CN103732531A - 氢生成装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种使用光催化剂从液态水或水蒸气生成氢的氢生成装置及其使用方法。本发明的氢生成装置，具有：液态水或水蒸气流通、且外周侧壁面的至少一部分由透明材料构成的水流路；氢流通、且形成于水流路的内周侧的氢流路；构成水流路和氢流路之间的壁面的至少一部分，且从水流路的液态水或水蒸气分离氢，并向氢流路提供的氢分离膜；以及配置在氢分离膜的水流路侧表面的至少一部分上的光催化剂层。

Description

氢生成装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及利用光催化剂从液态水或水蒸气生成氢的氢生成装置。另外，本发明涉及使用该氢生成装置生成氢的方法。
背景技术
近年，提出了很多的将清洁能源氢作为能源使用的方案。
为了制造氢，一般进行利用烃燃料的水蒸气改性。另外，近年来，也曾考虑通过水的分解，尤其是使用太阳能的水的分解，从水获得氢。尤其是，对于通过水的分解而进行的氢的生成，使用太阳能的水的光催化分解，在能够利用取之不尽用之不竭的太阳能这点上受到注目。
关于从通过水的分解而得到的氢、氧和水的混合物中分离氢，在日本特开2004-35356及日本特开2004-292284中曾提出了使用仅使氢选择性地透过的氢分离膜的方案。再者，在日本特开2008-207969中，曾提出了为了从通过使用烃燃料的水蒸气改性而得到的混合气体中分离氢而使用氢分离膜的方案。
发明内容
本发明提供一种使用光催化剂从液态水或水蒸气生成氢的氢生成装置。另外，本发明提供一种使用该氢生成装置生成氢的方法。
本发明的氢生成装置，具有：液态水或水蒸气流通、且外周侧壁面的至少一部分由透明材料构成的水流路；氢流通、且形成于所述水流路的内周侧的氢流路；构成水流路和氢流路之间的壁面的至少一部分，且从水流路的液态水或水蒸气分离氢，并向氢流路提供的氢分离膜；以及配置在氢分离膜的水流路侧表面的至少一部分上的光催化剂层。
附图说明
图1是说明本发明的氢生成装置的图。
图2是表示本发明的氢生成装置的其他方式的图。
图3是表示能够在本发明的氢生成装置中使用的集光部件的例子的图。
具体实施方式
本发明的氢生成装置是用于从液态水或水蒸气生成氢的装置。
具体来说，例如，本发明的氢生成装置能够具有图1所示那样的构造。这里，在该图1所示的方式中，本发明的氢生成装置具有：液态水或水蒸气（H2O）流通、且外周侧壁面11的至少一部分由透明材料构成的水流路12；氢（H2）流通、且形成于水流路12的内周侧的氢流路18；构成水流路12和氢流路18之间的壁面的至少一部分，且从水流路12的液态水或水蒸气分离氢，并向氢流路18提供的氢分离膜16；以及配置在氢分离膜16的水流路12侧表面的至少一部分上的光催化剂层14。
在本发明的氢生成装置的使用时，向水流路12供给液态水或水蒸气，通过由透明材料构成的水流路的外侧壁面11对光催化剂层14照射光50，利用光催化剂将液态水或水蒸气分解，生成氢以及氧，并且利用氢分离膜16从水流路分离氢，并向氢流路18提供，能够从氢流路获得所生成的氢。
根据本发明的氢生成装置，由于氢流路以及氢分离膜配置在水流路以及光催化剂层的内周侧，所以能够在光催化剂层中高效率地利用通过水流路的外侧壁面所照射的光。尤其是，根据本发明的氢生成装置，仅将所生成的氢和氧中的氢向氢流路供给，由此能够抑制在水流路中氢和氧再次结合而恢复成水。另外，尤其是，根据本发明的氢生成装置，在向水流路供给液态水的情况下，能够减少液态水中的氢的气泡，因此能够在光催化剂层中高效率地利用通过水流路的外侧壁面所照射的光。
为了利用本发明的氢生成装置实现氢的分离，优选水流路的压力比氢流路的压力大。具体的压力依赖于本发明的氢生成装置的工作温度、使用的膜的分离性能以及强度等，但例如优选使水流路的压力为1大气压以上，且使氢流路的压力为比水流路的压力小的压力。
另外，也能够在利用本发明的氢生成装置生成氢后，利用其他的装置从水流路的生成物获取氧以及剩余的氢。作为这种情况下的其他的装置，能够列举利用重力、离心力等的容器式的气液分离装置。这样地用气液分离装置处理后的水流路的生成物实质上由水构成，因此能够废弃和/或在本发明的氢生成装置中再循环。
作为本发明中使用的“氢分离膜”，能够使用能够使氢比氧优先地透过的任意的膜。在这里，氢的透过量和氧的透过量的摩尔比H2/O2例如在操作温度下可以为2以上、10以上、50以上、100以上、或1000以上。
作为这样的氢分离膜，已知很多的氢分离膜，例如能够参照日本特开2008-055295、日本特开2002-128512、日本特开2004-008971、日本特开2005-319383、日本特开2006-290686号公报等。
另外，关于强度方面有时优选将多孔质陶瓷体、金属网等的通气性的支持体层叠在氢分离膜上使用。在使用这样的通气性的支持体的情况下，可以如图2（a）所示那样，在本发明的氢生成装置10a中，通气性的支持体17a支持氢分离膜16a，且在其内周侧形成有氢流路18a。另外，在使用这样的通气性的支持体的情况下，也可以如图2（b）所示，在本发明的氢生成装置10b中，通气性的支持体17b支持氢分离膜16b，且构成氢流路18b。
作为本发明中所使用的“光催化剂层”，能够使用能通过光催化反应将水分解成氢和氧的任意的催化剂、例如氧化钛催化剂。该光催化剂层能够具有任意的形状。因此，例如，可以如图2（c）所示那样，在本发明的氢生成装置10c中，光催化剂层14c配置在氢分离膜16c的水流路侧的表面整体上。另外，例如，也可以如图2（d）所示那样，在本发明的氢生成装置10d中，光催化剂层14d仅配置在氢分离膜16d的水流路侧的表面的一部分上。另外，进而，例如，也可以光催化剂层具有凹凸表面，来改良与水流路的液态水或水蒸气的接触。
本发明的氢生成装置，能够进一步具有对光催化剂层聚集太阳光的太阳光集光部件。根据进一步具有这样的太阳光集光部件的本发明的氢生成装置，能够促进高效率地利用太阳能来生成氢。
作为该情况下的太阳光集光部件，能够使用抛物面碟型（parabolic dish-type）集光部件、太阳塔型（solar tower-type）集光部件、抛物面槽型（parabolic trough-type）集光部件等。具体地说，抛物面碟型集光部件是具有将太阳光反射并集光的皿状反射部和接受聚集的光的受光部的太阳光集光部件，集光度高，因此能够得到高温热源，但成本较高。另外，太阳塔型集光部件是具有将太阳光反射并集光的多个定日镜（反射部）和配置在受光塔的上部的受光部的太阳光集光部件，集光度大，因此能够得到高温热源，但塔的建筑费用高，反射镜的控制也要求较高的技术。另外，抛物面槽型集光部件是具有将太阳光反射并集光的槽型反射部和接受聚集的光的受光部的太阳光集光部件，集光度较低，所得到的热源为低温热源。这些集光部件中，反射部都可以被铝等的反射性的材料被覆。
进一步具有太阳光集光部件的本发明的氢生成装置，例如可以为图3所示那样的装置。
在图3所示的氢生成装置100中，具有抛物线型槽型的集光部件20，在该抛物线型槽型的集光部件20的集光部上配置了氢生成装置的氢流路12、水流路18等。在图3所示的氢生成装置100中，通过这样地在集光部件20的集光部上配置氢生成装置的氢流路12、水流路18等，使太阳光50集光在本发明的氢生成装置的光催化剂14上。
在该氢生成装置100中，流路不需要为直线流路，为了得到需要的流路长度，也可以为蜿蜒蛇形。
在该氢生成装置100的使用时，如箭头31所示，将水（H2O）向水流路12供给，使被供给的水的至少一部分通过光催化反应而分解成氢和氧，将这些氢和氧的至少一部分用氢流路18回收。其后，如箭头32所示，将反应中没有被使用的水和与水同伴的氧（H2O+O2）、以及氢（H2）分别利用水流路12以及氢流路18从本发明的氢生成装置100回收。

Claims (4)

1.一种氢生成装置，其具有：
液态水或水蒸气流通、且外周侧壁面的至少一部分由透明材料构成的水流路；
氢流通、且形成于所述水流路的内周侧的氢流路；
构成所述水流路和所述氢流路之间的壁面的至少一部分，且从所述水流路的液态水或水蒸气分离所述氢，并向所述氢流路提供的氢分离膜；以及
配置在所述氢分离膜的所述水流路侧表面的至少一部分上的光催化剂层。
2.根据权利要求1所述的氢生成装置，所述水流路的压力比所述氢流路的压力大。
3.根据权利要求1或2所述的氢生成装置，还具有对所述氢生成装置的所述光催化剂层聚集太阳光的太阳光集光部件。
4.一种使用权利要求1～3的任一项所述的氢生成装置生成氢的方法，其包括：
向所述水流路供给所述液态水或水蒸气；
通过由所述透明材料构成的所述水流路的外侧壁面，对所述光催化剂层照射光，利用所述光催化剂将液态水或水蒸气分解，生成氢以及氧；
利用所述氢分离膜从所述水流路的所述液态水或水蒸气分离所述氢，并向所述氢流路提供；以及
从所述氢流路获得所生成的氢。
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