氢生成单元、氢生成设备及使用该氢生成设备的能量系统技术方案

本发明专利技术提供氢生成单元、氢生成设备及使用该氢生成设备的能量系统。本发明专利技术的氢生成单元设有贯通框体的电解液供给孔、电解液排出孔、第一氢流通孔及第二氢流通孔，在设置氢生成单元时，电解液供给孔配置成比电解液排出孔靠铅垂上侧，第一氢流通孔配置成比电解液供给孔靠铅垂上侧，第二氢流通孔配置成比电解液排出孔靠铅垂上侧。利用本结构，能大幅降低与电解液及氢有关的配管长度及歧管数量，能简单且合理地将氢生成单元彼此连结。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氢生成单元、氢生成设备及使用该氢生成设备的能量系统
本专利技术涉及通过使用光将水分解为氢和氧来获得氢的、氢生成单元、氢生成设备及使用该氢生成设备的能量系统。
技术介绍
以往，作为起到光催化剂作用的半导体材料的利用方法，公知有通过对半导体材料照射光来将水分解而生成氢或生成电能的技术(例如，专利文献I)。在专利文献I中，公开了具有将从太阳光获得的光能转换为氢能的功能的光水电解装置。该光水电解装置由层叠的多个光水电解单元构成。各个光水电解单元具有外周部分被由透明的玻璃板或合成树脂板构成的外壁包围的箱状的壳体，配置为从水平状态倾斜任意的角度。在光水电解单元内的下部收容有电解液，另外，在厚度方向中央设有将光水电解单元内划分为两个空间的隔壁。该隔壁通过一体地接合配置于上部侧的气体分离膜和配置于下部侧的光水电解电极膜接合体而成，起到将生成氢和生成氧分离的作用。在光水电解电极膜接合体上，在配置于厚度方向中央部的作为离子导电膜的Nafion膜的两面分别形成有光催化剂电极和钼对电极。在该光水电解电极膜接合体中，由于太阳光的照射而发生光水电解，从光催化剂电极生成氧，从钼对电极生成氢。另外，在隔壁的下端形成有矩形状的贯通孔，电解液经由贯通孔能在光水电解单元内流通。而且，在光水电解单元的外壁上形成有俯视矩形状的流通孔，设有能自由改变该流通孔的开口面积的可动壁。而且，电解液向各光水电解单元的供给通过在相邻的上游侧的光水电解单元溢出的电解液经由流通孔流入来进行。同样地，电解液自各光水电解单元的排出通过电解液向相邻的下游侧的光水电解单元溢出并流出而进行。通过采用这样的机构，能够减少电解液供给.排出用所需要的配管长度及配管设置所需要的工时。但是，在前述的光水电解装置的情况下，对于生成的氢收集用所需要的配管完全没有进行研究。例如，关于层叠多个光水电解单元的光水电解装置，考虑在各光水电解单元上均安装独立的氢收集管的方法。在该方法中，至少需要安装与配置的光水电解单元的总数量相同数量的氢收集管，而且，氢收集管形成多个歧管。在这样的结构中，氢收集管的配管长度显著变长，不仅繁杂，而且由于歧管较多，因此难以控制氢的流通，且配管设置所需要的工时也变多。这在考虑光水电解装置的实用化时成为较大的课题。因此，本专利技术是鉴于上述以往的课题而做成的，其目的在于提供利用基于光半导体的水的分解反应来生成氢的氢生成设备及使用该氢生成设备的能量系统。具体而言，大幅降低与构成氢生成设备的各氢生成单元连接的、氢收集管的配管长度及歧管数量。另外，为了将氢生成设备实用化，利用多个氢生成单元的连结而生成足够量的氢是不可缺少的。本专利技术提供实现上述情况的简单且合理的氢生成单元彼此的连结构件及连结方法。在先技术文献专利文献专利文献1:日本特开2008-75097号公报
技术实现思路
本专利技术涉及的氢生成单元具有:框体，其被照射光的面具有透光性；分隔件，其将框体内部的空间分为第一空间及第二空间；对电极，其配置于第一空间内；光半导体电极，其配置于第二空间内，形成在导电性基板上；电连接部，其将光半导体电极与对电极之间电连接；电解液，其位于第一空间内及第二空间内，且含有水。而且，该氢生成单元设有:贯通框体的电解液供给孔及电解液排出孔；贯通与第一空间或第二空间中的生成氢的一侧相连的框体的、第一氢流通孔及第二氢流通孔。此时，电解液供给孔配置成比电解液排出孔靠铅垂上侧，第一氢流通孔配置成比电解液供给孔靠铅垂上侧，第二氢流通孔配置成比电解液排出孔靠铅垂上侧。另外，相邻的氢生成单元的电解液供给孔与电解液排出孔、第一氢流通孔与第二氢流通孔分别相互连接而构成氢生成设备。利用该结构，能大幅降低电解液供给?排出用配管及生成氢收集管的、配管长度及歧管数量，且通过对光半导体电极照射光将水分解而生成氢。根据本专利技术的氢生成单元、氢生成设备及使用该氢生成设备的能量系统，能大幅降低与构成氢生成设备的各氢生成单元连接的、氢收集管的配管长度及歧管数量。另外，能提供使用于生成足够量的氢的多个氢生成单元的连结容易、简单且合理的氢生成单元彼此的连结构件及连结方法。【附图说明】图1A是表示本专利技术的实施方式I涉及的氢生成单元的结构的示意图。图1B是从第一空间侧·观察本专利技术的实施方式I涉及的氢生成单元的结构的示意图。图2A是表示本专利技术的实施方式2涉及的氢生成单元的结构的示意图。图2B是表示本专利技术的实施方式2涉及的氢生成单元的另一结构的示意图。图3A是表示本专利技术的实施方式3涉及的氢生成设备的结构的示意图。图3B是表示本专利技术的实施方式3涉及的氢生成设备的变形例的结构的示意图。图4是表示本专利技术的实施方式4涉及的氢生成设备的结构的示意图。图5是表示本专利技术的实施方式5涉及的能量系统的结构的示意图。图6是表示本专利技术的实施方式6涉及的能量系统的结构的示意图。【具体实施方式】本专利技术的氢生成单元通过将设于框体的电解液供给孔、电解液排出孔、第一及第二氢流通孔配置为前述的位置关系，从而关于电解液及生成氢的流通具有下述这样的功倉泛。在此，本专利技术的氢生成单元的电解液供给孔、电解液排出孔、第一及第二氢流通孔等的相互的位置关系(铅垂上方、铅垂下方等)为，最终满足将氢生成单元作为氢生成设备、能量系统设置的状态即可。需要说明的是，在以下的本申请说明书中，结合后述的光半导体电极是η型半导体且是生成氧的一侧、对电极是生成氢的一侧的情况进行说明。但是，在光半导体电极为P型半导体的情况下，通过在前述的结合η型半导体的情况进行的说明中将氢和氧替换而说明。首先，说明电解液的流通。电解液被从电解液供给孔供给到框体内部的第一及第二空间，从电解液排出孔排出。供给孔配置成比排出孔靠铅垂上侧，因此，从供给孔供给来的电解液中的、位于比排出孔的下端的高度靠铅垂上侧的电解液在重力的作用下自动地从电解液排出孔排出。因此，电解液面的高度由电解液排出孔下端的高度决定。另外，第一及第二氢流通孔配置成比电解液排出孔靠铅垂上侧，因此，电解液面不会上升至流通孔下端的高度，能防止在本来应仅流通氢的流通孔中混入有电解液这样的情况。即，电解液在重力的作用下仅从供给孔向排出孔一个方向通行且自动地流通。另外，通过将相邻的氢生成单元的电解液供给孔和电解液排出孔连接，从而在上游侧的单元溢出的电解液在重力的作用下经由连接部向下游侧的单元一个方向通行且自动地流通。若按照通过连接多个氢生成单元而构成的氢生成设备整体观察以上结构，则仅通过仅从配置于最上游的氢生成单元的电解液供给孔这一个部位供给电解液，就对所有的氢生成单元从上游侧依次供给电解液，并仅从配置于最下游的氢生成单元的电解液排出孔这一个部位排出。而且，各氢生成单元中的电解液面稳定地保持为规定的高度。这样，通过关于电解液而将所有的氢生成单元串联地连接，从而所需要的电解液供给.排出用配管仅为与最上游侧的氢生成单元连接的电解液供给管及与最下游侧的氢生成单元连接的电解液排出管，能大幅降低配管长度及歧管数量。接着，说明生成氢的流通。在各氢生成单元的对电极上生成的氢在电解液中浮起，集中到第一空间上部的电解液面上。如前述那样，第一和第二氢流通孔下端配置成比规定电解液面的高度的电解液排出孔靠铅垂上侧，因此，第一和第二氢流通孔不会混入有电解液，始终仅与氢接触。由此，集中于第一空本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢生成单元，其中，具有：框体，所述框体的被照射光的面具有透光性；分隔件，所述分隔件将所述框体内部的空间分为第一空间及第二空间；对电极，所述对电极配置于所述第一空间内；光半导体电极，所述光半导体电极配置于所述第二空间内，且形成在导电性基板上；电连接部，所述电连接部将所述光半导体电极与所述对电极之间电连接；电解液，所述电解液位于所述第一空间内及所述第二空间内，且含有水，所述氢生成单元设有：电解液供给孔及电解液排出孔，所述电解液供给孔及电解液排出孔贯通所述框体；第一氢流通孔及第二氢流通孔，所述第一氢流通孔及第二氢流通孔贯通与所述第一空间或所述第二空间中的生成氢的一侧相连的所述框体，所述电解液供给孔配置成比所述电解液排出孔靠铅垂上侧，所述第一氢流通孔配置成比所述电解液供给孔靠铅垂上侧，所述第二氢流通孔配置成比所述电解液排出孔靠铅垂上侧，通过对所述光半导体电极照射光来分解水从而生成氢。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.11 JP 2012-0897861.一种氢生成单元，其中，具有: 框体，所述框体的被照射光的面具有透光性； 分隔件，所述分隔件将所述框体内部的空间分为第一空间及第二空间； 对电极，所述对电极配置于所述第一空间内； 光半导体电极，所述光半导体电极配置于所述第二空间内，且形成在导电性基板上； 电连接部，所述电连接部将所述光半导体电极与所述对电极之间电连接； 电解液，所述电解液位于所述第一空间内及所述第二空间内，且含有水， 所述氢生成单元设有: 电解液供给孔及电解液排出孔，所述电解液供给孔及电解液排出孔贯通所述框体； 第一氢流通孔及第二氢流通孔，所述第一氢流通孔及第二氢流通孔贯通与所述第一空间或所述第二空间中的生成氢的一侧相连的所述框体， 所述电解液供给孔配置成比所述电解液排出孔靠铅垂上侧， 所述第一氢流通孔配置成比所述电解液供给孔靠铅垂上侧， 所述第二氢流通孔配置成比所述电解液排出孔靠铅垂上侧， 通过对所述光半导体电极照射光来分解水从而生成氢。2.根据权利要求1所述的氢生成单元，其中， 还设置有第一氧流通孔及第二氧流通孔，所述第一氧流通孔及第二氧流通孔贯通与所述第一空间或所述第二空间中的生成氧的一侧相连的所述框体， 所述电解液供给孔配置成比所述电解液排出孔靠铅垂上侧， 所述第一氧流通孔配置成比所述电解液供给孔靠铅垂上侧， 所述第二氧流通孔配置成比所述电解液排出孔靠铅垂上侧。3.根据权利要求1或2所述的氢生成单元，其中， 所述氢生成单元设置为相对于水平面具有一定的角度Θ，在该状态下满足所有的所述配置。4.根据权利要求3所述的氢生成单元，其中， 在所述氢生成单元中，所述第一氢流通孔配置于所述第一或第二空间中的生成氢的一侧的空间中的最靠铅垂上方的位置。5.根据权利要求2所述的氢生成单元，其中， 所述氢生成单元设置为相对于水平面具有一定的角度Θ，在该状态下满足所有的所述配置， 在所述氢生成单元中，所述第一氧流通孔配置于所述第一或第二空间中的生成氧的一侧的空间中的最靠铅垂上方的位置。6.根据权利要求1~5中任一项所述的氢生成单元，其中， 所述分隔件是离子交换膜。7.根据权利要求1~5中任一项所述的氢生成单元，其中， 所述分隔件具有供所述电解液循环的开口部。8.根据权利要求1~5中任一项所述的氢生成单元，其中， 在所述电解液供给孔及所述电解液排...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木孝浩，野村幸生，羽藤一仁，德弘宪一，田村聪，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：
国别省市：