JP2001192877A - 水素ガス製造方法 - Google Patents

水素ガス製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 廃熱を利用して水素ガスを効率的に製造し、
得られた水素ガスを貯蔵しておき、必要なときに任意に
使用できるようにする。 【解決手段】 ごみ焼却場１Ａ、火力発電所１Ｂのよう
な燃焼設備１において、燃焼設備１の廃熱を利用してカ
スケード構成された熱電発電素子２により直流電力３を
生成し、得られた直流電力３を用いて水を電気分解する
ことにより水素ガス５を製造し、製造した水素ガス５を
貯蔵手段７に貯蔵する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素ガス製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】今日、省エネルギー、ＣＯ2削減、環境
保全等の点から、廃熱の有効利用、燃焼制御、リサイク
ル、エネルギーカスケード等に関し、種々の技術が盛ん
に開発されている。
【０００３】現在、超臨界圧ボイラ、コンバインドサイ
クル、コージェネレーション等種々の技術が実用化され
てはいるものの、温暖化ガス（ＣＯ2等）の削減目標達
成のためには今後、種々のエネルギーの転換を積極的に
進めていく必要がある。
【０００４】このため、太陽光、風等の自然エネルギー
の活用、廃熱回収等の新エネルギーの実用化が広く研究
されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したよう
な太陽光、風等の自然エネルギーの活用、廃熱回収等の
実用化を困難にしている主な障害は、エネルギー荷体の
多様性、小規模熱源の分散、エネルギー密度、変換効
率、安定性の低さ等のためにエネルギーの回収、利用が
難しいこと、装置設備の経済性を発揮できないことによ
る高コスト性等である。
【０００６】本発明は、このような点に鑑みてなしたも
ので、廃熱を利用して水素ガスを効率的に製造し、得ら
れた水素ガスを貯蔵しておき、必要なときに任意に使用
できるようにした水素ガス製造方法を提供することを目
的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、ごみ焼却場、
火力発電所のような燃焼設備において、燃焼設備の廃熱
を利用してカスケード構成された熱電発電素子により直
流電力を生成し、得られた直流電力を用いて水を電気分
解することにより水素ガスを製造し、製造した水素ガス
を貯蔵手段に貯蔵することを特徴とする水素ガス製造方
法、に係るものである。
【０００８】上記手段において、水素ガスは液化貯蔵設
備に液化して貯蔵してもよく、又、水素ガスは水素吸蔵
合金が収容された吸蔵容器に吸蔵により貯蔵してもよ
い。
【０００９】又水素ガスは燃焼設備に燃料として供給し
てもよい。
【００１０】又、水の電気分解による水素ガスの製造時
に発生する酸素ガスは、貯蔵手段に貯蔵してもよく、又
酸素ガスを燃焼設備における燃焼時の酸素富化剤として
供給してもよい。
【００１１】本発明によれば、以下のように作用する。
【００１２】燃焼設備の廃熱を利用して熱電発電素子に
よる発電を行い、それによって得られた直流電力を用い
て水の電気分解を行い、これによって得た水素ガスを貯
蔵手段にて貯蔵するようにしているので、貯蔵手段に貯
蔵された水素ガスは、前記燃焼設備における燃焼用の燃
料として用いたり、或いは前記燃焼設備とは全く異なる
水素自動車の燃料、或いは燃料電池の燃料等、種々の燃
料として広範囲に用いることができる。これにより、需
要と供給の時間的、地理的隔たりがあってもそれを解消
して、エネルギーの効率的な利用が可能になる。
【００１３】液化貯蔵設備及び吸蔵容器に貯蔵された水
素ガスは、高い熱量を有しているので、この水素ガスを
燃焼設備に供給して燃焼を行うと、燃焼設備の小型化、
高効率化が図れ、更にＣＯ2の低減、ＮＯxの低減が図れ
る。
【００１４】又、水電気分解槽における水の電気分解に
よって製造される酸素ガスを貯蔵手段に貯蔵しておくこ
とにより、この酸素ガスを燃焼設備の燃焼に酸素富化剤
として供給して燃焼温度を上昇させることによりダイオ
キシンの発生を防止したり、或いは他の種々の目的に使
用できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面に基づいて説明する。
【００１６】廃熱等のエネルギーを有効に活用するため
には、単純・直接的なエネルギー変換、或いは需要・供
給の同時進行型のエネルギー変換ではなく、貯蔵・輸送
が可能なエネルギーに変換し、これによって需要と供給
の時間的、地理的な隔たりをなくすことができる方法を
提供することである。
【００１７】そのために、本発明では、廃熱を利用して
熱電発電素子による発電と、これによって得られた直流
電力を用いて水の電気分解を行う水電気分解槽とを組み
合わせることによって、高い熱量、低いＮＯx発生等、
二次エネルギーとして望ましい水素ガスを製造し、この
水素ガスを貯蔵することにより、エネルギーの貯蔵、輸
送を可能にしたものである。
【００１８】図１は本発明における水素ガス製造方法を
実施する装置の形態の一例を示すフローチャートであ
る。図１では、ごみ焼却場１Ａ及び火力発電所１Ｂのよ
うな燃焼を行う燃焼設備１が図示されており、ごみ焼却
場１Ａ及び火力発電所１Ｂに、燃焼時に大量に発生する
廃熱を利用して発電を行う熱電発電素子２を設ける。
【００１９】熱電発電素子２は、鉄シリサイド、ゲルマ
ニウムシリサイド、カルコゲナイド、スクッテルダイト
や傾斜機能材等の材料からなっており、熱エネルギーを
直接電気エネルギーに変換して直流電力３を生成できる
ものである。熱電発電素子２は、多数をカスケード構成
に備えることによって、大きな直流電力３が得られるよ
うになっている。
【００２０】図１中４は水電気分解槽であり、水電気分
解槽４は、熱電発電素子２によって生成された直流電力
３を用いて、水を電気分解して水素ガス５と酸素ガス６
とを製造することができる。
【００２１】水電気分解槽４で生成した水素ガス５は、
貯蔵手段７にて貯蔵するようにしている。貯蔵手段７に
は、水素ガス５を低温液化させて貯蔵するようにした液
化貯蔵設備８を用いることができる。
【００２２】又、貯蔵手段７には、水素吸蔵合金が収容
された吸蔵容器９を用いることができ、水素ガス５は吸
蔵容器９の水素吸蔵合金に吸蔵させて貯蔵することがで
きる。上記水素吸蔵合金には、ランタン・ニッケル系合
金、鉄・チタン系合金等種々材料のものを用いることが
できる。
【００２３】液化貯蔵設備８に液化貯蔵された水素ガス
５、及び吸蔵容器９水素吸蔵合金に吸蔵により貯蔵され
た水素ガス５は、前記燃焼設備１における燃焼用の燃料
として用いることができる他、水素自動車１０の燃料と
して用いたり、或いは燃料電池１１の燃料等、種々の燃
料として広範囲に用いることができる。又、上記した液
化貯蔵設備８から水素ガス５を気化して取り出す際に発
生する冷熱１２は、冷却、冷凍等の装置の冷熱として利
用することができる。
【００２４】一方、前記した水電気分解槽４で水を電気
分解することによって製造された酸素ガス６も、貯蔵手
段１３に貯蔵することができる。酸素ガス６の貯蔵手段
１３としては、液化貯蔵設備１４によって液化貯蔵した
り、或いは酸素ボンベ１５に充填して貯蔵することがで
きる。
【００２５】前記液化貯蔵設備１４或いは酸素ボンベ１
５に貯蔵された酸素ガス６は、前記燃焼設備１の燃焼時
における酸素富化剤として用いたり、その他の種々の目
的に使用することができる。又、上記した液化貯蔵設備
１４から酸素ガス６を気化して取り出す際に発生する冷
熱１６も、冷却、冷凍等の装置の冷熱として利用するこ
とができる。
【００２６】以下に、上記形態例の作用を説明する。
【００２７】図１において、ごみ焼却場１Ａ及び火力発
電所１Ｂのような燃焼設備１で燃焼を行う場合、廃熱が
発生する。このような廃熱は、燃焼設備１の燃焼用空気
の予熱に用いることが実施されており、更にこの他に
も、廃熱によって蒸気を生成させて暖房に利用したり、
或いは給湯に利用すること等が実施されている。しか
し、上記した廃熱の利用方法は、何れも熱エネルギーを
そのまま利用する方法であり単純・直接的なエネルギー
変換であり、需要・供給の同時進行型のエネルギー変換
である。
【００２８】これに対し、本発明では、燃焼設備１に、
廃熱によって発電を行うようにした熱電発電素子２を備
えているので、廃熱を利用して効率的な発電を行うこと
ができる。熱電発電素子２は、熱エネルギーを直接電気
エネルギーに変換して直流電力３を生成することがで
き、多数の熱電発電素子２をカスケード構成とすること
によって大きな直流電力３を得ることができる。
【００２９】このような熱電発電素子２は、前記したご
み焼却場１Ａ及び火力発電所１Ｂによる燃焼設備１以外
にも廃熱の発生を伴う種々の設備に設置することによっ
て、大きな直流電力を得ることができる。
【００３０】熱電発電素子２によって生成された直流電
力３は、水電気分解槽４に供給される。水電気分解槽４
では、供給された直流電力３によって、水を電気分解
し、水素ガス５と酸素ガス６とを製造する。このとき、
熱電発電素子２で得られる電力が直流であり、又水電気
分解槽４で用いられる電力も直流であるので、熱電発電
素子２で得られた直流電力３をそのまま水電気分解槽４
に供給して用いることができるので、電力の直／交変換
を要せず、エネルギーを効率良く利用することができ
る。
【００３１】水電気分解槽４で製造された水素ガス５
は、貯蔵手段７における液化貯蔵設備８に液化貯蔵す
る、或いは吸蔵容器９に収容された水素吸蔵合金に吸蔵
させて貯蔵する方法によって貯蔵する。このとき、水素
ガス５を水素吸蔵合金に吸蔵させて貯蔵する方法は、水
素ガス５を単に水素ガスボンベに充填する方法に比し
て、１／３〜１／５の容積で済むという利点がある。
【００３２】上記したように、燃焼設備１の廃熱を利用
して熱電発電素子２により発電を行い、得られた直流電
力３を用いて水電気分解槽４により水の電気分解を行
い、水の電気分解にて得られた水素ガス５を貯蔵手段７
にて貯蔵するようにしているので、貯蔵手段７に貯蔵さ
れた水素ガス５は、必要に応じて、前記燃焼設備１の燃
焼用の燃料として用いたり、或いは燃焼設備１とは全く
異なる水素自動車１０の燃料として用いたり、更には燃
料電池１１の燃料等、種々の燃料として広範囲に用いる
ことができる。これにより、需要と供給の時間的、地理
的隔たりがあっても、これを解消してエネルギーの効率
的な利用を可能にすることができる。
【００３３】又、上記した液化貯蔵設備８から水素ガス
５を気化して取り出す際に発生する冷熱１２は、冷却、
冷凍等の装置の冷熱として有効に利用することができ
る。
【００３４】前記において、液化貯蔵設備８及び吸蔵容
器９に貯蔵された水素ガス５は、高い熱量を有している
ので、この水素ガス５を燃焼設備１に燃料として供給し
燃焼を行うと、燃焼設備１の小型化、高効率化が図れ、
更にＣＯ2の低減、ＮＯxの低減を図ることができる。
【００３５】一方、前記した水電気分解槽４で水を電気
分解することによって製造された酸素ガス６も、液化貯
蔵設備１４或いは酸素ボンベ１５からなる貯蔵手段１３
に貯蔵することができる。液化貯蔵設備１４或いは酸素
ボンベ１５に貯蔵された酸素ガス６は、燃焼設備１の燃
焼時の酸素富化剤として供給する等、種々の目的に使用
することができる。
【００３６】貯蔵手段１３に貯蔵された酸素ガス６を燃
焼設備１の酸素富化剤として利用すると、燃焼設備１の
燃焼温度を上昇させて、ダイオキシンの発生を低減でき
る効果がある。又、前記液化貯蔵設備１４から酸素ガス
６を気化して取り出す際に発生する冷熱１６も、冷却、
冷凍等の装置の冷熱として利用することができる。
【００３７】尚、本発明は上記形態例にのみ限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内におい
て種々変更を加えることができる。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、燃焼設備の廃熱を利用
して熱電発電素子による発電を行い、それによって得ら
れた直流電力を用いて水の電気分解を行い、これによっ
て得た水素ガスを貯蔵手段にて貯蔵するようにしている
ので、貯蔵手段に貯蔵された水素ガスは、前記燃焼設備
における燃焼用の燃料として用いたり、或いは前記燃焼
装置とは全く異なる水素自動車の燃料、或いは燃料電池
の燃料等、種々の燃料として広範囲に用いることができ
る。これにより、需要と供給の時間的、地理的隔たりが
あってもそれを解消して、エネルギーの効率的な利用が
可能になるという優れた効果を奏する。
【００３９】液化貯蔵設備及び吸蔵容器に貯蔵された水
素ガスは、高い熱量を有しているので、この水素ガスを
燃焼装置に供給して燃焼を行うと、燃焼装置の小型化、
高効率化が図れ、更にＣＯ2の低減、ＮＯxの低減が図れ
る効果がある。
【００４０】又、水電気分解槽における水の電気分解に
よって製造される酸素ガスを貯蔵手段に貯蔵しておくこ
とにより、燃焼設備の燃焼に酸素富化剤として供給して
燃焼温度を上昇させることによりダイオキシンの発生を
防止したり、或いは他の種々の目的に使用できる効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水素ガス製造方法を実施する装置の形
態の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 燃焼設備 １Ａ ごみ焼却場 １Ｂ 火力発電所 ２ 熱電発電素子 ３ 直流電力 ４ 水電気分解槽 ５ 水素ガス ６ 酸素ガス ７ 貯蔵手段 ８ 液化貯蔵設備 ９ 吸蔵容器 １３ 貯蔵手段
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ１７Ｃ 7/00 Ｆ１７Ｃ 7/00 Ａ 11/00 11/00 Ｃ Ｆ２５Ｊ 1/00 Ｆ２５Ｊ 1/00 Ｃ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ごみ焼却場、火力発電所のような燃焼設
    備において、燃焼設備の廃熱を利用してカスケード構成
    された熱電発電素子により直流電力を生成し、得られた
    直流電力を用いて水を電気分解することにより水素ガス
    を製造し、製造した水素ガスを貯蔵手段に貯蔵すること
    を特徴とする水素ガス製造方法。
  2. 【請求項２】 水素ガスを液化貯蔵設備に液化して貯蔵
    することを特徴とする請求項１記載の水素ガス製造方
    法。
  3. 【請求項３】 水素ガスを水素吸蔵合金が収容された吸
    蔵容器に吸蔵により貯蔵することを特徴とする請求項１
    記載の水素ガス製造方法。
  4. 【請求項４】 水素ガスを燃焼設備に燃料として供給す
    ることを特徴とする請求項１又は２又は３記載の水素ガ
    ス製造方法。
  5. 【請求項５】 水の電気分解による水素ガスの製造時に
    発生する酸素ガスを貯蔵手段に貯蔵することを特徴とす
    る請求項１記載の水素ガス製造方法。
  6. 【請求項６】 酸素ガスを燃焼設備における燃焼時の酸
    素富化剤として供給することを特徴とする請求項５記載
    の水素ガス製造方法。
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