JP2018190511A - Power generating equipment for working apparatus or system and power generating system - Google Patents

Power generating equipment for working apparatus or system and power generating system Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide power generating equipment capable of collectively supplying energy or matter required for an apparatus or a system of a supply destination.SOLUTION: The power generating equipment is provided which supplies electric power for use in working to a working apparatus or system that works a workpiece by charging the workpiece into a heated medium. The power generating equipment comprises: a power generation part including a fuel cell that generates the electric power using supplied fuel and gas including oxygen; and an inactive gas supply part that converts at least a part of the exhaust gas into the inactive gas for covering a front surface of the medium in which at least the workpiece is charged, and that supplies the gas to the working apparatus or system. It is preferred that the power generating equipment further comprises a hydrogen gas generation part that generates a hydrogen gas by processing the supplied material and an oxygen removal part that acquires a part of the generated hydrogen gas, reacts the acquired hydrogen gas with oxygen gas in the exhaust gas exhausted from the power generation part to thereby reduce or nearly remove the content of oxygen in the exhaust gas.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、装置やシステムに電力を供給する発電装置の技術に関する。   The present invention relates to a technology of a power generation apparatus that supplies power to an apparatus or a system.

近年、燃料電池の利用が盛んに進んでいる。例えば、燃料電池自動車が実用化され、家庭用燃料電池設備も普及しつつある。燃料電池を用いれば高効率の発電が実現するのみならず、従来の内燃機関を用いた発電手段とは異なり、二酸化炭素の排出をゼロにする、若しくは大幅に低減することが可能となるのである。このことから、燃料電池は、将来の低炭素化社会の実現にも大きく資すると期待されている。   In recent years, fuel cells have been actively used. For example, fuel cell vehicles have been put into practical use, and household fuel cell facilities are becoming widespread. If a fuel cell is used, not only high-efficiency power generation can be achieved, but also carbon dioxide emissions can be reduced to zero or significantly reduced unlike conventional power generation means using an internal combustion engine. . For this reason, fuel cells are expected to greatly contribute to the realization of a low-carbon society in the future.

本願発明者等は、このような燃料電池のポテンシャルに注目し、特許文献1及び2に記載されているように、燃料電池を利用した半田付け装置を発明してきた。この半田付け装置では、燃料電池で生成した電力だけでなく、発電によって発生する排ガスをも半田付け装置に供給して利用している。   The inventors of the present application have invented a soldering apparatus using a fuel cell as described in Patent Documents 1 and 2, paying attention to the potential of such a fuel cell. In this soldering apparatus, not only electric power generated by the fuel cell but also exhaust gas generated by power generation is supplied to the soldering apparatus for use.

特開2013−233549号公報JP2013-233549A 特開2016−164987号公報JP 2006-164987 A

さらに、本願発明者等は、燃料電池を利用すれば、様々な装置やシステムに対し、当該装置やシステムで必要とされるエネルギーや物質をまとめて又は一括して供給することができることに思い至った。   Furthermore, the inventors of the present application have come to realize that if a fuel cell is used, energy and substances required for the device or system can be supplied to various devices or systems collectively or collectively. It was.

すなわち燃料電池を、発電手段としてだけでなく、必要とされるエネルギーや物質を電力と並行して準備し提供するための手段として捉え直すことによって、広大な用途が開かれることを発見したのである。   In other words, they discovered that vast applications could be opened by rethinking fuel cells not only as a means for generating electricity but also as a means for preparing and providing necessary energy and materials in parallel with electricity. .

また、燃料電池に種々の装置やデバイスを付加することによって、供給先の装置やシステムにおける従来の又は積年の課題を解決可能な装置やシステムを構築することができることにも思い至った。   In addition, it has also been conceived that by adding various devices and devices to the fuel cell, it is possible to construct a device or system that can solve the problems of conventional or long-standing issues in the device or system of the supply destination.

そこで、本発明は、供給先の装置やシステムに、必要とされるエネルギーや物質をまとめて又は一括して供給可能な発電装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a power generation apparatus that can supply necessary energy and substances collectively or collectively to a supply destination apparatus or system.

本発明によれば、加熱された媒体へ被加工物を入れて加工する加工装置又はシステムに対し、当該加工に使用される電力を供給する発電装置であって、
供給された燃料と酸素を含む気体とを用いて当該電力を生成し、排ガスを排出する燃料電池を含む発電部と、
当該排ガスの少なくとも一部を、少なくとも当該被加工物の入った当該媒体の表面を覆うための不活性なガスに変換し、上記の加工装置又はシステムに供給する不活性ガス供給部と
を備えている発電装置が提供される。
According to the present invention, a power generation device that supplies electric power used for processing to a processing device or system for processing a workpiece in a heated medium,
A power generation unit including a fuel cell that generates the electric power using the supplied fuel and a gas containing oxygen and discharges exhaust gas;
An inert gas supply unit for converting at least a part of the exhaust gas into an inert gas for covering at least the surface of the medium containing the workpiece and supplying the inert gas to the processing apparatus or system. A power generator is provided.

この本発明による発電装置の一実施形態として、本発電装置は、供給された材料を処理して水素ガスを生成する水素ガス生成部を更に備えており、
発電部は、生成された当該水素ガスの少なくとも一部を燃料として用いて当該電力を生成することも好ましい。
As one embodiment of the power generation device according to the present invention, the power generation device further includes a hydrogen gas generation unit that processes the supplied material to generate hydrogen gas,
It is also preferable that the power generation unit generates the electric power using at least a part of the generated hydrogen gas as fuel.

また、本発明による発電装置は、上記の水素ガス生成部で生成された水素ガスの一部を取得して、当該水素ガスと発電部から排出された排ガス中の酸素ガス分とを反応させ、当該排ガスにおける酸素の含有量を低減させる又は略ゼロとする酸素除去部を更に備えていることも好ましい。   Further, the power generation device according to the present invention obtains a part of the hydrogen gas generated in the hydrogen gas generation unit, and reacts the hydrogen gas and the oxygen gas content in the exhaust gas discharged from the power generation unit, It is also preferable to further include an oxygen removing section that reduces or substantially eliminates the oxygen content in the exhaust gas.

さらに、上記の水素ガスに係る実施形態において、本発電装置は、発電部から排出される排ガスにおける酸素の含有量を低減させるべく又は略ゼロとすべく、発電部に供給される水素ガスの量と、発電部に供給される当該酸素を含む気体の量とを制御する制御部を更に備えていることも好ましい。また、酸素の含有量を低減させた又は略ゼロとした排ガスにおける水素の含有量を低減させる又は略ゼロとする水素除去部を更に備えていることも好ましい。   Further, in the embodiment relating to the hydrogen gas described above, the power generation device is configured to reduce the oxygen content in the exhaust gas discharged from the power generation unit, or to reduce the oxygen content to substantially zero. It is also preferable to further include a control unit that controls the amount of oxygen-containing gas supplied to the power generation unit. It is also preferable to further include a hydrogen removing unit that reduces or substantially eliminates the hydrogen content in the exhaust gas in which the oxygen content is reduced or substantially zero.

さらに、上記の水素ガスに係る実施形態において、本発電装置は、生成された当該水素ガスの一部を、当該媒体に混入させて当該媒体の酸化を抑制するべく上記の加工装置又はシステムに供給する水素供給部を更に備えていることも好ましい。   Furthermore, in the embodiment related to the hydrogen gas, the power generation apparatus supplies a part of the generated hydrogen gas to the medium to supply the processing apparatus or system so as to suppress the oxidation of the medium. It is also preferable to further include a hydrogen supply unit.

さらにまた、上記の水素ガスに係る実施形態において、水素ガス生成部は、外部若しくは内部に設置された太陽電池若しくは蓄電池からの電力又は商用電力を用い、供給された水又は水蒸気を電気分解して水素を生成する電気分解部を含むことも好ましい。また、本発電装置は、発電部による電力生成の際に発生する熱を、この電気分解部に伝達する電解熱伝達部を更に備えていることも好ましい。   Furthermore, in the embodiment related to the hydrogen gas, the hydrogen gas generation unit electrolyzes the supplied water or water vapor using electric power or commercial power from a solar cell or a storage battery installed outside or inside. It is also preferable to include an electrolysis unit that generates hydrogen. In addition, it is preferable that the power generation device further includes an electrolytic heat transfer unit that transfers heat generated when generating power by the power generation unit to the electrolysis unit.

さらに、本発明の発電装置は、他の実施形態として、発電部による電力生成の際に発生する熱を、当該媒体を加熱するために使用させるべく上記の加工装置又はシステムに伝達する加工熱伝達部を更に備えていることも好ましい。   Furthermore, as another embodiment, the power generation apparatus of the present invention is a processing heat transfer that transmits heat generated during power generation by the power generation unit to the above processing apparatus or system to be used for heating the medium. It is also preferable to further include a portion.

本発明によれば、また、以上に述べた発電装置を備えた、当該加工装置又はシステムであるフライヤが提供される。   According to the present invention, there is also provided a fryer that is the processing apparatus or system including the power generation apparatus described above.

本発明によれば、さらに、加熱された媒体へ被加工物を入れて加工する加工装置又はシステムに対し、当該加工に使用される電力を供給する発電システムであって、
供給された燃料と酸素を含む気体とを用いて当該電力を生成し、排ガスを排出する燃料電池を含む発電部と、
当該排ガスの少なくとも一部を、少なくとも当該被加工物の入った当該媒体の表面を覆うための不活性なガスに変換し、上記の加工装置又はシステムに供給する不活性ガス供給部と
を備えている発電システムが提供される。
According to the present invention, the power generation system further supplies power used for processing to a processing apparatus or system for processing a workpiece by putting it into a heated medium,
A power generation unit including a fuel cell that generates the electric power using the supplied fuel and a gas containing oxygen and discharges exhaust gas;
An inert gas supply unit for converting at least a part of the exhaust gas into an inert gas for covering at least the surface of the medium containing the workpiece and supplying the inert gas to the processing apparatus or system. A power generation system is provided.

本発明によれば、また、被加熱対象物を非酸化雰囲気で電力によって加熱して加工を行う加工装置又はシステムに対し、当該電力を供給する発電装置であって、
供給された材料を処理して水素ガスを生成する水素ガス生成部と、
生成された当該水素ガスと酸素を含む気体とを用いて当該電力を生成し、排ガスを排出する燃料電池を含む発電部と、
当該排ガスの少なくとも一部を、当該非酸化雰囲気として使用可能な不活性なガスに変換し、加工装置又はシステムに供給する不活性ガス供給部と、
生成された当該水素ガスの一部を、当該非酸化雰囲気として使用させるべく上記の加工装置又はシステムに供給する水素供給部と
を備えている発電装置が提供される。
According to the present invention, there is also a power generation device that supplies electric power to a processing device or system that performs processing by heating an object to be heated with electric power in a non-oxidizing atmosphere,
A hydrogen gas generation unit that processes the supplied material to generate hydrogen gas;
A power generation unit including a fuel cell that generates the electric power using the generated hydrogen gas and oxygen-containing gas and discharges exhaust gas;
An inert gas supply unit that converts at least a part of the exhaust gas into an inert gas that can be used as the non-oxidizing atmosphere and supplies the inert gas to a processing apparatus or system;
A power generation apparatus is provided that includes a hydrogen supply unit that supplies a part of the generated hydrogen gas to the processing apparatus or system so as to be used as the non-oxidizing atmosphere.

この本発明による発電装置の一実施形態として、本発電装置は、水素ガス生成部で生成された水素ガスの一部を取得して、当該水素ガスと発電部から排出された排ガス中の酸素ガス分とを反応させ、当該排ガスにおける酸素の含有量を低減させる又は略ゼロとする酸素除去部を更に備えていることも好ましい。   As one embodiment of the power generator according to the present invention, the power generator acquires a part of the hydrogen gas generated in the hydrogen gas generator, and the oxygen gas in the exhaust gas discharged from the hydrogen gas and the power generator. It is also preferable to further include an oxygen removing unit that reacts with the component to reduce the oxygen content in the exhaust gas or to make it substantially zero.

また、本発明による発電装置の他の実施形態として、本発電装置は、発電部から排出される排ガスにおける酸素の含有量を低減させるべく又は略ゼロとすべく、発電部に供給される水素ガスの量と、発電部に供給される当該酸素を含む気体の量とを制御する制御部を更に備えていることも好ましい。また、酸素の含有量を低減させた又は略ゼロとした排ガスにおける水素の含有量を低減させる又は略ゼロとする水素除去部を更に備えていることも好ましい。   As another embodiment of the power generation device according to the present invention, the power generation device includes hydrogen gas supplied to the power generation unit so as to reduce or substantially reduce the oxygen content in the exhaust gas discharged from the power generation unit. It is also preferable to further include a control unit that controls the amount of the gas and the amount of the gas containing oxygen supplied to the power generation unit. It is also preferable to further include a hydrogen removing unit that reduces or substantially eliminates the hydrogen content in the exhaust gas in which the oxygen content is reduced or substantially zero.

さらに、本発明による発電装置の更なる他の実施形態として、本発電装置は、生成された当該水素ガスの一部を、当該媒体に混入させて当該媒体の酸化を抑制するべく上記の加工装置又はシステムに供給する水素供給部を更に備えていることも好ましい。   Furthermore, as still another embodiment of the power generation apparatus according to the present invention, the power generation apparatus includes the processing apparatus described above in order to suppress the oxidation of the medium by mixing a part of the generated hydrogen gas into the medium. Alternatively, it is also preferable to further include a hydrogen supply unit that supplies the system.

また、本発明による発電装置の更なる他の実施形態として、本発電装置は、発電部による電力生成の際に発生する熱を、当該被加熱対象物を加熱するために使用させるべく上記の加工装置又はシステムに伝達する加工熱伝達部を更に備えていることも好ましい。   Further, as still another embodiment of the power generation device according to the present invention, the power generation device is configured to perform the above processing so that heat generated when generating power by the power generation unit is used to heat the object to be heated. It is also preferable to further include a machining heat transfer section for transferring to the apparatus or system.

本発明によれば、また、上述した発電装置を備えた、当該加工装置又はシステムである雰囲気炉が提供される。   According to the present invention, there is also provided an atmospheric furnace that is the processing apparatus or system including the above-described power generation apparatus.

本発明によれば、さらに、被加熱対象物を非酸化雰囲気で電力によって加熱して加工を行う加工装置又はシステムに対し、当該電力を供給する発電システムであって、
供給された材料を処理して水素ガスを生成する水素ガス生成部と、
生成された当該水素ガスと酸素を含む気体とを用いて当該電力を生成し、排ガスを排出する燃料電池を含む発電部と、
当該排ガスの少なくとも一部を、当該非酸化雰囲気として使用可能な不活性なガスに変換し、上記の加工装置又はシステムに供給する不活性ガス供給部と、
生成された当該水素ガスの一部を、当該非酸化雰囲気として使用させるべく上記の加工装置又はシステムに供給する水素供給部と
を備えている発電システムが提供される。
According to the present invention, the power generation system further supplies power to a processing apparatus or system that performs processing by heating an object to be heated with power in a non-oxidizing atmosphere,
A hydrogen gas generation unit that processes the supplied material to generate hydrogen gas;
A power generation unit including a fuel cell that generates the electric power using the generated hydrogen gas and oxygen-containing gas and discharges exhaust gas;
An inert gas supply unit that converts at least a part of the exhaust gas into an inert gas that can be used as the non-oxidizing atmosphere, and supplies the inert gas to the processing apparatus or system;
A power generation system is provided that includes a hydrogen supply unit that supplies a part of the generated hydrogen gas to the processing apparatus or system so as to be used as the non-oxidizing atmosphere.

本発明の発電装置、発電システム、並びに当該発電装置又はシステムを備えた加工装置又はシステムによれば、供給先の装置やシステムに、必要とされるエネルギーや物質をまとめて供給することが可能となる。   According to the power generation apparatus, the power generation system, and the processing apparatus or system provided with the power generation apparatus or system of the present invention, it is possible to supply necessary energy and materials to the supply destination apparatus or system collectively. Become.

本発明による発電装置及び発電システムにおける種々の実施形態を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating various embodiment in the electric power generating apparatus and electric power generation system by this invention. 本発明に係る発電装置及び加工装置の一実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one Embodiment of the electric power generating apparatus and processing apparatus which concern on this invention. 本発明による発電装置でのオフガス処理における他の実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows other embodiment in the off-gas process with the electric power generating apparatus by this invention. 本発明に係る発電装置及び加工装置の他の実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows other embodiment of the electric power generating apparatus and processing apparatus which concern on this invention. 本発明に係る発電装置及び加工装置の他の実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows other embodiment of the electric power generating apparatus and processing apparatus which concern on this invention. 本発明に係る供給先装置における他の実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows other embodiment in the supply destination apparatus which concerns on this invention. 本発明による発電装置(システム)、及び供給先システムとしての店舗関連システムの一実施形態を説明するための模式図である。It is a mimetic diagram for explaining one embodiment of a power generation device (system) by the present invention, and a store related system as a supply destination system. 本発明に係る電気分解部の一実施形態を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing one embodiment of an electrolysis part concerning the present invention. 本発明に係る発電装置及び加工装置の更なる他の実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows further another embodiment of the electric power generating apparatus and processing apparatus which concern on this invention. 本発明による発電装置(システム)、及び供給先システムとしての病院関連システムの一実施形態を説明するための模式図である。It is a mimetic diagram for explaining one embodiment of a power generation device (system) by the present invention, and a hospital related system as a supply destination system. 本発明による発電装置(システム)、及び供給先システムとしての水耕栽培システムの一実施形態を説明するための模式図である。It is a mimetic diagram for explaining one embodiment of a power generator (system) by the present invention, and a hydroponics system as a supply destination system.

以下に、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同一の構成要素は、同一の参照番号を用いて示される。また、同様の構造及び機能を有することが可能な構成要素も、同一の参照番号を用いて示される場合がある。さらに、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。   EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated in detail, referring an accompanying drawing. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals. In addition, components that can have similar structures and functions may be denoted using the same reference numerals. Furthermore, the dimensional ratios within and between the components in the drawings are arbitrary for ease of viewing the drawings.

[発電システム・装置]
図1は、本発明による発電装置及び発電システムにおける種々の実施形態を説明するための模式図である。
[Power generation system / equipment]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining various embodiments of a power generation apparatus and a power generation system according to the present invention.

図1によれば、本発明に係る発電システム1又は発電装置2は、
(A)供給された燃料(例えば水素ガス)と酸素を含む気体(例えば空気)とを用い、電力を生成して排ガス(オフガス)を排出する燃料電池30を含む、発電部としての燃料電池ユニット3と、
(B)供給された材料(例えば都市ガス(商用ガス)等の炭化水素ガス)を処理して水素ガスを生成する水素ガス生成部としてのガス改質ユニット31と、
(C)オフガス(排ガス)における水素分を除去する又は低減させる水素除去ユニット32と、
(D)オフガス(排ガス)における酸素分を除去する又は低減させる酸素除去ユニット33と、
(E)燃料電池30による電力生成の際に発生する熱を、供給先装置又はシステムで使用させるべく当該装置又はシステムに伝達する加工熱伝達部としての熱交換ユニット34と、
(F)外部又は内部に設置された、太陽光によって発電を行う太陽電池を含む太陽電池ユニット41と、
(G)太陽電池ユニット41又は外部又は内部に設置された蓄電池からの電力を用い、供給された水又は水蒸気を電気分解して水素を生成する、電気分解部としての電気分解ユニット42と、
(H)太陽電池ユニット41や燃料電池ユニット3等からの電力を保存・蓄積する蓄電ユニット51と、
(I)太陽電池ユニット41や燃料電池ユニット3等からの熱を保存・蓄積する蓄熱ユニット52と、
(J)太陽電池ユニット41や燃料電池ユニット3等からの熱を用いて電力を生成する熱電発電ユニット53と
を備えている。
According to FIG. 1, the power generation system 1 or the power generation device 2 according to the present invention is
(A) A fuel cell unit as a power generation unit including a fuel cell 30 that generates electric power and discharges exhaust gas (off-gas) using supplied fuel (for example, hydrogen gas) and gas (for example, air) containing oxygen. 3 and
(B) a gas reforming unit 31 as a hydrogen gas generation unit that processes a supplied material (for example, a hydrocarbon gas such as city gas (commercial gas)) to generate hydrogen gas;
(C) a hydrogen removal unit 32 that removes or reduces the hydrogen content in the off-gas (exhaust gas);
(D) an oxygen removal unit 33 that removes or reduces oxygen content in off-gas (exhaust gas);
(E) a heat exchange unit 34 as a processing heat transfer unit that transfers heat generated during power generation by the fuel cell 30 to the apparatus or system to be used in the supply destination apparatus or system;
(F) a solar cell unit 41 including a solar cell that is installed outside or inside and generates power by sunlight;
(G) an electrolysis unit 42 as an electrolysis unit that generates hydrogen by electrolyzing supplied water or water vapor using electric power from the solar cell unit 41 or a storage battery installed outside or inside;
(H) a power storage unit 51 that stores and stores electric power from the solar cell unit 41, the fuel cell unit 3, and the like;
(I) a heat storage unit 52 for storing and accumulating heat from the solar cell unit 41, the fuel cell unit 3 and the like;
(J) a thermoelectric power generation unit 53 that generates electric power using heat from the solar cell unit 41, the fuel cell unit 3, and the like.

ここで、本発電システム1又は本発電装置2は、上記(A)の燃料電池ユニット(U)3を必須のユニットとするものの、その他の(B)〜(J)のユニットについては、供給先装置又はシステムに供給するエネルギーや物質の種別に応じて、又はシステム又は装置内での要請に応じて適宜選択して若しくは組み合わせて採用する。これにより、供給先装置又はシステムに、必要とされるエネルギーや物質をまとめて又は一括して供給することが可能となるのである。   Here, the power generation system 1 or the power generation apparatus 2 uses the fuel cell unit (U) 3 of (A) as an essential unit, but the other units (B) to (J) are supplied to Depending on the type of energy or substance supplied to the device or system, or according to the request in the system or device, it is appropriately selected or combined. This makes it possible to supply necessary energy and substances collectively or collectively to the supply destination apparatus or system.

ちなみに、発電システム1は、燃料電池ユニット3を含め採用したユニットを少なくとも1つ含む装置が、複数集まって全体を構成する形態をとったものであり、一方、発電装置2は、燃料電池ユニットを含め採用したユニットが全て、1つの装置内に含まれる形態をとったものである。以後、取り得る実施形態を発明装置2として説明するが、当然に、発電システム1としても同様の内容が該当する。   Incidentally, the power generation system 1 has a configuration in which a plurality of devices including at least one unit including the fuel cell unit 3 are combined to form a whole. On the other hand, the power generation device 2 includes a fuel cell unit. All the units adopted including the one are included in one apparatus. Hereinafter, a possible embodiment will be described as the invention device 2, but naturally the same contents also apply to the power generation system 1.

また、(C)水素除去ユニット32及び(D)酸素除去ユニット33は、オフガスの少なくとも一部を、供給先装置又はシステムで使用される不活性なガスに変換し、当該供給先装置又はシステムに供給する「不活性ガス供給部」としても機能する。ちなみに、これらのユニットを必要としない実施形態も可能ではあるが、その場合でもオフガスに対し何らかの(例えば除湿等の)処理を行うことになる。この際、この処理を行う処理部が「不活性ガス供給部」として機能することになる。   In addition, (C) the hydrogen removal unit 32 and (D) the oxygen removal unit 33 convert at least a part of the off-gas into an inert gas used in the supply destination apparatus or system, and supply it to the supply destination apparatus or system. It also functions as an “inert gas supply unit” for supplying. Incidentally, an embodiment that does not require these units is possible, but even in that case, some processing (for example, dehumidification) is performed on the off-gas. At this time, the processing unit that performs this processing functions as an “inert gas supply unit”.

さらに、(B)ガス改質ユニット31及び(C)水素除去ユニット32は、生成された水素ガスの一部を、供給先装置又はシステムで使用させるべく当該供給先装置又はシステムに供給する「水素供給部」としても機能してもよい。   Further, (B) the gas reforming unit 31 and (C) the hydrogen removal unit 32 are configured to supply “hydrogen” to the supply destination apparatus or system so that a part of the generated hydrogen gas is used in the supply destination apparatus or system. It may also function as a “supply section”.

また、(E)熱交換ユニット34は、加工熱伝達部としての機能と合わせて又はその代わりに、燃料電池30による電力生成の際に発生する熱を、(G)電気分解ユニット42に伝達する電解熱伝達部として機能することも好ましい。以下、上記の構成要素(A)〜(J)の詳細について順次説明する。   In addition, (E) the heat exchanging unit 34 transmits heat generated during power generation by the fuel cell 30 to the (G) electrolysis unit 42 in addition to or instead of the function as the processing heat transfer unit. It also preferably functions as an electrolytic heat transfer unit. Hereinafter, the details of the components (A) to (J) will be sequentially described.

最初に、(A)燃料電池ユニット3が備えている燃料電池30は、電解質を間に挟んだ水素極(アノード)及び空気極(カソード)を有し、水素含有ガス(改質水素)と、取り込んだ空気中の酸素(O)とから電池反応を引き起こして直流電力を生成する。この燃料電池30における電池方式としては、固体高分子型燃料電池(PEFC)方式、リン酸型燃料電池(PAFC)方式、溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)方式、又は固体酸化物型燃料電池(SOFC)方式等が採用可能である。 First, (A) the fuel cell 30 included in the fuel cell unit 3 has a hydrogen electrode (anode) and an air electrode (cathode) with an electrolyte interposed therebetween, a hydrogen-containing gas (reformed hydrogen), A DC reaction is generated by causing a battery reaction from the oxygen (O 2 ) contained in the air. As a battery system in the fuel cell 30, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) system, a phosphoric acid fuel cell (PAFC) system, a molten carbonate fuel cell (MCFC) system, or a solid oxide fuel cell ( SOFC) method can be adopted.

ここで、PEFC方式は、比較的低温で稼働し、電池サイズもコンパクト化可能であることから燃料電池自動車に多く採用されている。また、SOFC方式は、発電効率が高く、通常約700〜約1000℃で稼働し、排出されるオフガスも非常に高温となっている。さらに、PEFC方式及びPAFC方式では、反応触媒に白金(Pt)系材料が使用される。この白金系材料は一般に、一酸化炭素(CO)に暴露されると劣化する。そのため、通常はCO変性除去手段が更に設けられることになる。 Here, the PEFC system is widely used in fuel cell vehicles because it operates at a relatively low temperature and the battery size can be reduced. The SOFC system has high power generation efficiency, normally operates at about 700 to about 1000 ° C., and the exhausted off-gas is very high. Furthermore, in the PEFC method and the PAFC method, a platinum (P t ) -based material is used as a reaction catalyst. This platinum-based material generally degrades when exposed to carbon monoxide (CO). For this reason, normally, CO modification removal means is further provided.

このCO変性除去手段は、CO変性触媒等を用いて、燃料電池30に燃料として供給される水素含有ガスに含まれる一酸化炭素ガス分を低減させる。また、CO選択酸化触媒を用いて、一酸化炭素濃度をさらに低減させるCO選択酸化手段が併設されてもよい。一方で、SOFC方式やMCFC方式を採用する場合、少なくとも白金系材料を触媒として使用しないので、このようなCO変性除去手段は必要とされない。   This CO modification removal means reduces the amount of carbon monoxide gas contained in the hydrogen-containing gas supplied as fuel to the fuel cell 30 using a CO modification catalyst or the like. Further, CO selective oxidation means for further reducing the carbon monoxide concentration using a CO selective oxidation catalyst may be provided. On the other hand, when adopting the SOFC method or the MCFC method, since at least a platinum-based material is not used as a catalyst, such CO modification removal means is not required.

また、この燃料電池30の変更態様として、互いに異なる又は同種の電池方式の燃料電池を組み合わせたり、これらを連結したりして多段(複数段)の燃料電池を構成することも可能である。例えば、発電効率、発生する熱の温度や、オフガス組成、さらには電池サイズ等を設計範囲に収めるべく、PEFC方式とSOFC方式とを組み合わせて燃料電池30を構成することも好ましい。   Further, as a modification of the fuel cell 30, it is also possible to configure a multi-stage (multiple-stage) fuel cell by combining different or the same type of fuel cells or connecting them. For example, it is also preferable to configure the fuel cell 30 by combining the PEFC method and the SOFC method in order to keep the power generation efficiency, the temperature of generated heat, the off-gas composition, the battery size, and the like within the design range.

さらに、この燃料電池ユニット3として、市販の燃料電池コージェネレーションシステムであるエネファーム(登録商標)の燃料電池ユニットを利用してもよい。また例えば、特開2001−180911号公報に開示されているような燃料電池発電システムを利用することも可能である。   Further, as the fuel cell unit 3, an ENE-FARM (registered trademark) fuel cell unit which is a commercially available fuel cell cogeneration system may be used. Further, for example, it is possible to use a fuel cell power generation system as disclosed in JP-A-2001-180911.

さらに、燃料電池ユニット3は、供給先装置又はシステムにおいて交流電力が必要とされる場合、生成した直流電力を交流電力に変換するインバータを備えていることも好ましい。また、直流電力が必要とされる場合でも、生成した直流電力を、要求される安定した電力に調整するための安定化回路を備えていることも好ましい。   Further, the fuel cell unit 3 preferably includes an inverter that converts the generated DC power into AC power when AC power is required in the supply destination apparatus or system. In addition, even when DC power is required, it is preferable to include a stabilization circuit for adjusting the generated DC power to the required stable power.

いずれにしても、燃料電池ユニット3は、供給先装置又はシステムに対し、電力、熱及びオフガスを供給可能となっている。このうちオフガスは、この後説明するように処理されて、窒素ガス(不活性なガス)、水素ガス及び/又は酸素ガスとして供給されてもよい。また、燃料電池ユニット3が生成した電力の一部を電気分解ユニット42に供給する形態をとることも可能である。   In any case, the fuel cell unit 3 can supply power, heat, and off-gas to the supply destination apparatus or system. Of these, the off-gas may be processed as described later and supplied as nitrogen gas (inert gas), hydrogen gas, and / or oxygen gas. It is also possible to take a form in which a part of the electric power generated by the fuel cell unit 3 is supplied to the electrolysis unit 42.

さらに、燃料電池ユニット3は、燃料電池反応によって生成される純水(水蒸気)を供給先装置又はシステムに供給することも好ましい。また、この生成した純水(水蒸気)のの一部を電気分解ユニット42に供給してもよい。   Furthermore, it is also preferable that the fuel cell unit 3 supplies pure water (steam) generated by the fuel cell reaction to a supply destination apparatus or system. A part of the generated pure water (water vapor) may be supplied to the electrolysis unit 42.

また、(B)ガス改質ユニット31は、都市ガス又はLPG等の炭化水素ガスを取り入れて、この炭化水素ガスと水蒸気とを混合し、この混合ガスから水蒸気改質反応によって水素(H)を主成分とする水素含有ガスを生成する。ガス改質ユニット31は、生成した水素含有ガスを燃料電池ユニット3に供給してもよく、さらに、供給先装置又はシステムに供給してもよい。 Further, (B) the gas reforming unit 31 takes in a hydrocarbon gas such as city gas or LPG, mixes the hydrocarbon gas and steam, and hydrogen (H 2 ) from the mixed gas by a steam reforming reaction. A hydrogen-containing gas containing as a main component is generated. The gas reforming unit 31 may supply the generated hydrogen-containing gas to the fuel cell unit 3 and may further supply it to a supply destination apparatus or system.

ここで、ガス改質ユニット31は、生成した水素含有ガスから、この後に述べる水素分離フィルタ等を用いて水素ガス分を取り出し、純度の高い水素を、燃料電池ユニット3や供給先装置又はシステムに供給することも好ましい。   Here, the gas reforming unit 31 takes out a hydrogen gas component from the generated hydrogen-containing gas using a hydrogen separation filter or the like described later, and supplies high-purity hydrogen to the fuel cell unit 3 or a supply destination apparatus or system. It is also preferable to supply.

また、(C)水素除去ユニット32は、燃料電池ユニット3から排出されるオフガスのうち水素極から放出される水素オフガス中の水素ガス分を除去・低減する。水素ガス分を除去することによって、例えば、オフガス利用における水素爆発を防止する対策を緩和することが可能となる。   Further, (C) the hydrogen removal unit 32 removes / reduces the hydrogen gas content in the hydrogen offgas discharged from the hydrogen electrode among the offgas discharged from the fuel cell unit 3. By removing the hydrogen gas component, for example, it is possible to mitigate measures for preventing hydrogen explosion in off-gas utilization.

具体的に、水素除去ユニット32は、例えば、水素やヘリウム等の小さな分子を通過させる一方、窒素等のより大きな分子を遮断するフィルタ(水素分離膜)を用いて水素ガス分を除去するものであってもよい。ちなみに、この水素分離膜として、例えば、芳香族ポリイミド等の高分子素材を用いた市販されている中空糸膜が利用可能である。   Specifically, the hydrogen removal unit 32 removes a hydrogen gas component using a filter (hydrogen separation membrane) that allows small molecules such as hydrogen and helium to pass through and blocks larger molecules such as nitrogen, for example. There may be. Incidentally, as this hydrogen separation membrane, for example, a commercially available hollow fiber membrane using a polymer material such as aromatic polyimide can be used.

ここで、水素除去ユニット32においてオフガス中から除去された水素ガス分を、供給先装置又はシステムに供給可能なように、又は燃料電池40の燃料として再利用可能なように構成しておくことも好ましい。さらに変更態様として、水素除去ユニット32において、水素オフガス中の水素ガスと、空気オフガス中の酸素ガスとを例えば電熱加熱部によって燃焼させ、オフガス中の水素ガス分を水蒸気分(水分)に変換して処理してもよい。   Here, the hydrogen gas component removed from the off-gas in the hydrogen removal unit 32 may be configured to be supplied to a supply destination apparatus or system, or to be reusable as fuel for the fuel cell 40. preferable. As a further modification, in the hydrogen removal unit 32, hydrogen gas in the hydrogen off gas and oxygen gas in the air off gas are combusted by, for example, an electric heating unit, and the hydrogen gas content in the off gas is converted into water vapor (moisture). May be processed.

また、(D)酸素除去ユニット33は、燃料電池ユニット3の排ガスのうち空気極から放出される空気オフガス中の(空気極で消費されなかった)酸素ガス分を、
(a)脱酸素剤、酸化吸収剤、若しくは酸素吸収カートリッジ等を用いて、又は
(b)鉄(Fe)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、若しくはマンガン(Mn)等の酸化し易い金属の粉末若しくは微小片・糸片を用いて
除去・低減する。
Further, (D) the oxygen removing unit 33 removes the oxygen gas content in the air off-gas released from the air electrode (not consumed at the air electrode) from the exhaust gas of the fuel cell unit 3.
(A) An oxygen scavenger, an oxidizing absorbent, an oxygen absorbing cartridge, or the like, or (b) An easily oxidizable metal such as iron (Fe), magnesium (Mg), aluminum (Al), or manganese (Mn) Remove or reduce with powder or fine pieces / thread pieces.

また、変更態様として、酸素除去ユニット33は、空気中の窒素よりも酸素をより通過させるポリイミド等の高分子素材を用いた市販の中空糸膜(いわゆる窒素富化膜)を用いて、酸素ガスを分離し除去するものであってもよい。さらに、ジルコニア固体電解質や、BaO−SrO−CoO−Fe系の複合酸化物等を用いた酸素分離フィルタによって、酸素ガスを分離し除去することも可能である。 As a modification, the oxygen removal unit 33 uses a commercially available hollow fiber membrane (so-called nitrogen-enriched membrane) using a polymer material such as polyimide that allows oxygen to pass more than nitrogen in the air, and oxygen gas. May be separated and removed. Further, the oxygen gas can be separated and removed by an oxygen separation filter using a zirconia solid electrolyte, a BaO—SrO—CoO—Fe 2 O 3 composite oxide, or the like.

以上説明したように、水素除去ユニット32及び酸素除去ユニット33によって水素ガス分及び酸素ガス分を除去されたオフガスは、例えば高純度の窒素ガスとして供給先装置又はシステムに供給可能となる。また、図示されていないが、オフガスから水蒸気分(水分)を除去・低減する除湿ユニットが設けられることも好ましい。   As described above, the off-gas from which the hydrogen gas component and the oxygen gas component have been removed by the hydrogen removal unit 32 and the oxygen removal unit 33 can be supplied to a supply destination apparatus or system as, for example, high-purity nitrogen gas. Although not shown, it is also preferable to provide a dehumidifying unit that removes and reduces water vapor (moisture) from off-gas.

また、(E)熱交換ユニット34は、燃料電池30で発生した熱(反応熱)を受け取って、熱交換管内に充填された熱交換流体に移送する。次いで、供給先装置又はシステムにまで及んだ熱交換管においてこの熱交換流体を循環させる形で、供給先装置又はシステムに熱を供給するのである。なお、この熱交換流体の循環は、例えば燃料電池ユニット3で生成された電力を用いて行われてもよい。   (E) The heat exchange unit 34 receives the heat (reaction heat) generated in the fuel cell 30 and transfers it to the heat exchange fluid filled in the heat exchange pipe. Next, heat is supplied to the supply destination apparatus or system in such a manner that the heat exchange fluid is circulated in the heat exchange pipe extending to the supply destination apparatus or system. The heat exchange fluid may be circulated using, for example, electric power generated by the fuel cell unit 3.

さらに、(F)太陽電池ユニット41は、太陽光等の光エネルギーを電力に変換する太陽電池を備えており、生成した電力を電気分解ユニット42に供給したり、蓄電ユニット51に保存したりする。また、太陽電池ユニット41は、熱交換流体の充填された熱交換管と当該熱交換管に光エネルギーを集中させる集光器とを備え、生成した熱を、熱交換流体を介して蓄熱ユニット52に保存したり、熱電発電ユニット53に移送して発電させたりすることも好ましい。   Further, (F) the solar cell unit 41 includes a solar cell that converts light energy such as sunlight into electric power, and supplies the generated electric power to the electrolysis unit 42 or stores it in the power storage unit 51. . Further, the solar cell unit 41 includes a heat exchange tube filled with a heat exchange fluid and a concentrator for concentrating light energy on the heat exchange tube, and the generated heat is stored in the heat storage unit 52 via the heat exchange fluid. It is also preferable to store them in the storage area or to generate power by transferring them to the thermoelectric generation unit 53.

さらに、(G)電気分解ユニット42は、供給された水又は水蒸気(HO)を、供給された電力による電気分解処理によって水素(H)及び酸素(O)に分解し、生成した水素を燃料電池ユニット3に供給したり、供給先装置又はシステムに供給したりすることができる。また、生成した酸素を供給先装置又はシステムに供給してもよい。さらに、酸素の発生する電気分解用電極を炭素電極とし、炭素を酸化させて二酸化炭素(CO)を発生させ、この二酸化炭素を供給先装置又はシステムに供給することも可能である。 Further, (G) the electrolysis unit 42 is generated by decomposing the supplied water or water vapor (H 2 O) into hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) by electrolysis with the supplied electric power. Hydrogen can be supplied to the fuel cell unit 3 or supplied to a supply destination apparatus or system. Further, the generated oxygen may be supplied to a supply destination apparatus or system. Furthermore, it is also possible to use an electrode for electrolysis that generates oxygen as a carbon electrode, oxidize the carbon to generate carbon dioxide (CO 2 ), and supply this carbon dioxide to the supply destination device or system.

ちなみに、電気分解ユニット42は、供給された熱を用いて電気分解対象の水蒸気を生成したり、電気分解対象の水の温度を上昇させたりして、電気分解における水素発生効率を向上させることも好ましい。また、この際、例えば電解質等の加熱による爆発等の発生を回避すべく、電気分解セルやユニット全体の温度をモニタし制御することも好ましい。さらに、電極間の印加電圧を高くして、電解質を使用せず電解質のモニタやメンテナンス等を不要とした電気分解処理を行うことも可能である。   Incidentally, the electrolysis unit 42 may improve the hydrogen generation efficiency in electrolysis by generating water vapor to be electrolyzed using the supplied heat or raising the temperature of water to be electrolyzed. preferable. At this time, it is also preferable to monitor and control the temperature of the electrolysis cell or the entire unit in order to avoid the occurrence of explosion due to heating of the electrolyte or the like. Furthermore, it is possible to increase the applied voltage between the electrodes so as to perform an electrolysis process without using an electrolyte and requiring no monitoring or maintenance of the electrolyte.

また、電気分解ユニット42は、生成した水素や酸素、さらには二酸化炭素をひとまずボンベに保存し、必要時にそれらを適宜放出してもよい。例えば、昼間は、太陽電池ユニット41からの電力によって生成した水素をボンベに保存し、夜間以降、燃料電池ユニット3等に水素を供給する形態も可能となる。   Further, the electrolysis unit 42 may store the generated hydrogen, oxygen, and carbon dioxide in a cylinder for a while and appropriately release them when necessary. For example, in the daytime, it is possible to store hydrogen generated by the electric power from the solar cell unit 41 in a cylinder and supply hydrogen to the fuel cell unit 3 and the like after nighttime.

また、(H)蓄電ユニット51は、鉛蓄電池やリチウムイオン電池等の二次電池を備えており、太陽電池ユニット41や燃料電池ユニット3で生成された電力を保存する。ここで保存された電力は適宜、供給先装置又はシステムや電気分解ユニット42に供給されることも好ましい。   The (H) power storage unit 51 includes a secondary battery such as a lead storage battery or a lithium ion battery, and stores power generated by the solar cell unit 41 or the fuel cell unit 3. The power stored here is preferably supplied to the supply destination apparatus or system or the electrolysis unit 42 as appropriate.

また、(I)蓄熱ユニット52は、例えばゼオライト系等の公知の潜熱蓄熱材を用いて作製された蓄熱部を備えており、この蓄熱部において太陽電池ユニット41や燃料電池ユニット3で発生した熱を保存する。ここで保存された熱は適宜、供給先装置又はシステムや電気分解ユニット42に供給されることも好ましい。さらに、この熱を蓄電ユニット51に供給して蓄電ユニットの二次電池セルを保温し、蓄電ユニット51の蓄電効率を維持・向上させることも可能である。   In addition, (I) the heat storage unit 52 includes a heat storage unit made using a known latent heat storage material such as zeolite, and heat generated in the solar cell unit 41 and the fuel cell unit 3 in this heat storage unit. Save. The heat stored here is preferably supplied to the supply destination apparatus or system or the electrolysis unit 42 as appropriate. Furthermore, the heat can be supplied to the power storage unit 51 to keep the secondary battery cells of the power storage unit warm, and the power storage efficiency of the power storage unit 51 can be maintained and improved.

また、(J)熱電発電ユニット53は、ゼーベック効果(ペルチェ効果の逆作用)を利用して熱量を電力に変換する熱電素子を含む熱電モジュールを備えており、太陽電池ユニット41(熱交換ユニット34)や燃料電池ユニット3から熱を受け取って電力を生成する。生成された電力は適宜、供給先装置又はシステムや電気分解ユニット42に供給されることも好ましい。ここで、熱電素子は、具体的に、ビスマス(Bi)・テルル(Te)系、鉛(Pb)・テルル系、又はシリコン(Si)・ゲルマニウム(Ge)系等の導体における2つの接合部の一方に熱を供給して接合部間に電位差を発生させて電力を取り出す素子である。通常、熱電モジュールでは、所定以上の電圧が得られるように、複数の熱電素子が電気的に直列に接続される。   The (J) thermoelectric power generation unit 53 includes a thermoelectric module including a thermoelectric element that converts the amount of heat into electric power using the Seebeck effect (reverse action of the Peltier effect), and the solar cell unit 41 (heat exchange unit 34). Or heat from the fuel cell unit 3 to generate electric power. The generated power is also preferably supplied to the supply destination apparatus or system or the electrolysis unit 42 as appropriate. Here, the thermoelectric element specifically includes two junctions in a conductor such as bismuth (Bi) / tellurium (Te), lead (Pb) / tellurium, or silicon (Si) / germanium (Ge). It is an element that takes out power by supplying heat to one side to generate a potential difference between the junctions. Usually, in a thermoelectric module, a plurality of thermoelectric elements are electrically connected in series so as to obtain a voltage of a predetermined level or higher.

熱電発電ユニット53はこのように、可動部分や化学反応によらず、熱電モジュールによって発電しているので、メンテナンスフリーのユニットとして且つ安定した発電源として利用できる。特に、燃料電池ユニット3の不調時や、太陽電池ユニット41が使用不可となるような災害・非常時にも、補填電源として有用となる。   As described above, the thermoelectric power generation unit 53 generates power by the thermoelectric module regardless of a movable part or a chemical reaction, and thus can be used as a maintenance-free unit and a stable power generation source. In particular, it is useful as a supplementary power source even when the fuel cell unit 3 is malfunctioning or during a disaster or emergency when the solar cell unit 41 becomes unusable.

ちなみに、以上に述べた供給先装置又はシステムには、この後順次、具体的に説明するフライヤ61、フライヤ65、ショーケース68、コンビニ6、雰囲気炉71、病院8、オートクレーブ81、水耕栽培システム9、及び水耕栽培ユニット91が該当するのである。なお、本発明の適用可能な供給先装置又はシステムが、これらに限定されるものではないことは当然である。   Incidentally, in the above-mentioned supply destination apparatus or system, the flyer 61, the flyer 65, the showcase 68, the convenience store 6, the atmosphere furnace 71, the hospital 8, the autoclave 81, and the hydroponic cultivation system which will be described in detail later. 9 and hydroponics unit 91 are applicable. Of course, the supply destination apparatus or system to which the present invention is applicable is not limited to these.

以上、図1を用いて発電装置2(発電システム1)の取り得る様々な実施形態を概観した。いずれにしてもその実施形態によっては、発電装置2(発電システム1)の全体、さらには発電装置2(発電システム1)と供給先装置又はシステムとの全体が1つの人工生態系の様相を呈していることが理解される。このように、本発明によれば、エネルギー・物質の生成・消費の面において自然のエコシステムの如く効率的な又は無駄のない装置・システムを構築することも可能となるのである。   As described above, various embodiments that the power generation device 2 (power generation system 1) can take are outlined with reference to FIG. In any case, depending on the embodiment, the entire power generation device 2 (power generation system 1), and further, the entire power generation device 2 (power generation system 1) and the supply destination device or system present one aspect of an artificial ecosystem. It is understood that As described above, according to the present invention, it is possible to construct an apparatus or system that is efficient or lean as a natural ecosystem in terms of energy and substance generation and consumption.

[フライヤ]
図2は、本発明に係る発電装置及び加工装置の一実施形態を示す模式図である。
[Flyer]
FIG. 2 is a schematic diagram showing an embodiment of a power generation device and a processing device according to the present invention.

図2(A)に示した実施形態によれば、本発明による発電装置2と、フライヤ61とが組み合わされ、全体として加工システムが構成されている。このうち、フライヤ61は、加熱した媒体である揚げ油へ被加工物である揚げ対象物(例えば、イモ、野菜や果物等の食材)を投入して、加工処理としての揚げ(フライ)処理を実施し、揚げ物を製造する加工装置又は加工システムである。   According to the embodiment shown in FIG. 2 (A), the power generation apparatus 2 according to the present invention and the flyer 61 are combined to constitute a machining system as a whole. Among these, the fryer 61 carries the frying process as a processing process by putting the fried object (for example, foodstuffs such as potatoes, vegetables and fruits) into the fried oil which is a heated medium. And a processing apparatus or processing system for manufacturing fried food.

具体的に、フライヤ61は、
(61a)揚げ油の入った油槽611と、
(61b)油槽611中の揚げ油を加熱するためのヒータ612及び熱交換管613と、
(61c)揚げ油中に仕込まれた温度センサ614aからのセンサ出力に基づいて、揚げ油の温度を調節するための温度制御器614と、
(61d)発電装置2からの電力をヒータ612(温度制御器614)に供給するための電力線615と、
(61e)発電装置2から送られてきた窒素ガスを、少なくとも揚げ対象物の入った揚げ油の表面を覆うための不活性なガスとして、フライヤ61内に供給するための窒素供給管621と、
(61f)窒素供給管621内の窒素ガスをフライヤ61内へ移送するための送風機622と、
(61g)フライ処理後の揚げ物を急速に冷却すべく、吹き付ける窒素ガスを冷却する冷却器623と、
(61h)発電装置2から送られていた水素ガスを、揚げ油に混入させて揚げ油の酸化を抑制すべく、油槽611(揚げ油)内に供給する水素供給管631と、
(61i)揚げ対象物を油槽611内の揚げ油に入れるべく移動させ、さらに、揚げ処理の終了した揚げ対象物(揚げ物)を油槽611から取り出すためのコンベヤ641と
を備えている。
Specifically, the flyer 61 is
(61a) an oil tank 611 containing fried oil;
(61b) a heater 612 and a heat exchange pipe 613 for heating the frying oil in the oil tank 611;
(61c) a temperature controller 614 for adjusting the temperature of the frying oil based on the sensor output from the temperature sensor 614a charged in the frying oil;
(61d) a power line 615 for supplying power from the power generator 2 to the heater 612 (temperature controller 614);
(61e) a nitrogen supply pipe 621 for supplying the nitrogen gas sent from the power generation apparatus 2 into the fryer 61 as an inert gas for covering at least the surface of the frying oil containing the object to be fried;
(61f) a blower 622 for transferring the nitrogen gas in the nitrogen supply pipe 621 into the fryer 61;
(61 g) a cooler 623 for cooling nitrogen gas to be blown in order to rapidly cool the fried food after the frying treatment;
(61h) a hydrogen supply pipe 631 that supplies the hydrogen gas sent from the power generation device 2 to the frying oil and suppresses the oxidation of the frying oil to be supplied into the oil tank 611 (frying oil);
(61i) A conveyor 641 for moving the frying object to be put into the frying oil in the oil tank 611 and for taking out the frying object (fried food) after the frying process from the oil tank 611 is provided.

また同じく図2(A)に示すように、フライヤ61は、揚げ油に入った揚げ対象物を移送させるパドルや、供給された窒素ガスを不活性雰囲気として使用した後に装置外へ排気するためのダンパを更に備えていてもよい。   Similarly, as shown in FIG. 2A, a flyer 61 includes a paddle for transferring a fried object contained in fried oil, and a damper for exhausting the supplied nitrogen gas outside the apparatus after using it as an inert atmosphere. May be further provided.

一方、発電装置2は、
(2a)燃料電池30と、燃料電池30へフィルタリングした空気を供給する空気フィルタ36と、燃料電池30で生成された直流電力を交流電力に変換するインバータ37とを含む燃料電池ユニット(U)3と、
(2b)ガス改質ユニット31と、
(2c)燃料電池30からのオフガスを処理し、窒素ガスとしてフライヤ61(窒素供給管621)に供給する不活性ガス供給部としての水素除去ユニット32及び酸素除去ユニット33と、
(2d)燃料電池30から発生する熱を取り出し、フライヤ61(熱交換管613)に供給する加工熱伝達部としての熱交換ユニット34と、
(2e)ガス改質ユニット31で生成された(又は水素除去ユニット32で取り出された)水素ガスを、燃料電池30及び/又はフライヤ61(水素供給管631)へ供給する水素供給部としての分配器35と
を備えている。また、フライヤ61はさらに、これらの構成要素の駆動や機能の発動を統合して制御する制御部20を備えている。
On the other hand, the power generator 2
(2a) A fuel cell unit (U) 3 including a fuel cell 30, an air filter 36 that supplies filtered air to the fuel cell 30, and an inverter 37 that converts DC power generated by the fuel cell 30 into AC power. When,
(2b) the gas reforming unit 31;
(2c) a hydrogen removal unit 32 and an oxygen removal unit 33 as an inert gas supply unit that processes off-gas from the fuel cell 30 and supplies the gas to the flyer 61 (nitrogen supply pipe 621) as nitrogen gas;
(2d) a heat exchange unit 34 as a processing heat transfer unit that extracts heat generated from the fuel cell 30 and supplies the heat to the flyer 61 (heat exchange pipe 613);
(2e) Distribution as a hydrogen supply unit that supplies the hydrogen gas generated by the gas reforming unit 31 (or taken out by the hydrogen removal unit 32) to the fuel cell 30 and / or the flyer 61 (hydrogen supply pipe 631). And a container 35. Further, the flyer 61 further includes a control unit 20 that controls the driving of these components and the activation of functions in an integrated manner.

ちなみに、上記の構成要素(2a)〜(2e)が、複数の装置にまたがって備えられている場合、これらの構成要素によって発電システム1が構成されることになる。また、上記の構成要素(2a)〜(2e)がフライヤ61に含まれ、図2(A)に示す全体として加工装置又は加工システムが構成されてもよい。   Incidentally, when the above-described components (2a) to (2e) are provided across a plurality of devices, the power generation system 1 is configured by these components. Moreover, said component (2a)-(2e) may be included in the flyer 61, and the processing apparatus or the processing system as a whole shown to FIG. 2 (A) may be comprised.

以上に述べたような構成によって、発電装置2は図2(B)に示すように、フライヤ61が必要とする形態のエネルギー(電力、熱)や物質(窒素、水素)を、まとめて又は一括してフライヤ61に適宜供給することができるのである。   With the configuration as described above, the power generation apparatus 2 collects energy (electric power, heat) and substances (nitrogen, hydrogen) in a form required by the flyer 61, as shown in FIG. Thus, it can be appropriately supplied to the flyer 61.

すなわち、従来多くの場合に、供給先となる所定の装置やシステムに対し、エネルギー供給と物質供給とは別々の装置系から行われてきたが、本実施形態では、必要とされるそれらをまとめて又は一括して供給することができる。その結果、より安定した且つ供給コストの上昇を抑えた供給体制を容易に構築することが可能となるのである。   That is, in many cases in the past, energy supply and substance supply have been performed from separate device systems for a predetermined device or system as a supply destination, but in the present embodiment, those required are summarized. Or can be supplied in bulk. As a result, it is possible to easily construct a supply system that is more stable and suppresses an increase in supply cost.

なお、発電装置2(発電システム1)の他の実施形態として、燃料電池30への水素ガスの供給元として、ガス改質ユニット31に代えて又は同ユニット31とともに、電気分解ユニット42(図1,後述する図8)が設けられることも好ましい。ここで、この電気分解ユニット42は、電気分解用の電力として、外部若しくは内部に設置された太陽電池ユニット41(図1)若しくは蓄電池からの電力、又は商用電力を利用することも好ましい。また、燃料電池30による電力生成の際に発生する熱を、この太陽電池ユニット41に伝達する電解熱伝達部としての熱交換器が設けられてもよい。   As another embodiment of the power generation device 2 (power generation system 1), as a hydrogen gas supply source to the fuel cell 30, an electrolysis unit 42 (FIG. 1) may be used instead of or together with the gas reforming unit 31. 8), which will be described later, is also preferably provided. Here, it is also preferable that the electrolysis unit 42 uses power from the solar cell unit 41 (FIG. 1) or a storage battery installed outside or inside, or commercial power as power for electrolysis. Further, a heat exchanger may be provided as an electrolytic heat transfer unit that transfers heat generated during power generation by the fuel cell 30 to the solar cell unit 41.

さらに、ガス改質ユニット31から燃料電池30に導入される水素(H)と、同じく燃料電池30に導入される空気中の酸素(O)とのモル比を2よりも大きな値に設定し(すなわち燃料電池30内で水素過多とし)、空気における残りの窒素と、反応過多分の水素との混合ガスがオフガスとして排出されるようにすることも好ましい。このオフガスにおいては、酸素ガス分が概ねゼロとなっている。なお、このようなモル比の調整は、制御部20による指示に従い分配器35’によって実施されてもよい。 Furthermore, the molar ratio of hydrogen (H 2 ) introduced from the gas reforming unit 31 to the fuel cell 30 and oxygen (O 2 ) in the air also introduced into the fuel cell 30 is set to a value larger than 2. However, it is also preferable that the mixed gas of the remaining nitrogen in the air and the excessive hydrogen in the air is discharged as off-gas (that is, excessive hydrogen in the fuel cell 30). In this off gas, the oxygen gas content is substantially zero. Such adjustment of the molar ratio may be performed by the distributor 35 ′ in accordance with an instruction from the control unit 20.

ちなみに、燃料電池自動車における燃料電池でもそうであるが、通常、燃料電池に供給される水素ガス分と、(空気中の)酸素ガス分との割合は、電池反応において酸素(空気)が過多状態であって水素が使い切られるように(燃焼され尽くすように)決定される。これに対し、本実施形態では、全くその逆であって、酸素(空気)が使い切られるように水素ガス(燃料)の供給を過多にするのである。これにより、供給先装置又はシステムにおいて不要な若しくは弊害となる酸素ガス分の量を十分に低減させた又は略ゼロにしたオフガスを、当該供給先装置又はシステムに提供することが可能となるのである。   By the way, as is the case with fuel cells in fuel cell vehicles, the ratio of hydrogen gas to the fuel cell and oxygen gas (in the air) is usually excessive in oxygen (air) in the cell reaction. Thus, it is determined that the hydrogen is used up (burned out). On the other hand, in the present embodiment, the opposite is true, and the supply of hydrogen gas (fuel) is made excessive so that oxygen (air) is used up. As a result, it is possible to provide the supply destination apparatus or system with the off gas in which the amount of oxygen gas that is unnecessary or harmful to the supply destination apparatus or system is sufficiently reduced or substantially zero. .

次いでさらに、水素除去ユニット32によって、上述した窒素及び水素の混合ガスから水素ガス分を除去することによって、純度の高い窒素ガスをフライヤ61へ送り込むことができる。ここで除去された水素ガス分は、配管を通し分配機35によって燃料電池ユニット3に送られ、燃料電池30の燃料として再利用されてもよい。   Subsequently, the hydrogen removing unit 32 removes the hydrogen gas component from the above-described mixed gas of nitrogen and hydrogen, whereby high purity nitrogen gas can be fed into the fryer 61. The hydrogen gas component removed here may be sent to the fuel cell unit 3 through a pipe by the distributor 35 and reused as fuel for the fuel cell 30.

また、変更態様として、この窒素と水素との混合ガスを、例えば窒素供給管621を介して揚げ油中に混入することによって、後に説明するように、揚げ油の酸化を抑制することも可能となるのである。なお、以上に述べたような場合、酸素は概ね全て消費されているので、例えば、酸素除去ユニット33を設けない構成も可能となる。   Further, as a modified mode, by mixing this mixed gas of nitrogen and hydrogen into the frying oil through, for example, the nitrogen supply pipe 621, it becomes possible to suppress the oxidation of the frying oil as will be described later. is there. In the case described above, since oxygen is almost entirely consumed, for example, a configuration in which the oxygen removal unit 33 is not provided is possible.

ちなみに、燃料電池30としては、様々な電池方式のものが採用可能であるが、例えば、発電効率が高く非常に高温の熱を出力可能なSOFC方式の燃料電池や、比較的低温で稼働するがコンパクト化の容易なPEFC方式の燃料電池とすることも好ましい。SOFC方式の燃料電池30を採用した場合、その電池反応温度は約700〜約1000℃と非常に高温であるので、例えば、揚げ油に対するベースとなる主加熱を、熱交換ユニット34及び熱交換管613を用いてこの電池反応熱によって行ってしまうことも可能となる。   Incidentally, various fuel cell types can be used as the fuel cell 30, for example, an SOFC fuel cell that has high power generation efficiency and can output very high temperature heat, or operates at a relatively low temperature. It is also preferable to use a PEFC fuel cell that can be easily made compact. When the SOFC type fuel cell 30 is employed, the cell reaction temperature is as high as about 700 to about 1000 ° C. Therefore, for example, the main heating as a base for the frying oil is used for the heat exchange unit 34 and the heat exchange pipe 613. It is also possible to carry out by this battery reaction heat using.

次に、本発明に係るフライヤ61特有の特徴を説明する。従来、食品を製造するフライヤでは、以下の3つが重要な課題となってきた。
(ア)フライヤでは、例えば200℃台の温度を継続して保持するため、安定した大電力が必要となる。例えば、停電等によって商用電力の供給が停止した場合でも、製造中の揚げ対象物を棄損せずに済むような対策が必要となる。
(イ)フライヤで加工された(揚げられた)食品の安全性を確保する必要がある。
(ウ)フライヤで使用される揚げ油の酸化をできるだけ抑え、揚げ油の寿命を確保する必要がある。
Next, features unique to the flyer 61 according to the present invention will be described. Conventionally, in the fryer which manufactures a foodstuff, the following three have become an important subject.
(A) In the flyer, for example, a temperature of the order of 200 ° C. is continuously maintained, so that a stable high power is required. For example, even when the supply of commercial power is stopped due to a power failure or the like, it is necessary to take measures so as not to destroy the fried object being manufactured.
(A) It is necessary to ensure the safety of food processed by fryers.
(C) It is necessary to suppress the oxidation of the frying oil used in the fryer as much as possible and to ensure the life of the frying oil.

最初に、上記課題(ア)についてであるが、フライヤ61は勿論、商用電力を引き込んでヒータ612等を稼働させることもできるが、燃料電池ユニット3から電力線615を介して大電力を受け取ることができる。また、揚げ油の温度維持については、燃料電池ユニット3から熱交換管613を介して大量の熱を受け取り、揚げ油の高温維持をサポートしている。このように、フライヤ61はこの課題(ア)を確実に解決している。   First, regarding the above problem (A), the flyer 61 can, of course, draw commercial power and operate the heater 612 and the like, but can receive large power from the fuel cell unit 3 via the power line 615. it can. As for the temperature maintenance of the frying oil, a large amount of heat is received from the fuel cell unit 3 through the heat exchange pipe 613 to support the high temperature maintenance of the frying oil. Thus, the flyer 61 reliably solves this problem (a).

次いで、上記課題(イ)についてさらに詳細に説明する。例えば、特開2008−302131号公報においては、「イモ類や、根菜類、野菜、果物等の素材をフライした後、フライ製品が高温のまま維持されると、フライ製品にアクリルアミドが生成されることがわかってきた。このアクリルアミドの生成を抑制する要望があり、アクリルアミドの生成を抑制するためには、フライ後のフライ製品をできるだけ早く冷却する必要がある」との指摘がなされている。   Next, the problem (A) will be described in more detail. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-302131, “After frying potatoes, root vegetables, vegetables, fruits and other materials, if the fried product is kept at a high temperature, acrylamide is produced in the fried product. There is a desire to suppress the formation of acrylamide, and in order to suppress the formation of acrylamide, it is necessary to cool the fried product after frying as soon as possible. "

このように、従来、炭水化物を多く含む食品を(120 ℃以上の)高温で加熱調理することによって、食品中のアミノ酸の一種であるアスパラギンがブドウ糖、果糖等の還元糖と反応してアクリルアミドに変化することが分かっている。   In this way, traditionally cooking foods rich in carbohydrates at high temperatures (above 120 ° C), asparagine, a kind of amino acid in foods, reacts with reducing sugars such as glucose and fructose and changes to acrylamide. I know you will.

このアクリルアミドは、神経毒性、肝毒性や、変異原性(発癌性)を有しており、その発生を十分に抑制しなければならない。これに対し、フライヤ61は、燃料電池ユニット3から窒素供給管621を介して多量の窒素ガスを受け取ることができ、さらに、冷却器623で冷却したこの多量の窒素ガスをフライ処理後の揚げ物に吹き付け、当該揚げ物を急速に冷却することができる。その結果、揚げ物中におけるアクリルアミドの発生が抑制されるのである。   This acrylamide has neurotoxicity, hepatotoxicity, and mutagenicity (carcinogenicity), and its occurrence must be sufficiently suppressed. On the other hand, the flyer 61 can receive a large amount of nitrogen gas from the fuel cell unit 3 via the nitrogen supply pipe 621, and further, this large amount of nitrogen gas cooled by the cooler 623 is used for the fried food after the frying process. By spraying, the fried food can be cooled rapidly. As a result, the generation of acrylamide in the fried food is suppressed.

なお、燃料電池ユ30から発生する窒素ガスから、熱交換ユニット34によって相当の熱量を取り出すことによって、窒素供給管621で供給される窒素ガスを低温化させることも可能である。この場合、冷却器623を用いずに、低温の窒素ガスを揚げ物に吹き付けることができる。さらに、以上とは異なる実施形態ではあるが、ガス改質ユニット31によって生成された水素ガスに代えて、液化水素ボンベからの水素ガスを用いる場合、この極低温の液化水素を利用して、窒素供給管621で供給される窒素ガスを低温化させることも可能となる。   Note that the nitrogen gas supplied from the nitrogen supply pipe 621 can be lowered in temperature by taking out a considerable amount of heat from the nitrogen gas generated from the fuel cell unit 30 by the heat exchange unit 34. In this case, low-temperature nitrogen gas can be blown onto the fried food without using the cooler 623. Furthermore, although it is an embodiment different from the above, when using hydrogen gas from a liquefied hydrogen cylinder instead of the hydrogen gas generated by the gas reforming unit 31, using this cryogenic liquefied hydrogen, It is also possible to lower the temperature of the nitrogen gas supplied through the supply pipe 621.

また、フライヤ61では、窒素供給管621で供給される窒素ガスで、油槽611と周囲のコンベヤ641とを含む揚げ処理空間全体を満たすことによって、揚げ処理前及び揚げ処理中の揚げ対象物や揚げ処理後の揚げ物の酸化をも抑制することができるのである。   Further, in the fryer 61, the nitrogen gas supplied from the nitrogen supply pipe 621 fills the entire frying processing space including the oil tank 611 and the surrounding conveyor 641, so that the frying object and fried food before and during the frying process can be obtained. The oxidation of the deep-fried food after a process can also be suppressed.

次いで、上記課題(ウ)については、フライヤ61は、燃料電池ユニット3から窒素供給管621を介して受け取った不活性ガスとしての窒素ガスを、揚げ対象物の入った揚げ油の表面を覆うように油槽611内へ供給する。これにより、高温状態の揚げ油が例えば空気中の酸素分と接触する状態を回避し、揚げ油の酸化を抑制することが可能となる。   Next, for the problem (c), the flyer 61 covers the surface of the frying oil containing the object to be fried with the nitrogen gas as the inert gas received from the fuel cell unit 3 via the nitrogen supply pipe 621. Supply into the oil tank 611. Thereby, it is possible to avoid a state in which the frying oil in a high temperature state comes into contact with, for example, oxygen in the air, and to suppress oxidation of the frying oil.

さらに、例えば特開2003−24219号公報に開示されているように、「水素を油中に供給する」ことによって、「当該水素が油の酸化の際に生成されるペルオキシラジカルなどのフリーラジカルと反応することにより、油の酸化の連鎖反応を著しく抑制することができる」ことが分かっている。特に、植物性油脂に多い不飽和脂肪酸において、水素をもって炭素の2重結合の一端を封止することによって酸化が抑制されるのである。   Furthermore, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-24219, by “supplying hydrogen into oil”, “free radicals such as peroxy radicals generated when the hydrogen is oxidized during oil and It has been found that by reacting, the chain reaction of oil oxidation can be significantly suppressed. " In particular, in unsaturated fatty acids often found in vegetable oils and fats, oxidation is suppressed by sealing one end of a carbon double bond with hydrogen.

この点、フライヤ61は、発電装置2から水素供給管631を介して受け取った水素ガスを、揚げ油に混入させることができる。その結果、揚げ油の酸化を抑制することが可能となるのである。   In this regard, the flyer 61 can mix the hydrogen gas received from the power generation device 2 through the hydrogen supply pipe 631 into the frying oil. As a result, it becomes possible to suppress the oxidation of the frying oil.

ここで、水素供給管631を介して揚げ油中に混入される水素は微量に設定され、さらに、水素供給管631の内部及び水素放出孔において水素ガスが空気(酸素)と一切接触しないように工夫されることが好ましい。これにより、水素爆発等の危険な状態の発生を抑止することができる。なお、変更態様として、窒素供給管621を介して供給された不活性ガスとしての窒素ガスを、揚げ油に混入させて揚げ油の酸化を抑制することも好ましい。   Here, the amount of hydrogen mixed into the frying oil through the hydrogen supply pipe 631 is set to a very small amount, and further, the hydrogen gas does not come into contact with air (oxygen) at all in the hydrogen supply pipe 631 and in the hydrogen discharge hole. It is preferred that Thereby, generation | occurrence | production of dangerous states, such as a hydrogen explosion, can be suppressed. As a modification, it is also preferable that nitrogen gas as an inert gas supplied through the nitrogen supply pipe 621 is mixed with the frying oil to suppress the oxidation of the frying oil.

さらに、変更態様として、フライヤ61は、揚げ油に高電圧(強電界)を印加可能な電極を油槽611内に備えていてもよい。この高電圧(強電界)は、例えば1〜10kV台であり、燃料電池ユニット3から電力線615を介して受け取った直流の大電力を用いて発生させることができる。勿論、インバータ37で変換された交流電力を用いてもよい。このような高電圧印加による酸化抑制効果の1つの例として、特開2010−88769号公報には、直流のマイナス高電位を有する高電位発生プレートを食用油中に挿入することによって、この食用油の酸化を抑制可能であることが開示されている。   Furthermore, as a modification, the fryer 61 may include an electrode in the oil tank 611 that can apply a high voltage (strong electric field) to the frying oil. This high voltage (strong electric field) is, for example, in the range of 1 to 10 kV, and can be generated using a large DC power received from the fuel cell unit 3 via the power line 615. Of course, AC power converted by the inverter 37 may be used. As one example of the effect of suppressing oxidation by applying such a high voltage, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-88769 discloses that this edible oil can be obtained by inserting a high potential generating plate having a negative DC high potential into the edible oil. It is disclosed that the oxidation of can be suppressed.

このように、発電装置2(発電システム1)によれば、(通常は商用電力を変換しなければ得られない)直流電力を必要とする供給先装置又はシステムに対し、効率良く直流電力を供給することもできるのである。   Thus, according to the power generation device 2 (power generation system 1), DC power is efficiently supplied to a supply destination device or system that requires DC power (usually not obtained unless commercial power is converted). You can also do it.

図3は、発電装置2でのオフガス処理における他の実施形態を示す構成図である。   FIG. 3 is a configuration diagram showing another embodiment in the off-gas processing in the power generation device 2.

図3に示した実施形態においては、分配器35’が、酸素濃度計測センサ351によってオフガス中に残留した酸素濃度をモニタしている。分配器35’は、この計測された酸素残留濃度に基づいて、ガス改質ユニット31から供給された水素ガスのうち、単位時間当たりにしてオフガス中の酸素ガス分と過不足なく反応する分(単位時間における残留酸素ガスのモル数の2倍のモル数分)の水素ガスを酸素除去ユニット33’に供給する。   In the embodiment shown in FIG. 3, the distributor 35 ′ monitors the oxygen concentration remaining in the offgas by the oxygen concentration measurement sensor 351. Based on the measured residual oxygen concentration, the distributor 35 ′ reacts with the oxygen gas in the off-gas per unit time without excessive or short of the hydrogen gas supplied from the gas reforming unit 31 ( Hydrogen gas is supplied to the oxygen removal unit 33 ′ in the number of moles twice the number of moles of residual oxygen gas per unit time.

この酸素除去ユニット33’は、オフガスと、分配器35’から供給された水素ガスとを混合した上で、加熱した白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)又は銅(Cu)等を含む触媒に接触させる環境で反応させることにより、オフガス中の酸素(O)を水分(HO)に変換する。次いで、この水分を除湿器によって除去することによって、純度の高い窒素ガスを生成し、フライヤ61へ送出することができるのである。 This oxygen removing unit 33 ′ is a mixture of off-gas and hydrogen gas supplied from the distributor 35 ′, and then heated platinum (Pt), palladium (Pd), ruthenium (Ru), copper (Cu), etc. Oxygen (O 2 ) in the off-gas is converted into moisture (H 2 O) by reacting in an environment in contact with a catalyst containing. Next, this moisture is removed by a dehumidifier, so that high-purity nitrogen gas can be generated and sent to the fryer 61.

ちなみに、本願発明者等の試算では、純度99.9%の窒素ガスが10m3/時のペースで酸素除去ユニット33’に流入する場合に、この窒素ガスの純度を99.999%にまで高めるには、水素ガスを、1.98×10-3 m3/時のペースで供給すればよい。 Incidentally, according to the estimation by the inventors of the present application, when nitrogen gas with a purity of 99.9% flows into the oxygen removal unit 33 ′ at a pace of 10 m 3 / hour, in order to increase the purity of the nitrogen gas to 99.999%, Gas may be supplied at a rate of 1.98 × 10 −3 m 3 / hour.

なお、以上に説明した酸素除去ユニット33’を用いたオフガス処理は、フライヤ61(図2)のみならず、この後説明するフライヤ65(図4,図5)や雰囲気炉71(図9)でも適用可能である。いずれにしても、要求されるオフガス内の酸素分圧や水素分圧によっては、他に酸素除去ユニットや水素除去ユニットを設けることなく簡易な構成でオフガス処理が可能となるのである。勿論、水素及び/又は酸素を略ゼロに近づけるべく水素除去ユニット32及び/又は酸素除去ユニット33を併設する実施形態をとってもよい。   The off-gas treatment using the oxygen removal unit 33 ′ described above is performed not only in the flyer 61 (FIG. 2) but also in the flyer 65 (FIGS. 4 and 5) and the atmosphere furnace 71 (FIG. 9) described later. Applicable. In any case, depending on the required oxygen partial pressure or hydrogen partial pressure in the off gas, the off gas treatment can be performed with a simple configuration without providing an oxygen removal unit or a hydrogen removal unit. Of course, an embodiment in which the hydrogen removal unit 32 and / or the oxygen removal unit 33 are provided side by side to bring hydrogen and / or oxygen close to substantially zero may be employed.

図4及び図5は、本発明に係る発電装置及び加工装置の他の実施形態を示す模式図である。ここで、図4(A)、図4(B)及び図5はそれぞれ、本実施形態の装置(フライヤ65)に係る正面図、側面図及び上面図となっている。   4 and 5 are schematic views showing another embodiment of the power generation apparatus and the processing apparatus according to the present invention. Here, FIG. 4 (A), FIG. 4 (B), and FIG. 5 are respectively a front view, a side view, and a top view of the apparatus (flyer 65) of this embodiment.

これらの図面に示した実施形態によれば、発電装置2と、コンビニエンスストア(コンビニ)や小規模店舗等で使用される簡易型のフライヤ65とが、加工システムを構成している。ちなみに、発電装置2がフライヤ65に含まれ、全体が一体化してフライヤとしての装置になっていてもよい。またこの場合、燃料電池40にはコンパクト化の容易なPEFC方式のものを採用することも好ましい。   According to the embodiments shown in these drawings, the power generation device 2 and the simple fryer 65 used in a convenience store (convenience store), a small-scale store or the like constitute a processing system. Incidentally, the power generator 2 may be included in the flyer 65, and the whole may be integrated into a device as a flyer. In this case, it is also preferable to employ a PEFC type fuel cell 40 that can be easily made compact.

フライヤ65の油槽651には、揚げ物を作製するための揚げ油が入っており、また、この揚げ油に対して揚げ対象物を出し入れするための、取手の付いた網状のバスケットが具備されている。さらに、油槽651の底部にはヒータ652が設けられている。このヒータ652は、燃料電池ユニット3からインバータ37を介して供給される交流電力又は商用電力を、電力調節器656で調整した上で受け取り、この電力で揚げ油を加熱する。   The oil tank 651 of the fryer 65 contains frying oil for producing fried foods, and a net-like basket with handles for loading / unloading frying objects with respect to the frying oils. Further, a heater 652 is provided at the bottom of the oil tank 651. The heater 652 receives AC power or commercial power supplied from the fuel cell unit 3 via the inverter 37 after being adjusted by the power regulator 656, and heats the frying oil with this power.

ここで、電力調節器656は、例えば揚げ油の温度や、操作パネルを介して指示される設定温度、さらには停電の有無等に応じて、供給される交流電力と商用電力との使用割合を制御する。基本的には、燃料電池ユニット3からの交流電力を主に使用し、不足等があれば商用電力を合わせて使用するようにプログラムされていることも好ましい。   Here, the power regulator 656 controls the ratio of use of supplied AC power and commercial power according to, for example, the temperature of frying oil, a set temperature instructed via the operation panel, and the presence or absence of a power failure. To do. Basically, it is also preferable that the AC power from the fuel cell unit 3 is mainly used, and if there is a shortage or the like, the commercial power is also used.

また、フライヤ65の油槽651の底部には、ヒータ652と合わせて熱交換管653が設けられている。熱交換管653は、燃料電池ユニット3から熱交換ユニット34を介して供給される熱を、管内を循環する熱交換媒体によって揚げ油に伝達し、この揚げ油を加熱する。これにより、例えば揚げ油を電力によって設定温度にまで加熱する際、ベースとなる揚げ油温度を高くしておくことができ、省電力化が可能となる。   In addition, a heat exchange pipe 653 is provided at the bottom of the oil tank 651 of the fryer 65 together with the heater 652. The heat exchange pipe 653 transmits heat supplied from the fuel cell unit 3 via the heat exchange unit 34 to the frying oil by a heat exchange medium circulating in the pipe, and heats the frying oil. Thus, for example, when frying oil is heated to a set temperature by electric power, the base frying oil temperature can be increased and power saving can be achieved.

さらに、フライヤ65の窒素供給管654は、燃料電池ユニット3から水素除去ユニット32を介して供給される窒素ガスを、揚げ油の表面を覆うように油槽651内に供給する。ここで、窒素供給管654は、図5に示すように、油槽651の周囲を廻るように配置されており、窒素ガスを、管に開けられた多数の孔から揚げ油に向けて放出することができる。これにより、揚げ物を作製している間、窒素ガスを揚げ油表面に充満させ、揚げ油及び揚げ対象物を外部の空気から遮断することができる。その結果、空気中の酸素による揚げ油及び揚げ対象物の酸化が抑制され、揚げ油の耐用日数が大幅に伸び、揚げ物の品質も向上するのである。   Further, the nitrogen supply pipe 654 of the flyer 65 supplies nitrogen gas supplied from the fuel cell unit 3 via the hydrogen removal unit 32 into the oil tank 651 so as to cover the surface of the frying oil. Here, as shown in FIG. 5, the nitrogen supply pipe 654 is arranged so as to go around the oil tank 651, and the nitrogen gas can be discharged toward the frying oil from a large number of holes opened in the pipe. it can. Thereby, while producing a deep-fried thing, nitrogen gas can be filled with the frying oil surface, and frying oil and a deep-fried object can be interrupted | blocked from external air. As a result, the oxidation of the frying oil and the object to be fried by oxygen in the air is suppressed, the service life of the frying oil is greatly increased, and the quality of the fried food is also improved.

ここで、この窒素供給管654を介して供給される窒素ガスは、水素除去ユニット32を介して生成される。この際、ガス改質ユニット31から燃料電池30に導入される水素(H)と、同じく燃料電池30に導入される空気中の酸素(O)とのモル比を2よりも大きな値に設定し(すなわち燃料電池30内で水素過多とし)、空気における残りの窒素と、反応過多分の水素との混合ガスがオフガスとして排出されるようにする。このオフガスにおいて酸素ガス分は概ねゼロとなっている。ちなみに、このようなモル比の調整は、制御部20による指示に従い分配器35によって実施されてもよい。 Here, the nitrogen gas supplied through the nitrogen supply pipe 654 is generated through the hydrogen removal unit 32. At this time, the molar ratio of hydrogen (H 2 ) introduced from the gas reforming unit 31 to the fuel cell 30 and oxygen (O 2 ) in the air also introduced into the fuel cell 30 is set to a value larger than 2. It is set (that is, hydrogen is excessive in the fuel cell 30), and the mixed gas of the remaining nitrogen in the air and hydrogen corresponding to the excessive reaction is discharged as off-gas. In this off gas, the oxygen gas content is substantially zero. Incidentally, such adjustment of the molar ratio may be performed by the distributor 35 in accordance with an instruction from the control unit 20.

次いでさらに、この窒素及び水素の混合ガスから水素除去ユニット32で水素ガス分を除去することによって、純度の高い窒素ガスを、窒素供給管654を介してフライヤ65に送り込むことができるのである。   Subsequently, by removing the hydrogen gas component from the mixed gas of nitrogen and hydrogen by the hydrogen removing unit 32, high purity nitrogen gas can be sent to the flyer 65 through the nitrogen supply pipe 654.

なお、水素除去ユニット32で除去された水素ガス分を、水素供給管655を介して揚げ油中に混入することによって、フライヤ61でも述べたように、揚げ油の酸化を抑制することが可能となる。また、この除去された水素ガス分を、分配器35を介し、燃料電池40での燃料として再利用してもよい。   In addition, by mixing the hydrogen gas component removed by the hydrogen removal unit 32 into the frying oil via the hydrogen supply pipe 655, it is possible to suppress the oxidation of the frying oil as described in the flyer 61. Further, the removed hydrogen gas content may be reused as fuel in the fuel cell 40 via the distributor 35.

ちなみに、フライヤ65においては、油槽651の底部に廃油孔が設けられており、耐用期限を過ぎた揚げ油が、廃油弁を開けることによって廃油孔から取り出され、油カス分離網で濾されて廃油タンクに収納されてもよい。また、フライヤ65において、油槽651が複数設けられていてもよい。この場合、例えば、以上に述べたフライヤ構成を1ユニットとし、複数ユニットを連結してフライヤ65とすることもできる。   Incidentally, in the fryer 65, a waste oil hole is provided at the bottom of the oil tank 651, and the frying oil that has passed the expiration date is taken out from the waste oil hole by opening the waste oil valve, and is filtered through an oil residue separation network. It may be stored in. In the flyer 65, a plurality of oil tanks 651 may be provided. In this case, for example, the flyer configuration described above may be one unit, and a plurality of units may be connected to form the flyer 65.

[ショーケース]
図6は、本発明に係る供給先装置における他の実施形態を示す模式図である。
[Showcase]
FIG. 6 is a schematic diagram showing another embodiment of the supply destination apparatus according to the present invention.

図6には、コンビニ等の店舗内に設置されるショーケース68が示されている。ショーケース68は、フライヤ65で作製された揚げ物を、保温された状態で保管しつつ来店客に展示する透明ケースとなっている。ショーケース68の窒素供給管681は、発電装置2からの窒素ガスを揚げ物の置かれたブース内に供給し、当該ブースを窒素ガスで充満させる。これにより、空気中の酸素による揚げ物の酸化が大幅に抑制され、揚げ物の品質が維持される。   FIG. 6 shows a showcase 68 installed in a store such as a convenience store. The showcase 68 is a transparent case that displays the fried food made by the flyer 65 to the store customers while keeping it in a warm state. The nitrogen supply pipe 681 of the showcase 68 supplies nitrogen gas from the power generator 2 into the booth where the fried food is placed, and fills the booth with nitrogen gas. Thereby, the oxidation of the fried food by the oxygen in the air is greatly suppressed, and the quality of the fried food is maintained.

また、熱交換管682は、発電装置2の熱交換ユニット34からの熱を揚げ物の置かれたブース内に移送してブース内の窒素ガスを温め、揚げ物を保温する。熱交換管682は、揚げ物ブースに並べて設置された高温水供給器69内の飲料を加熱し保温することも好ましい。さらに、加熱照明灯683が、発電装置2から電力を供給されて可視光及び赤外線を放射し、揚げ物を展示のために照明するとともに、加熱し保温することも好ましい。   Moreover, the heat exchange pipe 682 transfers the heat from the heat exchange unit 34 of the power generator 2 into the booth where the fried food is placed, warms the nitrogen gas in the booth, and keeps the fried food warm. It is also preferable that the heat exchange pipe 682 heats and keeps the beverage in the hot water supply device 69 installed side by side in the fried food booth. Further, it is also preferable that the heating illumination lamp 683 is supplied with electric power from the power generation device 2 to emit visible light and infrared rays, illuminates the fried food for display, and heats and keeps it warm.

以上説明したように、発電装置2は、例えば、コンビニ等の店舗に設置された様々な装置や設備に対し、必要とされるエネルギーや物質をまとめて若しくは一括して供給することができる。次に、発電システム1又は発電装置2からエネルギーや物質を供給される店舗をシステムとして捉えた実施形態を説明する。   As described above, the power generation device 2 can supply necessary energy and substances collectively or collectively to various devices and facilities installed in a store such as a convenience store. Next, an embodiment in which a store to which energy or a substance is supplied from the power generation system 1 or the power generation apparatus 2 is regarded as a system will be described.

[店舗関連システム]
図7は、本発明による発電装置(システム)、及び供給先システムとしての店舗関連システムの一実施形態を説明するための模式図である。
[Store-related system]
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining an embodiment of a power generation apparatus (system) according to the present invention and a store-related system as a supply destination system.

図7によれば、フライヤ65やショーケース68等を含む供給先システムとしてのコンビニ(店舗)6が、本発明による発電システム1から、必要とされるエネルギー及び物質を供給されている。本実施形態において、発電システム1は、
(1a)太陽電池ユニット41と、
(1b)太陽電池ユニット41で生成される電力を用いて電気分解を行う電気分解ユニット42と、
(1c)電気分解ユニット42で生成される酸素ガスを保存する酸素タンクと、
(1d)電気分解ユニット42で生成される水素ガスを保存する高圧型水素タンク及び低圧型水素タンクと、
(1e)このような水素タンクから取得される水素を用いて発電を行う燃料電池ユニット3と、
(1f)燃料電池ユニット3のオフガスから水素ガス分を除去する水素除去ユニット32と、
(1g)水素除去ユニット32で生成される窒素ガスを保存する窒素タンクと、
(1h)燃料電池ユニット3で生成される純水を保存する純水タンクと、
(1i)燃料電池ユニット3で発生する熱を回収する熱交換ユニット34と
を備えている。
According to FIG. 7, a convenience store (store) 6 as a supply destination system including a flyer 65, a showcase 68 and the like is supplied with necessary energy and materials from the power generation system 1 according to the present invention. In the present embodiment, the power generation system 1 is
(1a) solar cell unit 41;
(1b) an electrolysis unit 42 that performs electrolysis using electric power generated by the solar cell unit 41;
(1c) an oxygen tank for storing oxygen gas generated by the electrolysis unit 42;
(1d) a high-pressure hydrogen tank and a low-pressure hydrogen tank that store the hydrogen gas generated by the electrolysis unit 42;
(1e) a fuel cell unit 3 that generates power using hydrogen obtained from such a hydrogen tank;
(1f) a hydrogen removal unit 32 for removing hydrogen gas from the off-gas of the fuel cell unit 3;
(1g) a nitrogen tank for storing the nitrogen gas produced by the hydrogen removal unit 32;
(1h) a pure water tank for storing pure water produced by the fuel cell unit 3;
(1i) A heat exchange unit 34 that recovers heat generated in the fuel cell unit 3 is provided.

ちなみに、これらの構成要素(1a)〜(1i)が1つの装置内に備えられ、発電装置2として捉えられる形態であってもよい。また、コンビニ6が、これらの構成要素(1a)〜(1i)をも含み、1つのシステムとして把握される形態も可能である。なお、上記(1d)の高圧型水素タンク及び低圧型水素タンクは、燃料電池30の電池方式や発電形態に応じて併用したり使い分けたりすることができ、又は予め一方のみ配備されてもよい。   Incidentally, a configuration in which these components (1a) to (1i) are provided in one apparatus and can be regarded as the power generation apparatus 2 may be employed. Further, the convenience store 6 may include these components (1a) to (1i) and can be grasped as one system. The high-pressure hydrogen tank and the low-pressure hydrogen tank (1d) can be used in combination or used according to the battery system and power generation mode of the fuel cell 30, or only one of them may be provided in advance.

コンビニ6には、燃料電池ユニット3から電力線を介して電力が供給され、窒素タンクから窒素供給管を介して窒素ガスが供給され、水素除去ユニット32から水素供給管を介して水素ガスが供給され、酸素タンクから酸素供給管を介して酸素ガスが供給され、純水タンクから純水供給管を介して純水が供給され、熱交換ユニット34から熱交換管を介して熱が供給される。コンビニ6では、これらの供給されたエネルギーや物質が、フライヤ65やショーケース68といった店舗内装置・設備に分配されて利用されるのである。   Electric power is supplied to the convenience store 6 from the fuel cell unit 3 through the power line, nitrogen gas is supplied from the nitrogen tank through the nitrogen supply pipe, and hydrogen gas is supplied from the hydrogen removal unit 32 through the hydrogen supply pipe. The oxygen gas is supplied from the oxygen tank through the oxygen supply pipe, the pure water is supplied from the pure water tank through the pure water supply pipe, and the heat is supplied from the heat exchange unit 34 through the heat exchange pipe. In the convenience store 6, these supplied energy and materials are distributed and used in in-store devices and facilities such as the flyer 65 and the showcase 68.

ここで、窒素ガス、水素ガスや、酸素ガスはタンクに保存されることも好ましい。例えば、太陽電池ユニット41が発電可能な昼間に水素ガスを水素タンクに貯蔵し、次いで夜間に、この貯蔵した水素ガスを利用して燃料電池ユニット3で発電を行って、同じく夜間に稼働させるコンビニ店舗内のフライヤ65に、電力、窒素ガスや熱等を供給してもよい。   Here, it is also preferable that nitrogen gas, hydrogen gas, and oxygen gas are stored in a tank. For example, a convenience store in which hydrogen gas is stored in a hydrogen tank in the daytime when the solar cell unit 41 can generate power, and then the fuel cell unit 3 generates power using the stored hydrogen gas at night and is also operated at night. Electricity, nitrogen gas, heat, or the like may be supplied to the flyer 65 in the store.

また、燃料電池ユニット3での発電も昼間に行っておき、生成した電力を蓄電ユニット51(図1)に蓄電し、生成した窒素ガスを窒素タンクに貯蔵し、さらに、発生させた熱を蓄熱ユニット52(図1)に蓄熱しておいて、次いで、夜間にこれらのエネルギー・物質をコンビニ6に供給することも可能である。   Further, the fuel cell unit 3 also generates electricity in the daytime, stores the generated power in the power storage unit 51 (FIG. 1), stores the generated nitrogen gas in a nitrogen tank, and further stores the generated heat as heat storage. It is also possible to store heat in the unit 52 (FIG. 1) and then supply these energy / materials to the convenience store 6 at night.

[電気分解ユニット]
図8は、本発明に係る電気分解部の一実施形態を示す模式図である。
[Electrolysis unit]
FIG. 8 is a schematic view showing an embodiment of the electrolysis unit according to the present invention.

図8(A)によれば、本実施形態の電気分解ユニット42は、電気分解セル421と、パラボラ反射鏡422と、熱吸収管423とを備えている。電気分解セル421は、本実施形態において、水蒸気を電気分解可能な構成となっている。具体的には、負極において高圧に保たれた水蒸気を水素(H)と酸素イオン(O2-)とに分解し、電解質を介して正極に至った酸素イオンを酸素(O)として放出する。 According to FIG. 8A, the electrolysis unit 42 of this embodiment includes an electrolysis cell 421, a parabolic reflector 422, and a heat absorption tube 423. In the present embodiment, the electrolysis cell 421 has a configuration capable of electrolyzing water vapor. Specifically, water vapor maintained at high pressure in the negative electrode is decomposed into hydrogen (H 2 ) and oxygen ions (O 2− ), and oxygen ions reaching the positive electrode are released as oxygen (O 2 ) through the electrolyte. To do.

このように水蒸気を電気分解することにより、液体である水の分解と比較して水素生成効率が大幅に向上する。また、この水蒸気による熱をもって電解質の温度を上昇させることによっても、当該効率が改善するのである。なお、電気分解に必要な直流電力は、商用電力を変換して取得してもよいが、本実施形態では太陽電池ユニット41から取得可能となっている。   By electrolyzing water vapor in this way, the hydrogen generation efficiency is greatly improved as compared with the decomposition of water, which is a liquid. The efficiency can also be improved by raising the temperature of the electrolyte with the heat of the water vapor. In addition, although direct-current power required for electrolysis may be acquired by converting commercial power, it can be acquired from the solar cell unit 41 in this embodiment.

ここで、電気分解セル421に供給される水蒸気は、熱吸収管423を通る水(純水)をパラボラ反射鏡422で集光された太陽光を用いて加熱することによって生成することができる。ちなみに、使用可能なパラボラ反射鏡は、図8(A)のような点焦点型に限定されない。例えば、図8(B)に示すような焦点がライン上に並ぶパラボラ反射鏡422’を使用し、このライン位置に熱吸収管423’を配置して水蒸気を生成することも可能である。   Here, the water vapor supplied to the electrolysis cell 421 can be generated by heating water (pure water) passing through the heat absorption tube 423 using sunlight condensed by the parabolic reflector 422. Incidentally, the parabolic reflector that can be used is not limited to the point focus type as shown in FIG. For example, it is possible to use a parabolic reflector 422 'whose focal points are arranged on a line as shown in FIG. 8B, and to arrange the heat absorption tube 423' at this line position to generate water vapor.

以上に述べたようなユニットを利用することによって、例えば、太陽電池ユニット41及び電気分解ユニット42がそれぞれ、発電及び水蒸気生成の可能な昼間に水素ガスを生成して水素タンクに貯蔵し、次いで夜間に、この貯蔵した水素ガスを利用して燃料電池ユニット3で発電を行うことも可能となる。   By using the units as described above, for example, the solar cell unit 41 and the electrolysis unit 42 generate hydrogen gas during the daytime during which power generation and steam generation are possible and store them in a hydrogen tank, and then at night. In addition, it is possible to generate power with the fuel cell unit 3 using the stored hydrogen gas.

なお、水蒸気を生成するための熱の少なくとも一部、及び/又は電解質を温めるための熱の少なくとも一部を、燃料電池ユニット3(蓄熱ユニット52,熱交換ユニット34)から割り当てることも可能である。また、電力の使用状況や水素ガスの備蓄状況等に合わせ、電気分解ユニット42で使用される電力の少なくとも一部を、燃料電池ユニット3(蓄電ユニット51)から賄う形態とすることもできる。   In addition, it is also possible to allocate at least a part of the heat for generating water vapor and / or at least a part of the heat for heating the electrolyte from the fuel cell unit 3 (the heat storage unit 52, the heat exchange unit 34). . Further, in accordance with the power usage status, the hydrogen gas storage status, etc., at least a part of the power used in the electrolysis unit 42 may be provided from the fuel cell unit 3 (power storage unit 51).

以上説明したような電気分解ユニット42に関係する技術事項をまとめると、以下の通りとなる。
[技術事項1]
被加熱対象物を非酸化雰囲気で加熱して加工を行う加工装置に対し、当該加工に使用される電力を供給する発電装置であって、
外部又は内部に設置された太陽電池からの電力を用いて水又は水蒸気を電気分解して水素を生成する水素ガス生成部と、
生成された当該水素ガスと酸素を含む気体とを用いて当該電力を生成し、排ガスを排出する燃料電池を含む発電部と、
当該排ガスの少なくとも一部を、当該非酸化雰囲気として使用可能な不活性なガスに変換し、前記加工装置に供給する不活性ガス供給部と
を備えていることを特徴とする発電装置。
[技術事項2]
生成された当該水素ガスの一部を、当該非酸化雰囲気として使用させるべく前記加工装置に供給する水素供給部を更に備えていることを特徴とする請求項1に記載の発電装置。
[技術事項3]
前記加工装置は、加熱した媒体に当該被加熱対象物を投入して加工する加工装置であって、
前記発電装置は、生成された当該水素ガスの一部を、当該媒体に混入させて当該媒体の酸化を抑制するべく前記加工装置に供給する水素供給部を更に備えている
ことを特徴とする技術事項1に記載の発電装置。
[技術事項4]
前記発電装置は、前記発電部による電力生成の際に発生する熱を、前記水素ガス生成部に伝達する熱伝達部を更に備えていることを特徴とする技術事項1から3のいずれか1項に記載の発電装置。
[技術事項5]
前記発電装置は、前記発電部による電力生成の際に発生する熱を、当該被加熱対象物を加熱するために使用させるべく前記加工装置に伝達する加工用熱伝達部を更に備えていることを特徴とする技術事項1から4のいずれか1項に記載の発電装置。
The technical matters related to the electrolysis unit 42 as described above are summarized as follows.
[Technical matter 1]
A power generation device that supplies power used for processing to a processing device that processes an object to be heated by heating in a non-oxidizing atmosphere,
A hydrogen gas generator that generates hydrogen by electrolyzing water or water vapor using electric power from a solar cell installed outside or inside; and
A power generation unit including a fuel cell that generates the electric power using the generated hydrogen gas and oxygen-containing gas and discharges exhaust gas;
An electric power generation apparatus comprising: an inert gas supply unit that converts at least a part of the exhaust gas into an inert gas that can be used as the non-oxidizing atmosphere and supplies the inert gas to the processing apparatus.
[Technical matter 2]
The power generation device according to claim 1, further comprising a hydrogen supply unit configured to supply a part of the generated hydrogen gas to the processing apparatus so as to be used as the non-oxidizing atmosphere.
[Technical matter 3]
The processing apparatus is a processing apparatus for processing the heated object by adding the object to be heated to a heated medium,
The power generation device further includes a hydrogen supply unit that supplies a part of the generated hydrogen gas to the processing device in order to mix the generated hydrogen gas into the medium and suppress the oxidation of the medium. The power generator according to Item 1.
[Technical matter 4]
Any one of the technical matters 1 to 3, wherein the power generation device further includes a heat transfer unit that transfers heat generated during power generation by the power generation unit to the hydrogen gas generation unit. The power generator described in 1.
[Technical matter 5]
The power generation device further includes a processing heat transfer unit that transmits heat generated during power generation by the power generation unit to the processing device to be used for heating the object to be heated. 5. The power generation device according to any one of technical items 1 to 4, which is characterized.

[雰囲気炉]
図9は、本発明に係る発電装置及び加工装置の更なる他の実施形態を示す模式図である。
[Atmosphere furnace]
FIG. 9 is a schematic diagram showing still another embodiment of the power generation apparatus and the processing apparatus according to the present invention.

図9(A)に示した実施形態によれば、本発明による発電装置2と、雰囲気熱処理炉(雰囲気炉)71とが組み合わされ、全体として加工システムが構成されている。このうち、雰囲気炉71は、本実施形態において、被加熱対象物(熱処理対象物)である鉄鋼材に対し、製品に合わせた変態制御を行うべく非酸化雰囲気で加熱加工(熱処理)を実施するための高温炉である。   According to the embodiment shown in FIG. 9A, the power generation apparatus 2 according to the present invention and the atmosphere heat treatment furnace (atmosphere furnace) 71 are combined to constitute a processing system as a whole. Among these, the atmospheric furnace 71 performs heat processing (heat treatment) in a non-oxidizing atmosphere so as to perform transformation control in accordance with the product on the steel material that is the object to be heated (heat treatment object) in the present embodiment. It is a high temperature furnace for.

この雰囲気炉71内には、鋼鉄材が処理行程中に酸化することがないように不活性ガスとしての窒素ガスや還元ガスとしての水素ガスが導入され、その他、プロセスガスとして水素ガス等が導入される。なお、図9の発電装置2の構成要素及び雰囲気炉71の構成要素の全体によって、1つの加工装置(雰囲気炉)が構成されてもよい。   In this atmosphere furnace 71, nitrogen gas as an inert gas and hydrogen gas as a reducing gas are introduced so that the steel material is not oxidized during the process, and hydrogen gas or the like is introduced as a process gas. Is done. In addition, one processing apparatus (atmosphere furnace) may be comprised by the component of the electric power generating apparatus 2 of FIG. 9 and the whole component of the atmosphere furnace 71. FIG.

具体的に、雰囲気炉71は、
(71a)ゲート開閉板を含むゲートを介して鉄鋼材を導入するための、パージガスが導入可能な前室チャンバと、
(71b)それぞれ特有の工程環境(例えば温度等)を提供すべく互いに仕切りによって区分けされており、さらに、室内の雰囲気を均一にするための攪拌ファンを備えた複数の雰囲気室と、
(71c)ゲート開閉板を含むゲートを介して熱処理後の鉄鋼材を搬出するための、パージガスが導入可能な後室チャンバと、
(71d)発電装置2から供給される窒素ガス及び水素ガスを受け取り、それぞれを窒素・水素供給管712を介して必要とされる雰囲気室に分配したり、窒素及び水素の混合ガスを生成して必要とされる雰囲気室に供給したりする混合・分配器711と、
(71e)鉄鋼材を、前室チャンバから複数の雰囲気室を通って後室チャンバに至る熱処理工程経路に渡って搬送し、その間、鉄鋼材を、その位置に応じて設定された温度にまで加熱するローラハース(roller hearth)721と、
(71f)発電装置2(インバータ37)から電力線723を介して供給される電力を受け取り、ローラハース721に搬送動作及び加熱動作のための電力を供給して、これらの動作を制御するローラハース制御部722と、
(71g)発電装置2(熱交換ユニット34)から供給される熱を雰囲気室にまで伝達し、鉄鋼材を加熱する、又はローラハース721による加熱動作を補助する熱交換管731と
を備えている。
Specifically, the atmosphere furnace 71 is:
(71a) a front chamber for introducing a steel material through a gate including a gate opening / closing plate, into which purge gas can be introduced;
(71b) a plurality of atmosphere chambers, each of which is partitioned by a partition to provide a unique process environment (for example, temperature, etc.), and further equipped with a stirring fan for making the indoor atmosphere uniform;
(71c) a rear chamber in which purge gas can be introduced for carrying out the heat-treated steel material through the gate including the gate opening and closing plate;
(71d) Receiving nitrogen gas and hydrogen gas supplied from the power generation device 2 and distributing them to the required atmosphere chambers via the nitrogen / hydrogen supply pipe 712, or generating a mixed gas of nitrogen and hydrogen A mixer / distributor 711 for supplying the required atmosphere chamber;
(71e) The steel material is transported from the front chamber through a plurality of atmosphere chambers through a heat treatment process path to the rear chamber chamber, while the steel material is heated to a temperature set according to the position. Roller hearth 721,
(71f) A roller hearth control unit 722 that receives power supplied from the power generation device 2 (inverter 37) via the power line 723, supplies power to the roller hearth 721 for conveyance operation and heating operation, and controls these operations. When,
(71g) A heat exchange pipe 731 that transfers heat supplied from the power generation device 2 (heat exchange unit 34) to the atmosphere chamber and heats the steel material or assists the heating operation by the roller hearth 721 is provided.

一方、発電装置2は、構成や機能の点で図2のものと同様であり、また、態様によっては、発電システム1として捉えられる場合のあることも同様である。ただし、図9において、水素除去ユニット32は、燃料電池ユニット3から排出されるオフガスから水素ガス分を除去した残りの窒素ガスを、混合・分配器711に供給している。さらに、その一方で分離した水素ガスを、分配器35を介して発電用の燃料として再利用させている。   On the other hand, the power generation device 2 is the same as that of FIG. 2 in terms of configuration and function, and it is also the same that the power generation device 2 may be regarded as the power generation system 1 depending on the mode. However, in FIG. 9, the hydrogen removal unit 32 supplies the remaining nitrogen gas obtained by removing the hydrogen gas component from the off-gas discharged from the fuel cell unit 3 to the mixer / distributor 711. Further, on the other hand, the separated hydrogen gas is reused as power generation fuel via the distributor 35.

また、水素除去ユニット32は、分離した水素ガスを、還元ガスとして利用させるべく混合・分配器711に供給してもよい。さらに、ガス改質ユニット31で生成された水素ガスの一部が、分配器35を介して混合・分配器711に供給されることも好ましい。   The hydrogen removal unit 32 may supply the separated hydrogen gas to the mixer / distributor 711 so as to be used as a reducing gas. Furthermore, it is also preferable that a part of the hydrogen gas generated by the gas reforming unit 31 is supplied to the mixing / distributing device 711 via the distributor 35.

以上に述べたような構成によって、発電装置2は図9(B)に示すように、雰囲気炉71が必要とする形態のエネルギー(電力、熱)や物質(窒素、水素)を、まとめて若しくは一括して雰囲気炉71に適宜供給することができる。その結果、より安定した且つ供給コストの上昇を抑えた供給体制を容易に構築することが可能となるのである。   With the configuration described above, the power generation apparatus 2 collects energy (electric power, heat) and substances (nitrogen, hydrogen) in a form required by the atmospheric furnace 71 as shown in FIG. They can be supplied to the atmosphere furnace 71 as appropriate in a lump. As a result, it is possible to easily construct a supply system that is more stable and suppresses an increase in supply cost.

また、特に、雰囲気炉71では通常、電力、不活性ガス(窒素ガス)や、水素ガス(還元ガス)を多量に消費するので、それらの調達には膨大なコストがかかる。これに対し、発電装置2によれば、この調達コストを大幅に削減することも可能となるのである。   In particular, the atmosphere furnace 71 usually consumes a large amount of electric power, inert gas (nitrogen gas), and hydrogen gas (reducing gas), and therefore, procurement thereof requires enormous costs. On the other hand, according to the electric power generating apparatus 2, this procurement cost can be significantly reduced.

なお、発電装置2(発電システム1)の他の実施形態として、ここでも燃料電池30への水素ガスの供給元として、ガス改質ユニット31に代えて又は同ユニット31とともに、電気分解ユニット42(図1,図8)が設けられることも好ましい。さらに、この電気分解ユニット42は、電気分解用の電力として、外部若しくは内部に設置された太陽電池ユニット41(図1)若しくは蓄電池からの電力、又は商用電力を利用することも好ましい。また、燃料電池30による電力生成の際に発生する熱を、この太陽電池ユニット41に伝達する電解熱伝達部としての熱交換器が設けられてもよい。   As another embodiment of the power generation apparatus 2 (power generation system 1), the hydrogen gas supply source to the fuel cell 30 is used here instead of the gas reforming unit 31 or together with the unit 31 as well as the electrolysis unit 42 ( 1 and 8) are also preferably provided. Further, the electrolysis unit 42 preferably uses, as electrolysis power, power from the solar cell unit 41 (FIG. 1) or storage battery installed outside or inside, or commercial power. Further, a heat exchanger may be provided as an electrolytic heat transfer unit that transfers heat generated during power generation by the fuel cell 30 to the solar cell unit 41.

さらに、ガス改質ユニット31から燃料電池30に導入される水素(H)と、同じく燃料電池30に導入される空気中の酸素(O)とのモル比を2よりも大きな値に設定し(すなわち燃料電池30内で水素過多とし)、空気における残りの窒素と、反応過多分の水素との混合ガスがオフガスとして排出されるようにすることも好ましい。この混合ガスにおいて酸素ガス分は概ねゼロとなっている。ちなみに、このようなモル比の調整は、制御部20による指示に従い分配器35によって実施されてもよい。 Furthermore, the molar ratio of hydrogen (H 2 ) introduced from the gas reforming unit 31 to the fuel cell 30 and oxygen (O 2 ) in the air also introduced into the fuel cell 30 is set to a value larger than 2. However, it is also preferable that the mixed gas of the remaining nitrogen in the air and the excessive hydrogen in the air is discharged as off-gas (that is, excessive hydrogen in the fuel cell 30). In this mixed gas, the oxygen gas content is substantially zero. Incidentally, such adjustment of the molar ratio may be performed by the distributor 35 in accordance with an instruction from the control unit 20.

次いでさらに、この窒素及び水素の混合ガスから水素除去ユニット32で水素ガス分を除去することによって、純度の高い窒素ガスを雰囲気炉71へ送り込むことができる。除去された水素ガス分は、配管を通し分配機35によって燃料電池ユニット3に送られ、燃料電池30の燃料として再利用されてもよい。   Then, further, by removing the hydrogen gas content from the mixed gas of nitrogen and hydrogen by the hydrogen removal unit 32, high purity nitrogen gas can be sent into the atmosphere furnace 71. The removed hydrogen gas component may be sent to the fuel cell unit 3 through the pipe and by the distributor 35 and reused as the fuel of the fuel cell 30.

ちなみに、燃料電池30としては、本実施形態の場合、発電効率が高く非常に高い電池反応温度(約700〜約1000℃)を有するSOFC方式の燃料電池を採用することも好ましい。この場合、この高温の反応熱を、熱交換ユニット34を用いて回収し、熱交換管731を介して雰囲気炉内に伝達することによって、ローラハース721による熱処理の際にベースとなる温度を十分に上げておいてもよい。これにより、雰囲気炉71における省電力化を達成することが可能となるのである。   Incidentally, as the fuel cell 30, in the case of the present embodiment, it is also preferable to employ a SOFC type fuel cell having a high power generation efficiency and a very high cell reaction temperature (about 700 to about 1000 ° C.). In this case, this high-temperature reaction heat is recovered using the heat exchange unit 34 and transferred to the atmosphere furnace via the heat exchange pipe 731, so that the base temperature during the heat treatment by the roller hearth 721 is sufficiently increased. It may be raised. Thereby, it is possible to achieve power saving in the atmosphere furnace 71.

次に、本発明に係る雰囲気炉71特有の特徴を説明する。従来、雰囲気熱処理炉では、以下の3つが重要な課題となってきた。
(ア)雰囲気熱処理炉でも安定した大電力が必要となる。例えば、停電や火力発電設備等の故障等によって電力の供給が停止した場合でも、製造中の鋼鉄材を棄損せずに済むような対策が必要となる。
(イ)熱処理中の鋼鉄材における鉄(Fe)の酸化や、炭素(C)の酸化・脱炭を極力回避しなければならない。
Next, features unique to the atmosphere furnace 71 according to the present invention will be described. Conventionally, in the atmosphere heat treatment furnace, the following three have been important issues.
(A) Stable high power is required even in an atmospheric heat treatment furnace. For example, even when the supply of electric power is stopped due to a power failure or failure of a thermal power generation facility or the like, it is necessary to take measures to prevent the steel material being manufactured from being destroyed.
(B) Oxidation of iron (Fe) and oxidation / decarburization of carbon (C) in steel materials during heat treatment must be avoided as much as possible.

最初に、上記課題(ア)についてであるが、雰囲気炉71は勿論、商用電力や併設された火力発電設備を必要とせずに、又はそれらとは別に、燃料電池ユニット3から電力線723を介して大電力を受け取ることができる。また、同じく燃料電池ユニット3から熱交換管731を介して大量の熱を受け取り、高温の熱処理に必要となる熱量のうちの相当な分を確保している。このように、雰囲気炉71はこの課題(ア)を確実に解決しているのである。   First, regarding the above-mentioned problem (A), the atmosphere furnace 71 is, of course, without the need for commercial power or an installed thermal power generation facility, or separately from the fuel cell unit 3 via the power line 723. Can receive large power. Similarly, a large amount of heat is received from the fuel cell unit 3 through the heat exchange pipe 731, and a considerable amount of heat necessary for high-temperature heat treatment is secured. Thus, the atmospheric furnace 71 reliably solves this problem (a).

次いで、上記課題(イ)についてであるが、例えば700℃を超える高温環境では、ステンレス材であっても酸化の無視できないことが公知である。実際、これ以上の高温になると、酸素分圧を完全にゼロにすることは現実的に不可能であることから、窒素ガス雰囲気を生成するだけでは、鉄鋼材の酸化・脱炭を抑制することは困難となっている。   Next, as for the above problem (A), it is known that oxidation is not negligible even in a high-temperature environment exceeding 700 ° C. even for a stainless steel material. In fact, at higher temperatures, it is practically impossible to completely reduce the oxygen partial pressure to zero. Therefore, only the generation of a nitrogen gas atmosphere suppresses oxidation and decarburization of steel materials. Has become difficult.

これに対し、雰囲気炉71は、混合・分配器711によって雰囲気室内に窒素及び水素の混合ガスを供給することができる。すなわち、雰囲気室内を、窒素ガスによる不活性雰囲気だけでなく、水素ガスによる還元雰囲気で満たすことが可能となっている。このように、雰囲気炉71はこの課題(イ)も確実に解決しているのである。ちなみに、鉄鋼材の酸化をより確実に阻止するため、混合・分配器711が、水蒸気や二酸化炭素等の酸素原子を含む分子気体成分を除去する機能を有していることも好ましい。   In contrast, the atmosphere furnace 71 can supply a mixed gas of nitrogen and hydrogen into the atmosphere chamber by the mixer / distributor 711. That is, the atmosphere chamber can be filled not only with an inert atmosphere with nitrogen gas but also with a reducing atmosphere with hydrogen gas. As described above, the atmosphere furnace 71 reliably solves this problem (A). Incidentally, it is also preferable that the mixer / distributor 711 has a function of removing molecular gas components including oxygen atoms such as water vapor and carbon dioxide in order to more reliably prevent oxidation of the steel material.

勿論、雰囲気炉71は、混合・分配器711によって雰囲気室内に窒素ガスのみを供給することも可能である。この場合、上述したような鉄鋼材の酸化を抑制するため、窒素ガス中の酸素ガス分を概ね完全に除去し、窒素ガスの純度を極力高める必要がある。本実施形態では、上述したように発電装置2において、燃料電池30に導入される水素(H)と酸素(O)とのモル比を2よりも大きな値に設定し、さらに、このオフガスから水素除去ユニット32で水素ガス分を除去することによって純度の高い窒素ガスを雰囲気炉71へ送り込むことも可能である。 Of course, the atmosphere furnace 71 can supply only nitrogen gas into the atmosphere chamber by the mixer / distributor 711. In this case, in order to suppress the oxidation of the steel material as described above, it is necessary to remove the oxygen gas content in the nitrogen gas almost completely and to increase the purity of the nitrogen gas as much as possible. In the present embodiment, as described above, in the power generation device 2, the molar ratio of hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) introduced into the fuel cell 30 is set to a value larger than 2, and this off-gas is further reduced. It is also possible to send high-purity nitrogen gas to the atmospheric furnace 71 by removing the hydrogen gas component from the hydrogen removal unit 32.

また変更態様となるが、図3を用いて説明したように、酸素除去ユニット33において、オフガス中の酸素を、ガス改質ユニット31で生成された水素ガスの一部と触媒反応又は燃焼反応させ、水として除去することも好ましい。   In addition, as described with reference to FIG. 3, as described with reference to FIG. 3, in the oxygen removal unit 33, oxygen in the off-gas is caused to undergo a catalytic reaction or combustion reaction with part of the hydrogen gas generated by the gas reforming unit 31. It is also preferable to remove it as water.

さらに、発電装置2における他の実施形態として、外部若しくは内部に設置された太陽電池ユニット41(図1)からの電力、蓄電ユニット51(図1)からの電力、又は商用電力を用い、供給された水又は水蒸気を電気分解して水素を生成する電気分解ユニット42(図1,図8)が設けられていることも好ましい。また、燃料電池40による電力生成の際に発生する熱を、この電気分解ユニット42に伝達する電解熱伝達部としての熱交換ユニット34(図1)が更に設けられていてもよい。   Further, as another embodiment of the power generation device 2, the power is supplied by using power from the solar cell unit 41 (FIG. 1) installed outside or inside, power from the power storage unit 51 (FIG. 1), or commercial power. It is also preferable that an electrolysis unit 42 (FIGS. 1 and 8) for generating hydrogen by electrolyzing water or water vapor is provided. Further, a heat exchange unit 34 (FIG. 1) may be further provided as an electrolytic heat transfer unit that transfers heat generated when the fuel cell 40 generates power to the electrolysis unit 42.

以下、最後に、本発明に係る供給先装置又はシステムの例として、病院関係システム(図10)及び水耕栽培システム(図11)の説明を行う。   Hereinafter, finally, a hospital-related system (FIG. 10) and a hydroponics system (FIG. 11) are demonstrated as an example of the supply destination apparatus or system which concerns on this invention.

[病院関係システム]
図10は、本発明による発電装置(システム)、及び供給先システムとしての病院関連システムの一実施形態を説明するための模式図である。
[Hospital system]
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining an embodiment of a power generation apparatus (system) according to the present invention and a hospital-related system as a supply destination system.

図10によれば、後述するオートクレーブ81等を含む供給先システム(病院関連システム)としての病院(医療サービス提供機関)8が、本発明による発電システム1から、必要とされるエネルギー及び物質を供給されている。本実施形態では、発電システム1は、
(1a)太陽電池ユニット41と、
(1b)太陽電池ユニット41で生成される電力を用いて電気分解を行う電気分解ユニット42と、
(1c)電気分解ユニット42で生成される酸素ガスを保存する酸素タンクと、
(1d)電気分解ユニット42で生成される水素ガスを保存する高圧型水素タンク及び低圧型水素タンクと、
(1e)このような水素タンクから取得される水素を用いて発電を行う燃料電池ユニット3と、
(1f)燃料電池ユニット3のオフガスから水素ガス分を除去する水素除去ユニット32と、
(1g)水素除去ユニット32で生成される窒素ガスを保存する窒素タンクと、
(1h)燃料電池ユニット3で生成される純水を保存する純水タンクと、
(1i)燃料電池ユニット3で発生する熱を回収する熱交換ユニット34と
を備えている。
According to FIG. 10, a hospital (medical service providing organization) 8 as a supply destination system (hospital-related system) including an autoclave 81 and the like to be described later supplies necessary energy and substances from the power generation system 1 according to the present invention. Has been. In the present embodiment, the power generation system 1 is
(1a) solar cell unit 41;
(1b) an electrolysis unit 42 that performs electrolysis using electric power generated by the solar cell unit 41;
(1c) an oxygen tank for storing oxygen gas generated by the electrolysis unit 42;
(1d) a high-pressure hydrogen tank and a low-pressure hydrogen tank that store the hydrogen gas generated by the electrolysis unit 42;
(1e) a fuel cell unit 3 that generates power using hydrogen obtained from such a hydrogen tank;
(1f) a hydrogen removal unit 32 for removing hydrogen gas from the off-gas of the fuel cell unit 3;
(1g) a nitrogen tank for storing the nitrogen gas produced by the hydrogen removal unit 32;
(1h) a pure water tank for storing pure water produced by the fuel cell unit 3;
(1i) A heat exchange unit 34 that recovers heat generated in the fuel cell unit 3 is provided.

ちなみに、これらの構成要素(1a)〜(1i)が1つの装置内に備えられ、発電装置2として捉えられる形態であってもよい。また、病院8が、これらの構成要素(1a)〜(1i)をも含み、1つのシステムとして把握される形態もとることができる。なお、高圧型水素タンク及び低圧型水素タンクは、燃料電池30の電池方式や発電形態に応じて併用したり使い分けたりすることができ、又は予め一方のみ配備されてもよい。   Incidentally, a configuration in which these components (1a) to (1i) are provided in one apparatus and can be regarded as the power generation apparatus 2 may be employed. Moreover, the hospital 8 can also take the form grasped as one system also including these structural elements (1a)-(1i). Note that the high-pressure type hydrogen tank and the low-pressure type hydrogen tank can be used in combination or used according to the battery system and power generation mode of the fuel cell 30, or only one of them may be provided in advance.

病院8には、燃料電池ユニット3から電力線を介して電力が供給され、窒素タンクから窒素供給管を介して窒素ガスが供給され、酸素タンクから酸素供給管を介して酸素ガスが供給され、純水タンクから純水供給管を介して純水が供給され、熱交換ユニット34から熱交換管を介して熱が供給される。病院8では、これらの供給されたエネルギーや物質が、後述するオートクレーブ81といった院内装置・設備に分配されて利用されるのである。また、必要であれば、水素除去ユニット32から水素供給管を介して水素ガスが病院8へ供給されてもよい。   Electric power is supplied to the hospital 8 from the fuel cell unit 3 through the power line, nitrogen gas is supplied from the nitrogen tank through the nitrogen supply pipe, and oxygen gas is supplied from the oxygen tank through the oxygen supply pipe. Pure water is supplied from the water tank via the pure water supply pipe, and heat is supplied from the heat exchange unit 34 via the heat exchange pipe. In the hospital 8, these supplied energy and substances are distributed and used for in-hospital devices / equipment such as an autoclave 81 described later. If necessary, hydrogen gas may be supplied from the hydrogen removal unit 32 to the hospital 8 through a hydrogen supply pipe.

ここで、窒素ガス、水素ガスや、酸素ガスはタンクに保存されることも好ましい。例えば、太陽電池ユニット41が発電可能な昼間に水素ガスを水素タンクに貯蔵し、次いで夜間に、この貯蔵した水素ガスを利用して燃料電池ユニット3で発電を行って、同じく夜間に稼働させる病院8内の装置・設備に、電力、窒素ガスや熱等を供給してもよい。   Here, it is also preferable that nitrogen gas, hydrogen gas, and oxygen gas are stored in a tank. For example, a hospital in which hydrogen gas is stored in a hydrogen tank in the daytime when the solar cell unit 41 can generate power, and then the fuel cell unit 3 generates power using the stored hydrogen gas at night and is also operated at night. Electric power, nitrogen gas, heat, or the like may be supplied to the devices and equipment in 8.

また、燃料電池ユニット3での発電も昼間に行っておき、生成した電力を蓄電ユニット51(図1)に蓄電し、生成した窒素ガスを窒素タンクに貯蔵し、さらに、発生させた熱を蓄熱ユニット52(図1)に蓄熱して、次いで、夜間にこれらのエネルギー・物質を病院8に供給することも可能である。   Further, the fuel cell unit 3 also generates electricity in the daytime, stores the generated power in the power storage unit 51 (FIG. 1), stores the generated nitrogen gas in a nitrogen tank, and further stores the generated heat as heat storage. It is also possible to store heat in the unit 52 (FIG. 1) and then supply these energy / materials to the hospital 8 at night.

特に、病院8においては、停電等によって商用電力が停止した際にも、緊急の手術を行う等、継続して電力が供給されなければならない。本実施形態によれば、例えば日頃、病院8の広い屋上スペースに設置された太陽電池ユニット41と電気分解ユニット42とを利用して、水素タンクに水素ガスを備蓄しておき、例えば、緊急時に燃料電池ユニット3を稼働させて院内装置・設備に電力を供給することができる。もちろん、通常時においても商用電力を補完する形で電力提供が可能である。この場合、当然に院内装置・設備における省商用電力化も実現する。   In particular, in the hospital 8, when commercial power is stopped due to a power failure or the like, power must be continuously supplied, for example, by performing an emergency operation. According to the present embodiment, for example, hydrogen gas is stored in the hydrogen tank by using the solar cell unit 41 and the electrolysis unit 42 installed in a wide roof space of the hospital 8, for example, in an emergency. The fuel cell unit 3 can be operated to supply power to the in-hospital apparatus / equipment. Of course, it is possible to provide power in a form that complements commercial power even during normal times. In this case, as a matter of course, commercial power saving in the in-hospital apparatus / equipment can be realized.

また、病院8では通常、室内の暖房や温水供給のために熱(熱源)も必要となる。本実施形態では、熱交換ユニット34から熱交換管を介してこのような熱(熱源)を提供することが可能となる。   In addition, the hospital 8 usually requires heat (heat source) for room heating and hot water supply. In the present embodiment, such heat (heat source) can be provided from the heat exchange unit 34 via the heat exchange tube.

さらに、病院8においては、患者が吸うガスとして、症例に合わせた混合比を有する純酸素と純窒素との混合ガス(人工空気)が必要となる。本実施形態によれば、水素除去ユニット32より窒素ガスを受け取った窒素タンクから、純窒素に近いガスを提供することができる。また、電気分解ユニット42より酸素ガスを受け取った酸素タンクから純酸素(に近い)ガスを提供可能となっている。   Furthermore, in the hospital 8, a mixed gas (artificial air) of pure oxygen and pure nitrogen having a mixing ratio according to the case is required as the gas sucked by the patient. According to this embodiment, a gas close to pure nitrogen can be provided from the nitrogen tank that has received the nitrogen gas from the hydrogen removal unit 32. In addition, pure oxygen gas can be provided from an oxygen tank that has received oxygen gas from the electrolysis unit 42.

また、医療機関に特有の事情として、病院8では、各診療部門において様々な医療行為の場面で、逆浸透膜(RO膜,Reverse Osmotic membrane)を用いて製造した純水(RO水)が広く用いられる。本実施形態によれば、燃料電池ユニット3より純水(水蒸気)を受け取った純水タンクから、RO水の原料となる、又はRO水を補完する純水を提供することができる。   In addition, as a situation peculiar to medical institutions, in hospital 8, pure water (RO water) manufactured using a reverse osmotic membrane (RO membrane) is widely used in various medical departments in various medical practices. Used. According to the present embodiment, pure water that is a raw material of RO water or supplements RO water can be provided from a pure water tank that has received pure water (water vapor) from the fuel cell unit 3.

さらに、燃料電池ユニット3から供給される純水(水蒸気)は、病院8の手術室、外来診療室や、病棟等から回収された各種器材を洗浄したりすすいだりするための洗浄水やすすぎ水として使用可能である。また、オートクレーブ81でのクリーン蒸気用原水として使用されてもよい。   Furthermore, pure water (water vapor) supplied from the fuel cell unit 3 is used as washing water and rinsing water for washing and rinsing various equipment collected from the operating room, outpatient clinic, hospital ward, etc. of the hospital 8. Can be used as Further, it may be used as raw water for clean steam in the autoclave 81.

ここで、オートクレーブとは、加熱された水の中で、又は当該加熱された水から生成された水蒸気の雰囲気で、対象物を洗浄及び/又は滅菌する高圧蒸気滅菌器である。例えば、最初に予備真空工程として、対象物の入った洗浄・滅菌室の残留空気を真空ポンプによって排出し、その後、純水から生成した高温のクリーン水蒸気を導入して、洗浄・滅菌室内に水蒸気の高温・高圧状態を形成し、対象物の洗浄及び/又は滅菌を行う。   Here, the autoclave is a high-pressure steam sterilizer that cleans and / or sterilizes an object in heated water or in an atmosphere of water vapor generated from the heated water. For example, as a preliminary vacuum process, the residual air in the cleaning / sterilization chamber containing the object is first discharged by a vacuum pump, and then high-temperature clean steam generated from pure water is introduced, and steam is introduced into the cleaning / sterilization chamber. The object is washed and / or sterilized.

このオートクレーブ81に対し、発電システム1は、クリーン水蒸気の原料となる純水と、この純水を加熱してクリーン水蒸気を生成するためのヒータを稼働させたり真空ポンプを駆動させたりする電力とを、まとめて又は一括して提供することができるのである。また当然に、オートクレーブ以外の純水を取り扱う装置に対しても、発電システム1は、少なくとも純水と装置稼働のための電力とを、まとめて又は一括して提供可能となっている。   For this autoclave 81, the power generation system 1 supplies pure water as a raw material for clean water vapor, and electric power for operating the heater for driving the pure water to generate clean water vapor and driving a vacuum pump. They can be provided together or in bulk. Naturally, the power generation system 1 can also provide at least pure water and electric power for operating the apparatus collectively or collectively for apparatuses that handle pure water other than the autoclave.

さらに、燃料電池ユニット3から供給される純水(水蒸気)は、病院8において、薬剤調整水、器具洗浄水や、透析用水等として、又はそれらの原料として使用することもできる。ちなみに、病院8で使用される以上に説明したような純水は、その用途に応じて所定の水質基準が定められており、燃料電池ユニット3から純水(水蒸気)を供給するにしても、その純水(水蒸気)に対し、さらに所定の処理を実施し当該基準を満たす水質にした上で提供することになる。例えば、透析用水は、所定のISO基準に準拠した純水でなければならず、特に、エンドトキシンやクロラミン等を除去して透析患者の合併症発症を阻止すべく、硬水軟化処理や限外ろ過処理等の処理を必要とする。   Furthermore, the pure water (steam) supplied from the fuel cell unit 3 can be used in the hospital 8 as chemical adjustment water, instrument washing water, dialysis water, or the like, or as a raw material thereof. Incidentally, pure water as described above used in the hospital 8 has a predetermined water quality standard according to its use, and even if pure water (steam) is supplied from the fuel cell unit 3, The pure water (water vapor) is further provided with a predetermined treatment so that the water quality meets the standard. For example, the dialysis water must be pure water that complies with the prescribed ISO standards. In particular, hard water softening treatment or ultrafiltration treatment is performed in order to remove endotoxin, chloramine, etc. and prevent complications in dialysis patients. Etc. are required.

以上説明したような発電装置2と病院8とに関係する技術事項をまとめると、以下の通りとなる。
[技術事項1]
電力、水及び窒素を使用してサービスを提供する、又は製品を生産する装置、設備又は建造物に対し、当該電力、当該水及び当該窒素を供給する発電装置であって、
供給された燃料と空気とを用いて当該電力を生成し、排ガス及び水を排出する燃料電池を含む発電部と、
当該排ガスの少なくとも一部から、窒素以外の成分を除去又は低減し、前記医療用装置、設備又は建造物に当該窒素を供給する窒素供給部と、
排出された当該水の少なくとも一部を、前記装置、設備又は建造物に供給する水供給部と
を備えていることを特徴とする発電装置。
[技術事項2]
当該電力、当該水及び当該窒素を提供する対象である前記装置、設備又は建造物は、医療用装置、医療用設備又は病院であることを特徴とする技術事項1に記載の発電装置。
[技術事項3]
加熱された水の中で、又は当該加熱された水から生成された水蒸気の雰囲気で、対象物を洗浄及び/又は滅菌する機器に対し、当該機器で使用される電力を供給する発電装置であって、
供給された燃料と酸素を含む気体とを用いて少なくとも当該電力を生成し、水を排出する燃料電池を含む発電部と、
排出された当該水の少なくとも一部を、当該加熱された水の原料として前記機器に供給する水供給部と
を備えていることを特徴とする発電装置。
[技術事項4]
技術事項3に記載された発電装置を備えた高圧蒸気滅菌器。
The technical items related to the power generation device 2 and the hospital 8 as described above are summarized as follows.
[Technical matter 1]
A power generation device that supplies power, water and nitrogen to a device, facility or building that uses electric power, water and nitrogen to provide services or produce products,
A power generation unit including a fuel cell that generates the electric power using the supplied fuel and air and discharges exhaust gas and water;
A nitrogen supply unit that removes or reduces components other than nitrogen from at least a part of the exhaust gas and supplies the nitrogen to the medical device, facility, or building;
A power generation apparatus comprising: a water supply unit that supplies at least a part of the discharged water to the apparatus, facility, or building.
[Technical matter 2]
2. The power generation device according to Technical Item 1, wherein the device, facility, or building that is a target for providing the electric power, the water, and the nitrogen is a medical device, a medical facility, or a hospital.
[Technical matter 3]
This is a power generation device that supplies electric power used by a device for cleaning and / or sterilizing an object in heated water or in an atmosphere of water vapor generated from the heated water. And
A power generation unit including a fuel cell that generates at least the electric power using the supplied fuel and a gas containing oxygen and discharges water;
A power generation apparatus comprising: a water supply unit that supplies at least a part of the discharged water to the device as a raw material of the heated water.
[Technical matter 4]
A high-pressure steam sterilizer equipped with the power generation device described in Technical Item 3.

[水耕栽培システム]
図11は、本発明による発電装置(システム)、及び供給先システムとしての水耕栽培システムの一実施形態を説明するための模式図である。
[Hydroculture system]
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining an embodiment of a power generation device (system) according to the present invention and a hydroponic cultivation system as a supply destination system.

図11に示した実施形態によれば、先に図1を用いて説明した発電装置2(発電システム1)が、水耕栽培システム9に、電力、熱、窒素ガス、水素ガス、水(純水)、二酸化炭素ガスを供給している。ちなみに、本実施形態の発電装置2は、図1に示した諸構成ユニットに加えて、後述する雨水回収ユニット43を備えている。   According to the embodiment shown in FIG. 11, the power generation device 2 (power generation system 1) described above with reference to FIG. 1 is supplied to the hydroponic cultivation system 9 with electric power, heat, nitrogen gas, hydrogen gas, water (pure Water) and carbon dioxide gas. Incidentally, the power generator 2 of the present embodiment includes a rainwater recovery unit 43 to be described later in addition to the components shown in FIG.

この水耕栽培スステム9は、
(9a)薬草や野菜等の植物の水耕栽培を可能とする栽培台911と、光合成光源としてのLED照明装置912とを備えた水耕栽培ユニット91と、
(9b)浄化ユニット93及び窒素固定化ユニット92と、
(9c)肥料化ユニット94と
を備えている。
This hydroponics stem 9
(9a) A hydroponic cultivation unit 91 including a cultivation table 911 that enables hydroponic cultivation of plants such as medicinal herbs and vegetables, and an LED illumination device 912 as a photosynthesis light source,
(9b) a purification unit 93 and a nitrogen fixing unit 92;
(9c) A fertilizer unit 94 is provided.

このうち、水耕栽培ユニット91は、
(9a1)発電装置2から受け取った二酸化炭素ガスによって、植物の生育に適した二酸化炭素リッチな環境を生成し、
(9a2)その環境で、同じく発電装置2から供給された水を利用して、栽培台911で必要となる栽培水を確保し、
(9a3)発電装置2から受け取った熱によって、二酸化炭素リッチな環境及び栽培水における気温及び水温を、植物の生育に適したものに制御し、
(9a4)発電装置2から供給された電力によってLED照明装置912を駆動させ、栽培対象植物の生育に適した波長帯域及び強度変化を有する照明光を実現する。
Among these, hydroponics unit 91 is
(9a1) The carbon dioxide gas received from the power generation device 2 generates a carbon dioxide rich environment suitable for plant growth,
(9a2) In that environment, the water supplied from the power generation device 2 is used to secure the cultivation water required for the cultivation table 911,
(9a3) By the heat received from the power generation device 2, the temperature and water temperature in the carbon dioxide rich environment and cultivation water are controlled to be suitable for plant growth,
(9a4) The LED illumination device 912 is driven by the electric power supplied from the power generation device 2 to realize illumination light having a wavelength band and intensity change suitable for the growth of the plant to be cultivated.

また、窒素固定化ユニット92は、発電装置2から窒素ガス(又はオフガス)を受け取り、さらに発電装置2から供給された水素ガス、電力及び熱を用いて、窒素ガス中の窒素分を固定する。具体的には、公知のハーバーボッシュ(Habor Bosch)法に従い、発電装置2から供給された電力及び熱を併用して窒素ガス及び水素ガスを高温(約400〜約600℃)且つ高圧(約200〜約400気圧)にし、鉄(Fe)系等の触媒の下で反応させて、アンモニア(NH)を生成することができる。 Further, the nitrogen fixing unit 92 receives nitrogen gas (or off-gas) from the power generation device 2 and further fixes the nitrogen content in the nitrogen gas using the hydrogen gas, power and heat supplied from the power generation device 2. Specifically, according to the well-known Habor Bosch method, the nitrogen gas and the hydrogen gas are heated at a high temperature (about 400 to about 600 ° C.) and a high pressure (about 200 ° C.) using the electric power and heat supplied from the power generator 2 together. To about 400 atm) and can be reacted under an iron (Fe) -based catalyst or the like to produce ammonia (NH 3 ).

従来、この窒素固定化処理は、化石燃料から水素ガスを製造することも含めると、多量の窒素及び水素のみならず大量のエネルギーを必要とする故、実施の容易ではないプロセスであった。しかしながら、本実施形態によれば、窒素固定化のための原料のみならず、必要とされる大量のエネルギーを、電力及び熱量という形で一括して又はまとめて用意して窒素固定化ユニット92に提供可能であるので、この窒素固定化処理をより容易に実施することができるのである。   Conventionally, this nitrogen fixation treatment is a process that is not easy to implement because it requires not only a large amount of nitrogen and hydrogen but also a large amount of energy, including the production of hydrogen gas from fossil fuels. However, according to the present embodiment, not only the raw material for nitrogen fixation, but also a large amount of required energy is prepared collectively or collectively in the form of electric power and heat amount, and the nitrogen fixation unit 92 is prepared. Since it can be provided, this nitrogen fixation treatment can be performed more easily.

ちなみに、窒素固定化ユニット92で使用される水素ガスは、電気分解ユニット42で生成されたものに限定されず、例えば燃料電池ユニット3のオフガスから水素除去ユニット32(図1)によって分離された水素ガスや、ガス改質ユニット31(図1)で生成された水素ガスであってもよい。勿論、これらの水素ガスがまとめて備蓄された水素タンクから取得された水素ガスとすることもできる。   Incidentally, the hydrogen gas used in the nitrogen fixing unit 92 is not limited to that generated in the electrolysis unit 42, for example, hydrogen separated from the off gas of the fuel cell unit 3 by the hydrogen removing unit 32 (FIG. 1). Gas or hydrogen gas generated by the gas reforming unit 31 (FIG. 1) may be used. Of course, it is also possible to use hydrogen gas obtained from a hydrogen tank in which these hydrogen gases are stored together.

また、浄化ユニット93は、例えば、水耕栽培ユニット91で栽培された薬草や野菜等を含めた薬や食物等を摂取した人や動物の排泄物を回収し、肥料化ユニット94における肥料製造のための原料を生成する。さらに、肥料化ユニット94は、窒素固定化ユニット92及び浄化ユニット93から、それぞれアンモニア及び肥料原料を取得し、公知の肥料サイクルの下、窒素肥料、カリ肥料及びリン酸肥料を製造する。   In addition, the purification unit 93 collects the excrement of a person or an animal who has ingested medicines or foods including medicinal herbs or vegetables cultivated in the hydroponics unit 91, and produces fertilizers in the fertilizer unit 94. To produce raw materials for. Furthermore, the fertilizer unit 94 acquires ammonia and a fertilizer raw material from the nitrogen fixation unit 92 and the purification unit 93, respectively, and produces nitrogen fertilizer, potash fertilizer, and phosphate fertilizer under a known fertilizer cycle.

ちなみに、海水が取得可能な状況であれば、肥料化ユニット94は、海水からカリウム分を取得してカリ肥料を製造してもよい。また、火成岩が取得される場合、この火成岩に含まれるカリウム分やリン酸塩分を用いてカリ肥料やリン酸肥料を製造することも可能である。   Incidentally, if the seawater can be obtained, the fertilizer unit 94 may obtain potassium content from the seawater to produce potash fertilizer. Moreover, when an igneous rock is acquired, it is also possible to manufacture a potassium fertilizer and a phosphate fertilizer using the potassium content and phosphate content which are contained in this igneous rock.

これらの製造された肥料は、製品として販売等してもよいが、例えば栽培台911へ自動的にそれらの量を調整しつつ供給することもできる。栽培台911では、供給された肥料と、発電装置2から供給された水とを原料として栽培水が生成される。ちなみに、この水の供給は、例えば水耕栽培ユニット91内での人工雨として、栽培台911の上方から滴下して行うこともできる。   Although these manufactured fertilizers may be sold as a product, for example, they can be supplied to the cultivation table 911 while automatically adjusting their amounts. In the cultivation stand 911, cultivation water is produced | generated using the supplied fertilizer and the water supplied from the electric power generating apparatus 2 as a raw material. Incidentally, this water supply can also be performed by dropping from above the cultivation table 911 as, for example, artificial rain in the hydroponic cultivation unit 91.

また、栽培台911は、発電装置2から供給された電力を用いて栽培床911aの移動装置を駆動させ、栽培水の水位と栽培対象植物の成長度合いとに合わせて、栽培床911aを上下方向に移動させてもよい。これにより、生育に適した栽培水環境が維持され、例えば根腐れ等も防止される。このような栽培床911aの上下方向位置の調整は、根菜類の薬草や野菜等を栽培する際にも有効となる。例えば、甘草(カンゾウ)は漢方薬の材料として付加価値の高い薬草であるが、通常、根が1m以上に伸長する。したがって、土の栽培では収穫に相当の労力を要し、水耕栽培でも栽培水の水位が問題となる。このような甘草でも、根の成長に合わせて栽培床911aの位置を調整することにより、十分に成長させた上で容易に収穫することが可能となるのである。   Moreover, the cultivation stand 911 drives the moving apparatus of the cultivation floor 911a using the electric power supplied from the power generation device 2, and moves the cultivation floor 911a in the vertical direction according to the water level of the cultivation water and the degree of growth of the cultivation target plant. It may be moved to. Thereby, the cultivation water environment suitable for growth is maintained, for example, root rot etc. are prevented. Such adjustment of the vertical position of the cultivation floor 911a is also effective when cultivating medicinal herbs and vegetables of root vegetables. For example, licorice is a medicinal herb with high added value as a material for Chinese herbal medicine, but the roots usually extend to 1 m or more. Therefore, soil cultivation requires considerable labor for harvesting, and the level of cultivation water becomes a problem in hydroponics. Even such licorice can be easily harvested after being sufficiently grown by adjusting the position of the cultivation bed 911a in accordance with the growth of the roots.

さらに、別の実施形態とはなるが、栽培台911内の水槽において、又は別に設置され同様に環境を調整された水槽において、プランクトンや魚の養殖を行うことも可能である。例えば、植物プランクトンを大量に栽培して発生する酸素を回収し、例えば発電装置2内に設けられた酸素タンクに備蓄してもよい。   Furthermore, although it becomes another embodiment, it is also possible to culture plankton and fish in the aquarium in the cultivation stand 911 or in the aquarium separately installed and similarly adjusted in environment. For example, oxygen generated by cultivating a large amount of phytoplankton may be collected and stored, for example, in an oxygen tank provided in the power generation device 2.

ここで、(図1を用いてすでに説明した事項ではあるが)図11に示す電気分解ユニット42(電気分解セル421)においても、本来酸素ガスの発生する正電極を炭素電極とすることによって、生成された酸素と電極の炭素とが結び付き、二酸化炭素が生成される。本実施形態では、この二酸化炭素が水耕栽培ユニット91に供給されて、栽培対象植物の成長を促進するのであるが、この炭素電極における消耗した炭素分を、育成した植物によって固定化された(例えばでんぷん等の)炭素を含めた炭素分をもって補充するリサイクルシステムを構成することも可能である。   Here, in the electrolysis unit 42 (electrolysis cell 421) shown in FIG. 11 (although already described with reference to FIG. 1), the positive electrode that originally generates oxygen gas is used as a carbon electrode. The generated oxygen and the carbon of the electrode are combined to generate carbon dioxide. In the present embodiment, the carbon dioxide is supplied to the hydroponic cultivation unit 91 to promote the growth of the plant to be cultivated, but the consumed carbon content in the carbon electrode is fixed by the grown plant ( It is also possible to configure a recycle system that replenishes with carbon content including carbon (such as starch).

さらに、図11に示した発電装置2(発電システム1)の雨水回収ユニット43は、雨も水資源として利用すべく雨水を回収し、発電装置2内の純水タンク(又は水タンク)に備蓄する。この際、回収した雨水を、
(a)濾過装置やイオン交換装置を用いてより純度の高い水にしたり、
(b)蓄電ユニット51の熱を用いて蒸留したり、
(c)窒素固定化ユニット92で生成されたアンモニアを用いてペーハー(pH)を調整したり
することによって、所定範囲の水質に調整した上で備蓄することも好ましい。
Furthermore, the rainwater collection unit 43 of the power generation apparatus 2 (power generation system 1) shown in FIG. 11 collects rainwater so that rain can be used as a water resource, and stores it in a pure water tank (or water tank) in the power generation apparatus 2. To do. At this time, the collected rainwater
(A) Using a filtering device or an ion exchange device to make the water more pure,
(B) Distilling using the heat of the electricity storage unit 51,
(C) It is also preferable to store the water after adjusting the water quality within a predetermined range by adjusting the pH (pH) using ammonia generated by the nitrogen fixing unit 92.

さらに、雨水回収ユニット43は、発電システム1の構成要素として例えば高層建築物の屋上に設置されてもよい。この場合、回収した雨水を、水管を介して地上に設置されたタンクに向けて落下させ、その途中にマイクロ水力発電装置を設けて雨水の位置エネルギーを利用した発電を行い、生成した電力を蓄電ユニット51に保存することも好ましい。   Further, the rainwater recovery unit 43 may be installed as a component of the power generation system 1, for example, on the roof of a high-rise building. In this case, the collected rainwater is dropped to a tank installed on the ground via a water pipe, and a micro hydroelectric generator is installed in the middle to generate electricity using the potential energy of rainwater, and the generated power is stored. It is also preferable to store in the unit 51.

以上、図11を用いて発電装置2(発電システム1)と水耕栽培システム9とのなす系で実施し得る様々な態様を説明した。いずれにしてもその態様によっては、発電装置2(発電システム1)と水耕栽培システム9とが、1つの人工生態系の様相を呈していることが理解される。   The various modes that can be implemented in the system formed by the power generation device 2 (power generation system 1) and the hydroponic cultivation system 9 have been described above using FIG. In any case, depending on the mode, it is understood that the power generation apparatus 2 (power generation system 1) and the hydroponic cultivation system 9 exhibit one aspect of an artificial ecosystem.

したがって例えば、本発明を利用して、外部環境から(ある程度若しくは長期にわたり)独立したエネルギー・物質サイクル体制を構築すれば、極地、孤島や、砂漠、さらには宇宙空間や衛星・惑星表面等の環境においても、所望の植物等の生産体制を敷くことが可能となるのである。いずれにしてもエネルギー・物質の生成・消費面で効率的な装置・システムが構築可能となる。   Therefore, for example, if an energy / material cycle system independent of the external environment is constructed by using the present invention (for some or a long period of time), environments such as polar regions, isolated islands, deserts, outer space, satellites / planetary surfaces, etc. In this case, it is possible to set up a production system for desired plants and the like. In any case, an efficient device / system can be constructed in terms of energy / material generation / consumption.

以上説明したような水耕栽培システム9に関係する技術事項をまとめると、以下の通りとなる。
[技術事項1]
植物を栽培するための栽培装置に対し、栽培に必要とされる電力を供給する発電装置又はシステムであって、
供給された燃料と空気とを用いて当該電力を生成し、水を排出する燃料電池を含む発電部と、
排出された当該水の少なくとも一部を、前記栽培装置又はシステムに供給する水供給部と
を備えていることを特徴とする発電装置又はシステム。
[技術事項2]
技術事項1に記載された発電装置又はシステムと、当該栽培装置とを備えた栽培システムであって、
前記発電部から排出される排ガスに含まれる窒素ガス分を固定する窒素固定化部と、
前記窒素固定化部で固定化によって生成された窒化物を用いて、前記栽培装置で使用される肥料を生成する肥料化部と
を更に備えていることを特徴とする栽培システム。
[技術事項3]
燃料及び空気を用いて発電を行う燃料電池と、水又は水蒸気を電気分解可能な電気分解装置とを用いて、窒素の固定を行う方法であって、
前記燃料電池から排出される排ガスに含まれる窒素ガスと、前記電気分解装置で生成される水素ガスとを取得し、
前記燃料電池によって生成される電力を用いて、当該窒素ガスと当該水素ガスとを、所定温度以上の温度、及び所定圧力以上の圧力を有する状態にし、
当該状態となった当該窒素ガス及び当該水素ガスを所定の触媒下で反応させる
ことを特徴とする窒素固定方法。
[技術事項4]
前記電気分解装置は、予め設置された太陽電池によって生成される電力によって水又は水蒸気を電気分解し、当該水素ガスを生成することを特徴とする技術事項3に記載の窒素固定方法。
The technical matters relating to the hydroponic cultivation system 9 as described above are summarized as follows.
[Technical matter 1]
A power generation device or system for supplying power required for cultivation to a cultivation device for cultivating a plant,
A power generation unit including a fuel cell that generates electric power using the supplied fuel and air and discharges water;
A power generation apparatus or system comprising a water supply unit that supplies at least a part of the discharged water to the cultivation apparatus or system.
[Technical matter 2]
It is a cultivation system provided with the power generation device or system described in the technical matter 1 and the cultivation device,
A nitrogen fixing part for fixing a nitrogen gas component contained in the exhaust gas discharged from the power generation part;
The cultivation system characterized by further including the fertilizer conversion part which produces | generates the fertilizer used with the said cultivation apparatus using the nitride produced | generated by the fixation by the said nitrogen fixation part.
[Technical matter 3]
A method of fixing nitrogen using a fuel cell that generates power using fuel and air, and an electrolyzer capable of electrolyzing water or water vapor,
Obtaining nitrogen gas contained in the exhaust gas discharged from the fuel cell, and hydrogen gas generated by the electrolyzer,
Using the power generated by the fuel cell, the nitrogen gas and the hydrogen gas are brought into a state having a temperature equal to or higher than a predetermined temperature and a pressure equal to or higher than a predetermined pressure.
A nitrogen fixing method comprising reacting the nitrogen gas and the hydrogen gas in the state under a predetermined catalyst.
[Technical matter 4]
4. The nitrogen fixing method according to Technical Item 3, wherein the electrolysis apparatus electrolyzes water or water vapor with electric power generated by a solar cell installed in advance to generate the hydrogen gas.

以上、本発明によれば、供給先装置又はシステムに対し、燃料電池を備えた発電部(燃料電池ユニット)で生成される電力だけではなく、当該供給先装置又はシステムで必要とされるエネルギーや物質を、まとめて若しくは一括して供給することができる。   As described above, according to the present invention, not only the power generated by the power generation unit (fuel cell unit) provided with the fuel cell but also the energy required for the supply destination device or system, Substances can be supplied in bulk or in bulk.

なお当然に、この供給先装置又はシステムは、以上に説明したものに限定されるものではない。例えば、電力によって加工用レーザを発生させ、被加工物に対し加工中に窒素ガスを吹き付けるレーザ加工装置又はシステムも、この供給先装置又はシステムに該当する。本発明によれば、特に、少なくとも大量の電力と多量の窒素ガスを要求する供給先装置・システムに対し、その要求を容易に満たすことが可能となるのである。   Of course, the supply destination apparatus or system is not limited to the one described above. For example, a laser processing apparatus or system that generates a processing laser with electric power and blows nitrogen gas on a workpiece during processing corresponds to this supply destination apparatus or system. According to the present invention, particularly, it is possible to easily satisfy the requirements for a supply destination apparatus / system that requires at least a large amount of power and a large amount of nitrogen gas.

なお、以上に述べた実施形態は全て、本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は、他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。   It should be noted that all of the embodiments described above are illustrative of the present invention and are not intended to be limiting, and the present invention can be implemented in other various modifications and changes. Therefore, the scope of the present invention is defined only by the claims and their equivalents.

1 発電システム
2 発電装置
20 制御部
3 燃料電池ユニット(発電部)
30燃料電池
31 ガス改質ユニット
32 水素除去ユニット
33、33’ 酸素除去ユニット
34 熱交換ユニット
35、35’ 分配器
351 酸素濃度計測センサ
36 空気フィルタ
37 インバータ
38 窒素タンク
41 太陽電池ユニット
421 電気分解セル
422、422’ パラボラ反射鏡
423、423’ 熱吸収管
42 電気分解ユニット
43 雨水回収ユニット
51 蓄電ユニット
52 蓄熱ユニット
53 熱電発電ユニット
6 コンビニ(コンビニエンスストア)
61、65 フライヤ
611、651 油槽
612、652 ヒータ
613、653、682、731 熱交換管
614 温度制御器
614a 温度センサ
615、723 電力線
621、654、681 窒素供給管
622 送風機
623 冷却器
631、655 水素供給管
641 コンベヤ
656 電力調整器
68 ショーケース
683 加熱照明灯
69 高温水供給器
71 雰囲気炉
711 混合・分配器
712 窒素・水素供給管
721 ローラハース
722 ローラハース制御部
8 病院
9 水耕栽培システム
91 水耕栽培ユニット
911 栽培台
911a 栽培床
912 LED照明装置
92 窒素固定化ユニット
93 浄化ユニット
94 肥料化ユニット

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power generation system 2 Power generation apparatus 20 Control part 3 Fuel cell unit (power generation part)
30 Fuel cell 31 Gas reforming unit 32 Hydrogen removal unit 33, 33 'Oxygen removal unit 34 Heat exchange unit 35, 35' Distributor 351 Oxygen concentration measurement sensor 36 Air filter 37 Inverter 38 Nitrogen tank 41 Solar cell unit 421 Electrolytic cell 422, 422 'parabolic reflector 423, 423' heat absorption pipe 42 electrolysis unit 43 rainwater recovery unit 51 power storage unit 52 heat storage unit 53 thermoelectric power generation unit 6 convenience store (convenience store)
61, 65 Flyer 611, 651 Oil tank 612, 652 Heater 613, 653, 682, 731 Heat exchange pipe 614 Temperature controller 614a Temperature sensor 615, 723 Power line 621, 654, 681 Nitrogen supply pipe 622 Blower 623 Cooler 631, 655 Hydrogen Supply pipe 641 Conveyor 656 Power regulator 68 Showcase 683 Heating lamp 69 High-temperature water supply 71 Atmospheric furnace 711 Mixing / distributor 712 Nitrogen / hydrogen supply pipe 721 Roller hearth 722 Roller hearth controller 8 Hospital 9 Hydroponic system 91 Hydroponic Cultivation unit 911 Cultivation table 911a Cultivation floor 912 LED lighting device 92 Nitrogen fixation unit 93 Purification unit 94 Fertilizer unit

Claims (19)

加熱された媒体へ被加工物を入れて加工する加工装置又はシステムに対し、当該加工に使用される電力を供給する発電装置であって、
供給された燃料と酸素を含む気体とを用いて当該電力を生成し、排ガスを排出する燃料電池を含む発電部と、
当該排ガスの少なくとも一部を、少なくとも当該被加工物の入った当該媒体の表面を覆うための不活性なガスに変換し、前記加工装置又はシステムに供給する不活性ガス供給部と
を備えていることを特徴とする発電装置。
A power generation device that supplies power used for processing to a processing device or system that puts a workpiece into a heated medium for processing,
A power generation unit including a fuel cell that generates the electric power using the supplied fuel and a gas containing oxygen and discharges exhaust gas;
An inert gas supply unit that converts at least a part of the exhaust gas into an inert gas for covering at least the surface of the medium containing the workpiece, and supplies the inert gas to the processing apparatus or system. A power generator characterized by that.
前記発電装置は、供給された材料を処理して水素ガスを生成する水素ガス生成部を更に備えており、
前記発電部は、生成された当該水素ガスの少なくとも一部を燃料として用いて当該電力を生成する
ことを特徴とする請求項1に記載の発電装置。
The power generation apparatus further includes a hydrogen gas generation unit that processes the supplied material to generate hydrogen gas,
The power generation device according to claim 1, wherein the power generation unit generates the electric power using at least a part of the generated hydrogen gas as fuel.
前記水素ガス生成部で生成された水素ガスの一部を取得して、当該水素ガスと前記発電部から排出された排ガス中の酸素ガス分とを反応させ、当該排ガスにおける酸素の含有量を低減させる又は略ゼロとする酸素除去部を更に備えていることを特徴とする請求項2に記載の発電装置。   A part of the hydrogen gas generated in the hydrogen gas generation unit is acquired, and the hydrogen gas and the oxygen gas content in the exhaust gas discharged from the power generation unit are reacted to reduce the oxygen content in the exhaust gas. The power generation device according to claim 2, further comprising an oxygen removing unit that is set to be substantially zero. 前記発電部から排出される排ガスにおける酸素の含有量を低減させるべく又は略ゼロとすべく、前記発電部に供給される水素ガスの量と、前記発電部に供給される当該酸素を含む気体の量とを制御する制御部を更に備えていることを特徴とする請求項2又は3に記載の発電装置。   In order to reduce or substantially reduce the oxygen content in the exhaust gas discharged from the power generation unit, the amount of hydrogen gas supplied to the power generation unit and the oxygen-containing gas supplied to the power generation unit The power generator according to claim 2, further comprising a control unit that controls the amount. 酸素の含有量を低減させた又は略ゼロとした排ガスにおける水素の含有量を低減させる又は略ゼロとする水素除去部を更に備えていることを特徴とする請求項4に記載の発電装置。   The power generator according to claim 4, further comprising a hydrogen removal unit that reduces or substantially reduces the hydrogen content in the exhaust gas in which the oxygen content is reduced or substantially zero. 生成された当該水素ガスの一部を、当該媒体に混入させて当該媒体の酸化を抑制するべく前記加工装置又はシステムに供給する水素供給部を更に備えていることを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載の発電装置。   3. The apparatus according to claim 2, further comprising a hydrogen supply unit that supplies a part of the generated hydrogen gas to the processing apparatus or system so as to mix a part of the generated hydrogen gas into the medium and suppress oxidation of the medium. The power generation device according to any one of 5. 前記水素ガス生成部は、外部若しくは内部に設置された太陽電池若しくは蓄電池からの電力又は商用電力を用い、供給された水又は水蒸気を電気分解して水素を生成する電気分解部を含むことを特徴とする請求項2から6のいずれか1項に記載の発電装置。   The hydrogen gas generation unit includes an electrolysis unit that generates hydrogen by electrolyzing supplied water or water vapor using electric power or commercial power from a solar cell or a storage battery installed outside or inside. The power generator according to any one of claims 2 to 6. 前記発電部による電力生成の際に発生する熱を、前記電気分解部に伝達する電解熱伝達部を更に備えていることを特徴とする請求項7に記載の発電装置。   The power generation device according to claim 7, further comprising an electrolytic heat transfer unit that transfers heat generated during power generation by the power generation unit to the electrolysis unit. 前記発電部による電力生成の際に発生する熱を、当該媒体を加熱するために使用させるべく前記加工装置又はシステムに伝達する加工熱伝達部を更に備えていることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の発電装置。   The heat generating part which transmits the heat which generate | occur | produces at the time of the electric power generation by the said electric power generation part to the said processing apparatus or system so that it may be used in order to heat the said medium is further provided. The power generation device according to any one of 8. 請求項1から9のいずれか1項に記載された発電装置を備えた、当該加工装置又はシステムであるフライヤ。   The fryer which is the said processing apparatus or system provided with the electric power generating apparatus described in any one of Claim 1 to 9. 加熱された媒体へ被加工物を入れて加工する加工装置又はシステムに対し、当該加工に使用される電力を供給する発電システムであって、
供給された燃料と酸素を含む気体とを用いて当該電力を生成し、排ガスを排出する燃料電池を含む発電部と、
当該排ガスの少なくとも一部を、少なくとも当該被加工物の入った当該媒体の表面を覆うための不活性なガスに変換し、前記加工装置又はシステムに供給する不活性ガス供給部と
を備えていることを特徴とする発電システム。
A power generation system that supplies electric power used for processing to a processing apparatus or system for processing a workpiece in a heated medium,
A power generation unit including a fuel cell that generates the electric power using the supplied fuel and a gas containing oxygen and discharges exhaust gas;
An inert gas supply unit that converts at least a part of the exhaust gas into an inert gas for covering at least the surface of the medium containing the workpiece, and supplies the inert gas to the processing apparatus or system. A power generation system characterized by that.
被加熱対象物を非酸化雰囲気で電力によって加熱して加工を行う加工装置又はシステムに対し、当該電力を供給する発電装置であって、
供給された材料を処理して水素ガスを生成する水素ガス生成部と、
生成された当該水素ガスと酸素を含む気体とを用いて当該電力を生成し、排ガスを排出する燃料電池を含む発電部と、
当該排ガスの少なくとも一部を、当該非酸化雰囲気として使用可能な不活性なガスに変換し、前記加工装置又はシステムに供給する不活性ガス供給部と、
生成された当該水素ガスの一部を、当該非酸化雰囲気として使用させるべく前記加工装置又はシステムに供給する水素供給部と
を備えていることを特徴とする発電装置。
A power generation device that supplies power to a processing device or system that heats an object to be heated with power in a non-oxidizing atmosphere and performs processing,
A hydrogen gas generation unit that processes the supplied material to generate hydrogen gas;
A power generation unit including a fuel cell that generates the electric power using the generated hydrogen gas and oxygen-containing gas and discharges exhaust gas;
An inert gas supply unit that converts at least a part of the exhaust gas into an inert gas that can be used as the non-oxidizing atmosphere, and supplies the inert gas to the processing apparatus or system;
A power generation apparatus comprising: a hydrogen supply unit configured to supply a part of the generated hydrogen gas to the processing apparatus or system so as to be used as the non-oxidizing atmosphere.
前記水素ガス生成部で生成された水素ガスの一部を取得して、当該水素ガスと前記発電部から排出された排ガス中の酸素ガス分とを反応させ、当該排ガスにおける酸素の含有量を低減させる又は略ゼロとする酸素除去部を更に備えていることを特徴とする請求項12に記載の発電装置。   A part of the hydrogen gas generated in the hydrogen gas generation unit is acquired, and the hydrogen gas and the oxygen gas content in the exhaust gas discharged from the power generation unit are reacted to reduce the oxygen content in the exhaust gas. The power generation device according to claim 12, further comprising an oxygen removing unit that is made to be substantially zero. 前記発電部から排出される排ガスにおける酸素の含有量を低減させるべく又は略ゼロとすべく、前記発電部に供給される水素ガスの量と、前記発電部に供給される当該酸素を含む気体の量とを制御する制御部を更に備えていることを特徴とする請求項12又は13に記載の発電装置。   In order to reduce or substantially reduce the oxygen content in the exhaust gas discharged from the power generation unit, the amount of hydrogen gas supplied to the power generation unit and the oxygen-containing gas supplied to the power generation unit The power generation device according to claim 12, further comprising a control unit that controls the amount. 酸素の含有量を低減させた又は略ゼロとした排ガスにおける水素の含有量を低減させる又は略ゼロとする水素除去部を更に備えていることを特徴とする請求項14に記載の発電装置。   The power generation device according to claim 14, further comprising a hydrogen removing unit that reduces or substantially reduces the hydrogen content in the exhaust gas in which the oxygen content is reduced or substantially zero. 生成された当該水素ガスの一部を、当該媒体に混入させて当該媒体の酸化を抑制するべく前記加工装置又はシステムに供給する水素供給部を更に備えていることを特徴とする請求項12から15のいずれか1項に記載の発電装置。   The apparatus further comprises a hydrogen supply unit that supplies a part of the generated hydrogen gas to the processing apparatus or system so as to mix the part of the generated hydrogen gas into the medium and suppress the oxidation of the medium. 15. The power generation device according to any one of 15. 前記発電部による電力生成の際に発生する熱を、当該被加熱対象物を加熱するために使用させるべく前記加工装置又はシステムに伝達する加工熱伝達部を更に備えていることを特徴とする請求項12から16のいずれか1項に記載の発電装置。   The apparatus further comprises a processing heat transfer unit that transmits heat generated when generating electric power by the power generation unit to the processing apparatus or system to be used for heating the object to be heated. Item 17. The power generation device according to any one of Items 12 to 16. 請求項12から17のいずれか1項に記載された発電装置を備えた、当該加工装置又はシステムである雰囲気炉。   An atmosphere furnace, which is the processing apparatus or system, comprising the power generation apparatus according to any one of claims 12 to 17. 被加熱対象物を非酸化雰囲気で電力によって加熱して加工を行う加工装置又はシステムに対し、当該電力を供給する発電システムであって、
供給された材料を処理して水素ガスを生成する水素ガス生成部と、
生成された当該水素ガスと酸素を含む気体とを用いて当該電力を生成し、排ガスを排出する燃料電池を含む発電部と、
当該排ガスの少なくとも一部を、当該非酸化雰囲気として使用可能な不活性なガスに変換し、前記加工装置又はシステムに供給する不活性ガス供給部と、
生成された当該水素ガスの一部を、当該非酸化雰囲気として使用させるべく前記加工装置又はシステムに供給する水素供給部と
を備えていることを特徴とする発電システム。

A power generation system that supplies power to a processing apparatus or system that heats an object to be heated with power in a non-oxidizing atmosphere and performs processing,
A hydrogen gas generation unit that processes the supplied material to generate hydrogen gas;
A power generation unit including a fuel cell that generates the electric power using the generated hydrogen gas and oxygen-containing gas and discharges exhaust gas;
An inert gas supply unit that converts at least a part of the exhaust gas into an inert gas that can be used as the non-oxidizing atmosphere, and supplies the inert gas to the processing apparatus or system;
A power generation system comprising: a hydrogen supply unit configured to supply a part of the generated hydrogen gas to the processing apparatus or system so as to be used as the non-oxidizing atmosphere.

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