JP2000333481A - Subminiature clean power generating system - Google Patents

Subminiature clean power generating system

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JP2000333481A
JP2000333481A JP11136735A JP13673599A JP2000333481A JP 2000333481 A JP2000333481 A JP 2000333481A JP 11136735 A JP11136735 A JP 11136735A JP 13673599 A JP13673599 A JP 13673599A JP 2000333481 A JP2000333481 A JP 2000333481A
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JP
Japan
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power
water
fuel cell
hydrogen gas
photocatalyst
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JP11136735A
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Japanese (ja)
Inventor
Takamasa Hattori
貴應 服部
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NST Co Ltd
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NST Co Ltd
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Publication date
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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive subminiature clean power generating system, capable of being easily installed in respective homes, without giving adverse effects the environment. SOLUTION: This system is provided with a wind power generating apparatus 10 generating AC power by means of wind power, a rectifying apparatus 20 converting AC power from the wind power generating apparatus 10 into a DC power, an electrolyzer 30 for electrolyzing water by means of DC power from the rectifying apparatus 20, a photocatalyst/water decomposing apparatus 50 for electrolyzing water by means of sunlight and photocatalyst, a hydrogen storage part 40 storing hydrogen gas generated from the electrolyzer 30 and the photocatalyst/water decomposing apparatus 50 respectively, and a fuel battery 60 for converting hydrogen gas stored in the hydrogen storage part 40 into DC power.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光及び風力と
いった自然界の無尽蔵なエネルギーを利用してクリーン
に発電して、家庭に電力を供給するクリーン発電システ
ムに関し、特に超小型で各家庭で簡易に利用できるクリ
ーン発電システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a clean power generation system for supplying electricity to households by generating electricity cleanly by using inexhaustible energy in the natural world such as sunlight and wind power, and more particularly, to an ultra-compact and easy-to-use household. It relates to a clean power generation system that can be used for:

【0002】[0002]

【従来の技術】従来家庭や工場、オフィス等の電力エネ
ルギーはダムによる水力発電や、石炭、石油による火力
発電が主流となっており、近年では原子力発電も利用さ
れるようになって来ている。電力が各家庭において非常
に重要であるにも拘らず、発電装置が大型になり燃料等
が必要なため、電力会社からの供給に頼らざるを得ない
のが実情であり、各家庭で電力を発電して利用すること
は殆どなかった。
2. Description of the Related Art Conventionally, electric power for homes, factories, offices, etc. has been mainly hydroelectric power generation by dams or thermal power generation by coal or oil, and in recent years, nuclear power generation has also been used. . Despite the fact that power is very important in each household, the fact that power generation equipment is large and requires fuel etc. There was almost no use to generate electricity.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水力発
電はダムの建設に莫大な費用と時間がかかると共に、貯
水量が天候に左右されてしまう欠点がある。近年は、ダ
ム建設に対する反対運動も環境保護の上で強くなってお
り、ダム湖への土石の流入による堆積も大きな問題にな
っている。また、火力発電は石油や石炭の燃焼に頼って
いるため、いずれは資源が地球上から枯渇してしまう心
配があると共に、大気汚染や地球温暖化の面でも問題が
ある。更に、原子力発電は安全性の面と共に、近隣地域
に対する環境問題が大きく、世界的に建設がストップさ
れる傾向が強くなっている。このため、将来的に原子力
発電に頼ることはできないといった政治的な問題もあ
る。
However, hydroelectric power generation has the drawback that the construction of a dam requires enormous cost and time, and the amount of water storage is affected by the weather. In recent years, opposition to dam construction has become stronger in terms of environmental protection, and the inflow of debris into dam lakes has become a major problem. In addition, thermal power generation relies on the burning of oil and coal, so there is a concern that resources will eventually be depleted from the earth, and there is also a problem in terms of air pollution and global warming. In addition, nuclear power generation, along with safety aspects, poses a serious environmental problem to nearby areas, and there is a strong tendency to stop construction worldwide. For this reason, there is a political problem that nuclear power cannot be relied on in the future.

【0004】エネルギー需要は増加を続けており、近い
将来原子力発電や火力発電の設置が需要に追いつかなく
なる可能性もある。このように、従来は火力、水力或は
原子力に基づいた各発電所で大容量電力を発電して、そ
の電力を家庭や工場等に送電していた。各家庭で使用す
る電力を、各家庭で小型かつクリーンに発電できるよう
にすれば、多くの発電所を設置する必要もなくなり、エ
ネルギー問題も一挙に解決されることになる。
[0004] Energy demand continues to increase, and it is possible that nuclear and thermal power installations will not be able to keep up with demand in the near future. As described above, conventionally, large-capacity electric power is generated at each power station based on thermal power, hydroelectric power, or nuclear power, and the electric power is transmitted to homes and factories. If the power used in each home can be generated small and clean in each home, there is no need to install many power plants, and the energy problem will be solved at once.

【0005】本発明は上述のような事情よりなされたも
のであり、本発明の目的は、環境に影響を与えない消費
エネルギーを主体とした生活に変えて行くため、環境に
悪影響を与えることなく、各家庭でも簡易に設置できる
安価で超小型のクリーンな発電システムを提供すること
にある。
[0005] The present invention has been made in view of the circumstances described above, and an object of the present invention is to change to a lifestyle mainly based on energy consumption that does not affect the environment. Another object of the present invention is to provide an inexpensive, ultra-compact, clean power generation system that can be easily installed in each home.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は超小型クリーン
発電システムに関し、本発明の上記目的は、風力によっ
て交流電力を発電する風力発電装置と、前記風力発電装
置からの交流電力を直流電力に変換する整流装置と、前
記整流装置からの直流電力によって水を電気分解する電
気分解装置と、太陽光及び光触媒によって水を電気分解
する光触媒/水分解装置と、前記電気分解装置及び前記
光触媒/水分解装置からそれぞれ発生される水素ガスを
貯蔵する水素貯蔵部と、前記水素貯蔵部に貯蔵された水
素ガスを直流電力に変換する燃料電池とを設けることに
よって達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to an ultra-small clean power generation system, and an object of the present invention is to provide a wind power generator for generating AC power by wind power, and to convert AC power from the wind power generator into DC power. A rectifier for conversion, an electrolyzer for electrolyzing water by DC power from the rectifier, a photocatalyst / water splitter for electrolyzing water by sunlight and a photocatalyst, the electrolyzer and the photocatalyst / water This is achieved by providing a hydrogen storage unit that stores hydrogen gas generated from each of the crackers, and a fuel cell that converts the hydrogen gas stored in the hydrogen storage unit into DC power.

【0007】また、本発明の上記目的は、風力によって
交流電力を発電し、前記交流電力を直流電力に変換し、
前記直流電力によって水を電気分解して得られる水素ガ
スを燃料電池に供給して直流電力を得ることによって、
或は太陽光によって水を電気分解して得られる水素ガス
を燃料電池に供給して直流電力を得ることによって達成
される。
Another object of the present invention is to generate AC power by wind power, convert the AC power into DC power,
By supplying hydrogen gas obtained by electrolyzing water with the DC power to a fuel cell to obtain DC power,
Alternatively, it is achieved by supplying hydrogen gas obtained by electrolyzing water with sunlight to a fuel cell to obtain DC power.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明ではエネルギー源を自然界
の風力と太陽光により得て、家庭用の電力及び熱源とす
る。風力によって電力を得、この電力を水分解に利用し
て水素ガスを発生し、他方光触媒を用いて太陽光で水を
直接分解して水素ガスを発生する。このようにして得ら
れた水素ガスを水素吸蔵金属(水素吸蔵合金)で成る水
素貯蔵部に貯蔵し、必要時に水素ガスを燃料電池に供給
して直流電力を得、或は水素ガスを直接燃焼して熱エネ
ルギーを得るようにし、各家庭における日常又は非常時
の電力及び熱使用に対応し、クリーンエネルギーの利用
を推進する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, an energy source is obtained from wind and sunlight in the natural world, and is used as a power source and a heat source for home use. Electric power is obtained by wind power, and this electric power is used for water decomposition to generate hydrogen gas, while hydrogen is generated by directly decomposing water with sunlight using a photocatalyst. The hydrogen gas thus obtained is stored in a hydrogen storage unit made of a hydrogen storage metal (hydrogen storage alloy), and the hydrogen gas is supplied to the fuel cell as needed to obtain DC power, or the hydrogen gas is directly burned. To obtain heat energy, to respond to daily or emergency power and heat use in each home, and to promote the use of clean energy.

【0009】図1は本発明の概念をブロック図で示して
おり、風車を利用した風力発電装置10は自然界の風に
よって駆動され、回転駆動される発電機によって交流電
力を発生する。交流電力は整流装置20に送られて直流
電力に変換され、直流電力が電気分解装置30に供給さ
れる。電気分解装置30は供給された直流電力によって
水を電気分解し、水を水素(ガス)と酸素(ガス)に分
解し、得られた水素ガスを水素吸蔵金属(水素吸蔵合
金)で成る水素貯蔵部40に送ると共に、酸素は空気中
に放出する。風力は昼夜を問わず得られ、それによって
産出された水素ガスが大量に水素貯蔵部40に貯蔵され
る。一方、光触媒/水分解装置50は、太陽光及び光触
媒によって水を電気分解して水素(ガス)と酸素(ガ
ス)を得、得られた水素ガスを水素貯蔵部40に送って
貯蔵すると共に、電気分解で同時に発生する酸素は空中
に放出する。太陽光は昼間だけ得られるので、光触媒/
水分解装置50からの水素ガスは昼間だけ水素貯蔵部4
0に貯蔵される。電気分解装置30及び光触媒/水分解
装置50でそれぞれ水素ガスと同時に得られるガスは無
害な酸素であり、酸素ガスが空気中に放出されるのみで
あるため、大気汚染の心配は全くない。
FIG. 1 is a block diagram showing the concept of the present invention. A wind power generator 10 using a windmill is driven by wind in the natural world, and generates AC power by a generator driven to rotate. The AC power is sent to the rectifier 20 and converted into DC power, and the DC power is supplied to the electrolyzer 30. The electrolyzer 30 electrolyzes water by the supplied DC power, decomposes the water into hydrogen (gas) and oxygen (gas), and converts the obtained hydrogen gas into a hydrogen storage metal (hydrogen storage alloy). The oxygen is released into the air while being sent to the section 40. Wind is obtained day and night, and a large amount of hydrogen gas generated by the wind is stored in the hydrogen storage unit 40. On the other hand, the photocatalyst / water splitter 50 electrolyzes water with sunlight and a photocatalyst to obtain hydrogen (gas) and oxygen (gas), and sends the obtained hydrogen gas to the hydrogen storage unit 40 for storage. Oxygen generated simultaneously in the electrolysis is released into the air. Since sunlight can only be obtained during the day, the photocatalyst /
The hydrogen gas from the water splitter 50 is supplied to the hydrogen storage unit 4 only during the daytime.
Stored at 0. The gas obtained simultaneously with the hydrogen gas in the electrolysis device 30 and the photocatalyst / water decomposition device 50 is harmless oxygen, and only oxygen gas is released into the air, so there is no concern about air pollution.

【0010】水素貯蔵部40に貯蔵された水素ガスは必
要時に燃料電池60に送られ、燃料電池60で直流電力
を得ると共に、水素ガスを直接燃焼又は触媒燃焼させる
ことによって熱エネルギーを得ることができる。風力発
電装置10、整流装置20、電気分解装置30、水素貯
蔵部40、光触媒/水分解装置50及び燃料電池60は
それぞれ制御装置(例えばパソコン)70で統一的に制
御され、制御装置70には表示装置80が接続されてお
り、各装置の動作状況を監視できるようになっている。
[0010] The hydrogen gas stored in the hydrogen storage unit 40 is sent to the fuel cell 60 when needed, and the DC power is obtained by the fuel cell 60 and the thermal energy is obtained by directly burning or catalytically burning the hydrogen gas. it can. The wind power generator 10, the rectifier 20, the electrolyzer 30, the hydrogen storage unit 40, the photocatalyst / water splitter 50, and the fuel cell 60 are integrally controlled by a control device (for example, a personal computer) 70. The display device 80 is connected so that the operation status of each device can be monitored.

【0011】図2は、図1の各部における検出と制御の
関係を示すフロー図であり、風力発電装置10では風速
及び風向が検出され、例えばヨー制御、ピッチ制御及び
ON/OFF制御が制御装置70で実行され、整流装置
20では電圧及び電流が検出される。また、電気分解装
置30では水量、温度、水素ガス流量が検出され、水量
制御、温度制御及びガス流量制御が制御装置70で実行
され、水素貯蔵部40では水素ガス圧力、温度が検出さ
れ、温度制御が実行され、燃料電池60への水素ガス供
給では水素ガス流量が検出され、ガス流量制御が制御装
置70で実行される。更に、燃料電池60では温度が検
出されて温度制御及び電力量の制御が実行され、光触媒
/水分解装置50では水量及び温度が検出され、制御装
置70で水量制御及び温度制御が実行される。
FIG. 2 is a flowchart showing the relationship between detection and control in each section of FIG. 1. The wind power generator 10 detects the wind speed and direction, and for example, the yaw control, pitch control, and ON / OFF control are performed by the control device. The rectifier 20 detects the voltage and the current. Further, the water amount, the temperature, and the hydrogen gas flow rate are detected by the electrolyzer 30, the water amount control, the temperature control, and the gas flow rate control are executed by the control device 70, and the hydrogen gas pressure and the temperature are detected by the hydrogen storage unit 40, The control is executed, the hydrogen gas flow rate is detected in the hydrogen gas supply to the fuel cell 60, and the gas flow rate control is executed by the control device 70. Further, the temperature is detected in the fuel cell 60 to control the temperature and the amount of electric power. The photocatalyst / water splitter 50 detects the amount of water and the temperature, and the controller 70 executes the amount of water control and the temperature control.

【0012】ところで、風力発電装置10は風車に直接
若しくは歯車機構等を介して発電機を装着した発電装置
であり、風車としては図3に示すような水平軸型風車
と、図4に示すような垂直軸型風車とがあり、本発明は
いずれにも適用可能である。図3(A)はセルウィング
型(ギリシャ)風車であり、同図(B)はオランダ風車
であり、同図(C)はプロペラ型風車であり、本例では
3枚ブレードの例を示している。水平軸型風車としては
更に多翼型風車がある。また、図4(A)はサボニウス
風車であり、同図(B)はクロスフロー風車であり、同
図(C)はダリウス風車であり、他にパドル風車、真直
ダリウス、ヘリックスタービン等がある。風力発電装置
10を小型にするためにはサボニウス風車又はダリウス
風車が適している。
The wind power generator 10 is a power generator in which a generator is mounted on a wind turbine directly or via a gear mechanism or the like. As the wind turbine, a horizontal axis wind turbine as shown in FIG. 3 and a wind turbine as shown in FIG. And the present invention can be applied to any of them. FIG. 3 (A) shows a cell wing type (Greece) windmill, FIG. 3 (B) shows a Dutch windmill, and FIG. 3 (C) shows a propeller type windmill. In this example, an example of three blades is shown. I have. As a horizontal axis windmill, there is a multi-blade windmill. 4A shows a Savonius wind turbine, FIG. 4B shows a cross flow wind turbine, and FIG. 4C shows a Darrieus wind turbine. In addition, there are a paddle wind turbine, a straight Darius, a helix turbine, and the like. To reduce the size of the wind power generator 10, a Savonius wind turbine or a Darius wind turbine is suitable.

【0013】電気分解装置30は直流電力で水分解する
もので、本例では固体高分子電解質を用いた電解プロセ
スを用いる。この場合の反応としては、アルカリを用い
た場合は下記の通りである。
The electrolyzer 30 is for decomposing water by DC power. In this embodiment, an electrolysis process using a solid polymer electrolyte is used. The reaction in this case is as follows when an alkali is used.

【0014】 アノード反応 2OH- → 1/2O2 + H2O + 2e カソード反応 2H2O + 2e → H2+2OH- 全反応 H2O → H2 + 1/2O2 従来のアルカリ水電解にはエネルギー変換効率に限界が
あるが、固体高分子電解質を用いた電解法は、従来の水
電解に用いられていた電解質溶液の代わりに固体高分子
電解質を用いる方法で、高電流密度で高効率に電解がで
きるプロセスである。図5は固体高分子電解質(SP
E;Solid Polymer Electrolyt
e)を用いた電解プロセスの原理を示しており、電解質
にはペルフルオロスルホン酸系イオン交換膜が用いら
れ、電極はアノード反応及びカソード反応に適した電極
触媒微粒子をPTFEなどの結着剤を用いて、膜の両面
に直接接合したもので成り立っている。陰極及び陽極室
がガス不透過性のイオン交換膜で隔てられているので差
圧に耐え、高圧運転が容易であり、循環液は水だけであ
るため保守が容易である。
Anode reaction 2OH → 1 / 2O 2 + H 2 O + 2e Cathode reaction 2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH Total reaction H 2 O → H 2 + 1 / 2O 2 Conventional alkaline water electrolysis Although the energy conversion efficiency is limited, the electrolysis method using a solid polymer electrolyte is a method that uses a solid polymer electrolyte instead of the electrolyte solution used for conventional water electrolysis. It is a process that allows electrolysis. FIG. 5 shows a solid polymer electrolyte (SP
E; Solid Polymer Electrolyt
e) shows the principle of the electrolysis process using e), in which a perfluorosulfonic acid-based ion exchange membrane is used for the electrolyte, and electrode catalyst fine particles suitable for the anodic reaction and the cathodic reaction are used for the electrode using a binder such as PTFE. Therefore, it is composed of a film directly bonded to both sides of the film. Since the cathode and anode chambers are separated by a gas-impermeable ion exchange membrane, they can withstand a differential pressure, are easily operated at high pressure, and are easily maintained because the circulating fluid is only water.

【0015】水素貯蔵部40は水素吸蔵金属(水素吸蔵
合金)で成っており、水素吸蔵金属の結晶構造としては
図6に示すものがある。図6(A)は単位格子が立方体
であって、その各頂点と各面の中心に金属原子が配置さ
れている構造の面心立方格子(fcc)を示し、同図
(B)は単位格子が立方体であって、その各頂点と立方
体の中心に金属原子が配置されている構造の体心立方格
子(bcc)を示し、同図(C)は、3個の原子の上に
1個の原子を乗せた構造の繰り返しで出来ている結晶構
造の六方最蜜充填(hcp)を示している。例えば面心
立方格子に属する金属としてはニッケル、パラジウム、
セリウム等があり、体心立方格子に属するものにはバナ
ジウム、ニオブ、タンタル等の第5A属金属があり、六
方最蜜充填構造のもにはチタン、ジルコニウム、マグネ
シウム、ランタン等がある。これら金属の水素化物で
は、金属中に侵入した水素原子は規則的に配列した金属
原子間の隙間(格子間隔)に位置している。
The hydrogen storage section 40 is made of a hydrogen storage metal (hydrogen storage alloy), and the crystal structure of the hydrogen storage metal is shown in FIG. FIG. 6A shows a face-centered cubic lattice (fcc) of a structure in which the unit lattice is a cube, and metal atoms are arranged at the vertices and the center of each plane, and FIG. 6B shows the unit lattice. Shows a body-centered cubic lattice (bcc) having a structure in which metal atoms are arranged at each vertex and the center of the cube, and FIG. The hexagonal closest packing (hcp) of the crystal structure formed by repeating the structure with atoms is shown. For example, metals belonging to the face-centered cubic lattice include nickel, palladium,
There are cerium and the like, those belonging to the body-centered cubic lattice include Group 5A metals such as vanadium, niobium and tantalum, and those having a hexagonal closest packed structure include titanium, zirconium, magnesium and lanthanum. In these metal hydrides, the hydrogen atoms penetrating into the metal are located in gaps (lattice intervals) between regularly arranged metal atoms.

【0016】また、水素吸蔵合金の場合は次のようにな
っている。例えばTi−Ni系合金は、Ti2NiとT
iNiではそれぞれ面心立方格子と体心立方格子であ
る。TiFe合金は体心立方格子であって、Fe原子と
Ti原子が立方体の中心を交互に占めるような構造であ
る。水素が入る位置は2個のFe原子と4個のTi原子
で囲まれる八面体格子間隙である。LaNi5の構造は
六方晶であり、その水素吸蔵サイトはLa原子とNi原
子を積み重ねたときに出来る八面体及び四面体の格子間
隙である。H−H間の距離の制約もあり、単位格子当た
り6個の水素原子が入り得ることになる。
The case of a hydrogen storage alloy is as follows. For example, a Ti—Ni-based alloy is composed of Ti 2 Ni and T
In iNi, they are a face-centered cubic lattice and a body-centered cubic lattice, respectively. The TiFe alloy is a body-centered cubic lattice, and has a structure in which Fe atoms and Ti atoms alternately occupy the center of the cube. The position where hydrogen enters is an octahedral lattice gap surrounded by two Fe atoms and four Ti atoms. The structure of LaNi 5 is hexagonal, and its hydrogen storage sites are octahedral and tetrahedral lattice gaps formed when La and Ni atoms are stacked. There is also a restriction on the distance between H and H, so that six hydrogen atoms can enter the unit cell.

【0017】一方、A−B二元合金では、AB2型の組
成式で表されるラーベス相合金と称される一群の合金が
あり、A原子が原子半径が大きく、B原子は小さい。こ
の型のもので、水素を多量に吸蔵する合金としてTiM
2(C14),ZrV2(C15型),ZrCr2(C
14型),ZrMn2(C14型)等がある。これらの
結晶構造には図7(A)に示すような立方晶のMgCu
2(C15型)のものと、同図(B)に示すような六方
晶のMgZn2(C14型)のものがある。図7におい
て、はA原子であり、●はB原子である。
On the other hand, among the AB binary alloys, there is a group of alloys called Laves phase alloys represented by the AB 2 type composition formula, where the A atom has a large atomic radius and the B atom is small. This type is an alloy that absorbs a large amount of hydrogen.
n 2 (C14), ZrV 2 (C15 type), ZrCr 2 (C
14) and ZrMn 2 (C14). These crystal structures have a cubic MgCu structure as shown in FIG.
2 (C15 type) and hexagonal MgZn 2 (C14 type) as shown in FIG. In FIG. 7, represents an A atom, and ● represents a B atom.

【0018】光触媒/水分解装置50は太陽光によって
水を分解するもので、図8に示す回路を用いる。即ち、
図8(A)は太陽光の照射下での二極系光電池の電流−
電圧特性を示し、V=0〜Vccの電位範囲は光電極系
が外部回路に仕事をしている領域で、この領域では起電
力が発生している。また、図8(B)は三極系の光電流
−電位特性を示しており、特性Aはn型半導体、特性B
はp型半導体であり、AとBのフラッドバンドポテンシ
ャルVfbの差に相当する開路起電力Vccが得られ
る。図8(B)から同図(A)を得るには、特性A及び
Bに流れる電流が等しいことと、電位差がVであること
を使えばよい。
The photocatalyst / water decomposing device 50 decomposes water by sunlight, and uses a circuit shown in FIG. That is,
FIG. 8A shows the current of a bipolar photovoltaic cell under irradiation of sunlight.
Voltage characteristics are shown, and a potential range of V = 0 to Vcc is a region where the photoelectrode system works on an external circuit, and an electromotive force is generated in this region. FIG. 8B shows a photocurrent-potential characteristic of a triode system, where characteristic A is an n-type semiconductor and characteristic B
Is a p-type semiconductor, and an open circuit electromotive force Vcc corresponding to the difference between the flood band potentials Vfb of A and B is obtained. 8A can be obtained from FIG. 8B by using the fact that the currents flowing through the characteristics A and B are equal and that the potential difference is V.

【0019】現在のところ最も特性の良い光アノード材
料は酸化チタン(TiO2)であり、この半導体の禁制
帯域Egは約3eVであるから、400nm以下の短波
長光だけがTiO2によって吸収される。n型半導体で
はフラットバンド電位Vfb(フェルミ準位)はほぼ伝
導体の位置に等しいので、反応の起こりやすさをエネル
ギー論的に考察する場合に、フラットバンド電位Vfb
は重要な量である。図8(B)に示すようにフラットバ
ンド電位Vfbは光電流の立ち上がり電位にほぼ対応し
ており、n型半導体ではフラットバンド電位Vfbが負
になるほど光電流の立ち上がりは負になり、同じ対極と
組み合わせても高い起電力が得られる。
At present, the photo-anode material having the best characteristics is titanium oxide (TiO 2 ). Since the forbidden band Eg of this semiconductor is about 3 eV, only short-wavelength light of 400 nm or less is absorbed by TiO 2 . . In an n-type semiconductor, the flat band potential Vfb (Fermi level) is almost equal to the position of the conductor.
Is an important quantity. As shown in FIG. 8B, the flat band potential Vfb substantially corresponds to the rising potential of the photocurrent. In the case of an n-type semiconductor, the rising of the photocurrent becomes more negative as the flat band potential Vfb becomes more negative. High electromotive force can be obtained even in combination.

【0020】一方、p型半導体では光吸収によって生じ
る電子が電極表面に出て来るので、還元反応が起きる。
このとき、水からは下記のように水素が生じる。
On the other hand, in a p-type semiconductor, a reduction reaction occurs because electrons generated by light absorption come to the electrode surface.
At this time, hydrogen is generated from water as described below.

【0021】H+ + e → 1/2H22O + e → 1/2H2 + OH- GaP,GaAs,InPなどのIIIV属化合物半導体、
Si等のIV属元素半導体が主なp型材料であり、IIVI化
合物でもCdTe等はn型にもp型にもなる。
III V compound semiconductors such as H + + e → H 2 H 2 O + e → H 2 + OH GaP, GaAs, InP,
Group IV element semiconductors such as Si are the main p-type materials, and CdTe and the like are both n-type and p-type in IIVI compounds.

【0022】次に、燃料電池60はイオン伝導性酸化物
を電解質に用いて高温で運転するようになっており、高
温運転により理論エネルギー効率は低下する反面、ボト
ミングサイクルによるエネルギー回収率が向上する。電
解質のイオン伝導性は酸素イオン(O2-)、プロトン
(H+)又はその両者により得られる。図9は電解質が
異なる場合の燃料電池の動作原理を示しており、酸化物
イオン伝導性の場合及びプロトン伝導性の場合のアノー
ド反応、カソード反応は下記のようになる。
Next, the fuel cell 60 is operated at a high temperature using an ion-conductive oxide as an electrolyte, and the high-temperature operation lowers the theoretical energy efficiency, but improves the energy recovery rate by the bottoming cycle. . The ionic conductivity of the electrolyte is obtained by oxygen ions (O 2− ), protons (H + ) or both. FIG. 9 shows the operating principle of the fuel cell when the electrolytes are different. The anode reaction and the cathode reaction in the case of oxide ion conductivity and the case of proton conductivity are as follows.

【0023】・酸化物イオン伝導性の場合 アノード反応 H2 + O2- → H2O + 2e カソード反応 1/2O2 → O2- + 2e ・プロトン伝導性の場合 アノード反応 H2 → 2H+ + 2e カソード反応 2H + 2e + 1/2O2 → H2O 酸素イオン、プロトン混合の伝導性電解質を用いた場合
は上記反応が同時に起きる。また、図10は円筒式セル
構造の燃料電池を示しており、空気電極バスと燃料電極
バスとの間にインタコネクタを介して4個の円筒セルが
配置されている。
In the case of oxide ion conductivity, anodic reaction H 2 + O 2− → H 2 O + 2e Cathodic reaction 1 / 2O 2 → O 2− + 2e In the case of proton conductivity, anodic reaction H 2 → 2H + + 2e cathode reaction 2H + 2e + 1 / 2O 2 → H 2 O When a conductive electrolyte mixed with oxygen ions and protons is used, the above reaction occurs simultaneously. FIG. 10 shows a fuel cell having a cylindrical cell structure, in which four cylindrical cells are arranged between an air electrode bus and a fuel electrode bus via an interconnector.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上のように、本発明の超小型クリーン
発電システムによれば、自然界に無限にある風力と太陽
光をエネルギー源として利用しているため安価であり、
将来的に資源が枯渇するといった心配が全くなく、排気
ガスも酸素であるため大気汚染の心配はなく、クリーン
エネルギーである利点がある。また、システム全体とし
ても小型化が可能であるため、各家庭に設置することも
容易であり、将来的で国際的なエネルギー問題の解決に
もなる。各家庭での日常のエネルギー利用、ビル、アパ
ートでの共同利用、非常時の数日間の臨時エネルギー
源、僻地や孤島のエネルギー源としても活用できる。
As described above, according to the ultra-compact clean power generation system of the present invention, inexpensive natural wind power and sunlight are used as energy sources.
There is no concern that resources will be depleted in the future, and there is no need to worry about air pollution because the exhaust gas is oxygen, and there is the advantage of being clean energy. In addition, since the entire system can be downsized, it can be easily installed in each home, and it will solve future international energy problems. It can be used for daily energy use in households, shared use in buildings and apartments, as a temporary energy source for several days in emergencies, and as an energy source in remote areas and isolated islands.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の概念を示すブロック構成図である。FIG. 1 is a block diagram showing the concept of the present invention.

【図2】本発明における検出と制御の関係を示すフロー
図である。
FIG. 2 is a flowchart showing the relationship between detection and control in the present invention.

【図3】水平軸型風車の一例を示す外観図である。FIG. 3 is an external view showing an example of a horizontal axis windmill.

【図4】垂直軸型風車の一例を示す外観図である。FIG. 4 is an external view showing an example of a vertical axis windmill.

【図5】固体高分子電解質を用いた電解プロセスによる
水分解の原理図である。
FIG. 5 is a principle diagram of water splitting by an electrolytic process using a solid polymer electrolyte.

【図6】水素吸蔵金属の結晶構造例を示す図である。FIG. 6 is a view showing an example of a crystal structure of a hydrogen storage metal.

【図7】水素吸蔵合金の結晶構造例を示す図である。FIG. 7 is a view showing an example of a crystal structure of a hydrogen storage alloy.

【図8】光触媒による水の分解を説明するための図であ
る。
FIG. 8 is a diagram for explaining decomposition of water by a photocatalyst.

【図9】固体酸化物型燃料電池の発電原理を示す原理図
である。
FIG. 9 is a principle diagram showing a power generation principle of a solid oxide fuel cell.

【図10】円筒方式セル燃料電池の構造模式図である。FIG. 10 is a schematic structural view of a cylindrical cell fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 風力発電装置 20 整流装置 30 電気分解装置 40 水素貯蔵部 50 光触媒/水分解装置 60 燃料電池 70 制御装置 80 表示装置 Reference Signs List 10 wind power generator 20 rectifier 30 electrolyzer 40 hydrogen storage unit 50 photocatalyst / water splitter 60 fuel cell 70 controller 80 display

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】風力によって交流電力を発電する風力発電
装置と、前記風力発電装置からの交流電力を直流電力に
変換する整流装置と、前記整流装置からの直流電力によ
って水を電気分解する電気分解装置と、太陽光及び光触
媒によって水を電気分解する光触媒/水分解装置と、前
記電気分解装置及び前記光触媒/水分解装置からそれぞ
れ発生される水素ガスを貯蔵する水素貯蔵部と、前記水
素貯蔵部に貯蔵された水素ガスを直流電力に変換する燃
料電池とを具備したことを特徴とする超小型クリーン発
電システム。
1. A wind power generator for generating AC power by wind power, a rectifier for converting AC power from the wind power generator to DC power, and an electrolyzer for electrolyzing water by DC power from the rectifier. An apparatus, a photocatalyst / water splitter for electrolyzing water by sunlight and a photocatalyst, a hydrogen storage unit for storing hydrogen gas generated from the electrolyzer and the photocatalyst / water splitter, and the hydrogen storage unit And a fuel cell for converting hydrogen gas stored in the fuel cell into DC power.
【請求項2】前記風力発電装置、整流装置、電気分解装
置、水素貯蔵部及び燃料電池を統一的に制御する制御装
置を更に具備した請求項1に記載の超小型クリーン発電
システム。
2. The ultra-compact clean power generation system according to claim 1, further comprising a control device for integrally controlling the wind power generation device, the rectification device, the electrolysis device, the hydrogen storage unit, and the fuel cell.
【請求項3】前記制御装置が表示装置を具備して、各部
の動作状況を監視できるようになっている請求項2に記
載の超小型クリーン発電システム。
3. The ultra-small clean power generation system according to claim 2, wherein the control device includes a display device so as to monitor the operation status of each unit.
【請求項4】風力によって交流電力を発電し、前記交流
電力を直流電力に変換し、前記直流電力によって水を電
気分解して得られる水素ガスを燃料電池に供給して直流
電力を得ることを特徴とする超小型クリーン発電システ
ム。
4. The method according to claim 1, wherein the AC power is generated by wind power, the AC power is converted to DC power, and hydrogen gas obtained by electrolyzing water by the DC power is supplied to a fuel cell to obtain DC power. Ultra-compact clean power generation system.
【請求項5】太陽光によって水を電気分解して得られる
水素ガスを燃料電池に供給して直流電力を得ることを特
徴とする超小型クリーン発電システム。
5. An ultra-small clean power generation system, characterized in that hydrogen gas obtained by electrolyzing water with sunlight is supplied to a fuel cell to obtain DC power.
【請求項6】請求項4又は5に記載の水素ガスを一旦貯
蔵部に貯蔵して後に前記燃料電池に水素ガスを供給する
ようになっている超小型クリーン発電システム。
6. An ultra-small clean power generation system, wherein the hydrogen gas according to claim 4 or 5 is temporarily stored in a storage unit and then supplied to the fuel cell.
JP11136735A 1999-05-18 1999-05-18 Subminiature clean power generating system Withdrawn JP2000333481A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009505904A (en) * 2005-08-31 2009-02-12 バッテル メモリアル インスティテュート Power device and oxygen generator
WO2010134356A1 (en) 2009-05-21 2010-11-25 パナソニック株式会社 Hydrogen generation system and hot water production system

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