WO2018110650A1 - 移動体 - Google Patents

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WO2018110650A1
WO2018110650A1 PCT/JP2017/044926 JP2017044926W WO2018110650A1 WO 2018110650 A1 WO2018110650 A1 WO 2018110650A1 JP 2017044926 W JP2017044926 W JP 2017044926W WO 2018110650 A1 WO2018110650 A1 WO 2018110650A1
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hydrogen
photosensitizer
water
moving body
supply unit
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平尾　一之
石坂　整
恵美 庄野
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国立大学法人京都大学
Ｈａｉｆｃ株式会社
日立造船株式会社
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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a moving object.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2013-203587 proposes a method for producing hydrogen without using ammonia. In the manufacturing method, cataite and hydrogen are produced by introducing mayenite and calcium hydroxide into water and reacting with water.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-203589 proposes a method of regenerating mayenite and calcium hydroxide by calcining cathoite produced together with hydrogen by the above production method at 300 ° C. to 500 ° C. ing.
  • illumination light is condensed by a condensing optical system and irradiated to water in a container, whereby water is decomposed without using a photocatalyst or the like to generate hydrogen.
  • Producing techniques have been proposed.
  • the illumination light source include the sun, a lamp light source, and a pulse laser light source.
  • the hydrogen generator of Document 3 even when a pulse laser light source is used, the light-hydrogen energy conversion efficiency is about 1.4%, and it can be said that hydrogen generation is performed with high efficiency. hard. Further, in the hydrogen production methods of Document 1 and Document 2, since mayenite is decomposed into katoite during hydrogen generation, a process for regenerating mayenite by firing cataite is necessary. Therefore, there is a limit to improving the efficiency of hydrogen generation.
  • the present invention is directed to a moving body and aims to increase the cruising distance while suppressing an increase in the size of the moving body.
  • the moving body includes a main body, a propulsion engine that propels the main body, and an energy supply unit that supplies energy to the propulsion engine.
  • the energy supply unit is used for generation of the energy, or a hydrogen generation device that generates hydrogen used as the energy, and a hydrogen storage unit that stores hydrogen generated by the hydrogen generation device.
  • the hydrogen generation device includes a photosensitizer, a water supply unit that supplies water to the photosensitizer, and a pulse electromagnetic wave in a predetermined space including the photosensitizer or a predetermined region on the photosensitizer.
  • An irradiation unit that generates hydrogen from water supplied from the water supply unit by irradiating and activating the photosensitizer. Thereby, the cruising distance can be increased while suppressing an increase in the size of the moving body.
  • an electronic avalanche occurs when the photosensitizer is activated by a pulsed electromagnetic wave from the irradiation section.
  • the hydrogen generator further includes a water storage unit that stores water supplied from the water supply unit.
  • the photosensitizer is particulate and dispersed in water in the water reservoir.
  • the hydrogen generator further includes a supply amount adjustment unit that adjusts the supply amount of water from the water supply unit.
  • the photosensitizer includes a void structure having a plurality of voids capable of taking in ions, atoms, molecules, or electrons, and is radicalized from the void structure by irradiation with a pulsed electromagnetic wave from the irradiation unit. Is generated.
  • the supply amount adjusting unit By adjusting the supply amount of water to the void structure by the supply amount adjusting unit, at least a part of the radicalized void structure used for the generation of hydrogen returns to the void structure without being decomposed.
  • the radicalized void structure is activated again by the pulse electromagnetic wave from the irradiation part.
  • the water supplied from the water supply unit to the photosensitizer is mist or gaseous.
  • the irradiation unit is a scanner that scans a pulsed electromagnetic wave two-dimensionally or three-dimensionally.
  • the energy supply unit further includes a fuel cell that generates electric power as the energy by using hydrogen stored in the hydrogen storage unit as fuel.
  • the propulsion engine includes an electric motor that is driven by electric power generated by the fuel cell.
  • the moving body further includes a power supply unit that supplies power to the irradiation unit.
  • the power supply unit includes a solar cell module attached to the main body unit, and a power supply unit battery that stores electric power generated by the solar cell module.
  • power is supplied to the irradiation unit by non-contact power feeding.
  • the moving body further includes a sensor used for automatic driving.
  • a sensor used for automatic driving As an electromagnetic wave emitted from the sensor, a pulsed electromagnetic wave from the irradiation unit is used.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a moving body 2 according to the first embodiment of the present invention.
  • the moving body 2 is a fuel cell vehicle that travels by driving an electric motor using electric energy generated by the fuel cell.
  • the moving body 2 includes a main body 21, a propulsion engine 22, a water tank 23, an energy supply unit 3, a power supply unit 4, and a sensor 5.
  • the main body 21 includes an automobile body and a seat.
  • the water tank 23 is fixed to the main body 21 and stores water therein.
  • the propulsion engine 22 propels the main body 21.
  • the propulsion engine 22 includes an electric motor 221 and tires.
  • the energy supply unit 3 supplies energy to the propulsion engine 22. Specifically, the energy supply unit 3 supplies electric power as the energy to the electric motor 221 of the propulsion engine 22.
  • the power supply unit 4 supplies power to the energy supply unit 3.
  • Sensor 5 is an in-vehicle sensor used for automatic operation of the moving body 2.
  • the sensor 5 is attached to the outside of the main body 21 (for example, the upper surface of the ceiling of the body).
  • the automatic driving is a concept including driving assistance that supports driving of the moving body 2 by the driver using an automatic driving system, and fully automatic driving in which the automatic driving system drives the moving body 2 on behalf of the driver.
  • the energy supply unit 3 includes the hydrogen generator 1, a hydrogen storage unit 31, a fuel cell 32, and a battery 33 (hereinafter referred to as “supply unit battery 33”).
  • the hydrogen generator 1 generates hydrogen (H 2 ).
  • the hydrogen is used to generate energy (that is, electric power) supplied to the propulsion engine 22.
  • Hydrogen generated by the hydrogen generator 1 is stored in the hydrogen storage unit 31.
  • the fuel cell 32 uses the hydrogen stored in the hydrogen storage unit 31 as fuel, and generates electric power that is the above-described energy. Specifically, in the fuel cell 32, an electrochemical reaction occurs between hydrogen supplied from the hydrogen storage unit 31 and oxygen (O 2 ) in the air, and power is generated. In power generation in the fuel cell 32, oxygen generated together with hydrogen by the hydrogen generator 1 may be used instead of oxygen in the air.
  • the electric power generated by the fuel cell 32 is stored in the supply unit battery 33 and sent from the supply unit battery 33 to the propulsion engine 22.
  • the electric motor 221 is driven by the electric power sent from the fuel cell 32 to the propulsion engine 22 via the supply unit battery 33.
  • generated from hydrogen and oxygen in the fuel cell 32 is sent to the water tank 23 and stored, for example.
  • the supply unit battery 33 for example, a lithium ion battery, a nickel hydrogen battery, a lead storage battery, or an air battery is used.
  • the power supply unit 4 includes a solar cell module 41 and a battery 42 (hereinafter referred to as “power supply unit battery 42”).
  • the solar cell module 41 is attached to the outside of the main body portion 21 (for example, the upper surface of the ceiling portion of the body).
  • the solar cell module 41 absorbs solar light energy and converts it into electricity.
  • As the solar cell module 41 for example, a crystalline silicon solar cell module using a sheet-like sealing material formed of silicone rubber is used.
  • the electric power generated by the solar cell module 41 is stored in the power source battery 42.
  • the electric power stored in the power source battery 42 of the power source unit 4 is supplied to the hydrogen generator 1 of the energy supply unit 3.
  • the power source battery 42 for example, a lithium ion battery, a nickel metal hydride battery, a lead storage battery, or an air battery is used.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the hydrogen generator 1.
  • the hydrogen generator 1 is an apparatus that decomposes water to generate hydrogen.
  • the hydrogen generator 1 includes a photosensitizer 11, a water supply unit 12, an irradiation unit 13, a supply amount adjustment unit 14, and a photosensitizer storage unit 15.
  • the configuration other than the hydrogen generator 1 is also drawn.
  • the photosensitizer 11 is accommodated in the internal space of the photosensitizer accommodating portion 15.
  • the photosensitizer 11 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and is placed on the bottom surface of the photosensitizer accommodating portion 15.
  • the photosensitizer 11 is preferably a porous member. Note that the structure, size, and shape of the photosensitizer 11 may be variously changed.
  • the photosensitizer 11 includes, for example, a void structure.
  • the void structure is a crystal structure having a plurality of voids (also referred to as cages) that can take in ions, atoms, molecules, or electrons. In the void structure, the plurality of voids are connected, for example, three-dimensionally.
  • the void structure contained in the photosensitizer 11 is, for example, mayenite. Mayenite is a compound having a crystal structure in which voids having a diameter of about 0.4 nm (nanometer) are three-dimensionally connected (that is, a mayenite type crystal structure), and is also called a mayenite type compound.
  • the mayenite is, for example, a composite oxide containing at least one of calcium element (Ca) and aluminum element (Al).
  • the mayenite is a compound mainly containing Ca 12 Al 14 O 33 (also expressed as 12CaO ⁇ 7Al 2 O 3 ).
  • mayenite has Ca 12 Al 14 O 33 as a representative composition.
  • the molar ratio of calcium and aluminum in the mayenite is preferably 13:12 to 11:16.
  • some of the calcium atoms and aluminum atoms may be substituted with other atoms. Further, some or all of the free oxygen ions in the void may be substituted with other anions.
  • the water supply unit 12 is connected to the water tank 23 and supplies water supplied from the water tank 23 to the photosensitizer 11 in the photosensitizer storage unit 15.
  • the water supplied from the water supply unit 12 is, for example, ion exchange water.
  • the water supply unit 12 is disposed on the upper part of the photosensitizer housing unit 15 and supplies mist-like water to the upper surface of the photosensitizer 11.
  • the outline of the mist-like water injected from the water supply part 12 is shown with a broken line.
  • the supply amount adjustment unit 14 adjusts the supply amount of water supplied from the water supply unit 12 to the photosensitizer 11 in the photosensitizer storage unit 15 (that is, the amount of water supplied per unit time). To do.
  • the supply amount adjustment unit 14 adjusts the supply amount of water from the water supply unit 12 based on characteristics such as the material, size, and shape of the photosensitizer 11. Specifically, the supply amount adjusting unit 14 adjusts the water amount so that the amount of water supplied from the water supply unit 12 is equal to the supply amount that is predetermined according to the characteristics of the photosensitizer 11. The supply unit 12 is controlled.
  • the irradiation unit 13 irradiates a predetermined region on the photosensitizer 11 with a pulse laser beam substantially in a planar shape. In the example shown in FIG. 2, the irradiation unit 13 irradiates the upper surface of the photosensitizer 11 with pulsed laser light.
  • the irradiation unit 13 is, for example, a scanner that scans a pulsed laser beam two-dimensionally on the photosensitizer 11. As the irradiation unit 13, for example, a biaxial galvano scanner is used.
  • the irradiation unit 13 is driven by electric power supplied from a power source battery 42 (see FIG. 1) of the power source unit 4.
  • the supply of power to the irradiation unit 13 is performed by, for example, contactless power feeding (also referred to as wireless power transmission or the like).
  • the contactless power supply is performed by, for example, an electromagnetic induction method, a radio wave reception method, or a resonance method.
  • the irradiation unit 13 includes a laser light source 131, a reflection unit 132, and a reflection control unit 133.
  • the laser light source 131 emits pulsed laser light toward the reflection unit 132.
  • As the laser light source 131 for example, a femtosecond laser device or a picosecond laser device is used.
  • the reflection unit 132 includes two mirrors 134 and two motors 135. The pulsed laser light from the laser light source 131 is reflected by the two mirrors 134 of the reflecting portion 132 and guided to the photosensitizer 11.
  • the two motors 135 are controlled by the reflection control unit 133 and change the angles of the two mirrors 134 independently of each other.
  • the pulse laser beam from the laser light source 131 is scanned two-dimensionally on the photosensitizer 11.
  • the hydrogen generator 1 for example, about 2000 positions on the photosensitizer 11 are irradiated with pulsed laser light per second.
  • the above-described void structure contained in the photosensitizer 11 is activated (that is, electrons in the void structure are excited), and a radicalized void structure is formed. Is generated.
  • the electrons excited by the pulse laser beam pump up other electrons in a chain. That is, an electron avalanche (Avalanche phenomenon) occurs in the activation of the void structure by the pulse laser beam.
  • the radicalized void structure decomposes the water supplied from the water supply unit 12 to the photosensitizer 11 to generate hydrogen and oxygen.
  • radicalized mayenite is generated by activation with pulsed laser light.
  • the above-described electronic avalanche is generated, and, for example, 12 radicals (free electrons) are generated per 1 mol (mol) of mayenite.
  • the radicalized mayenite decomposes water supplied to the photosensitizer 11 to generate hydrogen and oxygen.
  • the generated hydrogen is sent to the hydrogen storage unit 31 and stored.
  • the amount of water supplied to the photosensitizer 11 is adjusted by the supply amount adjusting unit 14.
  • the photosensitizer 11 is continuously irradiated with pulsed laser light from the irradiation unit 13.
  • the radicalized mayenite used for the generation of hydrogen returns to mayenite without being decomposed to cathoite (Ca 3 Al 2 (OH) 12 ), which is a precursor of mayenite. It is activated by the pulse laser beam from the part 13 and becomes radicalized mayenite again.
  • the mayenite that has been used to generate hydrogen and is no longer in the activated state is reactivated by the pulse laser beam and returned to the radicalized mayenite before being decomposed to katoite. .
  • mayenite can be repeatedly utilized for the production
  • a part of the radicalized mayenite used for generating hydrogen may be decomposed to katoite. Even in this case, as described above, mayenite can be repeatedly used for the production of hydrogen.
  • the photosensitizer 11 when the photosensitizer 11 is porous, the light from the irradiation unit 13 is diffusely reflected in the pores of the photosensitizer 11, thereby causing the inside of the pores of the photosensitizer 11. Is irradiated over a wide area. Accordingly, since the mayenite that forms the pores is also radicalized, the water supplied into the pores is also decomposed to generate hydrogen.
  • the amount of water supplied to the photosensitizer 11 is 6 mol or less with respect to 1 mol of radicalized mayenite. It is preferable. In other words, the amount of water supplied to the photosensitizer 11 is such that N radicals (N is an integer of, for example, 6 or more and 12 or less) are generated in 1 mole of radicalized mayenite in contact with water. When it exists, it is preferable that it is N / 2 mol or less with respect to the said 1 mol radicalized mayenite. Thereby, decomposition
  • the void structure contained in the photosensitizer 11 may be other than mayenite.
  • the void structure includes [HN (CH 2 CH 2 ) 3 NH) K 1.35 [V 5 O 9 (PO 4 ) 2 ] ⁇ xH 2 O, or (CS 3 [V 5 O 9 (PO 4). ) 2 ] ⁇ xH 2 O may be included.
  • the irradiation unit 13 further includes a spectroscope 136.
  • the spectroscope 136 is disposed between the laser light source 131 and the reflection unit 132.
  • the spectroscope 136 splits part of the pulsed laser light emitted from the laser light source 131 and guides it to the sensor 5.
  • the sensor 5 emits pulsed laser light from the laser light source 131 to the surroundings, and is used for recognizing the situation around the moving body 2. In other words, the moving body 2 uses the pulse laser beam from the irradiation unit 13 as the light emitted from the sensor 5.
  • the moving body 2 includes the main body unit 21, the propulsion engine 22, and the energy supply unit 3.
  • the propulsion engine 22 propels the main body 21.
  • the energy supply unit 3 supplies energy to the propulsion engine 22.
  • the energy supply unit 3 includes a hydrogen generator 1 and a hydrogen storage unit 31.
  • the hydrogen generator 1 generates hydrogen that is used to generate the energy.
  • the hydrogen storage unit 31 stores hydrogen generated by the hydrogen generator 1.
  • the hydrogen generator 1 includes a photosensitizer 11, a water supply unit 12, and an irradiation unit 13.
  • the water supply unit 12 supplies water to the photosensitizer 11.
  • the irradiation unit 13 generates hydrogen from the water supplied from the water supply unit 12 by irradiating the predetermined region on the photosensitizer 11 with pulsed laser light to activate the photosensitizer 11.
  • the mobile body 2 can be moved without providing an excessively large hydrogen tank.
  • the cruising distance of the body 2 (that is, the movable distance without external hydrogen supply) can be increased. That is, the cruising distance can be increased while suppressing an increase in size of the moving body 2.
  • the pressure of hydrogen stored in the hydrogen storage unit 31 should be relatively low. Can do. Thereby, the safety
  • an electronic avalanche occurs when the photosensitizer 11 is activated by the pulse laser beam from the irradiation unit 13.
  • the photosensitizer 11 multiphoton absorption and / or multielectron excitation can be generated, and the quantum yield in the photosensitizer 11 can be increased.
  • hydrogen can be generated more efficiently, and the cruising distance of the moving body 2 can be further increased.
  • the hydrogen generator 1 further includes the supply amount adjustment unit 14 that adjusts the supply amount of water from the water supply unit 12.
  • the photosensitizer 11 includes a void structure having a plurality of voids that can take in ions, atoms, molecules, or electrons.
  • a radicalized void structure is generated from the void structure by irradiation with pulsed laser light from the irradiation unit 13. Then, by adjusting the amount of water supplied to the void structure by the supply amount adjusting unit 14, at least a part of the radicalized void structure used for the generation of hydrogen returns to the void structure without being decomposed, It is activated by the pulsed laser beam from the irradiation unit 13 and becomes a radicalized void structure again.
  • the void structure can be repeatedly used for generating hydrogen by adjusting the amount of water supplied to such an extent that the radicalized void structure used for generating hydrogen is not decomposed. it can. As a result, hydrogen can be generated more efficiently, and the cruising distance of the moving body 2 can be further increased.
  • the water supplied from the water supply unit 12 to the photosensitizer 11 is mist. Thereby, the contact area of the photosensitizer 11 and water can be increased. As a result, hydrogen can be generated more efficiently, and the cruising distance of the moving body 2 can be further increased.
  • the water supplied from the water supply unit 12 is not limited to a mist shape, and may be, for example, a droplet shape or a liquid column shape.
  • the water supplied from the water supply unit 12 is not limited to a liquid state, and may be a gaseous state (that is, water vapor) or a solid state (that is, ice).
  • the contact area between the photosensitizer 11 and water can be increased in substantially the same manner as when the water is mist. As a result, hydrogen can be generated more efficiently.
  • the water supplied from the water supply unit 12 is solid, for example, fine granular ice may be supplied from the water supply unit 12 to the photosensitizer 11.
  • the photosensitizer 11 Since the water supplied to the photosensitizer 11 from the water supply unit 12 is solid, the photosensitizer 11 can be maintained at a relatively low temperature. Thereby, the void structure (in the above example, mayenite) can be activated efficiently by the pulse laser beam. Furthermore, decomposition of the void structure can be suppressed.
  • the photosensitizer 11 is porous. Thereby, not only on the surface of the photosensitizer 11 but also inside the photosensitizer 11, the water and the photosensitizer 11 come into contact with each other, and the pulse laser beam is applied to the photosensitizer 11 in contact with the water. Is irradiated. As a result, since hydrogen is generated also inside the photosensitizer 11, hydrogen can be generated more efficiently, and the cruising distance of the moving body 2 can be further increased.
  • the irradiation unit 13 is a scanner that scans the pulsed laser beam two-dimensionally. Thereby, it is possible to easily irradiate a predetermined region on the photosensitizer 11 with pulsed laser light.
  • the irradiation region of the pulse laser beam on the surface of the photosensitizer 11 (in the example shown in FIG. 2, the irradiation region in plan view) preferably includes the entire water supply region on the surface of the photosensitizer 11. . Thereby, the water supplied to the photosensitizer 11 can be efficiently used for hydrogen generation.
  • the irradiation unit 13 may be a scanner that three-dimensionally scans the photosensitizer 11 with pulsed laser light.
  • the irradiation unit 13 for example, a 3D galvano scanner is used, and pulsed laser light is irradiated onto the photosensitizer 11 in a substantially three-dimensional shape. Thereby, it is possible to easily irradiate a predetermined region on the photosensitizer 11 with pulsed laser light.
  • the void structure is mayenite containing Ca 12 Al 14 O 33 .
  • Mayenite can be produced at a relatively low cost by heating inexpensive materials such as cathoite and aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • mayenite is produced by heating a mixed material of katoite and aluminum oxide to about 1250 ° C. with a microwave or a heater, for example. Therefore, the manufacturing cost of the hydrogen generator 1 and the moving body 2 can be reduced. Further, even when a part of mayenite is decomposed into katoite with the generation of hydrogen, new mayenite can be supplied to the photosensitizer housing 15 at a relatively low cost. Therefore, the running cost of the hydrogen generator 1 and the moving body 2 can be reduced.
  • the energy supply unit 3 further includes a fuel cell 32.
  • the fuel cell 32 generates electric power that is energy supplied to the propulsion engine 22 using the hydrogen stored in the hydrogen storage unit 31 as fuel.
  • the propulsion engine 22 includes an electric motor 221 that is driven by electric power generated by the fuel cell 32. Thereby, the propulsion engine 22 can be driven without generating carbon dioxide (CO 2 ) and nitrogen oxides (NO X ).
  • the moving body 2 further includes the power supply unit 4 that supplies power to the irradiation unit 13.
  • the power supply unit 4 includes a solar cell module 41 and a power supply unit battery 42.
  • the solar cell module 41 is attached to the main body 21.
  • the power source battery 42 stores the power generated by the solar cell module 41.
  • driving range can be further increased while suppressing the enlargement of the mobile body 2 by driving the irradiation unit 13 of the hydrogen generator 1 using sunlight.
  • the driving power of the laser light source 131 of the irradiation unit 13 is preferably 30 W or less.
  • the power supply to the irradiation unit 13 is performed by non-contact power feeding.
  • the internal structure of the mobile body 2 can be simplified.
  • the power supply to the irradiation unit 13 is not necessarily performed from the power supply unit 4.
  • non-contact power feeding may be performed on the irradiation unit 13 of the moving body 2 from a power transmission coil or the like embedded in a road or the like. Even in this case, the internal structure of the moving body 2 can be simplified.
  • the moving body 2 further includes the sensor 5 used for automatic driving.
  • the sensor 5 used for automatic driving.
  • pulsed laser light from the irradiation unit 13 is used as light emitted from the sensor 5.
  • the internal structure of the moving body 2 can be simplified by using the irradiation unit 13 of the hydrogen generator 1 as the light source of the sensor 5 for automatic operation.
  • the pulsed laser light from the irradiation unit 13 does not necessarily have to be applied to a predetermined area on the photosensitizer 11, and is applied to a predetermined space including the photosensitizer 11. May be.
  • the pulse laser beam from the irradiation unit 13 may be irradiated in a substantially planar or three-dimensional manner on a region that is larger than the photosensitizer 11 and that includes the entire photosensitizer 11.
  • the cruising distance of the moving body 2 is reduced by generating hydrogen in the moving body 2 in the same manner as described above. Can be increased.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of another preferred hydrogen generator 1a.
  • the hydrogen generator 1a is provided on the moving body 2 instead of the hydrogen generator 1 shown in FIG.
  • the hydrogen generator 1a has substantially the same structure as the hydrogen generator 1 shown in FIG. 2 except that the photosensitizer 11a has a different shape and the supply amount adjustment unit 14 is omitted.
  • components corresponding to the configuration of the hydrogen generator 1 shown in FIG. FIG. 3 also illustrates the configuration other than the hydrogen generator 1a.
  • the photosensitizer storage unit 15 is a water storage unit that stores the water supplied from the water supply unit 12. Further, the granular photosensitizer 11 a is dispersed in the water in the photosensitizer accommodating portion 15.
  • the photosensitizer 11a is an assembly of a plurality of relatively small sensitizer particles 111.
  • the sensitizer particle 111 may contain a void structure such as mayenite.
  • the sensitizer particle 111 is, for example, substantially spherical. In FIG. 3, the sensitizer particles 111 are drawn larger than the actual size, and the density of the sensitizer particles 111 in water is drawn lower than the actual density.
  • the size and shape of the sensitizer particle 111 and the structure, size and shape of the photosensitizer 11a may be variously changed.
  • the pulse laser beam is emitted from the irradiation unit 13 toward the water in the photosensitizer housing unit 15, and the pulse laser beam is substantially emitted into a predetermined space including the granular photosensitizer 11a.
  • Irradiation is planar or solid.
  • the photosensitizer 11a is activated (that is, the electrons of the photosensitizer 11a are excited), and other electrons are pumped up in a chain. That is, an electron avalanche occurs in the activation of the photosensitizer 11a by the pulse laser beam.
  • the activated photosensitizer 11a decomposes the water supplied to the photosensitizer 11a from the water supply unit 12 to generate hydrogen and oxygen.
  • the generated hydrogen is sent to the hydrogen storage unit 31 and stored.
  • water in the photosensitizer housing 15 decreases due to the generation of hydrogen, water is supplied from the water supply unit 12 into the photosensitizer housing 15.
  • the hydrogen generator 1a by generating an electron avalanche in the activation of the photosensitizer 11a, multiphoton absorption and / or multielectron excitation can be generated in the photosensitizer 11a.
  • the quantum yield in 11a can be increased.
  • hydrogen can be generated efficiently.
  • the granular photosensitizer 11a is dispersed in the water in the photosensitizer accommodating portion 15, the contact area between the photosensitizer 11a and water can be increased. As a result, hydrogen can be generated more efficiently.
  • the moving body 2a is a hydrogen engine automobile equipped with a hydrogen engine that is driven using hydrogen as a fuel.
  • the propulsion engine 22a includes a hydrogen engine 222, which is an internal combustion engine using hydrogen as fuel, instead of the electric motor 221 shown in FIG.
  • the energy supply part 3a of the mobile body 2a the fuel cell 32 and the supply part battery 33 of the energy supply part 3 shown in FIG. 1 are omitted.
  • the other structure of the moving body 2a is substantially the same as the structure of the moving body 2 shown in FIG. In the following description, the same reference numerals are given to the configuration of the moving body 2a corresponding to the configuration of the moving body 2 shown in FIG.
  • the moving body 2a includes a main body 21, a propulsion engine 22a, and an energy supply unit 3a.
  • the propulsion engine 22a propels the main body 21.
  • the energy supply unit 3a supplies energy to the propulsion engine 22a.
  • the energy supply unit 3 a includes a hydrogen generator 1 and a hydrogen storage unit 31.
  • the hydrogen generator 1 generates hydrogen that is used as the energy.
  • the hydrogen storage unit 31 stores hydrogen generated by the hydrogen generator 1.
  • the hydrogen generator 1 includes a photosensitizer 11, a water supply unit 12, and an irradiation unit 13.
  • the water supply unit 12 supplies water to the photosensitizer 11.
  • the irradiation unit 13 generates hydrogen from the water supplied from the water supply unit 12 by irradiating the predetermined region on the photosensitizer 11 with pulsed laser light to activate the photosensitizer 11.
  • the moving body 2a does not have an excessively large hydrogen tank.
  • the cruising range can be increased. That is, the cruising distance can be increased while suppressing an increase in size of the moving body 2a.
  • the pressure of hydrogen stored in the hydrogen storage unit 31 should be relatively low. Can do. Thereby, the safety
  • generation of nitrogen oxides and the like can be suppressed as compared with a conventional engine (for example, a gasoline engine) that uses petroleum-derived fuel.
  • the pulse laser beam from the irradiation unit 13 does not necessarily have to be irradiated to a predetermined region on the photosensitizer 11 (see FIG. 2), and includes the photosensitizer 11.
  • the predetermined space may be irradiated.
  • a hydrogen generator 1a shown in FIG. 3 may be provided instead of the hydrogen generator 1 shown in FIG. Even in this case, the cruising distance can be increased while suppressing an increase in the size of the moving body 2a as described above. Moreover, the safety of the moving body 2a can be improved.
  • the light emitted from the sensor 5 used for automatic operation may be different from the pulse laser light from the irradiation unit 13 of the hydrogen generators 1 and 1a.
  • the sensor 5 may be omitted. The same applies to the moving body 2a.
  • the irradiation unit 13 is not limited to a galvano scanner, and may be another scanner that scans a pulse laser beam two-dimensionally or three-dimensionally on the photosensitizers 11 and 11a. Moreover, the structure of the irradiation part 13 may be variously changed if the photosensitizers 11 and 11a can be effectively irradiated with the pulse laser light in a planar shape or a three-dimensional shape.
  • the method of supplying water to the photosensitizers 11 and 11a by the water supply unit 12 may be variously changed. For example, before the photosensitizers 11 and 11a are irradiated with pulsed laser light, water is supplied in advance from the water supply unit 12 to the porous photosensitizers 11 and 11a, and water is contained therein. By cooling the photosensitizers 11 and 11a, the photosensitizers 11 and 11a having solid water (that is, ice) inside and on the surface are prepared. Then, hydrogen may be generated by irradiating the photosensitizers 11 and 11a with pulsed laser light from the irradiation unit 13.
  • water from the water supply unit 12 is supplied to at least one of the surface and the inside of the photosensitizers 11, 11 a, and the state of the water is gaseous, liquid (mist-like) Or a solid form.
  • the water supplied from the water supply unit 12 is not limited to ion exchange water.
  • the water supplied from the water supply unit 12 to the photosensitizers 11 and 11a is, for example, at least one of ion exchange water, distilled water, purified water, tap water, industrial water, well water, river water, and seawater. May be included.
  • the water simple substance may be supplied from the water supply part 12 to the photosensitizers 11 and 11a as mentioned above, and the raw material containing water may be supplied.
  • the raw material may be gaseous, liquid, or solid.
  • What is irradiated to the photosensitizers 11 and 11a from the irradiation unit 13 in the hydrogen generators 1 and 1a may be a pulsed electromagnetic wave, and is not limited to pulsed laser light.
  • the wavelength of the pulse electromagnetic wave irradiated from the irradiation part 13 is 190 nm or more and 3000 nm or less, for example.
  • hydrogen can be efficiently generated as described above.
  • pulsed electromagnetic waves from the irradiation unit 13 may be used as electromagnetic waves emitted from the sensor 5. Thereby, the internal structure of the mobile body 2 can be simplified. The same applies to the moving body 2a.
  • the photosensitizers 11 and 11a are not limited to void structures, and may be formed of various materials.
  • the photosensitizers 11 and 11a may be formed of a general photocatalytic material such as titanium oxide (TiO 2 ) or tungsten oxide (WO 3 ).
  • the photosensitizers 11 and 11a are, for example, metal, metal nitride, metal phosphide, metal arsenide, metal oxide, metal hydroxide, metal sulfide, metal fluoride, metal chloride, metal bromide, metal Of the iodide and the organometallic compound, at least one kind may be included. Further, in the hydrogen generators 1 and 1a, it is not always necessary to generate an electronic avalanche when the void structure is activated.
  • the power supply unit 4 and the irradiation unit 13 of the hydrogen generators 1 and 1a may be electrically connected by a power line, and power may be supplied from the power supply unit 4 to the irradiation unit 13 through the power line.
  • the solar cell module 41 does not necessarily need to be provided.
  • power may be supplied to the irradiation unit 13 by non-contact power supply from, for example, a power supply system embedded in a road. The same applies to the moving body 2a.
  • the electric power stored in the power source battery 42 of the power source unit 4 may be supplied to the electric motor 221 of the propulsion engine 22. Further, the electric power stored in the supply unit battery 33 may be supplied to the hydrogen generator 1 of the energy supply unit 3. In addition to the electric motor 221, a hydrogen engine 222 or another internal combustion engine may be mounted on the moving body 2.
  • the moving bodies 2 and 2a are not limited to automobiles, and may be other moving bodies (for example, trains) that can move on the ground.
  • the moving bodies 2 and 2a may be a moving body that can move on the sea such as a ship, a moving body that can move in the water such as a submarine, or a moving body that can move in the air such as an airplane.

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Abstract

移動体（２）は、本体部（２１）と、推進機関（２２）と、エネルギー供給部（３）とを備える。推進機関（２２）は、本体部（２１）を推進する。エネルギー供給部（３）は、推進機関（２２）にエネルギーを供給する。エネルギー供給部（３）は、水素生成装置（１）と水素貯留部（３１）とを備える。水素生成装置（１）は、当該エネルギーの生成に利用される水素を生成する。水素貯留部（３１）は、水素生成装置（１）にて生成された水素を貯留する。水素生成装置（１）は、光増感剤と、水供給部と、照射部とを備える。水供給部は、光増感剤に水を供給する。照射部は、光増感剤上の所定領域にパルスレーザ光を照射して光増感剤を活性化させることにより、水供給部から供給された水から水素を生成する。これにより、移動体（２）の大型化を抑制しつつ航続距離を増大させることができる。

Description

移動体
　本発明は、移動体に関する。
　近年、石油由来の燃料に比べて環境に優しいクリーンなエネルギー源として、水素が注目されている。例えば、燃料電池自動車では、車載の水素タンクに貯留された水素と、空気中の酸素とが燃料電池に供給されることにより発電が行われ、動力源である電動モータが駆動される。
　特開２０１３－２０３５８７号公報（文献１）では、アンモニアを使用しない水素の製造方法が提案されている。当該製造方法では、マイエナイトと水酸化カルシウムとを水に投入して水と反応させることにより、カトアイトと水素とが生成される。特開２０１３－２０３５８９号公報（文献２）では、上記製造方法にて水素と共に生成されたカトアイトを、３００℃～５００℃で焼成することにより、マイエナイトと水酸化カルシウムとを再生する方法が提案されている。
　一方、特開２００６－３０６６６７号公報（文献３）では、照明光を集光光学系により集光して容器内の水に照射することにより、光触媒等を用いることなく水を分解して水素を生成する技術が提案されている。照明光源としては、太陽、ランプ光源またはパルスレーザ光源等が挙げられている。
　ところで、文献３の水素生成装置では、パルスレーザ光源を用いた場合であっても、光－水素エネルギー変換効率は１．４％程度であり、水素生成が高効率で行われているとは言い難い。また、文献１および文献２の水素製造方法では、水素生成の際にマイエナイトがカトアイトに分解されるため、カトアイトを焼成してマイエナイトを再生する工程が必要である。したがって、水素生成の効率向上に限界がある。
　一方、これらの手法にて生成された水素を上述の燃料電池自動車にて利用する場合、車載の水素タンクに高圧にて貯留することになる。しかしながら、当該水素タンクを過剰に大型化することはできないため、燃料電池自動車の航続距離（すなわち、水素の補給なしでの移動可能距離）を、ある程度以上増大させることは難しい。また、当該水素タンクに貯溜される水素の圧力を過剰に大きくすることも、安全確保の観点から難しい。
　本発明は、移動体に向けられており、移動体の大型化を抑制しつつ航続距離を増大させることを目的としている。
　本発明に係る移動体は、本体部と、前記本体部を推進する推進機関と、前記推進機関にエネルギーを供給するエネルギー供給部とを備える。前記エネルギー供給部が、前記エネルギーの生成に利用される、または、前記エネルギーとして利用される水素を生成する水素生成装置と、前記水素生成装置にて生成された水素を貯留する水素貯留部とを備える。前記水素生成装置が、光増感剤と、前記光増感剤に水を供給する水供給部と、前記光増感剤を含む所定空間または前記光増感剤上の所定領域にパルス電磁波を照射して前記光増感剤を活性化させることにより、前記水供給部から供給された水から水素を生成する照射部とを備える。これにより、移動体の大型化を抑制しつつ航続距離を増大させることができる。
　本発明の一の好ましい実施の形態では、前記照射部からのパルス電磁波による前記光増感剤の活性化において、電子雪崩が発生する。
　本発明の他の好ましい実施の形態では、前記水素生成装置が、前記水供給部から供給された水を貯留する水貯留部をさらに備える。前記光増感剤が粒子状であり、前記水貯留部内の水中に分散している。
　本発明の他の好ましい実施の形態では、前記水素生成装置が、前記水供給部からの水の供給量を調節する供給量調節部をさらに備える。前記光増感剤が、イオン、原子、分子または電子を取り込み可能な複数のボイドを有するボイド構造体を含み、前記照射部からのパルス電磁波の照射により、前記ボイド構造体からラジカル化ボイド構造体が生成される。前記供給量調節部により前記ボイド構造体に対する水の供給量が調節されることにより、水素の生成に利用された前記ラジカル化ボイド構造体の少なくとも一部が、分解することなくボイド構造体に戻り、前記照射部からのパルス電磁波により活性化して再びラジカル化ボイド構造体になる。
　より好ましくは、前記ボイド構造体が、Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３を含むマイエナイトである。
　本発明の他の好ましい実施の形態では、前記水供給部から前記光増感剤に供給される水がミスト状または気体状である。
　本発明の他の好ましい実施の形態では、前記照射部が、パルス電磁波を２次元または３次元に走査するスキャナである。
　本発明の他の好ましい実施の形態では、前記エネルギー供給部が、前記水素貯留部に貯留された水素を燃料として前記エネルギーである電力を生成する燃料電池をさらに備える。前記推進機関が、前記燃料電池にて生成された電力により駆動する電動モータを含む。
　本発明の他の好ましい実施の形態では、前記移動体が、前記照射部に電力を供給する電源部をさらに備える。前記電源部が、前記本体部に取り付けられた太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールにより生成された電力を蓄える電源部バッテリとを備える。
　本発明の他の好ましい実施の形態では、前記照射部への電力の供給が、非接触給電により行われる。
　本発明の他の好ましい実施の形態では、前記移動体が、自動運転に利用されるセンサをさらに備える。前記センサから出射される電磁波として、前記照射部からのパルス電磁波が利用される。
　上述の目的および他の目的、特徴、態様および利点は、添付した図面を参照して以下に行うこの発明の詳細な説明により明らかにされる。
第１の実施の形態に係る移動体の構成を示す図である。 水素生成装置の構成を示す図である。 他の水素生成装置の構成を示す図である。 第２の実施の形態に係る移動体の構成を示す図である。
　図１は、本発明の第１の実施の形態に係る移動体２の構成を示す図である。図１に示す例では、移動体２は、燃料電池によって発電した電気エネルギーを使用して電動モータを駆動することにより走行する燃料電池自動車である。
　移動体２は、本体部２１と、推進機関２２と、水タンク２３と、エネルギー供給部３と、電源部４と、センサ５とを備える。本体部２１は、自動車のボディおよび座席等を含む。水タンク２３は、本体部２１に固定され、内部に水を貯留する。推進機関２２は、本体部２１を推進する。推進機関２２は、電動モータ２２１およびタイヤ等を含む。エネルギー供給部３は、推進機関２２にエネルギーを供給する。具体的には、エネルギー供給部３は、推進機関２２の電動モータ２２１に当該エネルギーである電力を供給する。電源部４は、エネルギー供給部３に電力を供給する。
　センサ５は、移動体２の自動運転に利用される車載センサである。センサ５は、例えば、本体部２１の外側（例えば、ボディの天井部の上面）に取り付けられる。自動運転とは、運転手による移動体２の運転を自動運転システムによりサポートする運転支援、および、自動運転システムが運転手に代わって移動体２の運転を行う完全自動運転を含む概念である。
　エネルギー供給部３は、水素生成装置１と、水素貯留部３１と、燃料電池３２と、バッテリ３３（以下、「供給部バッテリ３３」という。）と、を備える。水素生成装置１は、水素（Ｈ２）を生成する。当該水素は、推進機関２２に供給されるエネルギー（すなわち、電力）の生成に利用される。水素生成装置１にて生成された水素は、水素貯留部３１に貯留される。燃料電池３２は、水素貯留部３１に貯留された水素を燃料として利用し、上述のエネルギーである電力を生成する。具体的には、燃料電池３２では、水素貯留部３１から供給される水素と、空気中の酸素（Ｏ２）とによる電気化学反応が生じ、発電が行われる。燃料電池３２における発電では、空気中の酸素に代えて、水素生成装置１により水素と共に生成される酸素が利用されてもよい。
　燃料電池３２により生成された電力は、供給部バッテリ３３に蓄えられ、供給部バッテリ３３から推進機関２２へと送られる。燃料電池３２から供給部バッテリ３３を介して推進機関２２へと送られる当該電力により、電動モータ２２１が駆動される。また、燃料電池３２において水素および酸素から生成された水は、例えば、水タンク２３へと送られて貯留される。供給部バッテリ３３としては、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池または空気電池が利用される。
　電源部４は、太陽電池モジュール４１と、バッテリ４２（以下、「電源部バッテリ４２」という。）とを備える。太陽電池モジュール４１は、本体部２１の外側（例えば、ボディの天井部の上面）に取り付けられる。太陽電池モジュール４１は、太陽の光エネルギーを吸収して電気に変換する。太陽電池モジュール４１としては、例えば、シリコーンゴムで形成されたシート状の封止材を用いた結晶シリコン太陽電池モジュールが利用される。太陽電池モジュール４１により生成された電力は、電源部バッテリ４２に蓄えられる。電源部４の電源部バッテリ４２に蓄えられた電力は、エネルギー供給部３の水素生成装置１に供給される。電源部バッテリ４２としては、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池または空気電池が利用される。
　図２は、水素生成装置１の構成を示す図である。水素生成装置１は、水を分解して水素を生成する装置である。水素生成装置１は、光増感剤１１と、水供給部１２と、照射部１３と、供給量調節部１４と、光増感剤収容部１５とを備える。図２では、水素生成装置１以外の構成も併せて描いている。
　光増感剤１１は、光増感剤収容部１５の内部空間に収容される。図２に示す例では、光増感剤１１は、略直方体状であり、光増感剤収容部１５の底面上に載置される。光増感剤１１は、好ましくは多孔質状の部材である。なお、光増感剤１１の構造、大きさおよび形状は、様々に変更されてよい。
　光増感剤１１は、例えばボイド構造体を含む。当該ボイド構造体は、イオン、原子、分子または電子を取り込み可能な複数のボイド（ケージともいう。）を有する結晶構造体である。ボイド構造体では、複数のボイドは、例えば三次元的に連結される。光増感剤１１に含まれるボイド構造体は、例えばマイエナイトである。マイエナイトは、直径約０．４ｎｍ（ナノメートル）のボイドが三次元的に連結された結晶構造（すなわち、マイエナイト型結晶構造）を有する化合物であり、マイエナイト型化合物とも呼ばれる。当該マイエナイトは、例えば、カルシウム元素（Ｃａ）およびアルミニウム元素（Ａｌ）の少なくとも一方を含む複合酸化物である。具体的には、当該マイエナイトは、Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３（１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３とも表記される。）を主に含む化合物である。換言すれば、マイエナイトは、Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３を代表組成として有する。当該マイエナイトにおけるカルシウムとアルミニウムとのモル比は、好ましくは１３：１２～１１：１６である。当該マイエナイトでは、カルシウム原子およびアルミニウム原子のうち、一部の原子が他の原子に置換されていてもよい。また、ボイド中のフリー酸素イオンの一部または全部が、他の陰イオンに置換されていてもよい。
　水供給部１２は、水タンク２３に接続され、水タンク２３から供給される水を、光増感剤収容部１５内の光増感剤１１に供給する。水供給部１２から供給される水は、例えば、イオン交換水である。図２に示す例では、水供給部１２は、光増感剤収容部１５の上部に配置され、光増感剤１１の上面に対してミスト状の水を供給する。図２では、水供給部１２から噴射されるミスト状の水の輪郭を破線にて示す。供給量調節部１４は、水供給部１２から光増感剤収容部１５内の光増感剤１１に供給される水の供給量（すなわち、単位時間当たりに供給される水の量）を調節する。供給量調節部１４は、光増感剤１１の材質、大きさ、形状等の特性に基づいて、水供給部１２からの水の供給量を調節する。具体的には、供給量調節部１４は、水供給部１２から供給される水の量が、光増感剤１１の特性に対応して予め定められている供給量に等しくなるように、水供給部１２を制御する。
　照射部１３は、光増感剤１１上の所定領域にパルスレーザ光を実質的に面状に照射する。図２に示す例では、照射部１３は、光増感剤１１の上面にパルスレーザ光を照射する。照射部１３は、例えば、パルスレーザ光を光増感剤１１上にて２次元に走査するスキャナである。照射部１３としては、例えば、２軸式のガルバノスキャナが利用される。照射部１３は、電源部４の電源部バッテリ４２（図１参照）から供給される電力により駆動される。照射部１３への電力の供給は、例えば、非接触給電（ワイヤレス電力伝送等とも呼ぶ。）により行われる。当該非接触給電は、例えば、電磁誘導方式、電波受信方式または共鳴方式で行われる。
　図２に示す例では、照射部１３は、レーザ光源１３１と、反射部１３２と、反射制御部１３３とを備える。レーザ光源１３１は、反射部１３２に向けてパルスレーザ光を出射する。レーザ光源１３１としては、例えば、フェムト秒レーザ装置またはピコ秒レーザ装置が利用される。反射部１３２は、２つのミラー１３４と、２つのモータ１３５とを備える。レーザ光源１３１からのパルスレーザ光は、反射部１３２の２つのミラー１３４により反射されて光増感剤１１へと導かれる。２つのモータ１３５は、反射制御部１３３により制御され、２つのミラー１３４の角度を互いに独立して変更する。これにより、レーザ光源１３１からのパルスレーザ光が、光増感剤１１上にて２次元に走査される。水素生成装置１では、例えば、１秒間に光増感剤１１上の約２０００箇所の位置にパルスレーザ光が照射される。
　光増感剤１１にパルスレーザ光が照射されることにより、光増感剤１１に含まれる上述のボイド構造体が活性化し（すなわち、ボイド構造体の電子が励起され）、ラジカル化ボイド構造体が生成される。このとき、パルスレーザ光により励起された電子は、連鎖的に他の電子をポンプアップする。すなわち、パルスレーザ光によるボイド構造体の活性化において、電子雪崩（Ａｖａｌａｎｃｈｅ現象）が発生する。ラジカル化ボイド構造体は、水供給部１２から光増感剤１１に供給された水を分解して水素および酸素を生成する。
　上述のように、当該ボイド構造体がマイエナイトである場合、パルスレーザ光による活性化によりラジカル化マイエナイトが生成される。当該活性化の際には上述の電子雪崩が発生し、マイエナイト１モル（ｍｏｌ）あたり、例えば１２個のラジカル（自由電子）が生成する。ラジカル化マイエナイトは、数１に示すように、光増感剤１１に供給された水を分解して水素および酸素を生成する。生成された水素は、水素貯留部３１へと送られて貯留される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　水素生成装置１では、供給量調節部１４により光増感剤１１に対する水の供給量が調節される。また、光増感剤１１には、照射部１３からのパルスレーザ光の照射が継続されている。これにより、水素の生成に利用されたラジカル化マイエナイトが、マイエナイトの前駆体であるカトアイト（Ｃａ３Ａｌ２（ＯＨ）１２）まで分解されることなくマイエナイトに戻り、数２に示すように、照射部１３からのパルスレーザ光により活性化して、再びラジカル化マイエナイトになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　換言すれば、水素生成装置１では、水素の生成に利用されて活性化状態ではなくなったマイエナイトは、カトアイトまで分解されるよりも前に、パルスレーザ光により再活性化されてラジカル化マイエナイトに戻る。これにより、マイエナイトを水素の生成に繰り返し利用することができる。
　水素生成装置１では、水素の生成に利用されたラジカル化マイエナイトの一部は、カトアイトまで分解されてもよい。この場合であっても、上記のように、マイエナイトを水素の生成に繰り返し利用することができる。
　上述のように、光増感剤１１が多孔質状である場合、照射部１３からの光は、光増感剤１１の細孔内で乱反射することにより、光増感剤１１の細孔内の広範囲に亘って照射される。したがって、当該細孔を形成するマイエナイトもラジカル化するため、細孔内に供給された水も分解されて水素が生成される。
　光増感剤１１に対する水の供給量は、水と接触しているラジカル化マイエナイト１モルにおいて１２個のラジカルが生成されている場合、当該１モルのラジカル化マイエナイトに対して６モル以下であることが好ましい。換言すれば、光増感剤１１に対する水の供給量は、水と接触しているラジカル化マイエナイト１モルにおいてＮ個（Ｎは、例えば、６以上かつ１２以下の整数）のラジカルが生成されている場合、当該１モルのラジカル化マイエナイトに対してＮ／２モル以下であることが好ましい。これにより、マイエナイトの分解を防止または抑制することができる。
　光増感剤１１に含まれるボイド構造体は、マイエナイト以外のものであってもよい。例えば、ボイド構造体は、［ＨＮ（ＣＨ２ＣＨ２）３ＮＨ）Ｋ１．３５[Ｖ５Ｏ９（ＰＯ４）２　］・ｘＨ２Ｏ、または、（ＣＳ３［Ｖ５Ｏ９（ＰＯ４）２］・ｘＨ２Ｏを含むものであってもよい。
　照射部１３は、分光器１３６をさらに備える。分光器１３６は、レーザ光源１３１と反射部１３２との間に配置される。分光器１３６は、レーザ光源１３１から出射されるパルスレーザ光の一部を分光してセンサ５へと導く。センサ５は、レーザ光源１３１からのパルスレーザ光を周囲へと出射し、移動体２の周囲の状況等の認識に利用する。換言すれば、移動体２では、センサ５から出射される光として、照射部１３からのパルスレーザ光が利用される。
　以上に説明したように、移動体２は、本体部２１と、推進機関２２と、エネルギー供給部３とを備える。推進機関２２は、本体部２１を推進する。エネルギー供給部３は、推進機関２２にエネルギーを供給する。エネルギー供給部３は、水素生成装置１と水素貯留部３１とを備える。水素生成装置１は、当該エネルギーの生成に利用される水素を生成する。水素貯留部３１は、水素生成装置１にて生成された水素を貯留する。水素生成装置１は、光増感剤１１と、水供給部１２と、照射部１３とを備える。水供給部１２は、光増感剤１１に水を供給する。照射部１３は、光増感剤１１上の所定領域にパルスレーザ光を照射して光増感剤１１を活性化させることにより、水供給部１２から供給された水から水素を生成する。
　このように、推進機関２２のエネルギーの生成に利用される水素を、移動体２に設けられた水素生成装置１により生成することにより、過剰に大きい水素タンクを移動体２に設けることなく、移動体２の航続距離（すなわち、外部からの水素補給なしでの移動可能距離）を増大させることができる。すなわち、移動体２の大型化を抑制しつつ航続距離を増大させることができる。また、水素生成装置１において継続して水素を生成することにより、水素貯留部３１に多量の水素を貯留する必要がなくなるため、水素貯留部３１に貯留される水素の圧力を比較的低くすることができる。これにより、移動体２の安全性を向上することができる。
　移動体２では、照射部１３からのパルスレーザ光による光増感剤１１の活性化において、電子雪崩が発生する。これにより、光増感剤１１において、多光子吸収および／または多電子励起を発生させることができ、光増感剤１１における量子収率を増大させることができる。その結果、水素生成装置１において、水素をさらに効率良く生成することができ、移動体２の航続距離をさらに増大させることができる。
　上述のように、水素生成装置１は、水供給部１２からの水の供給量を調節する供給量調節部１４をさらに備える。また、光増感剤１１は、イオン、原子、分子または電子を取り込み可能な複数のボイドを有するボイド構造体を含む。水素生成装置１では、照射部１３からのパルスレーザ光の照射により、ボイド構造体からラジカル化ボイド構造体が生成される。そして、供給量調節部１４によりボイド構造体に対する水の供給量が調節されることにより、水素の生成に利用されたラジカル化ボイド構造体の少なくとも一部が分解することなくボイド構造体に戻り、照射部１３からのパルスレーザ光により活性化して再びラジカル化ボイド構造体になる。
　このように、水素生成装置１において、水素の生成に利用されたラジカル化ボイド構造体が分解しない程度に水の供給量を調節することにより、ボイド構造体を水素の生成に繰り返し利用することができる。その結果、水素をさらに効率良く生成することができ、移動体２の航続距離をさらに増大させることができる。
　水素生成装置１では、水供給部１２から光増感剤１１に供給される水がミスト状である。これにより、光増感剤１１と水との接触面積を増大することができる。その結果、水素をさらに効率良く生成することができ、移動体２の航続距離をさらに増大させることができる。
　水素生成装置１では、水供給部１２から供給される水はミスト状には限定されず、例えば、液滴状または液柱状であってもよい。水供給部１２から供給される水は液体状にも限定されず、気体状（すなわち、水蒸気）または固体状（すなわち、氷）であってもよい。水供給部１２から供給される水が気体状である場合、当該水がミスト状である場合と略同様に、光増感剤１１と水との接触面積を増大することができる。その結果、水素をさらに効率良く生成することができる。水供給部１２から供給される水が固体状である場合、例えば、微細な粒状の氷が、水供給部１２から光増感剤１１に供給されてもよい。水供給部１２から光増感剤１１に供給される水が固体状であることにより、光増感剤１１を比較的低温に維持することができる。これにより、パルスレーザ光によるボイド構造体（上記例では、マイエナイト）の活性化を効率良く行うことができる。さらに、ボイド構造体の分解を抑制することもできる。
　上述のように、光増感剤１１は多孔質状である。これにより、光増感剤１１の表面のみならず、光増感剤１１の内部においても、水と光増感剤１１とが接触し、当該水と接触する光増感剤１１にパルスレーザ光が照射される。その結果、光増感剤１１の内部においても水素の生成が行われるため、水素をさらに効率良く生成することができ、移動体２の航続距離をさらに増大させることができる。
　水素生成装置１では、照射部１３が、パルスレーザ光を２次元に走査するスキャナである。これにより、光増感剤１１上の所定領域にパルスレーザ光を容易に照射することができる。光増感剤１１の表面上におけるパルスレーザ光の照射領域（図２に示す例では、平面視における照射領域）は、好ましくは、光増感剤１１の表面上における水の供給領域全体を含む。これにより、光増感剤１１に供給された水を、水素生成に効率良く利用することができる。
　水素生成装置１では、照射部１３は、パルスレーザ光を光増感剤１１上にて３次元に走査するスキャナであってもよい。照射部１３としては、例えば、３Ｄガルバノスキャナが利用され、光増感剤１１上にパルスレーザ光が実質的に立体状に照射される。これにより、光増感剤１１上の所定領域にパルスレーザ光を容易に照射することができる。
　上述のように、ボイド構造体は、Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３を含むマイエナイトである。マイエナイトは、例えば、カトアイトおよび酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等の安価な材料を加熱することにより、比較的低コストにて生成することができる。具体的には、カトアイトと酸化アルミニウムとの混合材料を、例えばマイクロ波やヒータにて約１２５０℃に加熱することにより、マイエナイトが生成される。したがって、水素生成装置１および移動体２の製造コストを低減することができる。また、水素の生成に伴ってマイエナイトの一部がカトアイトに分解する場合であっても、比較的低コストにて新たなマイエナイトを光増感剤収容部１５に供給することができる。したがって、水素生成装置１および移動体２のランニングコストを低減することができる。
　移動体２では、エネルギー供給部３が燃料電池３２をさらに備える。燃料電池３２は、水素貯留部３１に貯留された水素を燃料として、推進機関２２に供給されるエネルギーである電力を生成する。また、推進機関２２は、燃料電池３２にて生成された電力により駆動する電動モータ２２１を含む。これにより、二酸化炭素（ＣＯ２）および窒素酸化物（ＮＯＸ）を発生させることなく、推進機関２２を駆動することができる。
　移動体２では、燃料電池３２において水素および酸素から生成された水は、水タンク２３へと送られ、水供給部１２から光増感剤１１に供給される。これにより、数３に示すように、光増感剤１１および水を循環させて水素生成に再利用することができるため、水素生成装置１において水素をさらに効率良く生成することができる。その結果、移動体２の航続距離をさらに増大させることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　上述のように、移動体２は、照射部１３に電力を供給する電源部４をさらに備える。電源部４は、太陽電池モジュール４１と、電源部バッテリ４２とを備える。太陽電池モジュール４１は、本体部２１に取り付けられる。電源部バッテリ４２は、太陽電池モジュール４１により生成された電力を蓄える。このように、太陽光を利用して水素生成装置１の照射部１３を駆動することにより、移動体２の大型化を抑制しつつ航続距離をさらに増大させることができる。太陽電池モジュール４１により駆動することを考慮すると、照射部１３のレーザ光源１３１の駆動電力は、好ましくは３０Ｗ以下である。
　移動体２では、照射部１３への電力の供給は、非接触給電により行われる。これにより、移動体２の内部構造を簡素化することができる。移動体２では、照射部１３への電力供給は、必ずしも電源部４から行われる必要はない。例えば、道路等に埋め込まれた送電コイル等から、移動体２の照射部１３に対して非接触給電が行われてもよい。この場合であっても、移動体２の内部構造を簡素化することができる。
　上述のように、移動体２は、自動運転に利用されるセンサ５をさらに備える。移動体２では、センサ５から出射される光として、照射部１３からのパルスレーザ光が利用される。このように、水素生成装置１の照射部１３を、自動運転用のセンサ５の光源として兼用することにより、移動体２の内部構造を簡素化することができる。
　移動体２の水素生成装置１では、照射部１３からのパルスレーザ光は、必ずしも光増感剤１１上の所定領域に照射される必要はなく、光増感剤１１を含む所定空間に照射されてもよい。例えば、照射部１３からのパルスレーザ光は、光増感剤１１よりも大きく、かつ、光増感剤１１全体を含む領域に、実質的に面状または立体状に照射されてもよい。このように、パルスレーザ光が光増感剤１１を含む所定空間に照射される場合であっても、上記と同様に、移動体２において水素を生成することにより、移動体２の航続距離を増大させることができる。
　図３は、他の好ましい水素生成装置１ａの構成を示す図である。水素生成装置１ａは、図２に示す水素生成装置１に代えて、移動体２に設けられる。水素生成装置１ａは、図２に示す水素生成装置１とは、形状が異なる光増感剤１１ａを備える点、および、供給量調節部１４が省略される点を除き、およそ同様の構造を備える。以下の説明では、水素生成装置１ａの構成のうち、図２に示す水素生成装置１の構成に対応する構成に同符号を付す。図３では、水素生成装置１ａ以外の構成も併せて描いている。
　図３に示す水素生成装置１ａでは、水タンク２３から水供給部１２を介して供給された水が、光増感剤収容部１５の内部に貯留されている。すなわち、光増感剤収容部１５は、水供給部１２から供給された水を貯留する水貯留部である。また、粒状の光増感剤１１ａが、光増感剤収容部１５内の水中に分散されている。光増感剤１１ａは、比較的小さい複数の増感剤粒子１１１の集合である。増感剤粒子１１１は、例えばマイエナイト等のボイド構造体を含んでいてもよい。増感剤粒子１１１は、例えば、略球状である。図３では、増感剤粒子１１１を実際よりも大きく描き、水中における増感剤粒子１１１の密度を実際よりも低く描いている。なお、増感剤粒子１１１の大きさおよび形状、並びに、光増感剤１１ａの構造、大きさおよび形状は、様々に変更されてよい。
　水素生成装置１ａでは、照射部１３から光増感剤収容部１５内の水中に向けてパルスレーザ光が出射され、粒状の光増感剤１１ａを含む所定空間に、パルスレーザ光が実質的に面状または立体状に照射される。これにより、光増感剤１１ａが活性化し（すなわち、光増感剤１１ａの電子が励起され）、連鎖的に他の電子をポンプアップする。すなわち、パルスレーザ光による光増感剤１１ａの活性化において、電子雪崩が発生する。活性化された光増感剤１１ａは、水供給部１２から光増感剤１１ａに供給された水を分解して水素および酸素を生成する。生成された水素は、水素貯留部３１へと送られて貯留される。水素の生成により光増感剤収容部１５内の水が減少すると、水供給部１２から光増感剤収容部１５内に水が供給される。
　水素生成装置１ａでは、光増感剤１１ａの活性化において電子雪崩を発生させることにより、光増感剤１１ａにおいて、多光子吸収および／または多電子励起を発生させることができ、光増感剤１１ａにおける量子収率を増大させることができる。その結果、水素を効率良く生成することができる。また、粒状の光増感剤１１ａが光増感剤収容部１５内の水中に分散していることにより、光増感剤１１ａと水との接触面積を増大することができる。その結果、水素をさらに効率良く生成することができる。
　次に、図４を参照しつつ本発明の第２の実施の形態に係る移動体２ａについて説明する。図４に示す例では、移動体２ａは、水素を燃料として駆動する水素エンジンが搭載された水素エンジン自動車である。移動体２ａでは、推進機関２２ａが、図１に示す電動モータ２２１に代えて、水素を燃料とする内燃機関である水素エンジン２２２を備える。また、移動体２ａのエネルギー供給部３ａでは、図１に示すエネルギー供給部３の燃料電池３２および供給部バッテリ３３が省略される。移動体２ａの他の構成は、図１に示す移動体２の構成とおよそ同様である。以下の説明では、図１に示す移動体２の構成に対応する移動体２ａの構成に同符号を付す。
　図４に示すように、移動体２ａは、本体部２１と、推進機関２２ａと、エネルギー供給部３ａとを備える。推進機関２２ａは、本体部２１を推進する。エネルギー供給部３ａは、推進機関２２ａにエネルギーを供給する。エネルギー供給部３ａは、水素生成装置１と、水素貯留部３１とを備える。水素生成装置１は、上記エネルギーとして利用される水素を生成する。水素貯留部３１は、水素生成装置１にて生成された水素を貯留する。水素生成装置１は、図２に示すように、光増感剤１１と、水供給部１２と、照射部１３とを備える。水供給部１２は、光増感剤１１に水を供給する。照射部１３は、光増感剤１１上の所定領域にパルスレーザ光を照射して光増感剤１１を活性化させることにより、水供給部１２から供給された水から水素を生成する。
　このように、推進機関２２ａのエネルギーとして利用される水素を、移動体２ａに設けられた水素生成装置１により生成することにより、過剰に大きい水素タンクを移動体２ａに設けることなく、移動体２ａの航続距離を増大させることができる。すなわち、移動体２ａの大型化を抑制しつつ航続距離を増大させることができる。また、水素生成装置１において継続して水素を生成することにより、水素貯留部３１に多量の水素を貯留する必要がなくなるため、水素貯留部３１に貯留される水素の圧力を比較的低くすることができる。これにより、移動体２ａの安全性を向上することができる。さらに、水素をエネルギーとして利用する推進機関２２ａでは、石油由来の燃料を使用する従来のエンジン（例えば、ガソリンエンジン）等に比べて、窒素酸化物等の発生を抑制することができる。
　移動体２ａの水素生成装置１では、照射部１３からのパルスレーザ光は、必ずしも光増感剤１１（図２参照）上の所定領域に照射される必要はなく、光増感剤１１を含む所定空間に照射されてもよい。この場合であっても、上記と同様に、移動体２ａにおいて水素を生成することにより、移動体２ａの大型化を抑制しつつ航続距離を増大させることができる。また、移動体２ａの安全性を向上することができる。
　移動体２ａでは、図２に示す水素生成装置１に代えて、図３に示す水素生成装置１ａが設けられてもよい。この場合であっても、上記と同様に、移動体２ａの大型化を抑制しつつ航続距離を増大させることができる。また、移動体２ａの安全性を向上することができる。
　上述の水素生成装置１，１ａおよび移動体２，２ａでは、様々な変更が可能である。
　例えば、移動体２では、自動運転に利用されるセンサ５が出射する光は、水素生成装置１，１ａの照射部１３からのパルスレーザ光とは別の光であってもよい。また、移動体２では、必ずしも自動運転が行われる必要はなく、センサ５は省略されてもよい。移動体２ａにおいても同様である。
　照射部１３は、ガルバノスキャナには限定されず、パルスレーザ光を光増感剤１１，１１ａ上にて２次元または３次元に走査する他のスキャナであってもよい。また、照射部１３の構造は、光増感剤１１，１１ａに対して実施的に面状または立体状にパルスレーザ光を照射することができるのであれば、様々に変更されてよい。
　水供給部１２による光増感剤１１，１１ａへの水の供給方法は様々に変更されてよい。例えば、光増感剤１１，１１ａへのパルスレーザ光の照射よりも前に、多孔質状の光増感剤１１，１１ａに水供給部１２から水が予め供給され、内部に水を含んだ光増感剤１１，１１ａを冷却することにより、内部および表面上に固体状の水（すなわち、氷）を有する光増感剤１１，１１ａが準備される。そして、当該光増感剤１１，１１ａに照射部１３からパルスレーザ光が照射されることにより、水素が生成されてもよい。水素生成装置１，１ａでは、水供給部１２からの水は、光増感剤１１，１１ａの表面および内部の少なくとも一方に供給され、当該水の状態は、気体状、液体状（ミスト状を含む。）または固体状のいずれであってもよい。
　水供給部１２から供給される水は、イオン交換水には限定されない。水供給部１２から光増感剤１１，１１ａに供給される水は、例えば、イオン交換水、蒸留水、精製水、水道水、工業用水、井戸水、河川水および海水のうち、少なくとも１種類以上を含んでいてもよい。また、水供給部１２から光増感剤１１，１１ａへは、上述のように水単体が供給されてもよく、水を含む原材料が供給されてもよい。当該原材料は、気体状、液体状または固体状のいずれであってもよい。
　水素生成装置１，１ａにおいて照射部１３から光増感剤１１，１１ａに照射されるものは、パルス電磁波であればよく、パルスレーザ光には限定されない。照射部１３から照射されるパルス電磁波の波長は、例えば、１９０ｎｍ以上かつ３０００ｎｍ以下である。水素生成装置１，１ａでは、照射部１３から光増感剤１１，１１ａにパルス電磁波を照射することにより、上述と同様に、水素を効率良く生成することができる。移動体２では、センサ５から出射される電磁波として、照射部１３からのパルス電磁波が利用されてもよい。これにより、移動体２の内部構造を簡素化することができる。移動体２ａにおいても同様である。
　水素生成装置１，１ａでは、光増感剤１１，１１ａは、ボイド構造体には限定されず、様々な材料により形成されてよい。例えば、光増感剤１１，１１ａは、酸化チタン（ＴｉＯ２）または酸化タングステン（ＷＯ３）等の一般的な光触媒材料により形成されてもよい。光増感剤１１，１１ａは、例えば、金属、金属窒化物、金属リン化物、金属ヒ化物、金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物、金属フッ化物、金属塩化物、金属臭化物、金属ヨウ化物および有機金属化合物のうち、少なくとも１種類以上を含んでいてもよい。また、水素生成装置１，１ａでは、ボイド構造体の活性化において、必ずしも電子雪崩は発生する必要はない。
　移動体２では、電源部４と水素生成装置１，１ａの照射部１３とが電力線により電気的に接続され、当該電力線を介して電源部４から照射部１３に電力が供給されてもよい。また、電源部４では、太陽電池モジュール４１は必ずしも設けられる必要はない。移動体２では、電源部４に代えて、例えば道路に埋め込まれた給電システムから、照射部１３に対して非接触給電により電力が供給されてもよい。移動体２ａにおいても同様である。
　移動体２では、電源部４の電源部バッテリ４２に蓄えられた電力は、推進機関２２の電動モータ２２１に供給されてもよい。また、供給部バッテリ３３に蓄えられた電力は、エネルギー供給部３の水素生成装置１に供給されてもよい。移動体２には、電動モータ２２１に加えて、水素エンジン２２２または他の内燃機関が搭載されてもよい。
　移動体２，２ａは、自動車には限定されず、地上を移動可能な他の移動体（例えば、列車）であってもよい。また、移動体２，２ａは、船舶等の海上を移動可能な移動体、潜水艦等の水中を移動可能な移動体、または、飛行機等の空中を移動可能な移動体であってもよい。
　上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
　発明を詳細に描写して説明したが、既述の説明は例示的であって限定的なものではない。したがって、本発明の範囲を逸脱しない限り、多数の変形や態様が可能であるといえる。
　１，１ａ　　水素生成装置
　２，２ａ　　移動体
　３，３ａ　　エネルギー供給部
　４　　電源部
　５　　センサ
　１１，１１ａ　　光増感剤
　１２　　水供給部
　１３　　照射部
　１４　　供給量調節部
　１５　　光増感剤収容部
　２１　　本体部
　２２，２２ａ　　推進機関
　３１　　水素貯留部
　３２　　燃料電池
　４１　　太陽電池モジュール
　４２　　電源部バッテリ
　２２１　　電動モータ

Claims (11)

  1. 　移動体であって、
    　本体部と、
    　前記本体部を推進する推進機関と、
    　前記推進機関にエネルギーを供給するエネルギー供給部と、
    を備え、
    　前記エネルギー供給部が、
    　前記エネルギーの生成に利用される、または、前記エネルギーとして利用される水素を生成する水素生成装置と、
    　前記水素生成装置にて生成された水素を貯留する水素貯留部と、
    を備え、
    　前記水素生成装置が、
    　光増感剤と、
    　前記光増感剤に水を供給する水供給部と、
    　前記光増感剤を含む所定空間または前記光増感剤上の所定領域にパルス電磁波を照射して前記光増感剤を活性化させることにより、前記水供給部から供給された水から水素を生成する照射部と、
    を備える。
  2. 　請求項１に記載の移動体であって、
    　前記照射部からのパルス電磁波による前記光増感剤の活性化において、電子雪崩が発生する。
  3. 　請求項１または２に記載の移動体であって、
    　前記水素生成装置が、前記水供給部から供給された水を貯留する水貯留部をさらに備え、
    　前記光増感剤が粒子状であり、前記水貯留部内の水中に分散している。
  4. 　請求項１または２に記載の移動体であって、
    　前記水素生成装置が、前記水供給部からの水の供給量を調節する供給量調節部をさらに備え、
    　前記光増感剤が、イオン、原子、分子または電子を取り込み可能な複数のボイドを有するボイド構造体を含み、
    　前記照射部からのパルス電磁波の照射により、前記ボイド構造体からラジカル化ボイド構造体が生成され、
    　前記供給量調節部により前記ボイド構造体に対する水の供給量が調節されることにより、水素の生成に利用された前記ラジカル化ボイド構造体の少なくとも一部が、分解することなくボイド構造体に戻り、前記照射部からのパルス電磁波により活性化して再びラジカル化ボイド構造体になる。
  5. 　請求項４に記載の移動体であって、
    　前記ボイド構造体が、Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３を含むマイエナイトである。
  6. 　請求項４または５に記載の移動体であって、
    　前記水供給部から前記光増感剤に供給される水がミスト状または気体状である。
  7. 　請求項１ないし６のいずれかに記載の移動体であって、
    　前記照射部が、パルス電磁波を２次元または３次元に走査するスキャナである。
  8. 　請求項１ないし７のいずれかに記載の移動体であって、
    　前記エネルギー供給部が、前記水素貯留部に貯留された水素を燃料として前記エネルギーである電力を生成する燃料電池をさらに備え、
    　前記推進機関が、前記燃料電池にて生成された電力により駆動する電動モータを含む。
  9. 　請求項１ないし８のいずれかに記載の移動体であって、
    　前記照射部に電力を供給する電源部をさらに備え、
    　前記電源部が、
    　前記本体部に取り付けられた太陽電池モジュールと、
    　前記太陽電池モジュールにより生成された電力を蓄える電源部バッテリと、
    を備える。
  10. 　請求項１ないし９のいずれかに記載の移動体であって、
    　前記照射部への電力の供給が、非接触給電により行われる。
  11. 　請求項１ないし１０のいずれかに記載の移動体であって、
    　自動運転に利用されるセンサをさらに備え、
    　前記センサから出射される電磁波として、前記照射部からのパルス電磁波が利用される。
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