(57)【要約】【課題】水素の発生効率を高めるとともに、当該水素と酸素との混合を簡単な構成で防止可能な水素発生装置を提供する。【解決手段】水素発生装置１は、可視光応答性触媒を含む光電極４０と、光電極４０と電気的に接続された対極５０と、可視光を透過し、光電極４０とともに水を収容する第一収容部３１と、対極５０とともに水を収容する第二収容部３２と、第一収容部３１における光電極４０よりも下方に連結されるとともに、第二収容部３２における対極５０よりも下方に連結されて、第一収容部３１と第二収容部３２とを連通させる連結部３３とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光応答性触媒を含む光電極と、
前記光電極と電気的に接続された対極と、
可視光を透過し、前記光電極とともに水を収容する第一収容部と、
前記対極とともに水を収容する第二収容部と、
前記第一収容部における前記光電極よりも下方に連結されるとともに、前記第二収容部における前記対極よりも下方に連結されて、前記第一収容部と前記第二収容部とを連通させる連結部とを備える
水素発生装置。
【請求項２】
前記第一収容部、前記第二収容部及び前記連結部の少なくとも一つには、水を供給する水供給部が連通されている
請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項３】
前記第二収容部には、前記対極から発生した水素を回収する水素回収部が当該対極よりも上方に連通されている
請求項１または２に記載の水素発生装置。
【請求項４】
前記第一収容部には、前記光電極から発生した酸素を回収する酸素回収部が当該光電極よりも上方に連通されている
請求項１〜３のいずれか一項に記載の水素発生装置。
【請求項５】
前記可視光応答性触媒は酸化タングステンである
請求項１〜４のいずれか一項に記載の水素発生装置。
【請求項６】
前記光電極は、前記酸化タングステンを含むフィラメントである
請求項５に記載の水素発生装置。
【請求項７】
さらに、前記第一収容部に対して太陽光を集光する光学部を有する
請求項１〜６のいずれか一項に記載の水素発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、光触媒である酸化チタンからなる光電極と対極とが電気的に接続された状態で、水中に配置された水素発生装置が開示されている。この水素発生装置では、光電極に対して太陽光を照射すると、水が分解されて、光電極側からは酸素が発生し、対極側からは水素が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０４５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、酸化チタンからなる光触媒は、主に紫外線で活性化され、可視光では活性化されにくいので、太陽光による水素の発生効率が低いのが実状である。また、簡単な構成で、水素と酸素とを混合させずに、取り出すことも望まれている。
【０００５】
そこで、本発明は、可視光によって水を分解して水素を発生し、当該水素と酸素との混合を簡単な構成で防止可能な水素発生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】
本発明の一態様に係る水素発生装置は、可視光応答性触媒を含む光電極と、光電極と電気的に接続された対極と、可視光を透過し、光電極とともに水を収容する第一収容部と、対極とともに水を収容する第二収容部と、第一収容部における光電極よりも下方に連結されるとともに、第二収容部における対極よりも下方に連結されて、第一収容部と第二収容部とを連通させる連結部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、水素の発生効率を高めるとともに、当該水素と酸素との混合を簡単な構成で防止可能な水素発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態に係る水素発生装置の要部構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】実施の形態に係る水素生成部の概略構成を示す断面図である。
【図３】実施の形態に係る水素生成部及び光学部を模式的に示す上面図である。
【図４】変形例１に係る光学部の概略構成を示す上面図である。
【図５】変形例２に係る光学部の概略構成を示す上面図である。
【図６】変形例３に係る光学部の概略構成を示す上面図である。
【図７】変形例４に係る水素生成部の概略構成を示す断面図である。
【図８】変形例４に係る水素生成部が回収装置に対して装着された状態を示す断面図である。
【図９】変形例５に係る水素生成部の概略構成を示す断面図である。
【図１０】変形例６に係る水素生成部の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下では、本発明の実施の形態に係る水素発生装置について、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態等は、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１０】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。
【００１１】
（実施の形態）
［水素発生装置］
本発明の実施の形態に係る水素発生装置１について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
まず、水素発生装置１の構成について説明する。図１は、実施の形態に係る水素発生装置１の要部構成を模式的に示す斜視図である。
【００１３】
本実施の形態に係る水素発生装置１は、太陽光によって光触媒を活性化することによって、水を分解して、水素を生成する装置である。図１に示すように、水素発生装置１は、水素生成部１０と、水素生成部１０に対して太陽光を集光するための光学部２０とを備えている。
【００１４】
［水素生成部］
図２は、実施の形態に係る水素生成部１０の概略構成を示す断面図である。図２に示すように、水素生成部１０は、容器３０と、光電極４０と、対極５０と、電源６０と、水供給部７０と、水素回収部８０と、酸素回収部９０とを備えている。
【００１５】
［容器］
容器３０は、例えばガラスなどの、可視光に対して透光性を有する材料により略Ｈ字状に形成されている。そして、容器３０は、第一収容部３１と、第二収容部３２と、連結部３３とを一体的に備えており、その内部に水を貯留している。
【００１６】
第一収容部３１では、水が分解されることにより、酸素Ｏと水素イオン（図示せず）が生成される。具体的には、第一収容部３１は、上下方向に連続した円筒状に形成されており、その上端部が開放され、下端部が閉塞されている。第一収容部３１の上端部には、例えばゴムからなる第一栓３４が取り付けられており、これにより、第一収容部３１の上端部が閉塞されている。そして、第一収容部３１には、水とともに光電極４０が収容されている。上述したように、容器３０は、可視光に対して透光性を有する材料により形成されているので、容器３０に太陽光を照射すると、当該第一収容部３１内にある光電極４０に可視光が照射されることになる。
【００１７】
第二収容部３２では、水素イオンが還元されることにより、水素Ｈが生成される。具体的には、第二収容部３２は、上下方向に連続した円筒状に形成されており、第一収容部３１に対して所定の間隔を空けて配置されている。第二収容部３２は、その上端部が開放され、下端部が閉塞されている。第二収容部３２の上端部には、例えばゴムからなる第二栓３５が取り付けられており、これにより、第二収容部３２の上端部が閉塞されている。そして、第二収容部３２には、水とともに対極５０が収容されている。
【００１８】
連結部３３は、水平方向に連続した筒状に形成されており、第一収容部３１及び第二収容部３２の中央よりも下方に配置されている。連結部３３は、これら第一収容部３１及び第二収容部３２を連結して、連通している。なお、連結部３３は、光電極４０で水を分解した際に発生する水素イオンを対極５０側に送り込むために必要不可欠な構造物である。
【００１９】
［光電極］
光電極４０は、可視光応答性触媒を含むフィラメントである。具体的に、可視光応答性触媒とは、可視光（４００ｎｍ(３８０ｎｍ)から８００ｎｍまでの波長領域の光）を吸収することにより励起され、酸化反応および還元反応を引き起こす触媒物質である。可視光応答性触媒としては、酸化タングステン（ＷＯ３）、バナジン酸ビスマス（ＢｉＶＯ４）などが挙げられる。本実施の形態では、タングステンからなるフィラメントを、大気中で通電させることで表面を酸化させて、光電極４０とした。つまり、光電極４０は、酸化タングステンを含むフィラメントである。
【００２０】
光電極４０は、第一収容部３１内において、当該第一収容部３１の略中央部に配置されている。光電極４０は、軸方向が上下方向に沿って配置されている。光電極４０の上端部には、当該光電極４０を保持する線状の保持部材４１が連結されている。保持部材４１の上端部は、第一栓３４に固定されている。光電極４０の下端部には導線４２が接続されている。導線４２は、第一栓３４を貫通して、電源６０に電気的に接続されている。保持部材４１及び導線４２は、第一栓３４に密着しており、気密性が維持されている。
【００２１】
［対極］
対極５０は、例えばタングステンフィラメントから形成されている。具体的には、対極５０は、純粋なタングステンフィラメントであってもよいし、その表面に電極材料（例えば白金）が保持されたタングステンフィラメントであってもよい。また、対極５０は、光電極４０の可視光応答性触媒とは異なる第二の可視光応答性触媒を含んでもよい。タングステンフィラメントに対して電極材料を焼結する場合には、タングステンフィラメントの表面に電極材料を塗布して通電加熱すれば、焼結炉を用いなくとも、電極材料を保持したタングステンフィラメントを形成することが可能である。なお、対極５０は、タングステンフィラメント以外の電極材料（例えば白金）から形成された電極であってもよい。
【００２２】
対極５０は、第二収容部３２内において、当該第二収容部３２の略中央部に配置されている。対極５０は、軸方向が上下方向に沿って配置されている。対極５０の上端部には、当該対極５０を保持する線状の保持部材５１が連結されている。保持部材５１の上端部は、第二栓３５に固定されている。対極５０の下端部には導線５２が接続されている。導線５２は、第二栓３５を貫通して、電源６０に電気的に接続されている。保持部材５１及び導線５２は、第二栓３５に密着しており、気密性が維持されている。
【００２３】
［電源］
電源６０は、直流電源であり、正極が導線４２を介して光電極４０に電気的に接続され、負極が導線５２を介して対極５０に電気的に接続されている。これにより、電源６０は、光電極４０及び対極５０に対して直流電圧を印加することができ、光電極４０で水を分解した際に発生する電子を収集して対極５０に送り込むことができる。印加する直流電圧は、電気のみによって水の電気分解が進行する１．６Ｖよりも低くくし、１．１Ｖ以下とする。したがって、光が当たらない限り水は分解されない。
【００２４】
[水供給部]
水供給部７０は、第一栓３４を貫通して第一収容部３１に連通する第一管７１と、第一管７１に連通する水タンク（図示省略）と、水タンクから第一管７１までの流路を開閉する開閉弁（図示省略）と、容器３０内の水量を検出するセンサ（図示省略）とを備えている。水供給部７０では、センサの検出結果が所定量以下である場合に、開閉弁が開状態となって水タンクから第一管７１を介して第一収容部３１内に水が供給される。また、水供給部７０では、センサの検出結果が所定量よりも多くなった場合に、開閉弁が閉状態となって水の供給が停止される。ここで、「所定量」としては、光電極４０及び対極５０のそれぞれが全体として水に浸かる水量とすればよい。
【００２５】
［水素回収部］
水素回収部８０は、第二栓３５を貫通して第二収容部３２に連通する第二管８１と、第二管８１に連通する水素タンク（図示省略）とを備えている。水素回収部８０の第二管８１は、第二収容部３２内の対極５０よりも上方に配置されているので、第二収容部３２で生成された水素Ｈは、第二管８１で回収されて、水素タンクで貯留される。
【００２６】
［酸素回収部］
酸素回収部９０は、第一栓３４を貫通して第一収容部３１に連通する第三管９１と、第三管９１に連通する酸素タンク（図示省略）とを備えている。酸素回収部９０の第三管９１は、第一収容部３１内の光電極４０よりも上方に配置されているので、第一収容部３１で生成された酸素Ｏは、第三管９１で回収されて、酸素タンクで貯留される。
【００２７】
［光学部］
図３は、実施の形態に係る水素生成部１０及び光学部２０を模式的に示す上面図である。
【００２８】
図１及び図３に示すように、光学部２０は、上下方向に長尺なミラーであり、その反射面が上面視放物線状に形成されている。この反射面がなす焦点Ｆの近傍に水素生成部１０が配置されている。具体的には、水素生成部１０は、連結部３３が焦点Ｆよりもわずかに光学部２０側に寄るように配置されている。これにより、光学部２０で反射された太陽光は、集光されて、水素生成部１０の第一収容部３１及び第二収容部３２に照射される。
【００２９】
ここで、単に太陽光を水素生成部１０に集光してしまうと、水素生成部１０が高温化して、内部の水が水蒸気となるおそれがある。水蒸気は、生成した気体（水素Ｈ及び酸素Ｏ）と混ざり合ってしまい、気体の純度を低下させてしまう。これを抑制すべく、光学部２０として、赤外線Ｌ１を透過し、可視光Ｌ２を反射するダイクロイックミラーを用いればよい。こうすることにより、赤外線Ｌ１を排除して、可視光Ｌ２を水素生成部１０に向けて反射することができる。したがって、赤外線Ｌ１を起因とした温度上昇は、水素生成部１０で生じなくなり、水蒸気の発生も抑えることができる。
【００３０】
［水素製造方法］
次に、実施の形態に係る水素発生装置１で行われる水素製造方法について説明する。
【００３１】
まず、太陽光は、直接、水素生成部１０を照射するとともに、光学部２０で反射、集光されて水素生成部１０に照射される。これにより、光電極４０に対して可視光が照射される。この状態で、光電極４０の光触媒（酸化タングステン）に触媒活性が起こり、正孔と電子が生成される。生成された正孔は、光触媒に残り、生成された電子は、電源６０によって導線４２、５２を通って光電極４０から対極５０に移動する。
【００３２】
また、対極５０では、送り込まれた電子により水素イオンが還元されて水素Ｈが生成される。これにより、第二収容部３２では、水素Ｈが発生する。第二収容部３２で生成された水素Ｈは、第二収容部３２の第二管８１で回収されて、水素タンクで貯留される。
【００３３】
一方、光電極４０の光触媒では、残った正孔による水分子の分解（酸化）が起こり、酸素Ｏと水素イオンが生成される。これにより、第一収容部３１では、酸素Ｏが発生する。第一収容部３１で生成された酸素Ｏは、酸素回収部９０の第三管９１で回収されて、酸素タンクで貯留される。水素イオンは水に溶けて拡散する。
【００３４】
また、容器３０内の水が所定量以下になったことを水供給部７０のセンサが検出すると、開閉弁が開状態とされて、水タンクから第一管７１を介して、第一収容部３１内に水が供給される。そして、容器３０内の水が所定量よりも多くなったことを水供給部７０のセンサが検出すると、開閉弁が閉状態とされて、第一収容部３１への水の供給が停止される。
【００３５】
ここで、水素Ｈの製造を所定期間行うと、光電極４０の酸化タングステンが脱落や僅かな溶解により減少し、水素生成能力が低下してしまう。こうなった場合には、光電極４０を大気中で通電加熱すれば、タングステンの表面が酸化されて、酸化タングステンとなるので、水素発生能力を再生することができる。光電極４０の再生は、水を抜けば容器３０内で行うことも可能であるし、水を抜かなくとも容器３０から光電極４０を取り出して行うことも可能である。
【００３６】
［効果など］
以上のように、本実施の形態によれば、水素発生装置１は、可視光応答性触媒を含む光電極４０と、光電極４０と電気的に接続された対極５０とを備えている。また、水素発生装置１は、可視光を透過し、光電極４０とともに水を収容する第一収容部３１と、対極５０とともに水を収容する第二収容部３２とを備えている。そして、水素発生装置１は、第一収容部３１における光電極４０よりも下方に連結されるとともに、第二収容部３２における対極５０よりも下方に連結されて、第一収容部３１と第二収容部３２とを連通させる連結部３３とを備えている。
【００３７】
この構成によれば、可視光応答性触媒を含む光電極４０を用いているので、可視光によって水を分解することができる。したがって、紫外線で活性化される光触媒を用いた場合よりも、水素Ｈの発生効率を高めることができる。
【００３８】
そして、光電極４０を収容する第一収容部３１と、対極５０を収容する第二収容部３２とを連結する連結部３３は、光電極４０及び対極５０よりも下方に配置されている。光電極４０を発生源とした酸素Ｏは、光電極４０から上昇し、対極５０を発生源とした水素Ｈも対極５０から上昇するため、酸素Ｏ及び水素Ｈは互いに連結部３３内に進入しにくい構造となっている。このように、連結部３３を光電極４０及び対極５０の下方に配置するという簡単な構成で、酸素Ｏと水素Ｈとの混合を防止することができる。
【００３９】
また、本実施の形態では、ガラスにより略Ｈ字状に形成された容器３０を例示して説明した。この容器３０の形状は、いわゆるコンパクト形蛍光ランプに用いられるガラス管と似た形状である。つまり、すでに工業化されているコンパクト形蛍光ランプのガラス管の製造技術や装置を、本実施の形態に係る水素発生装置１の容器３０の製造に転用することも可能である。
【００４０】
また、第一収容部３１、第二収容部３２及び連結部３３の少なくとも一つには、水を供給する水供給部７０が連結されている。
【００４１】
この構成によれば、水供給部７０が、第一収容部３１、第二収容部３２及び連結部３３の少なくとも一つを介して、容器３０内に水を供給することができる。したがって、長時間、連続して水素Ｈを発生することができる。
【００４２】
また、第二収容部３２には、対極５０から発生した水素Ｈを回収する水素回収部８０が当該対極５０よりも上方に連通されている。
【００４３】
この構成によれば、水素回収部８０が、第二収容部３２における対極５０よりも上方に連通されているので、対極５０で発生した水素Ｈを効率よく水素回収部８０で回収することができる。
【００４４】
また、第一収容部３１には、光電極４０から発生した酸素Ｏを回収する酸素回収部９０が当該光電極４０よりも上方に連通されている。
【００４５】
この構成によれば、酸素回収部９０が、第一収容部３１における光電極４０よりも上方に連通されているので、光電極４０で発生した酸素Ｏを効率よく酸素回収部９０で回収することができる。
【００４６】
また、可視光応答性触媒は酸化タングステンである。
【００４７】
この構成によれば、可視光応答性の高い酸化タングステンを可視光応答性触媒として用いているので、可視光を効率的に水の電気分解に用いることができ、水素Ｈの発生効率を高めることができる。
【００４８】
また、光電極４０は、酸化タングステンを含むフィラメントである。
【００４９】
ここで、水素Ｈの製造を所定期間行うと、光電極４０の酸化タングステンが脱落や僅かな溶解により減少し、水素生成能力が低下してしまう。こうなった場合には、光電極４０を大気中で通電加熱すれば、タングステンの表面が酸化されて、酸化タングステンとなるので、水素発生能力を再生することができる。特に光電極４０は表面積の大きいフィラメントであるために、通電加熱によるタングステンの酸化を効率よく行うことができる。
【００５０】
また、水素発生装置１は、第一収容部３１に対して太陽光を集光する光学部２０を有する。
【００５１】
この構成によれば、光学部２０が第一収容部３１に対して太陽光を集光しているので、光電極４０に含まれる可視光応答性触媒をより効率的に活性化させることができる。
【００５２】
（変形例１）
この変形例１では、光学部の変形例を例示する。なお、以下の説明において、上記実施の形態と同一の部分においては、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
【００５３】
図４は、変形例１に係る光学部２０ａの概略構成を示す上面図である。具体的には、図４は、図３に対応する図である。
【００５４】
図３に示すように、変形例１に係る光学部２０ａは、上方から見ると二つの弧状の反射面が連結された形状となったミラーである。二つの反射面は、いずれも放物線状に形成されている。二つの反射面のそれぞれの焦点Ｆ１、Ｆ２の近傍に、水素生成部１０が配置されている。具体的には、水素生成部１０は、第一収容部３１と一方の反射面の焦点Ｆ１が重なって、第二収容部３２と他方の反射面の焦点Ｆ２が重なるように配置されている。これにより、光学部２０ａで反射された太陽光は、集光されて、水素生成部１０の第一収容部３１及び第二収容部３２に照射される。
【００５５】
（変形例２）
この変形例２では、光学部の変形例を例示する。
【００５６】
図５は、変形例２に係る光学部２０ｂの概略構成を示す上面図である。具体的には、図５は、図３に対応する図である。
【００５７】
上記実施の形態及び変形例１では、光学部２０、２０ａがミラーである場合を例示した。この変形例２では、光学部２０ｂがレンズである場合を例示して説明する。
【００５８】
具体的には、光学部２０ｂは、シリンドリカルレンズであり、その焦点Ｆ３の近傍に水素生成部１０が配置されている。具体的には、水素生成部１０は、連結部３３が焦点Ｆ３よりもわずかに光学部２０ｂ側に寄るように配置されている。これにより、光学部２０ｂで集光された太陽光は、水素生成部１０の第一収容部３１及び第二収容部３２に照射される。
【００５９】
そして、光学部２０ｂにおける水素生成部１０とは反対側の表面には、赤外線反射膜が製膜されている。これにより、赤外線反射膜で赤外線Ｌ１を反射して、可視光Ｌ２を水素生成部１０に向けて集光することができる。したがって、赤外線Ｌ１を起因とした温度上昇は、水素生成部１０で生じなくなり、水蒸気の発生も抑えることができる。
【００６０】
（変形例３）
この変形例３では、光学部の変形例を例示する。
【００６１】
図６は、変形例３に係る光学部２０ｃの概略構成を示す上面図である。具体的には、図６は、図３に対応する図である。
【００６２】
変形例３に係る光学部２０ｃは、二つのシリンドリカルレンズが連結された形状となったレンズである。具体的には、光学部２０ｃは二つのシリンドリカルレンズの平面部が面一となるように連結されている。二つのシリンドリカルレンズそれぞれの焦点Ｆ４、Ｆ５の近傍に、水素生成部１０が配置されている。具体的には、水素生成部１０は、第一収容部３１と一方のシリンドリカルレンズの焦点Ｆ４が重なって、第二収容部３２と他方のシリンドリカルレンズの焦点Ｆ５が重なるように配置されている。これにより、光学部２０ｃを集光された太陽光は、水素生成部１０の第一収容部３１及び第二収容部３２に照射される。
【００６３】
なお、光学部２０ｂ、２０ｃをなすレンズは、水素生成部１０に太陽光を集光できるのであれば、いかなるレンズでも採用可能である。その他のレンズとしては、例えば、凹レンズ、凸レンズ、フレネルレンズなどが挙げられる。
【００６４】
（変形例４）
この変形例４では、水素生成部１０ｄがカートリッジ化されている場合を例示して説明する。
【００６５】
図７は、変形例４に係る水素生成部１０ｄの概略構成を示す断面図である。具体的には、図２に対応する図である。
【００６６】
図７に示すように、水素生成部１０ｄには、容器３０の下部を覆う下部ケース１１０と、容器３０の上部を覆う上部ケース１２０とが取り付けられている。下部ケース１１０は、樹脂により形成された器状のケースであり、容器３０の下部を収容して、接着剤１１１によって固定されている。上部ケース１２０は、樹脂により形成されて、上部が閉塞し、下方が開放された筒状のケースである。上部ケース１２０の上部の両側方には、外方に突出した鍔部１２９が形成されている。また、上部ケース１２０は、容器３０の上部を収容しており、接着剤１２１によって固定されている。また、上部ケース１２０の天板には、導線４２と電気的に接続された正極端子１２２と、導線５２と電気的に接続された負極端子１２３とが設けられている。さらに、上部ケース１２０の天板には、ゴム管７２を介して第一管７１に連通する第一接続部１２４と、ゴム管８２を介して第二管８１に連通する第二接続部１２６と、ゴム管９２を介して第三管９１に連通する第三接続部１２５とが設けられている。このように、水素生成部１０ｄには、下部ケース１１０と、上部ケース１２０とが取り付けられることでカートリッジ化されている。カートリッジ化された水素生成部１０ｄは、生成された水素Ｈ及び酸素Ｏを回収する回収装置２００に対して着脱可能となっている。
【００６７】
図８は、変形例４に係る水素生成部１０ｄが回収装置２００に対して装着された状態を示す断面図である。図８に示すように、回収装置２００は、コネクタ部２１０と、第一係止部２２０と、第二係止部２３０とを備えている。
【００６８】
コネクタ部２１０は、正極端子１２２が接続される正極接続部２１１と、負極端子１２３が接続される負極接続部２１２とを備えている。正極接続部２１１と負極接続部２１２とには、図示しない電源が電気的に接続されている。これにより、電源は、正極接続部２１１、正極端子１２２及び導線４２と、負極接続部２１２、負極端子１２３及び導線５２とを介して、光電極４０と対極５０とに直流電圧を印加することができる。
【００６９】
また、コネクタ部２１０は、第一接続管２１４と、第二接続管２１５と、第三接続管２１６とを備えている。第一接続管２１４は、第一接続部１２４に接続されて、当該第一接続部１２４に水を供給するための管である。第一接続管２１４には、上述した水タンク、開閉弁及びセンサが設けられている。第二接続管２１５は、第二接続部１２５に接続されて、当該第二接続部１２５から酸素を回収するための管である。第二接続管２１５には、上述した酸素タンクが設けられている。第三接続管２１６は、第三接続部１２６に接続されて、当該第三接続部１２６から水素を回収するための管である。第三接続管２１６には、上述した水素タンクが設けられている。
【００７０】
第一係止部２２０は、下部ケース１１０を両側方から挟持することで、下部ケース１１０を係止する部材である。第一係止部２２０は弾性によって、下部ケース１１０を挟持している。第二係止部２３０は、上部ケース１２０の鍔部１２９に係合することで、上部ケース１２０を係止する爪状部である。これら、第一係止部２２０及び第二係止部２３０が、下部ケース１１０及び上部ケース１２０を係止することで、水素生成部１０ｄが回収装置２００に対して装着されている。また、第一係止部２２０及び第二係止部２３０の係止を解除すれば、回収装置２００から水素生成部１０ｄを取り外すことができる。このように、水素生成部１０がカートリッジ化されているので、回収装置２００に対して容易に着脱することが可能である。
【００７１】
（変形例５）
上記実施の形態では、水供給部７０が光電極４０よりも上方に設けられている場合を例示して説明した。水供給部７０は、容器３０内に水を供給できるのであれば容器３０のいかなる場所に取り付けることが可能である。
【００７２】
図９は、変形例５に係る水素生成部１０ｅの概略構成を示す断面図である。具体的には、図９は図２に対応する図である。
【００７３】
図９に示すように、水素生成部１０ｅの容器３０ｅでは、第一収容部３１ｅの下端部が開放しており、この部分に第三栓７５が取り付けられることで、閉塞されている。この第三栓７５に対して、水供給部７０の第一管７１が貫通して取り付けられているので、第一管７１と第一収容部３１ｅとが連通している。また、第三栓７５を抜けば、容器３０の姿勢を変えなくとも水を抜くこともできる。つまり、光電極４０を再生するべく、酸化タングステンを生成する際には、第三栓７５を抜いて容器３０から水を抜けば、容器３０内において、光電極４０を大気に晒すことができる。
【００７４】
なお、水供給部７０は、第二収容部３２または連結部３３に連通していてもよいし、第一収容部３１、第二収容部３２及び連結部３３の複数に連通されていてもよい。
【００７５】
（変形例６）
上記実施の形態では、容器３０が略Ｈ字状に形成されている場合を例示して説明した。この変形例６では、容器３０ｆが略Ｕ字状である場合を例示して説明する。
【００７６】
図１０は、変形例６に係る水素生成部１０ｆの概略構成を示す断面図である。具体的には、図１０は図２に対応する図である。
【００７７】
図１０に示すように、水素生成部１０ｆの容器３０ｆは、略Ｕ字状に形成されている。容器３０ｆのうち、一方の直線部が第一収容部３１ｆであり、他方の直線部が第二収容部３２ｆであり、湾曲部が連結部３３ｆである。このように略Ｕ字状の容器３０ｆにおいても、連結部３３ｆが、第一収容部３１ｆにおける光電極４０よりも下方に連結されるとともに、第二収容部３２ｆにおける対極５０よりも下方に連結されて、第一収容部３１ｆと第二収容部３２ｆとを連通させている。
【００７８】
なお、容器の形状は、第一収容部と第二収容部とが連結部で連結され、連結部の位置が光電極及び対極よりも下方に配置されているのであれば如何様でもよい。
【００７９】
（その他）
以上、本発明に係る水素発生装置１について、上記実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではない。
【００８０】
例えば、上記実施の形態では、容器３０がガラス製である場合を例示して説明したが、少なくとも可視光に対して透光性を有する材料から形成されていれば、その他の材料から形成されていてもよい。可視光に対して透光性を有する材料としては、例えば、アクリル樹脂などが挙げられる。
【００８１】
また、上記実施の形態では、容器３０の全体が可視光に対して透光性を有する場合を例示して説明したが、少なくとも第一収容部３１だけが可視光に対して透光性を有していればよい。つまり、第二収容部３２及び連結部３３は可視光に対する透光性がなくてもよいので、これらを第一収容部３１とは異なる材料で形成することも可能である。なお、対極にも可視光応答性触媒を使う場合はこの限りではない。
【００８２】
また、上記実施の形態では、光学部２０が赤外線を排除している場合を例示して説明したが、容器３０で赤外線を排除してもよい。具体的には、赤外線除去フィルターを容器３０の表面に貼付する方式が挙げられる。これにより、容器３０に直接的に照射される太陽光からも赤外線を除去することができ、容器３０内の水の温度上昇をより抑えることができる。
【００８３】
さらに、光電極の可視光応答性触媒とは異なる第二の可視光応答性触媒を対極にも使う場合、外部の電源接続を不要にできるケースもある。このケースは２段階光励起反応、もしくはＺスキームという名で知られている。電子伝導はレドックス媒体と呼ばれる特殊なイオンの移動により実現される。このイオンはヨウ素や鉄などの単体や化合物のイオンから成り、水に溶けて拡散する。水素イオン同様に連結部を通って収容部の間を行き交う。
【００８４】
その他、実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００８５】
１  水素発生装置
１０、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ  水素生成部
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ  光学部
３１、３１ｅ、３１ｆ  第一収容部
３２、３２ｆ  第二収容部
３３、３３ｆ  連結部
４０  光電極
５０  対極
７０  水供給部
８０  水素回収部
９０  酸素回収部
Ｆ、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５  焦点
【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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