JP2014114756A - Power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気分解により発生させた気泡を利用した発電システムに関する。 The present invention relates to a power generation system using bubbles generated by electrolysis.
従来、電気分解により発生させた気泡を利用した発電装置として、電気分解により発生させた気泡を水槽の底から注入し、水車のバケットでその気泡を受け、気泡の浮力により水車を回転させることにより発電を行うものがある(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as a power generation device using bubbles generated by electrolysis, bubbles generated by electrolysis are injected from the bottom of the water tank, received by the bucket of the water turbine, and rotated by the buoyancy of the bubbles. There is what performs electric power generation (for example, refer to patent documents 1).
しかしながら、特許文献1に記載の発電装置では、電気分解により発生させた気泡の浮力エネルギーの一部しか利用しておらず、発電効率が低いという課題があった。
However, the power generation device described in
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、電気分解により発生させた気泡を利用した、発電効率に優れた発電システムを提供することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and an object thereof is to provide a power generation system having excellent power generation efficiency using bubbles generated by electrolysis.
本発明に係る発電システムは、上下方向に沿って水中に設置され、上部が折り返すよう折れ曲がり、上部開口が頂部より低い水面下に設けられ、下部開口が水中に設けられ、前記頂部に気体回収口を有する誘導管と、水中で電気分解により水素と酸素とを発生させ、その水素と酸素とを前記下部開口から前記誘導管の内部に供給可能な電気分解手段と、前記誘導管の内部を上昇した前記水素と前記酸素とを前記気体回収口から回収し、それらの混合気体を燃焼させて発電を行う燃焼発電手段と、前記上部開口に設けられ、前記上部開口から排出される水の流れを利用して発電を行う水流発電手段とを、有することを特徴とする。 The power generation system according to the present invention is installed in water along the vertical direction, bent so that the upper part is folded back, the upper opening is provided below the water surface lower than the top, the lower opening is provided in the water, and the gas recovery port is provided at the top An induction tube having an electrolysis means for generating hydrogen and oxygen by electrolysis in water, and supplying the hydrogen and oxygen from the lower opening to the inside of the induction tube; The hydrogen and oxygen recovered from the gas recovery port, combustion power generation means for generating power by burning the mixed gas, and a flow of water discharged from the upper opening provided in the upper opening It has the water current power generation means which generates electric power using, It is characterized by the above-mentioned.
本発明に係る発電システムでは、電気分解により発生した水素と酸素とが浮力により誘導管の内部を上昇する際に、それらの気泡の流れに従って誘導管の内部の水に上昇流が発生する。この上昇流により誘導管の上部開口から水が排出され、その排出されるときの水の流れを利用して水流発電手段で発電を行うことができる。また、本発明に係る発電システムは、燃焼発電手段により、電気分解により発生した水素と酸素とを回収し、それらの混合気体を燃焼させて発電を行うこともできる。このように、本発明に係る発電システムは、水素の気泡と酸素の気泡とが有する浮力エネルギーだけでなく、水素と酸素とを燃焼させたときの燃焼エネルギーをも利用して発電を行うことができ、発電効率に優れている。 In the power generation system according to the present invention, when hydrogen and oxygen generated by electrolysis rise inside the induction tube by buoyancy, an upward flow is generated in the water inside the induction tube according to the flow of these bubbles. By this upward flow, water is discharged from the upper opening of the induction tube, and power can be generated by the water flow power generation means by using the flow of water at the time of the discharge. In addition, the power generation system according to the present invention can also generate power by collecting hydrogen and oxygen generated by electrolysis with a combustion power generation means and burning the mixed gas thereof. Thus, the power generation system according to the present invention can generate power using not only buoyancy energy of hydrogen bubbles and oxygen bubbles but also combustion energy when hydrogen and oxygen are burned. It has excellent power generation efficiency.
本発明に係る発電システムは、気泡が上昇するとき、周囲の水から熱を吸収して膨張し、気泡の径が拡大するため、水の上昇流を効果的に発生させることができ、水流発電手段による発電効率を高めることができる。本発明に係る発電システムは、海中に設置されることが好ましい。また、太陽光発電や風力発電などの他の自然エネルギーを利用した発電装置と併用してもよい。この場合、例えば、太陽光発電や風力発電などで得られた電力を、電気分解のための電力として電気分解手段に供給することにより、より発電効率を高めることができる。 When a bubble rises, the power generation system according to the present invention absorbs heat from surrounding water and expands, and the diameter of the bubble expands, so that an upward flow of water can be effectively generated. The power generation efficiency by the means can be increased. The power generation system according to the present invention is preferably installed in the sea. Moreover, you may use together with the electric power generating apparatus using other natural energy, such as solar power generation and wind power generation. In this case, for example, the power generation efficiency can be further improved by supplying power obtained by solar power generation or wind power generation to the electrolysis means as power for electrolysis.
本発明に係る発電システムで、電気分解手段は、酸素を発生させる陽極が、マンガン系複合酸化物から成る電極から成ることが好ましい。この場合、塩素の発生を防ぐことができる。 In the power generation system according to the present invention, it is preferable that the electrolysis means is configured such that the anode for generating oxygen is an electrode made of a manganese-based composite oxide. In this case, generation of chlorine can be prevented.
本発明に係る発電システムは、前記燃焼発電手段と前記水流発電手段とにより発生した電力を回収すると共に、回収した前記電力を前記電気分解手段および外部に供給可能に設けられた電力制御手段を有することが好ましい。この場合、発生した電力を必要に応じて利用することができる。また、例えば、太陽光発電や風力発電などと併用したとき、これらの他の発電装置で発電できない時間帯には、燃焼発電手段と水流発電手段とにより発生した電力を利用して電気分解を行い、太陽光発電や風力発電などの電力を利用可能な時間帯には、太陽光発電や風力発電などの電力で電気分解を行い、燃焼発電手段と水流発電手段とにより発生した電力を、外部に供給するようにすることができる。なお、電力制御手段は、発電状況に応じて、回収した電力を蓄電池に蓄えるよう構成されていてもよい。 The power generation system according to the present invention includes the electric power generated by the combustion power generation means and the water current power generation means, and also has the power control means provided so that the recovered power can be supplied to the electrolysis means and the outside. It is preferable. In this case, the generated power can be used as necessary. In addition, for example, when used in combination with solar power generation or wind power generation, electrolysis is performed using the power generated by the combustion power generation means and the water current power generation means during times when power generation by these other power generation devices cannot be performed. In the time periods when power such as solar power generation or wind power generation is available, electrolysis is performed with power such as solar power generation or wind power generation, and the power generated by the combustion power generation means and the water current power generation means is transferred to the outside. Can be supplied. The power control means may be configured to store the collected power in the storage battery according to the power generation status.
本発明に係る発電システムは、前記誘導管が固定され、水上を移動可能かつ係留可能に設けられた浮体を有していてもよい。この場合、浮体により、任意の場所に移動して発電を行うことができる。また、例えば、太陽光発電や風力発電などと併用したとき、日当たりの良い場所や風の強い場所に移動して発電を行うことにより、さらに効率良く発電を行うことができる。
気体回収口は、開閉可能であってもよい。また、上部開口は、開口の向きを任意の方向に変更可能となっていてもよい。この場合、気体回収口を閉じ、上部開口の向きを変えて、発生させた水素と酸素とを上部開口から排出して、浮体の移動手段に用いてもよい。
The power generation system according to the present invention may include a floating body to which the guide pipe is fixed and which is movable and moored on the water. In this case, the floating body can move to an arbitrary place to generate power. Further, for example, when combined with solar power generation or wind power generation, power generation can be performed more efficiently by moving to a sunny place or a windy place.
The gas recovery port may be openable and closable. Further, the upper opening may be capable of changing the direction of the opening in an arbitrary direction. In this case, the gas recovery port may be closed, the direction of the upper opening may be changed, and the generated hydrogen and oxygen may be discharged from the upper opening and used as a floating body moving means.
本発明に係る発電システムは、前記誘導管の内部を前記水素と前記酸素とが上昇するとき生成される氷を、前記誘導管の内部から回収するための氷回収手段を有していてもよい。水素や酸素の気泡が上昇するとき、周囲の水から熱を吸収して膨張するため、熱を奪われた周囲の水が氷結することがある。本発明に係る発電システムは、こうして生成された氷を、氷回収手段で回収することができる。海中に設置されたときには、生成された氷は塩分が混じらない水が凍ったものとなるため、その氷を回収することにより、海水から淡水を得ることができる。発生させる気泡の総体積が同じ場合、上昇する気泡の径をできるだけ小さくすることにより、周囲の水から効率的に熱を奪うことができ、より多くの淡水を得ることができる。 The power generation system according to the present invention may have ice recovery means for recovering ice generated when the hydrogen and oxygen rise inside the induction tube from the inside of the induction tube. . When hydrogen or oxygen bubbles rise, they absorb heat from the surrounding water and expand, so the surrounding water that has been deprived of heat may freeze. The power generation system according to the present invention can recover the ice thus generated by the ice recovery means. When installed in the sea, the generated ice is frozen from water that does not contain salt, so fresh water can be obtained from seawater by collecting the ice. When the total volume of bubbles to be generated is the same, by reducing the diameter of the rising bubbles as much as possible, heat can be efficiently removed from the surrounding water, and more fresh water can be obtained.
本発明によれば、電気分解により発生させた気泡を利用した、発電効率に優れた発電システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electric power generation system excellent in electric power generation efficiency using the bubble produced | generated by electrolysis can be provided.
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図1および図2は、本発明の実施の形態の発電システムを示している。
図1に示すように、発電システム10は、浮体11と誘導管12と気体回収管13と電気分解手段14と燃焼発電手段15と水流発電手段16と電力制御手段17とを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 show a power generation system according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the
浮体11は、船から成り、海上を移動可能である。また、浮体11は、左右に1対の錨21を有し、錨21を降ろすことにより、海上に係留可能である。
The
誘導管12は、細長く、上下方向に沿って海中に設置されている。誘導管12は、浮体11に固定されており、上端部が折り返すようU字状に折れ曲がっている。誘導管12は、両端にそれぞれ上部開口22と下部開口23とを有し、折り曲げられた部分が浮体11の内部に配置されている。上部開口22は、折り曲げた部分の頂部12aより低い水面下に配置され、下方に向いて開口している。下部開口23は、所定の深さの、高水圧の海中に配置されている。誘導管12は、折り曲げられた部分の頂部12aに、気体回収口24を有している。
The
気体回収管13は、誘導管12の内部に連通するよう、誘導管12の気体回収口24に接続されている。
電気分解手段14は、下部開口23から誘導管12の内部に海水が入るよう、下部開口23との間に間隔を開けて、下部開口23の下方に配置されている。電気分解手段14は、海中で海水を電気分解して水素と酸素とを発生させ、その水素と酸素とを下部開口23から誘導管12の内部に供給可能に構成されている。電気分解手段14は、酸素を発生させる陽極が、マンガン系複合酸化物から成っている。
The
The electrolysis means 14 is disposed below the
燃焼発電手段15は、気体回収管13に接続され、浮体11の内部に配置されている。燃焼発電手段15は、誘導管12の内部を上昇した水素と酸素とを、気体回収口24から気体回収管13を通して回収し、それらの混合気体を燃焼させて発電を行うよう構成されている。
水流発電手段16は、上部開口22に取り付けられており、上部開口22から排出される水の流れを利用して発電を行うよう構成されている。
The combustion power generation means 15 is connected to the
The water current power generation means 16 is attached to the
電力制御手段17は、浮体11の内部に配置され、電気分解手段14、燃焼発電手段15および水流発電手段16に、ケーブル25aでそれぞれ電気的に接続されている。また、電力制御手段17は、浮体11の内部からに錨21に沿って海底まで伸びて、さらに海底に沿って敷設されたケーブル25bにより、外部の負荷等にも接続されている。電力制御手段17は、燃焼発電手段15と水流発電手段16とにより発生した電力を回収すると共に、回収した電力を電気分解手段14および外部に供給可能に構成されている。また、電力制御手段17は、蓄電池を有し、発電状況に応じて、回収した電力を蓄電池に蓄えるよう構成されている。
The power control means 17 is disposed inside the floating
次に、作用について説明する。
図1に示すように、発電システム10は、浮体11を海上に係留した状態で使用される。発電システム10は、まず、電力制御手段17により電気分解手段14に電気を供給して電気分解手段14を稼働し、電気分解を行う。電気分解により発生した水素と酸素とは、浮力により誘導管12の内部を上昇する。これらの気泡1は、上昇するにつれて周囲の海水から熱を吸収して膨張し、気泡1にかかる浮力が大きくなるため、誘導管12の内部の海水を押し上げようとする力も次第に大きくなる。このため、これらの気泡1の流れに従って誘導管12の内部の水に上昇流が発生する。この上昇流により誘導管12の上部開口22から水が排出され、その排出されるときの水の流れを利用して水流発電手段16で発電を行うことができる。
Next, the operation will be described.
As shown in FIG. 1, the
また、発電システム10は、電気分解により発生して誘導管12を上昇してきた水素と酸素とを、気体回収口24から気体回収管13を通して回収し、燃焼発電手段15により、それらの混合気体を燃焼させて発電を行うこともできる。このように、発電システム10は、水素の気泡1と酸素の気泡1が有する浮力エネルギーだけでなく、水素と酸素とを燃焼させたときの燃焼エネルギーをも利用して発電を行うことができ、発電効率に優れている。
Further, the
発電システム10は、電力制御手段17により、発生した電力を必要に応じて利用することができる。また、発電システム10は、浮体11により、任意の場所に移動して発電を行うことができる。発電システム10は、誘導管12の下方より海水が吸引されることを利用して、水中ポンプとして使用することもできる。例えば、誘導管12を海底まで下げれば、レアアースなどの海底の鉱物資源を海水とともに吸い上げて採鉱することができる。しかも、これを発電と共に行うことができるため、採鉱コストが安価になる。また、発電システム10は、深海からくみ上げた冷水を温度差発電に利用することもできる。
The
なお、発電システム10は、太陽光発電や風力発電などの他の自然エネルギーを利用した発電装置と併用してもよい。この場合、太陽光発電や風力発電などで得られた電力を、電気分解のための電力として電気分解手段14に供給することにより、より発電効率を高めることができる。また、電力制御手段17により、太陽光発電や風力発電などで発電できない時間帯には、燃焼発電手段15と水流発電手段16とにより発生した電力を利用して電気分解を行い、太陽光発電や風力発電などの電力を利用可能な時間帯には、太陽光発電や風力発電などの電力で電気分解を行い、燃焼発電手段15と水流発電手段16とにより発生した電力を、外部に供給するようにすることができる。また、浮体11により、日当たりの良い場所や風の強い場所に移動して発電を行うことにより、さらに効率良く発電を行うことができる。
In addition, you may use the electric
また、図2に示すように、発電システム10は、氷回収手段31を有していてもよい。その実施の形態として、以下の構成が好適に用いられる。誘導管12は、気体回収口24と上部開口23との間に、斜め上方に伸びる枝管32を有する。氷回収手段31は、ベルトコンベアから成る。氷回収手段31は、枝管32の内部に、枝管32の長さ方向に沿って、誘導管12の内部から枝管32の先端から突出する位置まで伸びるよう配置される。氷回収手段31は、電気分解により発生させた水素と酸素の気泡1が上昇するとき生成される氷2を、誘導管12の内部から外部に搬出する。氷回収手段31により枝管32の先端から搬出された氷2は、運搬船33などに積んで運び、淡水として使用することができる。このように、発電システム10は、氷回収手段31により海水から淡水を得ることができ、淡水化装置として利用することもできる。
Further, as shown in FIG. 2, the
発電システム10は、電気分解で発生した水素と酸素とを燃焼させたときの燃焼エネルギーだけでなく、水素の気泡1と酸素の気泡1とが有する浮力エネルギーを利用することにより、電気分解に要したエネルギー量以上のエネルギーを得ることができるシステムの開発に寄与するものである。
The
1 気泡
2 氷
10 発電システム
11 浮体
21 錨
12 誘導管
22 上部開口
23 下部開口
24 気体回収口
13 気体回収管
14 電気分解手段
15 燃焼発電手段
16 水流発電手段
17 電力制御手段
25a,25b ケーブル
31 氷回収手段
32 枝管
33 運搬船
DESCRIPTION OF
本発明に係る発電システムは、気泡が上昇するとき、膨張し、気泡の径が拡大するため、水の上昇流を効果的に発生させることができ、水流発電手段による発電効率を高めることができる。本発明に係る発電システムは、海中に設置されることが好ましい。また、太陽光発電や風力発電などの他の自然エネルギーを利用した発電装置と併用してもよい。この場合、例えば、太陽光発電や風力発電などで得られた電力を、電気分解のための電力として電気分解手段に供給することにより、より発電効率を高めることができる。
Power generation system according to the present invention, when the bubble rises, and Rise Zhang, since the diameter of the bubbles is expanded, upward flow of water can be effectively generate, to increase the power generation efficiency by the water current power generation means it can. The power generation system according to the present invention is preferably installed in the sea. Moreover, you may use together with the electric power generating apparatus using other natural energy, such as solar power generation and wind power generation. In this case, for example, the power generation efficiency can be further improved by supplying power obtained by solar power generation or wind power generation to the electrolysis means as power for electrolysis.
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の実施の形態の発電システムを示している。
図1に示すように、発電システム10は、浮体11と誘導管12と気体回収管13と電気分解手段14と燃焼発電手段15と水流発電手段16と電力制御手段17とを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a power generation system according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the
次に、作用について説明する。
図1に示すように、発電システム10は、浮体11を海上に係留した状態で使用される。発電システム10は、まず、電力制御手段17により電気分解手段14に電気を供給して電気分解手段14を稼働し、電気分解を行う。電気分解により発生した水素と酸素とは、浮力により誘導管12の内部を上昇する。これらの気泡1は、上昇するにつれて膨張し、気泡1にかかる浮力が大きくなるため、誘導管12の内部の海水を押し上げようとする力も次第に大きくなる。このため、これらの気泡1の流れに従って誘導管12の内部の水に上昇流が発生する。この上昇流により誘導管12の上部開口22から水が排出され、その排出されるときの水の流れを利用して水流発電手段16で発電を行うことができる。
Next, the operation will be described.
As shown in FIG. 1, the
Claims (4)
水中で電気分解により水素と酸素とを発生させ、その水素と酸素とを前記下部開口から前記誘導管の内部に供給可能な電気分解手段と、
前記誘導管の内部を上昇した前記水素と前記酸素とを前記気体回収口から回収し、それらの混合気体を燃焼させて発電を行う燃焼発電手段と、
前記上部開口に設けられ、前記上部開口から排出される水の流れを利用して発電を行う水流発電手段とを、
有することを特徴とする発電システム。 It is installed in water along the vertical direction, bent so that the upper part is folded back, the upper opening is provided below the water surface lower than the top, the lower opening is provided in water, and the induction pipe having a gas recovery port at the top,
Electrolysis means capable of generating hydrogen and oxygen by electrolysis in water and supplying the hydrogen and oxygen to the inside of the induction tube from the lower opening;
Combustion power generation means for recovering the hydrogen and oxygen that have risen inside the induction pipe from the gas recovery port, and burning the mixed gas to generate power,
A water current power generation means that is provided in the upper opening and generates power using the flow of water discharged from the upper opening;
A power generation system comprising:
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