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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022021115
(43)【公開日】2022-02-02
(54)【発明の名称】水素生成システム
(51)【国際特許分類】
C01B 3/04 20060101AFI20220126BHJP
B01J 35/02 20060101ALI20220126BHJP
B01J 23/652 20060101ALI20220126BHJP
【ＦＩ】
C01B3/04 A
B01J35/02 J
B01J23/652 M
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020124519
(22)【出願日】2020-07-21
(71)【出願人】
【識別番号】000221834
【氏名又は名称】東邦瓦斯株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】519135633
【氏名又は名称】公立大学法人大阪
(74)【代理人】
【識別番号】110000291
【氏名又は名称】特許業務法人コスモス国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】水野 志穂
(72)【発明者】
【氏名】青木 修一
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 大吾
(72)【発明者】
【氏名】天尾 豊
(72)【発明者】
【氏名】東 正信
【テーマコード（参考）】
4G169
【Ｆターム（参考）】
4G169AA03
4G169BA01B
4G169BA48A
4G169BB06B
4G169BC12B
4G169BC16B
4G169BC50B
4G169BC58B
4G169BC71B
4G169CC33
4G169DA03
4G169EA01Y
4G169FA02
4G169FB07
4G169FB15
4G169FB27
4G169FB30
4G169HA01
4G169HB06
4G169HC02
4G169HD04
4G169HD22
4G169HE09
4G169HF05
(57)【要約】
【課題】
効率良く水素を生成することができるとともに、省エネルギー化に配慮した水素生成システムを提供すること。
【解決手段】
分解対象水Ｗが供給される分解槽１１と、分解槽１１の内部で分解対象水Ｗと接触する光触媒シート１２と、光触媒シート１２に光１３１を照射する光源１３と、を備え、分解対象水Ｗを分解して水素を発生させる水素生成システム１において、排熱を利用して分解対象水Ｗを加熱するコージェネレーションシステム１４を備えること。
【選択図】図１
効率良く水素を生成することができるとともに、省エネルギー化に配慮した水素生成システムを提供すること。
【解決手段】
分解対象水Ｗが供給される分解槽１１と、分解槽１１の内部で分解対象水Ｗと接触する光触媒シート１２と、光触媒シート１２に光１３１を照射する光源１３と、を備え、分解対象水Ｗを分解して水素を発生させる水素生成システム１において、排熱を利用して分解対象水Ｗを加熱するコージェネレーションシステム１４を備えること。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
分解対象の水が供給される分解槽と、前記分解槽の内部で前記水と接触する光触媒と、前記光触媒に光を照射する光源と、を備え、前記水を分解して水素を発生させる水素生成システムにおいて、
排熱を利用して前記水を加熱する加熱装置を備えること、
を特徴とする水素生成システム。
排熱を利用して前記水を加熱する加熱装置を備えること、
を特徴とする水素生成システム。
【請求項2】
請求項１に記載の水素生成システムにおいて、
前記加熱装置は、前記水を、常温超え、摂氏１００度未満に加熱すること、
を特徴とする水素生成システム。
前記加熱装置は、前記水を、常温超え、摂氏１００度未満に加熱すること、
を特徴とする水素生成システム。
【請求項3】
請求項１または２に記載の水素生成システムにおいて、
前記加熱装置は、前記排熱を回収するコージェネレーションシステムであること、
前記分解槽には、熱交換器が接続されていること、
前記コージェネレーションシステムは、回収した前記排熱により、前記熱交換器を介して、前記水を加熱すること、
を特徴とする水素生成システム。
前記加熱装置は、前記排熱を回収するコージェネレーションシステムであること、
前記分解槽には、熱交換器が接続されていること、
前記コージェネレーションシステムは、回収した前記排熱により、前記熱交換器を介して、前記水を加熱すること、
を特徴とする水素生成システム。
【請求項4】
請求項１または２に記載の水素生成システムにおいて、
前記加熱装置は、前記排熱を、温水として回収するコージェネレーションシステムであること、
前記水は、前記温水であること、
を特徴とする水素生成システム。
前記加熱装置は、前記排熱を、温水として回収するコージェネレーションシステムであること、
前記水は、前記温水であること、
を特徴とする水素生成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、分解対象の水が供給される分解槽と、分解槽の内部で水と接触する光触媒と、光触媒に光を照射する光源と、を備え、水を分解して水素を発生させる水素生成システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
我が国では、水素ステーションの普及が進んでいることや、水素と二酸化炭素を反応させることで都市ガス等に利用するメタンを生成可能であること等を背景として、水素の需要が増大しつつある。
【0003】
水素を生成する方法として、天然ガスから水素を取り出す方法が考えられる。しかし、昨今、環境問題への対応のために低炭素社会が目標とされており、さらに究極的には脱炭素社会が目標とされていることを考慮すると、天然ガスから水素を取り出す方法は、天然ガスから水素を取り出す際に二酸化炭素の排出がなされる点が好ましくない。したがって、二酸化炭素を可能な限り排出せずに水素を生成する方法が望まれている。
【0004】
二酸化炭素を排出せずに水素を生成する方法としては、水を分解して水素を生成する方法が考えられる。例えば、水を電気分解することで水素を生成する方法や、光触媒を利用して水を分解する方法が挙げられる。水を電気分解することで水素を生成する方法は、水を電気分解するために、電力や電気分解装置が必要である。一方で、光触媒を利用する方法は、水と光触媒があれば水を分解することができるため、電力や電気分解装置が不要である。よって、光触媒を利用して水を分解する方法は、より低コストで簡便に水素を生成することができる方法として、注目を集めており、水素の発生効率を可能な限り増大させるための研究開発が続けられている。光触媒を用いて水素を生成する方法としては、例えば、特許文献１に開示される方法が知られている。
【0005】
他方、エネルギー資源に乏しい我が国においては、エネルギーを安定的に供給することができる方策が必要である。そのような中、エネルギー効率を向上させ、省エネルギー化を達成するため、産業機器の排熱等の未利用エネルギーの活用が注目されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１０－４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、光触媒により水を分解して得られる水素の量は微量であるという課題があった。例えば、アルミニウム（Ａｌ）をドープしたチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）に、助触媒としてロジウムクロム複合酸化物（ＲｈＣｒＯｘ）を担持させたもの（ＲｈＣｒＯｘ／ＳｒＴｉＯ３：Ａｌ）を光触媒とし、当該光触媒を水に分散させる。そして、光触媒を分散させた水に対し、当該水を常温（摂氏２０度）とした状態で、キセノンランプによる光（波長λ＞３００ｎｍ）の照射を行う。このような条件下で得られる水素の量は、水を１００ｍｌとすれば、６０分間で２３０μｍｏｌと微量である。よって、より効率的に水素を生成することができるシステムが望まれている。
【0008】
また、省エネルギー化の観点からは、ガスエンジン、ディーゼルエンジン等の発電機から排出される摂氏９０度から１５０度程度の中低温排熱は、多くが廃棄されているのが現状である。省エネルギー化を達成のため、中低温排熱の利用が期待されている。
【0009】
本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、効率良く水素を生成することができるとともに、省エネルギー化に配慮した水素生成システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するために、本発明の水素生成システムは、次のような構成を有している。
（１）分解対象の水が供給される分解槽と、分解槽の内部で水と接触する光触媒と、光触媒に光を照射する光源と、を備え、水を分解して水素を発生させる水素生成システムにおいて、排熱を利用して水を加熱する加熱装置を備えること、を特徴とする。
（１）分解対象の水が供給される分解槽と、分解槽の内部で水と接触する光触媒と、光触媒に光を照射する光源と、を備え、水を分解して水素を発生させる水素生成システムにおいて、排熱を利用して水を加熱する加熱装置を備えること、を特徴とする。
【0011】
（１）に記載の水素生成システムによれば、効率良く水素を生成することができるとともに、省エネルギー化に配慮した水素生成システムとすることができる。
【0012】
出願人は、分解対象となる水を加熱した状態で光触媒による分解を行うと、常温で分解を行う場合に比べて、水分解活性が向上し、水素の生成速度が上昇することを実験により確認した。よって、水素生成システムにおいて、加熱装置によって分解対象の水を加熱することで、より効率的に水素を生成することができる。
【0013】
また、加熱装置は、排熱を利用して分解対象の水を加熱するものである。排熱とは、例えば、発電機の排熱等の未利用エネルギーであり、未利用エネルギーを活用することで、省エネルギー化に配慮した水素生成システムとすることが可能である。
【0014】
（２）（１）に記載の水素生成システムにおいて、加熱装置は、水を、常温超え、摂氏１００度未満に加熱すること、を特徴とする。
【0015】
（２）に記載の水素生成システムによれば、効率良く水素を生成することができるとともに、省エネルギー化に配慮した水素生成システムとすることができる。
【0016】
出願人は、分解対象の水の温度が常温を超えると、水分解活性が向上していき、摂氏６０度における水素の生成速度が、常温下における水素の生成速度の約２倍となり、摂氏９０度における水素の生成速度が、常温下における水素の生成速度の約３倍となることを実験により確認した。さらに、出願人は、分解対象の水は、温度が摂氏１００度以上になると蒸発が著しく進み、水素を生成する効率が却って低下するおそれがあることを実験により確認した。よって、加熱装置により、分解対象となる水を、常温超え、摂氏１００度未満に加熱することが望ましい。
【0017】
また、分解対象の水を常温超え、摂氏１００度未満に加熱するために用いられる排熱には、摂氏９０度から１５０度程度の中低温排熱が適切である。多くが廃棄されている中低温排熱を利用することができるため、未利用エネルギーを有効に活用することができるという点で、省エネルギー化に配慮した水素生成システムとすることができる。
【0018】
（３）（１）または（２）に記載の水素生成システムにおいて、加熱装置は、排熱を回収するコージェネレーションシステムであること、分解槽には、熱交換器が接続されていること、コージェネレーションシステムは、回収した排熱により、熱交換器を介して、水を加熱すること、を特徴とする。
【0019】
（３）に記載の水素生成システムによれば、省エネルギー化に配慮した水素生成システムとすることができる。例えば、内燃機関としてガスエンジンを用いたコージェネレーションシステムであれば、ガスエンジンの排熱を蒸気や温水として回収することができる。コージェネレーションシステムにより回収した排熱を用い、熱交換器を介して分解対象の水を加熱することとすれば、未利用エネルギーの有効活用することができ、省エネルギー化に配慮した水素生成システムとすることができる。
【0020】
（４）（１）または（２）に記載の水素生成システムにおいて、加熱装置は、排熱を、温水として回収するコージェネレーションシステムであること、水は、温水であること、を特徴とする。
【0021】
（４）に記載の水素生成システムによれば、省エネルギー化に配慮した水素生成システムとすることができる。例えば、内燃機関としてガスエンジンを用いたコージェネレーションシステムであれば、ガスエンジンの排熱により加熱された温水を回収することができる。当該温水を分解対象の水として活用すれば、未利用エネルギーを有効活用することができ、省エネルギー化に配慮した水素生成システムとすることができる。
【発明の効果】
【0022】
本発明の水素生成システムによれば、効率良く水素を生成することができるとともに、省エネルギー化に配慮した水素生成システムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】第１の実施形態に係る水素生成システム１の構成を表す図である。
【図2】第２の実施形態に係る水素生成システム１の構成を表す図である。
【図3】光触媒による水の分解実験をするための実験装置の構成を表す図である。
【図4】懸濁液が加熱された場合と、懸濁液が常温の場合の水素の発生量を比較したグラフである。
【図5】懸濁液が加熱された場合と、懸濁液が常温の場合の水素の生成速度を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0024】
（第１の実施形態）
本発明の水素生成システムの第１の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明の水素生成システムの第１の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0025】
図１は、第１の実施形態に係る水素生成システム１の構成を表す図である。水素生成システム１は、光触媒シート（光触媒の一例）１２を内部に有する分解槽１１と、光源１３と、コージェネレーションシステム（加熱装置の一例）１４と、熱交換器１５と、からなり、光触媒シート１２により水（Ｈ２Ｏ）を分解して水素（Ｈ２）を生成するためのシステムである。
【0026】
分解槽１１は、密閉されており、内部空間１１２は外気と遮断されている。そして、内部空間１１２に分解対象の水（以下、分解対象水Ｗ）を貯水可能に形成されている。分解槽１１は、少なくとも、後述する光源１３が配置される側の端面１１１が、透明な樹脂やガラスにより構成されている。これにより、光源１３から照射される光１３１は、端面１１１を透過し、内部空間１１２に達するようにされている。
【0027】
また、分解槽１１には、給水源（不図示）から分解対象水Ｗを供給するための供給路１６が接続されており、分解槽１１に注水することができる。分解槽１１内に貯水される分解対象水Ｗは、分解が進むにつれて、その量が減少していくため、給水源からは、連続的に分解対象水Ｗが供給される。そして、この分解対象水Ｗが連続的に供給される量は、分解対象水Ｗが分解される速度に応じて適宜調整される。なお、分解対象水Ｗとしては、上水や中水等、様々な水源から得られる水が考えられる他、下水から汚泥を取り除いた処理水を用いるものとしても良い。
【0028】
さらに、分解槽１１には、貯水されている分解対象水Ｗを循環するための加熱回路１７が接続されている。つまり、分解槽１１の出力ポート１１３から加熱回路１７に排出された分解対象水Ｗは、後述する熱交換器１５を通り、分解槽１１の入力ポート１１４から分解槽１１の内部空間１１２に戻ることができるようになっている。また、分解対象水Ｗを分解して生成される水素を回収するための排出孔１９を備えている。排出孔１９から回収された水素は、例えば貯蔵タンク（不図示）に一時的に貯蔵された後、パイプラインや輸送車両により水素ステーション等に輸送され、エネルギーとして活用される。
【0029】
なお、分解対象水Ｗを分解する際には、水素とともに、酸素（Ｏ２）も生成されるため、排出孔１９からは水素および酸素が排出される。よって、排出孔１９に、例えば分離膜等を備える分離装置（不図示）を接続し、該分離装置によって水素と酸素を分離した上で、分離した水素を、上記のように、貯蔵タンクに一時的に貯蔵し、エネルギーとして利用することが考えられる。
【0030】
光触媒シート１２は、例えば、ガラス基板の表面に粉末状の光触媒を固定化し、シート状に形成したものである。光触媒シート１２は、光触媒が固定化された上端面１２１が、光１３１が透過してくる分解槽１１の端面１１１に向いた状態で分解槽１１の内部空間１１２に固定されている。そして、光触媒シート１２は、少なくとも光触媒が固定化された上端面１２１が、分解槽１１に注水される分解対象水Ｗと接触する。なお、光触媒としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）をドープしたチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）に、助触媒としてロジウムクロム複合酸化物（ＲｈＣｒＯｘ）を、含浸法により担持させたもの（ＲｈＣｒＯｘ／ＳｒＴｉＯ３：Ａｌ）が用いられる。
【0031】
なお、光触媒は上記したものに限定されない。光触媒としては、例えば、ＴｉＯ２，ＣａＴｉＯ３，ＳｒＴｉＯ３，Ｓｒ３Ｔｉ２Ｏ７，Ｓｒ４Ｔｉ３Ｏ１０，Ｋ２Ｌａ２Ｔｉ３Ｏ１０，Ｒｂ２Ｌａ２Ｔｉ３Ｏ１０，Ｃｓ２Ｌａ２Ｔｉ３Ｏ１０，ＣｓＬａ２Ｔｉ２ＮｂＯ１０，Ｌａ２ＴｉＯ５，Ｌａ２Ｔｉ３Ｏ９，Ｌａ２Ｔｉ２Ｏ７，Ｌａ２Ｔｉ２Ｏ７：Ｂａ，ＫａＬａＺｒ０．３Ｔｉ０．７Ｏ４，Ｌａ４ＣａＴｉ５Ｏ１７，ＫＴｉＮｂＯ５，Ｎａ２Ｔｉ６Ｏ１３，ＢａＴｉ４Ｏ９，Ｇｄ２Ｔｉ２Ｏ７，Ｙ２Ｔｉ２Ｏ７等のチタン含有酸化物や、ジルコニア（ＺｒＯ２）や、Ｋ４Ｎｂ６Ｏ１７，Ｒｂ４Ｎｂ６Ｏ１７，Ｃａ２Ｎｂ２Ｏ７，Ｓｒ２Ｎｂ２Ｏ７，Ｂａ５Ｎｂ４Ｏ１５，ＮａＣａ２Ｎｂ３Ｏ１０，ＺｎＮｂ２Ｏ６，Ｃｓ２Ｎｂ４Ｏ１１，Ｌａ３ＮｂＯ７等のニオブ含有酸化物や、Ｔａ２Ｏ５，Ｋ２ＰｒＴａ５Ｏ１５，Ｋ３Ｔａ３Ｓｉ２Ｏ１３，Ｋ３Ｔａ３Ｂ２Ｏ１２，ＬｉＴａＯ３，ＮａＴａＯ３，ＫＴａＯ３，ＡｇＴａＯ３，ＫＴａＯ３：Ｚｒ，ＮａＴａＯ３：Ｌａ，ＮａＴａＯ３：Ｓｒ，Ｎａ２Ｔａ２Ｏ６，Ｋ２Ｔａ２Ｏ６，ＣａＴａ２Ｏ６，ＳｒＴａ２Ｏ６，ＢａＴａ２Ｏ６，ＮｉＴａ２Ｏ６，Ｒｂ４Ｔａ６Ｏ１７，Ｃａ２Ｔａ２Ｏ７，Ｓｒ２Ｔａ２Ｏ７，Ｋ２ＳｒＴａ２Ｏ７，ＲｂＮｄＴａ２Ｏ７，Ｈ２Ｌａ２／３Ｔａ２Ｏ７，Ｋ２Ｓｒ１．５Ｔａ３Ｏ１０，ＬｉＣａ２Ｔａ３Ｏ１０，ＫＢａ２Ｔａ３Ｏ１０，Ｓｒ５Ｔａ４Ｏ１５，Ｂａ５Ｔａ４Ｏ１５，Ｈ１．８Ｓｒ０．８１Ｂｉ０．１９Ｔａ２Ｏ７
，ＬａＴａＯ４，Ｌａ３ＴａＯ７等のタンタル含有酸化物や、ＣｅＯ２：Ｓｒ，ＢａＣｅＯ３等のセリウム含有酸化物や、ＰｂＷＯ４，ＲｂＷＮｂＯ６，ＲｂＷＴａＯ６等のタングステン含有酸化物や、（Ｇａ１－ｘＺｎｘ）（Ｎ１－ｘＯｘ），（Ｚｎ１＋ｘＧｅ）（Ｎ２Ｏｘ），ＬａＭｇ１/３Ｔａ２/３Ｏ２Ｎ，ＴａＯＮ等の酸窒化物等を用いることが考えられる。
，ＬａＴａＯ４，Ｌａ３ＴａＯ７等のタンタル含有酸化物や、ＣｅＯ２：Ｓｒ，ＢａＣｅＯ３等のセリウム含有酸化物や、ＰｂＷＯ４，ＲｂＷＮｂＯ６，ＲｂＷＴａＯ６等のタングステン含有酸化物や、（Ｇａ１－ｘＺｎｘ）（Ｎ１－ｘＯｘ），（Ｚｎ１＋ｘＧｅ）（Ｎ２Ｏｘ），ＬａＭｇ１/３Ｔａ２/３Ｏ２Ｎ，ＴａＯＮ等の酸窒化物等を用いることが考えられる。
【0032】
光源１３は、例えば、キセノンランプが用いられ、光１３１として短波長の紫外線（例えば、波長λ＞３００ｎｍ）を発する。光源１３から発せられた光１３１は、透明な分解槽１１の端面１１１を透過し、光触媒シート１２の光触媒が固定化された上端面１２１に照射される。
【0033】
光触媒シート１２に固定化された光触媒は、分解対象水Ｗと接触しつつ、光１３１に照射されることで、分解対象水Ｗから水素と酸素（Ｏ２）を生成する。そして、生成された水素と酸素は、排出孔１９から回収される。光触媒は、分解対象水Ｗと光１３１さえあれば半永久的に水素を生成することができるため、水を電気分解して水素を生成する方法と異なり、電力が必要ない。そのため、コストを抑えて簡便に水素を生成することができる。なお、光源１３は、キセノンランプに限定されるものでなく、水銀ランプ、ハロゲンランプ、レーザ、太陽光等、使用する光触媒に応じて好適なものを選択しても良いし、これらの光源を組み合わせて用いることとしても良い。また、光触媒シート１２に照射する光１３１としては、紫外線に限定されるものではなく、可視光線や赤外線の中・長波長の光を、使用する光触媒に応じて選択するものとしても良い。
【0034】
コージェネレーションシステム１４は、例えば、発電機であるガスタービンやガスエンジン等の内燃機関１４１の排熱を、温水として回収するものである。温水は、例えば、ジャケット水循環路１４３を循環することで内燃機関１４１を冷却するジャケット水Ｊを熱源として、熱交換器１４２により加熱されたものである。温水の温度は、加熱により、摂氏約９０度とされる。この摂氏約９０度の温水は、いわゆる中低温排熱に該当する。また、コージェネレーションシステム１４には、回収された排熱としての温水を熱媒Ｈとする熱媒回路１８が接続されている。
【0035】
熱交換器１５は、加熱回路１７と熱媒回路１８とが接続されており、加熱回路１７を流れる分解対象水Ｗと熱媒回路１８を流れる熱媒（温水）Ｈとの熱交換を行うものである。
【0036】
分解槽１１の出力ポート１１３から加熱回路１７に排出された分解対象水Ｗは、熱交換器１５において、熱媒（温水）Ｈとの熱交換により、例えば摂氏９０度に加熱される。そして、加熱された分解対象水Ｗは、入力ポート１１４から分解槽１１に戻される。また、コージェネレーションシステム１４から熱媒回路１８に排出された熱媒（温水）Ｈは、熱交換器１５において、熱媒（温水）Ｈとの熱交換により冷却される。そして、冷却された熱媒（温水）Ｈは、コージェネレーションシステム１４に戻される。この冷却された熱媒Ｈとしての温水は、再度、コージェネレーションシステム１４の内燃機関１４１のジャケット水Ｊを冷却するために用いることができる。
【0037】
熱交換器１５において加熱された分解対象水Ｗにより、分解槽１１内の分解対象水Ｗは、摂氏９０度に保たれている。よって、光触媒シート１２による分解対象水Ｗの分解は、分解対象水Ｗが摂氏９０度の状態で行われる。分解対象水Ｗが摂氏９０度の状態で分解を行うと、水素の生成速度が、常温下における水素の生成速度の約３倍となるため、効率良く水素を生成することができる。
【0038】
なお、分解槽１１内の分解対象水Ｗの温度は、摂氏９０度に限定されるものではなく、常温超え、摂氏１００度未満の温度範囲のうちの任意の温度としても良い。当該温度範囲においては、分解対象水Ｗが常温である場合に比べて水素の生成速度が向上されるからである。分解対象水Ｗの温度が、常温超え、摂氏１００度未満の温度範囲にある場合に、水素の生成速度が向上されることは、出願人が実験により確認した。
【0039】
以下に、出願人が行った実験について説明する。図３は、光触媒による水の分解実験をするための実験装置７の構成を表す図である。実験装置７は、水槽７１と、ホットスターラー７２と、反応容器７３と、光源７４と、トラップ７５とから構成される。
【0040】
反応容器７３には、光が透過可能な容器であり、内部には懸濁液Ｓが入っている。当該懸濁液Ｓは、分解対象となる水１００ｍＬに対し、粉末状の光触媒（ＲｈＣｒＯｘ／ＳｒＴｉＯ３：Ａｌ）を２０ｍｇ加えた上、当該粉末状の光触媒を、超音波処理を１分間行うことで分散させたものである。光触媒が分散されているため、懸濁液Ｓは後述する光７４１の照射を受けることで、分解対象となる水を分解し、水素を発生する。
【0041】
なお、粉末状の光触媒は、以下のように生成した。まず、ＳｒＴｉＯ３：Ａｌを以下のように合成する。チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）を１０ｍｍｏｌ(１．８３４９ｇ)、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を０．２ｍｍｏｌ(０．０２０４ｇ)を測り取り、メノウ乳鉢で１５分間よく混合し、さらにブロック状の塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ２） を１００ｍｍｏｌ(１５．８５ｇ)加えて粉砕しながら１５分間混合した粉末試料を作る。その後、当該粉末試料をアルミナるつぼに移し、蓋をしてから電気炉で摂氏１１５０度まで１０℃/ｍｉｎで昇温し、１０時間焼成した。焼成した後、室温まで冷ましてから、電気炉からアルミナるつぼを取り出し、洗液が中性付近になるまで粉末試料を水で洗浄した。その後、６０ ℃で一晩乾燥させることで、ＳｒＴｉＯ３：Ａｌの合成が完了される。次に、合成したＳｒＴｉＯ３：Ａｌに助触媒であるロジウムクロム複合酸化物（ＲｈＣｒＯｘ）を、以下のように、含侵法により担持させる。まず、Ｒｈ源にヘキサクロロロジウム酸ナトリウム(III) n 水和物（Ｎａ３ＲｈＣｌ６・ｎＨ２Ｏ）、Ｃｒ源に硝酸クロム九水和物（Ｃｒ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ）を用い、Ｒｈ、Ｃｒともにメタルとして０．１ ｗｔ%となるように測りとる。そして、蒸発皿にチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、少量の水とともに加え、湯浴上で水が蒸発しきるまでガラス棒で撹拌した。その後、電気炉により３５０ ℃で１時間焼成した。こうして得られた試料が上記した粉末状の光触媒（ＲｈＣｒＯｘ／ＳｒＴｉＯ３：Ａｌ）である。
【0042】
また、反応容器７３内には、攪拌子７６１が投入されている。当該攪拌子７６１は、スターラー７６によって回転され、懸濁液Ｓ中の光触媒の粉末を均等に分散させる。
【0043】
さらにまた、反応容器７３は、入力孔７３１および出力孔７３２を備えている。入力孔７３１からは懸濁液Ｓをバブリングするためのアルゴンガスが、反応容器７３内に流入される。出力孔７３２からは、水を分解して発生する水素および酸素等のガスが排出される。出力孔７３２には、トラップ７５が接続されており、トラップから排出されるガスを、ガスクロマトグラフによって定量を行う。
【0044】
反応容器７３は、水槽７１内に設置されている。水槽７１内には、水がはられており、当該水の温度（以下、単に水温という）は、温度センサ７２１付きのホットスターラー７２によって制御される。また、水槽７１内には、攪拌子７２２が投入されている。当該攪拌子７２２は、ホットスターラー７２によって回転され、水槽７１内の水の温度を均等に保つ。
【0045】
光源７４は、例えばキセノンランプであり、反応容器７３から約３ｃｍの位置に設置されている。そして、光源７４は光７４１（波長λ＞３００ｎｍ）を、反応容器７３内の懸濁液Ｓに照射することができる。
【0046】
以上のような構成を持った実験装置７を用いて、以下のようにして実験を行った。
【0047】
まず、懸濁液Ｓが入った反応容器７３を、水がはられた水槽７１内に設置した状態で、懸濁液Ｓをアルゴンガスにより１時間バブリングし、反応容器７３内の空気を取り除く。そして、ホットスターラー７２により、水温を、摂氏３０度、または、摂氏５０度、または、摂氏６０度、または、摂氏７０度、または、摂氏８０度、または摂氏９０度に制御し、懸濁液Ｓを加熱する。そして、懸濁液Ｓが加熱された状態で、光源７４により光７４１を、懸濁液Ｓに照射し、摂氏３０度、摂氏５０度、摂氏６０度、摂氏７０度、摂氏８０度、摂氏９０度の各温度（以下、単に各温度という）における水素の発生量を、ガスクロマトグラフによって定量した。そして、各温度における水素の発生量を、常温における水素の発生量と比較した。なお、懸濁液Ｓが常温の場合とは、懸濁液Ｓが入った反応容器７３が、水温を摂氏２０度とされた水槽７１に設置されている場合を指す。
【0048】
この実験の結果を、図４および図５を用いて説明する。図４は、懸濁液Ｓが加熱された場合と、懸濁液Ｓが常温の場合の水素の発生量を比較したグラフである。図５は、懸濁液Ｓが加熱された場合と、懸濁液Ｓが常温の場合の水素の生成速度を比較したグラフである。
【0049】
図４に示すグラフの横軸は、懸濁液Ｓに光７４１を照射した時間を表しており、縦軸は水素の発生量を表している。各温度において時間と水素の発生量とが比例関係にあるとともに、温度が上がるほど発生量が増大することが分かる。ここで、各温度における時間と水素の発生量の関係から求まる傾きを、水素の生成速度（μｍｏｌ／ｈ）とする。
【0050】
図５に示すグラフの横軸は、水槽７１の水温を表しており、縦軸は、水素の生成速度を表している。各温度における水素の生成速度を比較すると、温度が上がるにつれて生成速度は明確に上昇していき、摂氏６０度の生成速度は、摂氏２０度の生成速度の約２倍となり、摂氏９０度の生成速度は、摂氏２０度の生成速度の約３倍となる。一方で、水温が１００度以上となると、懸濁液Ｓの蒸発が著しく進み、水素を生成する効率が却って低下するおそれがあることを確認した。
【0051】
以上の実験結果から、水素生成システム１において、効率良く水素を生成するためには、分解槽１１内の分解対象水Ｗの温度を、常温超え、摂氏１００度未満とするのが好ましいのである。なお、常温とは、上記の出願人が行った実験においては摂氏２０度としているが、ＪＩＳ Ｚ ８７０３によれば、摂氏５度以上３５度以下の範囲を言う。よって、現実的には、分解対象水Ｗの温度は、摂氏３５度越えに加熱される。
【0052】
また、分解対象水Ｗは、先述の通り、コージェネレーションシステム１４の回収された排熱を利用した熱媒Ｈによって、常温超え、摂氏１００度未満に加熱される。このため、未利用エネルギーの有効活用することができるという点で、省エネルギー化に配慮した水素生成システム１とすることができる。
【0053】
なお、蒸気したコージェネレーションシステム１４は、排熱である温水によって、分解対象水Ｗを加熱するものとしているが、内燃機関１４１の排熱を蒸気として回収し、当該蒸気を熱媒Ｈとして熱媒回路１８に流し、分解対象水Ｗを加熱するものとしても良い。排熱としての蒸気は、内燃機関１４１の排ガスを利用して排ガス蒸気ボイラから得られるものであり、その温度は摂氏約１５０度である。この摂氏約１５０度の蒸気は、いわゆる中低温排熱に該当する。
【0054】
以上説明したように、第１の実施形態に係る水素生成システム１によれば、
（１）分解対象の水（分解対象水Ｗ）が供給される分解槽１１と、分解槽１１の内部で分解対象水Ｗと接触する光触媒（例えば、光触媒シート１２）と、光触媒（光触媒シート１２）に光１３１を照射する光源１３と、を備え、分解対象水Ｗを分解して水素を発生させる水素生成システム１において、排熱を利用して分解対象水Ｗを加熱する加熱装置（例えば、コージェネレーションシステム１４）を備えること、を特徴とする。
（１）分解対象の水（分解対象水Ｗ）が供給される分解槽１１と、分解槽１１の内部で分解対象水Ｗと接触する光触媒（例えば、光触媒シート１２）と、光触媒（光触媒シート１２）に光１３１を照射する光源１３と、を備え、分解対象水Ｗを分解して水素を発生させる水素生成システム１において、排熱を利用して分解対象水Ｗを加熱する加熱装置（例えば、コージェネレーションシステム１４）を備えること、を特徴とする。
【0055】
（１）に記載の水素生成システム１によれば、効率良く水素を生成することができるとともに、省エネルギー化に配慮した水素生成システム１とすることができる。
【0056】
出願人は、分解対象の水を加熱した状態で光触媒による分解を行うと、常温で分解を行う場合に比べて、水分解活性が向上し、水素の生成速度が上昇することを実験により確認した。よって、水素生成システム１において、加熱装置（コージェネレーションシステム１４）によって分解対象の水（分解対象水Ｗ）を加熱することで、より効率的に水素を生成することができる。
【0057】
また、加熱装置（例えば、コージェネレーションシステム１４）は、排熱を利用して分解対象の水（分解対象水Ｗ）を加熱するものである。排熱とは、例えば、発電機（例えば、内燃機関１４１）の排熱等の未利用エネルギーであり、未利用エネルギーを活用することで、省エネルギー化に配慮した水素生成システム１とすることが可能である。
【0058】
（２）（１）に記載の水素生成システム１において、加熱装置（コージェネレーションシステム１４）は、水（分解対象水Ｗ）を、常温超え、摂氏１００度未満に加熱すること、を特徴とする。
【0059】
（２）に記載の水素生成システム１によれば、効率良く水素を生成することができるとともに、省エネルギー化に配慮した水素生成システム１とすることができる。
【0060】
出願人は、分解対象の水の温度が常温を超えると、水分解活性が向上していき、摂氏６０度における水素の生成速度が、常温下における水素の生成速度の約２倍となり、摂氏９０度における水素の生成速度が、常温下における水素の生成速度の約３倍となることを実験により確認した。さらに、出願人は、分解対象の水は、温度が摂氏１００度以上になると蒸発が進み、水素を生成する効率が却って低下するおそれがあることを実験により確認した。よって、加熱装置（コージェネレーションシステム１４）により、分解対象となる水（分解対象水Ｗ）を、常温超え、摂氏１００度未満に加熱することが望ましい。
【0061】
また、分解対象の水（分解対象水Ｗ）を常温超え、摂氏１００度未満に加熱するために用いられる排熱には、摂氏９０度から１５０度程度の中低温排熱が適切である。多くが廃棄されている中低温排熱を利用することができるため、未利用エネルギーを有効に活用することができるという点で、省エネルギー化に配慮した水素生成システム１とすることができる。
【0062】
（３）（１）または（２）に記載の水素生成システム１において、加熱装置は、排熱を回収するコージェネレーションシステム１４であること、分解槽１１には、熱交換器１５が接続されていること、コージェネレーションシステム１４は、回収した排熱（例えば、温水または蒸気）により、熱交換器１５を介して、水（分解対象水Ｗ）を加熱すること、を特徴とする。
【0063】
（３）に記載の水素生成システム１によれば、省エネルギー化に配慮した水素生成システム１とすることができる。例えば、内燃機関１４１としてガスエンジンを用いたコージェネレーションシステム１４であれば、ガスエンジンの排熱を蒸気や温水として回収することができる。コージェネレーションシステム１４により回収した排熱を用い、熱交換器１５を介して分解対象の水（分解対象水Ｗ）を加熱することとすれば、未利用エネルギーの有効活用することができ、省エネルギー化に配慮した水素生成システム１とすることができる。
【0064】
（第２の実施形態）
次に、本発明の水素生成システムの第２の実施形態について、図面を参照しながら、第１の実施形態と異なる点を説明する。
次に、本発明の水素生成システムの第２の実施形態について、図面を参照しながら、第１の実施形態と異なる点を説明する。
【0065】
図２は、第２の実施形態に係る水素生成システム５の構成を表す図である。水素生成システム５は、光触媒シート５２を内部に有する分解槽５１と、光源５３と、コージェネレーションシステム（加熱装置の一例）５４と、温調器５５と、からなり、光触媒シート５２により水（Ｈ２Ｏ）を分解して水素を生成するためのシステムである。
【0066】
分解槽５１は密閉されており、内部空間５１２は外気と遮断されている。そして、内部空間５１２に分解対象水Ｗを貯水可能に形成されている。分解槽５１は、少なくとも、後述する光源５３が配置される側の端面５１１が、透明な樹脂やガラスにより構成されている。これにより、光源５３から照射される光５３１は、端面５１１を透過し、内部空間５１２に達するようにされている。
【0067】
また、分解槽５１は、供給路５６が接続された供給孔５１３を有しており、供給路５６から供給される分解対象水Ｗが、供給孔５１３から内部空間５１２に注水される。さらにまた、分解槽５１は排水孔５１５を有している。
【0068】
また、分解槽５１は、分解対象水Ｗを分解して生成される水素を回収するための排出孔５１４を備えている。排出孔５１４から回収された水素は、例えば貯蔵タンク（不図示）に一時的に貯蔵された後、パイプラインや輸送車両により水素ステーション等に輸送され、エネルギーとして活用される。
【0069】
光触媒シート（光触媒の一例）５２は、第１の実施形態に係る光触媒シート１２と同一のものである。光触媒シート５２は、光触媒が固定化された上端面５２１が、光５３１が透過してくる分解槽５１の端面５１１に向いた状態で分解槽５１の内部空間５１２に固定されている。そして、光触媒シート５２は、少なくとも光触媒が固定化された上端面５２１が、分解槽５１に注水される分解対象水Ｗと接触する。なお、光触媒をシート状に形成せず、光触媒の粉末を分解槽５１内の分解対象水Ｗに分散させ、分解槽５１内に懸濁液を形成することとしても良いのは、第１の実施形態と同様である。
【0070】
光源５３および光源５３から発せられる光５３１のそれぞれは、第１の実施形態に係る光源１３および光１３１と同一のものである。光５３１は、透明な分解槽５１の端面５１１を透過し、光触媒シート５２の光触媒が固定化された上端面５２１に照射される。光触媒シート５２に固定化された光触媒は、分解対象水Ｗと接触しつつ、光５３１に照射されることで、分解対象水Ｗから水素と酸素を生成する。そして、生成された水素と酸素は、排出孔１９から排出される。
【0071】
コージェネレーションシステム５４は、例えば、発電機であるガスタービンやガスエンジン等の内燃機関５４１の排熱を、温水ＨＷとして回収するものである。温水ＨＷは、例えば、ジャケット水循環路５４３を循環することで内燃機関５４１を冷却するジャケット水Ｊを熱源として、熱交換器５４２により加熱されたものである。温水ＨＷの温度は、加熱により、摂氏約９０度とされる。この摂氏約９０度の温水ＨＷは、いわゆる中低温排熱に該当する。コージェネレーションシステム５４には、出湯路５７が接続されており、温水ＨＷは、出湯路５７を通り、コージェネレーションシステム５４から排出される。
【0072】
温調器５５は、出湯路５７と供給路５６とが接続されており、出湯路５７から温調器５５に導入された温水ＨＷは、温調器５５により、常温越え、摂氏１００度未満の任意の温度に調温される。調温された温水ＨＷは、分解対象水Ｗとして、供給路５６に排出される。そして、供給路５６に排出された分解対象水Ｗは、供給孔５１３から、分解槽５１の内部空間５１２に注水される。このように、排熱としての温水ＨＷを分解対象水Ｗとして利用するものであるため、内燃機関１４１の稼働中は、分解槽５１に連続して分解対象水Ｗが供給されることとなる。分解槽５１内で、分解されずに余剰した分解対象水Ｗは、分解槽５１の排水孔５１５から排出される。
【0073】
温調器５５によって調温された分解対象水Ｗにより、分解槽５１内の分解対象水Ｗは、常温越え、摂氏１００度未満の任意の温度に保たれている。よって、光触媒シート５２による分解対象水Ｗの分解は、分解対象水Ｗの温度が、常温度越え、摂氏１００度未満の任意の温度となった状態で行われる。
【0074】
分解対象水Ｗの温度が、常温を超えると、生成速度が上昇していき、摂氏６０度の生成速度は、摂氏３０度の生成速度の約２倍となり、摂氏９０度の生成速度は、摂氏３０度の生成速度の約３倍となることを、出願人が実験により確認したことは先述の通りである。また、水温が１００度以上となると、懸濁液Ｓの蒸発が進み、水素を生成する効率が却って低下するおそれがあることを、出願人が実験により確認したことは先述の通りである。よって、水素生成システム５においては、分解対象水Ｗの温度が、常温越え、摂氏１００度未満の任意の温度となった状態で、分解対象水Ｗの分解が行われるため、効率良く水素を生成することができる。
【0075】
以上説明したように、第２の実施形態に係る水素生成システム５によれば、
（４）（１）または（２）に記載の水素生成システム５において、加熱装置（例えば、コージェネレーションシステム５４）は、排熱を、温水ＨＷとして回収するコージェネレーションシステムであること、水（分解対象水Ｗ）は、温水ＨＷであること、を特徴とする。
（４）（１）または（２）に記載の水素生成システム５において、加熱装置（例えば、コージェネレーションシステム５４）は、排熱を、温水ＨＷとして回収するコージェネレーションシステムであること、水（分解対象水Ｗ）は、温水ＨＷであること、を特徴とする。
【0076】
（４）に記載の水素生成システム５によれば、省エネルギー化に配慮した水素生成システム５とすることができる。例えば、内燃機関５４１としてガスエンジンを用いたコージェネレーションシステム５４であれば、ガスエンジンの排熱により加熱された温水ＨＷを回収することができる。当該温水ＨＷを分解対象の水（分解対象水Ｗ）として活用すれば、未利用エネルギーを有効活用することができ、省エネルギー化に配慮した水素生成システム５とすることができる。
【0077】
なお、上記第１の実施形態および第２の実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。例えば、光触媒の一例として、光触媒シート１２，５２を用いているが、必ずしも光触媒をシート状に形成する必要はない。例えば、光触媒の粉末を分解槽１１，５１内の分解対象水Ｗに分散させ、分解槽１１，５１内に懸濁液を形成することで、分解対象水Ｗと光触媒とが接触するものとしても良い。この場合、懸濁液中の光触媒の濃度が保たれるよう、連続的に分解対象水Ｗが分解槽１１，５１に供給されることとなる。また、懸濁液中に光触媒の粉末が均等に分散するよう、攪拌装置を要する。
【符号の説明】
【0078】
１ 水素生成システム
１１ 分解槽
１２ 光触媒シート（光触媒の一例）
１３ 光源
１４ コージェネレーションシステム（加熱装置の一例）
１３１ 光
Ｗ 分解対象水
１１ 分解槽
１２ 光触媒シート（光触媒の一例）
１３ 光源
１４ コージェネレーションシステム（加熱装置の一例）
１３１ 光
Ｗ 分解対象水
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】