(57)【要約】【課題】  水素を効率良く生成することが可能な水素生成装置を提供する。【解決手段】  水素生成に用いられる水などの水素生成媒体２０と、媒体２０に対して水素生成用の照射光Ｌを集光しつつ照射する集光光学系３５と、媒体２０において生成される水素を収集する水素収集系４０とを備えて水素生成装置１１を構成する。そして、集光光学系３５は、水素生成媒体２０中において照射光Ｌの集光照射による光反応が発生する条件を満たすように照射光Ｌを集光するとともに、水素収集系４０は、光反応で媒体２０中の物質が分解して生成される水素を収集する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素生成に用いられる水素生成媒体と、
前記水素生成媒体に対して水素生成用の照射光を集光しつつ照射する集光光学系と、
前記水素生成媒体において生成される水素を収集する水素収集手段とを備え、
前記集光光学系は、前記水素生成媒体中において前記照射光の集光照射による光反応が発生する条件を満たすように前記照射光を集光するとともに、前記水素収集手段は、前記光反応で前記水素生成媒体中の物質が分解して生成される水素を収集することを特徴とする水素生成装置。
【請求項２】
前記水素生成媒体は、水、メタノール、エタノール、及びアセトンの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記水素生成媒体を収容する媒体収容手段と、
前記集光光学系からの前記照射光を前記媒体収容手段内の前記水素生成媒体へと透過させる光透過窓と
を備えることを特徴とする請求項１記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記水素生成媒体は液体からなり、前記光透過窓の前記水素生成媒体側の面上に光透過性の親水剤が塗布されていることを特徴とする請求項３記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記親水剤は、光触媒作用を有する物質からなることを特徴とする請求項４記載の水素生成装置。
【請求項６】
水素生成用の前記照射光を供給する照射光供給手段を備えることを特徴とする請求項１記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記照射光供給手段は、前記照射光としてパルスレーザ光を供給するパルスレーザ光源であることを特徴とする請求項６記載の水素生成装置。
【請求項８】
前記水素生成媒体を通過した前記照射光を再び水素生成用の照射光として前記水素生成媒体に対して照射するための光再利用手段を備えることを特徴とする請求項１記載の水素生成装置。
【請求項９】
前記水素生成媒体は液体からなり、界面活性剤が添加されていることを特徴とする請求項１記載の水素生成装置。
【請求項１０】
前記水素生成媒体は氷からなるとともに、それ自体で前記水素収集手段の機能を有することを特徴とする請求項１記載の水素生成装置。
【請求項１１】
砕氷用の照射光を供給する照射光供給手段と、
砕氷対象となる氷に対して前記照射光を集光しつつ照射する集光光学系とを備え、
前記集光光学系は、前記砕氷対象となる氷中において前記照射光の集光照射による光反応が発生する条件を満たすように前記照射光を集光することにより、その氷を砕氷することを特徴とする砕氷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光反応を利用して水素を生成する水素生成装置、及び光反応を利用して砕氷を行う砕氷装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水などの水素生成媒体から生成される水素は、環境にやさしいクリーンな燃料として注目されている。水素生成に利用可能な水や海水は安価かつ大量に存在しており、このような水素生成媒体からクリーンな水素燃料を生成することは、人類のエネルギー問題の解決につながる重要な課題である（例えば、特許文献１、非特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００２−３３８２０１号公報
【非特許文献１】Zhigang Zou et al., “Directsplitting of water under visible light irradiation with an oxide semiconductorphotocatalyst”, NATURE vol. 414, p.625-627 (2001)
【非特許文献２】大森隆、「持続可能社会をめざす触媒化学−水素製造用光触媒チップ」、ＲＩＴＥ  ＮＯＷ  ４４号、p.06-07 (2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
水素生成媒体からの水素生成の方法として、光触媒の存在下で光を照射することによって水素生成媒体を分解して水素を生成する方法が用いられている。例えば、非特許文献１では、無機酸化物半導体であるＩｎＴａＯ４にＮｉドーピング処理を行い、さらに表面にＮｉＯを担持した化合物で構成された光触媒を用いて水素生成を行っている。また、非特許文献２では、多層薄膜構造を有する光触媒チップが用いられている。
【０００４】
これらの例からわかるように、従来の水素生成方法では特殊な光触媒装置を必要とするという問題があった。また、水素燃料の実用性等を考慮すると、上記方法によって得られる水素の生成効率は、まだ充分とは言えない。
【０００５】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、水素を効率良く生成することが可能な水素生成装置、及び砕氷装置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】
【０００６】
このような目的を達成するために、本発明による水素生成装置は、（１）水素生成に用いられる水素生成媒体と、（２）水素生成媒体に対して水素生成用の照射光を集光しつつ照射する集光光学系と、（３）水素生成媒体において生成される水素を収集する水素収集手段とを備え、（４）集光光学系は、水素生成媒体中において照射光の集光照射による光反応が発生する条件を満たすように照射光を集光するとともに、水素収集手段は、光反応で水素生成媒体中の物質が分解して生成される水素を収集することを特徴とする。
【０００７】
上記した水素生成装置においては、水などの水素生成媒体に対して光を集光照射して、集光によって大強度となった照射光自体の電界の作用で水素生成媒体中の物質を分解し、それによって水素を生成する。このような構成によれば、特殊な光触媒等を用いることなく、簡単な構成で効率良く水素を生成することが可能となる。
【０００８】
ここで、水素生成媒体は、水、メタノール、エタノール、及びアセトンの少なくとも１つを含むことが好ましい。一般には、水素生成媒体としては、水、海水、工業用水、工業廃水、メタノール、エタノール、アセトンなど、媒体の構成分子中に水素原子を有する液体、あるいはそれらが相変化した気体、固体を用いることが好ましい。
【０００９】
また、水素生成装置は、水素生成媒体を収容する媒体収容手段と、集光光学系からの照射光を媒体収容手段内の水素生成媒体へと透過させる光透過窓とを備えることとしても良い。これにより、水素生成装置を好適に構成することができる。この場合、水素生成媒体は液体からなり、光透過窓の水素生成媒体側の面上に光透過性の親水剤が塗布されている構成としても良い。さらに、親水剤としては、光触媒作用を有する物質からなる親水剤を用いることが好ましい。
【００１０】
また、水素生成装置は、水素生成用の照射光を供給する照射光供給手段を備えることが好ましい。具体的な照射光供給手段としては、例えば、照射光としてパルスレーザ光を供給するパルスレーザ光源を用いることができる。また、照射光供給手段としては、レーザ光源以外にもランプ光源等を用いても良い。あるいは、照射光として太陽光を用いる場合には、照射光供給手段を設けることは不要である。
【００１１】
また、水素生成装置は、水素生成媒体を通過した照射光を再び水素生成用の照射光として水素生成媒体に対して照射するための光再利用手段を備える構成としても良い。このような光再利用手段としては、例えば、媒体収容手段を光積分球とする構成を用いることができる。
【００１２】
また、水素生成媒体は液体からなり、界面活性剤が添加されている構成としても良い。また、水素生成媒体は氷からなるとともに、それ自体で水素収集手段の機能を有する構成としても良い。
【００１３】
本発明による砕氷装置は、（ａ）砕氷用の照射光を供給する照射光供給手段と、（ｂ）砕氷対象となる氷に対して照射光を集光しつつ照射する集光光学系とを備え、（ｃ）集光光学系は、砕氷対象となる氷中において照射光の集光照射による光反応が発生する条件を満たすように照射光を集光することにより、その氷を砕氷することを特徴とする。
【００１４】
上記した砕氷装置においては、氷に対して光を集光照射して、集光によって大強度となった照射光自体の電界の作用で砕氷を行っている。このような構成によれば、特殊な光触媒等を用いることなく、簡単な構成で効率良く砕氷を行うことが可能となる。このような砕氷装置は、例えば砕氷船に適用可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の水素生成装置によれば、水などの水素生成媒体に対して光を集光照射し、大強度となった照射光自体の電界の作用で水素生成媒体中の物質を分解して水素を生成することにより、特殊な光触媒等を用いることなく、簡単な構成で効率良く水素を生成することが可能となる。
【００１６】
また、本発明による砕氷装置によれば、砕氷対象の氷に対して光を集光照射し、大強度となった照射光自体の電界の作用で砕氷を行うことにより、特殊な光触媒等を用いることなく、簡単な構成で効率良く砕氷を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面とともに本発明による水素生成装置、及び砕氷装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１８】
図１は、本発明による水素生成装置の第１実施形態の構成を概略的に示す側面断面図である。本実施形態の水素生成装置１１は、光反応を利用して水素を生成する装置であり、水素生成媒体２０と、照射光供給系３０と、水素収集系４０とを備えている。
【００１９】
水素生成媒体２０は、水素生成に用いられる物質（構成分子）を含む媒体であり、例えば水、メタノール、エタノール、及びアセトンの少なくとも１つを含む媒体が好ましく用いられる。一般には、この水素生成媒体２０としては、水、海水、工業用水、工業廃水、メタノール、エタノール、アセトンなど、媒体の構成分子中に水素原子を有する液体、あるいはそれらが相変化した気体、固体などを用いることができる。
【００２０】
図１に示した構成においては、水素生成媒体２０は、媒体収容手段である容器２５内に収容されている。そして、この容器２５からみて所定位置に、水素生成媒体２０に対して水素生成用の照射光Ｌを供給する照射光供給系３０が設置されている。また、容器２５と照射光供給系３０との間には、照射光Ｌを水素生成媒体２０に対して集光しつつ照射するための集光光学系３５が配置されている。また、容器２５のうち、照射光供給系３０側の所定部位には、集光光学系３５によって集光される照射光Ｌを容器２５内の水素生成媒体２０へと透過させる光透過窓２６が設けられている。なお、図１においては、集光光学系３５を単一の集光レンズによって模式的に示している。
【００２１】
このような構成において、集光光学系３５は、水素生成媒体２０中において照射光Ｌの集光照射による光反応が発生する条件を満たすように照射光Ｌを集光する。このとき、水素生成媒体２０において、光反応で媒体２０中の物質が分解（例えば水が分解）して、水素が生成される。また、容器２５の上方には、水素収集用配管４０ａを介して水素収集系４０が接続されている。水素生成媒体２０中で光反応によって生成された水素は、この水素収集系４０によって収集される。
【００２２】
本実施形態による水素生成装置１１の効果について説明する。
【００２３】
図１に示した水素生成装置１１においては、水などの水素生成媒体２０に対して照射光供給系３０からの照射光Ｌを集光光学系３５によって集光照射して、集光によって大強度となった照射光Ｌ自体の強電界の作用で水素生成媒体２０中の物質を分解し、それによって水素を生成する。このような構成によれば、特殊な光触媒等を用いることなく、簡単な構成で効率良く水素を生成することが可能となる。
【００２４】
また、水素生成装置１１は、水素生成媒体２０を収容する容器２５と、集光光学系３５からの照射光Ｌを透過させる光透過窓２６とを備えて構成されている。これにより、水素生成装置１１を好適に構成することができる。ただし、容器２５などの媒体収容手段については、例えば水素生成媒体として海水を用いる場合など、不要であれば媒体収容手段を用いない構成としても良い。
【００２５】
また、本実施形態においては、媒体２０に対して水素生成用の照射光Ｌを供給する照射光供給系３０が設置されている。具体的な照射光供給系３０としては、例えば、照射光Ｌとしてパルスレーザ光を供給するパルスレーザ光源を用いることができる。このようなパルスレーザ光を用いた場合、水素生成媒体２０に照射光Ｌが集光された際の電界の強度を充分に強くして、光反応による水素生成を高効率で実現することができる。また、パルスレーザ光の強度については、例えば１００ｋＷ以上のピーク強度を有するパルスレーザ光を用いることが好ましい。
【００２６】
また、照射光供給系３０としては、パルスレーザ光源以外にも、水素生成媒体２０に照射光Ｌが集光された際の電界の強度を考慮して、例えばＣＷレーザ光源やランプ光源などの光源装置を用いても良い。あるいは、例えば照射光Ｌとして太陽光を用いる場合には、照射光供給系３０を設けることは不要であり、太陽光に対して集光光学系３５のみを設置する構成とすれば良い。
【００２７】
上記構成を有する水素生成装置１１による水素の生成について、図２に示す構成の水素生成装置を用いて実験を行った。ここでは、水素生成媒体として水２０ａを用い、容器２５ａ、２５ｂからなる媒体収容用の容器中に水２０ａを収容した。また、この水２０ａに対して集光光学系として対物レンズ３５ａを設置し、照射光Ｌが水２０ａ中の所定の集光位置Ｐにおいて集光される構成とした。また、照射光Ｌとしては、波長８１５ｎｍ、繰返し周波数１ｋＨｚ、ピーク強度１．６ＧＷ、パルスエネルギー８０μＪ／ｐｕｌｓｅ、パルス幅５０ｆｓの再生増幅フェムト秒パルスレーザ光を用いた。
【００２８】
このような条件で実験を行ったところ、容器中において水素を含む気体２０ｂが生成されることが確認された。また、この気体２０ｂに対してレーザ光照射を行ったところ、爆発が確認された。これは、気体２０ｂ中に水２０ａが分解された水素及び酸素が存在していることを示している。また、この水素の存在は、レーザ誘起プラズマ発光のスペクトル分析、及びガスクロマトグラフィによる気体分析によっても同様に確認された。
【００２９】
この光反応による水素生成では、照射光から水素への光−水素エネルギー変換効率は、１．４％程度と高い効率が得られた。また、各種のレーザ光を用いて気体発生量等を調べたところ、水素生成にはＭＷ程度以上のピーク強度のパルスレーザ光を用いることが好ましいことがわかった。これらの事実から、水素生成媒体中での水素生成には、プラズマの発生が関与している可能性がある。
【００３０】
図３は、気体発生量のピーク強度依存性を示す図である。図３のグラフ（ａ）は、水素を含む気体発生量（ｃｃ／ｈ）の、パルスレーザ光のピーク強度（ＧＷ）に対する依存性を示している。また、グラフ（ｂ）は、グラフ（ａ）を一部拡大して示している。また、グラフＡ１（実線、黒丸）は、集光光学系として対物レンズＡ（OLYMPUS ULWD MSPlan 50）を用いたときの気体発生量を示し、グラフＢ１（破線、白丸）は、対物レンズＢ（Mitutoyo M Plan Apo 20x）を用いたときの気体発生量を示している。これらのグラフより、対物レンズＡでの気体発生の閾値は５４０ＭＷ（平均強度２７ｍＷ）、対物レンズＢでの気体発生の閾値は１２０ＭＷ（平均強度６ｍＷ）と見積もられる。
【００３１】
図４は、気体発生量の集光強度依存性を示す図である。図４のグラフ（ａ）は、水素を含む気体発生量（ｃｃ／ｈ）の、パルスレーザ光の集光強度（ＰＷ／ｃｍ２）に対する依存性を示している。また、グラフ（ｂ）は、グラフ（ａ）を一部拡大して示している。また、グラフＡ２（実線、黒丸）は、集光光学系として対物レンズＡを用いたときの気体発生量を示し、グラフＢ２（破線、白丸）は、対物レンズＢを用いたときの気体発生量を示している。これらのグラフより、対物レンズＡでの気体発生の閾値は２１×１０１５Ｗ／ｃｍ２、対物レンズＢでの気体発生の閾値は２．７×１０１５Ｗ／ｃｍ２と見積もられる。
【００３２】
なお、ここでは、レーザ光の波長λ、及び対物レンズの開口数N.A.に対して、スポット径を φ＝１．２２×λ／N.A. として求めた。具体的には、波長をλ＝８１５ｎｍ、開口数を対物レンズＡでN.A.＝０．５５、対物レンズＢでN.A.＝０．４２とすると、得られるスポット径は、対物レンズＡでφ＝１．８μｍ、対物レンズＢでφ＝２．４μｍとなる。また、例えばピーク強度１．６ＧＷ、対物レンズＡの場合、集光強度はＩ＝１．６×１０９／｛π（φ／２）２｝＝６３×１０１５Ｗ／ｃｍ２となる。
【００３３】
上記した例では水素生成媒体として水を用いているが、一般には、構成分子中に水素原子を有する様々な物質を用いて良い。そのような水素生成媒体としては、例えば海水が考えられる。水素生成媒体中での水素生成にプラズマの発生が関与している場合、電気が流れやすい媒体である海水を利用することにより、水素の生成効率が向上される可能性がある。また、メタノールやエタノールの水素生成媒体としての利用も、水素の生成効率の向上に有効である可能性がある。
【００３４】
本発明による水素生成装置の構成について、さらに説明する。
【００３５】
図５は、本発明による水素生成装置の第２実施形態の構成を概略的に示す側面断面図である。本実施形態の水素生成装置１２は、水素生成媒体２０として海水Ｓを、また、水素生成用の照射光Ｌとして太陽光を用いるものであり、集光光学系３６と、水素収集系４１とを備えている。また、本装置１２においては、海水Ｓを利用しているため、容器などの媒体収容手段は設けられていない。また、太陽光を利用しているため、照射光を供給する照射光供給系は設けられていない。
【００３６】
海水Ｓの上方で、太陽光が海水Ｓへと照射される光路上の所定位置には、照射光である太陽光Ｌを水素生成媒体である海水Ｓに対して集光しつつ照射するための集光光学系３６が配置されている。図５に示す集光光学系３６は、凹面鏡３６ａ及び凸面鏡３６ｂからなる反射集光光学系である。
【００３７】
この集光光学系３６によって太陽光Ｌが海水Ｓに集光照射されることにより、海水Ｓにおいて、光反応で海水Ｓ中の水が分解して、水素が生成される。また、海水Ｓの太陽光Ｌが集光照射される位置の上方には、水素取込系４１ａ、及び水素収集用配管４１ｂを介して水素収集系４１が配置されている。海水Ｓ中で光反応によって生成された水素は、この水素収集系４１によって収集される。また、水素取込系４１ａの所定位置には、集光光学系３６によって集光される太陽光Ｌを下方の海水Ｓへと透過させる光透過窓２７が設けられている。
【００３８】
このように、水素生成媒体としては海水を用いることが可能である。また、水素生成用の照射光としては太陽光を用いることが可能である。ここで、晴天時（太陽光：１ｋＷ／ｍ２）において、水から水素を発生させるのに２×１０１５Ｗ／ｃｍ２の集光強度が必要であるとすると、凹面鏡及び凸面鏡から構成される集光光学系によって太陽光が集光されるまでの距離を１０ｍとして、鏡の直径は３８６ｋｍ程度となる。
【００３９】
図６は、本発明による水素生成装置の第３実施形態の構成を概略的に示す側面断面図である。本実施形態の水素生成装置１３は、水素生成媒体２０と、容器２８と、光透過窓２９と、照射光供給系３０と、集光光学系３５と、水素収集系４０とを備えている。また、媒体収容手段である容器２８の光透過窓２９以外の内壁部分は、光Ｌを反射する反射鏡となっている。
【００４０】
このような構成において、容器２８は、水素生成媒体２０を通過した照射光Ｌを再び水素生成用の照射光として水素生成媒体２０に対して照射するための光再利用手段として機能する。このような光再利用手段を設けることにより、透過光や散乱光を再び水素生成に利用することができ、水素の生成効率を向上することができる。また、光再利用手段としては、光積分球以外にも様々な構成を用いることが可能である。
【００４１】
図７は、本発明による水素生成装置の第４実施形態の構成を概略的に示す側面断面図である。本実施形態の水素生成装置１４は、水素生成媒体２０と、容器２５と、光透過窓２６と、照射光供給系３０と、集光光学系３５と、水素収集系４０とを備えている。また、容器２５の一部を構成する光透過窓２６の水素生成媒体２０側の面上には、光透過性の親水剤２６ａが塗布されている。
【００４２】
このような構成において、水素生成媒体２０が液体からなる場合、水素生成媒体２０中で発生した気体が光透過窓２６に付着して照射光Ｌが散乱されることが防止され、水素の生成効率を向上することができる。また、光透過窓２６のみでなく、容器２５の内面全体に親水剤を塗布する構成としても良い。この場合、水素生成媒体２０中で発生した気体の収集効率が向上され、水素収集系４０による水素の収集効率を向上することができる。
【００４３】
また、図７の構成において、親水剤２６ａとして、光触媒作用を有する物質からなる親水剤を用いても良い。この場合、光触媒作用によって水素の生成効率をさらに向上することが可能である。このような物質としては、例えば酸化チタンが挙げられる。
【００４４】
また、水素生成媒体２０が水などの液体からなる場合、水素生成媒体２０に界面活性剤を添加する構成としても良い。このように界面活性剤を用いる構成によっても、水素生成媒体２０中で発生した気体が光透過窓２６等に付着されることが防止される。
【００４５】
図８は、本発明による水素生成装置の第５実施形態の構成を概略的に示す側面断面図である。本実施形態の水素生成装置１５は、水素生成媒体２０と、容器２５と、光透過窓２６と、照射光供給系３０と、集光光学系３５と、水素収集系４０とを備えている。また、
水素生成媒体２０を収容する容器２５は、水が入った容器５１中の超音波振動子５０上に設置されている。
【００４６】
このような構成において、水素生成媒体２０が液体または固体からなる場合、水素生成媒体２０に対して超音波を供給することにより、媒体２０中で発生した気体を効率良く上方へと輸送することができ、水素収集系４０による水素の収集効率を向上することができる。また、超音波振動子については、図８に示すように水中に配置する構成のみでなく、例えば超音波振動子を容器２５自体に直接に取り付ける構成としても良い。
【００４７】
図９は、水素生成装置に用いられる照射光供給系の一例を示す構成図である。本構成例における照射光供給系３０は、パルスレーザ光源３０ａと、偏光ビームスプリッタ３０ｂと、固定反射鏡３１ａ及び１／４波長板３１ｂを含む第１反射光路と、可動反射鏡３２ａ及び１／４波長板３２ｂを含む第２反射光路と、１／２波長板３３とを有し、照射光Ｌとしてダブルパルスのレーザ光を供給可能に構成されている。
【００４８】
このように、ダブルパルスのレーザ光を水素生成媒体２０に集光照射することにより、水素の生成効率を向上することができる。具体的には、例えば、レーザ光としてパルス幅がピコ秒域にあるパルスレーザ光を用い、遅延光学系を用いてパルス幅の５〜５００倍の遅延時間のダブルパルスを発生させて照射光Ｌとすることが好ましい。また、図９に示す構成では、ダブルパルスの時間間隔は可変である。
【００４９】
図１０は、本発明による水素生成装置の第６実施形態の構成を概略的に示す側面断面図である。本実施形態の水素生成装置１６は、水素生成媒体２１と、一方の面が光透過窓６１になっている容器６０と、照射光供給系３０と、集光光学系３５とを備えている。
【００５０】
本実施形態においては、水素生成媒体２１として、温度調節装置６２によって０℃以下の所定温度に保持された氷を用いている。この氷２１は、水素生成媒体であると同時に、それ自体で媒体収容手段、及び水素収集手段としての機能を有している。すなわち、この氷２１に照射光Ｌを集光照射した場合、光反応で発生した水素を氷２１の内部に含んだ状態で、そのまま燃料として搬送等することが可能である。
【００５１】
図１１は、本発明による水素生成装置の第７実施形態の構成を概略的に示す側面断面図である。本実施形態の水素生成装置１７は、水素生成媒体２２と、超臨界水生成装置６５と、光透過窓６６と、照射光供給系３０と、集光光学系３５と、水素収集系４０とを備えている。
【００５２】
本実施形態においては、媒体収容手段として、超臨界水生成装置６５を用い、水素生成媒体２２として、超臨界状態の水を用いている。このように超臨界状態の液体を水素生成媒体とすることにより、水素の生成効率を向上することができる。例えば水素生成媒体に水を用いる場合、超臨界水生成装置６５において、温度３７４℃以上、圧力２２０ａｔｍ以上の条件とすればよい。
【００５３】
図１２は、本発明による水素生成装置の第８実施形態の構成を概略的に示す側面断面図である。本実施形態の水素生成装置１８は、水素生成媒体２０と、容器７０と、光照射窓７１と、照射光供給系３０と、集光光学系３５と、水素収集系４０とを備えている。
【００５４】
本実施形態においては、水素生成媒体２０を収容する容器７０内に、２つの電極７６、７７が設置されている。また、これらの電極７６、７７間には、容器７０の外部に設置された電圧印加装置７５が導線を介して接続されている。このような構成において、電圧印加装置７５によって電極７６、７７間に電圧を印加することにより、水素生成媒体２０での水素の生成効率を向上することができる。この場合、水素生成媒体２０としては、電解溶液、海水、食塩水などの電気が流れやすい液体を用いることが好ましい。
【００５５】
また、図１２に示すように、容器７０を電極７６、７７の配置に対応した構造とすることにより、水素収集系４０において、水素生成媒体２０中において水素及び酸素が生成されるような場合であっても、水素のみを選択的に収集することが可能となる。この場合、例えば収集した気体の搬送中に気体が爆発するなどの危険を回避することができる。
【００５６】
図１３は、本発明による砕氷装置を備える砕氷船の一実施形態の構成を示す模式図である。本実施形態の砕氷船８０に搭載されている砕氷装置８１は、レーザ光源８２と、反射鏡８６と、集光レンズ８７とを備えている。
【００５７】
レーザ光源８２は、砕氷用の照射光Ｌを供給する照射光供給手段である。また、反射鏡８６及び集光レンズ８７は、砕氷対象となる氷Ｃに対して照射光Ｌを集光しつつ照射する集光光学系８５を構成している。このような構成において、集光光学系８５は、氷Ｃ中において照射光Ｌの集光照射による光反応が発生する条件を満たすように照射光Ｌを集光する。このとき、氷Ｃが分解して過酸素濃度状態が生成され、さらに、照射光Ｌにより発生したプラズマで爆発を起こさせて砕氷を行うことができる。
【００５８】
本発明による水素生成装置及び砕氷装置は、上記した実施形態及び構成例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、水素生成媒体を収容する媒体収容手段、及び生成された水素を収集する水素収集手段については、水素生成媒体として用いる物質の種類や状態、及び媒体中での水素の生成状態などに応じて、様々なものを用いて良い。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、水素を効率良く生成することが可能な水素生成装置、及び砕氷装置として利用可能である。水などの水素生成媒体から生成される水素は、環境にやさしいクリーンな燃料として注目されており、本発明は、人類のエネルギー問題の解決につながる技術として期待される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】水素生成装置の第１実施形態の構成を示す側面断面図である。
【図２】水素生成装置の構成の一例を示す模式図である。
【図３】気体発生量のピーク強度依存性を示す図である。
【図４】気体発生量の集光強度依存性を示す図である。
【図５】水素生成装置の第２実施形態の構成を示す側面断面図である。
【図６】水素生成装置の第３実施形態の構成を示す側面断面図である。
【図７】水素生成装置の第４実施形態の構成を示す側面断面図である。
【図８】水素生成装置の第５実施形態の構成を示す側面断面図である。
【図９】水素生成装置に用いられる照射光供給系の一例を示す構成図である。
【図１０】水素生成装置の第６実施形態の構成を示す側面断面図である。
【図１１】水素生成装置の第７実施形態の構成を示す側面断面図である。
【図１２】水素生成装置の第８実施形態の構成を示す側面断面図である。
【図１３】砕氷装置を備える砕氷船の一実施形態の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６１】
１１〜１８…水素生成装置、２０、２１、２２…水素生成媒体、２５、２８…容器、２６、２７、２９…光透過窓、２６ａ…親水剤、３０…照射光供給系、３０ａ…パルスレーザ光源、３０ｂ…偏光ビームスプリッタ、３１ａ…固定反射鏡、３１ｂ…１／４波長板、３２ａ…可動反射鏡、３２ｂ…１／４波長板、３３…１／２波長板、３５、３６…集光光学系、３６ａ…凹面鏡、３６ｂ…凸面鏡、４０、４１…水素収集系、４０ａ、４１ｂ…水素収集用配管、４１ａ…水素取込系、５０…超音波振動子、５１…容器、６０…容器、６１…光透過窓、６２…温度調節装置、６５…超臨界水生成装置、６６…光透過窓、７０…容器、７１…光透過窓、７５…電圧印加装置、７６、７７…電極、８０…砕氷船、８１…砕氷装置、８２…レーザ光源、８５…集光光学系、８６…反射鏡、８７…集光レンズ、Ｌ…照射光、Ｓ…海水、Ｃ…氷。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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