JP2010168608A - 水素生成装置、並びにそれを用いた水素生成方法及びエネルギーシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体を含む第1の電極962、対極964、並びに第1の電極962及び対極964に挟まれた位置にあり、電解質を収容するための空間部を有し、第1の電極962に光が照射されることにより水素を発生するセル960と、セル960内における水素の発生が抑制または停止するように第1の電極962と対極964との間に電圧を印加するための電圧印加部970を有し、第1の電極962及び対極964を電気的に接続する外部回路とを備える。
【選択図】 図13
Description
、半導体電極に光が照射されていると、半導体電極において水素と酸素の両方が発生するおそれがある。
半導体を含む第1の電極、
対極、並びに
前記第1の電極及び前記対極に挟まれた位置にあり、電解質を収容するための空間部を有し、
前記第1の電極に光が照射されることにより水素を発生するセルと、
前記セル内における水素の発生が抑制または停止するように前記第1の電極と前記対極との間に電圧を印加するための電圧印加部を有し、
前記第1の電極及び前記対極を電気的に接続する外部回路とを備える。
上記水素生成装置を用い、
(A)前記第1の電極に光を照射して前記セル内に水素を発生させる工程、及び
(B)前記電圧印加部により前記第1の電極と前記対極との間に電圧を印加して、前記セル内における水素の発生を抑制または停止させる工程を含む。
上記水素生成装置を用い、
(A)前記第1の電極に光を照射して前記セル内に水素を発生させる工程、
(B)前記電圧印加部により前記第1の電極と前記対極との間に印加される電圧を、前記電圧制御部を用いて変化させながら、前記電流検出器により前記第1の電極と前記対極との間に流れる電流を検出する工程、
(C)前記工程Bにおける検出結果に基づき、前記セル内における水素の発生を抑制または停止させるために前記第1の電極と前記対極との間に印加する電圧を決定する工程、
(D)前記工程Dにより決定された電圧を前記電圧印加部により前記第1の電極と前記対極との間に印加して、前記セル内における水素の発生を抑制または停止させる工程を含む。
上記水素生成装置、
前記水素生成装置における前記セルと配管により接続され、前記セル内において生成した水素を貯蔵するための水素貯蔵器、及び
前記水素貯蔵器と配管により接続され、前記水素貯蔵器において貯蔵された水素を電力に変換する燃料電池を備えている。
半導体を含む第1の電極、
対極、並びに
前記第1の電極及び前記対極に挟まれた位置にあり、電解質を収容するための空間部を有し、
前記第1の電極に光が照射されることにより水素を発生するセルと、
前記セル内における水素の発生が抑制または停止するように前記第1の電極と前記対極との間に電圧を印加するための電圧印加部を有し、
前記第1の電極及び前記対極を電気的に接続する外部回路とを備える。
ことができる。
前記第1の電極と前記対極との間に流れる電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器により検出された電流値に基づき、前記電圧印加部により前記第1の電極と前記対極との間に印加される電圧を制御する電圧制御部とをさらに有していてもよい。
また、本発明の水素生成装置は、前記外部回路が、
前記外部回路を流れる電流の方向を、前記電圧印加部により前記第1の電極と前記対極との間に印加される電圧が0Vのときに流れる方向に整流する整流部をさらに有していてもよい。
(A)前記第1の電極に光を照射して前記セル内に水素を発生させる工程、及び
(B)前記電圧印加部により前記第1の電極と前記対極との間に電圧を印加して、前記セル内における水素の発生を抑制または停止させる工程を含む。
(A)前記第1の電極に光を照射して前記セル内に水素を発生させる工程、
(B)前記電圧印加部により前記第1の電極と前記対極との間に印加される電圧を、前記電圧制御部を用いて変化させながら、前記電流検出器により前記第1の電極と前記対極との間に流れる電流を検出する工程、
(C)前記工程Bにおける検出結果に基づき、前記セル内における水素の発生を抑制または停止させるために前記第1の電極と前記対極との間に印加する電圧を決定する工程、
(D)前記工程Dにより決定された電圧を前記電圧印加部により前記第1の電極と前記対極との間に印加して、前記セル内における水素の発生を抑制または停止させる工程を含んでいてもよい。
前記水素生成装置における前記セルと配管により接続され、前記セル内において生成した水素を貯蔵するための水素貯蔵器、及び
前記水素貯蔵器と配管により接続され、前記水素貯蔵器において貯蔵された水素を電力に変換する燃料電池を備えている。
、水素貯蔵器における水素の貯蔵量が許容量の上限に達するおそれがある。水素生成装置による水素の生成が停止されない場合、例えば、水素貯蔵器において貯蔵されている水素を消費するために、燃料電池を再起動させ、電力及び熱を廃棄するシステムが必要となる。
本発明のエネルギーシステムは、前記燃料電池により変換された電力を蓄える蓄電池をさらに備えていてもよい。また、前記蓄電池が、前記水素生成装置における第1の電極−対極間に電圧を供給するための2つの出力端子を備えていてもよい。このとき、前記蓄電池の2つの出力端子のうち、第1の出力端子が第1の電極と電気的に接続され、第2の出力端子が対極と電気的に接続されており、第1の出力端子−第1の電極間及び第2の出力端子−対極間のうち少なくとも一方に、可変抵抗が直列に接続されていること好ましい。このようにすると、可変抵抗における抵抗値を変化させることにより、第1の電極−対極間に印加される電圧を変化させることができる。ここで、蓄電池及び可変抵抗は、本発明における電圧印加部に相当する。
まず、本発明の実施の形態1に係るエネルギーシステムの構成について、図3〜図6を用いて説明する。図3は本発明の実施の形態1におけるエネルギーシステムの構成を示す概略図、図4は上記エネルギーシステム内の水素生成装置におけるセル102の構成を示す概略断面図、図5は上記エネルギーシステム内の水素生成装置における制御装置の構成を示すブロック図、及び図6は上記制御装置における電圧印加部の構成を示す回路図である。
2は蓄電池150の正極と電気的に接続されている。
の電極108におけるn型半導体がフラットバンド状態となるため、第1の電極108−対極109間に流れる電流がゼロとなり、対極109における水素の発生を停止させることができる。
次に、本発明の実施の形態2に係るエネルギーシステムの構成について、図3、図4、図7、及び図8を用いて説明する。図7は本発明の実施の形態2に係るエネルギーシステム内の水素生成装置における制御装置の構成を示すブロック図、並びに図8は上記制御装置における電圧印加部及び電流計の構成を示す回路図である。実施の形態1に係るエネルギーシステム100と同じ構成については同じ符号を用いて、説明を省略する。
142の運転を停止させるとともに、燃料電池制御部144は第2の遮断弁148を閉じて水素貯蔵器130から発電部142への水素の供給を停止させる。
次に、本発明の実施の形態3に係るエネルギーシステムの構成について、図3、図4、図9、及び図10を用いて説明する。図9は本発明の実施の形態3に係るエネルギーシステム内の水素生成装置における制御装置の構成を示すブロック図、並びに図10は上記制御装置における電圧印加部、電流計及び整流部の構成を示す回路図である。実施の形態1及び実施の形態2に係るエネルギーシステムと同じ構成については同じ符号を用いて、説明を省略する。
次に、本発明の実施の形態4に係るエネルギーシステムの構成について、図3、図4、図11、及び図12を用いて説明する。図11は本発明の実施の形態4に係るエネルギーシステム内の水素生成装置における制御装置の構成を示すブロック図、並びに図12は上記制御装置における電圧印加部、電流計及び整流部の構成を示す回路図である。実施の形態1、実施の形態2及び実施の形態3に係るエネルギーシステムと同じ構成については同じ符号を用いて、説明を省略する。
は、電解質101と接触する位置に第1の電極908が配置されている。第1の電極908の表面の少なくとも一部にはp型半導体の領域が設けられており、このp型半導体の領域が電解質101と接触するように第1の電極908が配置されている。また、第1室112は、第1室112内で発生した水素を排気するための第1の排気口916及び第1室112内に水を供給するための給水口117を備えている。筐体104のうち、第1室112内に配置された第1の電極908の表面のp型半導体の領域と対向する部分は、太陽光等の光を透過させる材料で構成されている。
。一方、正孔は、第1の抵抗320を介して第1の電極908と電気的に接続された対極109側に移動し、対極109の表面において上記反応式(化1)により水が分解され、酸素が発生する。
い。したがって、低コストであるエネルギーシステムを提供することができる。さらに、実施の形態1と同様に、水素生成装置910における制御装置920には蓄電池150から電力が供給されるので、外部からの電力供給が不要な自立型のエネルギーシステムを提供することができる。
(実施例)
以下、本発明の実施例について具体的に説明する。
図13〜図15を用いて、実施例1について説明する。図13は、実施例1において用いた水素生成装置の構成を示す概略図、図14は、本実施例において用いた水素生成装置における第1の電極−対極間に印加された電圧と第1の電極−対極間に流れる電流との関係を示すグラフ、及び図15は、図14のグラフにおける、第1の電極−対極間に流れる
電流がゼロ付近を拡大して示すグラフである。
101 電解質
102、902、960 セル
104 筐体
105 光入射部
106 セパレータ
108、908、962 第1の電極
109、964 対極
110、510、710、950 水素生成装置
112 第1室
114 第2室
116、916 第1の排気口
117 給水口
118、918 第2の排気口
120、520、720、920 制御装置
130 水素貯蔵器
132 第1の配管
134 第1の遮断弁
136 圧力計
140 燃料電池
142 発電部
144 燃料電池制御部
146 第2の配管
148 第2の遮断弁
150 蓄電池
152 第1の配線
154 第2の配線
156 容量計測部
200、530、730、930 電圧印加部
202 CPU
210 第1の端子
212 第2の端子
310 第3の端子
312 第4の端子
320 第1の抵抗
322、522 第2の抵抗
324 第3の抵抗
330 第1のスイッチ
332 第2のスイッチ
334 第3のスイッチ
340 第1の接点
342 第2の接点
540、980 電流計
740、940 整流部
742、942 ダイオード
966 電解液
968 ガラス容器
970 可変電圧電源
Claims (6)
- 半導体を含む第1の電極、
対極、並びに
前記第1の電極及び前記対極に挟まれた位置にあり、電解質を収容するための空間部を有し、
前記第1の電極に光が照射されることにより水素を発生するセルと、
前記セル内における水素の発生が抑制または停止するように前記第1の電極と前記対極との間に電圧を印加するための電圧印加部を有し、
前記第1の電極及び前記対極を電気的に接続する外部回路とを備える水素生成装置。 - 前記外部回路が、
前記第1の電極と前記対極との間に流れる電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器により検出された電流値に基づき、前記電圧印加部により前記第1の電極と前記対極との間に印加される電圧を制御する電圧制御部とをさらに有する、請求項1記載の水素生成装置。 - 前記外部回路が、
前記外部回路を流れる電流の方向を、前記電圧印加部により前記第1の電極と前記対極との間に印加される電圧が0Vのときに流れる方向に整流する整流部をさらに有する、請求項1または2に記載の水素生成装置。 - 請求項1に記載の水素生成装置を用い、
(A)前記第1の電極に光を照射して前記セル内に水素を発生させる工程、及び
(B)前記電圧印加部により前記第1の電極と前記対極との間に電圧を印加して、前記セル内における水素の発生を抑制または停止させる工程を含む水素生成方法。 - 請求項2に記載の水素生成装置を用い、
(A)前記第1の電極に光を照射して前記セル内に水素を発生させる工程、
(B)前記電圧印加部により前記第1の電極と前記対極との間に印加される電圧を、前記電圧制御部を用いて変化させながら、前記電流検出器により前記第1の電極と前記対極との間に流れる電流を検出する工程、
(C)前記工程Bにおける検出結果に基づき、前記セル内における水素の発生を抑制または停止させるために前記第1の電極と前記対極との間に印加する電圧を決定する工程、
(D)前記工程Dにより決定された電圧を前記電圧印加部により前記第1の電極と前記対極との間に印加して、前記セル内における水素の発生を抑制または停止させる工程を含む水素生成方法。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の水素生成装置、
前記水素生成装置における前記セルと配管により接続され、前記セル内において生成した水素を貯蔵するための水素貯蔵器、及び
前記水素貯蔵器と配管により接続され、前記水素貯蔵器において貯蔵された水素を電力に変換する燃料電池を備えたエネルギーシステム。
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JP2009010553A JP2010168608A (ja) | 2009-01-21 | 2009-01-21 | 水素生成装置、並びにそれを用いた水素生成方法及びエネルギーシステム |
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CN105347521A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-02-24 | 张彬 | 低能耗水体增氧装置 |
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-
2009
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