(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は、管状受光部（４４０）を有し、この管状受光部が、管状受光部の長手方向に伸びる水素生成室（４５１）及び酸素生成室（４５２）を有し、かつ水素生成室と酸素生成室とが、イオン交換膜（４５０）によって仕切られている。また、本発明の水素生成装置の管状受光部（４４０）では、水素生成室（４５１）が、水素生成分散体を収容し、場合によっては流通させるようにされており、かつ酸素生成室（４５２）が、酸素生成分散体を収容し、場合によっては流通させるようにされている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状受光部を有する水素生成装置であって、
前記管状受光部が、前記管状受光部の長手方向に伸びる水素生成室及び酸素生成室を有し、
前記水素生成室と酸素生成室とが、イオン交換膜によって仕切られており、
前記水素生成室が、第１の電解質水溶液及び水素生成光触媒粒子を含有する水素生成分散体を収容するようにされており、
前記酸素生成室が、第２の電解質水溶液及び酸素生成光触媒粒子を含有する酸素生成分散体を収容するようにされており、
前記第１及び第２の電解質水溶液が、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、
前記水素生成分散体が前記受光部の外側からの光照射を受けたときに、前記水素生成光触媒粒子の触媒作用によって、前記第１の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、かつ前記第１の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、
前記酸素生成分散体が前記受光部の外側からの光照射を受けたときに、前記酸素生成光触媒粒子の触媒作用によって、前記第２の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、かつ前記第２の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、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、前記イオン交換膜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、
水素製造装置。
【請求項２】
前記水素生成室が前記酸素生成室の内側に配置されている、請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項３】
前記酸素生成室が前記水素生成室の内側に配置されている、請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項４】
前記水素生成室と前記酸素生成室とが互いに側面で接している、請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項５】
前記水素生成室内に、前記管状受光部の長手方向に伸びる水素回収室を有し、かつ前記水素生成室と水素回収室とが、気液分離膜によって仕切られている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項６】
前記酸素生成室内に、前記管状受光部の長手方向に伸びる酸素回収室を有し、かつ前記酸素生成室と酸素回収室とが、気液分離膜によって仕切られている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項７】
前記水素生成室内に、前記管状受光部の長手方向に伸びる水素回収室を有し、かつ前記水素生成室と水素回収室とが、気液分離膜によって仕切られており、
前記酸素生成室内に、前記管状受光部の長手方向に伸びる酸素回収室を有し、かつ前記酸素生成室と酸素回収室とが、気液分離膜によって仕切られており、かつ
前記水素回収室と前記酸素回収室とが、前記イオン交換膜によって仕切られている、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項８】
前記水素生成分散体から水素を分離する水素分離部を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項９】
前記酸素生成分散体から酸素を分離する酸素分離部を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項１０】
前記管状受光部が可撓性である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項１１】
前記管状受光部が反復蛇行形状を有している、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項１２】
複数の前記管状受光部が並列に配置されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項１３】
前記管状受光部が風受け部を有する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項１４】
前記水素生成分散体及び前記酸素生成分散体をそれぞれ、前記水素生成室及び前記酸素生成室に流通させるポンプを有する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項１５】
前記ポンプがダイヤフラムポンプである、請求項１４に記載の水素製造装置。
【請求項１６】
前記水素生成光触媒粒子及び前記酸素生成光触媒粒子の少なくとも一部を前記ポンプから迂回させる触媒粒子迂回流路を有する、請求項１４又は１５に記載の水素製造装置。
【請求項１７】
前記管状受光部の一端が閉じられている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項１８】
前記光照射が太陽光照射である、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の水素生成装置の前記受光部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受光部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が、そのうちの１つとして、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。
【０００７】
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）
【０００８】
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）
【０００９】
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）。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−１９９１８７
【非特許文献】
【００１４】
【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】
【００１５】
本発明では、酸素生成光触媒粒子と水素生成光触媒粒子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】
【００１６】
本件発明者は、鋭意検討の結果、下記の本発明に想到した。
【００１７】
〈１〉管状受光部を有する水素生成装置であって、
上記管状受光部が、上記管状受光部の長手方向に伸びる水素生成室及び酸素生成室を有し、
上記水素生成室と酸素生成室とが、イオン交換膜によって仕切られており、
上記水素生成室が、第１の電解質水溶液及び水素生成光触媒粒子を含有する水素生成分散体を収容するようにされており、
上記酸素生成室が、第２の電解質水溶液及び酸素生成光触媒粒子を含有する酸素生成分散体を収容するようにされており、
上記第１及び第２の電解質水溶液が、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、
上記水素生成分散体が上記受光部の外側からの光照射を受けたときに、上記水素生成光触媒粒子の触媒作用によって、上記第１の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、かつ上記第１の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、
上記酸素生成分散体が上記受光部の外側からの光照射を受けたときに、上記酸素生成光触媒粒子の触媒作用によって、上記第２の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、かつ上記第２の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、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、
水素製造装置。
〈２〉上記水素生成室が上記酸素生成室の内側に配置されている、上記〈１〉項に記載の水素製造装置。
〈３〉上記酸素生成室が上記水素生成室の内側に配置されている、上記〈１〉項に記載の水素製造装置。
〈４〉上記水素生成室と上記酸素生成室とが互いに側面で接している、上記〈１〉に記載の水素製造装置。
〈５〉上記水素生成室内に、上記管状受光部の長手方向に伸びる水素回収室を有し、かつ上記水素生成室と水素回収室とが、気液分離膜によって仕切られている、上記〈１〉〜〈４〉項のいずれか一項に記載の水素製造装置。
〈６〉上記酸素生成室内に、上記管状受光部の長手方向に伸びる酸素回収室を有し、かつ上記酸素生成室と酸素回収室とが、気液分離膜によって仕切られている、上記〈１〉〜〈５〉項のいずれか一項に記載の水素製造装置。
〈７〉上記水素生成室内に、上記管状受光部の長手方向に伸びる水素回収室を有し、かつ上記水素生成室と水素回収室とが、気液分離膜によって仕切られており、
上記酸素生成室内に、上記管状受光部の長手方向に伸びる酸素回収室を有し、かつ上記酸素生成室と酸素回収室とが、気液分離膜によって仕切られており、かつ
上記水素回収室と上記酸素回収室とが、上記イオン交換膜によって仕切られている、
上記〈１〉〜〈４〉項のいずれか一項に記載の水素製造装置。
〈８〉上記水素生成分散体から水素を分離する水素分離部を有する、上記〈１〉〜〈７〉項のいずれか一項に記載の水素製造装置。
〈９〉上記酸素生成分散体から酸素を分離する酸素分離部を有する、上記〈１〉〜〈８〉項のいずれか一項に記載の水素製造装置。
〈１０〉上記管状受光部が可撓性である、上記〈１〉〜〈９〉項のいずれか一項に記載の水素製造装置。
〈１１〉上記管状受光部が反復蛇行形状を有している、上記〈１〉〜〈１０〉項のいずれか一項に記載の水素製造装置。
〈１２〉複数の上記管状受光部が並列に配置されている、上記〈１〉〜〈１０〉項のいずれか一項に記載の水素製造装置。
〈１３〉上記管状受光部が風受け部を有する、上記〈１〉〜〈１２〉項のいずれか一項に記載の水素製造装置。
〈１４〉上記水素生成分散体及び上記酸素生成分散体をそれぞれ、上記水素生成室及び上記酸素生成室に流通させるポンプを有する、上記〈１〉〜〈１３〉項のいずれか一項に記載の水素製造装置。
〈１５〉上記ポンプがダイヤフラムポンプである、上記〈１４〉項に記載の水素製造装置。
〈１６〉上記水素生成光触媒粒子及び上記酸素生成光触媒粒子の少なくとも一部を上記ポンプから迂回させる触媒粒子迂回流路を有する、上記〈１４〉又は〈１５〉項に記載の水素製造装置。
〈１７〉上記管状受光部の一端が閉じられている、上記〈１〉〜〈１３〉項のいずれか一項に記載の水素製造装置。
〈１８〉上記光照射が太陽光照射である、上記〈１〉〜〈１７〉項のいずれか一項に記載の水素製造装置。
〈１９〉上記〈１〉〜〈１８〉項のいずれか一項に記載の水素生成装置の上記受光部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】
【００１８】
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、受光部が管状であることによって、設置の際の自動度を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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管状受光部の例を示す図である。ここで、図４（ａ）は斜視図であり、図４（ｂ）は半径方向断面図である。
【図５】図５、管状受光部の例を示す半径方向断面図である。
【図６】図６は、本発明の水素生成性装置において使用できる水素分離部又は酸素分離部の例を示す図である。
【図７】図７は、本発明の水素生成装置の第１の態様を示す図である。
【図８】図８は、本発明の水素生成装置の第２の態様を示す図である。
【図９】図９は、本発明の水素生成装置の第３の態様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
《水素生成装置》
本発明の水素生成装置は管状受光部を有する。
【００２２】
本発明の水素生成装置の管状受光部は、例えば図４で示されるようなものであってよい。すなわち例えば、本発明の水素生成装置の管状受光部（４４０）は、図４で示されているように、管状受光部の長手方向に伸びる水素生成室（４５１）及び酸素生成室（４５２）を有し、かつ水素生成室と酸素生成室とが、イオン交換膜（４５０）によって仕切られている。また例えば、本発明の水素生成装置の管状受光部（４４０）では、水素生成室（４５１）が、水素生成分散体を収容し、かつ場合によっては流通させるようにされており、また酸素生成室（４５２）が、酸素生成分散体を収容し、かつ場合によっては流通させるようにされている。
【００２３】
本発明の水素生成装置では例えば、図４、並びに図５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）で示されているように、水素生成室（４５１）と酸素生成室（４５２）とが互いに側面で接していてよい。また、例えば、本発明の水素生成装置では、図５（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）で示されているように、水素生成室（４５１ｄ）が酸素生成室（４５２ｄ）の内側に配置されていてよく、又は反対に酸素生成室が水素生成室の内側に配置されていてよい。
【００２４】
なお、本発明の水素生成装置のためのイオン交換膜としては、陽イオン交換膜、例えばナフィオン膜を用いることができる。
【００２５】
また、本発明の水素生成装置の管状受光部の外周部は、受光部の外側から照射される光を水素生成分散体又は酸素生成分散体まで到達させることができる任意の透明又は半透明材料、例えば透明又は半透明ポリマー材料、特に開環メタセシス重合体水素化ポリマーで形成されていてよい。
【００２６】
また、この管状受光部は、可撓性にすることができる。管状受光部が可撓性である場合、管状受光部の取り扱い性が良好になり、また管状受光部の設置の自由度が大きくなる。また、管状受光部が充分に可撓性である場合、管状受光部を屋外に設置したときに、管状受光部が風を受けて振動し、それによって光触媒粒子の沈殿を防ぐこと、生成した水素及び酸素の滞留を防ぐことと等ができる。
【００２７】
水素生成分散体及び酸素生成分散体をそれぞれ、水素生成室及び酸素生成室に流通させる場合、任意のポンプを用いることができる。このようなポンプとしては、分散体中の触媒粒子による研磨等の影響を受けにくいポンプ、例えばダイヤフラムポンプを用いることができる。
【００２８】
また、必要に応じて、本発明の水素生成装置は、水素生成光触媒粒子及び酸素生成光触媒粒子の少なくとも一部をポンプから迂回させる触媒粒子迂回流路を有することができる。このような触媒粒子迂回流路は、ポンプの劣化を防ぐために好ましいことがある。
【００２９】
本発明の水素生成装置において、水素生成分散体及び酸素生成分散体をそれぞれ水素生成室及び酸素生成室に流通させながら水の分解を行う場合、分散体の流動による撹拌作用によって、光触媒粒子の沈殿を防ぐこと、生成した水素及び酸素の滞留を防ぐこと等ができる。
【００３０】
なお、管状受光部とマニホールド又は土台のような固定部との間には、バネ又はゴムのような弾性体を配置することができる。また、管状受光部、特に管状受光部の先端部は、風による風圧を受けるように形成された風受け部を有することができる。これらの態様によれば、管状受光部が風で振動し、それによって振動による撹拌作用によって、分散対中の光触媒粒子の沈殿を防ぐこと、生成した水素及び酸素の滞留を防ぐこと等ができる。
【００３１】
〈水素生成機構〉
本発明の水素生成装置では、水素生成分散体が、第１の電解質水溶液及び水素生成光触媒粒子を含有しており、酸素生成分散体が、第２の電解質水溶液及び酸素生成光触媒粒子を含有しており、かつ第１及び第２の電解質水溶液が、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ている。
【００３２】
このような本発明の水素生成装置によれば、水素生成分散体が光照射、例えば太陽光照射を受けたときに、図１で示すように、水素生成光触媒粒子の触媒作用によって、第１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、かつ第１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。
【００３３】
また、本発明の水素生成装置では、酸素生成分散体が光照射を受けたときに、図１で示すように、酸素生成光触媒粒子の触媒作用によって、第２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、かつ第２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。
【００３４】
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、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。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。
【００３５】
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。
【００３６】
なお、本発明の水素生成装置に関して、第１の電解質水溶液及び第２の電解質水溶液は同じであっても異なっていてもよい。また、これらの電解質の還元イオン種及び還元イオン種としては、本発明の水素及び酸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。
【００３７】
また、本発明の水素生成装置に関して、水素生成光触媒粒子は、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粒子であってよく、酸素生成光触媒粒子は、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粒子であってよい。
【００３８】
〈水素回収室及び酸素回収室〉
本発明の水素生成装置では、図５（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）及び（ｆ）で示されているように、水素生成室（４５１）内に、管状受光部の長手方向に伸びる水素回収室（４７１ｂ、４７１ｃ、４７１ｅ、４７１ｆ）を有し、かつ水素生成室と水素回収室とが、気液分離膜（４６１ｂ、４６１ｃ、４６１ｅ、４６１ｆ）によって仕切られていてよく、また酸素生成室（４５２）内に、管状受光部の長手方向に伸びる酸素回収室（４７２ｂ、４７２ｃ、４７２ｅ、４７２ｆ）を有し、かつ酸素生成室と酸素回収室とが、気液分離膜（４６２ｂ、４６２ｃ、４６２ｅ、４６２ｆ）によって仕切られていてよい。ここで、この気液分離膜としては例えば、テフロン（商標）ＡＦ−２０００フィルムを用いることができる。
【００３９】
図５（ｃ）及び（ｆ）で示されているように、水素回収室（４７１ｃ、４７１ｆ）と、酸素回収室（４７２ｃ、４７２ｆ）とは、イオン交換膜（４５０）によって仕切られていてよい。
【００４０】
水素回収室及び／又は酸素回収室を用いるこれらの態様によれば、水素生成室において生成した水素を水素回収室によって回収し、また酸素生成室において生成した酸素を酸素回収室によって回収することができる。
【００４１】
〈水素分離部及び酸素分離部〉
本発明の水素生成装置では、上記のような水素回収部及び酸素回収部に代えて、又は上記のような水素回収部及び酸素回収部に加えて、水素生成分散体から水素を分離する水素分離部、及び／又は酸素生成分散体から酸素を分離する酸素分離部を有することができる。
【００４２】
このような水素分離部又は酸素分離部（６００）としては例えば、図６で示されているように、生成した水素又は酸素を伴う水素生成分散体又は酸素生成分散体が流入する流入口（６１２）、水素生成分散体又は酸素生成分散体が溜まる液溜（６１０）、水素又は酸素が流出する気体流出口（６１４）、及び水素又は酸素を除去された水素生成分散体又は酸素生成分散体が流出する分散体流出口を有する単純な構成の気液分離器を用いることができる。
【００４３】
水素分離部及び／又は酸素分離部を用いるこれらの態様によれば、水素回収室又は酸素回収室を用いずに、水素又は酸素を水素生成分散体又は酸素生成分散体から分離して取り出すこと、又は水素生成室又は酸素生成室で回収しきれなかった水素又は酸素を、水素生成分散体又は酸素生成分散体から分離して取り出すことができる。
【００４４】
〈本発明の水素生成装置の第１の態様〉
本発明の水素生成装置の第１の態様では、管状受光部が反復蛇行形状を有している。
【００４５】
具体的にはこの態様では、図７に示す水素生成装置（７００）でのように、管状受光部（７１０）が反復蛇行形状を有しており、この管状受光部の水素生成室及び酸素生成室に、ポンプ（７３０）によって黒矢印で示すように、それぞれ水素生成分散体及び酸素生成分散体を流通させる。
【００４６】
管状受光部（７１０）に光（１００）を照射することによって得られた水素及び酸素は、水素及び酸素分離部（７２０）において水素生成分散体及び酸素生成分散体から分離されて取り出される。また、水素及び酸素は、水素回収室及び酸素回収室が存在する場合には、これらの回収室でそれぞれ回収して取り出される。
【００４７】
〈本発明の水素生成装置の第２の態様〉
本発明の水素生成装置の第２の態様では、複数の管状受光部が並列に配置されていている。
【００４８】
具体的にはこの態様では、図８に示す水素生成装置（８００）でのように、複数の管状受光部（８１０）が並列に配置されており、この管状受光部の水素生成室及び酸素生成室に、ポンプ（８３０）によって黒矢印で示すように、それぞれ水素生成分散体及び酸素生成分散体を流通させる。
【００４９】
管状受光部（８１０）に光（１００）を照射することによって得られた水素及び酸素は、水素及び酸素分離部（８２０）において水素生成分散体及び酸素生成分散体から分離されて取り出される。また、水素及び酸素は、水素回収室及び酸素回収室が存在する場合には、これらの回収室でそれぞれ回収して取り出される。
【００５０】
〈本発明の水素生成装置の第３の態様〉
本発明の水素生成装置の第３の態様では、管状受光部の一端が閉じられおり、かつ固定されていない。
【００５１】
具体的にはこの態様では、図９に示す本発明の水素生成装置（９００）でのように、複数の管状受光部（９１０）がマニホールド（９２０）によって並列に配置されており、管状受光部の一端（９１０ａ）が閉じられおり、かつ固定されていない。なお、この態様では、水素生成室及び酸素生成室に水素生成分散体及び酸素生成分散体を流通させるのではなく、単に収容しておき、必要に応じて水素生成分散体及び酸素生成分散体を補給又は交換する。
【００５２】
管状受光部の一端が固定されていないことは、管状受光部が充分に可撓性である場合、管状受光部を屋外に設置したときに、管状受光部が風を受けて振動し、それによって生成した水素及び酸素の滞留、並びに分散体中の光触媒粒子の沈殿を抑制することを促進できる。
【００５３】
管状受光部（９１０）に光（１００）を照射することによって得られた水素及び酸素は、水素及び酸素分離部（９２０）において水素生成分散体及び酸素生成分散体から分離されて取り出される。また、水素及び酸素は、水素回収室及び酸素回収室が存在する場合には、これらの回収室でそれぞれ回収して取り出される。
【００５４】
なお、この態様では、図９（ｂ）に示すように、管状受光部（９１０）の先端部（９１０ａ）が風受け部（９１５）を有することによって、管状受光部が風で振動しやすいようにすることができる。
【００５５】
《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。
【００５６】
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】
【００５７】
１００    光
２００    従来の水素製造装置
３００    従来の水素製造装置
４４０    管状受光部
６００    水素分離部又は酸素分離部
７００    本発明の水素製造装置の第１の態様
８００    本発明の水素製造装置の第２の態様
９００    本発明の水素製造装置の第３の態様
【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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