(57)【要約】【課題】光触媒を用いて効率的に水から水素を生成する水素生成装置を提供する。【解決手段】本発明の水素生成装置（５００）は、外側筒状透明容器（６００）、及び内側筒状透明容器（７００）を有し、外側筒状透明容器の内側で内側筒状透明容器が回転したときに、外側筒状透明容器の外側水素流出口（６２２）と内側筒状透明容器の内側水素流出口（７８２）とが連通して、内側筒状透明容器の内側から、これらの流出口を通して、生成した水素を取り出すことができ、かつ電解質水溶液が、電解質水溶液流入口（６１２）から流入して電解質水溶液流出口（６１４）から流出することによって、内側筒状透明容器内に固定されている回転翼（７５０）が動力を受けて内側筒状透明容器が回転するようにされている。【選択図】図４
2013159503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を水素と酸素とに分解する水素生成装置であって、外側筒状透明容器、及び内側筒状透明容器を有し、かつ下記の（ａ）〜（ｌ）を満たしている、水素生成装置：
（ａ）前記内側筒状透明容器が、前記外側筒状透明容器の内側において、前記外側筒状透明容器と同軸で回転可能に収納されており、
（ｂ）前記外側筒状透明容器が、電解質水溶液が流入する電解質水溶液流入口、電解質水溶液が流出する電解質水溶液流出口、生成された水素が流出する外側水素流出口、生成された酸素が流出する外側酸素流出口を有しており、
（ｃ）前記内側筒状透明容器が、前記内側筒状透明容器内に前記内側筒状透明容器と同軸で固定されている回転翼、生成された水素が流出する内側水素流出口、及び生成された酸素が流出する内側酸素流出口を有しており、
（ｄ）前記内側筒状透明容器の内側が、前記回転翼によって、１又は複数の水素生成室と１又は複数の酸素生成室とに仕切られており、前記内側水素流出口が前記水素生成室に配置されており、かつ前記内側酸素流出口が前記酸素生成室に配置されており、
（ｅ）前記電解質水溶液が、前記外側筒状透明容器の前記電解質水溶液流入口から流入し、かつ前記外側筒状透明容器の前記電解質水溶液流出口から流出することによって、前記内側筒状透明容器内に固定されている前記回転翼が動力を受けて、前記内側筒状透明容器が回転するようにされており、
（ｆ）前記外側水素流出口と前記内側水素流出口とが、略同一の半径方向の位置に配置されており、それによって前記外側筒状透明容器の内側で前記内側筒状透明容器が回転したときに、前記外側水素流出口と前記内側水素流出口とが連通して、前記内側筒状透明容器の内側から、前記内側水素流出口及び前記外側水素流出口を通して、生成した水素を取り出すことができ、
（ｇ）前記外側酸素流出口と前記内側酸素流出口とが、略同一の半径方向の位置に配置されており、それによって前記外側筒状透明容器の内側で前記内側筒状透明容器が回転したときに、前記外側酸素流出口と前記内側酸素流出口とが連通して、前記内側筒状透明容器の内側から、前記内側酸素流出口及び前記外側酸素流出口を通して、生成した酸素を取り出すことができ、
（ｈ）前記回転翼のうちの前記水素生成室に面する部分には、水素生成光触媒が配置されており、かつ前記回転翼のうちの前記酸素生成室に面する部分には、酸素生成光触媒が配置されており、
（ｉ）前記電解質水溶液が、水、還元イオン種、及び前記還元イオン種が酸化されて生成される酸化イオン種を含有し、
（ｊ）前記還元イオン種、前記酸化イオン種、及び水素イオンが、前記水素生成室と前記酸素生成室との間で移動可能であり、
（ｋ）前記水素生成室の水素生成光触媒が光照射を受けたときに、前記水素生成光触媒の触媒作用によって、前記電解質水溶液中の水素イオンが還元されて、水素が生成され、かつ前記電解質水溶液中の還元イオン種が酸化されて、酸化イオン種が生成され、かつ
（ｌ）前記酸素生成室の酸素生成光触媒が光照射を受けたときに、前記酸素生成光触媒の触媒作用によって、前記電解質水溶液中の水が分解及び酸化されて、水素イオン及び酸素が生成され、かつ前記電解質水溶液中の前記酸化イオン種が還元されて、前記還元イオン種が生成される。
【請求項２】
前記回転翼が、イオン交換材料で形成されており、かつ前記還元イオン種、前記酸化イオン種、及び水素イオンが、前記イオン交換材料を通って前記水素生成室と前記酸素生成室との間を移動可能である、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記回転翼の個々の翼の面が、前記回転翼の回転軸に対して傾斜している、請求項１又は２に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記光照射が太陽光照射である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の水素生成装置の水素生成光触媒及び酸素生成光触媒に光を照射して、水から水素を生成することを含む、水素製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒を用いた水素生成装置に関する。また、本発明は、このような水素生成装置の水素生成光触媒及び酸素生成光触媒に光を照射することを含む水素生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化等の問題から、燃焼時に二酸化炭素を生成しないクリーンエネルギーとしての水素が注目されている。
【０００３】
水素の生成のためには一般に、下記式（Ｘ１）及び（Ｘ２）で示される炭化水素燃料の水蒸気改質が用いられている：
（Ｘ１）ＣｎＨｍ  ＋  ｎＨ２Ｏ  →  ｎＣＯ  ＋  （ｎ＋ｍ／２）Ｈ２
（Ｘ２）ＣＯ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２  ＋  Ｈ２
全反応：ＣｎＨｍ  ＋  ２ｎＨ２Ｏ  →  ｎＣＯ２  ＋  （２ｎ＋ｍ／２）Ｈ２
【０００４】
したがって、水素の燃焼自体は二酸化炭素を生成させないものの、水素の生成においては二酸化炭素を発生させていることが一般的であった。
【０００５】
これに関して、炭化水素燃料を用いずに水素を生成させるための方法として、太陽光エネルギーを用いることが提案されている。
【０００６】
太陽光エネルギーを利用して水から水素を生成させる方法としては様々な方法が検討されている。
【０００７】
太陽光エネルギーを利用する１つの水素生成方法として、太陽光を受けて水から水素を生成する水素生成光触媒と、太陽光を受けて水から酸素を生成する酸素生成光触媒との２種類の光触媒を組み合わせて用いる方法が知られている。
【０００８】
このような２種類の光触媒を組み合わせて用いる水素生成方法では例えば、図１に示すように、Ｆｅ２＋／Ｆｅ３＋レドックス（酸化還元）系を用い、水素生成光触媒上において光生成した電子（ｅ−）及び正孔（ｈ＋）によって、（Ａ１）式及び（Ａ２）式の反応で、水素（Ｈ２）及びＦｅ３＋を生成し、かつ酸素生成光触媒上において光生成した正孔及び電子によって、（Ｂ１）式及び（Ｂ２）式の反応で、酸素（Ｏ２）、Ｈ＋及びＦｅ２＋を生成する（特許文献１）：
２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−  →  Ｈ２                    …（Ａ１）
Ｆｅ２＋  ＋  ｈ＋  →  Ｆｅ３＋                  …（Ａ２）
２Ｈ２Ｏ  ＋  ４ｈ＋  →  Ｏ２  ＋  ４Ｈ＋      …（Ｂ１）
Ｆｅ３＋  ＋  ｅ−  →  Ｆｅ２＋                  …（Ｂ２）
【０００９】
水素生成光触媒上でＦｅ２＋が酸化して生成されたＦｅ３＋は、酸素生成光触媒上でＦｅ２＋へと還元されて再生され、また水素生成光触媒上で水素を生成するために必要なＨ＋は、酸素生成光触媒上での水の分解及び酸化反応によって生成している。したがって上記式（Ａ１）、（Ａ２）、（Ｂ１）及び（Ｂ２）で示される水分解反応の全反応は下記の式（Ｃ）とおりである：
Ｈ２Ｏ  →  Ｈ２  ＋  １／２Ｏ２            …（Ｃ）
【００１０】
なお、上記のようにＦｅ２＋／Ｆｅ３＋レドックス系を用いる場合、水素生成光触媒としては、Ｐｔ／ＳｒＴｉＯ３：Ｒｈ系及び／又はＲｕ／ＳｒＴｉＯ３：Ｒｈ系の光触媒を用いることができ、また酸素生成光触媒としては、ＷＯ３系、ＢｉＶＯ４系及び／又はＢｉ２ＭｏＯ６系の光触媒を用いることが知られている（特許文献１）。
【００１１】
しかしながら、特許文献１で示される水素生成方法において、図２で示すように、水素生成光触媒粒子（１１）、酸素生成光触媒粒子（１２）、及び電解質水溶液（２５０）を単一の容器（２１０）に入れて水の分解反応を行わせる水素生成装置（２００）を用いる場合、得られる生成気体は、水素と酸素の混合気体（Ｈ２＋Ｏ２）となる。したがって水素単独で貯蔵又は使用するためには、この混合気体から水素を分離する必要がある。
【００１２】
このような問題を解決するために、図３に示すような水素生成装置（３００）が提案されている（非特許文献１及び２）。ここで、この水素生成装置（３００）では、水素生成光触媒粒子（１１）及び第１の電解質水溶液（３５１）が、第１の容器（３１１）に入れられており、酸素生成光触媒粒子（１２）及び第２の電解質水溶液（３５２）が、第２の容器（３１２）に入れられており、かつこれらの第１の容器（３１１）と第２の容器（３１２）とが、Ｈ＋、Ｆｅ２＋及びＦｅ３＋のようなイオンの通過を可能にするイオン交換膜（３５０）によって仕切られている。
【００１３】
このような水素生成装置（３００）を用いて水素を生成する場合、水の分解により、第１の容器（３１１）からは水素（Ｈ２）を得ることができ、また第２の容器（３１２）からは酸素（Ｏ２）を得ることができるので、水素と酸素との混合気体から水素を分離する必要がなくなる。
【００１４】
また、太陽光エネルギーを利用する他の水素生成方法として、特許文献２及び３では、光を用いた水の触媒分解又は電気分解において、水素と酸素とを別々の電極において生成し、それによって水素と酸素とを別々に回収する他の水分解装置を提案している。
【００１５】
また、特許文献４〜６では、光触媒粒子を、繊維状、フィルム状、シート状、テープ状の支持体上に配置して用いること、光触媒粒子をこれらの形状に成形して用いること等を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００５−１９９１８７
【特許文献２】特開２００１−２１３６０８
【特許文献３】特開２００８−０７５０９７
【特許文献４】特開２０１１−２１３５５３
【特許文献５】特開２００４−０１６９２０
【特許文献６】国際公開ＷＯ０２／０５３５０１
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】Ｃｈｅｎ−Ｃｈｉａ  Ｌｏ，  Ｃｈａｏ−Ｗｅｉ  Ｈｕａｎｇ，  Ｃｈｉ−Ｈｕｎｇ  Ｌｉａｏ，  Ｊｅｆｆｒｅｙ  Ｃ．Ｓ．  Ｗｕ，  “Ｎｏｖｅｌ  ｔｗｉｎ  ｒｅａｃｔｏｒ  ｆｏｒ  ｓｅｐａｒａｔｅ  ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ａｎｄ  ｏｘｙｇｅｎ  ｉｎ  ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｗａｔｅｒ  ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ”，  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｅｎｅｒｇｙ，  Ｖｏｌｕｍｅ  ３５，  Ｉｓｓｕｅ  ４，  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  ２０１０，  ｐ．１５２３−１５２９
【非特許文献２】Ｓｚｕ−Ｃｈｕｎ  Ｙｕ；  Ｃｈａｏ−Ｗｅｉ  Ｈｕａｎｇ；  Ｃｈｉ−Ｈｕｎｇ  Ｌｉａｏ；  Ｊｅｆｆｒｅｙ  Ｃ．Ｓ．  Ｗｕ；  Ｓｕｎ−Ｔａｎｇ  Ｃｈａｎｇ；  Ｋｕｅｉ−Ｈｓｉｅｎ  Ｃｈｅｎ，  “Ａ  ｎｏｖｅｌ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｒｅａｃｔｏｒ  ｆｏｒ  ｓｅｐａｒａｔｉｎｇ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ａｎｄ  ｏｘｙｇｅｎ  ｉｎ  ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｗａｔｅｒ  ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ”，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  （Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２０１１），  ３８２  （１−２），  ｐ．２９１−２９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明では、水素生成光触媒と酸素生成光触媒とを用いて効率的に水素を製造できる水素生成装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本件発明者は、鋭意検討の結果、下記の本発明に想到した。
【００２０】
〈１〉水を水素と酸素とに分解する水素生成装置であって、外側筒状透明容器、及び内側筒状透明容器を有し、かつ下記の（ａ）〜（ｌ）を満たしている、水素生成装置：
（ａ）上記内側筒状透明容器が、上記外側筒状透明容器の内側において、上記外側筒状透明容器と同軸で回転可能に収納されており、
（ｂ）上記外側筒状透明容器が、電解質水溶液が流入する電解質水溶液流入口、電解質水溶液が流出する電解質水溶液流出口、生成された水素が流出する外側水素流出口、生成された酸素が流出する外側酸素流出口を有しており、
（ｃ）上記内側筒状透明容器が、上記内側筒状透明容器内に上記内側筒状透明容器と同軸で固定されている回転翼、生成された水素が流出する内側水素流出口、及び生成された酸素が流出する内側酸素流出口を有しており、
（ｄ）上記内側筒状透明容器の内側が、上記回転翼によって、１又は複数の水素生成室と１又は複数の酸素生成室とに仕切られており、上記内側水素流出口が上記水素生成室に配置されており、かつ上記内側酸素流出口が上記酸素生成室に配置されており、
（ｅ）上記電解質水溶液が、上記外側筒状透明容器の上記電解質水溶液流入口から流入し、かつ上記外側筒状透明容器の上記電解質水溶液流出口から流出することによって、上記内側筒状透明容器内に固定されている上記回転翼が動力を受けて、上記内側筒状透明容器が回転するようにされており、
（ｆ）上記外側水素流出口と上記内側水素流出口とが、略同一の半径方向の位置に配置されており、それによって上記外側筒状透明容器の内側で上記内側筒状透明容器が回転したときに、上記外側水素流出口と上記内側水素流出口とが連通して、上記内側筒状透明容器の内側から、上記内側水素流出口及び上記外側水素流出口を通して、生成した水素を取り出すことができ、
（ｇ）上記外側酸素流出口と上記内側酸素流出口とが、略同一の半径方向の位置に配置されており、それによって上記外側筒状透明容器の内側で上記内側筒状透明容器が回転したときに、上記外側酸素流出口と上記内側酸素流出口とが連通して、上記内側筒状透明容器の内側から、上記内側酸素流出口及び上記外側酸素流出口を通して、生成した酸素を取り出すことができ、
（ｈ）上記回転翼のうちの上記水素生成室に面する部分には、水素生成光触媒が配置されており、かつ上記回転翼のうちの上記酸素生成室に面する部分には、酸素生成光触媒が配置されており、
（ｉ）上記電解質水溶液が、水、還元イオン種、及び上記還元イオン種が酸化されて生成される酸化イオン種を含有し、
（ｊ）上記還元イオン種、上記酸化イオン種、及び水素イオンが、上記水素生成室と上記酸素生成室との間で移動可能であり、
（ｋ）上記水素生成室の水素生成光触媒が光照射を受けたときに、上記水素生成光触媒の触媒作用によって、上記電解質水溶液中の水素イオンが還元されて、水素が生成され、かつ上記電解質水溶液中の還元イオン種が酸化されて、酸化イオン種が生成され、かつ
（ｌ）上記酸素生成室の酸素生成光触媒が光照射を受けたときに、上記酸素生成光触媒の触媒作用によって、上記電解質水溶液中の水が分解及び酸化されて、水素イオン及び酸素が生成され、かつ上記電解質水溶液中の上記酸化イオン種が還元されて、上記還元イオン種が生成される。
〈２〉上記回転翼が、イオン交換材料で形成されており、かつ上記還元イオン種、上記酸化イオン種、及び水素イオンが、上記イオン交換膜を通って上記水素生成室と上記酸素生成室との間を移動可能である、上記〈１〉項に記載の水素生成装置。
〈３〉上記回転翼の個々の翼の面が、上記回転翼の回転軸に対して傾斜している、上記〈１〉又は〈２〉項に記載の水素生成装置。
〈４〉上記光照射が太陽光照射である、上記〈１〉〜〈３〉項のいずれか一項に記載の水素製造装置。
〈５〉上記〈１〉〜〈４〉項のいずれか一項に記載の水素生成装置の水素生成光触媒及び酸素生成光触媒に光を照射して、水から水素を生成することを含む、水素製造方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の水素生成装置によれば、水素と酸素とを別々に得ることができる。また、本発明の水素生成装置によれば、電解質水溶液の供給によって光触媒を支持している回転翼を回転させて、光触媒と電解質水溶液との接触、及び生成した水素及び酸素の光触媒からの脱離を促進することができる。特に、本発明の水素生成装置によれば、光触媒を支持している回転翼を回転させる別個の動力源を用いずに、すなわち比較的単純な構成で、生成した水素及び酸素の光触媒からの脱離等を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、水素生成光触媒と酸素生成光触媒との組合せによる水分解反応の機構の例を示す図である。
【図２】図２は、従来の水素生成装置の第１の態様を示す図である。
【図３】図３は、従来の水素生成装置の第２の態様を示す図である。
【図４】図４は、本発明の水素生成装置の透視斜視図である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の水素生成装置の断面図である。
【図６】図６は、本発明の水素生成装置の外側筒状透明容器を示す図である。ここで、図６（ａ）は上面斜視図であり、図６（ｂ）は底面斜視図であり、図６（ｃ）は底面図である。
【図７】図７は、本発明の水素生成装置の内側筒状透明容器を示す図である。ここで、図７（ａ）は上面斜視図であり、図７（ｂ）は底面斜視図であり、図７（ｃ）は底面図である。
【図８】図８は、本発明の水素生成装置の内側筒状透明容器の拡大底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、本発明の水素生成装置及び水素製造方法を、図面を参照して説明するが、本発明は、図面で示される特定の態様に限定されるものではない。
【００２４】
《水素生成装置》
以下では、図４〜８を参照して本発明の水素生成装置を説明するが、本発明は図で示される態様に限定されるものではない。
【００２５】
本発明の水素生成装置（５００）は、水を水素と酸素とに分解する水素生成装置であって、外側筒状透明容器（６００）、及び内側筒状透明容器（７００）を有している。これらの透明容器は、本発明の水素生成装置に照射される光が回転翼上の光触媒に達するのを可能にする限り、任意の材料で形成することができ、例えばガラス、ポリマーのような透明材料で形成することができる。
【００２６】
〈外側筒状透明容器〉
本発明の水素生成装置（５００）の外側筒状透明容器（６００）は、特に図６で示されているように、電解質水溶液が流入する電解質水溶液流入口（６１２）、電解質水溶液が流出する電解質水溶液流出口（６１４）、生成された水素が流出する外側水素流出口（６２２）、生成された酸素が流出する外側酸素流出口（６２４）を有している。
【００２７】
ここで、電解質水溶液流入口（６１２）及び電解質水溶液流出口（６１４）は、特に図６（ｃ）の矢印（６０２）で示されているように、電解質が外側筒状透明容器（６００）内で回転しながら流通するように配置されており、それによって下記に示すように、内側筒状透明容器内に固定されている回転翼に動力、すなわち回転力を与えるようにされている。
【００２８】
なお、電解質水溶液流入口（６１２）への流路、及び電解質水溶液流出口（６１４）からの流路の少なくとも一方が、制御弁を有して、外側透明筒状容器（６００）に供給される電解質水溶液及びそこから流出する電解質水溶液の流量を制御し、それによって本発明の水素生成容器（５００）内の電解質水溶液の水位を調節することができる。
【００２９】
また、これに加えて、又はこれに代えて、電解質水溶液流入口（６１２）及び電解質水溶液流出口（６１４）と、外側水素流出口（６２２）及び外側酸素流出口（６２４）との位置関係を調節して、電解質水溶液流入口（６１２）から流入した電解質水溶液の勢いによって電解質溶液が外側水素流出口（６２２）又は外側酸素流出口（６２４）から吹き出すことを防ぐことができる。具体的には例えば、外側筒状透明容器（６００）の内側の内側筒状透明容器（７００）の回転方向に関して、外側水素流出口（６２２）及び外側酸素流出口（６２４）が、電解質水溶液流入口（６１２）から３０°以上、９０°以上、１８０°以上、又は２７０°以上であって、３６０°以下の角度で離れた位置に存在するようにすることができる。ここで、この角度は、図６（ｃ）において「ｘ°」で示す角度である。
【００３０】
なお、図で示す態様では、電解質水溶液流入、電解質水溶液流出口、外側水素流出口及び外側酸素流出口が１つずつ配置されているが、それぞれ複数個を用いることもできる。
【００３１】
〈内側筒状透明容器〉
本発明の水素生成装置（５００）の内側筒状透明容器（７００）は、外側筒状透明容器（６００）の内側において、外側筒状透明容器と同軸で回転可能に収納されている。ここで、この内側筒状透明容器（７００）は、特に図７で示されているように、内側筒状透明容器内に内側筒状透明容器と同軸で固定されている回転翼（７５０）、生成された水素が流出する内側水素流出口（７８２）、及び生成された酸素が流出する内側酸素流出口（７９２）を有している。
【００３２】
本発明の水素生成装置の内側筒状透明容器（７００）は、電解質水溶液が図７（ｃ）の矢印（７０２）で示されているように電解質水溶液流入口から流入し、かつ電解質水溶液流出口から流出することによって、内側筒状透明容器内に固定されている回転翼（７５０）が動力を受けて、図７（ｃ）の矢印（７０４）で示されているように回転する。
【００３３】
すなわち、これによれば、電解質水溶液の供給によって内側筒状透明容器（７００）を回転させることができる。したがって、特に、これによれば、内側筒状透明容器を回転させる別個の動力源を用いずに、すなわち比較的単純な構成で、電解質水溶液の供給によって内側筒状透明容器を回転させることができる。
【００３４】
ここで、回転翼の個々の翼の面は、回転翼の回転軸に対して傾斜していてもよい。この場合には、電解質水溶液の供給によって回転翼が受ける動力を調節し、それによって内側筒状透明容器の回転を最適化することができる。また、この場合には、太陽光に対する角度を調節し、それによって回転翼上の光触媒が受ける光を最適化することができる。
【００３５】
なお、回転翼は、本発明の水素生成装置で水素の生成が可能である限り、任意の材料で形成することができる。
【００３６】
したがって、例えば回転翼は、繊維材料、例えばガラス繊維、炭素繊維、金属繊維等の無機材料の繊維、又はナイロン繊維、アクリル繊維等のポリマー材料の繊維で形成して、表面積を大きくし、それによって触媒の担持を促進することができる。また、回転翼を繊維材料で形成する場合、繊維と繊維との間に微細な隙間ができるようにすることによって、回転翼を通って水素生成室と酸素生成室との間を電解質水溶液が移動できるようにしつつ、水素生成室で生成される水素と酸素生成室で生成される酸素との混合を防ぐことができる。
【００３７】
さらに、回転翼は、イオン交換材料、特にイオン交換膜で形成することができ、この場合には、下記に示すように、回転翼を通って水素生成室と酸素生成室との間をイオンが移動することができるようにしつつ、水素生成室で生成される水素と酸素生成室で生成される酸素との混合を防ぐことができる。
【００３８】
なお、例えば回転翼を透明材料で形成することは、回転翼自身による光吸収を抑制し、光触媒で利用できる光の割合を大きくするために好ましいことがある。
【００３９】
また、内側筒状透明容器（７００）の内側は、特に図８で示されているように、回転翼（７５０）によって、１又は複数の水素生成室（７８０）と１又は複数の酸素生成室（７９０）とに仕切られており、内側水素流出口（７８２）が水素生成室に配置されており、かつ内側酸素流出口（７９２）が酸素生成室に配置されている。
【００４０】
図８で示す態様では、４つの水素生成室（７８０）と、４つの酸素生成室（７９０）とが、交互に配置されており、それぞれの水素生成室（７８０）に１つの内側水素流出口（７８２）が配置されており、かつそれぞれの酸素生成室（７９０）に１つの内側酸素流出口（７９２）が配置されている。しかしながら、水素生成室及び酸素生成室は任意の数にすることができ、これらの室の数は互いに同じでなくてもよい。また、それぞれの水素生成室は、１よりも多くの内側水素流出口を有することもでき、またそれぞれの酸素生成室は、１よりも多くの内側酸素流出口を有することができもできる。
【００４１】
ここで、特に図５（ａ）で示されているように、外側筒状透明容器（６００）の外側水素流出口（６２２）と、内側筒状透明容器（７００）の内側水素流出口（７８２）とは、略同一の半径方向の位置に配置されており、それによって外側筒状透明容器（６００）の内側で内側筒状透明容器（７００）が回転したときに、外側水素流出口と内側水素流出口とが連通して、内側筒状透明容器の内側から、内側水素流出口及び外側水素流出口を通して、生成した水素を取り出すことができるようにされている。
【００４２】
また、同様に、特に図５（ｂ）で示されているように、外側筒状透明容器（６００）の外側酸素流出口（６２４）と、内側筒状透明容器（７００）の内側酸素流出口（７９２）とが、略同一の半径方向の位置に配置されており、それによって外側筒状透明容器（６００）の内側で内側筒状透明容器（７００）が回転したときに、外側酸素流出口と内側酸素流出口とが連通して、内側筒状透明容器の内側から、内側酸素流出口及び外側酸素流出口を通して、生成した酸素を取り出すことができるようにされている。
【００４３】
〈水素生成機構〉
本発明の水素生成装置では、図８で示すように、回転翼（７５０）のうちの水素生成室（７８０）に面する部分には、水素生成光触媒（７８６）が配置されており、かつ回転翼のうちの酸素生成室（７９０）に面する部分には、酸素生成光触媒（７９６）が配置されている。
【００４４】
また、本発明の水素生成装置では、電解質水溶液が、水、還元イオン種、及び還元イオン種が酸化されて生成される酸化イオン種を含有し、これらのイオンは、水素生成室と酸素生成室との間で移動可能である。これらのイオンの移動は、電解質水溶液自体が、対流によって水素生成室と酸素生成室との間で移動可能であることによって達成できる。
【００４５】
本発明の水素生成装置では、上記のように、回転翼を、イオン交換材料、特にイオン交換膜で形成することができ、この場合には、還元イオン種、酸化イオン種、及び水素イオンが、イオン交換膜を通って水素生成室と酸素生成室との間を移動可能であることによっても、これらのイオンの移動を促進することができる。
【００４６】
このような本発明の水素生成装置によれば、回転翼上の水素生成光触媒及び酸素生成光触媒が、外側筒状透明容器及び内側筒状透明容器を通して光照射、例えば太陽光照射を受けたときに、図１で示すように、水素生成光触媒の触媒作用によって、水素生成室の電解質水溶液中の水素イオン（Ｈ＋）が還元されて、水素（Ｈ２）が生成され、かつ水素生成室の電解質水溶液中の還元イオン種（Ｆｅ２＋）が酸化されて、酸化イオン種（Ｆｅ３＋）が生成される。
【００４７】
また、本発明の水素生成装置では、水素生成光触媒及び酸素生成光触媒が光照射を受けたときに、図１で示すように、酸素生成光触媒の触媒作用によって、酸素生成室の電解質水溶液中の水（Ｈ２Ｏ）が分解及び酸化されて、水素イオン（Ｈ＋）及び酸素（Ｏ２）が生成され、かつ酸素生成室の電解質水溶液中の酸化イオン種（Ｆｅ３＋）が還元されて、還元イオン種（Ｆｅ２＋）が生成される。
【００４８】
ここで、還元イオン種（Ｆｅ２＋）、酸化イオン種（Ｆｅ３＋）及び水素イオン（Ｈ＋）は、水素生成室と酸素生成室との間で移動可能である。したがって還元イオン種（Ｆｅ２＋）及び水素イオン（Ｈ＋）が、酸素生成室から水素生成室に移動し、かつ酸化イオン種（Ｆｅ３＋）が、水素生成室から酸素生成室に移動することによって反応が継続される。
【００４９】
よって、全反応としては、水素生成室において水素が生成され、また酸素生成室において酸素が生成される。
【００５０】
なお、本発明の水素生成装置に関して、電解質水溶液の還元イオン種及び還元イオン種としては、本発明の水素生成装置で水素を製造できる限り、任意の還元イオン種及び還元イオン種の組合せを用いることができる。これらの還元イオン種及び還元イオン種は例えばそれぞれ、Ｆｅ２＋及びＦｅ３＋であってよい。これらの鉄イオンは例えば、硝酸鉄（Ｆｅ（ＮＯ３）３）、塩化鉄（ＦｅＣｌ３）、硫酸鉄（Ｆｅ２（ＳＯ４）３）によって提供することができる。
【００５１】
また、本発明の水素生成装置に関して、水素生成光触媒は、Ｐｔ／ＳｒＴｉＯ３：Ｒｈ系、Ｒｕ／ＳｒＴｉＯ３：Ｒｈ系、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される光触媒であってよく、酸素生成光触媒は、ＷＯ３系、ＢｉＶＯ４系、Ｂｉ２ＭｏＯ６系、及びそれらの組合せからなる群より選択される光触媒であってよい。
【００５２】
《水素製造方法》
本発明の水素製造方法では、本発明の水素生成装置の受光部に光、特に太陽光を照射して水から水素を生成することを含む。
【００５３】
このような本発明の方法によれば、光、特に太陽光をエネルギー源として用いて、効率的に水から水素を生成することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１００    光
２００    従来の水素製造装置
３００    従来の水素製造装置
５００    本発明の水素生成装置
６００    外側筒状透明容器
７００    内側筒状透明容器
７５０    回転翼
【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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