JP2000045926A - 水力発電システム - Google Patents

水力発電システム

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JP2000045926A
JP2000045926A JP10218177A JP21817798A JP2000045926A JP 2000045926 A JP2000045926 A JP 2000045926A JP 10218177 A JP10218177 A JP 10218177A JP 21817798 A JP21817798 A JP 21817798A JP 2000045926 A JP2000045926 A JP 2000045926A
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JP
Japan
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hydrogen
absorbing
conduit
pressure medium
power generation
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JP10218177A
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English (en)
Inventor
Yuichi Wakizaka
裕一 脇坂
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Japan Steel Works Ltd
Original Assignee
Japan Steel Works Ltd
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水素吸蔵合金を利用することにより、環
境にやさしくて高い効率を有する発電システムを得る。 【解決手段】 圧力媒体液2を収容した管路2に水力発
電機4を設け、圧力媒体液2の移動方向両端部側1a、
1bに、水素吸放出装置10、21を接続して水素吸蔵
合金M1、M2による水素の吸放出によって圧力媒体液
2に押圧と引寄せとを対称的かつ交互に行う。 【効果】 排熱等を利用して効率的に発電でき、環
境にもやさしい発電システムを構築できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素吸蔵合金によ
る水素の吸放出を利用して効率的に発電を行う水力発電
システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】周知の
ように発電システムとしては火力、水力、風力、原子力
等を利用したものが知られているが、一部のものを除い
ては、いずれも大規模の設備を必要としたり、環境に対
する悪影響があったりする。一方、原動機や小型タービ
ンを用いたものでは比較的小型の装置で発電を行うこと
ができるが、排ガス等による環境問題が大きい。ところ
で、最近では、環境に対する関心はより強まっており、
また、安価で効率的な発電システムを自前で持ちたいと
いう要望も強まっており、小型の発電システムとして構
築でき、また環境に対する影響も極力小さくした発電シ
ステムの開発が望まれている。本発明は、上記事情を背
景としてなされたものであり、小型の発電システムの構
築が可能であり、しかも環境を損なうことなく効率的な
発電を行うことができる水力発電システムを提供するこ
とを目的とする。
【0003】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の水素吸蔵合金を用いた水力発電システムのうち
第1の発明は、圧力媒体液を往復移動できるように収容
した管路と、該圧力媒体液の往復移動により発電する水
力発電機と、前記圧力媒体液の移動方向両端部側で、水
素吸蔵合金による水素の吸放出によって圧力媒体液に対
する押圧と引寄せとを対称的かつ交互に行う対の水素吸
放出装置とそれぞれを有することを特徴とする。
【0004】また、第2の発明の水素吸蔵合金を用いた
水力発電システムは、第1の発明において、前記管路は
両端が封止されているとともに、該管路の両端部内に圧
力媒体液で満たされない空間が確保されており、該両端
部に前記空間に連通するように水素吸放出装置の水素移
動路が連結されていることを特徴とする。
【0005】本発明は、上記するように管路内に収容し
た圧力媒体液を往復移動させることにより水力発電機を
動作させ、よって電力を発生させる。上記管路は、周囲
が壁で囲まれて媒体液が移動に際し漏れないように収容
されるものであればよく、管路の断面形状や上記往復移
動方向における管路形状や寸法が特に限定されるもので
はない。また、往復移動方向において断面形状を変化さ
せることも可能である。この管路に収容される圧力媒体
液としては水を例示することができるが、本発明として
は液の種類自体については特に限定されるものではな
く、適宜選定することができる。
【0006】そして圧力媒体液の往復移動は、該液の移
動端部両側で、圧力媒体液に対し対称的かつ交互に押圧
と引き寄せとを行うことにより効率的に実行できる。こ
の押圧と引き寄せとは、水素吸放出装置に備えられてい
る水素吸蔵合金において水素を吸放出させることにより
発生する圧力変化を利用する。この圧力変化は、直接、
圧力媒体液に伝達してもよく、また、ベローズシリンダ
や受圧板等を介して伝達するものであってもよい。
【0007】また、水素吸蔵合金における水素の吸放出
は、水素吸蔵合金の加熱、冷却によって行うことがで
き、しかも必要とされる加熱温度もそれ程は高くないの
で、例えば廃熱等の利用によってシステムを稼働させる
ことが可能であり、環境への影響をできるだけ小さくし
た効率の良い発電システムを構築することが可能にな
る。上記水素吸蔵合金の加熱、冷却では、加熱手段と冷
却手段とを設け、これらを選択的に作用させることで加
熱と冷却とを交互に行うことができる。なお、水素吸放
出装置は、圧力媒体液の両端側にあればよいから、3以
上の装置を用いることも可能であり、両端部で装置の数
が異なっているものであってもよい。また、圧力媒体液
の端部側としては、代表的には2つの場合が挙げられる
が、それぞれの端部側として3以上の端部を備えたもの
であってもよく、要は、圧力媒体液の往復移動に際し、
後端側または前端側になるものが端部側として2種類存
在していればよい。また、圧力媒体の移動が円滑になさ
れるものであれば、端部側の組合せを変更できるもので
あってもよい。
【0008】なお、上記押圧と引き寄せでは、管路の両
端を密閉し、該両端部に圧力媒体液が満たされない空間
を確保しておき、この空間に直接水素を供給したり、該
空間から水素を吸引したりすることにより押圧と引き寄
せとを行うことができる。また、ベローズシリンダ等を
用いて、圧力媒体液の端部に水素の吸放出により移動す
る部材を配置し、この部材の移動により上記押圧と引き
寄せとを行うこともできる。また、本発明の水力発電機
は、圧力媒体液の往復移動力を利用して発電を行えるも
のであればよく、特にその構造は限定されないが、代表
的には、水車の回転により発電がなされる水車発電機が
例示される。
【0009】
【発明の実施の形態】(実施形態1)以下に、本発明の
一実施形態を図1〜3に基づき説明する。U字管形状か
らなる管路1内に圧力媒体として水2が収容され、前記
管路1の両端部は内部に空間1a、1bを確保した状態
で封止されている。また、上記端部には水素吸放出装置
10、20に設けた水素移動管11、21が連結されて
おり、端部内部の側壁には、図2に示すように管路1内
を水の移動方向に沿って細かく区分する区分壁3…3が
多数縦横に設けられて、細管束が構成されている。な
お、上記のように管路1の端部内を水の移動方向に沿っ
て細かく区分すれば、水素圧を直接圧力媒体液に付加す
るものでは、圧力を均等に圧力媒体液に加えることがで
き、圧力損失も小さくすることができる。
【0010】また、管路1の長手方向中央位置には、水
車発電機4が設置されており、管路1内を移動する水の
動きにより発電して電力を外部に取り出している。ま
た、上記した水素吸放出装置10、20では、容器1
2、22内に水素吸蔵合金M1、M2が気密に収容され
ており、この実施形態では水素吸蔵合金M1、M2とし
て、いずれもCa0.85Mm0.15Ni4.85
0.15合金が用いられている。なお、この実施形態
では、異なる装置10、20で同一種の水素吸蔵合金を
用いたが、装置間で異なる種別の水素吸蔵合金を用いる
ことも可能である。
【0011】また、水素吸放出装置10、20には、加
熱手段として排熱管14、24が配設され、また冷却手
段として冷却管15、25が配設されており、上記排熱
管14、24は排熱源16に接続され、冷却管15、2
5は、冷却器17に接続されて、それぞれ水素吸蔵合金
23を選択的に加熱または冷却する。なお、上記排熱管
14、24では、90℃の熱水が熱媒体として用いられ
ており、冷却管15、25では32℃の冷却水が熱媒体
として用いられており、容器12、22では、図示しな
い熱交換器等を介して水素吸蔵合金M1、M2との間で
熱の授受がなされる。
【0012】次に、上記発電システムを用いた発電方法
を説明する。予め、システムの稼働に際し、それぞれの
水素吸蔵合金M1、M2に水素を未飽和の状態で吸蔵さ
せ、また、管路1の両端部空間にも水素を充填してお
き、合金への吸蔵量と空間内の水素量との合計量が飽和
吸蔵量になるようにする。そして、水素吸放出装置10
において、排熱管14を開き、冷却管15を閉じて、水
素吸蔵合金M1を加熱する。すると、図3に示すよう
に、該合金は90℃に加熱されて該合金M1からは水素
が放出され、端部1a内の水素圧が10kg/cm
上昇して、水2を細管束に沿って押し下げる。一方、水
素吸放出装置20では、冷却管25を開き、排熱管24
を閉じて、水素吸蔵合金M2を32℃に冷却する。する
と、該合金は水素を吸収して、端部空間1b内の水素圧
が1kg/cmになる迄減少して、水2を細管束にそ
って引き上げる。上記の水2の端部における押圧および
引き寄せによって水2が管路1に沿って図1示右方に移
動して、水車発電機4を作動させて電圧を発生させる。
上記水の移動は徐々に進行するため、その間、電圧は発
生し続ける。
【0013】上記による水素の吸放出が飽和すると、そ
れ以上は水の移動が起こらないため、水素吸蔵合金M
1、M2の加熱、冷却を反転させる。すなわち、水素吸
放出装置20において、排熱管24を開き、冷却管25
を閉じて、水素吸蔵合金M2を90℃に加熱する。する
と、該合金M2に吸収されていた水素が放出され始め、
端部1b内の水素圧が上昇して、引き上げられている水
2を細管束に沿って押し下げる。一方、水素吸放出装置
10では、冷却管15を開き、排熱管14を閉じること
により水素吸蔵合金M1を冷却する。すると、該合金M
1は水素を吸収して、端部空間1a内の水素圧を低下さ
せ、押し下げられていた水2を細管束に沿って逆に引き
上げる。上記の水素吸放出により、管路1内では、上記
とは逆方向(図1示左方)に水が移動して、図3に示す
ように水車発電機4により上記とは逆向きの電圧が発生
する。
【0014】上記の動作を繰り返すことにより、水車発
電機4では、連続して発電を行うことができ、この発電
機4で得られた電圧は、その後、整流等を経て電力とし
て使用することができる。なお、上記実施形態のように
(U字管には限定されない)、管路1の両端側または一
端側を上方に伸張させておけば、水素吸放出の反転時に
速やかに圧力媒体液の移動が起こるので、立ち上がり特
性に優れた電圧を発生させることができる。
【0015】(実施形態2)図5は、他の実施形態を示
すものであり、管路30は一直線状の管で構成されてい
る。この管路30の両端には、ベローズシリンダ31、
32が配置されており、管路30内に収容された水2
は、その端部において、ベローズシリンダ31、32の
先端壁で封止されている。これらベローズシリンダ3
0、31には、水素吸放出装置10、20の水素移動管
11、21が接続されており、水素吸放出装置10、2
0とベローズシリンダ31、32との間で水素が移動し
て、ベローズシリンダ31、32が収縮、伸張する。な
お、この実施形態で上記実施形態1と同様の構成につい
ては同一の符号を付して、その説明を省略または簡略化
する。
【0016】この実施形態では、水素吸放出装置10、
20における水素の吸放出に従って、ベローズシリンダ
31、32が伸張または収縮して、水の押圧と引き寄せ
とが管路30の両端部で対称的かつ交互になされ、水2
が管路30内で往復移動する。この水2の移動に従っ
て、上記実施形態と同様に管路30に配置した水車発電
機4で正負の電圧が発生する。この電圧は、上記と同様
に外部に取り出して電力として利用することができる。
【0017】なお、上記実施形態1、2ともに、その装
置の大きさについては説明しなかったが、水素吸放出装
置で吸放出可能な水素量とこれを収容する管路の大きさ
とを適宜選定することにより、出力の異なる発電システ
ムを任意に構築することができ、小型のものから大型の
ものまで所望により得ることができる。また、加熱源と
冷却源の温度が異なる場合には、その温度に適した水素
吸蔵合金を選定することにより、容易に対応が可能であ
り、汎用性にも優れている。また、上記実施形態1、2
では、数分程度で水素の吸放出を反転させたので、これ
に従って数分単位のサイクルを有する交流電圧が得られ
るが、水素の吸放出量や吸放出速度が変わることによ
り、反転の間隔も変わるので、水素吸蔵合金の種別等を
変えることにより反転の間隔も変えることができる。ま
た、水力発電機の構造により、圧力媒体液の移動方向が
変わる場合に同じ方向の電圧が発生するように構成する
ことも可能である。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の水力発電
システムによれば、圧力媒体液を往復移動可能に収容し
た管路と、該圧力媒体液の往復移動により発電する水力
発電機と、前記圧力媒体液の移動方向両端部側で、それ
ぞれ水素吸蔵合金による水素の吸放出によって圧力媒体
液に対する押圧と引寄せとを対称的かつ交互に行う対の
水素吸放出装置とを有するので、排熱等を利用して効率
的で環境にやさしい発電システムを構築することがで
き、また、システムの小型化も容易である。
【0019】さらに、前記管路の両端を封止し、該管路
の両端部内に圧力媒体液で満たされない空間を確保し
て、該両端部に前記空間に連通するように水素吸放出装
置の水素移動路を連結すれば、水素を直接に管路内との
間で移動させてシステムを稼働させることができるの
で、能力を低下させることなく装置の構造を簡略にでき
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態を示す概略図である。
【図2】 図1のII−II線断面図である。
【図3】 本発明の一実施形態の稼働状態を示す概略図
である。
【図4】 同じく、水素吸蔵合金の加熱温度と水素の平
衡圧との関係を示すグラフである。
【図5】 本発明の他の実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
1 管路 2 水 3 区分壁 4 発電機 10 水素吸放出装置 11 水素移動管 12 容器 14 排熱管 15 冷却管 20 水素吸放出装置 21 水素移動管 22 容器 24 排熱管 25 冷却管 30 管路 31 ベローズシリンダ 32 ベローズシリンダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // F04F 1/02 F04F 1/02

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧力媒体液を往復移動可能に収容した管
    路と、該圧力媒体液の往復移動により発電する水力発電
    機と、前記圧力媒体液の移動方向両端部側で、水素吸蔵
    合金による水素の吸放出によって圧力媒体液に対する押
    圧と引寄せとを対称的かつ交互に行う水素吸放出装置と
    をそれぞれ有することを特徴とする水力発電システム
  2. 【請求項2】 前記管路は両端が封止されているととも
    に、該管路の両端部内に圧力媒体液で満たされない空間
    が確保されており、該両端部に前記空間に連通するよう
    に水素吸放出装置の水素移動路が連結されていることを
    特徴とする水力発電システム
JP10218177A 1998-07-31 1998-07-31 水力発電システム Pending JP2000045926A (ja)

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