个房间，在各个房间分别配置第1电极203和第2电极204。此外，为了分割为2个房间，使用例如只能透过离子性物质的离子交换膜206。并且，在2个房间分别设置能够与外部连接的气体排出用的口。
如图1A所示，燃料电池103可以是固体高分子型、固体电解质型等任何形式。燃料电池103具备：阳极室，其导入氢；和阴极室，其导入包含氧化性气体在内的气体。氢配送机构102与燃料电池103的阳极室入口侧连结。
氢配送机构102只要是能配送氢的机构就不特别限定，例如由金属配管等构成。此外，也可以在路径上设置用于使被配送体移动的泵。此外，也可以构成为在配管的路径上适当设置贮藏罐等。
水配送机构104具有：水净化部105、第1路径106、第2路径107、第3路径108、供水部109。
水净化部105通过第1路径106，与燃料电池103的阴极室的出口侧连接。水净化部105对从燃料电池103排出的水进行净化。
此外，水净化部105通过第2路径107，与光氢生成部101的框体201连接。在水净化部105净化出的水通过第2路径107，被送到框体201内。
此外，水净化部105通过第3路径108，与燃料电池103连接。在水净化部105净化出的水通过第3路径108，被送到燃料电池103。
此外，直接或间接地从供水部109向水净化部105供给自来水(例如城市用水)。被供给的自来水，与从燃料电池103排出了的水一起，通过水净化部105而被净化。
第1路径106、第2路径107、第3路径108都由例如金属配管构成。
在第1路径106、第2路径107、第3路径108，分别设置第1泵110、第2泵111、第3泵112。第1泵110、第2泵111、第3泵112被控制部(未图示)控制，根据需要，对流过路径的流体进行加压并送出。
水净化部105只要是一般的水净化装置就不特别限定，特别地，最好通过使用离子交换树脂的方式、使用施加了偏压的电极的方式等，对水进行净化。
接下来，对本实施方式中的能量系统的动作进行说明。首先，对本实施方式中的光氢生成部101的动作原理进行说明。如图2所示，如果通过框体201中的至少透过可视光的部分，对第1电极203的光催化剂性半导体层203B照射太阳光，则在光催化剂性半导体层203B生成受激电子(e)以及空穴(h+)。
例如，在光催化剂性半导体层203B由n型半导体材料构成的情况下，生成出的空穴在光催化剂性半导体层203B的表面，通过反应式(1)所示的化学反应，对水进行分解并生成氧气。另一方面，生成出的受激电子从光催化剂性半导体层203B向导电性基板203A移动，进一步从导电性基板203A向第2电极204移动。然后，在第2电极204上通过反应式(2)所示的化学反应，对水进行分解并生成氢。
【反应式1】
4h++2H2O→O2↑+4H+      (1)
【反应式2】
4e-+4H+→2H2↑      (2)
产生出的氢以及氧气，不在框体201内部混合，而导出到框体201的外部。特别地，氢通过氢配送机构102，被送到燃料电池103的阳极室。
接下来，对燃料电池103的动作原理进行说明。如前面所述，燃料电池103具备：阳极室，其导入氢；和阴极室，其导入包含氧化性气体在内的气体。
导入到了燃料电池103的氢与氧化性气体，产生反应式(3)所示的化学反应，生成电能源的同时也生成水。另外，此时使用的氢是通过光氢生成部101生成，通过氢配送机构102送来的气体。
【反应式3】
2H2+O2→2H2O      (3)
通过反应式(3)所示的化学反应生成的水，通过燃料电池103的阴极室侧，以液体或者水蒸气的形式，排出到燃料电池103的外部。被排出的水分通过水回收部(未图示)回收，通过连结燃料电池103的阴极室侧和水净化部105的第1路径106，送到水净化部105。水回收部可以设置在水净化部105的上游侧，也可以设置在第1路径106上，还可以与燃料电池103、水净化部105一体形成。此时，可以通过设置冷凝器等，使其液化并进行输送。
接下来，对水配送机构104中的动作进行说明。通过燃料电池103的阴极室侧排出了的水，被第1泵110加压，通过第1路径106被送到水净化部105。水净化部105将包含在通过第1路径106送来的水中的重金属离子、卤素离子等杂质除去。通过水净化部105除去了杂质的水，被第2泵111加压，并通过第2路径107送到光氢生成部101的框体201内。
此外，通过水净化部105净化了的水，被第3泵112压缩，并通过第3路径108送到燃料电池103。被送到了燃料电池103的水，被利用于燃料电池103的电池堆(stack)的冷却、电解质膜的加湿等，并被水回收部回收。
此外，水净化部105与从外部供给自来水等水的供水部109直接或间接地连接。根据需要，供水部109向水净化部105供给水。从供水部109供给的水，也和从燃料电池103排出了的水一样，通过水净化部105净化。并且，被净化了的水通过第2路径107以及第3路径108，被送到光氢生成部101以及燃料电池103。另外，虽然供水部109在本实施方式中与水净化部105连接，但不仅限于此，也可以是与第1路径106连接的结构。
这里，对来自供水部109的水的供给进行进一步详细地说明。在能量系统内的水量低于固定值的情况下，进行来自供水部109的水的供给。能量系统内的水量的检测，可以用各种方法，例如，能够在光氢生成部101设置通过水位、水的重量对水量进行检测的传感器(未图示)，或者在水配送机构104上设置对通过水配送机构104的水量进行检测的传感器(未图示)，或者通过与在燃料电池103中发电的电量之间的比较，对不能再利用而泄露到外部的水量进行推定。然后，在通过传感器检测到了能量系统内的水量低于固定值的情况下，控制部(未图示)打开连接供水部109和自来水线路(未图示)的阀门(未图示)。然后，从供水部109向水净化部105供给自来水。
关于来自该供水部109的水的供给，能够通过例如下面的结构，自动地进行控制。
在光氢生成部101内部设置对内部的水位进行测定的水位传感器。在该水位传感器，使用浮标式、超音波式、静电容量式、压力式等。
在光氢生成部101，为了使氢生成效率不降低，保存在内部的光催化剂性的半导体电极，即第1电极203，以及相反的一极，即第2电极204，需要全部浸渍在电解液205中。原因是，如果第1电极203、以及第2电极204有从电解液205中露出了的部分，则露出的未与电解液205接触的部分不能分解水，不能对氢的生成做出贡献。因此，水位传感器最好设定为不使这些电极从电解液205露出的水位。
例如，如果由燃料电池103生成的水不能全部回收，一部分漏出到系统的外部，则光氢生成部101内部的电解液205的液面位置降低。然后，如果漏出到了外部的水到达某值，电解液205的液面降低到水位传感器的设定值，则水位传感器发出信号，接收到该信号的控制部从供水部109导入自来水。
此时，水位传感器的设定值，最好考虑水被分解而减少的速度，和从供水部109导入，由水净化部105进行净化处理的处理速度，以被设定为使得电极部不从电解液205露出的值。此外，自来水的导入量可以是预先设定的一定量，也可以通过设置第2水位传感器来检测到达目标导入量时的电解液205的液面位置，在第2水位传感器检测到时，停止自来水的导入，从而调节导入量。而且，水位传感器最好设置在不妨碍光催化剂性的半导体电极即第1电极203被太阳光照射的场所。
进一步地，在光氢生成部101也可以设置用于对电解液205进行循环的循环路径，或者用于将对水分解而生成出的氢以及氧气，与水分进行分离的气液分离装置。
循环路径是为了将产生出的氢以及氧气从电极顺畅去除，并对在光氢生成部101中获得的太阳热进行利用而设置的，根据情况不同，也可以在循环路径上设置热交换器。此外，作为对在光氢生成部101中生成出的氢进行回收的一个手段，将产生出氢与循环流动的电解液205一起排出到光氢生成部101的外部，在连结的气液分离装置内对液体和氢进行分离回收。
而且，水位传感器设置在循环路径上或者气液分离装置内。在设置在循环路径上的情况下，也可以特别设置用于测定水位与光氢生成部101内部的水量相应地产生变动的水位的场所。水位传感器最好设定为保存在光氢生成部101内部的电极部从电解液205露出之前实现发出信号，从供水部109导入自来水。
与前面所述同样地，该水位传感器的设定值最好设定为，考虑水被分解从而减少的速度，和从供水部109导入，并被水净化部105进行净化处理的处理速度，以使得电极部不从电解液205露出。关于信号被发出，自来水开始导入之后的运行，也如前面所述。
另外，在本实施方式的能量系统中，几乎不进行来自外部的水的供给，进行发电。也就是说，对由光氢生成部101产生的氢进行利用，由燃料电池103进行发电的同时，对由燃料电池103生成的水进行利用，从而由光氢生成部101生成氢。例如，在燃料电池103，对1天所需要的电量，即约15kWh进行发电。这种情况下，如果在光氢生成部101具有能够对1天约5L的水进行分解的能力，则能够将用于对发出上述电力量的电的氢，提供给燃料电池103。因此，不进行来自外部的水的供给，便能够运行能量系统。因此，针对水配送机构104、光氢生成部101，最好在能够分解上述水，并且能够使其在系统内流动的范围内，对大小、效率进行设定。
另外，虽然在本实施方式中，对上述那样的水配送机构104进行了说明，但水配送机构104也可以是能够将在燃料电池103生成的水配送到光氢生成部101的结构，也可以根据需要，适当选择利用水净化部105、供水部109、第1～3路径106～108以及第1～3泵110～112。
特别地，关于水净化部105，在包含在从燃料电池103排出的水中的杂质少的情况下，并不需要特别在燃料电池103和光氢生成部101之间设置该水净化部105。图1B是表示本发明的实施方式中的能量系统的另一个结构例的图。也就是说，也可以将从燃料电池103排出的水，不经由水净化部105，直接向光氢生成部101供给。通过使用这样的结构，在能够使水配送机构104更简单化的同时，也能够防止水净化部105的过滤器(例如，离子交换树脂盒)的劣化。此外，由于在水净化部105不产生压损，因此通过更少的能量，能够向光氢生成部101供给水，因此能够进一步提高水的供给能力。
此外，连接水净化部105和光氢生成部101的第2路径107的光氢生成部101侧的连接点，也可以位于构成光氢生成部101的框体201上，在光氢生成部101中的电解液在外部的循环路径循环的情况下，也可以在循环路径上。
综上所述，本实施方式的能量系统具有：光氢生成部101，其通过光催化作用对水进行分解来生成氢；燃料电池103，其利用在光氢生成部101产生的氢和氧化气体之间的反应进行发电，并且将作为反应生成物的水排出；和水配送机构104，其将从燃料电池排出了的作为反应生成物的水，返回到光氢生成部101。由此，使用通过在光氢生成部101对水进行分解而生成的氢和外部氧气，能够通过燃料电池103进行发电。进一步地，对通过在燃料电池103发电而生成的水进行回收，通过水配送机构104返回到光氢生成部101，从而能够利用在燃料电池生成的水，再次在光氢生成部101生成氢。因此，能够将来自外部的水的供给量抑制在少量，并运行能量系统。
此外，水配送机构104包含对从燃料电池排出的水进行净化的水净化部105。由此，由于能够除去包含在从燃料电池103排出的水中的杂质，因此能够以更适宜的状态，向光氢生成部101供给水。因此，光氢生成部101中的水分解反应的效率能够提高，进一步能量系统的效率能够提高。此外，由于使用杂质比通常的自来水少的、从燃料电池103排出的水，通过光氢生成部101生成氢，因此水净化部105可以由净化力比用于净化通常的自来水的水净化部低的部件构成。因此，能够利用更小型便宜的水净化部105。此外，通过从水中除去重金属离子、卤素系离子、以及阻碍光透过的物质，从而在能够抑制光氢生成部101的电极部202以及系统的劣化的同时，还有利于提高光的透过度，促进光催化剂反应。另外，一般包含在从燃料电池103一天排出的水(约5L)中的杂质为10几μg左右，与包含在同量的一般自来水中的杂质的量(约1g)相比，是非常微量的。
此外，水配送机构104进一步包含从能量系统外部接受水的供水部109。并且，从供水部109供给的水，与从燃料电池103排出的水一起，通过水净化部105净化，并被送到光氢生成部101。由此，即使在万一能量系统内的水量为一定值以下的情况下，由于能够从外部自动供给水，因此能够使能量系统稳定运转。
另外，在本实施方式的能量系统通常运行的情况下，循环在能量系统中的水量为约5L／日。其中，假设从能量系统内损耗的水量最大为约270mL／日。因此，应从供水部109供给的水量为最大约270mL／日。因此，即使使用一般的离子交换树脂等，也能够假设10年左右的长时间利用。因此，能够使能量系统安定长期地运转。
此外，燃料电池103具有电池堆，水配送机构104将在水净化部105中净化了的水的一部分送到燃料电池103，对在燃料电池103产生出的热进行冷却，并且加湿燃料电池103的电池堆内部。由此，在水净化部105中净化了的水能够利用于燃料电池103的冷却、电池堆内部的加湿。因此，水净化部105能够在将水送到光氢生成部101，和将水送到燃料电池103两方面活用，能够减少部件的件数、节省空间。
此外，水配送机构104将加湿燃料电池103的电池堆内部而剩下的水，和从燃料电池103排出的作为反应生成物的水一起在水净化部105净化。由此，能够净化被利用于燃料电池103的冷却、电池堆内部的加湿的水，并再次送到光氢生成部101、燃料电池103。因此，能够提高水的收支，进一步提高能量系统的效率。
另外，虽然本实施方式的光氢生成部101构成为在框体201内具有第1电极203，该第1电极203具有光催化剂性半导体层203B，但不限定于此。例如，也可以构成为在框体201内分散包含光催化剂性半导体在内的粉末。
(变形例1)
下面，参照图3，对本实施方式的能量系统的变形例1进行说明。在图3中，对于与图1A相同的结构要素，使用相同的符号，省略说明。另外，下面的实施方式是一个例子，本发明不限定于下面的实施方式。
图3是表示本发明的实施方式中的能量系统的一个变形例的图。氢配送机构102包含氢贮藏设备301。氢贮藏设备301对通过光氢生成部101生成出的氢进行贮藏，并向燃料电池103供给氢。氢贮藏设备301可以是罐子那样的容器，也可以是使用贮氢合金那样的化学手法的贮藏形式。
通过使用了光催化剂性半导体电极的水分解而进行的氢生成中，只能在照射太阳光时进行水分解。也就是说，在不照射太阳光的夜间、恶劣天气的白天，不能有效率地生成氢。
因此，通过设置能够对由光氢生成部101产生的氢进行贮藏的氢贮藏设备301，能够将在照射太阳光的时间段产生出的剩余氢，贮藏在氢贮藏设备301。从而，在不照射太阳光的时间段，由于能够使用在氢贮藏设备301中贮藏的氢，通过燃料电池103转换为电能，因此能够成为不受时间、天气左右的安定的能量系统。
氢配送机构102在设置氢贮藏设备301的同时，也可以在氢贮藏设备301的入口部，设置用于使贮藏效率提高的压缩机等氢的压缩装置。此外，也可以在氢贮藏设备301的上游侧，设置从氢中除去水分的除湿部。
(变形例2)
下面，参照图4，对本实施方式的变形例2进行说明。在图4中，对于与图1A以及图3相同的结构要素，使用相同的符号，省略说明。
另外，下面的实施方式是一个例子，本发明不限定于下面的实施方式。
图4是表示本发明的实施方式中的能量系统的一个结构例的图。本变形例中的能量系统的水配送机构104进一步具有水贮藏设备401。水贮藏设备401能够将从燃料电池103排出的作为反应生成物的水暂时贮藏。水贮藏设备401在水配送机构104中，设置在燃料电池103的阴极室的下游侧和水净化部105之间的第1路径106上。
在本能量系统中，在不照射太阳光的夜间、恶劣天气的时间段，光氢生成部101不能分解水并生成氢。因此，在光氢生成部101中，由于水未减少，因此不需要从水配送机构104供给水。
另一方面，燃料电池103与光氢生成部101是否动作无关，存在夜间等动作的情况。这种情况下，通过实施方式1记载的反应式(3)所示的化学反应，在燃料电池103中生成水，此外冷却水等也从燃料电池103中被排出。
在本变形例中，在光氢生成部101不动作而燃料电池103动作的情况下，将对从燃料电池103生成的水以及利用于燃料电池103的冷却等的水进行贮藏的水贮藏设备401，设置在水配送机构104中尤其设置在第1路径106上。由此，即使在光氢生成部101不动作的状态下燃料电池103执行动作的情况下，也能够将从燃料电池103生成的水等贮藏在水贮藏设备401。因此，接下来，在光氢生成部101动作的情况下，能够利用贮藏在水贮藏设备401的水，从而能够不浪费地对水进行利用。因此，能够进一步提高能量系统的效率。
此外，在水配送机构104的第1路径106上设置喷水泵402。喷水泵402对来自燃料电池103的水进行回收，是向水贮藏设备401输送水的动力源。
贮藏在水贮藏设备401中的水，通过水净化部105进行净化，通过第2路径107以及第3路径108，并向光氢生成部101以及燃料电池103供给。
此时，用于燃料电池103的冷却用途的水、用于燃料电池103的电池堆的加湿的水以及由于反应式(3)所示的化学反应而产生的水，也在水贮藏设备401的上游侧的第1路径106上或者在水贮藏设备401进行合流。
在本变形例中，与变形例1同样地，在氢配送机构102上可以设置氢贮藏设备301、压缩机、除湿装置等。
此外，虽然水贮藏设备401最好设置在第1路径106上，但在由于空间等问题而不能设置的情况下，也可以设置在第2路径107上。此外，也可以将供水部109与水贮藏设备401连接。
(变形例3)
下面，参照图5A以及图5B，对本实施方式的变形例3进行说明。在图5A以及图5B中，对于与图1A、图3～4相同的结构要素，使用相同的符号，省略说明。
另外，下面的实施方式是一个例子，本发明不限定于下面的实施方式。
图5A以及图5B是表示本发明的实施方式中的能量系统的一个变形例的图。
在图5A中，在水配送机构104中的第1路径106上，设置第1冷却器501。第1冷却器501对从燃料电池103排出的作为反应生成物的水进行冷却。
从燃料电池103排出的水，由于燃料电池103的发电时产生出的热，变成高温。另一方面，设置在光氢生成部101内部的第1电极203的光催化剂性半导体的带隙(band gap)在高温环境下缩小，不能得到水分解所需要的过电压，水分解效率降低。
因此，通过第1冷却器501，对从燃料电池103排出的高温的水进行冷却，通过向光氢生成部101供给，能够抑制光氢生成部101内的温度上升，能够防止水分解效率的降低。
此时，用于燃料电池103的冷却用途的水、用于燃料电池103的电池堆的加湿的水以及由于反应式(3)所示的化学反应而产生的水，也在第1冷却器501的上游侧的例如第1路径106上进行合流。第1泵110可以设置在第1冷却器501的上游侧，也可以设置在下游侧。
在图5B中，与变形例2同样地，构造为在第1路径106上设置水贮藏设备401和喷水泵402。进一步，水配送机构104具有第2冷却器502。第2冷却器502对从水贮藏设备401流出的水进行冷却。第2冷却器502设置在第1路径106中位于水贮藏设备401的下游侧。
在水贮藏设备401贮藏水时，如果以接近常温的温度进行贮藏，则存在产生杂菌等，污染水净化部105等系统全体的危险。因此，从燃料电池103排出的水，最好至少以60℃左右以上的高温状态，贮藏在水贮藏设备401中。因此，从水贮藏设备401送来的水基本为60℃左右的高温，如果直接使用这样的水，则会如上所述，导致水分解效率等的降低。
因此，通过第2冷却器502，通过对从水贮藏设备401流出的水进行冷却并利用，能够抑制光氢生成部101的温度上升，能够防止水分解效率的降低。
另外，第1冷却器501以及第2冷却器502，最好由热交换器构成。此外，在第1冷却器501以及第2冷却器502中回收的热量，也可以用于温水用途、暖气用途等。
在本变形例中，与变形例1同样地，在氢配送机构102上也可以设置氢贮藏设备301、压缩机、除湿装置等。
此外，替代第1冷却器501以及第2冷却器502，也可以设置放热器，对从燃料电池103排出的水进行冷却。
(变形例4)
下面，参照图6，对本实施方式的变形例4进行说明。在图6中，对于与图1A、图3～5相同的结构要素，使用相同的符号，省略说明。
另外，下面的实施方式是一个例子，本发明不限定于下面的实施方式。
图6是表示本发明的实施方式中的能量系统的一个变形例的图。在本变形例中，燃料电池103是特别的SOFC(Solid Oxide Fuel Cell，固体氧化物燃料电池)型的燃料电池。此外，在水配送机构104的路径603上设置冷凝器601。冷凝器601对从燃料电池103排出的高温水蒸气进行冷凝。进一步，水配送机构104在冷凝器601的下游侧具有第3冷却器604。第3冷却器604通过冷凝器601，对流出的高温的水进行冷却。被冷却了的水通过泵602被加压，并被送到光氢生成部101。
SOFC型燃料电池与一般的PEFC型燃料电池等相比，由高温约400～1000度左右的温度驱动。因此，通过发电，从燃料电池的阳极侧排出包含高温的水蒸气在内的气体。包含在该气体中的水蒸气，几乎不含通常从燃料电池排出的水中所包含的杂质，即重金属、卤素离子等。
因此，通过对该水蒸气进行冷凝，从而本变形例中的能量系统即使不设置水净化部105，也能够将杂质少的水，提供给光氢生成部101。因此，能够使能量系统的结构更简易，也能够提高系统的效率。
另外，当然也可以是具有水净化部105的结构。通过设置水净化部105，从而能够将杂质更少的水，提供给光氢生成部101。
此外，在本变形例中，也可以适当设置实施方式所记载的各结构。此外，与变形例1同样地，也可以在氢配送机构102上设置氢贮藏设备301、压缩机、除湿装置等。
产业上的可利用性
关于本发明的能量系统，通过对由燃料电池产生的水进行回收，对其进行净化，并在光氢生成部中再利用，并且利用由光氢生成部生成的氢，通过燃料电池进行发电。由此，几乎不需要来自外部的水的供给，就能够构筑能发电的水资源独立的能量系统。对使用了燃料电池的能量系统是有用的。
符号说明
101   光氢生成部
102   氢配送机构
103   燃料电池
104   水配送机构
105   水净化部
106   第1路径
107   第2路径
108   第3路径
109   供水部
110   第1泵
111   第2泵
112   第3泵
201   框体
202   电极部
203   第1电极
203A  导电性基板
203B  光催化剂性半导体层
204   第2电极
205   电解液
206   离子交换膜
301   氢贮藏设备
401   水贮藏设备
402   喷水泵
501   第1冷却器
502   第2冷却器
601   冷凝器
602   泵
603   路径
604   第3冷却器

Claims (16)

1.一种能量系统，具备：
光氢生成部，其通过光催化作用分解水来生成氢；
燃料电池，其通过由所述氢生成部产生的氢和氧化气体之间的反应来进行发电，并且将水作为反应生成物排出；和
水配送机构，其将从所述燃料电池排出的作为反应生成物的水返回到所述光氢生成部。
2.根据权利要求1所述的能量系统，其特征在于，
所述水配送机构包含：
水净化部，该水净化部对从所述燃料电池排出的水进行净化。
3.根据权利要求2所述的能量系统，其特征在于，
所述水配送机构包含从外部接收水的供水部，该水配送机构将从所述供水部供给的水，与从所述燃料电池排出的水一起，由所述水净化部净化，并送到所述光氢生成部。
4.根据权利要求3所述的能量系统，其特征在于，
所述光氢生成部包含水位传感器，该水位传感器对内部的水位进行检测，
如果所述水位降低到预先设定的设定值，则所述水位传感器向控制部发出信号，
所述控制部基于所述信号的接收，将规定的导水量的水从所述供水部提供给所述氢生成部。
5.根据权利要求4所述的能量系统，其特征在于，
所述设定值被设定为所述氢生成部的电极部不从电解液露出的水位。
6.根据权利要求4所述的能量系统，其特征在于，
所述光氢生成部还包含：
循环路径，该循环路径用于循环所述电解液；或者
气液分离装置，该气液分离装置用于对水分解所生成的氢以及氧气与水分进行分离。
7.根据权利要求6所述的能量系统，其特征在于，
所述水位传感器备设于所述循环路径或者所述气液分离装置中。
8.根据权利要求2所述的能量系统，其特征在于，
所述燃料电池具有电池堆，
所述水配送机构将在所述水净化部中净化的水的一部分，送到所述燃料电池，对由所述燃料电池产生的热进行冷却，并且加湿所述燃料电池的电池堆内部。
9.根据权利要求8所述的能量系统，其特征在于，
所述水配送机构将加湿所述燃料电池的电池堆内部而剩下的水，与从所述燃料电池排出的作为反应生成物的水一起，在所述水净化部进行净化。
10.根据权利要求1所述的能量系统，其特征在于，
所述光氢生成部具有：
第1电极，该第1电极包含将水分解为氢和氧气的半导体材料；
第2电极，该第2电极与所述第1电极电连接；和
框体，该框体保持至少包含水在内的电解液。
11.根据权利要求1所述的能量系统，其特征在于，
还具备：
氢贮藏设备，该氢贮藏设备对在所述光氢生成部生成的氢进行贮藏，并向所述燃料电池供给氢。
12.根据权利要求1所述的能量系统，其特征在于，
所述水配送机构具有：
水贮藏设备，该水贮藏设备对从所述燃料电池排出的作为反应生成物的水，暂时进行贮藏。
13.根据权利要求12所述的能量系统，其特征在于，
所述水配送机构具有：
第1冷却器，该第1冷却器对从所述水贮藏设备流出的水进行冷却。
14.根据权利要求13所述的能量系统，其特征在于，
所述第1冷却器是热交换器。
15.根据权利要求1所述的能量系统，其特征在于，
所述水配送机构具有：
第2冷却器，该第2冷却器对从所述燃料电池排出的作为反应生成物的水，进行冷却。
16.根据权利要求15所述的能量系统，其特征在于，
所述第2冷却器是热交换器。
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