JP2018185956A - 自立型水素発電及び飲料水供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】地震等の災害時に商用電源を必要とせず、自立して電力供給と飲料水の供給が可能となる。特に水源のない場所でも飲料水等を供給することができ、水の硬度等、水質によらずに飲料水を供給することが可能となり、余剰電力を有効活用することができる。【解決手段】本発明は、水素生成装置と飲料水供給装置を有する水素発電及び飲料水供給システムであって、前記水素生成装置が二次電池、及び水を反応させて水素を製造する水素製造装置とを有し、前記飲料水供給装置が燃料電池、水素貯蔵装置、及び水処理装置とを有し、更に前記水素製造装置及び＼又は水処理装置へ水を供給する集水装置を有し、当該集水装置が、外気中に含まれる水分を吸着する吸着剤又は水分を捕集する捕集剤、前記吸着剤又は捕集剤を加熱し当該吸着剤又は捕集剤に吸着された水分を水蒸気として脱着させる加熱器、前記水蒸気を凝縮する凝縮器、及び前記凝縮器によって生成された水を受ける集水槽とを有することを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、地震等の災害時に商用電源を必要とせず、自立して電力供給と飲料水の供給が可能となる水素発電及び飲料水の供給システムに関するものであり、特に大気中の水分を吸着・捕集し集水することで、水源のない場所でも飲料水等を供給することができ、水の硬度等、水質によらずに飲料水を供給することが可能となり、又、燃料電池や再生可能エネルギー発電装置による発電量が本システムの稼動に要する電力を上回ることによって生じる余剰電力を有効活用することができる自立型水素発電及び飲料水供給システムに関する。

地震等による災害が発生し、ライフラインが停止した場合、ライフラインの普及までにかなりの時間がかかることが予想されている。また現在、各自治体等では、災害時における緊急避難所の設置が急務となっている。そして、災害時におけるライフラインの停止によって、水道水や電源の確保が困難となることが問題点として指摘されている。特に緊急避難所における問題点の一つとして、飲料水の調達や配給が深刻な問題として挙げられている。
全国各所に設けられた緊急避難所としては、学校や公民館等が指定されていることも多い。このような施設にはプールが附帯設備として設けられている場合がある。このようなプールは、一年中水が貯蔵されているところも多い。そのようなプールに貯蔵されている水を飲料水として活用することができれば、プールが附帯されている緊急避難所における飲料水の問題を解決することが期待できる。
このような緊急避難所において安全な飲料水を供給するためには、水処理装置が不可欠である。現在、飲料水用の水処理装置としては、種々のものが知られているが、いずれも電源の確保が大きな問題となっている。そのため、特に災害時においては、商用電源を使用せずに水処理装置を稼動させて、飲料水を確保することが課題となっている。

商用電源を使用することなく、電源を確保するシステムとしては、特許文献１に開示された発明が知られている。かかる特許文献１には、直接メタノール型燃料電池と二次電池を有する電源システムが開示されている。
例えば、図５は従来の電源システムの一例を示す模式図である。図５に示す如く、従来の電源システム３０は、二次電池３７に貯蔵する電気を２種類のステップで入力する必要がある。一つは太陽光パネル３１等の自然エネルギーによる充電機構より電気を生成し二次電池３７に貯蔵する。もう一つは直接メタノール型燃料電池３３により電気を生成し二次電池３７に貯蔵する。かかる電源システム３０を使用することによって、長時間の連続駆動が可能となり、例えば、災害時に水処理システム等の装置３５を連続して稼動させることができると考えられる。ここで、水処理システムとしては、特許文献２に開示されたものが知られている。
しかしながら、この電源システム３０は、燃料となるメタノールを貯蔵する燃料タンク３４を備えているが、燃料を自立して製造するための手段は備わっていない。すなわち、直接メタノール型燃料電池３３の稼動状況に応じて、メタノールの補給が必要となることから、システム単体として検討した場合、長期間にわたる安定した電力の供給が困難となることが予測される。

他の問題点として、水処理に使用する原水の給水源が、電源システムや飲料水の供給装置から離れた場所にある場合、原水へのアクセスが問題となることも予測される。
また、再生可能エネルギー発電装置から発電した電気を二次電池に充電させ、電力供給を行う場合や、ガソリンなどの化石燃料を用いて発電し、長期間にわたって電力供給をする場合は、二次電池として蓄電容量の大きなものを使用する必要がある。また、化石燃料の貯蔵量も多くする必要があるため、装置が大型化するだけでなく、システムを構成する装置の重量も増加してしまうという問題点があった。
また他の問題としては、水源のない場所では飲料水等の供給が全くできなくなる。又、水の硬度が高い地域の河川や水道水、プールに貯水されたプール水を原水として本システムを用いる場合、原水中に多く含まれるカルシウムやマグネシウム等が析出し、配管等にスケールが付着するなどして、故障を引き起こす可能性がある。
更に太陽光パネル等の自然エネルギーを使用するシステムを水処理システムに利用可能であるが、燃料電池や再生可能エネルギー発電装置や燃料電池による発電量が本システムの稼動に要する電力を上回ることによって余剰電力が発生する場合がある。このような余剰電力の有効活用も問題点として指摘されていた。
本発明者は、従来技術における電源システムの問題点を検討し、商用電源を使用せずに長期間にわたって飲料水の安定した供給を可能とするシステムを創作し、更には、水源のない場所でも飲料水等を供給することができ、水の硬度等、水質によらずに飲料水を供給することができ、又、燃料電池や太陽光パネルの余剰電力を有効活用することができる自立型水素発電及び飲料水供給システムを開発した。

特開２０１４−１８７８６５号公報 特開２０１３−２１２４７０号公報

本発明は、単体で発電と飲料水の供給を可能とし、商用電源を必要とせず、電力と飲料水を長期間にわたって安定して供給することが可能となる自立型水素発電及び飲料水供給システムを提供することを目的とする。
また本発明は、プール水や井戸水を原水として処理し得ることに加え、大気中の水分を吸着・捕集し集水することで、飲料水や生活水を供給することが可能となる自立型水素発電及び飲料水供給システムを提供することを目的とする。
また本発明は、水素の供給、燃料電池の稼動、水処理、集水といった複数の工程を連続して循環させるシステムを提供することを目的とする。

また複数の装置を分離可能に構成し、集水装置を含むシステム単体を湿度の高い場所へ搬送可能とし、又、水処理装置を含むシステム単体を水源まで搬送可能とする自立型水素発電及び飲料水供給システムを提供することを目的とする。
また水源のない場所や、水の硬度等、水質によらずに飲料水を供給することを目的とする。
また燃料電池や太陽光パネルの余剰電力を有効活用することができる自立型水素発電及び飲料水供給システムを提供することを目的とする。 さらに本発明は、化石燃料等を用いて発電するシステムに比較して、小型・軽量化し得る自立型水素発電及び飲料水供給システムを提供することを目的とする。

本発明者は、上記の課題を解決するために以下の構成を採用した。
（１）水素生成装置と飲料水供給装置を有する水素発電及び飲料水供給システムであって、前記水素生成装置が二次電池、及び水を反応させて水素を製造する水素製造装置とを有し、前記飲料水供給装置が燃料電池、水素貯蔵装置、及び水処理装置とを有し、更に前記水素製造装置及び＼又は水処理装置へ水を供給する集水装置を有し、当該集水装置が、外気中に含まれる水分を吸着する吸着剤又は水分を捕集する捕集剤を有し、前記吸着剤によって吸着・捕集された水を受ける集水槽とを有することを特徴とする自立型水素発電及び飲料水供給システムである。
上述の如く本発明に係る集水装置は、少なくとも吸着剤又は捕集剤、及び集水槽を有している。本発明に好適に使用できるのであれば、他の構成を有していても本発明の範囲に含まれる。

ここで前記捕集剤とは、綿、麻、羊毛、絹などの天然繊維や化学繊維の内、レーヨン、キュプラなどに代表されるセルロース系の再生繊維を用いることで可能となる。天然繊維や再生繊維を、フィラメント状やステープル状に加工したものや、それらを用いて織物状や編物状、不織布状としたもの、更には細かい表面性を有するように加工したものが挙げられる。このような構成とすることで、電力を必要とせず、大気中の水分を捕集剤表面に水滴として捕集することができ、水滴をそのまま集水槽にて受けることで集水することが可能となる。
更に、前記吸着剤としては、表面に微細な気孔を多く含み、多孔質表面を有する物質のことである。例えば、シリカゲル、活性炭、活性アルミナ、ゼオライト、酸化アルミニウム、モレキュラーシーブ、アロフェン、クレイ等の物質が挙げられる。

更に、水素製造装置とは、水の電気分解、水蒸気改質、部分酸化改質、メタノール／エタノール改質等を使用することにより、または水もしくはアルカリ溶液と反応用物質との化学反応を利用することにより水素を製造する装置のことである。使用される水は、精製水が好ましいが、水素を生成することができる水であれば、市場で販売されている飲料水や水道水を用いることができる。再生可能エネルギー発電装置を使用する場合は、当該装置より生成された電気を使用することにより水素を製造することができる、水の電気分解による製造方法が好適である。また、化学反応による水素製造装置としては、水とアルミとを反応させる方法や、アルカリ溶液とアルミとを反応させることにより水素を生成させる方法を使用することができる。その他、本発明に係る水素製造装置は、例えば、１０ｎｍ以下のパウダー状に処理されたシリコンナノ粒子（Ｓｉナノパーティクル）を水と反応させる方法を利用することにより、水素を生成させることができる。
また本発明における燃料電池とは、陽極（アノード）に水素を供給し、陰極（カソード）に酸素を供給することによって、水素及び酸素を常温または高温環境で供給し反応させることにより継続的に電力を取り出すことができる発電装置である。例えば、イオン交換膜を挟んで、正極に酸化剤を、還元剤である水素を供給することにより発電する固体高分子型燃料電池が知られている。

また本発明における水素貯蔵装置としては、水素吸蔵合金、有機ハイドライト、液体水素タンク、高圧水素タンク等が現在知られている。中でも水素充填密度の高い水素吸蔵合金が好適である。また水素吸蔵合金ボンベを使用しても良い。水素吸蔵合金としては、ＡＢ２型、ＡＢ５型、ＢＣＣ固溶体型、Ｔｉ−Ｆｅ系、Ｖ系、Ｍｇ合金、Ｐｄ系、Ｃａ系合金が現在知られている。
さらに本発明における水処理装置とは、プール、池等から飲料水を生成する装置のことである。本発明においては、ポンプとろ過装置とから構成されるのが好ましい。
ここで、ろ過装置としては、活性炭フィルターや、ステンレス製、アルミニウム製、ブロンズ製、銅製、チタン製、ニッケル製等を使用した金属製フィルターや、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン、ポリアミド、フッ素系樹脂等を使用した樹脂フィルター等を用いたカートリッジ式ろ過装置、砂ろ過装置、珪藻土式ろ過装置等が挙げられる。

本発明に使用される水素生成装置は、少なくとも電気を蓄電しておく二次電池と水素製造装置とを有している。必要に応じて純水製造装置など他の部品を備えていても良い。例えば、太陽光パネル等である。水素製造装置として、水を電気分解するタイプの装置を使用する場合は、水を生成する工程が必要となる。本発明においては、電気分解される水として、本発明における飲料水供給装置によって精製された飲料水を更に純水製造装置を通過させて得た純水を用いても良い。
本発明に使用される飲料水供給装置は、少なくとも燃料電池と水素貯蔵装置と水処理装置とを有している。必要に応じて他の部品を備えていても良い。例えば、携帯電話の充電ボックス等である。かかる飲料水供給システムにおける水素貯蔵装置には、前記水素生成装置において生成された水素が貯蔵されることになる。
そして、前記貯蔵されている水素を使用して燃料電池を稼動し、家庭用交流電源や飲料水を精製するためのポンプやろ過装置を稼動する電源となる電気を供給することができる。また、燃料電池は、水素生成装置において生成された水素を水素貯蔵装置に貯蔵せずにそのまま使用することもできる。

（２）前記集水装置が、更に前記吸着剤又は捕集剤を加熱し、当該吸着剤又は捕集剤に吸着・捕集された水分を水蒸気として脱着させる加熱器、前記水蒸気を凝縮する凝縮器、及び前記凝縮器によって生成された水を前記集水槽にて受けることを特徴とする上記（１）に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システムである。
又、加熱器とは、取り込まれた外気を加熱し、水分を吸着した吸着剤又は水分を捕集した捕集剤に通気させ、吸着剤又は捕集剤に吸着された水分を脱離させ、高温多湿な空気を得ることを目的として組み込まれている。例えば、蒸気ヒーターや電気ヒーターを使用することができるが、前記飲料水供給装置に内蔵されている水素貯蔵装置から発生した熱をヒートパイプにより移送された熱源を代用することも可能である。
又、凝縮器とは加熱器によって得た高温多湿な外気を冷却し結露によって水滴を発生させる熱交換器のことである。
又、集水槽とは、吸着剤にて吸着・捕集した水滴をそのまま受けて集水する容器のことである。集水された水は、水素生成装置が有する純水製造装置又は水素製造装置の原料水として供給され、又は飲料水供給装置の水処理装置に供給し、濾過後に飲料水又は水素製造装置へ更に供給することも可能である。
かかる集水装置は、水素生成装置又は飲料水供給装置に内蔵することもできるし、水素生成装置又は飲料供給装置と分割して単体として構成しても良い。例えば、蒸気ヒーターや電気ヒーターを使用することができるが、前記飲料水供給装置に内蔵されている水素貯蔵装置から発生した熱をヒートパイプにより移送された熱源を代用することも可能である。
又、凝縮器とは加熱器によって得た高温多湿な外気を冷却し結露によって水滴を発生させる熱交換器のことである。 又、集水槽とは結露により発生した水滴を受けて集水する容器のことである。（３）前記集水装置が、更に外気を取り込む給気ファンを有することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システムである。
ここで給気ファンとは、外気を本発明に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムに取り込むことを目的とする装置のことである。取り込まれた外気は吸着剤に供給され、含まれる水分を捕集・吸着された後、大気解放される。また、取り込まれた外気は前記加熱器で加熱され、吸着剤又は捕集剤に供給され、吸着剤又は捕集剤が捕集し吸着した水分を脱離させることができる。
（４）前記水素製造装置が、水の電気分解により水素を製造することを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれか一に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システムである。

（５）前記水素生成装置が、更に再生可能エネルギー発電装置を有し、前記二次電池には再生可能エネルギー発電装置によって生成された電気が蓄電されていることを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれか一に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システムである。
ここで再生可能エネルギー発電装置とは、太陽光、風力、波力、小水力、流水、潮汐、地熱、バイオマス等、またはこれらの自然の力を組み合わせることによって、定常的又は反復的に補充されるエネルギー資源に基づいて電気を生成する発電装置のことである。本発明においては、飲料水及び家庭用交流電源供給装置に使用される水素貯蔵装置を有することから、一定の発電効率を有し、小規模・分散運用も可能なことから、太陽光を太陽電池によって直接的に電力に変換する太陽光発電が好適である。また本発明における水素生成装置は、二次電池を有している。このような構成を採用することにより、再生可能エネルギーによって生成された電気を二次電池に蓄電することによって、適宜水の電気分解を行うことが可能となる。例えば、太陽光パネルによって日中に生成された電気を夜間に使用することも可能である。

（６）前記水素生成装置が、更に純水製造装置を有し、前記集水装置によって生成された水及び＼又は集水装置で生成された水を受給することを特徴とする上記（１）乃至（５）のいずれか一に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システムである。
このような構造を採用することによって、本発明に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムは、製造された純水を使用して水素を生成することもできる。又、本発明における純水としては、集水装置によって生成された水や、水処理装置によって濾過生成された純水を使用することもできる。
例えば、粉砕状のアルミと純水製造装置によって精製された精製水とを反応させ、下記式の如く、水素と水酸化アルミを発生させることができる。
化学式 ２Ａｌ＋６Ｈ₂Ｏ２Ａｌ（ＯＨ）₃＋３Ｈ₂

（７）前記水素貯蔵装置が、水素吸蔵合金であることを特徴とする上記（１）乃至（６）のいずれか一に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システムである。
（８）前記飲料水供給装置における燃料電池及び＼又は前記水素生成装置における二次電池が家庭用交流電源として電気を供給することを特徴とする上記（１）乃至（７）のいずれか一に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システムである。
ここで、家庭用交流電源とは、家電製品等を駆動するための１００〜２００Ｖ程度の交流電力のことである。
本システムは、災害時に商用電源を必要とせず、自立して電力供給や飲料水供給をするシステムの運用方法に関する発明である。ただし本システムは、災害時でない平常時等にも使用することができる。その際、商用電源と併用することも可能である。商用電源から得た電気は、水処理装置を稼働させたるために利用することができるし、二次電池に蓄電することも可能である。例えば、災害時でない平常時には、商用電源を併用して本システムを運用し、災害が発生した際には、自立型での電力供給や飲料水供給に切り替えて、本システムの運用を行うことができる。

（９）前記集水装置が、水素生成装置及び飲料水供給装置とから分割して構成されており、前記集水装置、水素生成装置及び飲料水供給装置の下方に車輪が取り付けられており移動可能に形成されていることを特徴とする上記（１）乃至（８）のいずれか一に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システムである。
このような構成を採用することにより、用途に応じて夫々の装置の機能を使用することが可能となる。例えば、飲料水供給装置のみを原水の貯水地へ移動すれば、水処理に使用する原水の給水源が、電源システムや飲料水の供給装置から離れた場所にある場合であっても、原水へのアクセスの問題を解決することができる。又、集水装置のみを湿度の高い場所に移動することによって、効率的な集水が可能となる。
すなわち、本発明に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムは、集水装置、水素生成装置及び飲料水供給装置を３台に分割して構成しても良いし、水素生成装置及び飲料水供給装置を１台として構成し、別に集水装置のみを分割して構成しても良い。又、集水装置、水素生成装置及び飲料水供給装置を１台として構成しても良いし、水素生成装置又は飲料水供給装置のどちらか一方に、集水装置の機能を内蔵しても良い。

本発明に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムは、単体で発電と飲料水の供給を可能とし、商用電源を必要とせず、電力と飲料水を長期間にわたって安定して供給することを可能とする。
また本発明に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムは、プール水や井戸水を原水として処理し得ることに加え、大気中の水分を吸着・捕集し集水することで、飲料水や生活水を供給することを可能とする。
また本発明に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムは、水素の供給、燃料電池の稼動、水処理、集水といった複数の工程を連続して循環させるシステムを構築するという効果を有している。

また本発明に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムは、複数の装置を分離可能に構成し、集水装置を含むシステム単体を湿度の高い場所へ搬送可能とし、又、水処理装置を含むシステム単体を水源まで搬送可能とする効果を奏する。
また本発明に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムは、水源のない場所や、水の硬度等、水質によらずに飲料水を供給する優れた効果を奏する。
また本発明に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムは、燃料電池や太陽光パネルの余剰電力を有効活用することができる自立型水素発電及び飲料水供給システムを提供する効果を奏する。
また、本発明に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムは、水素製造装置によって製造した水素を用いて、燃料電池により発電をすることから、再生可能エネルギー発電装置から二次電池に蓄電して電力供給をする場合や、ガソリンなどの化石燃料を用いて発電して電力供給をする場合と比べて、同じ電力供給の供給量を確保する際に、装置を小型化することができ、重量を抑えることができ、可搬に適したものとすることができる。

本発明の実施形態１に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムの一例を示す概念図である。（ａ）は飲料水供給装置である。（ｂ）は水素生成装置である。（ｃ）は集水装置である。 本発明の実施形態２に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムの一例を示す概念図である。（ａ）は飲料水供給装置である。（ｂ）は水素生成装置である。（ｃ）は集水装置である。 本発明の実施形態３に係る水素製造装置の一例を示す概念図である。 本発明の実施形態４に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムの使用例を示す斜視図である。（ａ）は飲料水供給装置である。（ｂ）は水素生成装置である。（ｃ）は集水装置である。 従来の電源システムの一例を示す概念図である。

本発明の自立型水素発電及び飲料水供給システムに係る実施の形態の一例を、図面に則して説明する。ただし、以下の説明は本発明の自立型水素発電及び飲料水供給システムに係る実施の形態の例示であって、本発明の範囲を限定するものではない。実施形態１
図１は、本実施形態１に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムの構成の例を示す概念図である。図１に示す如く、本実施形態１に係る水素発電及び飲料水供給システムは、飲料水供給装置（ａ）と水素生成装置（ｂ）と集水装置（ｃ）とを有する。
水素生成装置（ｂ）は、電気を蓄電する二次電池２と、水素製造装置３とを有している。又、本実施形態１に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムにおいては、純水精製装置４を有している。また実施形態１に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムは、再生可能エネルギー発電装置５を有している。本実施形態１においては、太陽光パネルを用いた太陽光発電を使用している。本実施形態２に係る再生可能エネルギー発電は、太陽光パネル５より太陽光を受光し、太陽電池を接続した光起電力効果を応用して電気を発生させる。発生された電気は、水素生成装置（ｂ）内の二次電池２に蓄電される。二次電池２に蓄電された電気は、純水精製装置４にて精製した精製水を電気分解して水素を得る際に使用される電力として用いることができる。

水素製造装置３は、電極を有し、二次電池２に帯電されている電気を流すことによって、前記純水精製装置４によって精製された純水に対して電子が陰極で反応し、水素が発生する。分解された酸素は大気中に排出することができる。本実施形態１における水素生成装置（ｂ）は、太陽光パネルからの給電により５００Ｗの電力を必要とし、水素発生量は１．０Ｌ／ｍｉｎ（０．３５ＭＰａ Ｍａｘ）となる。本実施形態１における水素生成装置（ｂ）の実際の寸法は、幅５００ｍｍ×奥行き３５０ｍｍ×高さ９００ｍｍである。このように本実施形態１に係る水素生成装置（ｂ）は、太陽光発電により水を電気分解し水素を発生させるため、外部からの化石燃料を必要とせず、自立稼動が可能な点に特徴を有する。
飲料水供給装置（ａ）は、水素生成装置（ｂ）で発生した水素を取り込み貯蔵することができる水素貯蔵装置７と燃料電池８と水処理装置９を有している。本実施形態１における水素貯蔵装置７としては、水素吸蔵合金を使用する。飲料水供給装置（ａ）は、水素貯蔵装置７に貯蔵されている水素を燃料電池８に供給し、酸素との電気化学的な反応により電気エネルギーを取り出し電力として利用することができる。

燃料電池８により得られた電気は、家庭用交流電源Ｅ１に供給される電気として使用できる。家庭用交流電源Ｅ１によって供給される電気は、１００〜２００Ｖである。このような家庭用交流電源Ｅ１は、災害時に必要となる携帯端末用の電源や、家庭用テレビ等の家電製品の電源として利用できる。
燃料電池８によって得られた電気は、家庭用交流電源Ｅ２に供給される電気の他に、水素生成装置（ｂ）における二次電池２に蓄電するための電気として供給することもできる。
本実施形態１の飲料水供給装置（ａ）は、水処理装置９の稼動が主な目的である。水処理装置９は、ポンプとろ過装置等から構成されている。本実施形態１の水処理装置９は、プール水をポンプで汲み上げ、ろ過装置によって、プール水をろ過し、飲料用の濾過水Ｗ１を精製することができる。ただし、本実施形態１における水処理装置９は、プール水を使用することが必須ではない。後述する集水装置（ｃ）によって生成された水を使用しても良いからである。また、水処理装置９によって精製された水は、図示しない飲料用の水タンクに飲料用の水Ｗ１を貯留することもできる。また同時に精製された水Ｗ２を水素生成装置（ｂ）における純水精製装置４へ供給することもできる。また、精製された水Ｗ２も、図示しない精製水タンクに貯留することができる。

本実施形態１における飲料水供給装置（ａ）は、１００Ｗ Ｍａｘ６時間の電力供給が可能であり、水供給量は１．０Ｌ／ｍｉｎ（Ｍａｘ ３．０Ｌ／ｍｉｎ）となる。本実施形態１における飲料水供給装置（ａ）の実際の寸法は，幅５００ｍｍ×奥行き３５０ｍｍ×高さ９００ｍｍである。
このような構成によって、水素の供給、燃料電池の稼動、水処理といった複数の工程を連続して循環させるシステムを構築することができる。本実施形態１の自立型水素発電及び飲料水供給システムは、上述の構成によって、単体で発電と飲料水の供給を可能とし、商用電源を必要とせず、電力と飲料水を長期間にわたって安定して供給することができ、又、プール水や井戸水を原水として処理し、飲料水や生活水を供給することができる。

また本実施形態１の自立型水素発電及び飲料水供給システムは、集水装置（ｃ）を有する。かかる集水装置（ｃ）で生成された水は、上記飲料水供給装置（ａ）における水処理装置９へ供給される。
本実施形態１の自立型水素発電及び飲料水供給システムで使用される集水装置（ｃ）は、捕集剤３２及び集水槽１５を有している。
本実施形態１に係る集水装置（ｃ）内に取り込まれた外気は、捕集剤３２に供給され、含まれる水分を捕集された後、大気解放される。

本実施形態１に係る捕集剤３２としては、レーヨンを原材料とする不織布を使用している。このような不織布を使用することによって、取り込まれた外気より、捕集剤３２の表面に配置されている細かいレーヨン繊維に水分を捕集することができる。なお、本実施形態１においては、捕集剤の代わりに吸着剤を使用することも可能である。
そして、上記捕集剤３２によって捕集された水分を水滴として集水槽１５にて受けることで集水することが可能となる。集水された水は、水素生成装置（ｂ）を構成する純水精製装置４の原料水として供給され、又は飲料水供給装置（ａ）を構成する水処理装置９に供給され、濾過後に飲料水又は純水水製造装置４へ更に供給することができる。 本実施形態１の自立型水素発電及び飲料水供給システムに係る集水装置（ｃ）は、飲料供給装置（ａ）及び水素生成装置（ｂ）と分割して単体として構成されている。

実施形態２
図２は、本実施形態２に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムの構成の一例を示す概念図である。図２に示す如く、本発明の水素発電及び飲料水供給システムは、飲料水供給装置（ａ）と水素生成装置（ｂ）と集水装置（ｃ）とを有する。以下、図面の説明に際して、実施形態１と同じ部材については、同じ符号を用いて説明する。
水素生成装置（ｂ）は、電気を蓄電する二次電池２と、水素製造装置３とを有している。又、本実施形態２に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムにおいては、純水精製装置４を有している。また実施形態２に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムは、再生可能エネルギー発電装置５を有している。本実施形態２においては、太陽光パネルを用いた太陽光発電を使用している。太陽光発電は、太陽光パネル５より太陽光を受光し、太陽電池を接続した光起電力効果を応用して電気を発生させる。発生された電気は、水素生成装置（ｂ）内の二次電池２に蓄電される。二次電池２に蓄電された電気は、２種類の用途に使用できる。一つは、純水精製装置４にて精製した精製水を電気分解して水素を得る際に使用される電力として用いることができる。もう一つは、家庭用交流電源Ｅ１に供給される電気として使用することもできる。

水素製造装置３は、電極を有し、二次電池２に帯電されている電気を流すことによって、前記純水精製装置４によって精製された純水に対して電子が陰極で反応し、水素が発生する。分解された酸素は大気中に排出することができる。本実施形態２における水素生成装置（ｂ）は、太陽光パネルからの給電により５００Ｗの電力を必要とし、水素発生量は１．０Ｌ／ｍｉｎ（０．３５ＭＰａ Ｍａｘ）となる。本実施形態１における水素生成装置（ｂ）の実際の寸法は、幅５００ｍｍ×奥行き３５０ｍｍ×高さ９００ｍｍである。このように本実施形態２に係る水素生成装置（ｂ）は、太陽光発電により水を電気分解し水素を発生させるため、外部からの化石燃料を必要とせず、自立稼動が可能な点に特徴を有する。
飲料水供給装置（ａ）は、水素生成装置（ｂ）で発生した水素を取り込み貯蔵することができる水素貯蔵装置７と燃料電池８と水処理装置９を有している。本実施形態２における水素貯蔵装置７としては、水素吸蔵合金を使用する。飲料水供給装置（ａ）は、水素貯蔵装置７に貯蔵されている水素を燃料電池８に供給し、酸素との電気化学的な反応により電気エネルギーを取り出し電力として利用することができる。

燃料電池８により得られた電気は、４種類の用途に使用できる。一つは、家庭用交流電源Ｅ２に供給される電気として使用できる。家庭用交流電源Ｅ２によって供給される電気は、１００〜２００Ｖである。このような家庭用交流電源Ｅ２は、災害時に必要となる携帯端末用の電源や、家庭用テレビ等の家電製品の電源として利用できる。もう一つは、水処理装置９を稼動させる電力として使用される。
燃料電池８によって得られた電気は、家庭用交流電源Ｅ２に供給される電気の他に、水素生成装置（ｂ）における二次電池２に蓄電するための電気として供給することもできる。また、集水装置（ｃ）における加熱器１１の電力として使用することもできる。
本実施形態２の飲料水供給装置（ａ）は、水処理装置９の稼動が主な目的である。水処理装置９は、ポンプとろ過装置等から構成されている。本実施形態２の水処理装置９は、プール水をポンプで汲み上げ、ろ過装置によって、プール水をろ過し、飲料用の濾過水Ｗ１を精製することができる。ただし、本実施形態２における水処理装置９は、プール水を使用することが必須ではない。後述する集水装置（ｃ）によって生成された水を使用しても良いからである。また、水処理装置９によって精製された水は、図示しない飲料用の水タンクに飲料用の水Ｗ１を貯留することもできる。また同時に精製された水Ｗ２を水素生成装置（ｂ）における純水精製装置４へ供給することもできる。また、精製された水Ｗ２も、図示しない精製水タンクに貯留することができる。

本実施形態２における飲料水供給装置（ａ）は、１００Ｗ Ｍａｘ６時間の電力供給が可能であり、水供給量は１．０Ｌ／ｍｉｎ（Ｍａｘ ３．０Ｌ／ｍｉｎ）となる。本実施形態２における飲料水供給装置（ａ）の実際の寸法は，幅５００ｍｍ×奥行き３５０ｍｍ×高さ９００ｍｍである。
このような構成によって、水素の供給、燃料電池の稼動、水処理といった複数の工程を連続して循環させるシステムを構築することができる。本実施形態２の自立型水素発電及び飲料水供給システムは、上述の構成によって、単体で発電と飲料水の供給を可能とし、商用電源を必要とせず、電力と飲料水を長期間にわたって安定して供給することができ、又、プール水や井戸水を原水として処理し、飲料水や生活水を供給することができる。

また本実施形態２の自立型水素発電及び飲料水供給システムは、集水装置（ｃ）を有する。かかる集水装置（ｃ）で生成された水は、上記飲料水供給装置（ａ）における水処理装置９へ供給される。
本実施形態２の自立型水素発電及び飲料水供給システムで使用される集水装置（ｃ）は、給気ファン１０と、加熱器１１と、吸着剤１２と、凝縮器１４、及び集水槽１５を有している。
ここで本実施形態２に使用される給気ファン１０は、外気を集水装置に取り込む機能を有する送風ファンである。送風ファンによって取り込まれた外気は、吸着剤１２に供給され、含まれる水分を捕集し吸着された後、大気解放される。また、高温多湿な空気を得る際は、取り込まれた外気を前記加熱器１１で加熱することによって、吸着剤１２に供給し、吸着剤によって吸着した水分を脱離させることができる。このような送風ファンを稼動させる電源としては、太陽光パネル５から供給された電気や、飲料水供給装置（ａ）の燃料電池８にて発電した電気を活用することも可能である。

本実施形態２に使用される吸着剤１２としては、シリカゲルを使用する。多孔質のシリカゲルを使用することによって、吸着剤１２の表面に、送風ファンによって取り込まれた外気より、水分を取り出して吸着剤１２に吸着させることができる。なお、本実施形態２においては、吸着剤の代わりに捕集剤を使用することも可能である。
ここで、本実施形態２に使用される加熱器１１は、送風ファンによって取り込まれた外気を加熱する機能を有する。加熱された外気を吸着剤１２に通気させることによって、吸着剤１２に吸着されている水分を脱離させ、高温多湿な空気を得ることができる。本実施形態２においては、加熱器１１として電気ヒーターを使用している。
次に本実施形態２に使用される凝縮器１４は熱交換器であり、加熱器１１によって得た高温多湿な外気を冷却し、結露によって水滴を発生させることができる。水分を取り出した外気は、集水装置（ｃ）より大気中へ解放される。
そして、上記凝縮器１４の結露により発生した水滴を集水槽１５にて受けることで集水する。集水された水は、水素生成装置（ｂ）を構成する純水精製装置４の原料水として供給され、又は飲料水供給装置（ａ）を構成する水処理装置９に供給され、濾過後に飲料水又は水素精製装置４へ更に供給することができる。
本実施形態２の自立型水素発電及び飲料水供給システムに係る集水装置（ｃ）は、飲料供給装置（ａ）及び水素生成装置（ｂ）と分割して単体として構成されている。

実施形態３
図３は、本実施形態３に係る水素生成装置２０の一例を示す概念図である。図３に示す如く、本実施形態３に係る水素生成装置２０は、水素製造装置として機能する反応用アルミ貯蔵部２１と純水製造装置２４、及び二次電池２２を有している。本実施形態３は、反応用アルミ貯蔵部２１に、純水製造装置２４によって生成された精製水を供給し、反応用アルミと水とを反応させて水素を製造する。本実施形態３における水素発生部は、反応用アルミ貯蔵部２１となる。反応に使用された精製水は、循環利用せずに反応後に排出される（Ｄ）。反応に使用された反応用アルミは、循環利用せず取り出して廃棄され、適宜新しい反応用アルミが反応用アルミ貯蔵部２１へ補充される。
本実施形態３に係る水素生成装置２０において、反応用アルミ貯蔵部２１に貯蔵される反応用アルミの形態に制限はなく、反応用アルミ貯蔵部２１に投入し得る大きさ及び形状の塊状、粒状、片状等であれば、任意に選択することができる。

実施形態４
次に本実施形態の自立型水素発電及び飲料水供給システムの他の使用例を図４に則して説明する。
図４は、本実施形態４に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムの使用例を示す斜視図である。本実施形態４に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムにおける、飲料水供給装置（ａ）と水素生成装置（ｂ）と集水装置（ｃ）とは分離して使用することができる。飲料水供給装置（ａ）と水素生成装置（ｂ）は、水素生成装置（ｂ）で生成された水素を、飲料水供給装置（ａ）における水素貯蔵装置に貯蔵するため、図示しない供給用のパイプで連接している。又、集水装置（ｃ）と飲料水供給装置（ａ）と水素生成装置（ｂ）は、水を配給するため、図示しない供給用のパイプで連接している。 かかる連接パイプは着脱可能に構成されているため、飲料水供給装置（ａ）をプールＰ等の水源まで搬送して、水処理装置を稼動することができる。

特に本実施形態４に係る水素生成装置（ｂ）及び集水装置（ｃ）は、再生可能エネルギー発電装置を有するため、太陽光パネル５０などの設備の近傍に配置し、ケーブルにより接続する必要がある。ただし、水素生成装置（ｂ）も二次電池による帯電が可能であることから、底部に車軸と車輪を設けることによって、搬送可能なように構成しても良い。集水装置（ｃ）は、同様に二次電池を設置することによって、搬送可能なように構成することもできる。
図４に示す如く、飲料水供給装置（ａ）を、給水ダクト５２の近傍まで搬送し、給水ダクト５２と飲料水供給装置（ａ）を接続することによって、プール水Ｐをろ過装置によってろ過し、飲料水を得ることができる。なお、飲料水供給装置（ａ）に給水ダクトを付加する構成にしても良い。その場合は、給水ダクト５２を設けることなく、飲料水供給装置（ａ）で直接プール水Ｐをろ過することが可能となる。
本実施形態４に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムは、このような構成を採用することによって、再生可能エネルギー発電装置から離れた水源へ、複数のシステム単体を搬送して使用することができる。

（ａ） 飲料水供給装置
（ｂ） 水素生成装置
（ｃ） 集水装置
２，１２，２２ 二次電池
４，１４，２４ 純水精製装置
５ 再生可能エネルギー発電装置
７ 水素貯蔵装置
８ 燃料電池
９ 水処理装置
２１ 反応用アルミ貯蔵部
１０ 給気ファン
１１ 加熱器
１２ 吸着剤
１４ 凝縮器
１５ 集水槽
３２ 捕集剤

Claims (9)

1. 水素生成装置と飲料水供給装置を有する水素発電及び飲料水供給システムであって、前記水素生成装置が二次電池、及び水を反応させて水素を製造する水素製造装置とを有し、前記飲料水供給装置が燃料電池、水素貯蔵装置、及び水処理装置とを有し、更に前記水素製造装置及び＼又は水処理装置へ水を供給する集水装置を有し、当該集水装置が、外気中に含まれる水分を吸着する吸着剤又は水分を捕集する捕集剤を有し、前記吸着剤又は捕集剤によって吸着・捕集された水を受ける集水槽とを有することを特徴とする自立型水素発電及び飲料水供給システム。
2. 前記集水装置が、更に前記吸着剤又は捕集剤を加熱し、当該吸着剤又は捕集剤に吸着・捕集された水分を水蒸気として脱着させる加熱器、前記水蒸気を凝縮する凝縮器、及び前記凝縮器によって生成された水を前記集水槽にて受けることを特徴とする請求項１に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システム。
3. 前記集水装置が、更に外気を取り込む給気ファンを有することを特徴とする請求項１又は２に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システム。
4. 前記水素製造装置が、水の電気分解により水素を製造することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システム。
5. 前記水素生成装置が、更に再生可能エネルギー発電装置を有し、前記二次電池には再生可能エネルギー発電装置によって生成された電気が蓄電されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システム。
6. 前記水素生成装置が、更に純水製造装置を有し、前記集水装置によって生成された水及び＼又は集水装置で生成された水を受給することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システム。
7. 前記水素貯蔵装置が、水素吸蔵合金であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システム。
8. 前記飲料水供給装置における燃料電池及び＼又は前記水素生成装置における二次電池が家庭用交流電源として電気を供給することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システム。
9. 前記集水装置が、水素生成装置及び飲料水供給装置とから分割して構成されており、前記集水装置、水素生成装置及び飲料水供給装置の下方に車輪が取り付けられており移動可能に形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システム。

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