JP2002255501A - 水素・電気エネルギ発生システム - Google Patents
水素・電気エネルギ発生システムInfo
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体電極を用いて水素と電気エネルギを発
生させる装置に対し、太陽光を直接照射するのではなく
太陽光を十分吸収し得る手段で発生した光を半導体電極
の吸収に適合する波長で、又はその波長に変換もしくは
シフトして照射し得るようにした水素・電気エネルギ発
生システムを得る。 【解決手段】 水素・電気エネルギ発生システムを半導
体電極１３を有する水素・電気エネルギ発生ユニット１
０と、太陽光の光エネルギ密度の最大となる波長の光を
吸収するレーザ発生装置２０と、そのレーザの伝送経路
に上記半導体電極が吸収する波長にレーザ光を変換又は
シフトする波長可変手段３０とを設けて形成し、半導体
電極の吸収効率を格段に向上させたシステムである。
生させる装置に対し、太陽光を直接照射するのではなく
太陽光を十分吸収し得る手段で発生した光を半導体電極
の吸収に適合する波長で、又はその波長に変換もしくは
シフトして照射し得るようにした水素・電気エネルギ発
生システムを得る。 【解決手段】 水素・電気エネルギ発生システムを半導
体電極１３を有する水素・電気エネルギ発生ユニット１
０と、太陽光の光エネルギ密度の最大となる波長の光を
吸収するレーザ発生装置２０と、そのレーザの伝送経路
に上記半導体電極が吸収する波長にレーザ光を変換又は
シフトする波長可変手段３０とを設けて形成し、半導体
電極の吸収効率を格段に向上させたシステムである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、太陽光励起によ
るレーザ光を照射して水を分解し、水素と電気エネルギ
を得る水素・電気エネルギ発生システムに関する。
るレーザ光を照射して水を分解し、水素と電気エネルギ
を得る水素・電気エネルギ発生システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】水素を工業的に発生させる方法として
は、水を電気分解して得る方法が最も一般的な方法であ
る。しかし、電気分解に使用される電力が化石エネルギ
を使用する限り環境への負担となり、従って完全にクリ
ーンなエネルギとして利用するには水素は化石エネルギ
を使用することなく、水から安価に効率よく、大量に作
り出す必要があり、このような観点から太陽エネルギを
用いて水を電気分解して水素を得る方法の重要性が今後
増大すると思われる。
は、水を電気分解して得る方法が最も一般的な方法であ
る。しかし、電気分解に使用される電力が化石エネルギ
を使用する限り環境への負担となり、従って完全にクリ
ーンなエネルギとして利用するには水素は化石エネルギ
を使用することなく、水から安価に効率よく、大量に作
り出す必要があり、このような観点から太陽エネルギを
用いて水を電気分解して水素を得る方法の重要性が今後
増大すると思われる。
【０００３】太陽エネルギを利用する一般的な方法とし
て太陽電池発電による電気エネルギで水を電気分解する
方法がある。他の方法として、酸化チタンなどの半導体
電極を用いた光電気化学反応により水素を得る方法が本
多・藤嶋効果として知られている。この半導体電極を用
いて水素を発生させる原理的な方法では、酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）の半導体電極をアノードとし、白金（Ｐ
ｔ）電極を対にして互いに絶縁された２つのチャンバ内
に水を入れてそれぞれ対向配置し、半導体電極に透過窓
を通して太陽光を照射すると酸素発生反応が起こり、白
金電極では水素が発生し、負荷を介して電力が得られ
る。半導体電極はＴｉＯ2 以外にも種々のものが研究さ
れており、一例として特開平１１−２４６９８５号公報
では二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 ）、酸化タンタル
（ＴａＯ5 ）、酸化ニオブ（ＮｂＯ5 ）を提案してい
る。
て太陽電池発電による電気エネルギで水を電気分解する
方法がある。他の方法として、酸化チタンなどの半導体
電極を用いた光電気化学反応により水素を得る方法が本
多・藤嶋効果として知られている。この半導体電極を用
いて水素を発生させる原理的な方法では、酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）の半導体電極をアノードとし、白金（Ｐ
ｔ）電極を対にして互いに絶縁された２つのチャンバ内
に水を入れてそれぞれ対向配置し、半導体電極に透過窓
を通して太陽光を照射すると酸素発生反応が起こり、白
金電極では水素が発生し、負荷を介して電力が得られ
る。半導体電極はＴｉＯ2 以外にも種々のものが研究さ
れており、一例として特開平１１−２４６９８５号公報
では二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 ）、酸化タンタル
（ＴａＯ5 ）、酸化ニオブ（ＮｂＯ5 ）を提案してい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、太陽電池の電
力で水素を発生させる方法は、太陽電池のエネルギの利
用効率が２０〜４０％と低く、太陽電池自体が高価であ
るため、コストが高く、大量生産には不向きである。酸
化チタンなどの半導体電極による水素発生方法では、利
用できる波長域が半導体電極の材料によって理論的に決
まっており、太陽光の光エネルギを全波長に亘って使用
することができない。従って、水の分解のエネルギ変換
効率は数％程度と低く、現状では工業的利用はできな
い。
力で水素を発生させる方法は、太陽電池のエネルギの利
用効率が２０〜４０％と低く、太陽電池自体が高価であ
るため、コストが高く、大量生産には不向きである。酸
化チタンなどの半導体電極による水素発生方法では、利
用できる波長域が半導体電極の材料によって理論的に決
まっており、太陽光の光エネルギを全波長に亘って使用
することができない。従って、水の分解のエネルギ変換
効率は数％程度と低く、現状では工業的利用はできな
い。
【０００５】しかし、太陽光の光エネルギを全波長の大
部分について利用する方法を検討すればエネルギ変換効
率が大幅に向上する可能性があり、工業的な利用が可能
となることが期待される。
部分について利用する方法を検討すればエネルギ変換効
率が大幅に向上する可能性があり、工業的な利用が可能
となることが期待される。
【０００６】この発明は、上記の問題に留意して、半導
体電極を用いて水素・電気エネルギを発生する装置に対
し太陽光の吸収、照射手段を改良することにより太陽光
のエネルギを十分活用して照射し得るようにした水素・
電気エネルギ発生システムを提供することを課題とす
る。
体電極を用いて水素・電気エネルギを発生する装置に対
し太陽光の吸収、照射手段を改良することにより太陽光
のエネルギを十分活用して照射し得るようにした水素・
電気エネルギ発生システムを提供することを課題とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決する手段として、透過窓から半導体電極へ光を照
射して水分解し、これにより電気エネルギを発生させて
負電極で水分解により水素を発生させる水素・電気エネ
ルギ発生ユニットと、太陽光励起レーザ発生装置とを組
合せ、レーザ発生装置を太陽光の光エネルギ密度のピー
ク波長又はその一定範囲内に最大吸収特性を有するレー
ザ媒質を備えたものとし、上記ユニットの半導体電極が
レーザ発生装置で発生した波長のレーザ光を吸収する特
性を有する材料を用いて構成されて成る水素・電気エネ
ルギ発生システムとしたのである。
を解決する手段として、透過窓から半導体電極へ光を照
射して水分解し、これにより電気エネルギを発生させて
負電極で水分解により水素を発生させる水素・電気エネ
ルギ発生ユニットと、太陽光励起レーザ発生装置とを組
合せ、レーザ発生装置を太陽光の光エネルギ密度のピー
ク波長又はその一定範囲内に最大吸収特性を有するレー
ザ媒質を備えたものとし、上記ユニットの半導体電極が
レーザ発生装置で発生した波長のレーザ光を吸収する特
性を有する材料を用いて構成されて成る水素・電気エネ
ルギ発生システムとしたのである。
【０００８】上記の課題を解決するもう１つの手段とし
て、透過窓から半導体電極へ光を照射して水分解し、こ
れにより電気エネルギを発生させて負電極で水分解によ
り水素を発生させる水素・電気エネルギ発生ユニット
と、太陽光励起レーザ発生装置とを組合せ、レーザ発生
装置を太陽光の光エネルギ密度のピーク波長又は一定範
囲内に最大吸収特性を有するレーザ媒質を備えたものと
し、レーザ発生装置のレーザ光を上記半導体電極に照射
するためにレーザ光を伝送する伝送経路に、そのレーザ
光の波長を変換又はシフトする波長可変手段を設け、半
導体電極が上記波長可変手段により変換又はシフトされ
た波長のレーザ光を吸収する特性を有する材料を用いて
構成して成る水素・電気エネルギ発生システムとするこ
ともできる。
て、透過窓から半導体電極へ光を照射して水分解し、こ
れにより電気エネルギを発生させて負電極で水分解によ
り水素を発生させる水素・電気エネルギ発生ユニット
と、太陽光励起レーザ発生装置とを組合せ、レーザ発生
装置を太陽光の光エネルギ密度のピーク波長又は一定範
囲内に最大吸収特性を有するレーザ媒質を備えたものと
し、レーザ発生装置のレーザ光を上記半導体電極に照射
するためにレーザ光を伝送する伝送経路に、そのレーザ
光の波長を変換又はシフトする波長可変手段を設け、半
導体電極が上記波長可変手段により変換又はシフトされ
た波長のレーザ光を吸収する特性を有する材料を用いて
構成して成る水素・電気エネルギ発生システムとするこ
ともできる。
【０００９】上記の構成とした上記２つの発明のいずれ
かのシステムによれば、水素と電気エネルギとが極めて
高効率に発生する。水素・電気エネルギ発生ユニットへ
は、その半導体電極に用いられている材料に特有な吸収
波長のレーザ光を照射する。例えば半導体電極がＰ型イ
ンジウムリン（Ｐ−ＩｎＰ）（Ｒｈ、Ｐｔ等の表面被覆
を施したもの）であればその吸収波長は１μｍ付近の光
であり、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）であればその吸収波長
は０．４μｍ付近の光である。
かのシステムによれば、水素と電気エネルギとが極めて
高効率に発生する。水素・電気エネルギ発生ユニットへ
は、その半導体電極に用いられている材料に特有な吸収
波長のレーザ光を照射する。例えば半導体電極がＰ型イ
ンジウムリン（Ｐ−ＩｎＰ）（Ｒｈ、Ｐｔ等の表面被覆
を施したもの）であればその吸収波長は１μｍ付近の光
であり、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）であればその吸収波長
は０．４μｍ付近の光である。
【００１０】このような波長のレーザ光を照射すると、
半導体電極内で光エネルギにより電子は禁制帯を越えて
励起され、この電子の移動により半導体電極に接する水
が分解され酸素が発生すると共に負電極との間に電気エ
ネルギが発生して負荷を介して流れ、負電極側では水が
分解されて水素が発生する。酸素は大気中に排出される
が、水素は排気管を介して集められ、液化した後燃料等
に用いられる。
半導体電極内で光エネルギにより電子は禁制帯を越えて
励起され、この電子の移動により半導体電極に接する水
が分解され酸素が発生すると共に負電極との間に電気エ
ネルギが発生して負荷を介して流れ、負電極側では水が
分解されて水素が発生する。酸素は大気中に排出される
が、水素は排気管を介して集められ、液化した後燃料等
に用いられる。
【００１１】半導体電極の材料がＰ型インジウムリンの
ように吸収波長が長いものでは、これに対応する波長の
レーザ光を発生するレーザ発生装置として、例えばＮｄ
−ＹＡＧレーザ（発振波１．０６μｍ）のような固体レ
ーザを用いることができる。従って、この場合は第１の
発明のように、レーザ光を伝送経路の途中で波長をシフ
トしたり、高調波に変換することなく直接半導体電極に
照射する。しかし、酸化チタンのように吸収波長が短い
ものでは、長波長のレーザ発生装置のレーザ光をそのま
ま照射しても吸収されないから、第２の発明のように伝
送経路に設けられた波長可変手段により波長を高調波に
変換するか、又は所定波長にシフトする必要がある。
ように吸収波長が長いものでは、これに対応する波長の
レーザ光を発生するレーザ発生装置として、例えばＮｄ
−ＹＡＧレーザ（発振波１．０６μｍ）のような固体レ
ーザを用いることができる。従って、この場合は第１の
発明のように、レーザ光を伝送経路の途中で波長をシフ
トしたり、高調波に変換することなく直接半導体電極に
照射する。しかし、酸化チタンのように吸収波長が短い
ものでは、長波長のレーザ発生装置のレーザ光をそのま
ま照射しても吸収されないから、第２の発明のように伝
送経路に設けられた波長可変手段により波長を高調波に
変換するか、又は所定波長にシフトする必要がある。
【００１２】例えばチタンサファイアレーザであれば太
陽光の吸収波長は５００ｎｍ付近でピークを有するが、
発振波長は７８０ｎｍであるから、第２の発明のように
伝送経路の波長可変手段により発振されたレーザ光を２
倍高調波に変換して酸化チタン（ＴｉＯ2 ）の半導体電
極を照射するという組合わせを採用することとなる。な
お、この場合の波長可変手段は波長変換手段であり、例
えばＫＤＰ結晶のような材料を用い、光を透過する際に
２倍高調波に変換する部材である。
陽光の吸収波長は５００ｎｍ付近でピークを有するが、
発振波長は７８０ｎｍであるから、第２の発明のように
伝送経路の波長可変手段により発振されたレーザ光を２
倍高調波に変換して酸化チタン（ＴｉＯ2 ）の半導体電
極を照射するという組合わせを採用することとなる。な
お、この場合の波長可変手段は波長変換手段であり、例
えばＫＤＰ結晶のような材料を用い、光を透過する際に
２倍高調波に変換する部材である。
【００１３】又、上記Ｎｄ−ＹＡＧレーザやチタンサフ
ァイアレーザのような固体レーザを用いる場合、少なく
ともＮｄ（ネオジウム）やＴｉ（チタン）のようなレー
ザ活性物質が含まれているが、この添加物として、例え
ばＣｅ（セレン）やＣｒ（クロム）のような活性物質を
さらに添加すると、それぞれの活性物質特有の異なる吸
収波長で太陽光の光エネルギを吸収するため、太陽光を
より広い波長域に亘って吸収し、発振効率が増大する。
ァイアレーザのような固体レーザを用いる場合、少なく
ともＮｄ（ネオジウム）やＴｉ（チタン）のようなレー
ザ活性物質が含まれているが、この添加物として、例え
ばＣｅ（セレン）やＣｒ（クロム）のような活性物質を
さらに添加すると、それぞれの活性物質特有の異なる吸
収波長で太陽光の光エネルギを吸収するため、太陽光を
より広い波長域に亘って吸収し、発振効率が増大する。
【００１４】一方、ヨウ素レーザ（発振波１．３μｍ）
あるいは同等の発振波長の半導体レーザを用い、半導体
電極としてＰ型インジウムリンを組合わせる場合は、発
振波長のレーザ光を波長可変手段により半導体電極の吸
収波長１．０μｍにシフトすることとなる。波長可変手
段は光ファイバを用いた誘導ラマン散乱により元の波長
を異なる波長に変化させる部材が用いられる。
あるいは同等の発振波長の半導体レーザを用い、半導体
電極としてＰ型インジウムリンを組合わせる場合は、発
振波長のレーザ光を波長可変手段により半導体電極の吸
収波長１．０μｍにシフトすることとなる。波長可変手
段は光ファイバを用いた誘導ラマン散乱により元の波長
を異なる波長に変化させる部材が用いられる。
【００１５】以上のようなレーザ発生装置と半導体電極
の組合せによるレーザ光の照射により半導体電極は高い
エネルギ密度の光を吸収し、高効率で水素と電気エネル
ギが発生する。レーザ発生装置は、太陽光に含まれる各
種波長成分のうち光エネルギ密度がピークとなる波長又
はその一定範囲内に最大吸収特性を有するものとし、太
陽光を最大限エネルギに変換できるものとする。一定範
囲内とは太陽の光エネルギ密度が最大の場合の３０％以
内となる波長範囲である。
の組合せによるレーザ光の照射により半導体電極は高い
エネルギ密度の光を吸収し、高効率で水素と電気エネル
ギが発生する。レーザ発生装置は、太陽光に含まれる各
種波長成分のうち光エネルギ密度がピークとなる波長又
はその一定範囲内に最大吸収特性を有するものとし、太
陽光を最大限エネルギに変換できるものとする。一定範
囲内とは太陽の光エネルギ密度が最大の場合の３０％以
内となる波長範囲である。
【００１６】レーザ発生装置は、地球外周の宇宙空間に
静止させると太陽光の吸収効率が高くなる。この場合、
レーザ光は宇宙空間から中継装置（反射ミラー、光増幅
器）を経て地上の受光設備（反射ミラー）で受光された
後直接に、又は波長可変手段で波長が変換又はシフトさ
れて半導体電極に照射される。レーザ発生装置は地上に
設置してもよい。この場合は太陽光の吸収効率が低下す
るが、全体の効率としては従来のものよりはるかに高効
率である。
静止させると太陽光の吸収効率が高くなる。この場合、
レーザ光は宇宙空間から中継装置（反射ミラー、光増幅
器）を経て地上の受光設備（反射ミラー）で受光された
後直接に、又は波長可変手段で波長が変換又はシフトさ
れて半導体電極に照射される。レーザ発生装置は地上に
設置してもよい。この場合は太陽光の吸収効率が低下す
るが、全体の効率としては従来のものよりはるかに高効
率である。
【００１７】上述した第１又は第２の発明のレーザ発生
装置として、固体レーザを用いる場合、そのレーザ発生
装置を、太陽光を高密度に集光する集光レンズと、その
後方にレーザ活性物質を添加した細長い複数本の光ロッ
ド材を互いに平行に集合して設け、上記各ロッド材の両
端には反射ミラーで形成した光共振器を設け、上記光ロ
ッド材の集合体の周りを光反射材で囲み、集光レンズで
集光した太陽光をそれぞれのロッド材に照射し又は反射
ミラーで反射させて各ロッド材を通過させ、レーザ活性
物質の作用でロッド材中に放射光を生起させ、光共振器
で放射光を増幅、発振させてレーザ光を出力するように
構成したものとすることができる。
装置として、固体レーザを用いる場合、そのレーザ発生
装置を、太陽光を高密度に集光する集光レンズと、その
後方にレーザ活性物質を添加した細長い複数本の光ロッ
ド材を互いに平行に集合して設け、上記各ロッド材の両
端には反射ミラーで形成した光共振器を設け、上記光ロ
ッド材の集合体の周りを光反射材で囲み、集光レンズで
集光した太陽光をそれぞれのロッド材に照射し又は反射
ミラーで反射させて各ロッド材を通過させ、レーザ活性
物質の作用でロッド材中に放射光を生起させ、光共振器
で放射光を増幅、発振させてレーザ光を出力するように
構成したものとすることができる。
【００１８】このレーザ発生装置では光ロッドにレーザ
活性物質を種々添加することにより、太陽光の広い波長
範囲で光エネルギを吸収し、効率よくレーザ光を発振で
きる。又、上記水素・電気エネルギ発生ユニットは、互
いに絶縁され水を収容した２つのチャンバ内に半導体電
極と負電極との一対をそれぞれ配設し、両電極を外部の
負荷に接続し、半導体電極が配設されたチャンバの透過
窓から光を照射して電気エネルギを発生させて水分解
し、負電極では電気エネルギの発生により水分解して水
素を発生させるように構成するとよい。
活性物質を種々添加することにより、太陽光の広い波長
範囲で光エネルギを吸収し、効率よくレーザ光を発振で
きる。又、上記水素・電気エネルギ発生ユニットは、互
いに絶縁され水を収容した２つのチャンバ内に半導体電
極と負電極との一対をそれぞれ配設し、両電極を外部の
負荷に接続し、半導体電極が配設されたチャンバの透過
窓から光を照射して電気エネルギを発生させて水分解
し、負電極では電気エネルギの発生により水分解して水
素を発生させるように構成するとよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図１は実施形態の水素・
電気エネルギ発生システムの全体概略系統図である。１
０は水素・電気エネルギ発生ユニット、２０はレーザ発
生装置、３０はレーザ光の波長可変手段である。水素・
電気エネルギ発生ユニット１０は、太陽光を照射して水
素、酸素、電気エネルギを発生される公知の原理的な構
成のものを示しており、この実施形態では特定波長のレ
ーザ光を照射する点が異なる。
いて図面を参照して説明する。図１は実施形態の水素・
電気エネルギ発生システムの全体概略系統図である。１
０は水素・電気エネルギ発生ユニット、２０はレーザ発
生装置、３０はレーザ光の波長可変手段である。水素・
電気エネルギ発生ユニット１０は、太陽光を照射して水
素、酸素、電気エネルギを発生される公知の原理的な構
成のものを示しており、この実施形態では特定波長のレ
ーザ光を照射する点が異なる。
【００２０】上記発生ユニット１０は、それぞれ水を収
容した２つのチャンバ１１ａ、１１ｂ間を絶縁材１２で
仕切り、各チャンバ１１ａ、１１ｂ内に半導体電極（Ｔ
ｉＯ 2 ）１３、白金電極（Ｐｔ）１４を設け、両電極間
を負荷（ｒ）を介して接続して成る。各チャンバ１１
ａ、１１ｂは所定の金属材のケーシングで形成され、各
チャンバ１１ａ、１１ｂの上端は蓋板で閉じられ、その
蓋板を挿通して排出管１５、１６が設けられている。排
出管１５、１６はそれぞれ発生した酸素、水素のガスを
排気する。チャンバ１１ａの片端には光の透過窓１７が
設けられ、この透過窓１７を透過した光が半導体電極１
３に全て到達して吸収されるように光が入射される。こ
のとき接続線１８で生じた残余の電力は再度水を分解す
るのに使用することもできる。
容した２つのチャンバ１１ａ、１１ｂ間を絶縁材１２で
仕切り、各チャンバ１１ａ、１１ｂ内に半導体電極（Ｔ
ｉＯ 2 ）１３、白金電極（Ｐｔ）１４を設け、両電極間
を負荷（ｒ）を介して接続して成る。各チャンバ１１
ａ、１１ｂは所定の金属材のケーシングで形成され、各
チャンバ１１ａ、１１ｂの上端は蓋板で閉じられ、その
蓋板を挿通して排出管１５、１６が設けられている。排
出管１５、１６はそれぞれ発生した酸素、水素のガスを
排気する。チャンバ１１ａの片端には光の透過窓１７が
設けられ、この透過窓１７を透過した光が半導体電極１
３に全て到達して吸収されるように光が入射される。こ
のとき接続線１８で生じた残余の電力は再度水を分解す
るのに使用することもできる。
【００２１】図２、図３にレーザ発生装置２０の概略構
成を示す。図示のレーザ発生装置２０は、地球外周の宇
宙空間に静止する人工衛星内に設置され、地球上の特定
位置にレーザ光を伝送する。レーザ発生装置２０は、集
光手段として太陽光を集光するフレネルレンズ２１と、
これに対応して設けたレーザ発生部２２とを備えてい
る。
成を示す。図示のレーザ発生装置２０は、地球外周の宇
宙空間に静止する人工衛星内に設置され、地球上の特定
位置にレーザ光を伝送する。レーザ発生装置２０は、集
光手段として太陽光を集光するフレネルレンズ２１と、
これに対応して設けたレーザ発生部２２とを備えてい
る。
【００２２】フレネルレンズ２１は、図示の例では太陽
光の入射面が略長方形で、その長手幅方向に亘って太陽
光を中央の所定線上に集光するように偏光させる部材で
あり、その偏光方向に対応する凹凸面が出射面側に形成
されている。このフレネルレンズ２１は、図示省略して
いるが、適宜支持部材でレーザ発生部２２に取り付けら
れている。このフレネルレンズ２１の厚さは０．１ｍｍ
でも光の収束は可能である。なお、フレネルレンズ２１
の形状は図示以外にも様々な形状があり、例えば正方形
等としてもよい。
光の入射面が略長方形で、その長手幅方向に亘って太陽
光を中央の所定線上に集光するように偏光させる部材で
あり、その偏光方向に対応する凹凸面が出射面側に形成
されている。このフレネルレンズ２１は、図示省略して
いるが、適宜支持部材でレーザ発生部２２に取り付けら
れている。このフレネルレンズ２１の厚さは０．１ｍｍ
でも光の収束は可能である。なお、フレネルレンズ２１
の形状は図示以外にも様々な形状があり、例えば正方形
等としてもよい。
【００２３】レーザ発生部２２は、レーザ活性物質を添
加した細長い透明の光ロッド２３の複数本をケーシング
２２ａ内の空洞内に互いに平行に所定の間隔に集合配置
し、各光ロッド２３の両端には反射コーティングを施し
て反射ミラー２５、２６を形成している。２４は、光を
導入するための導入窓である。又、ケーシング２２ａの
内面２２ｂにも反射コーティングを施す。反射ミラー２
５、内面２２ｂは反射率１００％に近い誘電体多層膜の
高反射コーティング、反射ミラー２６は反射率８０％
（透過率２０％）程度の反射コーティングが施されてい
る。反射ミラー２５、２６により光共振器が構成され、
反射ミラー２６が出力ミラーとなっている。
加した細長い透明の光ロッド２３の複数本をケーシング
２２ａ内の空洞内に互いに平行に所定の間隔に集合配置
し、各光ロッド２３の両端には反射コーティングを施し
て反射ミラー２５、２６を形成している。２４は、光を
導入するための導入窓である。又、ケーシング２２ａの
内面２２ｂにも反射コーティングを施す。反射ミラー２
５、内面２２ｂは反射率１００％に近い誘電体多層膜の
高反射コーティング、反射ミラー２６は反射率８０％
（透過率２０％）程度の反射コーティングが施されてい
る。反射ミラー２５、２６により光共振器が構成され、
反射ミラー２６が出力ミラーとなっている。
【００２４】光ロッド２３は、数ｍｍ径程度であり、図
示の例では１ｍｍ径である。材料は一例としてサファイ
ア結晶が用いられ、添加されるドーパントとして例えば
チタン等を選択する。光ロッド２３は、レーザ発生部の
長さに対応する長さとされ、例えば図示の例では約５ｍ
程度であり、複数本の光ロッド２３を約１０本所定の間
隔で隣接して設けられる。光ロッド２３で発振したレー
ザ光は出力ミラー２６を出た後ホログラフィックレンズ
２７で光の平行度を調整した後送り出される。
示の例では１ｍｍ径である。材料は一例としてサファイ
ア結晶が用いられ、添加されるドーパントとして例えば
チタン等を選択する。光ロッド２３は、レーザ発生部の
長さに対応する長さとされ、例えば図示の例では約５ｍ
程度であり、複数本の光ロッド２３を約１０本所定の間
隔で隣接して設けられる。光ロッド２３で発振したレー
ザ光は出力ミラー２６を出た後ホログラフィックレンズ
２７で光の平行度を調整した後送り出される。
【００２５】図示の例のレーザ発生装置２０は、地球外
周の所定の宇宙空間に設置されるから、この装置２０か
ら出力されるレーザ光は、図４に示すように、地球上に
至るまでの途中の任意の宇宙空間位置に設置された反射
ミラー２８ａ、２８ｂを介して地上へ送られ、集光レン
ズ２９ａ〜２９ｂ間に設けた波長可変手段３０により波
長が変換又はシフトされる。
周の所定の宇宙空間に設置されるから、この装置２０か
ら出力されるレーザ光は、図４に示すように、地球上に
至るまでの途中の任意の宇宙空間位置に設置された反射
ミラー２８ａ、２８ｂを介して地上へ送られ、集光レン
ズ２９ａ〜２９ｂ間に設けた波長可変手段３０により波
長が変換又はシフトされる。
【００２６】この波長可変手段３０は、例えばＫＤＰ結
晶板による非線形光学素子が用いられ、特にこの例では
２倍高調波を作り出す光学素子によりレーザ光の波長は
２倍波長に変換される。さらに、この変換されたレーザ
光は、反射ミラー２８ｃで反射させて水素・電気エネル
ギ発生部１０の透過窓１７へ送られる。この波長可変手
段３０を通す場合、レーザパワー密度が高いほど効率が
よく、このため収光することがある。このとき熱変形問
題を避けるため大型結晶を用いて光を走査したり結晶を
高速で効かすようにするとよい。なお、後述するように
波長可変手段３０は一定波長だけシフトする部材とする
場合もある。
晶板による非線形光学素子が用いられ、特にこの例では
２倍高調波を作り出す光学素子によりレーザ光の波長は
２倍波長に変換される。さらに、この変換されたレーザ
光は、反射ミラー２８ｃで反射させて水素・電気エネル
ギ発生部１０の透過窓１７へ送られる。この波長可変手
段３０を通す場合、レーザパワー密度が高いほど効率が
よく、このため収光することがある。このとき熱変形問
題を避けるため大型結晶を用いて光を走査したり結晶を
高速で効かすようにするとよい。なお、後述するように
波長可変手段３０は一定波長だけシフトする部材とする
場合もある。
【００２７】上記の構成としたこの実施形態の水素・電
気エネルギ発生システムは、太陽光励起によるレーザ光
で水を直接分解して水素及び電気エネルギを発生させ
る。水素・電気エネルギ発生部１０での光化学反応はよ
く知られたものであり、この発生部１０にレーザ光が照
射されると、図７に示すようにそのレーザ光を半導体電
極１３が吸収してこの電極１３内で半導体中の電子を禁
制帯を越えて電子は励起される。この例では半導体電極
は酸化チタン（ＴｉＯ2 ）であり、この酸化チタンはバ
ンドギャップＥｇが３ｅＶ以上のエネルギの光子を必要
とし、これは４１０ｍｍの光に相当する。
気エネルギ発生システムは、太陽光励起によるレーザ光
で水を直接分解して水素及び電気エネルギを発生させ
る。水素・電気エネルギ発生部１０での光化学反応はよ
く知られたものであり、この発生部１０にレーザ光が照
射されると、図７に示すようにそのレーザ光を半導体電
極１３が吸収してこの電極１３内で半導体中の電子を禁
制帯を越えて電子は励起される。この例では半導体電極
は酸化チタン（ＴｉＯ2 ）であり、この酸化チタンはバ
ンドギャップＥｇが３ｅＶ以上のエネルギの光子を必要
とし、これは４１０ｍｍの光に相当する。
【００２８】このような光を半導体電極１３に照射する
と、半導体電極１３の伝導帯に励起された電子が負荷を
介して白金電極１４へ流れる。この電子の移動により半
導体電極１３に接する水が分解され酸素（Ｏ2 ）が（ガ
スとして）発生し、一方白金電極１４でも水の分解によ
り水素（Ｈ2 ）が（ガスとして）発生する。こうして水
分解による水素生成と電気エネルギが発生し、３ｅＶの
光エネルギはこの水素生成と電気エネルギに費やされ
る。光の当て方は、下方より当てたり、表面を走査させ
発生水素の影響を避ける手法を取る。以上の反応は次式
で示されるプロセスを経る極めて単純な方式である。
と、半導体電極１３の伝導帯に励起された電子が負荷を
介して白金電極１４へ流れる。この電子の移動により半
導体電極１３に接する水が分解され酸素（Ｏ2 ）が（ガ
スとして）発生し、一方白金電極１４でも水の分解によ
り水素（Ｈ2 ）が（ガスとして）発生する。こうして水
分解による水素生成と電気エネルギが発生し、３ｅＶの
光エネルギはこの水素生成と電気エネルギに費やされ
る。光の当て方は、下方より当てたり、表面を走査させ
発生水素の影響を避ける手法を取る。以上の反応は次式
で示されるプロセスを経る極めて単純な方式である。
【００２９】
【数１】
【００３０】この実施形態のシステムは、上記３ｅＶ以
上のエネルギの光子を効率よく発生させ、上記プロセス
を経て最終的に水素及び電力で従来より安価に生成する
ことをねらったものである。以上のプロセスに使用され
るレーザ光については次のような波長のレーザ光が照射
される。
上のエネルギの光子を効率よく発生させ、上記プロセス
を経て最終的に水素及び電力で従来より安価に生成する
ことをねらったものである。以上のプロセスに使用され
るレーザ光については次のような波長のレーザ光が照射
される。
【００３１】一般的に太陽光のスペクトルを見ると、図
５に示すように、波長５００ｎｍ付近のエネルギ密度が
最も大きく、４００ｎｍ以下の波長成分は極めて少な
い。従って、太陽光を直接照射しても太陽電池としては
極めて効率が悪く、酸化チタンは安価であるが実用性が
低い。このため、レーザ発生装置２０で発生したレーザ
光を波長可変手段３０で波長変換して水素・電気エネル
ギ発生部１０の透過窓１７へ照射して光化学反応を生じ
させる。
５に示すように、波長５００ｎｍ付近のエネルギ密度が
最も大きく、４００ｎｍ以下の波長成分は極めて少な
い。従って、太陽光を直接照射しても太陽電池としては
極めて効率が悪く、酸化チタンは安価であるが実用性が
低い。このため、レーザ発生装置２０で発生したレーザ
光を波長可変手段３０で波長変換して水素・電気エネル
ギ発生部１０の透過窓１７へ照射して光化学反応を生じ
させる。
【００３２】この実施形態のレーザ発生装置２０は、チ
タンサファイアレーザが用いられており、その光吸収―
発光特性は図６に示す通りである。図から分かるよう
に、このチタンサファイアレーザは光吸収のピークの波
長が５００ｎｍ付近であり、太陽光のエネルギ密度のピ
ークの波長とよく一致している。従って、太陽光が励起
に効率良く使われ発光効率が高くなる。このレーザの発
振波長は７８０ｎｍであるから、波長可変手段３０でそ
の２倍高調波に変換されると３９０ｎｍのレーザ光が効
率良く太陽光から直接的に得られる。
タンサファイアレーザが用いられており、その光吸収―
発光特性は図６に示す通りである。図から分かるよう
に、このチタンサファイアレーザは光吸収のピークの波
長が５００ｎｍ付近であり、太陽光のエネルギ密度のピ
ークの波長とよく一致している。従って、太陽光が励起
に効率良く使われ発光効率が高くなる。このレーザの発
振波長は７８０ｎｍであるから、波長可変手段３０でそ
の２倍高調波に変換されると３９０ｎｍのレーザ光が効
率良く太陽光から直接的に得られる。
【００３３】上記３９０ｎｍのレーザ光は紫外光であ
り、水素・電気エネルギ発生部１０の酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ2 ）の半導体電極１３に作用して電流を生じさせ、白
金電極１４による水の分解で水素を効率よく発生させる
ことができる。
り、水素・電気エネルギ発生部１０の酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ2 ）の半導体電極１３に作用して電流を生じさせ、白
金電極１４による水の分解で水素を効率よく発生させる
ことができる。
【００３４】上記レーザ発生装置２０によるレーザ光
は、フレネルレンズ２１で太陽光を宇宙空間の静止位置
で集光し、これを導入窓２４から導入し励起光としてレ
ーザ発生部２２でレーザ光を発生する。ケーシング２２
ａの全長に沿った窓２４から導入された光はケーシング
２２ａ内の空洞内でその内周面２２ｂの反射面に反射さ
れて何度も光ロッド２３に当たり、その都度光ロッド２
３に吸収される。この太陽光の励起により光ロッド２３
内では放射光が励起され、これが光共振器の反射ミラー
２５と２６の間を多数回往復し、次第に増大してレーザ
光Ｐとして出力側の反射ミラー２６から出力される。
は、フレネルレンズ２１で太陽光を宇宙空間の静止位置
で集光し、これを導入窓２４から導入し励起光としてレ
ーザ発生部２２でレーザ光を発生する。ケーシング２２
ａの全長に沿った窓２４から導入された光はケーシング
２２ａ内の空洞内でその内周面２２ｂの反射面に反射さ
れて何度も光ロッド２３に当たり、その都度光ロッド２
３に吸収される。この太陽光の励起により光ロッド２３
内では放射光が励起され、これが光共振器の反射ミラー
２５と２６の間を多数回往復し、次第に増大してレーザ
光Ｐとして出力側の反射ミラー２６から出力される。
【００３５】出力されたレーザ光Ｐ（波長入＝７８０ｎ
ｍ）は、反射ミラー２８ａ、２８ｂで地上へ送られ、波
長可変手段３０で２倍高調波に変換されることは前述し
た通りである。上記レーザ発生装置２０で発生されるレ
ーザ光の発生効率は、約８０％の高効率であり、このレ
ーザ光を用いて水素・電気エネルギ発生部１０で発生さ
れる水素・電気エネルギの発生効率は３０〜４０％と極
めて高い。従来太陽光を直接照射した場合、半導体電極
１３の材料に酸化チタン（ＴｉＯ2 ）を使用するとせい
ぜい約１％であり、酸化チタン以外の材料としても高々
２％前後であったのに比べると桁違いに高効率化が図れ
る。
ｍ）は、反射ミラー２８ａ、２８ｂで地上へ送られ、波
長可変手段３０で２倍高調波に変換されることは前述し
た通りである。上記レーザ発生装置２０で発生されるレ
ーザ光の発生効率は、約８０％の高効率であり、このレ
ーザ光を用いて水素・電気エネルギ発生部１０で発生さ
れる水素・電気エネルギの発生効率は３０〜４０％と極
めて高い。従来太陽光を直接照射した場合、半導体電極
１３の材料に酸化チタン（ＴｉＯ2 ）を使用するとせい
ぜい約１％であり、酸化チタン以外の材料としても高々
２％前後であったのに比べると桁違いに高効率化が図れ
る。
【００３６】なお、上記の実施形態ではレーザ発生装置
２０は宇宙空間に静止させるとしたが、地球上の適宜位
置に設置してもよい。この場合は、図５から分かるよう
に、受光される太陽光のエネルギ密度が小さくなるか
ら、レーザ光のエネルギも減少し、水素・電気エネルギ
の発生もその分だけ小さくなるが、発生効率では２０％
前後であり、やはり高効率である。
２０は宇宙空間に静止させるとしたが、地球上の適宜位
置に設置してもよい。この場合は、図５から分かるよう
に、受光される太陽光のエネルギ密度が小さくなるか
ら、レーザ光のエネルギも減少し、水素・電気エネルギ
の発生もその分だけ小さくなるが、発生効率では２０％
前後であり、やはり高効率である。
【００３７】又、レーザ発生装置２０は、その光ロッド
２３をサファイア結晶を主成分とする材料で形成した固
体レーザの例を挙げたが、レーザとしてはこれ以外にも
種々の形式のレーザが使用できる。例えば、地上又は宇
宙空間に設置した太陽光励起のＮｄ−ＹＡＧガラスレー
ザ（発振波長１．０６μｍ）等の固体レーザ、ヨウ素レ
ーザ等の気体レーザ（発振波長１．３２μｍ）や半導体
レーザ（発振波長０．９μｍ）などである。
２３をサファイア結晶を主成分とする材料で形成した固
体レーザの例を挙げたが、レーザとしてはこれ以外にも
種々の形式のレーザが使用できる。例えば、地上又は宇
宙空間に設置した太陽光励起のＮｄ−ＹＡＧガラスレー
ザ（発振波長１．０６μｍ）等の固体レーザ、ヨウ素レ
ーザ等の気体レーザ（発振波長１．３２μｍ）や半導体
レーザ（発振波長０．９μｍ）などである。
【００３８】又、水素・電気エネルギ発生ユニット１０
の半導体電極１３の材質としても酸化チタン以外に種々
のものを組合わせることができる。例えば、Ｐ型インジ
ウムリン（Ｐ−ＩｎＰ）（Ｒｈ、Ｐｔ等の表面被覆、但
し外部印加電圧が必要）（吸収波長１μｍ付近）、これ
より短い吸収波長で酸化チタンとの中間的な吸収波長を
有するものとしてＦｅＳ2 、ＷＳｅ2 などがある。
の半導体電極１３の材質としても酸化チタン以外に種々
のものを組合わせることができる。例えば、Ｐ型インジ
ウムリン（Ｐ−ＩｎＰ）（Ｒｈ、Ｐｔ等の表面被覆、但
し外部印加電圧が必要）（吸収波長１μｍ付近）、これ
より短い吸収波長で酸化チタンとの中間的な吸収波長を
有するものとしてＦｅＳ2 、ＷＳｅ2 などがある。
【００３９】以上のレーザ発生装置２０と半導体電極１
３との組合わせは大別すると次の３通りとなる。
３との組合わせは大別すると次の３通りとなる。
【００４０】(1) 半導体電極１３に発振レーザ光を直接
照射 例えば半導体電極１３としてＰ型インジウムリン（Ｐ−
ＩｎＰ）の材料を用い、レーザ発生装置２０として例え
ばＮｄ−ＹＡＧレーザのような長波長（１．０６μｍ）
で発振するレーザを組合わせた場合、Ｎｄ−ＹＡＧレー
ザとＰ型インジウムの半導体電極１３の組合せでは、発
振レーザ光の波長と半導体電極の吸収波長が共に１μｍ
付近で一致しているため、レーザ光を伝送経路で変換又
はシフトする必要がなく、従って、波長可変手段３０を
介することなく直接照射でき、半導体電極を励起するこ
とができる。従って、この場合は波長可変手段３０は設
けられない。
照射 例えば半導体電極１３としてＰ型インジウムリン（Ｐ−
ＩｎＰ）の材料を用い、レーザ発生装置２０として例え
ばＮｄ−ＹＡＧレーザのような長波長（１．０６μｍ）
で発振するレーザを組合わせた場合、Ｎｄ−ＹＡＧレー
ザとＰ型インジウムの半導体電極１３の組合せでは、発
振レーザ光の波長と半導体電極の吸収波長が共に１μｍ
付近で一致しているため、レーザ光を伝送経路で変換又
はシフトする必要がなく、従って、波長可変手段３０を
介することなく直接照射でき、半導体電極を励起するこ
とができる。従って、この場合は波長可変手段３０は設
けられない。
【００４１】(2) 半導体電極１３に発振レーザ光を所定
波長だけシフトして照射 例えば半導体電極１３にＰ型インジウムのような長い吸
収波長の材料を用い、レーザ発生装置２０にヨウ素レー
ザのようなさらに長波長（１．３μｍ）で発振するレー
ザを組合わせた場合、発振レーザ光を波長可変手段３０
により半導体電極１３の吸収波長である１μｍ付近に波
長をシフトして照射する。上記のような組合わせは、半
導体電極１３の材料が上記Ｐ型インジウムより短い吸収
波長で、発振レーザ光が少しずれている場合も同様であ
る。例えば半導体電極１３の吸収波長が５００〜７００
ｎｍ程度でレーザの発振波長が７００〜９００ｎｍ（例
えば半導体レーザ）のような組合せである。
波長だけシフトして照射 例えば半導体電極１３にＰ型インジウムのような長い吸
収波長の材料を用い、レーザ発生装置２０にヨウ素レー
ザのようなさらに長波長（１．３μｍ）で発振するレー
ザを組合わせた場合、発振レーザ光を波長可変手段３０
により半導体電極１３の吸収波長である１μｍ付近に波
長をシフトして照射する。上記のような組合わせは、半
導体電極１３の材料が上記Ｐ型インジウムより短い吸収
波長で、発振レーザ光が少しずれている場合も同様であ
る。例えば半導体電極１３の吸収波長が５００〜７００
ｎｍ程度でレーザの発振波長が７００〜９００ｎｍ（例
えば半導体レーザ）のような組合せである。
【００４２】この組合せでは、波長可変手段３０はレー
ザ光の波長を一定波長だけシフトする手段が用いられ
る。このような手段として、例えば光ファイバを所定
径、長さにして、伝送されるレーザ光を通過させ、誘電
体媒体として光ファイバの媒体を利用して誘導ラマン散
乱を生じさせて元の波長を一定波長分シフトさせる部材
である。上記光ファイバ以外にも四光波混合手段又は光
パラメトリック発振手段（ＯＰＯ）などを用いてもよ
い。
ザ光の波長を一定波長だけシフトする手段が用いられ
る。このような手段として、例えば光ファイバを所定
径、長さにして、伝送されるレーザ光を通過させ、誘電
体媒体として光ファイバの媒体を利用して誘導ラマン散
乱を生じさせて元の波長を一定波長分シフトさせる部材
である。上記光ファイバ以外にも四光波混合手段又は光
パラメトリック発振手段（ＯＰＯ）などを用いてもよ
い。
【００４３】(3) 半導体電極１３に発振レーザ光を２
倍、又は３倍等の高調波に変換して照射 この場合については、上記実施形態で詳しく説明した通
りである。半導体電極１３の材質が酸化チタン（吸収波
長０．４μｍ）のような短波長域のものでは、その２倍
又は３倍等の短波長のレーザを発生するレーザ発生装置
２０を組合わせる場合、波長可変手段３０により発振波
長の２倍又は３倍等の高調波に変換して照射することと
なる。このような組合せも上記実施形態に限定されるも
のではない。
倍、又は３倍等の高調波に変換して照射 この場合については、上記実施形態で詳しく説明した通
りである。半導体電極１３の材質が酸化チタン（吸収波
長０．４μｍ）のような短波長域のものでは、その２倍
又は３倍等の短波長のレーザを発生するレーザ発生装置
２０を組合わせる場合、波長可変手段３０により発振波
長の２倍又は３倍等の高調波に変換して照射することと
なる。このような組合せも上記実施形態に限定されるも
のではない。
【００４４】なお、上記太陽光で直接レーザ光を発振さ
せる方式以外に太陽電池駆動のレーザ光を照射する場合
もある。例えば太陽電池駆動の青色半導体レーザ（発振
波長０．４μｍ）などである。但し、青色半導体レーザ
を用いる場合は、波長可変手段３０は不要である。青色
半導体レーザは、太陽光により太陽電池を作動させて電
気エネルギを発生させ、その電気エネルギを青色半導体
レーザに与えて電圧をかけて駆動し、レーザ光を発生さ
せる方式であるが、発生するレーザ光は波長が短波長域
であるため、これに対応する吸収波長の酸化チタンを半
導体電極とすると波長変換をすることなく直接そのレー
ザ光を半導体電極に照射できるからである。
せる方式以外に太陽電池駆動のレーザ光を照射する場合
もある。例えば太陽電池駆動の青色半導体レーザ（発振
波長０．４μｍ）などである。但し、青色半導体レーザ
を用いる場合は、波長可変手段３０は不要である。青色
半導体レーザは、太陽光により太陽電池を作動させて電
気エネルギを発生させ、その電気エネルギを青色半導体
レーザに与えて電圧をかけて駆動し、レーザ光を発生さ
せる方式であるが、発生するレーザ光は波長が短波長域
であるため、これに対応する吸収波長の酸化チタンを半
導体電極とすると波長変換をすることなく直接そのレー
ザ光を半導体電極に照射できるからである。
【００４５】上記各種形式のレーザ発生装置２０の中
で、チタンサファイアレーザやＮｄ−ＹＡＧレーザのよ
うな固体レーザを用いる場合、添加（ドープ）されるレ
ーザ活性物質の吸収波長と太陽光の光エネルギ密度との
関係の一例を図７に示す。レーザ活性物質としてＣｅ
（セレン）、Ｃｒ（クロム）、Ｎｄ（ネオジウム）をＹ
ＡＧ結晶に添加した例である。Ｃｅは０．２〜０．３μ
ｍ付近、Ｃｒは０．４〜０．６μｍ付近、Ｎｄは０．６
〜０．９μｍ付近に吸収特性を有し、それぞれの吸収特
性において太陽光を吸収してＮｄ−ＹＡＧレーザの材料
で決まる一定の発振波長（１．０６μｍ）で発振する。
で、チタンサファイアレーザやＮｄ−ＹＡＧレーザのよ
うな固体レーザを用いる場合、添加（ドープ）されるレ
ーザ活性物質の吸収波長と太陽光の光エネルギ密度との
関係の一例を図７に示す。レーザ活性物質としてＣｅ
（セレン）、Ｃｒ（クロム）、Ｎｄ（ネオジウム）をＹ
ＡＧ結晶に添加した例である。Ｃｅは０．２〜０．３μ
ｍ付近、Ｃｒは０．４〜０．６μｍ付近、Ｎｄは０．６
〜０．９μｍ付近に吸収特性を有し、それぞれの吸収特
性において太陽光を吸収してＮｄ−ＹＡＧレーザの材料
で決まる一定の発振波長（１．０６μｍ）で発振する。
【００４６】従って、ＹＡＧレーザに限らず他の種々の
固体レーザを用いる場合は、光ロッドに添加するレーザ
活性物質を少なくとも１種以上として、太陽光の光エネ
ルギが分布する波長域全般に亘って吸収するレーザを採
用するのが望ましい。レーザ活性物質の種類が多いほど
太陽光の光エネルギを多く吸収し、高効率のレーザ発振
が得られるからである。
固体レーザを用いる場合は、光ロッドに添加するレーザ
活性物質を少なくとも１種以上として、太陽光の光エネ
ルギが分布する波長域全般に亘って吸収するレーザを採
用するのが望ましい。レーザ活性物質の種類が多いほど
太陽光の光エネルギを多く吸収し、高効率のレーザ発振
が得られるからである。
【００４７】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、この発明
のシステムは、半導体電極を有する水素・電気エネルギ
発生ユニットと、太陽光の光エネルギ最大密度の波長又
はその一定範囲内の波長の光を吸収するレーザ発生装置
とを組合せ、半導体電極を照射するレーザ光を電極の吸
収波長又は吸収波長となる波長に変換又はシフトして照
射するようにしたから、半導体電極を照射するレーザ光
は半導体電極に大部分吸収され、太陽光の光エネルギの
大部分を利用でき、極めて高効率で水素・電気エネルギ
を発生できるという顕著な効果を奏する。
のシステムは、半導体電極を有する水素・電気エネルギ
発生ユニットと、太陽光の光エネルギ最大密度の波長又
はその一定範囲内の波長の光を吸収するレーザ発生装置
とを組合せ、半導体電極を照射するレーザ光を電極の吸
収波長又は吸収波長となる波長に変換又はシフトして照
射するようにしたから、半導体電極を照射するレーザ光
は半導体電極に大部分吸収され、太陽光の光エネルギの
大部分を利用でき、極めて高効率で水素・電気エネルギ
を発生できるという顕著な効果を奏する。
【図１】実施形態の水素・電気エネルギ発生システムの
全体概略系統図
全体概略系統図
【図２】レーザ発生装置の概略構成図
【図３】同上の側面図、部分平面図
【図４】レーザ光の伝送系の概略図
【図５】太陽光のエネルギ密度のスペクトル分布図
【図６】チタンサファイアレーザの吸収−発光特性の説
明図
明図
【図７】半導体電極の作用の説明図
【図８】レーザ活性物質の添加による吸収波長の分布図
１０ 水素・電気エネルギ発生ユニット １１ａ、１１ｂ チャンバ １２ 絶縁材 １３ 半導体電極 １４ 白金電極 １５、１６ 排出管 １７ 透過窓 ２０ レーザ発生装置 ２１ フレネルレンズ ２２ レーザ発生部 ２３ 光ロッド ２４ 導入窓 ２５、２６ 反射ミラー ２７ ホログラフィックレンズ ２８ａ、２８ｂ 反射ミラー ３０ 波長可変手段
Claims (5)
- 【請求項１】 透過窓から半導体電極へ光を照射して水
分解し、これにより電気エネルギを発生させて負電極で
水分解により水素を発生させる水素・電気エネルギ発生
ユニットと、太陽光励起レーザ発生装置とを組合せ、レ
ーザ発生装置を太陽光の光エネルギ密度のピーク波長又
はその一定範囲内に最大吸収特性を有するレーザ媒質を
備えたものとし、上記ユニットの半導体電極がレーザ発
生装置で発生した波長のレーザ光を吸収する特性を有す
る材料を用いて構成されて成る水素・電気エネルギ発生
システム。 - 【請求項２】 透過窓から半導体電極へ光を照射して水
分解し、これにより電気エネルギを発生させて負電極で
水分解により水素を発生させる水素・電気エネルギ発生
ユニットと、太陽光励起レーザ発生装置とを組合せ、レ
ーザ発生装置を太陽光の光エネルギ密度のピーク波長又
は一定範囲内に最大吸収特性を有するレーザ媒質を備え
たものとし、レーザ発生装置のレーザ光を上記半導体電
極に照射するためにレーザ光を伝送する伝送経路に、そ
のレーザ光の波長を変換又はシフトする波長可変手段を
設け、半導体電極が上記波長可変手段により変換又はシ
フトされた波長のレーザ光を吸収する特性を有する材料
を用いて構成して成る水素・電気エネルギ発生システ
ム。 - 【請求項３】 前記レーザ発生装置を、レーザ媒質に太
陽光の光エネルギ密度のピーク波長又はその一定範囲内
に最大吸収特性を有する少なくとも１種以上のレーザ活
性物質を添加した固体レーザ発生装置としたことを特徴
とする請求項１又は２に記載の水素・電気エネルギ発生
システム。 - 【請求項４】 前記レーザ発生装置を、半導体レーザと
したことを特徴とする請求項１又は２に記載の水素・電
気エネルギ発生システム。 - 【請求項５】 前記レーザ発生装置をヨウ素レーザとし
たことを特徴とする請求項２に記載の水素・電気エネル
ギ発生システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001048647A JP2002255501A (ja) | 2001-02-23 | 2001-02-23 | 水素・電気エネルギ発生システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001048647A JP2002255501A (ja) | 2001-02-23 | 2001-02-23 | 水素・電気エネルギ発生システム |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002255501A true JP2002255501A (ja) | 2002-09-11 |
Family
ID=18909880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001048647A Pending JP2002255501A (ja) | 2001-02-23 | 2001-02-23 | 水素・電気エネルギ発生システム |
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| JP (1) | JP2002255501A (ja) |
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