JP2016121378A - 水分解装置及び水分解システム - Google Patents

Abstract

【課題】水分解装置の筐体の供給口における液体の圧力が筐体の許容圧力を超過した場合でも水分解装置の使用を継続できるようにするための技術を提供する。
【解決手段】水分解装置（１）は、第１電極（３）、第２電極（４）、隔壁（５）、筐体（１５）及び圧力調節機構（２０）を備えている。第１電極（３）は、第２電極（４）に電気的に接続されている。第１電極（３）、第２電極（４）及び隔壁（５）は筐体（１５）に収容されている。筐体（１５）には、供給口（７）及び排出口（９）が設けられている。圧力調節機構（２０）は、筐体（１５）の内部の圧力で駆動されて筐体（１５）の内部の圧力を許容圧力以下に保つように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、水分解装置及び水分解システムに関する。

従来から、光半導体に光を照射することによって水を水素と酸素とに分解する技術が知られている（例えば、特許文献１）。この技術を応用した水分解装置は、典型的には、筐体、光半導体電極及び対極を備えている。光半導体電極及び対極は、筐体の内部に配置されている。筐体には、水の供給口及び水の排出口が設けられている。筐体は、太陽光などの光を透過させるための窓を有している。窓を通じて光半導体電極に光が照射され、これにより、水が分解される。

特許文献２に開示されているように、複数の水素製造モジュール（水分解装置）を連結して使用する技術も知られている。

特開２０１２−７６９７８号公報 特開２０１２−１７７１５９号公報

上記のような水分解装置には、水を含む液体が供給される。液体の圧力が水分解装置の筐体に加わる。液体の圧力によって筐体が破損することを防止するために、筐体の許容圧力を下回る圧力で液体を水分解装置に供給する必要がある。しかし、圧力が正確に調節された液体を水分解装置に供給することは容易ではない。このことは、複数の水分解装置によってシステムが構築されている場合に特に問題となる。

本開示は、水分解装置の筐体の供給口における液体の圧力が筐体の許容圧力を超過した場合でも水分解装置の運転を継続できるようにするための技術を提供する。

すなわち、本開示は、
第１電極と、
前記第１電極に電気的に接続された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置され、イオンが移動可能な部分を含む隔壁と、
前記第１電極、前記第２電極及び前記隔壁を収容している筐体と、
前記筐体に設けられ、前記筐体の内部に水を含む液体を供給するための供給口と、
前記筐体に設けられ、前記筐体の外部に前記液体を排出するための排出口と、
前記筐体の内部の圧力で駆動されて前記筐体の内部の圧力を許容圧力以下に保つように構成された圧力調節機構と、
を備えた、水分解装置を提供する。

上記の技術によれば、水分解装置の筐体の供給口における液体の圧力が筐体の許容圧力を超過した場合でも水分解装置の運転を継続できる。

実施形態１に係る水分解装置の概略断面図 図１に示す水分解装置の圧力調節機構の拡大図 図１に示す水分解装置を用いた水分解システムの構成図 図３に示す水分解システムの概略側面図 実施形態２に係る水分解装置の概略断面図 図５に示す水分解装置の圧力調節機構の拡大図 図５に示す水分解装置を用いた水分解システムの構成図 実施形態３に係る水分解装置の概略断面図 実施形態４に係る水分解装置の概略断面図

例えば、複数の従来の水分解装置によってシステムが構築されている場合、ポンプから水分解装置までの高さが一定でなかったり、ポンプから水分解装置までの配管長が一定でなかったりする。この場合、水分解装置の筐体の供給口における液体の圧力も水分解装置ごとに異なる。そのため、複数の水分解装置の中で１つでも液体の圧力が許容圧力に達した水分解装置があると、液体の供給圧力（例えば、ポンプの吐出圧力）をそれ以上上げることができず、液体の供給が滞る水分解装置が出現する可能性がある。また、保守などの理由で水分解装置を交換する必要がある場合には、液体の供給圧力を見直す必要が生じるので、システムの運転を再開するまでの時間もかかる。

したがって、水分解装置の筐体の供給口における液体の圧力が筐体の許容圧力を超過した場合でも水分解装置の運転を継続できるようにするための技術が望まれている。

本開示の第１態様は、
第１電極と、
前記第１電極に電気的に接続された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置され、イオンが移動可能な部分を含む隔壁と、
前記第１電極、前記第２電極及び前記隔壁を収容している筐体と、
前記筐体に設けられ、前記筐体の内部に水を含む液体を供給するための供給口と、
前記筐体に設けられ、前記筐体の外部に前記液体を排出するための排出口と、
前記筐体の内部の圧力で駆動されて前記筐体の内部の圧力を許容圧力以下に保つように構成された圧力調節機構と、
を備えた、水分解装置を提供する。

第１態様によれば、圧力調節機構の働きによって、どのような圧力で液体が水分解装置に供給された場合でも、筐体の内部の圧力が許容圧力以下に保たれる。そのため、水分解装置の筐体の供給口における液体の圧力が筐体の許容圧力を超過した場合でも水分解装置の運転を継続できる。つまり、水分解装置に液体を補給することができる。また、複数の水分解装置でシステムを構築する場合、水分解装置ごとに液体の圧力を設定する必要が無い。そのため、水分解装置の最適な配置を容易に実現できるだけでなく、システムの保守を短時間で終わらせることができる。

本開示の第２態様は、第１態様に加え、前記第１電極は、光照射によって水を分解する光触媒を含み、前記筐体は、前記第１電極と向かい合う位置に光を透過させる窓を有する、水分解装置を提供する。第２態様によれば、光エネルギーによって水を分解することができる。

本開示の第３態様は、第２態様に加え、前記圧力調節機構は、前記隔壁に対して、前記窓が位置する側とは反対側に設けられている、水分解装置を提供する。第３態様によれば、圧力調節機構によって窓の面積が制限されないので、窓を最大限広くして第１電極に照射される光の量を増やすのに有利である。水は、窓が位置する側の空間にも供給される。

本開示の第４態様は、第２態様に加え、前記圧力調節機構は、前記隔壁に対して、前記窓が位置する側と同じ側に設けられている、水分解装置を提供する。第４態様によれば、供給口から排出口へ向かう液体の流れが、第１電極が配置された空間に形成されやすい。その結果、第１電極の表面から気泡が積極的に排除され、光のエネルギー利用効率が向上する。

本開示の第５態様は、第２態様に加え、前記筐体には、前記第１電極で発生した第１ガスを前記筐体の外部に取り出すための第１取り出し口と、前記第２電極で発生した第２ガスを前記筐体の外部に取り出すための第２取り出し口とがさらに設けられ、前記隔壁は、前記第１ガスが前記第１取り出し口に選択的に導かれ、前記第２ガスが前記第２取り出し口に選択的に導かれるように前記筐体の内部を少なくとも部分的に仕切っており、前記供給口及び前記排出口は、前記第１電極の表面に沿って前記筐体の内部に前記液体の流れが形成されるように、それぞれ、前記筐体の一端部と他端部とに形成されている、水分解装置を提供する。第５態様によれば、第１電極の表面から気泡が積極的に排除され、光のエネルギー利用効率が向上する。

本開示の第６態様は、第１〜第５態様のいずれか１つに加え、前記圧力調節機構は、前記供給口に設けられた流入調節機構である、水分解装置を提供する。このような構造によれば、圧力調節機構のための流路を別途設ける必要が無いので、水分解装置の構造が複雑になることを回避できる。

本開示の第７態様は、第１〜第６態様のいずれか１つに加え、前記圧力調節機構は、前記排出口に設けられた流出調節機構である、水分解装置を提供する。このような構造によれば、圧力調節機構のための流路を別途設ける必要が無いので、水分解装置の構造が複雑になることを回避できる。

本開示の第８態様は、
第１〜第７態様のいずれか１つの複数の水分解装置と、
水を含む液体を前記複数の水分解装置に供給するためのポンプと、
前記ポンプと前記複数の水分解装置とを接続している液供給回路と、
を備えた、水分解システムを提供する。

第８態様の水分解システムによれば、単位時間当たりに処理できる水の量を容易に増やすことができる。

本開示の第９態様は、第８態様に加え、前記液体を貯留するタンクと、前記水分解装置の前記筐体の前記排出口と前記タンクとを接続している液回収回路と、をさらに備えた、水分解システムを提供する。第９態様によれば、複数の水分解装置とタンクとの間で液体を循環させることができるので、液体の有効利用を図ることができる。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。

（実施形態１）
図１に示すように、実施形態１に係る水分解装置１は、筐体１５、第１電極３、第２電極４及び隔壁５を備えている。第１電極３、第２電極４及び隔壁５は、筐体１５の内部に配置されている。第１電極３、第２電極４及び隔壁５は、それぞれ、板の形状を有する。第１電極３と第２電極４とが互いに向かい合っている。第１電極３と第２電極４との間に隔壁５が配置されている。

第１電極３は、光触媒である半導体材料を導電基板の上に配置することによって得られた光半導体電極でありうる。光触媒である半導体材料は、光照射によって水を分解する機能を有する。半導体材料は、ｎ型半導体材料であってもよいし、ｐ型半導体材料であってもよい。第２電極４は、金属、炭素材料などの導電性材料で作られた対極でありうる。第１電極３は、配線６によって第２電極４と電気的に接続されている。隔壁５は、水素イオンなどのイオンが移動可能な部分を含む。すなわち、隔壁５の全部がイオン透過性の材料で作られていてもよいし、隔壁５の一部のみがイオン透過性の材料で作られていてもよい。隔壁５は、微細な孔を有する多孔性材料で作られていてもよい。隔壁５は、また、第１電極３で発生したガスと第２電極４で発生したガスとを分離する機能とを有する。本実施形態において、第１電極３及び第２電極４は、それぞれ、隔壁５に接している。ただし、第１電極３及び第２電極４は、隔壁５から離れて配置されていてもよい。

本実施形態において、配線６は、筐体１５の内部に配置されている。配線６の一部は、筐体１５の外部に位置していてもよい。また、第１電極３と第２電極４との間にバイアス電圧を印加できるような機構が設けられていてもよい。

筐体１５には、供給口７、排出口９及び圧力調節機構２０が設けられている。供給口７は、筐体１５の内部に水を含む液体（以下、単に「水」と称する）を供給するための通路（流入路）である。排出口９は、筐体１５の内部から筐体１５の外部に水を排出するための通路（流出路）である。筐体１５の下部に供給口７が設けられている。筐体１５の上部に排出口９が設けられている。本実施形態において、排出口９は、電極３及び４で発生した酸素ガス及び水素ガスを筐体１５の外部へと導くためのガス取り出し口に兼用されている。

供給口７には配管４１が接続されうる。配管４１を通じて、タンクなどの供給源４０から水分解装置１に水が供給される。電極３及び４において、水が分解され、酸素ガス及び水素ガスが発生する。排出口９を通じて、酸素ガス、水素ガス及び余剰の水が筐体１５の外部へと導かれる。必要に応じて、水分解装置１の外部にて、酸素ガス、水素ガス及び余剰の水が互いに分離される。なお、分解された水の量に等しい量の水のみが水分解装置１に供給される場合には、排出口９から余剰の水は排出されない。この場合、排出口９は、単なるガス取り出し口として機能する。

筐体１５は、第１電極３と向かい合う位置に光を透過させる窓１５ａを有する。窓１５ａは、ガラス、アクリル樹脂などの透明材料で形成されている。窓１５ａは、筐体１５の主表面を形成している。窓１５ａを通じて、太陽光などの光が第１電極３に照射される。光エネルギーによって水を分解することができる。なお、「主表面」とは、最も面積が広い面を意味する。

筐体１５は、例えば、板状かつ平面視で矩形の構造を有する。筐体１５を平面視したとき、供給口７及び排出口９は、それぞれ、互いに向かい合う一辺と他辺とに位置している。これにより、供給口７から排出口９に向かって水の流れが形成されうる。第１電極３の表面に沿って水が流れると、第１電極３の表面から気泡を積極的に排除できる。その結果、光のエネルギー利用効率が向上する。ただし、筐体１５の内部で水流が発生することは必須ではないし、電極３及び４の分解能力を超える量の水を供給することも必須ではない。水分解装置１には、分解された水の量に等しい量の水のみが逐次供給されてもよい。

圧力調節機構２０は、筐体１５の内部の圧力を筐体１５の許容圧力以下に保つように構成されている。圧力調節機構２０は、筐体１５の内部の圧力で駆動される。そのため、水分解装置１に水を供給するためのポンプの吐出圧力の変動、ポンプから水分解装置１までの高さ、配管４１における圧力損失などの影響を受けることなく圧力調節機構２０が駆動されて筐体１５の破損が確実に防止される。

本実施形態において、圧力調節機構２０は、供給口７に設けられた流入調節機構である。言い換えれば、供給口７として機能する空間に圧力調節機構２０が配置されている。このような構造によれば、圧力調節機構２０のための流路を別途設ける必要が無いので、水分解装置１の構造が複雑になることを回避できる。

供給口７は、筐体１５の側面（窓１５ａを平面視したときの側面）に沿って設けられており、筐体１５の裏面側から表面側に向かって延びている。すなわち、供給口７は、隔壁５に対して、窓１５ａが位置する側とは反対側において、筐体１５の外部に向かって開口している。さらに、供給口７は、隔壁５に対して、窓１５ａが位置する側と同じ側において、筐体１５の内部に向かって開口している。圧力調節機構２０は、隔壁５に対して、窓１５ａが位置する側とは反対側に設けられている。このような構造によれば、供給口７から排出口９へ向かう水の流れが、第１電極３が配置された空間に形成されやすい。その結果、第１電極３の表面から気泡が積極的に排除され、光のエネルギー利用効率が向上する。この効果に加え、圧力調節機構２０によって窓１５ａの面積が制限されないので、窓１５ａを最大限広くして第１電極３に照射される光の量を増やすのに有利である。また、窓１５ａを平面視したとき、窓１５ａに重なる位置に圧力調節機構２０が位置している。つまり、圧力調節機構２０は、水分解装置１の平面視での面積を極力増加させない位置に設けられている。この構造は、複数の水分解装置１を用いて構築されたシステムにとって有利である。

図２に示すように、圧力調節機構２０は、ダイヤフラム１０、弁体１１、弁座１２及びバネ１３を備えている。ダイヤフラム１０は、筐体１５の内部の圧力を受けることができる位置に配置されている。ダイヤフラム１０の一方の面には弁体１１が連結されており、他方の面にはバネ１３が連結されている。弁体１１は、ダイヤフラム１０及びバネ１３とともに動かされる。弁体１１が弁座１２に着座すると、供給口７が閉じられる。

水分解装置１の運転時において、筐体１５の内部は水で満たされている。第１電極３に光が照射されると、電極３及び４によって水が分解されて酸素及び水素が発生する。水の分解によって筐体１５の内部の水の量が減少し、供給源４０から供給口７を経由して筐体１５の内部に水が補給される。このとき、筐体１５の内部の圧力（水圧）が圧力調節機構２０の設定圧力を超えると、ダイヤフラム１０を押す力がバネ１３の反力を上回り、ダイヤフラム１０に連結された弁体１１が弁座１３に接近する。供給口７の流路面積が減少し、供給口７における水の流量が減少し、筐体１５の内部の圧力が下がる。他方、筐体１５の内部の水圧が下がると、弁体１１が弁座１３から離れる方向に動く。供給口７の流路面積が増加し、供給口７における水の流量が増加し、筐体１５の内部の圧力が上がる。圧力調節機構２０の設定圧力が筐体１５の許容圧力よりも低い値に設定されている場合、筐体１５の内部の圧力は、許容圧力以下に保たれる。その結果、筐体１５の破損による液漏れなどの不具合を回避しつつ、水が滞りなく補給される。つまり、水分解装置１の機能が保全されうる。供給口７の一次側（配管４１）における水の供給圧力が高かったとしても、供給口７の二次側（筐体１５の内部）の圧力は常に一定の圧力以下に保たれる。

図３に示すように、本実施形態に係る水分解システム１００は、複数の水分解装置１（１ａ〜１ｆ）、タンク１６、ポンプ１７及び液供給回路１８で構成されている。タンク１６には、水が貯められている。タンク１６にはポンプ１７が配管で接続されている。ポンプ１７は、液供給回路１８を介して、複数の水分解装置１に接続されている。タンク１６の水は、ポンプ１７の働きによって複数の水分解装置１に供給される。水は、圧力調節機構２０を経由して筐体１５の内部に流入する。圧力調節機構２０は、ダイヤフラム１０の動きによって、筐体１５の内部の圧力が許容圧力以下のときにのみ開く。

水分解システム１００によれば、単位時間当たりに処理できる水の量を容易に増やすことができる。なお、図３において、水分解装置１の排出口９に接続されたラインは省略されている。水分解装置１の排出口９は、例えば、気液分離器に配管で接続されうる。また、本実施形態では、複数の水分解装置１は、ポンプ１７に対して互いに並列に接続されている。ただし、全ての水分解装置１が互いに直列に接続されていてもよいし、並列接続と直列接続とが混在していてもよい。

図４に示すように、複数の水分解装置１ａ〜１ｆは、フレーム１９に複数段（３段）で設置されている。フレーム１９において、複数の水分解装置１ａ〜１ｆは、互いに異なる複数の高さ（ポンプ１７からの高さ）に位置している。図４に示す配置によれば、タンク１６の水は、設置高さが互いに異なる複数の水分解装置１ａ〜１ｆに送られる。つまり、異なる圧力で水分解装置１ａ〜１ｆに水が供給される。最も低い位置に設置された水分解装置１ｅ及び１ｆには、最も高い位置に設置された水分解装置１ａ及び１ｂでの圧力に加えて、高低差に対応する水頭の圧力が加わる。しかし、水分解装置１の圧力調節機構２０の働きによって、水分解装置１の筐体１５の内部の圧力は、許容圧力以下に保たれる。

例えば、水分解装置１ａが設置された位置と水分解装置１ｅが設置された位置との高低差が１０ｍの場合には、約１００ｋＰａの圧力が水分解装置１ｅに余分に加わる。全ての水分解装置１に水を供給するために必要な圧力に加えて余分な圧力が加わること考慮すれば、頑強な構造を持った筐体１５を水分解装置１に使用する必要がある。例えば、窓１５ａの厚さを増やすことが考えられる。しかし、厚すぎる窓１５ａは光の強度を大幅に減衰させ、水分解装置１の効率の低下を招く。また、水分解装置１の重量が増えると、フレーム１９の強化も必要となる。水分解装置１のコスト及びフレーム１９に水分解装置１を設置するために必要なコストも上昇する。

本実施形態によれば、どのような圧力で水が水分解装置１に供給された場合でも、各水分解装置１の筐体１５の内部の圧力は一定の圧力以下に保たれる。そのため、水分解装置１の運転を継続できる。また、複数の水分解装置１で水分解システム１００を構築するときにも、水分解装置１ごとに水の供給圧力を設定する必要が無い。そのため、水分解システム１００を構築するための工期を短縮することができる。高低差を無くすために水分解装置１を平面状に並べる必要も無いので、水分解システム１００の設置面積を縮小することができる。つまり、複数の水分解装置１の配置を最適にしつつ水分解システム１００を容易に構築できる。

以下、水分解装置及び水分解システムの他の実施形態を説明する。実施形態１と他の実施形態とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。すなわち、水分解装置１及び水分解システム１００に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、以下の実施形態にも適用されうる。また、各実施形態は、技術的に矛盾しない限り、互いに組み合わせることができる。

（実施形態２）
図５に示すように、実施形態２に係る水分解装置２は、筐体１５、第１電極３、第２電極４及び隔壁５を備えている。第１電極３、第２電極４及び隔壁５に関する説明は、実施形態１の通りである。

筐体１５には、ガス取り出し口２５、供給口２６、排出口２７及び圧力調節機構２８が設けられている。実施形態１でも説明したように、供給口２６は、筐体１５の内部に水を供給するための通路（流入路）である。排出口２７は、筐体１５の内部から筐体１５の外部に水を排出するための通路（流出路）である。筐体１５の下部に供給口２６が設けられている。筐体１５の上部にガス取り出し口２５及び排出口２７が設けられている。排出口２７を通じて筐体１５の外部に排出された水は、配管４２を通じて、供給源４０に戻されてもよい。

本実施形態では、電極３及び４で発生した酸素ガス及び水素ガスを筐体１５の外部へと導くために、排出口２７とは別にガス取り出し口２５が設けられている。酸素ガス及び水素ガスは、ガス取り出し口２５を通じて筐体１５の外部へと排出される。このような構造によれば、余剰の水とともに排出口２７を通じて筐体１５の外部に排出されるガスの量を減らすことができる。そのため、排出口２７に接続された配管の内部における圧力損失を抑制することができる。ただし、酸素ガス及び水素ガスの一部は、排出口２７を通じて、余剰の水とともに筐体１５の外部へと排出されてもよい。また、ガス取り出し口２５は、ガスのみを通過させるように構成されていてもよい。実施形態１の水分解装置１の筐体１５にこのようなガス取り出し口２５が設けられていてもよい。

供給口２６は、隔壁５に対して、窓１５ａが位置する側と同じ側において、筐体１５の内部に向かって開口している。排出口２７は、隔壁５に対して、窓１５ａが位置する側と反対側において、筐体１５の内部に向かって開口している。圧力調節機構２０も、隔壁５に対して、窓１５ａが位置する側とは反対側に設けられている。このような構造によれば、供給口２６から排出口２８へ向かう水の流れが、第１電極３が配置された空間に形成されやすい。その結果、第１電極３の表面から気泡が積極的に排除され、光のエネルギー利用効率が向上する。この効果に加え、圧力調節機構２８によって窓１５ａの面積が制限されないので、窓１５ａを最大限広くして第１電極３に照射される光の量を増やすのに有利である。

本実施形態においても、圧力調節機構２８は、筐体１５の内部の圧力を筐体１５の許容圧力以下に保つように構成されている。本実施形態において、圧力調節機構２８は、排出口２７に設けられた流出調節機構である。言い換えれば、排出口２７として機能する空間に圧力調節機構２８が配置されている。また、圧力調節機構２８は、筐体１５の内部の圧力で駆動される。したがって、本実施形態においても、実施形態１と同じ効果が得られる。

図６に示すように、圧力調節機構２８は、ダイヤフラム２９、弁体３０、弁座３１及びバネ３２を備えている。圧力調節機構２８の構造は、実施形態１で説明した圧力調節機構２０とやや異なるが、その作用及び機能は同じである。

水分解装置２の運転時において、筐体１５の内部は水で満たされている。第１電極３に光が照射されると、電極３及び４によって水が分解されて酸素及び水素が発生する。水の分解によって筐体１５の内部の水の量が減少し、供給源４０から供給口２６を経由して筐体１５の内部に水が補給される。このとき、筐体１５の内部の圧力（水圧）が圧力調節機構２８の設定圧力を超えると、ダイヤフラム２９を押す力がバネ３２の反力を上回り、ダイヤフラム２９に連結された弁体３０が弁座３１から離れる方向に移動する。排出口２７を経由して水が筐体１５の外部に排出され、筐体１５の内部の圧力が下がる。圧力調節機構２８の設定圧力が筐体１５の許容圧力よりも低い値に設定されている場合、筐体１５の内部の圧力は、許容圧力以下に保たれる。その結果、筐体１５の破損による液漏れなどの不具合を回避しつつ、水が滞りなく補給される。つまり、水分解装置２の機能が保全されうる。

図７に示すように、本実施形態に係る水分解システム２００は、複数の水分解装置２（２ａ〜２ｆ）、タンク１６、ポンプ１７、液供給回路１８及び液回収回路３８で構成されている。液回収回路３８は、水分解装置２の筐体１５の排出口２７とタンク１６とを接続している。排出口２７を通じて水分解装置２の外部に排出された水は、液回収回路３８を通じてタンク１６に戻される。筐体１５の内部の圧力が許容圧力を超えたとき、ダイヤフラム２９の動きによって圧力調節機構２８が開いて筐体１５の外部に水が排出される。その他の構成については、実施形態１で説明した通りである。図４を参照して実施形態１で説明したように、複数の水分解装置２は、フレーム１９に複数段で設置されていてもよい。

本実施形態の水分解システム２００においても、実施形態１の水分解システム１００と同じ効果が得られる。また、水分解システム２００によれば、複数の水分解装置２とタンク１６との間で水を循環させることができるので、水の有効利用を図ることができる。また、汚水の浄化に水分解システム２００を適用する場合には、水を循環させることによって汚水の浄化度を向上させることができる。

（実施形態３）
図８に示すように、実施形態３に係る水分解装置５０は、筐体１５、第１電極３、第２電極４及び隔壁５を備えている。第１電極３、第２電極４及び隔壁５に関する説明は、実施形態１の通りである。ただし、本実施形態において、隔壁５の上端は、筐体１５の内面に接している。隔壁５の下端は、実施形態１及び２と同じように、筐体１５の内面から離れている。隔壁５の下端よりも下方に形成された隙間を通じて、第１電極３が配置された空間は、第２電極４が配置された空間に連通している。

筐体１５には、第１取り出し口２５ａ、第２取り出し口２５ｂ、供給口２６、排出口２７及び圧力調節機構２８が設けられている。第１取り出し口２５ａは、第１電極３で発生した酸素ガス（第１ガス）を筐体１５の外部に取り出すための開口部である。第２取り出し口２５ｂは、第２電極４で発生した水素ガス（第２ガス）を筐体１５の外部に取り出すための開口部である。隔壁５は、酸素ガスが第１取り出し口２５ａに選択的に導かれ、水素ガスが第２取り出し口２５ｂに選択的に導かれるように筐体１５の内部を部分的に仕切っている。このような構造によれば、余剰の水とともに排出口２７を通じて筐体１５の外部に排出されるガスの量を減らすことができる。そのため、排出口２７に接続された配管の内部における圧力損失を抑制することができる。さらに、酸素ガスと水素ガスとを水分解装置５０の外部で分離する手間も省ける。実施形態１の水分解装置１の筐体１５にこのようなガス取り出し口２５ａ及び２５ｂが設けられていてもよい。

排出口２７及び圧力調節機構２８の構造は、本実施形態と実施形態２（図５参照）とで同じであるが、それらの位置が本実施形態と実施形態２とで若干異なっている。すなわち、本実施形態においても、排出口２７は、隔壁５に対して、窓１５ａが位置する側とは反対側に設けられている。詳細には、排出口２７は、第２電極４に向かい合う位置に設けられている。同様に、圧力調節機構２８は、隔壁５に対して、窓１５ａが位置する側とは反対側に設けられている。詳細には、圧力調節機構２８は、第２電極４に向かい合う位置に設けられている。言い換えれば、窓１５ａを平面視したとき、窓１５ａに重なる位置に排出口２７及び圧力調節機構２８が位置している。このような位置関係によれば、圧力調節機構２８によって窓１５ａの面積が制限されないので、窓１５ａを最大限広くして第１電極３に照射される光の量を増やすのに有利である。

本実施形態では、配線６の一部が筐体１５の外部に位置している。ただし、実施形態１及び２のように、配線６の全部が筐体１５の内部に位置していてもよい。

（実施形態４）
図９に示すように、本実施形態に係る水分解装置６０と実施形態３に係る水分解装置５０との相違点は、圧力調節機構２８の位置にある。本実施形態において、圧力調節機構２８は、隔壁５に対して、窓１５ａが位置する側と同じ側に設けられている。詳細には、圧力調節機構２８は、第１電極３に向かい合う位置に設けられている。同様に、排出口２７は、隔壁５に対して、窓１５ａが位置する側と同じ側に設けられている。詳細には、排出口２７は、第１電極３に向かい合う位置に設けられている。このような位置関係によれば、供給口２６から排出口２７へ向かう水の流れが、第１電極３が配置された空間に形成されやすい。その結果、第１電極３の表面から気泡が積極的に排除され、光のエネルギー利用効率が向上する。

本実施形態では、第１電極３の表面に沿って筐体１５の内部に水の流れが形成されるように、供給口２６と排出口２７との位置関係が定められている。例えば、供給口２６及び排出口２７は、第１電極３の表面に沿って筐体１５の内部に水の流れが形成されるように、それぞれ、筐体１５の一端部と他端部とに形成されている。供給口２６は、隔壁５に対して、窓１５ａが位置する側と同じ側において、筐体１５の内部に向かって開口している。排出口２７も、隔壁５に対して、窓１５ａが位置する側と同じ側において、筐体１５の内部に向かって開口している。このような構造によれば、気泡を排除する効果をより十分に得ることができる。

（その他）
また、隔壁５は、筐体１５の内部を完全に仕切っていてもよい。すなわち、筐体１５の内部は、隔壁５によって、第１電極３が配置された空間と第２電極４が配置された空間とに仕切られていてもよい。

実施形態１で説明した圧力調節機構２０は、他の実施形態の水分解装置にも適用されうる。つまり、水分解装置は、流入調節機構としての圧力調節機構２０及び流出調整機構としての圧力調節機構２８の両方を備えていてもよい。流入調節機構が閉まる設定圧力を排出調節機構が開く設定圧力よりも低くすると、供給口からの水の供給が停止した後に筐体１５の内部で水温が上昇して筐体１５の内部の圧力が更に上昇した場合に、排出口からの水の排出が開始される。そのため、不要な水の排出量を抑えることができる。また、流入調節機構が閉まる設定圧力を排出調節機構が開く設定圧力よりも高くすると、筐体１５の内部にガスが溜って筐体１５の内部の圧力が上昇した場合には、排出口からガスを排出できる。そのため、供給口からの水の供給を継続することができる。

また、実施形態１で説明した圧力調節機構２０（流入調節機構）が他の実施形態の水分解装置に適用された場合において、水分解装置の内部に水の流れを形成するために、流入調節機構が閉まる設定圧力は、排出調節機構が開く設定圧力よりも高いことが望ましい。

本明細書に開示された水分解装置は、太陽光などの光から電力を生成可能であり、例えば、大規模な水素製造設備に応用されうる。本明細書に開示された水分解装置は、燃料電池と組み合わせることによって、家庭用の発電システム、発電所などにも応用されうる。また、本明細書に開示された水分解装置は、水に含まれた有機物の分解を目的とした設備、例えば、汚水処理設備、水浄化設備などにも応用されうる。その他、水を含む様々な電解液を水分解装置で処理することができる。

１，２，５０，６０ 水分解装置
３ 第１電極
４ 第２電極
５ 隔壁
７，２６ 供給口
９，２７ 排出口
１５ 筐体
１５ａ 窓
１６ タンク
１７ ポンプ
１８ 液供給回路
２０，２８ 圧力調節機構
２５ ガス取り出し口
２５ａ 第１取り出し口
２５ｂ 第２取り出し口
１００，２００ 水分解システム

Claims (9)

1. 第１電極と、
   前記第１電極に電気的に接続された第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に配置され、イオンが移動可能な部分を含む隔壁と、
   前記第１電極、前記第２電極及び前記隔壁を収容している筐体と、
   前記筐体に設けられ、前記筐体の内部に水を含む液体を供給するための供給口と、
   前記筐体に設けられ、前記筐体の外部に前記液体を排出するための排出口と、
   前記筐体の内部の圧力で駆動されて前記筐体の内部の圧力を許容圧力以下に保つように構成された圧力調節機構と、
   を備えた、水分解装置。
2. 前記第１電極は、光照射によって水を分解する光触媒を含み、
   前記筐体は、前記第１電極と向かい合う位置に光を透過させる窓を有する、請求項１に記載の水分解装置。
3. 前記圧力調節機構は、前記隔壁に対して、前記窓が位置する側とは反対側に設けられている、請求項２に記載の水分解装置。
4. 前記圧力調節機構は、前記隔壁に対して、前記窓が位置する側と同じ側に設けられている、請求項２に記載の水分解装置。
5. 前記筐体には、前記第１電極で発生した第１ガスを前記筐体の外部に取り出すための第１取り出し口と、前記第２電極で発生した第２ガスを前記筐体の外部に取り出すための第２取り出し口とがさらに設けられ、
   前記隔壁は、前記第１ガスが前記第１取り出し口に選択的に導かれ、前記第２ガスが前記第２取り出し口に選択的に導かれるように前記筐体の内部を少なくとも部分的に仕切っており、
   前記第１電極の表面に沿って前記筐体の内部に前記液体の流れが形成されるように、前記供給口と前記排出口との位置関係が定められている、請求項２に記載の水分解装置。
6. 前記圧力調節機構は、前記供給口に設けられた流入調節機構である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の水分解装置。
7. 前記圧力調節機構は、前記排出口に設けられた流出調節機構である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の水分解装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の複数の水分解装置と、
   水を含む液体を前記複数の水分解装置に供給するためのポンプと、
   前記ポンプと前記複数の水分解装置とを接続している液供給回路と、
   を備えた、水分解システム。
9. 前記液体を貯留するタンクと、
   前記水分解装置の前記筐体の前記排出口と前記タンクとを接続している液回収回路と、
   をさらに備えた、請求項８に記載の水分解システム。

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