JP2009174509A - エネルギーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】公害などを発生することがなく、深夜電力あるいは太陽光エネルギーなどを用いて、効率的にエネルギーを貯蔵、利用することができるエネルギーシステムを提供する。
【解決手段】本発明によるエネルギーシステムは、海底などで海水を電気分解し、生成された水素と酸素を加圧状態で別個に収容し、水素を開度調節可能なバルブを介して水素配管により地表または地表より高い位置に噴出させ、水素配管に気圧差発電機を設置して水素を動力として発電する。あわせて、燃料電池発電機を配置して、水素配管から送出される水素を燃料として発電する。さらに、燃料電池発電機で生成される水を貯蔵し、この水を水管を通して地表に落下させ、この水管に水力発電設備を設置して落差水力発電を行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、海水の電気分解により発生する水素を利用してエネルギーの貯蔵および利用を図るエネルギーシステムに関するものである。

化石燃料を用いる従来の発電システムでは、自然環境保護の観点から種々の問題が生じている。そこで、エネルギーを効率的に生産し、貯蔵し、利用するためのエネルギーシステムが待望されている。

特開平１１−４６３４６０号公報

公害などを発生することがなく、深夜電力あるいは太陽光エネルギーなどを用いることができ、効率的にエネルギーを貯蔵、利用することができるエネルギーシステムを提供する。

本発明によるエネルギーシステムは、海水中に配置された電気分解槽により海水を電気分解し、水素収納容器および酸素収納容器を設置して電気分解で生成された水素と酸素を加圧状態で別個に収容し、水素収納容器に収納された水素を開度調節可能なバルブを介して水素配管により地表より高い位置に噴出させ、水素配管に気圧差発電機を設置して通過する水素を動力として発電する。さらに、地表より高い位置に燃料電池発電機を配置して、水素配管から送出される水素を燃料として発電する。さらに、地表より高い位置に貯水設備を配置し、燃料電池発電機で生成される水を貯蔵し、この水を水管を通して地表に落下させ、この水管に水力発電設備を設置して落差水力発電を行う。
なお、本発明によるエネルギーシステムの他の形態については、以下の説明で明らかにする。

本発明によれば、夜間電力、自然エネルギーなどを有効に利用して効果的にエネルギーの貯蔵・利用を行うことができるエネルギーシステムが得られる。自然エネルギーの利用、さらには地球環境保護の観点からも適したエネルギーシステムである。

実施の形態１．

図１は、この発明によるエネルギーシステムの実施の形態を示す概念図である。
この発明によるエネルギーシステムは、図１に示すように、例えば海底に海水の電気分解槽１を設置する。この電気分解槽には地表から、例えば夜間電力を利用して整流器２から電気分解のための電流を供給する配線３が接続されている。電気分解のための電流は、地表での太陽電池発電による電力を利用することもできる。整流器２および配線３を含めた設備、あるいは、太陽電池による設備は、電気分解槽１に電気分解用の電流を流すための電源設備を構成する。

電気分解槽１からは海水の電気分解により水素および酸素が生成される。生成された水素は水素配管４により水素収納容器５に導かれる。一方、生成された酸素は酸素配管６により酸素収納容器７に導かれる。水素収納容器５および酸素収納容器７には、海水の圧力で加圧された水素または酸素が貯蔵される。

水素収納容器５から、開度調節可能なバルブ８を通って地表より高い位置まで伸びた水素配管９が設置されている。水素配管９の途中には水素の気圧差を利用して発電をする気圧差発電機１０が設置されている。気圧差発電機１０は、海底の高圧の水素と地表の圧力との圧力差による水素の噴流を用いて発電をする。この気圧差発電機１０は、図１では海中に示されているが、地上に配置されてもよい。

水素配管９の頂部の排出口１１を出た水素は、そこに設置された燃料電池発電機１２に導入され、空気取入口１３から導入された空気とともに、燃料電池の燃料として利用され燃料電池発電が行われる。この結果として燃料電池発電機１２で生成された水は、そこに配置された貯水タンク１４に貯蔵される。

貯水タンク１４に貯蔵された水は、開閉制御可能なバルブ１５を通して地表まで延びた導水管１６を地表まで落下するように制御される。導水管１６には落差水力発電機１７が設置され、落下する水力により発電を行う。図１では、落差水力発電機１７は配管途中に示されているが、地表に配置されてもよい。

一方、酸素収納容器７からは、開度調節可能なバルブ１８を通って地表まで伸びた酸素配管１９が設置されている。酸素配管１９の途中には酸素の気圧差を利用して発電をする他の気圧差発電機２０が設置されている。気圧差発電機２０は、海底の高圧の酸素と地表の圧力との圧力差による酸素の噴流を用いて発電をする。この気圧差発電機２０は、図１では海中に示されているが、地上に配置されてもよい。

以上のような、本発明のエネルギーシステムによれば、先ず、夜間電力、あるいは太陽エネルギーなどの自然エネルギーによる電力などを利用して、海水の電気分解を行う。深海などで電気分解により生成した水素を、電力の需要時間帯に地表より高所に噴出させる過程で、気圧差発電機によりに発電して、その電力を有効に利用することができる。また、地表より高所で排出される水素を利用して、燃料電池発電機により発電し、これによっても需要時間帯に有効に電力を得ることができる。さらに、燃料電池発電機で生成された水を地表より高所で貯蔵し、必要時にこれを放出して、落差水力発電機により水の落差を利用した電力を得ることが出来る。
この場合、電気分解を行う深度が深いほど、貯蔵される水素の圧力は大きくなり、気圧差発電のポテンシャルは大きくなる。また、落差による水力発電は、貯蔵タンクからの落差が大きいほどポテンシャルが大きくなる。
本発明は、夜間電力、自然エネルギーの貯蔵・利用システムおよび方法として有効と考えられる。

また、以上説明したように、この実施の形態では、（ａ）水を電気分解して発生する加圧水素ガスによる気圧差発電と、（ｂ）気圧差発電の後に放出される水素ガスを利用した燃料電池発電と、（ｃ）燃料電池発電機で生成される水の落差を利用した落差水力発電と、（ｄ）水を電気分解して発生する加圧酸素ガスによる気圧差発電と、いわば４形態の発電を含んでいる。しかし、この４形態をすべて含まなくても、（ａ）（ｂ）又は（ａ）（ｃ）若しくは（ａ）（ｂ）（ｃ）の形態を含んでいれば本発明の特徴と効果を奏することができるであろう。
また、本発明は、常時大きな電力の発電ができなくても、夜間電力あるいは自然エネルギーを変換して貯蔵しこれを利用しようとする用途、また、小規模企業あるいは家庭用などに、必要時に電力を得る手段として有効であろう。
実施の形態２．

図２は、本発明のエネルギーシステムを、山岳を利用して設備した状態の実施の形態を示す概念図である。
この実施の形態では、山のふもとに電気分解槽１０１を設置し、後述するように内部を加圧状態にして水の電気分解を行い、生成した水素と酸素をそれぞれ水素収納容器１０５および酸素収納容器１０７に収容する。水素収納容器１０５からは、開閉制御されるバルブ（図示省略）を介して水素配管１０９が山岳の頂上または中途などの高所にまで敷設され、水素が送られる。この水素配管１０９の途中に配置された気圧差発電機１１０により発電が行われる。

山上では、燃料電池発電機１１２により燃料電池発電が行われる。燃料電池発電機１１２で生成された水は、いったん水タンクで貯蔵される。この水タンクは図２では、図示されていないが、通常は燃料電池発電機１１２の近傍に配置される。これは図１と同様の状況である。

この水タンクから開閉制御可能なバルブ（図示せず）を介して放出される水は、導水管１１６により例えば山腹の貯水池などの貯水設備１２１に導かれる。その導水管１１６の途中に落差水力発電機１１７が設置され、水力発電を行う。

貯水設備１２１からは、配管１２２が電気分解槽１０１に連通するように設けられ、電気分解槽１０１内の水を加圧する。したがって、電気分解槽１０１の内部が加圧状態になる。これにより、図１における海水の海底での加圧状態に似た状態を生じさせる。したがって、水素収納容器１０５からは加圧された酸素が水素配管１０９に送出される。なお、酸素収納容器１０７に収容され加圧された酸素は、適宜排出され利用される。

以上のような、この実施の形態のエネルギーシステムにおいても、夜間電力、あるいは太陽エネルギーなどの自然エネルギーによる電力などを利用して、水の電気分解を行い、電気分解により生成した水素を、電力の需要時間帯に噴出させる過程で、気圧差発電機によりに発電して、その電力を有効に利用することができる。また、地表より高所で排出される水素を利用して、燃料電池発電機により発電し、これによっても需要時間帯に有効に電力を得ることができる。さらに、燃料電池発電機で生成された水を地表より高所で貯蔵し、必要時にこれを放出して、落差水力発電機により水の落差を利用した電力を得ることが出来る。
本発明は、夜間電力、自然エネルギーの貯蔵・利用システムおよび方法として有効と考えられる。
実施の形態３．

図３は、本発明のエネルギーシステムを、高層ビルなどの高層建築物を利用して設備した状態の実施の形態を示す概念図である。
この実施の形態では、ビルの下層に電気分解槽２０１を設置し、後述するように内部を加圧状態にして水の電気分解を行い、生成した水素と酸素をそれぞれ水素収納容器２０５および酸素収納容器２０７に収容する。水素収納容器２０５からは、開閉制御されるバルブ２０８を介して水素配管２０９がビルの高所にまで敷設され、水素が送られる。この水素配管２０９の途中に配置された気圧差発電機２１０により発電が行われる。

ビルの高所では、燃料電池発電機２１２により燃料電池発電が行われる。燃料電池発電機２１２で生成された水は、いったん水タンク（図示省略）で貯蔵される。この水タンクは、通常は燃料電池発電機２１２の近傍に配置される。これは図１と同様の状況である。

この水タンクから開閉制御可能なバルブ（図示省略）を介して放出される水は、導水管２１６により例えばビルの中層に配置された貯水設備２２１に導かれる。その導水管２１６の途中に落差水力発電機２１７が設置され、水力発電を行う。

貯水設備２２１からは、配管２２２が電気分解槽２０１に連通するように設けられ、電気分解槽２０１内の水を加圧する。したがって、電気分解槽２０１の内部が加圧状態になる。これにより、図１における海水の海底での加圧状態に似た状態を生じさせる。したがって、水素収納容器２０５からは加圧された酸素が水素配管２０９に送出される。なお、酸素収納容器２０７に収容され加圧された酸素は、開閉制御可能なバルブ２１８を介して酸素配管２１９から適宜排出され利用される。

以上のような、この実施の形態のエネルギーシステムにおいても、夜間電力、あるいは太陽エネルギーなどの自然エネルギーによる電力などを利用して、水の電気分解を行い、電気分解により生成した水素を、電力の需要時間帯に噴出させる過程で、気圧差発電機によりに発電して、その電力を有効に利用することができる。また、地表より高所で排出される水素を利用して、燃料電池発電機により発電し、これによっても需要時間帯に有効に電力を得ることができる。さらに、燃料電池発電機で生成された水を地表より高所で貯蔵し、必要時にこれを放出して、落差水力発電機により水の落差を利用した電力を得ることが出来る。
本発明は、夜間電力、自然エネルギーの貯蔵・利用システムおよび方法として有効と考えられる。なお、圧縮水素は、別途、水素自動車、家庭用燃料電池に幅広く利用することもできる。

この発明の実施の形態１におけるエネルギーシステムを示す概念図である。 この発明の実施の形態２におけるエネルギーシステムを示す概念図である。 この発明の実施の形態３におけるエネルギーシステムを示す概念図である。

符号の説明

１ 電気分解槽、 ２ 整流器、 ３ 配線、 ４ 水素配管、 ５ 水素収納容器、 ６ 酸素配管、 ７ 酸素収納容器、 ８ バルブ、 ９ 水素配管、 １０ 気圧差発電機、 １１ 排出口、 １２ 燃料電池発電機、 １３ 空気取入口、 １４ 水タンク、 １５ バルブ、 １６ 導水管、 １７ 落差水力発電機、 １８ バルブ、 １９ 酸素配管、 ２０ 気圧差発電機 １２１ 貯水設備。

Claims (5)

1. 海水中に配置され海水を電気分解するための電気分解槽と、
   この電気分解槽に電気分解用の電流を流すための電源設備と、
   前記電気分解槽で生成される水素と酸素をそれぞれ周囲の水圧で加圧された状態で別個に収容する水素収納容器および酸素収納容器と、
   前記水素収納容器に収納された水素を開度調節可能なバルブを介して地表より高い位置に噴出させるための水素配管と、
   前記水素配管に配設され、通過する水素を動力として発電する第一の気圧差発電機と、
   地表より高い位置に配置され、前記水素配管から送出される水素を燃料として発電する燃料電池発電機と、
   地表より高い位置に配置され、前記燃料電池発電機で生成される水を貯蔵する水タンクと、
   この水タンクに貯蔵された水を地表に落下させる水管と、
   前記水管を落下する水を動力として発電する落差水力発電機と、
   前記酸素収納容器に収納された酸素を開度調節可能なバルブを介して地表に噴出させるための酸素配管と、
   前記酸素配管に配設され、通過する酸素を動力として発電する第二の気圧差発電機と
   を備えたエネルギーシステム。
2. 海水中に配置され海水を電気分解するための電気分解槽と、
   この電気分解槽に電気分解用の電流を流すための電源設備と、
   前記電気分解槽で生成される水素を周囲の水圧で加圧された状態で収容する水素収納容器と、
   前記水素収納容器に収納された水素を開度調節可能なバルブを介して地表より高い位置に噴出させるための水素配管と、
   前記水素配管に配設され、通過する水素を動力として発電する気圧差発電設備と、
   地表より高い位置に配置され、前記水素配管から送出される水素を燃料として発電する燃料電池発電機と、
   地表より高い位置に配置され、前記燃料電池で生成される水を貯蔵する水タンクと、
   この水タンクに貯蔵された水を地表に落下させる水管と、
   前記水管を落下する水を動力として発電する落差水力発電機と、
   を備えたエネルギーシステム。
3. 地上に配置され、水を電気分解するための電気分解槽と、
   この電気分解槽に電気分解用の電流を流すための電源設備と、
   前記電気分解槽で生成される水素と酸素をそれぞれ周囲の水圧で加圧された状態で別個に収容する水素収納容器および酸素収納容器と、
   前記水素収納容器に収納された水素を開度調節可能なバルブを介して前記電気分解槽より高い位置に噴出させるための水素配管と、
   前記水素配管に配設され、通過する水素を動力として発電する気圧差発電機と、
   前記電気分解槽より高い位置に配置され、前記水素配管から送出される水素を燃料として発電する燃料電池発電機と、
   前記燃料電池発電機で生成される水を貯蔵する水タンクと、
   前記水タンクより低く前記電気分解槽よりは高い位置に設置された貯水設備と、
   前記水タンクに貯蔵された水を前記貯水設備に落下させる水管と、
   前記水管を落下する水を動力として発電する落差水力発電機と、
   前記貯水設備から前記電気分解槽に連通し、前記電気分解槽の水を加圧する加圧配管と、
   を備えたエネルギーシステム。
4. 電気分解槽および水素収納容器を海底に配置した請求項１又は２に記載のエネルギーシステム。
5. 燃料電池を山岳の高所又は建築物の高所に配置した請求項３に記載のエネルギーシステム。

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