WO2016148301A1

WO2016148301A1 - 水素生成システム及び水素回収システム

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Publication number: WO2016148301A1
Application number: PCT/JP2016/058863
Authority: WO
Inventors: 楠原　昌樹
Original assignee: 株式会社ワコム研究所
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2016-09-22
Also published as: JP2016175453A

Abstract

　電気分解のような外部電源を必要とせず、また、豊富な太陽光を有効に利用するが可能な水素生成システムを提供すること。　甲板３と甲板３の下部に設けられた浮体４とからなるポンツーン８と、ポンツーン８の甲板３上に施設された、光半導体に太陽光が照射されることによって水を分解して水素を生成する複数の光水素生成パネル１と、浮体４の内部空間に施設された、光水素生成パネル１において生成した水素を貯蔵するための水素貯蔵手段である水素貯蔵タンク５と、水素生成パネル１に供給する水を貯蔵するための水貯蔵手段である水貯蔵タンク６と、水貯蔵手段６内の水を水素生成パネル１に供給するための手段である水供給ポンプ１０と水供給パイプ９と、を有し、甲板３上に降る雨水を収集し、雨水を水貯蔵手段６に貯蔵するようにしたことを特徴とする。

Description

水素生成システム及び水素回収システム

　本発明は、水素生成システム及び水素回収システムに係り、より詳細には光の照射により水素を生成するデバイスを備えた光触媒を利用した水素生成システム及び水素回収システムに関する。

　現代社会においては大量のエネルギー資源が消費されている。
　全世界的にみて、人口の増加、交通手段の発達が著しく増加しており、それに伴いエネルギー資源の消費量は益々増加することが予想される。
　現在、エネルギー資源としては、石油、石炭、天然ガスなどのいわゆる化石エネルギーが大半を占めている。

　しかし、化石エネルギー源は有限であり、上記エネルギー資源の大量消費により将来の枯渇化が危惧されている。また、化石エネルギーは、その消費に伴い二酸化炭素を生成するものであり、そのために地球温暖化などの地球環境の破壊が危惧されている。

　現在、二酸化炭素の削減を目指して石油資源に代わる各種エネルギー資源の開発がなされている。
　二酸化炭素の発生を抑制したエネルギー資源として、自然エネルギー資源、例えば、太陽電池エネルギー、風力エネルギー、波力エネルギー、地熱エネルギーギーなどの自然エネルギー資源があげられる。
　これらの自然エネルギー資源は二酸化炭素の発生を伴わないため、積極的に開発が進められている。ただ、これらの自然エネルギー資源の利用は、特定の地理的場所においてしか行うことができないという制約がある。さらに、年間あるいは一日ごとに変化する気象条件によっては所望する量の発電電力を得ることが困難となる。
　これらのエネルギー資源の利用は、電気に直接変換して行われるものであるため、利用者に供給するためには、送配電を必要とする。そのため、発電及び送電のための膨大なインフラ（発送電インフラ）の整備を必要とする。

　太陽電池エネルギーは、発電装置を必要とはせず、また、大容量蓄電技術が進歩すれば膨大な送電システムも必要としなくなるが、現在のところ大容量の蓄電が可能な電池は存在しない。大容量の電池が作成できたとしても電池自体の作成にエネルギーを要する。のみならず、太陽電池の設置場所を必要とし、設置場所を確保するために森林の伐採が行われるが、森林の伐採により二酸化炭素の消費が阻害されてしまい、当初の目的である二酸化炭素の削減という趣旨に反してしまう。
　水素は、燃料電池などを用いて電気や熱に変換しても最終生成物が無害で安全な水であり、最も環境負荷の小さい究極のエネルギーである。そのため、水素をエネルギー基盤とした社会インフラに向けて、各要素技術の研究開発が進められている。
　エネルギー媒体としての水素は天然にも存在するが、ほとんどは石油や天然ガスの改質により製造される。また、水を電気分解することによって製造することも可能であるが、電気分解に必要な電気エネルギーが多大である。よって、これらの方法は環境負荷に対する根本的な解決にならない。ただし、太陽電池により光エネルギーを電気に変換し、その電力で電気分解するシステムは可能であるが、太陽電池の製造コスト、エネルギー消費量などを考慮すると、必ずしも有効な製造方法とはいえない。

　これに対し、光触媒を用いた水素生成は、水と太陽光から直接水素を製造するシステムであり、太陽光エネルギーを有効に水素エネルギーに変換できる。そのため、光触媒を利用した光水素生成デバイス、および、そのシステムの検討が活発に進められている。

　その一つとして、特許文献１に記載された光半導体として窒化物を用いた水素生成装置がある。
　しかし、現在のところ水素生成量が必ずしも需要をまかなうに足りる程度にまで達していない。
　他方、水素を製造する技術として、洋上で自然エネルギーを利用して発電を行い、発電した電気エネルギーを用いて水素を製造する技術が特許文献２に開示されている。
　しかし、特許文献２に記載された技術は、一旦発電を行いその発電電気を利用して水素を製造するものである。従って、発電装置と水素製造装置の両方の装置を洋上に設置する必要があり、装置設置のコストが膨大とならざるをえない。また、洋上という限られたスペースに複数の装置を設置するため水素の生産量には限界が生じる。

　また、この技術は、エネルギーの変換を二度行うものであるため変換効率が低下せざるをえない。
　このように、装置の設置コスト、エネルギー変換効率の低下という点をからしてコスト高なエネルギーとならざるを得ない。そのため、化石エネルギーや太陽電池エネルギーに比べて経済的に見合うエネルギーとは言えない。

　また、水素製造に必要な水の供給をどのように効率的に行うかという観点が無視されている。

ＷＯ２０１０／１４０３５３　Ａ１特開２００５－１４５２１８号公報

　電気分解のような外部電源を必要とせず、また、豊富な太陽光を有効に利用することが可能であり、他のエネルギーに比べて経済的にも遜色のないコストで水素を製造することが可能な水素生成システム及び水素回収システムを提供することを目的とする。

　請求項１に係る発明は、甲板と前記甲板の下部に設けられた浮体とからなるポンツーンと、
前記ポンツーンの前記甲板上に敷設された、光半導体に太陽光が照射されることによって水を分解して水素を生成する複数の光水素生成パネルと、
前記浮体の内部空間に配設された、前記光水素生成パネルにおいて生成した水素を貯蔵するための水素貯蔵手段と、
前記水素生成パネルに供給する水を貯蔵するための水貯蔵手段と、
を有し、
前記甲板上に降る雨を収集して、前記水貯蔵手段に貯蔵するようにしたことを特徴とする水素生成システである。

　請求項２に係る発明は、前記ポンツーンは、北回帰線と南回線の間に設置される請求項１記載の水素生成システである。
　請求項３に係る発明は、必要に応じて前記ポンツーンを北回帰線と南回帰線の間を移動可能とした請求項１又は２記載の水素生成システムである。
　請求項４に係る発明は、降水の開始を探知するためのセンサと、前記水貯蔵手段内部への雨水の注水をオン・オフするための開閉手段と、センサからの降水開始の信号に対応して前記開閉手段を所定時間閉とし、所定時間経過後に前記開閉手段を開となるように前記開閉手段を制御する制御手段とを設けた請求項１ないし３のいずれか１項記載の水素生成システムである。
　請求項５に係る発明は、前記水素生成パネルを東西方向に傾斜可能とした請求項１ないし４のいずれか１項記載の水素生成システムである。
　請求項６に係る発明は、水素と酸素とを分離可能とし、酸素は大気に放出するようにした請求項１ないし５のいずれか１項記載の水素生成システムである。
　請求項７に係る発明は、前記水貯蔵手段は浮体内部に設置され、前記甲板上に雨水を収集するための溝が形成され、前記溝は、甲板を貫通する雨水収集用孔を介して前記水貯蔵手段に連通している請求項１ないし６のいずれか１項記載の水素生成システムである。
　請求項８に係る発明は、前記水貯蔵手段は、前記甲板上に配置され、前記水貯蔵手段の上に、前記隣り合う水素生成パネル同士の間に間隔をおいて敷設されている請求項１ないし６のいずれか１項記載の水素生成システムである。
　請求項９に係る発明は、前記水貯蔵手段の上面における前記水素生成パネル同士の間隔部に雨水収集用孔を設けてある請求項８記載の水素生成システムである。
　請求項１０に係る発明は、前記水貯蔵手段の上流又は下流には、雨中の不純物を除去するためのフィルターを設けてある請求項１ないし６のいずれか１項記載の水素生成システムである。
　請求項１１に係る発明は、前記水素生成パネルは傾斜している請求項１ないし１０のいずれか１項記載の水素生成システムである。
　請求項１２に係る発明は、前記水素生成パネル内の光半導体の面を前記水素背性パネルの上面と平行とした請求項１１記載の水素生成システムである。
　請求項１３に係る発明は、前記水素生成パネルの上面の傾斜角度を可動とした請求項１ないし８のいずれか１項記載の水素生成システムである。
　請求項１４に係る発明は、前記水素生成パネルの一辺側に上下動可能な昇降手段を設けた請求項１３記載の水素生成システムである。
　請求項１５に係る発明は、前記一つの水素貯蔵手段の内部の水素を他の水素貯蔵手段に移動可能とした請求項１ないし１４のいずれか１項記載の水素生成システムである。

　請求項１６に係る発明は、前記水素生成パネルは、
導電基板及び前記導電基板上に配置された光半導体層を含む第１電極と、
　前記第１電極の前記導電基板側の面に対向して配置され、前記導電基板と電気的に接続された第２電極と、
　前記光半導体層の表面及び前記第２電極の表面と接触する、水を含む電解液と、
　前記第１電極、前記第２電極及び前記電解液を収容する容器と、
　前記容器内部へ水を供給するための供給口と
を有する請求項１ないし１５のいずれか１項記載の水素生成システムである。

　請求項１７に係る発明は、　前記光半導体は、実質的に、バデライト型結晶構造を有し、かつ、組成式ＮｂＯＮで表される組成を有するニオブ酸窒化物からなる請求項１６記載の水素生成システムである。
　請求項１８に係る発明は、前記光水素生成デバイスには、常時あるいは定期的に振動が加わるようにして電極表面に発生ガスが付着しないようにした請求項１ないし１７のいずれか１項記載の水素生成システムである。
　請求項１９に係る発明は、前記振動は、海の波により与えられる請求項１８記載の水素生成システムである。
　請求項２０に係る発明は、前記水素生成パネルを複数個組み合わせて全体として多面体を形成し、前記甲板表面を鏡面状態とするとともに、前記多面体を前記甲板表面から浮かせて設置したことを特徴とする請求項１記載の水素生成システムである。
　請求項２１に係る発明は、前記光水素デバイスと前記水素貯蔵手段との間にガス圧縮手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし２０のいずれか１項記載の水素生成システムである。
　請求項２２に係る発明は、前記ポンツーンの甲板上又は浮体内部に人間が居住するために必要な設備を設けてある請求項１ないし２１のいずれか１項記載の水素生成システムである。
　請求項２３に係る発明は、請求項１ないし２２のいずれか１項記載の水素生成システムにおいて生成された水素を陸上に運搬するための水素回収タンカーを有する水素回収システムである。

　電気分解のような外部電源を必要とせず、また、豊富な太陽光を有効に利用するが可能となる。

本発明の第１の形態を示す平面図である。本発明の第１の形態を示す側部断面図である。本発明の第２の形態に係り、制御システムを示す概念図である。本発明の第３の形態を示す側部断面図である。本発明の第４の形態を示す側部断面図である。水供給系を示す概念図である。水素収集系を示す概念図である。水素収集の他の系を示す概念図である。本発明の他の形態を示す平面図である。水素生成パネルの例を示す側部断面図である。緯度の相違による日照量の相違を示すがグラフである。

１　水素生成パネル
３　甲板
４　浮体
５　水素貯蔵手段（水素貯蔵タンク）
６　水貯蔵手段（水貯蔵タンク）
２２　水
２３　水供給管
２４　ポンプ
２５　バルブ
２６　水素収集配管
３０　雨水収集通路
３１　雨水収集孔
３８　光半導体電極
３９　水
４０　移送ポンプ
４２　バルブ
６０　開閉手段
６１　制御手段
６２　雨水センサ

　（形態１）
　図１は、本発明の第一の実施形態を示す平面図である。
　この形態における水素生成システムは、甲板３と甲板３の下部に設けられた浮体４とからなるポンツーン８と、
　前記ポンツーン８の甲板３上に施設された、光半導体に太陽光が照射されることによって水を分解して水素を生成する複数の光水素生成パネル１と、
　前記浮体４の内部空間に施設された、前記光水素生成パネル１において生成した水素を貯蔵するための水素貯蔵手段である水素貯蔵タンク５と、
前記水素生成パネル１に供給する水を貯蔵するための水貯蔵手段である水貯蔵タンク６と、
前記水貯蔵手段６内の水を前記水素生成パネル１に供給するための手段である水供給ポンプ１０と水供給パイプ９と、
を有し、
前記甲板３上に降る雨水を収集し、前記雨水を前記水貯蔵手段６に貯蔵するようにしたことを特徴とする水素生成システムである。

　以下より詳細に説明する。
　ポンツーン８は、浮防波堤の浮桟橋等に使用される浮力構造体である。一般に鋼板構造あるいは鋼板とコンクリートとを重ねて合成したハイブリッド構造で作られ、これを一定の吃水で浮揚させるために、ポンツーン内にコンクリートを流し込み硬化させて浮力を調節する。
　本発明では、このポンツーン８上に水素生成パネル１を載置し、海上（特に北回帰線と南回帰線との間の海上）に浮遊させるものである。
　ポンツーン８は、基本的に甲板３と甲板３下部に設けられた浮体４とからなる。甲板８、浮体４ともに鋼板から構成される。
　甲板３は、例えば、長手方向２５０ｍ、幅方向３０ｍの寸法を有する。もちろんこの寸法には限定されない。例えば、長手方向１００ｍ－５００ｍ、幅方向１０ｍ－６０ｍの範囲としてもよい。
　甲板３の下部には浮体４が設けられている。浮体４は内部が空間となっており、ポンツーン８に浮力を与える。浮体４の深さ方向の寸法は、浮力を考慮して適宜決定すればよい。

　水素生成パネルについて説明する。
　甲板３の上には、複数の水素生成パネル１が敷設されている。
　水素生成パネル１としては、光半導体を有する光電極を備え、当該光電極に太陽光が照射されることによって水を分解して水素を生成するユニット（水素生成パネル）である。
　かかる水素生成ユニットとしては、例えば、特許文献１（図１０）に記載されている構成のものを用いればよい。
　すなわち、この構成では、導電基板及び前記導電基板上に配置された光半導体層を含む第１電極を形成する。また、第１電極と対向して導電体からなる第２電極を設けておけば、水の分解により生成した水素と酸素とを容易に分離して収集することが可能となる。

　なお、特許文献１では、さらに、前記光半導体層の表面側の第１領域における電解液と、前記第１電極に対して前記第１領域と反対側の第２領域における電解液との間で、イオンを移動可能とするイオン通過部と、を備え、
　前記第２電極の面積が、前記第１電極の面積よりも小さく、
　前記光半導体層に光が照射されることによって、前記光半導体層の前記表面、又は、前記第２電極の前記電解液と接する前記表面で、前記電解液中の前記水の分解による水素生成反応を起こして、水素を発生させるようにしており、本発明でも同様の構成を用いることもできる。

　なお、水素とともに発生する酸素はそのまま大気に放出すればよい。
水素生成パネル１の寸法は製造の容易性、搬送の容易性などを考慮して適宜選択すればよい。例えば、２ｍ四方（面積４ｍ^２）のパネルとすることもできる。ただ、製造の容易性、取扱いの容易性を考慮して例えば、１ｍ四方（面積：１ｍ^２）のパネルとしてもよい。
各水素生成パネルには、水供給口と、水素取り出し口、酸素放出口が形成されている。

　また、各水素生成パネル１には、図５に示すように、ポンプ２４により水貯蔵タンク６から水を供給できるように、水供給配管２３を施設してある。なお、それぞれの水素生成パネル前にはバルブ２３が設けてある。すなわち、水供給口には、水貯蔵タンク６から、ポンプ２４により、水供給管配管２３から分岐した管を介して水が供給される。

　また、図７に示すように、各水素生成パネル１で生成した水素を水素貯蔵タンク６に収集するために、水素収集配管２６により水素生成パネル１と水素貯蔵タンク６とは連結されている。すなわち、水素生成パネル１において発生した水素は、水素取り出し口から、水素収集配管２６を介して水素貯蔵タンク５に送られる。水素貯タンク５において高圧保存する場合は、圧縮機により水素を高圧に圧縮して水素貯蔵タンク５に導入する。

　本例では、図５に示すように、水貯蔵タンク６は浮体４の内部空間に配置されている。
　水素生成パネル１の敷設方法の一例を図１に示す。長手方向には連続的に隣接させ、幅方向には、２つの水素生成パネル１を隣接させ、作業通路のスペースをあけて敷設している。
　図９に示すように敷設してもよい。（ａ）長手方向、幅方向ともに、水素生成パネル１同士の間に１つごとに通路を設けて敷設する、（ｂ）幅方向に連続的に隣接させて列を形成し、列同士の間に通路スペースをおいて敷設する、（ｃ）長手方向、幅方向ともに連続的に隣接して敷設するなどの方法がある。もちろん、例えば、列の途中において適宜に通路を設けるなど、他にも各種の組み合わせ敷設方法が考えられる。作業効率、受光面積を考慮して適宜決定すればよい。
　通路の適宜の場所に、雨水収集用の孔３１を設けておく。この雨水収集孔３１は、水貯蔵タンク６に通じており、収集した雨水は水貯蔵タンク６に貯蔵される。なお、通路自体が雨水の通路となるが、図２に示すように、雨水をより収集しやすくするために通路に溝３０を設けておくことが好ましい。甲板３の通路部には、溝３０側が低くなるように傾斜を設けておくことが好ましい。

　水貯蔵タンク６は、図５に示す例では、浮体４内の空間内に配置されている。甲板３上の通路ないし溝３０と水貯蔵タンク６とは、孔３１と水貯蔵タンク６とを、甲板３を貫いて接続する雨水収集配管により接続されている。
　本形態では、前記浮体４の内部空間に水素貯蔵タンク５が設けられている。水素貯蔵タンク５は、水素生成パネル１で発生した水素を貯蔵するタンクである。
　各水素生成パネル１には、水素出口が形成されており、出口間を水素収集管２で連結し、水素収集管２は水素貯蔵タンク５に通じている。
　水素を高圧で貯蔵する場合は、貯蔵タンク５と水素生成パネル１との間にコンプレッサー７を設け、水素生成パネル１で発生した水素を高圧化して水素貯蔵タンク５に送る。
　水素貯蔵タンク５は、高圧貯蔵も可能とするため、ボンベのような円筒形状あるいは球形状が好ましい。
　設置する水素貯蔵タンク５の個数は、浮体４内の床面積、浮体４の強度、発生する水素の量、貯蔵された水素の回収間隔を勘案して適宜決定すればよい。大きさは、重量などを勘案して内径が３ｍ程度のものが好ましい。

　水素貯蔵タンク６の構造としては３層構造のものが知られている。
　水素貯蔵タンクは耐圧性と海水に対する耐食性とを有する材質から構成する。例えば、ステンレススチール、７０００系（Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ）、Ａ６０６１（Ｔ６処理）が好適に用いられる。これらの外周には、カーボンファイバーを用いて補強したＣＦＲＰこれらの材料を用いた場合は、１５年程度の耐久性を有する。
　周囲をカーボンファイバーで被覆した場合は、約半分の質量で足りる。ただ、ポンツーンの喫水高さを調整するために水素貯蔵タンクはむしろ重くした方が好ましい場合があり、この場合は軽量化を図る必要がなく鋼の一層構造のものを用いてもよい。これにより貯蔵タンクの製造コストの低減を図ることができる。
　なお、水素貯蔵手段として、水素貯蔵合金を用いてもよい。
水素生成パネルは、水を分解して水素を発生させるものである。従って水が必要となる。この点が太陽電池とは異なる。水素１ｍｏｌに対して水１ｍｏｌが必要である。すなわち、水素２ｇに対して水１８ｇが必要である。
　水は水貯蔵タンク６から補給する。水貯蔵タンク６への水の補給は雨水により行う。本発明では、そのために雨水を収集する。甲板に雨水収集用の溝を形成しておく。また、溝の適宜な位置に孔を設けておき、その孔を通じて水貯蔵タンク６に雨水を貯蔵する。

　北回帰線と南回帰線の間ではいわゆるスコールが発生する。
　光半導体電極を用いた場合、基準状態（ＳＴＣ）ＡＭ１．５で６０Ｌ／ｍ^２・Ｈｒで水素を生成することが可能である。なお、ＡＭ１．５は日本付近の緯度（東京３５°）の地上における平均的なスペクトルとして用いられている。図１１に東京と赤道における日射量を示す。
　北回帰線と南回帰線との間においては、天頂から光が入射するとして入射角は約０°とすると、（１／ｃｏs０°）／（ｃｏｓ３５°）＝１．２２倍の照射量が得られ、水素発生量は照射量に比例すると考えられることから、この地域においては６０Ｌ／ｍ^２・Ｈｒ×１．２２＝７３Ｌ／ｍ^２・Ｈｒの水素が生成する。質量に換算すると６．５３ｇ／ｍ^２・Ｈｒである
　ほぼ１２時間この日射量が得られるとすると、一日当たりの水素生成量は、６．５３ｇ／ｍ^２・Ｈｒ×１２Ｈｒ＝７８．４ｇ／ｍ^２日となる。
　その場合消費される水は、７０５ｇ／ｍ^２・日である。月の雨量に換算すると０．７０５ｍｍ×３０日＝２１．１ｍｍである。
　南回帰線と北回帰線との間においては、いわゆるスコールが午後に発生する。その月平均最低雨量は６０ｍｍ以上であり、多いところでは、１００ｍｍ以上あるいは２００ｍｍ以上の地域がある。

　従って、最低雨量の地域においても、雨水による補給で足りる。水素生成効率が５～１０倍になったとしても雨水で足りることになる。
　なお、スコールは、瞬時的な雨であるため日照時間に大きな影響を与えるものではないことが重要なポイントである。
　甲板４の寸法を、２００ｍ×３０ｍとし、縦横それぞれ８割程度が水素生成パネルの占有面積とすると、水素生成パネルの面積は、３８４０ｍ^２となる。
　水素生成量は、７８．４ｇ／ｍ^２日であるので、７８．４ｇ／ｍ^２日×３８４０ｍ^２＝３２２５６ｇ／日＝３２．２ｋｇ／日である。

　雨水を収集するために、水素生成パネルの間に設けた作業用の通路に溝３１を形成し、一定間隔ごとに雨水を収集する。通路の適宜の位置には、雨水収集口３１を設けておく。雨水収集口３１は水貯蔵タンクに連通しており、雨水を底に導入して雨水の貯蔵を行う。収集した雨水は水収集パイプを通じて水貯蔵タンク６に送りこめばよい。通路に雨水が集まるように、水素生成パネル１の表面は溝側が低くなるように傾斜を設けておくことが好ましい。傾斜を付しておくことにより、水素生成パネル１の表面に付着した汚染物を洗い流すことも可能となり、光の入射効率の低下を防止することができる。なお、傾斜は、５°以上２０°以下が好ましい。５°以上とすることにより、より効率的に水の落下及び表面洗浄をおこなうことができる。２０°を超えると、南回帰線（南緯２３　°）と北回帰線（２３°）の間であっても光の入射角が直角からずれてしまい、入射効率が悪くなるためである。

　なお、南回帰線と北回帰線との間においては、光の入射各東西方向にだけ変化する。従って、水素生成パネル８特にその内部の光半導体薄膜）の傾斜をそれに合わせて変化させる場合、東西方向のみに変動させればよいので、傾斜角の変動機構は、東西方向（経度方向）及び南北方向（緯度方向）の両方向を変動させる場合に比べて極めて簡単となる。
　なお、雨水収集管と水貯蔵タンク６との間にはフィルターを設けておき、雨水中の不純物を除去することが好ましい。
　南回帰線と北回帰線との間においては、上述したようにスコールがある。しかし、台風は存在しない。すなわち、台風の発生元となることがあるかもしれないが、発生したとしてもその領域自体においては風雨をもたらすものではない。従って、ポンツーンをその領域に配置しておいても台風によって破損を受けるということはない。

　前記水貯蔵手段６内の水を前記水素生成パネル１に供給するための手段である水供給ポンプ１０と水供給パイプ９とを有している。水は絶えず供給し循環させてもよい。循環させることにより、水に絶えず動きを与え、それにより、光半導体電極、導電体電極の表面に付着する気泡を除去することが可能となる。ただ、循環させるためには、水素生成パネル１に水供給口の他に、水排出口を設け、そこと水貯蔵短歌とを連結しなければならない。そのため、構造が複雑になる。また、循環のためのエネルギーが必要となる。本発明では、海上において水素生成を行うため、ポンツーンは絶えず波力を受けておりポンツーンとともに水素生成パネル１は揺れを受ける。従って、電極と水との界面において、水は絶えず揺れを受けるため、水の循環系を設けなくとも気泡の付着を防止することができる。

　仮に、長さ２００ｍ、幅３０ｍのポンツーンを用いた場合を例として説明する。
　作業用通路などに使用する部分を考慮して長さ方向、幅方向の有効部を８０％とすると、長さ１６０ｍ、幅２４ｍが有効となる。有効面積は、３８４０ｍ^２である。
　水素貯蔵装置は球状が好ましい。
　水素貯蔵装置である水素貯蔵タンクを、内径３ｍの球状タンクとした場合を例にとって説明する。この場合、内容積＝１４．１３ｍ^３となる。
　７５０気圧、常温で貯蔵すると、理想気体と仮定すると満杯時には水素ガス重量は８８３ｋｇ（０．８８３ｔｏｎ）となる。
　貯蔵タンクは、肉厚を１０ｍｍの鉄製（比重７．８５ｇ／ｃｃ）とすると貯蔵タンクの重量は２２３３ｋｇとなる。
　水素と貯蔵タンクの合計重量は３．１１ｔｏｎである。

　長さ２００ｍ、幅３０ｍのポンツーンを用い、甲板及び浮体内の有効面積を８０％とすると、長さ１６０ｍ、幅２４ｍが有効となる。
　直径３ｍの水素貯蔵タンクは、長さ方向１６０ｍ／３ｍ＝５３個、幅方向２４ｍ／３ｍ＝８個
　水素貯蔵タンクの総数は、５３×８＝４２４個である。
　収集水素量は、０．８８３ｔｏｎ×４２４個＝３７４．４ｔｏｎ
　１ｋｇがガソリン７Ｌとすると（リッター当たりの燃費１５ｋｍと想定）、２９１２ｔｏｎのガソリンに相当する。

　所望する量の水素が貯蔵できた場合、内陸から空の水素タンクを積載したタンカーをポンツーンが配置された場所にまで運航し、空の水素タンクに水素を移し替えて内陸へ運送する。空のタンクへの充填は圧力差により容易に行うことができる。なお、水素貯蔵タンク５をポンツーンから着脱自在に設置し、水素貯蔵タンクごとタンカーで内陸に搬送することも可能である。

　（形態２）
　本形態は、降水の開始を探知するための雨水センサ６２と、水貯蔵手段６内部への雨水の注水をオン・オフするための開閉手段６０と、雨水センサ６２からの降水開始の信号に対応して開閉手段６０を所定時間閉とし、所定時間経過後に開閉手段６０が開となるように開閉手段６０を制御する制御手段６１とを設けた。

　本形態は、水貯蔵手段である水貯蔵タンク６への注水を制御するようにしたものである。
　スコールは、通常午後に突然降り出して３０分から１時間で降り止む。
　本発明は、このスコールによりもたらされる水を貯蔵して水素生成のための原料とするものである。
　水貯蔵タンク６に設けられている雨水収集用孔３１は、通常閉じられている。スコールが始まると甲板３上の水素生成パネル１表面に降り注ぐ。水素生成パネル１の表面は海しぶきなどをあび、そのしぶきが蒸発すると表面には塩分その他の不純物が残存する。数日放置するとこの残存物は表面に堆積して水素生成パネル１への光の入射効率を低下させる。

　スコールは、水素生成パネル１の表面に降り注ぐ。従って、残存物はスコールのために表面から除去される。ただ、表面から溝３０に達した雨水を直ちに水貯蔵タンク６内に注水すると、不純物を含んだ水が原料として使われてしまうこととなる。そこで、本形態では、スコールの開始から所定時間は、雨水の水貯蔵タンク６内への注水がなされないようにする。その所定時間は約５～１０分である。水素生成パネル表面１の不純物は、スコールが５分以上降り注げば十分洗浄除去される。従って、その時間は、洗浄水が水貯蔵タンク６内に入らないようにすればよい。スコール開始をセンサ６２により探知し、所定時間経過後には水貯蔵タンク６への雨水収集配管３３に設けられた開閉手段であるバルブ６０を開として、水素生成パネル１上の不純物を含まない雨水を水貯蔵タンク６内に注水すれば、不純物を含まない原料水が得られる。

　（形態３）
　図４に第３の形態を示す。
　本形態では、水素生成パネル１の上部に傾斜を持たせた例である。
　傾斜を設けておくことにより雨水が通路に容易に流れるようになる。とともに、水素生成パネル１の表面に存在している付着物を雨水とともに除去しやすくなる。
　なお、図４に示す例では、光半導体４０は甲板３と平行にしてあるが、光半導体４０は水素生成パネル１の上面と同様の傾斜を設けてもよい。

　（形態４）
　図５に第４の形態を示す。
　本形態は、水貯蔵タンク６を、甲板３上に設けた例である。
　第一の形態では、水貯蔵タンク６は、浮体４の内部空間内に設置されている。それに対して、本例では、水貯蔵タンク６は甲板４上に設置されている。そして、水貯蔵タンク６の上に水素生成パネル１を敷設してある。従って、水貯蔵タンク６を甲板４上に設けているにもかかわらず形態１の場合と本形態の場合とで、水素生成パネル１の受光面積は同じとすることができる。
　水貯蔵タンク６上に水素生成パネル１を敷設した場合には、両者を繋ぐ水供給パイプの距離が極めて短くなる。
　水貯蔵タンク６を形成する上板部の外側表面には、最初から雨水収集用の溝を形成しておけばよい。水貯蔵タンクは、適宜の大きさのものを複数設けてもよい。例えば、２５０ｍ×３０ｍの甲板の場合、５ｍ×５ｍの大きさのものを幅方向に６個、長さ方向に４０個甲板上に配置し、その上に、１ｍ^２の水素生成パネルを取り付ければよい。

　また、水貯蔵タンク６の上面に、水収集用孔３１を設けて置けば、水収集用配管をほとんど用いることなく（従って、軽量化も図ることができて）きわめて簡単な構造で水を水貯蔵タンク内に収集することができる。なお、水収集用孔の開閉は、水２２の水位により上下するフロートを水収集用孔３１の下に設けておけばよい。

　本形態では、配管系が極めて簡単になるとともに、浮体４内の空間が広くなり、その分水素貯蔵タンクの積載を多くすることができる。

　（形態５）
　本形態は、任意の水素貯蔵タンク内のガスを、任意の他の水素貯蔵タンクに移送できるようにしたシステムである。構成としては、水素貯蔵タンク５を移送ポンプを介して接続すればよい。

　例えば、図８において、水素貯蔵タンク５_１内の水素を移送ポンプ４０で吸引し、そのガスを水素移送ポンプ４０から水素貯蔵タンク５_ｎに移送すればよい。図面において、左側が長手法一端、右側が長手方向他端側とする。５_１から５_ｎに移送後は長手方向の一端側と他端側とで浮体が受ける重量が異なる。左側にある水素貯蔵タンクのガスを右側の水素貯蔵タンクに移送すれば、ポンツーン４は右側が沈み左側が浮く。それに伴い水素生成パネル１も傾斜する。従って、太陽の高さの変化に応じて水素生成パネル１の傾斜を変化させることができ、それにより、入射量を絶えず直角に維持することが可能となる。なお、水素生成パネル１の一辺の下方に上下動可能な棒を設けておき、この棒を手動的又は自動的に上下させることによっても太陽の高さに応じて水素生成パネルの傾斜を変化させることもできる。

　（形態６）
　本形態では、ポンツーンを移動させるためのポンツーン推進艇を設ける。
　ポンツーン推進艇は、ポンツーンの側面に当接させ、ポンツーンを移動させるための手段であり、動力を有している。プッシャーと称することもできる。ポンツーン推進艇とポンツーンとの当接が十分に行われるように、ポンツーンの側面にポンツーン推進艇の当接部がかみ合うようにポンツーン推進艇の当接部に対応する形状の凹みをポンツーンの側面に形成しておくことが好ましい。

　ポンツーン推進艇により、ポンツーンの方向を所望する任意の方向に変えたり、所望する任意の方向に移動させたりすることができる。
　日の出から日没まで太陽の高さは変化するが、最適な高さが維持されるようにポンツーンを移動させてもよい。

　（形態７）
　水素貯蔵タンクに水素が貯蔵されると、貯蔵された水素を回収するために陸上から水素回収タンカーを派遣する。
　ポンツーンの浮体内の水素貯蔵タンクを水素貯蔵タンクごとそのまま水素回収タンカーに移し替えてもよい。一方、水素回収タンカーに高圧タンクを設けておき、この高圧タンクと水素貯蔵タンクとを接続すると、圧力差により水素貯蔵タンク内の水素を高圧タンク内に自動的に移送させることができる。必要に応じてポンプを使用して移送を行えばよい。

　水素回収タンカーが陸上に到着後は、自動車のユーザーに水素を販売する水素ステーションまで水素を運搬する水素タンクローリー車に水素を移送する。

　（形態８）
　本システムの保守点検のためには人間を必要とする。そのため、人間の居住設備を設けることが好ましい。

Claims

甲板と前記甲板の下部に設けられた浮体とからなるポンツーンと、
前記ポンツーンの前記甲板上に敷設された、光半導体に太陽光が照射されることによって水を分解して水素を生成する複数の光水素生成パネルと、
前記浮体の内部空間に配設された、前記光水素生成パネルにおいて生成した水素を貯蔵するための水素貯蔵手段と、
前記水素生成パネルに供給する水を貯蔵するための水貯蔵手段と、
を有し、
前記甲板上に降る雨を収集して、前記水貯蔵手段に貯蔵するようにしたことを特徴とする水素生成システム。
前記ポンツーンは、北回帰線と南回線の間に設置される請求項１記載の水素生成システム。
必要に応じて前記ポンツーンを北回帰線と南回帰線の間を移動可能とした請求項１又は２記載の水素生成システム。
降水の開始を探知するためのセンサと、前記水貯蔵手段内部への雨水の注水をオン・オフするための開閉手段と、センサからの降水開始の信号に対応して前記開閉手段を所定時間閉とし、所定時間経過後に前記開閉手段を開となるように前記開閉手段を制御する制御手段とを設けた請求項１ないし３のいずれか１項記載の水素生成システム。
前記水素生成パネルを東西方向に傾斜可能とした請求項１ないし４のいずれか１項記載の水素生成システム。
水素と酸素とを分離可能とし、酸素は大気に放出するようにした請求項１ないし５のいずれか１項記載の水素生成システム。
前記水貯蔵手段は浮体内部に設置され、前記甲板上に雨水を収集するための溝が形成され、前記溝は、甲板を貫通する雨水収集用孔を介して前記水貯蔵手段に連通している請求項１ないし６のいずれか１項記載の水素生成システム。
前記水貯蔵手段は、前記甲板上に配置され、前記水貯蔵手段の上に、前記隣り合う水素生成パネル同士の間に間隔をおいて敷設されている請求項１ないし６のいずれか１項記載の水素生成システム。
前記水貯蔵手段の上面における前記水素生成パネル同士の間隔部に雨水収集用孔を設けてある請求項８記載の水素生成システム。
前記水貯蔵手段の上流又は下流には、雨中の不純物を除去するためのフィルターを設けてある請求項１ないし６のいずれか１項記載の水素生成システム。
前記水素生成パネルは傾斜している請求項１ないし１０のいずれか１項記載の水素生成システム。
前記水素生成パネル内の光半導体の面を前記水素背性パネルの上面と平行とした請求項１１記載の水素生成システム。
前記水素生成パネルの上面の傾斜角度を可動とした請求項１ないし８のいずれか１項記載の水素生成システム。
前記水素生成パネルの一辺側に上下動可能な昇降手段を設けた請求項１３記載の水素生成システム。
前記一つの水素貯蔵手段の内部の水素を他の水素貯蔵手段に移動可能とした請求項１ないし１４のいずれか１項記載の水素生成システム。
前記水素生成パネルは、
導電基板及び前記導電基板上に配置された光半導体層を含む第１電極と、
　前記第１電極の前記導電基板側の面に対向して配置され、前記導電基板と電気的に接続された第２電極と、
　前記光半導体層の表面及び前記第２電極の表面と接触する、水を含む電解液と、
　前記第１電極、前記第２電極及び前記電解液を収容する容器と、
　前記容器内部へ水を供給するための供給口と
を有する請求項１ないし１５のいずれか１項記載の水素生成システム。
前記光半導体は、実質的に、バデライト型結晶構造を有し、かつ、組成式ＮｂＯＮで表される組成を有するニオブ酸窒化物からなる請求項１６記載の水素生成システム。
前記光水素生成デバイスには、常時あるいは定期的に振動が加わるようにして電極表面に発生ガスが付着しないようにした請求項１ないし１７のいずれか１項記載の水素生成システム。
前記振動は、海の波により与えられる請求項１８記載の水素生成システム。
前記水素生成パネルを複数個組み合わせて全体として多面体を形成し、前記甲板表面を鏡面状態とするとともに、前記多面体を前記甲板表面から浮かせて設置したことを特徴とする請求項１記載の水素生成システム。
前記光水素デバイスと前記水素貯蔵手段との間にガス圧縮手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし２０のいずれか１項記載の水素生成システム。
前記ポンツーンの甲板上又は浮体内部に人間が居住するために必要な設備を設けてある請求項１ないし２１のいずれか１項記載の水素生成システム。
請求項１ないし２２のいずれか１項記載の水素生成システムにおいて生成された水素を陸上に運搬するための水素回収タンカーを有する水素回収システム。