(57)【要約】【課題】移動体の大型化を抑制しつつ航続距離を増大させる。【解決手段】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。【選択図】図１
2018098093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、
を備えることを特徴とする移動体。
【請求項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ことを特徴とする移動体。
【請求項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ことを特徴とする移動体。
【請求項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ことを特徴とする移動体。
【請求項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ことを特徴とする移動体。
【請求項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ことを特徴とする移動体。
【請求項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ことを特徴とする移動体。
【請求項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ことを特徴とする移動体。
【請求項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、
を備えることを特徴とする移動体。
【請求項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ことを特徴とする移動体。
【請求項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ことを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
特許文献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。特許文献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。
【０００４】
一方、特許文献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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２０３５８７号公報
【特許文献２】特開２０１３−２０３５８９号公報
【特許文献３】特開２００６−３０６６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献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、特許文献１および特許文献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。
【０００７】
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。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、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。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、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。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、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。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、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。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、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。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、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。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、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。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、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。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、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。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、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。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、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。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施の形態に係る移動体の構成を示す図である。
【図２】水素生成装置の構成を示す図である。
【図３】他の水素生成装置の構成を示す図である。
【図４】第２の実施の形態に係る移動体の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
【数１】
2018098093.tif 000003
【００３７】
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。
【００３８】
【数２】
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【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
【数３】
2018098093.tif 000005
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【符号の説明】
【００８３】
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
【図１】
2018098093.tif 000006
【図２】
2018098093.tif 000007
【図３】
2018098093.tif 000008
【図４】
2018098093.tif 000009