(57)【要約】 【課題】下水処理場等の処理水から低コストで簡易に水素を生成することができる水素生成システムを提供する。【解決手段】本実施形態による水素生成システムは、下水処理施設において下水から汚泥を除いた処理水を貯留する貯留槽を備える。光触媒は、貯留槽内に設けられ処理水に接触しつつ光に照射されることによって処理水から水素を生成する。洗浄機構は光触媒に付着する付着物を除去する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水処理施設において下水から汚泥を除いた処理水を貯留する貯留槽と、
前記貯留槽内に設けられ前記処理水に接触しつつ光に照射されることによって前記処理水から水素を生成する光触媒と、
前記光触媒に付着する付着物を除去する洗浄機構とを備えた水素生成システム。
【請求項２】
前記光触媒は、板状の光触媒であり、
前記光触媒の一端は、前記貯留槽の一方の壁面に回転可能に取り付けられ、
前記光触媒の他端は、前記光触媒を略水平状態から次第に傾斜可能なように、前記貯留槽の他方の壁面に異なる高さに配置可能となっている、請求項１に記載の水素生成システム。
【請求項３】
前記洗浄機構は、
前記光触媒の表面に設けられたブラシまたはスクレーパと、
前記ブラシまたは前記スクレーパを前記光触媒上で摺動させるように前記ブラシまたは前記スクレーパに取り付けられたワイヤまたはレールとを備え、
前記ブラシまたは前記スクレーパは、前記光触媒の表面を擦って該光触媒に付着する付着物を除去する、請求項１または請求項２に記載の水素生成システム。
【請求項４】
前記洗浄機構は、前記ワイヤを動作させ、あるいは、前記レールに沿って前記ブラシまたは前記スクレーパを動作させる駆動部をさらに備えている、請求項３に記載の水素生成システム。
【請求項５】
前記ブラシまたは前記スクレーパは、前記光触媒が略水平状態から傾斜しているときに、自重で前記光触媒上を摺動する、請求項３に記載の水素生成システム。
【請求項６】
前記光触媒は、粒状または粉状の光触媒であり、
前記光触媒を載せて、前記処理水中において該光触媒に気体を供給する気体供給プレートをさらに備え、
前記光触媒を気体でバブリングして該光触媒に付着する付着物を除去する、請求項１に記載の水素生成システム。
【請求項７】
前記洗浄機構は、
前記光触媒を載せて、前記処理水中において該光触媒に前記水素をバブリングする気体供給プレートを備え、
前記光触媒を気体でバブリングして該光触媒に付着する付着物を除去する、請求項１に記載の水素生成システム。
【請求項８】
前記光触媒は、粒状または粉状の光触媒を基体に集合させた担体光触媒である、請求項１に記載の水素生成システム。
【請求項９】
前記洗浄機構は、
前記担体光触媒を載せて、前記処理水中において該担体光触媒に前記水素をバブリングする気体供給プレートを備え、
前記光触媒を気体でバブリングして該光触媒に付着する付着物を除去する、請求項８に記載の水素生成システム。
【請求項１０】
前記光触媒からの水素をろ過して、該水素に含まれる不純物を除去するろ過膜ユニットをさらに備えた、請求項１に記載の水素生成システム。
【請求項１１】
前記光触媒からの水素に含まれる不純物を吸着し、吸着した不純物を水素とは別に排出する第１吸着部と、
前記光触媒からの水素に含まれる不純物を吸着し、吸着した不純物を水素とは別に排出する第２吸着部とをさらに備え、
前記第１吸着部が水素に含まれる不純物を吸着しているときに、前記第２吸着部は不純物を排出し、
前記第２吸着部が水素に含まれる不純物を吸着しているときに、前記第１吸着部は不純物を排出する、請求項１に記載の水素生成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、水素生成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境を考慮して水素を発電や自動車の燃料として用いることが考えられており、水素の需要が増大している。これに対し、下水処理施設等において発生するメタンガス等の消化ガスから水素を生成することが考えられている。下水処理施設等において、水素は、下水汚泥や廃棄物等を消化することで発生したメタンガスから水蒸気改質で生成され得る。メタンガスのような消化ガスから水素を生成する方法としては、アルカリ吸収液にメタンガスに含まれている二酸化炭素や硫化水素等の不純物を予め吸収させて、メタンガスの純度を高めてから水蒸気改質を行なう方法がある。また、シロキサン除去塔、脱硫器あるいはろ過膜を用いて、メタンガスに含まれている二酸化炭素等の不純物を分離して、メタンガスの純度を高めてから水蒸気改質を行なう方法もある。
【０００３】
しかし、このように消化ガスから水素を生成するためには、消化ガスを貯蔵するための貯留槽を施設に別途設置する必要があり、コストの増大および設置面積の増大に繋がっていた。従って、規模の小さな施設では、貯留槽を設置すること自体が困難であり、水素を生成することができない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０１０８１１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｂ−ＤＡＳＨプロジェクトＮｏ．１１「下水バイオガス原料による水素創エネ技術導入ガイドライン（案）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
下水処理場等の処理水から低コストで簡易に水素を生成することができる水素生成システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態による水素生成システムは、下水処理施設において下水から汚泥を除いた処理水を貯留する貯留槽を備える。光触媒は、貯留槽内に設けられ処理水に接触しつつ光に照射されることによって処理水から水素を生成する。洗浄機構は、光触媒に付着する付着物を除去する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態による水素生成システムの構成例を示す概念図。
【図２】第１実施形態の変形例１に従った水素生成システムの構成例を示す概念図。
【図３】第１実施形態の変形例２に従った光触媒およびその周辺の構成例を示す概念図。
【図４】第２実施形態に従った光触媒およびその周辺の構成例を示す概念図。
【図５】第３実施形態に従った光触媒およびその周辺の構成例を示す概念図。
【図６】不純物除去ユニットの構成例を示す概念図。
【図７】不純物除去ユニットの他の構成例を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による水素生成システム１の構成例を示す概念図である。水素生成システム１は、貯留槽１０と、光触媒２０と、ブラシ３０と、ワイヤ４０と、リール５０と、駆動部６０と、不純物除去ユニット１００とを備えている。水素生成システム１は、下水処理施設等で下水から汚泥を除いた処理水から水素を生成するシステムである。本実施形態による水素生成システム１は、工場から排出される処理水、上水道処理施設で使用される処理水から水素を生成してもよい。
【００１１】
貯留槽１０は、処理水Ｗを受け入れる受水口Ｗｉｎと、処理水Ｗを排出する排水口Ｗｏｕｔとを備え、その内部に処理水を貯留する。貯留槽１０は、例えば、耐腐食性を有する樹脂、ガラス、金属（例えば、ステンレス）、コンクリート等の材料で構成される。また、貯留槽１０の上面１１は、透明な樹脂またはガラスで構成され、自然光または人工光等の光Ｌを貯留槽１０の内部に透過させることができる。自然光は、例えば、太陽光でよい。人工光は、例えば、蛍光灯、ＵＶ光等でよい。
【００１２】
貯留槽１０は、密閉されており、外気と遮断されている。これにより、貯留槽１０は、処理水Ｗから生成した水素ガスＧａをその内部に溜めることができる。水素ガスＧａは、不純物除去ユニット１００へ送られ、不純物が取り除かれた後、純度の高い水素ガスＧｈとして利用される。
【００１３】
光触媒２０は、貯留槽１０の内部に設けられており、貯留槽１０内に貯留する処理水Ｗに晒されている。光触媒２０は、処理水Ｗに接触しつつ光Ｌに照射されることによって処理水Ｗから水素を生成する。光触媒２０には、例えば、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＳｎＯ２、Ｓｎ３Ｏ４、ＳｒＴｉＯ３、Ｔａ３Ｎ５等の材料を用いている。本実施形態において、光触媒２０は、板状の光触媒であり、略水平に貯留槽１０内に配置されている。板状の光触媒２０は、光触媒の紛体を基板上に接着剤で担持させて形成すればよい。
【００１４】
処理水Ｗは、貯留槽１０内に図１の破線まで貯留しており、光触媒２０の表面、裏面、側面の全体に接触している。ただし、光Ｌは、貯留槽１０の上方から入射し、光触媒２０の上面に照射される。従って、水素は、光触媒２０の上面において、多く発生する。
【００１５】
ブラシ３０は、光触媒２０の上面に設けられており、ワイヤ４０に繋がっている。ブラシ３０は、ワイヤ４０の動作によって、光触媒２０の上面を摺動し、光触媒２０の上面をブラッシングする。これにより、ブラシ３０は、処理水Ｗに晒されることによって光触媒２０に付着した付着物を除去することができる。ブラシ３０には、例えば、耐腐食性の高い樹脂、金属（例えば、ステンレス）等を用いている。
【００１６】
ワイヤ４０は、ブラシ３０に繋がっており、リール５０で巻き取られあるいは巻き戻されることによってブラシ３０を光触媒２０の上面上で往復運動させる。ワイヤ４０にも、例えば、耐腐食性の高い樹脂、金属（例えば、ステンレス）等を用いている。
【００１７】
リール５０は、光触媒２０の両端に回転可能に設けられ、ワイヤ４０を巻き取りあるいは巻き戻す。リール５０は、貯留槽１０の外に設けられてもよく、その内部に設けられてもよい。貯留槽１０の内部に設ける場合には、リール５０にも、例えば、耐腐食性の高い樹脂、金属（例えば、ステンレス）等を用いる。
【００１８】
駆動部６０は、リール５０に対応して設けられており、リール５０を回転させることができる。駆動部６０は、例えば、モータであり、貯留槽１０の外部に設けられている。駆動部６０は、光触媒２０の両端のリール５０を同じ方向に同期して回転させる。これにより、ワイヤ４０は、たるんだり、逆に過剰に引張されたり、さらには、切断されたりすることなく、ブラシ３０をスムーズに移動させることができる。また、駆動部６０は、ブラシ３０を光触媒２０の一端から他端まで移動させた後、他端から一端へ戻す。このように、駆動部６０は、ブラシ３０を光触媒２０の一端と他端との間で往復運動させる。これにより、ブラシ３０は、光触媒２０の上面の付着物を効率良く除去することができる。
【００１９】
駆動部６０には、電源およびコントローラ（図示せず）が含まれている。電源およびコントローラは、駆動部６０を制御する。
【００２０】
駆動部６０には、例えば、下水処理施設の最終沈澱池に設置された汚泥掻寄機を用いてもよい。駆動部６０の動力を用いて、ブラシ３０を自動で定期的に動作させてもよい。
【００２１】
本実施形態において、駆動部６０は光触媒２０の両側に設けられている。しかし、駆動部６０は、光触媒２０の一方側のみに設けてもよい。この場合、光触媒２０の他方側のリール５０にバネ機構を設けて、バネ機構の力でワイヤ４０を巻き戻してもよい。
【００２２】
ブラシ３０、ワイヤ４０、リール５０および駆動部６０は、光触媒２０の上面をブラッシングして光触媒に付着する付着物を除去する洗浄機構として機能する。光触媒２０の上面全体をブラッシングできるように、複数の洗浄機構が並列に設けられてもよい。あるいは、光触媒２０の上面全体をブラッシングできるように、ブラシ３０の幅は、光触媒２０の上面の幅とほぼ同じにしてもよい。
【００２３】
不純物除去ユニット１００は、貯留槽１０の上部に溜まった水素ガスから不純物（以下、オフガスＧｏｆｆともいう）を取り除く。不純物除去ユニット１００で分離されたオフガスＧｏｆｆは、排気される。水素ガスＧａからオフガスＧｏｆｆを取り除いた後の純度の高い水素ガスＧｈは、水素発電機または燃料電池自動車の燃料等として利用することができる。
【００２４】
不純物除去ユニット１００の構成については、後で図６または図７を参照して説明する。
【００２５】
本実施形態による水素生成システム１は、光触媒２０を用いて処理水Ｗから水素ガスを生成している。光触媒２０は、光Ｌがあれば半永久的に水素を生成させることができる。また、水素ガスを発生させるのに、電力が不要である。従って、水素生成システム１は、低コストで簡易に水素を生成することができる。
【００２６】
一方、下水処理施設で生成される処理水Ｗには、付着物が含まれている場合がある。このような付着物は、光触媒２０に付着すると、光Ｌの妨げとなり、光触媒２０の水素生成機能を低下させる。
【００２７】
これに対し、本実施形態による水素生成システム１は、洗浄機構（ブラシ３０、ワイヤ４０、リール５０および駆動部６０）を備えている。ブラシ３０で継続的にあるいは断続的に光触媒２０の上面をブラッシングすることによって、ブラシ３０が光触媒２０に付着した付着物を除去することができる。これにより、光触媒２０の水素生成機能の低下を抑制することができ、メンテナンスの手間を軽減させることができる。
【００２８】
（変形例１）
図２は、第１実施形態の変形例１に従った水素生成システム１の構成例を示す概念図である。変形例１では、ブラシ３０が光触媒２０の上面だけで無く、裏面にも設けられている。ワイヤ４０は、輪状になっており、光触媒２０の周囲に亘って設けられている。ワイヤ４０には、２つのブラシ３０が接続されている。リール５０は、ワイヤ４０を巻き取ることなく、輪状のワイヤ４０を光触媒２０の周囲で回転可能なように送り出す。駆動部６０は、第１実施形態と同様にブラシ３０を往復運動させるために両方向に回転可能であってもよい。しかし、変形例１では、駆動部６０は、一方向に回転するだけでもよい。これにより、２つのブラシ３０が光触媒２０の上面と裏面とを交互にブラッシングすることができ、光触媒２０の上面および裏面に付着する付着物を効率良く除去することができる。また、駆動部６０は光触媒２０の両側に設けられている。しかし、駆動部６０は、光触媒２０の一方側のみに設けてもよい。この場合、光触媒２０の他方側のリール５０は、ワイヤ４０を介して一方の駆動部６０の動作に連動して回転する。また、ブラシ３０は、１つのワイヤ４０に対して３つ以上設けてもよい。ただし、ブラシ３０が多すぎるとまたは大きすぎると、光Ｌが遮られるので、ブラシ３０の数および大きさは、適度な数および大きさに調節する必要がある。変形例１の他の構成は、第１実施形態の対応する構成と同様でよい。従って、変形例１は、第１実施形態の効果を得ることができる。
【００２９】
尚、第１実施形態およびその変形例１において、ワイヤ４０は、ベルト状のものでもよい。また、ワイヤ４０とともにあるいはワイヤ４０に代えて、レールに沿ってブラシ３０を動作させてもよい。ワイヤ４０に代えてレールを用いた場合、ブラシ３０は、自走してもよい。この場合、ブラシ３０は、レールに沿って移動できるように駆動部や電源等を備える。
【００３０】
さらに、ブラシ３０に代えて、スクレーパを用いてもよい。スクレーパには、例えば、樹脂または金属等を用いる。スクレーパの断面形状は、三角形、四角形、多角形、円形、楕円形のいずれでもよい。ただし、光触媒２０に付着する有機物は、粘着性が高く、また、無機物は固着性が高い。付着物の粘着性が高い場合には、スクレーパの断面形状は、三角形、四角形、多角形のように角のある形状であることが好ましい。
【００３１】
（変形例２）
図３（Ａ）は、第１実施形態の変形例２に従った光触媒２０およびその周辺の構成例を示す概念図である。変形例２では、光触媒２０の一端部Ｅ１が貯留槽１０の一方の壁面１２に回転可能に取り付けられている。光触媒２０の他端部Ｅ２は、光触媒２０を略水平状態から次第に傾斜可能なように、貯留槽１０の他方の壁面１３に異なる高さに配置可能となっている。壁面１３には、異なる高さに複数の係止部１４が設けられており、光触媒２０の端部Ｅ２を係止できるようになっている。係止部１４には、例えば、耐腐食性の高い樹脂、金属（例えば、ステンレス）等を用いる。
【００３２】
これにより、光触媒２０は、略水平状態から傾斜させることができる。光Ｌが鉛直方向から入射する場合には、光触媒２０は、略水平に配置する。光Ｌが鉛直方向に対して傾斜方向から入射する場合、光触媒２０を傾斜させて光触媒２０を光Ｌの入射方向に対して略垂直になるように配置する。これにより、太陽光のように入射方向が経時的に変化する場合であっても、光触媒２０の上面が光Ｌを受けやすくなり、効率的に水素を生成することができる。
【００３３】
光触媒２０の端部Ｅ２を下げる場合には、端部Ｅ２が係止している係止部１４を引っ込めることによって、光触媒２０の端部Ｅ２は自重でその下にある係止部１４まで落ちる。これにより、光触媒２０の傾斜を急峻にすることができる。例えば、光触媒２０の傾斜は、０〜±２０°の角度で変更可能とすることが好ましい。
【００３４】
一方、光触媒２０の端部Ｅ２を上昇させる場合には、オペレータが手動で端部Ｅ２を引き上げてもよく、端部Ｅ１にモータ７０を設けて、モータ７０の回転力で端部Ｅ２を引き上げてもよい。光触媒２０は、下水処理施設の最終沈澱池に設置された汚泥掻寄機の動力を用いて動作させてもよい。
【００３５】
ブラシ３０は、ワイヤ４０（またはレール）に沿って移動可能となっている。これにより、光触媒２０の傾斜によって、ブラシ３０は、光触媒２０の上面を往復運動し、光触媒２０の上面をブラッシングしてその上面に付着する付着物を除去することができる。ブラシ３０は、その自重によって移動してもよい。
【００３６】
ブラシ３０は、変形例１と同様に、光触媒２０の裏面にも設けてもよい。これにより、ブラシ３０は、光触媒２０の上面および裏面の両方の付着物を除去することができる。尚、基板の裏面にも光触媒の粉体を塗布した場合、ＬＥＤや蛍光灯などの光源（図示せず）を貯留槽１０の下方に設け、この光源で光触媒２０の裏面に光を照射して水素を発生させてもよい。
【００３７】
また、ブラシ３０に代えてスクレーパが設けられてもよい。この場合、スクレーパがワイヤ４０（またはレール）に沿って移動し、光触媒２０の上面に付着する付着物を除去することができる。スクレーパは、その自重によって移動してもよい。ブラシ３０またはスクレーパ３１は、第１実施形態と同様に、ワイヤ４０、リール５０、駆動部６０で動作させてもよい。
【００３８】
スクレーパ３１を用いる場合、スクレーパは、図３（Ｂ）に示すように、押出棒３２の先端に接続され、自重で動作し、あるいは、アクチュエータ３３を用いて動作させてもよい。アクチュエータ３３の動力は、エアー圧式、油圧式、電動式のいずれでもよい。その他、スクレーパ３１は、下水処理施設の最終沈澱池に設置された汚泥掻寄機の動力を用いて動作させてもよい。光触媒２０と接触するスクレーパ３１の表面は、毛状、凹凸状にしてもよい。
【００３９】
変形例２の他の構成は、第１実施形態の対応する構成と同様でよい。従って、変形例２は、第１実施形態の効果を得ることができる。
【００４０】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に従った光触媒２０およびその周辺の構成例を示す概念図である。第１実施形態では、板状の光触媒２０を用いている。これに対し、第２実施形態では、光触媒２０は、粒状または粉状の光触媒である。
【００４１】
粒状または粉状の光触媒２０は、処理水Ｗ中に沈殿するおそれがある。従って、第２実施形態による水素生成システム１は、貯留槽１０内に気体供給プレート８０をさらに備えている。気体供給プレート８０は、その内部に空洞を有する板、または、空洞を有する管を板状に配列した構造を有する。その表面には空洞に連通する多数の孔８１が設けられている。孔８１の径は、光触媒２０の粒径よりも小さく、光触媒２０が空洞内に入り込まないようになっている。気体供給プレート８０には、気体Ｇａを供給する供給口８２が設けられており、供給口８２から気体Ｇａが気体供給プレート８０の空洞内に供給される。
【００４２】
気体Ｇａは、貯留槽１０で生成された水素ガスＧａを還流させた気体である。これにより、水素生成システム１の外部から気体を供給する必要がなく、かつ、貯留槽１０内の水素ガスＧａに他の不純物が混合することも抑制され得る。尚、水素ガスＧａを還流させる配管８４には、バルブＶ０およびブロワＢが設けられている。
【００４３】
気体供給プレート８０は、散気筒、多孔管、散気板等でよい。散気筒には、例えば、硬質合成樹脂を用いる。散気板には、例えば、セラミックを用いる。気体供給プレート８０は、その他、フレキシブルチューブ、ディスクディフューザ、スパージャ、メンブレン式散気装置等でもよい。
【００４４】
気体供給プレート８０は、処理水Ｗ中において光触媒２０を載せて、光触媒２０に気体Ｇａを供給する。これにより、光触媒２０は、バブリングされかつ攪拌されて気体供給プレート８０上に沈殿し難くなる。光触媒２０の粒子は、他の粒子の影になり難くなるので、光Ｌに照射される光触媒２０の表面積は実質的に増大する。これは、効率的な水素の生成に繋がる。
【００４５】
また、気体供給プレート８０は、洗浄機構としても機能する。気体供給プレート８０は、処理水Ｗ中において光触媒２０に気体Ｇａを供給し、バブリングする。このように光触媒２０の粒子を攪拌することで、光触媒２０に付着する付着物を除去することができる。
【００４６】
第２実施形態のその他の構成は、第１実施形態の対応する構成と同様でよい。これにより、第２実施形態は、第１実施形態の効果も得られる。
【００４７】
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に従った光触媒２０およびその周辺の構成例を示す概念図である。第２実施形態では、粒状または粉状の光触媒２０を用いている。これに対し、第３実施形態では、粒状または粉状の光触媒２０を基体に集合させ担持させた担体光触媒を用いている。基体は、図示しないが、棒状あるいは枝状の突起物等でよい。
【００４８】
第３実施形態は、第２実施形態と同様に、気体供給プレート８０を備えている。気体供給プレート８０は、処理水Ｗ中において光触媒２０を載せて、光触媒２０に気体Ｇａを供給する。第３実施形態のその他の構成は、第２実施形態の対応する構成と同様でよい。
【００４９】
第３実施形態においても、気体供給プレート８０は、バブリングによる攪拌機能および洗浄機能を有する。従って、第３実施形態は、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
（不純物除去ユニット１００の構成）
図６は、不純物除去ユニット１００の構成例を示す概念図である。不純物除去ユニット１００は、貯留槽１０で生成された水素ガスＧａをろ過して、該水素ガスＧａに含まれる不純物を除去するろ過膜ユニットでよい。不純物除去ユニット１００は、コンプレッサ１１０と、第１ろ過部１２０と、第２ろ過部１３０とを備えている。
【００５１】
コンプレッサ１１０は、水素ガスＧａを第１および第２ろ過部１２０、１３０へ送る圧縮機である。
【００５２】
第１ろ過部１２０は、単数または複数のろ過膜を有し、水素ガスＧａを受けて、水素ガスＧａからオフガスＧｏｆｆを分離する。第２ろ過部１３０は、単数または複数のろ過膜を有し、第１ろ過部１２０でろ過された後の水素ガスＧａを受けて、この水素ガスＧａからオフガスＧｏｆｆを分離する。
【００５３】
第１および第２ろ過部１２０、１３０は、同一の孔径を有するろ過膜で構成されてもよい。あるいは、第２ろ過部１３０のろ過膜の孔径は、第１ろ過部１２０のろ過膜のそれよりも小さくてもよい。この場合、第２ろ過部１３０は、第１ろ過部１２０では除去できない微細な不純物を水素ガスＧａから除去することができる。
【００５４】
ろ過膜は、例えば、ポリイミド膜をはじめとする高分子膜、ゼオライト膜、カーボン膜、パラジウム系合金膜、セラミック膜、シリカ膜等でよい。
【００５５】
第２ろ過部１３０を通過した水素ガスＧｈは、発電や自動車等の燃料として用いられ得る。また、オフガスＧｏｆｆは、無害化されて水素生成システム１の外部へ排気される。
【００５６】
図６に示すように、第１および第２ろ過部１２０、１３０を直列に接続することによって、水素ガスＧｈの水素の濃度（純度）を高めることができる。一方、大量の水素ガスＧａをろ過する場合には、第１および第２ろ過部１２０、１３０は並列に接続すればよい。また、水素ガスＧａの処理量や水素の純度をより一層高めるために、不純物除去ユニット１００は、３つ以上のろ過部を直列または並列に接続したろ過ユニットであってもよい。また、不純物除去ユニット１００は、要求される水素純度がさほど高くない場合、１つのろ過部で構成されていてもよい。
【００５７】
図７は、不純物除去ユニット１００の他の構成例を示す概念図である。不純物除去ユニット１００は、水素ガスＧａに含まれる不純物を吸着し、水素ガスとは別にオフガスとして排出する。不純物除去ユニット１００は、コンプレッサ１１０と、真空ポンプ１１２と、第１吸着部ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）１と、第２吸着部ＰＳＡ２と、バルブＶ１〜Ｖ６とを備えている。
【００５８】
コンプレッサ１１０は、水素ガスＧａを第１および第２吸着部ＰＳＡ１、ＰＳＡ２へ圧送する。
【００５９】
真空ポンプ１１２は、第１および第２吸着部ＰＳＡ１、ＰＳＡ２から排出されるオフガスＧｏｆｆを外部へ排気する。
【００６０】
第１および第２吸着部ＰＳＡ１、ＰＳＡ２は、吸着材（図示せず）を有し、それらの内部の水素ガスＧａを加圧することによってその吸着材に不純物を吸着させる。逆に、第１および第２吸着部ＰＳＡ１、ＰＳＡ２は、それらの内部を減圧することによって吸着材に吸着された不純物を脱離させる。吸着材は、例えば、活性炭、ＭＳＣ（Molecular Sieving Carbon）、ＺＭＳ（Zeolite Molecular Sieve）等でよい。
【００６１】
例えば、コンプレッサ１１０が吸着部ＰＳＡ１またはＰＳＡ２の内部に水素ガスＧａを送り込み、水素ガスＧａを加圧することによって、吸着部ＰＳＡ１またはＰＳＡ２は、水素ガスＧａに含まれる不純物を吸着させる。これにより、水素ガスＧａの水素の純度が高まり、吸着部ＰＳＡ１またはＰＳＡ２は、純度高い水素ガスＧｈを生成することができる。
【００６２】
一方、真空ポンプ１１２は、吸着部ＰＳＡ１またはＰＳＡ２の内部の減圧することによって、吸着部ＰＳＡ１またはＰＳＡ２内の不純物を脱離させ、吸着部ＰＳＡ１またはＰＳＡ２からオフガスを排出することができる。
【００６３】
バルブＶ１は、コンプレッサ１１０と第１吸着部ＰＳＡ１との間に設けられている。バルブＶ１は、コンプレッサ１１０が水素ガスＧａを第１吸着部ＰＳＡ１へ送るときに開状態となる。
【００６４】
バルブＶ２は、コンプレッサ１１０と第２吸着部ＰＳＡ２との間に設けられている。バルブＶ２は、コンプレッサ１１０が水素ガスＧａを第２吸着部ＰＳＡ２へ送るときに開状態となる。バルブＶ１とＶ２は、相補に動作し、一方が開状態のときには他方は閉状態となっている。
【００６５】
バルブＶ３は、第１吸着部ＰＳＡ１と水素ガスＧｈの取出し口との間に設けられている。バルブＶ３は、コンプレッサ１１０が水素ガスＧａを第１吸着部ＰＳＡ１へ送り、第１吸着部ＰＳＡ１が吸着動作をしているときに開状態となる。このとき、第１吸着部ＰＳＡ１で生成された水素ガスＧｈは、取出し口から取り出すことができる。
【００６６】
バルブＶ４は、第２吸着部ＰＳＡ２と水素ガスＧｈの取出し口との間に設けられている。バルブＶ４は、コンプレッサ１１０が水素ガスＧａを第２吸着部ＰＳＡ２へ送り、第２吸着部ＰＳＡ２が吸着動作をしているときに開状態となる。このとき、第２吸着部ＰＳＡ２で生成された水素ガスＧｈは、取出し口から取り出すことができる。バルブＶ３とＶ４は、相補に動作し、一方が開状態のときには他方は閉状態となっている。
【００６７】
バルブＶ５は、第１吸着部ＰＳＡ１と真空ポンプ１１２との間に設けられている。バルブＶ５は、真空ポンプ１１２が第１吸着部ＰＳＡ１の内部を減圧するときに開状態となる。このとき、第１吸着部ＰＳＡ１に吸着された不純物は、オフガスＧｏｆｆとして排出される。
【００６８】
バルブＶ６は、第２吸着部ＰＳＡ２と真空ポンプ１１２との間に設けられている。バルブＶ６は、真空ポンプ１１２が第２吸着部ＰＳＡ２の内部を減圧するときに開状態となる。このとき、第２吸着部ＰＳＡ２に吸着された不純物は、オフガスＧｏｆｆとして排出される。
【００６９】
第１吸着部ＰＳＡ１と第２吸着部ＰＳＡ２とは、相補に動作する。従って、第１および第２吸着部ＰＳＡ１、ＰＳＡ２の一方が水素ガスＧａから不純物を吸着して純度の高い水素ガスＧｈを生成しているときに、他方は、不純物をオフガスＧｏｆｆとして排出する。
【００７０】
第１および第２吸着部ＰＳＡ１、ＰＳＡ２が交互に水素ガスＧｈを生成し、交互にオフガスを排出することによって、不純物除去ユニット１００は、連続的に水素ガスＧｈを生成することができる。
【００７１】
図７の不純物除去ユニット１００の動作を以下に説明する。
【００７２】
まず、バルブＶ１〜Ｖ６は、初期状態として閉状態となっている。
【００７３】
次に、コンプレッサ１１０および真空ポンプ１１２を動作させ、バルブＶ１、Ｖ３、Ｖ６を開状態とする。これにより、第１吸着部ＰＳＡ１が水素ガスＧａの不純物を吸着し、純度の高い水素ガスＧｈを生成する。これと同時に、第２吸着部ＰＳＡ２が不純物をオフガスＧｏｆｆとして排出する。
【００７４】
次に、バルブＶ１、Ｖ３、Ｖ６を閉状態とし、これと同時に、バルブＶ２、Ｖ４、Ｖ５を開状態にする。これにより、第２吸着部ＰＳＡ２が水素ガスＧａの不純物を吸着し、純度の高い水素ガスＧｈを生成する。これと同時に、第１吸着部ＰＳＡ１がオフガスＧｏｆｆを排出する。
【００７５】
上記バルブＶ１、Ｖ３、Ｖ６およびバルブＶ２、Ｖ４、Ｖ５の開閉動作を繰り返す。これにより、第１および第２吸着部ＰＳＡ１、ＰＳＡ２が水素ガスＧｈを交互に生成し、水素生成システム１は、水素ガスＧｈを連続的に生成し供給することができる。
【００７６】
上記実施形態では、不純物除去ユニット１００は２つの吸着部ＰＳＡ１、ＰＳＡ２を有する。しかし、不純物除去ユニット１００は、３つ以上の吸着部を有し、３つの吸着部が順次交替で水素ガスＧｈを連続的に生成してもよい。
【００７７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７８】
１  水素生成システム、１０  貯留槽、２０  光触媒、３０  ブラシ、４０  ワイヤ、５０  リール、６０  駆動部、１００  不純物除去ユニット
【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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