JP6096728B2 - 海水発電システム - Google Patents

Description

本発明は、発電装置であって、特に海水発電システムに関するものである。

現在、多くの先進諸国が原子力発電を使用しているが、大量の熱汚染及び核廃棄物等の問題があるため、例えば、風力発電や太陽光発電等の汚染が少ないグリーンエネルギーによる発電技術がより重要視されるようになっている。

特許文献１において、ナセルと、ベースと、タワーと、流体伝動セットとを包括する風力発電装置を掲示している。前記ナセルは、ファン本体を有している。前記ベースは、発電機セットを有して地面に固設している。前記タワーは、前記ベースと前記ナセルとの間に位置して前記ナセルを空中に支持している。前記液体伝動セットは、前記ナセルと前記ベースとに同時に跨設して前記ファン本体と前記発電機セットとを接続することで、前記ファン本体に伝動されて前記発電機セットの稼働を連動している。

また、特許文献２において、太陽光の照射を受けて発電するために用いる太陽光発電モジュールを掲示しており、前記太陽光発電モジュールは、太陽光パネル、フレーム、第一レンズ及び反射パネルを包括し、前記フレームは前記太陽光パネルに接続し、前記第一レンズは前記フレーム上に接続して前記太陽光パネル上方に形成し、前記反射パネルは固定するように前記フレームに接続して前記第一レンズと傾斜配置を呈しており、前記反射パネルによって太陽光を前記第一レンズに反射させ、前記第一レンズの光屈折を介して平行光で出力し、且つ前記太陽光パネルに照射して電力を出力している。

しかし、上述の風力発電技術の基である風力は、気候と地理的要素により、風力発電装置に安定且つ長期的に供給できるとは限らず、発生した発電量、品質及び発電時間はこれに相応して影響を受けており、太陽光発電技術も、風力発電技術と類似し、気候変動や昼夜の変化等の影響を受けるため、上述と同じ問題がある。

台湾実用新案公告第Ｍ４３７３８６号 台湾実用新案公告第Ｍ３４３７２１号

本発明の主要な目的は、周知の発電技術にある気候や地理的要因の影響を受け易く、発電量、品質及び発電時間が好ましくないという問題を解決することにある。

上述の目的を達成するため、海と隣接して設置する海水発電システムを提供し、前記海水発電システムは、海水処理装置と、沈殿装置と、分離装置と、発電装置とを包括している。前記海水処理装置は、前記海と接続して前記海から海水を取得する取水装置と、前記取水装置と接続して前記海水に対して濃縮を行うことで濃縮海水を得る濃縮装置とを包括しており、前記沈殿装置は、前記濃縮装置と連通して前記濃縮海水を流入させるために用いるチャンバと、前記チャンバ内に設置して前記濃縮海水に対して加熱することで金属酸化物の沈殿を形成する第一加熱器とを包括しており、前記分離装置は、前記沈殿装置と接続し、前記金属酸化物を加熱して金属に還元するように形成する第二加熱器を包括しており、前記発電装置は、前記金属を第一電極とし、第二電極と、前記第一電極及び前記第二電極と接触する電解質とを包括している。

そのうち、前記発電装置にある前記第一電極及び前記第二電極は、前記電解質とそれぞれ電気的化学反応を行い、前記第一電極と前記第二電極とに電位差を発生させて電力を発生している。

本発明の海水発電システムが発電に用いる資源は海水であって、風力や太陽光等のその他の資源と比べ、海水は、その量が多く且つ供給量も安定し、前記海水発電システムに継続且つ安定的に補充することができるため、前記第一電極の前記金属として継続且つ安定的に発生することから、発電資源を豊富に有しているという利点がある。また、前記海水発電システムは、海に隣接するエリアに設置するだけで、継続的に稼動して発電を行うことができ、それに引き換え、太陽光発電装置は夜間の間発電を行うことができず、風力発電装置も気候の変化に影響され易く、好ましく稼働できず、且つ地理的位置の制限も多いため、本発明に係る前記海水発電システムは、長時間持続的に給電することや地理的要素による制限が少ないという利点がある。

本発明に係る第一実施例の構成を示す模式図である。 本発明に係る第二実施例の構成を示す模式図である。

本発明の詳細な説明及び技術的内容について、図面を参照しつつ以下において説明する。

本発明に係る第一実施例の構成を示す模式図である図１を参照すると、本発明は、例えば、海岸、或いは海に囲まれた小島等の海に隣接して設置する海水発電システムであって、前記海水発電システムは、海水処理装置１０と、沈殿装置２０と、分離装置３０と、発電装置４０とを包括している。前記海水処理装置１０は、取水装置１１と濃縮装置１２とを包括しており、前記取水装置１１は、前記海と接続して前記海から海水１を取得しており、実施例において、前記取水装置１１は前記海と接触する入力端と、前記入力端と相対する出力端と、揚水ポンプとを包括し、前記揚水ポンプの稼働によって、前記海水１を前記海から汲みあげて前記入力端から前記取水装置１１に流入し、さらに前記海水１を前記出力端から流出して前記濃縮装置１２に流入しており、前記濃縮装置１２は超音波発振器１２１を包括し、前記超音波発振器１２１を利用して前記海水１に対して振動を発生し、前記海水１中にある塩化マグネシウム或いは塩化アルミニウムを主体とする含水化合物等である沈殿物を沈殿しており、前記海水１をさらに前記沈殿物が含有する濃縮海水２に形成している。その他の実施例において、前記超音波発振器１２１を使用する以外に、電解析出や加熱によって水分を除去する等の方法で濃縮を行い、前記沈殿物を得ることもできる。

前記沈殿装置２０は、前記海水処理装置１０と接続し、チャンバ２１と第一加熱器２２とを包括しており、前記チャンバ２１は、前記濃縮装置１２と連通することで前記濃縮装置１２から流出する前記濃縮海水２を受け入れており、前記第一加熱器２２は、前記チャンバ２１内に設置し、前記濃縮海水２に対して加熱を行うために用い、前記濃縮海水２に金属酸化物３の沈殿を発生させており、実施例において、前記第一加熱器２２は、太陽光エネルギーによって発熱が行われる黒鉛加熱器であるが、これに限定するものではなく、主に前記濃縮海水２を８０℃〜７００℃の間に加熱して前記金属酸化物３の沈殿を発生している。また、前記金属酸化物３は、酸化マグネシウム或いは酸化アルミニウムを主体とする化合物等である。

前記分離装置３０は、前記沈殿装置２０と接続して前記金属酸化物３を受け入れ、第二加熱器３１を包括しており、前記第二加熱器３１は、前記金属酸化物３を加熱することで前記金属酸化物３に還元反応を発生させて金属４を形成しており、ここでは前記第二加熱器３１は太陽熱加熱器（Ｇｒｉｄ ｓｏｌａｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ ｈｅａｔｅｒ）であるが、これに限定するものではなく、太陽熱を介して前記金属酸化物３を触発し、前記金属酸化物３を還元反応が発生する還元温度まで加熱することで、前記金属酸化物３を前記金属４に還元している。例えば、実施例において、前記金属酸化物３が酸化マグネシウムの場合、前記第二加熱器３１は酸化マグネシウムを２００００℃を超える還元温度まで加熱し、マグネシウムの前記金属４に還元しており、同じように、前記金属酸化物３が酸化アルミニウムの場合、前記金属４はアルミニウムとなる。

前記発電装置４０は、前記分離装置３０と接続し、前記分離装置３０から出力する前記金属４を受け入れ、第一電極４１、第二電極４２及び電解質４３を包括しており、前記第一電極４１は、前記金属４を利用して直接形成しており、前記第二電極４２は、カーボンナノチューブ或いはカーボンで形成する陰極であって、本発明において称するカーボンは、黒鉛、炭素棒、炭素繊維、カーボンインキ、ナノサイズの板状炭素、炭素球或いは活性炭素等の材質を包括しており、前記電解質４３は、前記第一電極４１及び前記第二電極４２と接続し、直接前記海水１を用いて形成しているが、マイナスイオン及びプラスイオンが含有する混合溶液を使用することもできる。

第一実施例において、発電を行う際、前記電解質４３は前記第一電極４１及び前記第二電極４２とそれぞれ電気的化学反応を行っており、前記電解質４３が前記第一電極４１と行う電気的化学反応は、
Ｍｇ＋２Ｈ_２Ｏ → Ｍｇ（ＯＨ）_２＋Ｈ_２であって、
前記電解質４３が前記第二電極４２と行う電気的化学反応は、
Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻ → ４ＯＨ⁻である。

このことから、前記第一電極４１の金属材質から前記電解質４３と反応し、さらに前記電解質４３から前記第二電極４２にある気体と同時に還元して発電回路を完成しており、従って、前記第一電極４１と前記第二電極４２とに電位差を発生させて電力を発生している。

また、本発明において、前記海水発電システムの前記濃縮装置１２は、前記海水１に対して濃縮を行うと同時に淡水化した海水を形成することができ、前記淡水化した海水を出力して処理した後、さらに生活用水、工業用水或いは飲用水に形成して供給することができる。

次に、図２は、本発明の第二実施例であって、第一実施例と比べ、第二実施例は、前記発電装置４０が発電を行う際、電気的化学反応は、例えば、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）等の水酸化金属５を発生し、さらに前記沈殿装置３０に送られ、前記沈殿装置３０において、前記第一加熱器２２の加熱を受けて酸化マグネシウムを形成しており、その化学反応は以下のとおりである。
Ｍｇ（ＯＨ）_２ → ＭｇＯ＋Ｈ_２Ｏ
上述の化学反応はおよそ７００℃前後で発生したものであって、これで形成したＭｇＯは、再び前記金属酸化物３の一つとして用いられる。

以上のことから、本発明は、前記海水から前記金属を生成してそれを前記発電装置の前記第一電極とし、さらに前記第一電極及び前記第二電極によって電気的化学反応をを行い、電力を発生している。前記海水は、その他の資源と比べ、その量は多く且つ供給量も安定しているため、前記第一電極の前記金属として継続且つ安定的に発生することから、発電資源を豊富に有しているという利点があり、また、前記海水発電システムは、海に隣接するエリアに設置するだけで、継続的に稼動して発電を行うことができ、それに引き換え、太陽光発電装置は夜間の間発電を行うことができず、風力発電装置も気候の変化に影響され易く、好ましく稼働できず、且つ地理的位置の制限も多いため、本発明に係る前記海水発電システムは、長時間持続的に給電することや地理的要素による制限が少ないという利点がさらにあり、また、前記濃縮装置を介して出力した前記淡水化した海水は、さらに生活用水、工業用水或いは飲用水に形成して供給することができる。

１ 海水
１０ 海水処理装置
１１ 取水装置
１２ 濃縮装置
１２１ 超音波発振器
２ 濃縮海水
２０ 沈殿装置
２１ チャンバ
２２ 第一加熱器
３ 金属酸化物
３０ 分離装置
３１ 第二加熱器
４ 金属
４０ 発電装置
４１ 第一電極
４２ 第二電極
４３ 電解質
５ 水酸化金属

Claims (5)

1. 海と隣接して設置する海水発電システムであって、
   前記海と接続して前記海から海水を取得する取水装置と、前記取水装置と接続する濃縮装置とを包括し、前記濃縮装置は、前記海水に対して塩化マグネシウム或いは塩化アルミニウムのいずれか一つの沈殿物を含有する濃縮海水を形成するように振動させる超音波発振器を包含する海水処理装置と、
   前記濃縮装置と連通して前記濃縮海水を流入させるために用いるチャンバと、前記チャンバ内に設置して前記濃縮海水に対して加熱することで金属酸化物の沈殿を形成する第一加熱器とを包括し、前記第一加熱器は、太陽光エネルギーによって発熱が行われる黒鉛加熱器を包含する沈殿装置と、
   前記沈殿装置と接続し、前記金属酸化物を加熱して金属に還元するように形成する第二加熱器を包括し、前記第二加熱器は、太陽熱加熱器を包含する分離装置と、
   前記金属を陽極とする第一電極とし、材料がカーボンナノチューブ或いは炭素のいずれかであり且つ陰極とする第二電極と、前記第一電極及び前記第二電極と接触する電解質とを包括する発電装置とを包括し、
   そのうち、前記発電装置にある前記第一電極及び前記第二電極は、前記電解質とそれぞれ電気的化学反応を行い、前記第一電極と前記第二電極とに電位差を発生させて電力を発生することを特徴とする海水発電システム。
2. 前記金属酸化物は、酸化マグネシウム或いは酸化アルミニウムのいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の海水発電システム。
3. 前記金属は、マグネシウム或いはアルミニウムのいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の海水発電システム。
4. 前記電解質は、海水或いはマイナスイオン及びプラスイオンが含有する混合溶液からなる群のいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の海水発電システム。
5. 前記発電装置は、電気的化学反応によって水酸化金属を発生し、前記水酸化金属は前記沈殿装置に送られ、前記濃縮海水と混合することを特徴とする請求項１に記載の海水発電システム。