JP3170149U - 水素エンジンを搭載した移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電と家庭用燃料電池発電システムと水素エネルギーを使用するエンジンの技術と海水や汚水を真水に変える技術を組み合わせて現在のガソリンエンジンを水素エンジンに転換する移動体を提供する。
【解決手段】船の場合は海水等を清水化し真水に変え、水タンクに貯水し、そこから先は、ソーラーパネルで発電した電気を電気分解により水タンクの水を水素に変換し、残りか半分かそのほとんどの電気を電池に充電し、電池はまた水タンクの水を電気分解し、水素エンジンを動かし、それと家庭用燃料電池発電システムの都市ガス・ＬＰガス・灯油から水素を取り出すところを無くし水素をそのまま供給し電池に電気を充電し、電気装置を動かす。
【選択図】図１

Description

本考案は、エネオスのエネファームと水素エネルギー開発研究所のエンジンとソーラー発電パネルと海水や汚水を真水に変える技術を使った考案である。

水の清水化（真水化）、概要は、飲料用等で真水が必要とされる場所の近くに淡水源（河川、湖沼）等がなく、気候等の関係で天水（雨）の利用も難しい場合、もしその場所が海辺であれば、海水を処理して淡水を作りだし、利用することが行われている。このプロセスを海水淡水化と呼ぶ。海水には約3.5%の塩分が含まれており、そのままでは飲用に適さない。飲用水とするためには塩分濃度を少なくとも0.05%以下にまで落す必要がある。海水淡水化プロセスの基本は海水からの脱塩処理である。方式は、実用化されている海水淡水化方式のうち、主に以下の二方式が利用されている。まず、１番目、多段フラッシュ法は、海水を熱して蒸発（フラッシュ）させ、再び冷やして真水にする、つまり海水を蒸留して淡水を作り出す方式である。熱効率をよくするため減圧蒸留されている。実用プラントでは多数の減圧室を組み合わせているので、多段フラッシュ方式(Multi Stage Flash Distillation)と呼ばれている。生成清水の塩分濃度は低く5ppm未満程度である。大量の淡水を作り出すことができ、海水の品質を問わないが、熱効率が大変悪く、多量のエネルギーを投入する必要がある。この方式はエネルギー資源に余裕のある中東の産油国に多く採用されており、多くの国々では飲用水のほとんどをこれら造水プラントで生産している。２番目、逆浸透法とは、海水に圧力をかけて逆浸透膜（RO膜、Reverse Osmosis Membrane）と呼ばれる濾過膜の一種に通し、海水の塩分を濃縮して捨て、淡水を漉し出す方式である。フラッシュ法よりエネルギー効率に優れている反面、RO膜が海水中の微生物や析出物で目詰まりしないよう入念に前処理する必要があること、整備にコストがかかること、などの難点がある。生成清水の塩分濃度は蒸留を行うフラッシュ法に比較し若干高く100ppm未満である。1990年代までは比較的小規模のものが多かった。しかし最近の日量1万トンを超える大型プラントは、世界的にみても大部分がこの形式で建設されている。RO膜は元の海水の塩分濃度が高いほど、また得ようとする淡水の塩分濃度が低いほど高い圧力をかけて濾過する必要があるが、例えば平均的な塩分3.5%の海水から日本の飲料水基準に適合する塩分0.01%の淡水を得る場合、2005年現在で最低55気圧程度が必要である。このためRO膜は圧力に耐えるよう、以下の何れかの構造で造られる。加圧にはタービンポンプやプランジャーポンプなどの高圧ポンプが使用される。飲用に際しては 、前述のとおり、海水を低温蒸発させるフラッシュ方式、常温加圧する逆浸透法ともに造水したままの清水は飲用には適さない。造水された清水は低温処理を施しただけなので殺菌しているとは言えない。飲用する場合は加熱やオゾン処理により殺菌する必要がある。味の調整は、海水から製造された淡水は、陸上の淡水と比べて溶け込んでいる物質の組成が大きく異なるため、この方式で作り出された淡水はひどく不味いと言われる。このため、生産された淡水は、ミネラル分を添加、またはイオン交換樹脂を使って一部のイオンを除去するなどして味を調整した後に給水される。自家用プラント は、原子力潜水艦、中でも戦略パトロールに赴く弾道ミサイル原子力潜水艦は、作戦中は寄港せずに海中で数ヶ月を過ごす。この間の酸素と飲料水は原子炉をエネルギー源として海水から造り出される。また原子力空母や大型艦艇の多くも海水を淡水化して需要に当てている。

ソーラーパネル（solar
panel）は、太陽電池をいくつも並べて相互接続し、パネル状にしたもの。太陽電池パネル（photovoltaic panel）、太陽電池モジュール（photovoltaic
module）とも。ソーラーパネルはさらに大きな太陽光発電システムの部品として使われ、商用や住宅用に電力を供給する。1枚のソーラーパネルが発電できる電力は限られており、通常は複数枚並べて設置する。これを太陽電池アレイと呼ぶ。太陽光発電には、ソーラーパネル群、インバータ、二次電池、それらをつなぐ配線などが必要である。太陽光発電システムは電力網と接続することもあるし、接続せずに単独で使用することもある。また、人工衛星や宇宙ステーションでもよく使われている。
ソーラーパネル上で太陽電池が相互接続されている。ソーラーパネルは太陽からの光エネルギー（光子）を使い、光起電力効果を応用して電気を発生させる。モジュールの構造を保持するのは上層の場合（表板構造）や下層の場合（基板構造）がある。よく使われるのはウェハーベースの結晶シリコンを使った太陽電池とカドミウムテルル化物またはシリコンを使った薄膜型の太陽電池である。結晶シリコンは半導体製造の原料でもある。太陽電池を実用的なものとするには、まず複数の太陽電池を電気的に相互接続し、システムの他の部分と接続しなければならない。また、製造・輸送・設置・利用の各段階で壊れないよう保護する必要がある。特に、雹（ひょう）や雨、積雪の重みが問題となる。特にウェハーベースの太陽電池は脆いので注意が必要である。湿気が内部に入り込むと金属の配線や接続部分が腐食する危険性があり、薄膜型の太陽電池や透明導電性薄膜層も湿気に弱いため、注意しないと性能低下や寿命短縮に繋がる。ソーラーパネルは硬いものがほとんどだが、薄膜型の太陽電池を使ったものは柔軟性のあるものもある。必要な電圧を確保するため、直列に太陽電池を接続し、電流を確保するためにそれらをさらに並列に接続する。一部または全部が影に入ったり、夜になると電流の逆流が起きることがある。それを防ぐため、別途ダイオードを使うこともある。単結晶シリコンの太陽電池のpn接合は光が当たっていないときに逆電流を生じさせる特性があるが、これは不要である。逆電流は単に電力を無駄に消費するだけでなく、太陽電池が熱を持つという問題もある。太陽電池は高温になるほど効率が低下するため
、ソーラーパネルはなるべく熱を持たないのが望ましい。冷却を考慮した設計のソーラーパネルはほとんどないが、設置する際に背面から放熱できるようにするなどの工夫をすることが望ましい。最近のソーラーパネルには、レンズまたは鏡を使って太陽光をより小さな太陽電池に集める集光装置を採用したデザインのものもある。単位面積当たりの単価が高い太陽電池（ヒ化ガリウムを使ったものなど）を使って比較的安価なソーラーパネルを作ることができる。ソーラーパネルの構成によっては様々な波長の光で発電できるが、一般に太陽光のあらゆる波長をカバーすることはできない（特に紫外線、赤外線、間接光など）。つまり太陽光エネルギーの大部分を捨てていることになる。ソーラーパネルは適切な単色光を照射したとき最も効率がよい。そこで、太陽光を複数の波長に分け、それぞれのビームをその波長が得意な太陽電池に当てるという仕組みのソーラーパネルが提案されている。また、赤外線を中心として発電できる太陽電池を使ったTPV（熱起電力）発電も提案されている。ソーラーパネルの効率を表す太陽光変換効率は、市販されているもので5%から18%となっており、一般にパネルを構成する太陽電池単独の効率より低い。結晶シリコンモジュール、薄膜モジュール、 電子回路組み込み型モジュール
がある。性能と寿命は、ソーラーパネルの性能（ワットピーク）の測定は「標準試験条件」(STC) で行われる。すなわち、放射照度1000W/m²、AM=1.5のソーラーシミュレーターを光源とし、モジュール温度25℃で試験する。電気的特性としては、公称最大出力（ワット）、公称最大出力動作電圧（ボルト）、公称最大出力動作電流（アンペア）、公称開放電圧、公称短絡電流などがある。実際のソーラーパネルの出力は、光量、温度、負荷などによって常に変化する。公称開放電圧は、ソーラーパネルに何も回路を接続しない状態で発生できる最大電圧を意味する。公称最大出力はSTCの条件下での最大出力である。ソーラーパネルは通常屋外に設置されるため、寒暖差や雨や雹に長期間さらされる。結晶シリコンモジュールの場合、10年経過で90%、25年経過で80%の出力を保証するメーカーが多い。2009年時点で全世界で、発電能力にして7.5GWのソーラーパネルが設置済みである。IMS Research は、今後さらにソーラーパネルの出荷が増えると予測している。

水素エンジン、水素燃料エンジン（すいそねんりょうエンジン hydrogen fueled
internal combustion engine）とは、水素を燃料とする内燃機関のこと。水素ガスを燃料とするため二酸化炭素を発生させない。水素は燃焼すると水となるため、究極の無公害エンジンとも言われている。日本では1970年代頃より武蔵工業大学（現東京都市大学）の古濱庄一が日本で初めて水素を燃料としたレシプロエンジンの研究に取り組んだ。大気中に窒素が存在することから、燃焼時に窒素酸化物 (NOx) が発生することは避けられないものの、通常のガソリンエンジンに比べると発生量は少ない。また、従来の燃料では発生しない過酸化水素類が発生する為、これの対処が必要となる(よって、水しか出ないクリーンなエンジンというのは誇張であり、ガソリンエンジン並の触媒による排気ガス処理が必要となる)。大気圧下の水素は体積当たりのエネルギー発生量で比較するとガソリンに劣る。そのため、燃料となる水素を圧縮する・水素吸蔵合金に蓄える、などの手法を採る必要があるが、いずれも耐久性・安全性が十分でない。水素供給を担う水素スタンドはもとより、水素自体の生産・輸送・備蓄の基盤も未整備である。

エネファーム（ENE・FARM） とは、家庭用燃料電池コージェネレーションシステムの愛称である。2008年6月25日に燃料電池実用化推進協議会 (FCCJ) が家庭用燃料電池の認知向上を推進する取り組みとして統一名称を決定した。概要 は、都市ガス・LPガス・灯油などから、改質器を用いて燃料となる水素を取り出し、空気中の酸素と反応させて発電するシステムで、発電時の排熱を給湯に利用する。なお、発電の際には水素を用いるため二酸化炭素が発生しないが、改質で水素を取り出す過程で微量の二酸化炭素が排出される。出力は発電出力750 - 1000W程度、排熱出力1000 - 1300W程度。おもに固体高分子形燃料電池 (PEFC) が使用される。長短 （メリット）、 発電で発生した排熱を直接有効利用できるため、排熱を利用しないタイプの火力発電と比べて発電時のエネルギー利用効率が高い。自宅で発電するため、送電ロスがほぼない。ガス会社によっては、専用料金メニューを用意しておりガス料金の割引を受けられる。給湯時の発電により家庭で使用する4 - 6割程度の電力量をまかなえるため、電気料金が安くなる。補助熱源機を組み合わせて使用するため、湯切れの心配がない。（デメリット）、 水蒸気改質などによる全体のエネルギー効率では火力発電に劣る。発電時の排熱で貯湯タンク内のお湯を温めるシステムであるため、貯湯タンク設置スペースが必要。ガス給湯器やエコウィルと比べると初期費用が高い。1機あたり300万円前後（前者の2つは100万円以下）。貯湯タンクのお湯が沸ききると発電を止める仕組みのため、発電量がお湯の使用量に左右される。給湯能力が高すぎるため家庭用としては過剰性能である。停電時には発電できない。仕組み は、エネファームは大きく分けて下記のような6つの装置から構成される。改質器（燃料（都市ガス・LPガス・灯油など）を水蒸気改質し、水素ガスを得る（同時に熱も発生する））。固体高分子形燃料電池スタック（改質器からの水素と空気中の酸素を反応させ、直流電力を発生させる（同時に熱も発生する））。インバータ（直流から交流への変換、系統連系に関する諸機能を司る）。熱回収装置（改質器と燃料電池スタックから熱を回収し、温水を作る）。貯湯槽（温水を貯めておく）。バックアップ熱源（貯湯槽の温水が不足になった場合に温水を供給する）。これにより、電力と熱の両方を得る。燃料の持つエネルギーの70 - 80%を利用可能とされる。コストと将来見通し2009年1月発表の機器価格は約350万円であり、140万円の補助金を差し引いて建て主の負担は200万円強となる。使用できる期間は約8年と見られている。毎年の点検・修理により最大20年間使用可能だがその度に費用もかかり、現時点での建て主の負担は大きいとされる。その一方、東京ガスなどは8年後には機器価格を100万円以下にまで引き下げる計画を示しており、将来のコストパフォーマンスの向上が期待されている。普及の動き は、2008年にモニター試験が行われた。この際はライフエル (lifuel) と呼ばれた。2009年よりエネファームの名称にて販売が開始された。住宅メーカーなどで太陽光発電などとセットで採用される例もみられる。民生用燃料電池導入支援補助金制度が開始される予定であり、燃料電池普及促進協会により2009年5月22日からの受付開始が予定されている。制度開始時の補助金額は上限140万円であるが、年々減少方向にある。2009年5月25日に荏原製作所が燃料電池事業から撤退と同時にカナダのバラード・パワー・システムズとの合弁会社「荏原バラード」も解散となった。エネファームが本格的に始動してから初の事業撤退会社となった。

調査せず

エネオスエネファームのWEB上の説明、水素エネルギー開発研究所のパンフレット、２０１１／２／１３受付ID ００００３１８７５８の電子政府への意見としてすでに公知である。

解決しようとする問題点は、ガソリンの元となる石油依存からの脱却。

本考案は、太陽光発電とエネオスエネファームの発電システムと水素エネルギーを使用するエンジンの技術と海水や汚水を真水に変える技術を組み合わせて現在のガソリンエンジンを水素エンジンに転換する。

資源である石油の使用量の大幅な削減。

図１は自動車、船、飛行機、農業機械に使用する動力となるエンジンの模式図。

車、船、飛行機、農業機械として使用する。

排出物が水なのでクリーンである。

本考案は、液化ガスから水素を抽出し電気を発生させる技術と水素エネルギーのエンジンとソーラー発電パネルと海水や汚水を真水に変える技術を使った考案である。

水の清水化（真水化）、概要は、飲料用等で真水が必要とされる場所の近くに淡水源（河川、湖沼）等がなく、気候等の関係で天水（雨）の利用も難しい場合、もしその場所が海辺であれば、海水を処理して淡水を作りだしたり、汚れた水を真水化し利用する技術である。

ソーラーパネル（solar panel）は、太陽電池をいくつも並べて相互接続し、パネル状にしたもの。

水素エンジンとは、水素燃料エンジン（すいそねんりょうエンジン hydrogen fueled internal combustion engine）とは、水素を燃料とする内燃機関のこと。

家庭用燃料電池コージェネレーションシステムは、概要 は、都市ガス・LPガス・灯油などから、改質器を用いて燃料となる水素を取り出し、空気中の酸素と反応させて発電するシステムで、発電時の排熱を給湯に利用する。

２０１１／２／１３受付ID ００００３１８７５８の電子政府への意見としてすでに公知である。

本考案は、太陽光発電と家庭用燃料電池コージェネレーションの発電システムと水素エネルギーを使用するエンジンの技術と海水や汚水を真水に変える技術を組み合わせて現在のガソリンエンジンを水素エンジンに転換する。

Claims (1)

1. 水をエネルギーとし、ソーラーパネルやバッテリーで発生させた水素を使用し、エネファームで発電し、水素エンジンで動力を動かす。
   船については、海水や汚水を真水に変える技術を使いその生成された水をエネルギーと前記の方法で動かす。