JP6960211B2 - Free-standing hydrogen power generation and drinking water supply system - Google Patents
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Description
本発明は、水素発電及び飲料水の供給システムに関するものであり、本システム単体で家庭用交流電源として電気を供給し、飲料水を供給することが可能となり、特に地震等の災害時に商用電源を必要とせず、自立して電力供給と飲料水の供給が可能となる自立型水素発電及び飲料水供給システムに関する。 The present invention relates to a hydrogen power generation and drinking water supply system, and the system alone can supply electricity as a household AC power source to supply drinking water, and can be used as a commercial power source especially in the event of a disaster such as an earthquake. It relates to a self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system that can independently supply electricity and drinking water without needing it.
地震等による災害が発生し、ライフラインが停止した場合、ライフラインの普及までにかなりの時間がかかることが予想されている。また現在、各自治体等では、災害時における緊急避難所の設置が急務となっている。そして、災害時におけるライフラインの停止によって、水道水や電源の確保が困難となることが問題点として指摘されている。特に緊急避難所における問題点の一つとして、飲料水の調達や配給が深刻な問題として挙げられている。
全国各所に設けられた緊急避難所としては、学校や公民館等が指定されていることも多い。このような施設にはプールが附帯設備として設けられている場合がある。このようなプールは、一年中水が貯蔵されているところも多い。そのようなプールに貯蔵されている水を飲料水として活用することができれば、プールが附帯されている緊急避難所における飲料水の問題を解決することが期待できる。
このような緊急避難所において安全な飲料水を供給するためには、水処理装置が不可欠である。現在、飲料水用の水処理装置としては、種々のものが知られているが、いずれも電源の確保が大きな問題となっている。そのため、特に災害時においては、商用電源を使用せずに水処理装置を稼動させて、飲料水を確保することが課題となっている。
If a disaster such as an earthquake occurs and the lifeline is stopped, it is expected that it will take a considerable amount of time for the lifeline to spread. At present, each local government has an urgent need to set up an emergency shelter in the event of a disaster. It has been pointed out that it becomes difficult to secure tap water and power supply due to the suspension of lifelines in the event of a disaster. In particular, one of the problems in emergency shelters is that the procurement and distribution of drinking water is a serious problem.
Schools and public halls are often designated as emergency shelters set up in various parts of the country. Such facilities may have a pool as ancillary equipment. Many of these pools store water all year round. If the water stored in such a pool can be utilized as drinking water, it can be expected to solve the problem of drinking water in the emergency shelter to which the pool is attached.
In order to supply safe drinking water in such an emergency shelter, a water treatment device is indispensable. Currently, various water treatment devices for drinking water are known, but securing a power source is a major problem in all of them. Therefore, especially in the event of a disaster, it is an issue to operate a water treatment device without using a commercial power source to secure drinking water.
商用電源を使用することなく、電源を確保するシステムとしては、特許文献１に開示された発明が知られている。かかる特許文献１には、直接メタノール型燃料電池と二次電池を有する電源システムが開示されている。
例えば、図６は従来の電源システムの一例を示す模式図である。図６に示す如く、従来の電源システム３０は、二次電池３７に貯蔵する電気を２種類のステップで入力する必要がある。一つは太陽光パネル３１等の自然エネルギーによる充電機構より電気を生成し二次電池３７に貯蔵する。もう一つは直接メタノール型燃料電池３３により電気を生成し二次電池３７に貯蔵する。かかる電源システム３０を使用することによって、長時間の連続駆動が可能となり、例えば、災害時に水処理システム等の装置３５を連続して稼動させることができると考えられる。ここで、水処理システムとしては、特許文献２に開示されたものが知られている。
しかしながら、この電源システム３０は、燃料となるメタノールを貯蔵する燃料タンク３４を備えているが、燃料を自立して製造するための手段は備わっていない。すなわち、直接メタノール型燃料電池３３の稼動状況に応じて、メタノールの補給が必要となることから、システム単体として検討した場合、長期間にわたる安定した電力の供給が困難となることが予測される。
さらに他の問題点として、水処理に使用する原水の給水源が、電源システムや飲料水の供給装置から離れた場所にある場合、原水へのアクセスが問題となることも予測される。
また、再生可能エネルギー発電装置から発電した電気を二次電池に充電させ、電力供給を行う場合や、ガソリンなどの化石燃料を用いて発電し、長期間にわたって電力供給をする場合は、二次電池として蓄電容量の大きなものを使用する必要がある。また、化石燃料の貯蔵量も多くする必要があるため、装置が大型化するだけでなく、システムを構成する装置の重量も増加してしまうという問題点があった。
本発明者は、従来技術における電源システムの問題点を検討し、商用電源を使用せずに長期間にわたって飲料水の安定した供給を可能とするシステムを創作した。
The invention disclosed in Patent Document 1 is known as a system for securing a power source without using a commercial power source. Patent Document 1 discloses a power supply system having a direct methanol fuel cell and a secondary battery.
For example, FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a conventional power supply system. As shown in FIG. 6, the conventional
However, although the
As yet another problem, if the source of raw water used for water treatment is located away from the power supply system and the drinking water supply device, access to the raw water is expected to become a problem.
In addition, when the secondary battery is charged with the electricity generated from the renewable energy power generation device to supply power, or when the power is generated using fossil fuel such as gasoline and the power is supplied for a long period of time, the secondary battery is used. It is necessary to use a battery with a large storage capacity. Further, since it is necessary to increase the storage amount of fossil fuel, there is a problem that not only the size of the device is increased but also the weight of the device constituting the system is increased.
The present inventor examined the problems of the power supply system in the prior art and created a system that enables a stable supply of drinking water for a long period of time without using a commercial power supply.
本発明は、単体で発電と飲料水の供給を可能とし、商用電源を必要とせず、電力と飲料水を長期間にわたって安定して供給することが可能となる自立型水素発電及び飲料水供給システムを提供することを目的とする。
また本発明は、プール水や井戸水を原水として処理し、飲料水や生活水を供給することが可能となる自立型水素発電及び飲料水供給システムを提供することを目的とする。
また本発明は、水素の供給、燃料電池の稼動、水処理といった複数の工程を連続して循環させるシステムを提供することを目的とする。
また水処理装置を含むシステムのみを水素生成装置から分離可能とし、さらに水処理装置を含むシステム単体を水源まで搬送可能とする自立型水素発電及び飲料水供給システムを提供することを目的とする。
さらに本発明は、化石燃料等を用いて発電するシステムに比較して、小型・軽量化し得る自立型水素発電及び飲料水供給システムを提供することを目的とする。
The present invention is a self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system that enables power generation and drinking water supply by itself, does not require a commercial power source, and can stably supply power and drinking water for a long period of time. The purpose is to provide.
Another object of the present invention is to provide a self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system capable of treating pool water or well water as raw water and supplying drinking water or domestic water.
Another object of the present invention is to provide a system for continuously circulating a plurality of processes such as hydrogen supply, fuel cell operation, and water treatment.
Another object of the present invention is to provide a self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system in which only a system including a water treatment device can be separated from a hydrogen generation device and a single system including the water treatment device can be transported to a water source.
A further object of the present invention is to provide a self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system that can be made smaller and lighter than a system that generates power using fossil fuels and the like.
本発明者は、上記の課題を解決するために以下の構成を採用した。
（１）水素生成装置と飲料水供給装置を有する水素発電及び飲料水供給システムであって、前記水素精製装置が二次電池、及び水を使用して水素を製造する水素製造装置とを有し、前記飲料水供給装置が燃料電池、水素貯蔵装置、及び水処理装置とを有することを特徴とする自立型水素発電及び飲料水供給システムである。
ここで水素製造装置とは、水の電気分解、水蒸気改質、部分酸化改質、メタノール／エタノール改質等を使用することにより、または水もしくはアルカリ溶液と反応用物質との化学反応を利用することにより水素を製造する装置のことである。使用される水は、精製水が好ましいが、水素を生成することができる水であれば、市場で販売されている飲料水や水道水を用いることができる。再生可能エネルギー発電装置を使用する場合は、当該装置より生成された電気を使用することにより水素を製造することができる、水の電気分解による製造方法が好適である。また、化学反応による水素製造装置としては、水とアルミとを反応させる方法や、アルカリ溶液とアルミとを反応させることにより水素を生成させる方法を使用することができる。その他、本発明に係る水素製造装置は、例えば、１０ｎｍ以下のパウダー状に処理されたシリコンナノ粒子（Ｓｉナノパーティクル）を水と反応させる方法を利用することにより、水素を生成させることができる。 また本発明における燃料電池とは、陽極（アノード）に水素を供給し、陰極（カソード）に酸素を供給することによって、水素及び酸素を常温または高温環境で供給し反応させることにより継続的に電力を取り出すことができる発電装置である。例えば、イオン交換膜を挟んで、正極に酸化剤を、還元剤である水素を供給することにより発電する固体高分子型燃料電池が知られている。
The present inventor has adopted the following configuration in order to solve the above problems.
(1) A hydrogen power generation and drinking water supply system having a hydrogen generation device and a drinking water supply device, wherein the hydrogen purification device has a secondary battery and a hydrogen production device that produces hydrogen using water. , A self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system, wherein the drinking water supply device includes a fuel cell, a hydrogen storage device, and a water treatment device.
Here, the hydrogen production apparatus utilizes electrolysis of water, steam reforming, partial oxidation reforming, methanol / ethanol reforming, etc., or a chemical reaction between water or an alkaline solution and a reaction substance. It is a device that produces hydrogen by means of this. The water used is preferably purified water, but drinking water or tap water sold on the market can be used as long as it can generate hydrogen. When a renewable energy power generation device is used, a method of producing hydrogen by electrolysis of water, which can produce hydrogen by using electricity generated from the device, is preferable. Further, as the hydrogen production apparatus by a chemical reaction, a method of reacting water with aluminum or a method of producing hydrogen by reacting an alkaline solution with aluminum can be used. In addition, the hydrogen production apparatus according to the present invention can generate hydrogen by using, for example, a method of reacting silicon nanoparticles (Si nanoparticles) treated in the form of powder of 10 nm or less with water. Further, the fuel cell in the present invention is a fuel cell in which hydrogen is supplied to the anode (anode) and oxygen is supplied to the cathode (cathode), so that hydrogen and oxygen are supplied and reacted in a normal temperature or high temperature environment to continuously generate electric power. It is a power generation device that can take out. For example, a polymer electrolyte fuel cell that generates electricity by supplying an oxidizing agent to the positive electrode and hydrogen as a reducing agent across an ion exchange membrane is known.
また本発明における水素貯蔵装置としては、水素吸蔵合金、有機ハイドライト、液体水素タンク、高圧水素タンク等が現在知られている。中でも水素充填密度の高い水素吸蔵合金が好適である。また水素吸蔵合金ボンベを使用しても良い。水素吸蔵合金としては、ＡＢ２型、ＡＢ５型、ＢＣＣ固溶体型、Ｔｉ−Ｆｅ系、Ｖ系、Ｍｇ合金、Ｐｄ系、Ｃａ系合金が現在知られている。
さらに本発明における水処理装置とは、プール、池等から飲料水を生成する装置のことである。本発明においては、ポンプとろ過装置とから構成されるのが好ましい。
ここで、ろ過装置としては、活性炭フィルターや、ステンレス製、アルミニウム製、ブロンズ製、銅製、チタン製、ニッケル製等を使用した金属製フィルターや、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン、ポリアミド、フッ素系樹脂等を使用した樹脂フィルター等を用いたカートリッジ式ろ過装置、砂ろ過装置、珪藻土式ろ過装置等が挙げられる。
本発明に使用される水素生成装置は、少なくとも電気を蓄電しておく二次電池と水素製造装置とを有している。必要に応じて純水製造装置など他の部品を備えていても良い。例えば、太陽光パネル等である。水素製造装置として、水を電気分解するタイプの装置を使用する場合は、水を生成する工程が必要となる。本発明においては、電気分解される水として、本発明における飲料水供給装置によって精製された飲料水を更に純水製造装置を通過させて得た純水を用いても良い。
本発明に使用される飲料水供給装置は、少なくとも燃料電池と水素貯蔵装置と水処理装置とを有している。必要に応じて他の部品を備えていても良い。例えば、携帯電話の充電ボックス等である。かかる飲料水供給システムにおける水素貯蔵装置には、前記水素生成装置において生成された水素が貯蔵されることになる。
そして、前記貯蔵されている水素を使用して燃料電池を稼動し、家庭用交流電源や飲料水を精製するためのポンプやろ過装置を稼動する電源となる電気を供給することができる。また、燃料電池は、水素生成装置において生成された水素を水素貯蔵装置に貯蔵せずにそのまま使用することもできる。
Further, as the hydrogen storage device in the present invention, hydrogen storage alloys, organic hydrites, liquid hydrogen tanks, high-pressure hydrogen tanks and the like are currently known. Of these, a hydrogen storage alloy having a high hydrogen filling density is preferable. Further, a hydrogen storage alloy cylinder may be used. As hydrogen storage alloys, AB2 type, AB5 type, BCC solid solution type, Ti—Fe type, V type, Mg alloy, Pd type and Ca type alloy are currently known.
Further, the water treatment device in the present invention is a device that produces drinking water from a pool, a pond, or the like. In the present invention, it is preferable that the pump and the filtration device are composed of the pump and the filtration device.
Here, as the filtration device, an activated carbon filter, a metal filter using stainless steel, aluminum, bronze, copper, titanium, nickel, etc., polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyethylene, polyamide, etc. , Cartridge type filtration device using a resin filter or the like using a fluorine-based resin or the like, sand filtration device, diatomaceous earth type filtration device and the like.
The hydrogen generation device used in the present invention has at least a secondary battery for storing electricity and a hydrogen production device. If necessary, other parts such as a pure water production apparatus may be provided. For example, a solar panel or the like. When using a type of device that electrolyzes water as a hydrogen production device, a step of producing water is required. In the present invention, as the water to be electrolyzed, pure water obtained by further passing the drinking water purified by the drinking water supply device of the present invention through the pure water production device may be used.
The drinking water supply device used in the present invention has at least a fuel cell, a hydrogen storage device, and a water treatment device. Other parts may be provided if necessary. For example, a charging box for a mobile phone. The hydrogen produced in the hydrogen generation device will be stored in the hydrogen storage device in such a drinking water supply system.
Then, the stored hydrogen can be used to operate the fuel cell, and to supply electricity as a power source for operating a household AC power source, a pump for purifying drinking water, and a filtration device. Further, the fuel cell can be used as it is without storing the hydrogen generated in the hydrogen generation device in the hydrogen storage device.
（２）前記水素製造装置が、水の電気分解により水素を製造することを特徴とする上記（１）に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システムである。
（３）前記水素製造装置が、反応用アルミ貯蔵部を含む水素発生部を有し、前記水素発生部において、反応用アルミ貯蔵部に貯蔵されている反応用アルミと水とを反応させて水素を製造する水素発生部を有することを特徴とする上記（１）に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システムである。
（４）前記水素製造装置が、アルカリ性物質貯蔵部及び反応用アルミ貯蔵部を含む水素発生部を有し、前記水素発生部において、アルカリ性物質貯蔵部に貯蔵されているアルカリ性物質と前記反応用アルミ貯蔵部に貯蔵されている反応用アルミと水とを反応させて水素を製造することを特徴とする上記（１）に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システムである。
上記水素製造装置は、アルカリ性物質と反応用アルミと水とを反応させて水素を製造する装置である。上記水素製造装置は、反応用アルミを貯蔵しておく反応性アルミ貯蔵部と、アルカリ性物質を貯蔵しておくアルカリ性物質貯蔵部と、反応用アルミを投入し水を通水することによって水素を発生させる水素発生部とを有している点に特徴を有する。 アルカリ性物質、反応用アルミ及び水の反応の工程については、水素を製造させることができれば、いずれの方法を使用しても良い。例えば、水（精製水が好ましい）をアルカリ性物質貯蔵部へ通水した後に、更に反応用アルミ貯蔵部へ順番に通水して水素を製造する方法や、水（精製水）がアルカリ性物質貯蔵部を経由せずに反応用アルミ貯蔵部のみへ通水する方法、すなわち、精製水を反応用アルミ貯蔵部へ通水し、アルカリ性物質貯蔵部より得られた濃アルカリ溶液を反応用アルミ貯蔵部へ投入する方法等が挙げられる。
ここでアルカリ性物質は、ｐＨ１３以上のアルカリ溶液を生成し得る物質であれば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、濃アルカリ溶液等を使用することができ、アルミと反応し水素を発生させることができる原料を任意に選択することができる。例えば、純水製造装置で精製した精製水を水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ性物質が貯蔵されているアルカリ性物質貯蔵部に通水して反応させて得たアルカリ溶液を使用することもできる。又、濃アルカリ溶液を、純水製造装置で精製した精製水により希釈したアルカリ溶液を用いることができる。
(2) The self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system according to (1) above, wherein the hydrogen production apparatus produces hydrogen by electrolysis of water.
(3) The hydrogen production apparatus has a hydrogen generating section including a reaction aluminum storage section, and in the hydrogen generating section, hydrogen is reacted by reacting the reaction aluminum stored in the reaction aluminum storage section with water. The self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system according to (1) above, which has a hydrogen generating unit for producing the above.
(4) The hydrogen production apparatus has a hydrogen generating section including an alkaline substance storage section and a reaction aluminum storage section, and in the hydrogen generating section, an alkaline substance stored in the alkaline substance storage section and the reaction aluminum. The self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system according to (1) above, wherein hydrogen is produced by reacting reaction aluminum stored in a storage unit with water.
The hydrogen production apparatus is an apparatus for producing hydrogen by reacting an alkaline substance with reaction aluminum and water. The hydrogen production device generates hydrogen by charging a reactive aluminum storage unit for storing reaction aluminum, an alkaline substance storage unit for storing alkaline substances, and water for reaction. It is characterized in that it has a hydrogen generating part to be generated. As for the reaction process of the alkaline substance, aluminum for reaction and water, any method may be used as long as hydrogen can be produced. For example, a method in which water (preferably purified water) is passed through an alkaline substance storage unit and then passed through a reaction aluminum storage unit in order to produce hydrogen, or water (purified water) is an alkaline substance storage unit. A method in which water is passed only to the reaction aluminum storage without passing through, that is, purified water is passed through the reaction aluminum storage, and the concentrated alkaline solution obtained from the alkaline substance storage is passed to the reaction aluminum storage. Examples include a method of throwing in.
Here, as the alkaline substance, sodium hydroxide, potassium hydroxide, a concentrated alkaline solution or the like can be used as long as it is a substance capable of producing an alkaline solution having a pH of 13 or higher, and can react with aluminum to generate hydrogen. The raw material can be arbitrarily selected. For example, an alkaline solution obtained by passing purified water purified by a pure water production apparatus through an alkaline substance storage unit in which alkaline substances such as sodium hydroxide and potassium hydroxide are stored and reacting them can be used. .. Further, an alkaline solution obtained by diluting the concentrated alkaline solution with purified water purified by a pure water production apparatus can be used.
（５）前記水素精製装置が、更に再生可能エネルギー発電装置を有し、前記二次電池には再生可能エネルギー発電装置によって生成された電気が蓄電されていることを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれか一に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システムである。
ここで再生可能エネルギー発電装置とは、太陽光、風力、波力、小水力、流水、潮汐、地熱、バイオマス等、またはこれらの自然の力を組み合わせることによって、定常的又は反復的に補充されるエネルギー資源に基づいて電気を生成する発電装置のことである。本発明においては、飲料水及び家庭用交流電源供給装置に使用される水素貯蔵装置を有することから、一定の発電効率を有し、小規模・分散運用も可能なことから、太陽光を太陽電池によって直接的に電力に変換する太陽光発電が好適である。また本発明における水素生成装置は、二次電池を有している。このような構成を採用することにより、再生可能エネルギーによって生成された電気を二次電池に蓄電することによって、適宜水の電気分解を行うことが可能となる。例えば、太陽光パネルによって日中に生成された電気を夜間に使用することも可能である。
(5) The hydrogen purification device further includes a renewable energy power generation device, and the secondary battery stores electricity generated by the renewable energy power generation device (1) to (1) to the above. The self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system according to any one of (4).
Here, the renewable energy power generator is constantly or repeatedly replenished by solar power, wind power, wave power, small hydraulic power, running water, tidal power, geothermal power, biomass, etc., or a combination of these natural forces. It is a power generation device that generates electricity based on energy resources. In the present invention, since it has a hydrogen storage device used for drinking water and a household AC power supply device, it has a certain power generation efficiency and can be operated on a small scale and in a distributed manner. Therefore, solar cells are used as solar cells. Photovoltaic power generation, which directly converts electricity into electricity, is preferable. Further, the hydrogen generating device in the present invention has a secondary battery. By adopting such a configuration, it is possible to appropriately electrolyze water by storing electricity generated by renewable energy in a secondary battery. For example, the electricity generated by solar panels during the day can be used at night.
（６）前記水素生成装置が、更に純水製造装置を有することを特徴とする上記（２）〜（５）のいずれか一に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システム。 このような構造を採用することによって、本発明に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムは、製造された純水を使用して水素を生成することもできる。例えば、粉砕状のアルミと純水製造装置によって精製された精製水とを反応させ、下記式の如く、水素と水酸化アルミを発生させることができる。
化学式 ２Ａｌ＋６Ｈ2Ｏ２Ａｌ（ＯＨ）3＋３Ｈ2
（７）前記水素貯蔵装置が、水素吸蔵合金であることを特徴とする上記（１）乃至（６）のいずれか一に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システムである。
（８）前記飲料水供給装置における燃料電池及び＼又は前記水素生成装置における二次電池が家庭用交流電源として電気を供給することを特徴とする上記（１）乃至（７）のいずれか一に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システムである。
ここで、家庭用交流電源とは、家電製品等を駆動するための１００〜２００Ｖ程度の交流電力のことである。
本システムは、災害時に商用電源を必要とせず、自立して電力供給や飲料水供給をするシステムの運用方法に関する発明である。ただし本システムは、災害時でない平常時等にも使用することができる。その際、商用電源と併用することも可能である。商用電源から得た電気は、水処理装置を稼働させたるために利用することができるし、二次電池に蓄電することも可能である。例えば、災害時でない平常時には、商用電源を併用して本システムを運用し、災害が発生した際には、自立型での電力供給や飲料水供給に切り替えて、本システムの運用を行うことができる。
(6) The self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system according to any one of (2) to (5) above, wherein the hydrogen generating apparatus further includes a pure water producing apparatus. By adopting such a structure, the self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system according to the present invention can also generate hydrogen using the produced pure water. For example, crushed aluminum can be reacted with purified water purified by a pure water production apparatus to generate hydrogen and aluminum hydroxide as shown in the following formula.
Chemical formula 2Al + 6H 2 O2Al (OH) 3 + 3H 2
(7) The self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system according to any one of (1) to (6) above, wherein the hydrogen storage device is a hydrogen storage alloy.
(8) One of the above (1) to (7), wherein the fuel cell and \ in the drinking water supply device or the secondary battery in the hydrogen generation device supply electricity as a household AC power source. The self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system described.
Here, the household AC power source is an AC power of about 100 to 200 V for driving home appliances and the like.
This system is an invention relating to an operation method of a system that independently supplies electric power and drinking water without requiring a commercial power source in the event of a disaster. However, this system can also be used in normal times, etc., not during a disaster. At that time, it is also possible to use it together with a commercial power source. The electricity obtained from the commercial power source can be used to operate the water treatment device, and can also be stored in the secondary battery. For example, in normal times other than a disaster, this system can be operated in combination with a commercial power source, and in the event of a disaster, the system can be operated by switching to independent power supply or drinking water supply. can.
（９）前記水素生成装置と飲料水供給装置とが、分割して構成されており、夫々の装置の下方に車輪が取り付けられており移動可能に形成されていることを特徴とする上記（１）乃至（８）のいずれか一に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システムである。 このような構成を採用することにより、水処理に使用する原水の給水源が、電源システムや飲料水の供給装置から離れた場所にある場合であっても、原水へのアクセスの問題を解決することができる。 (9) The hydrogen generating device and the drinking water supply device are separately configured, and wheels are attached below the respective devices so that the hydrogen generating device and the drinking water supply device are movable. ) To (8). The self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system according to any one of (8). By adopting such a configuration, the problem of access to raw water is solved even when the raw water source used for water treatment is located away from the power supply system and the drinking water supply device. be able to.
本発明に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムは、単体で発電と飲料水の供給を可能とし、商用電源を必要とせず、電力と飲料水を長期間にわたって安定して供給することを可能とする。
また本発明に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムは、プール水や井戸水を原水として処理し、飲料水や生活水を供給することを可能とする。
また本発明に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムは、水素の供給、燃料電池の稼動、水処理といった複数の工程を連続して循環させるシステムを構築するという効果を有している。
また本発明に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムは、水処理装置を含むシステムのみを水素生成装置から分離し、さらに水処理装置を含むシステム単体を水源まで搬送可能とする優れた効果を奏する。
また、本発明に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムは、水素製造装置によって製造した水素を用いて、燃料電池により発電をすることから、再生可能エネルギー発電装置から二次電池に蓄電して電力供給をする場合や、ガソリンなどの化石燃料を用いて発電して電力供給をする場合と比べて、同じ電力供給の供給量を確保する際に、装置を小型化することができ、重量を抑えることができ、可搬に適したものとすることができる。
The self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system according to the present invention enables power generation and drinking water supply by itself, does not require a commercial power source, and can stably supply power and drinking water for a long period of time. And.
Further, the self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system according to the present invention makes it possible to treat pool water and well water as raw water and supply drinking water and domestic water.
Further, the self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system according to the present invention has an effect of constructing a system for continuously circulating a plurality of processes such as hydrogen supply, operation of a fuel cell, and water treatment.
Further, the self-supporting hydrogen power generation and drinking water supply system according to the present invention has an excellent effect of separating only the system including the water treatment device from the hydrogen generation device and further enabling the system alone including the water treatment device to be transported to the water source. Play.
Further, since the self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system according to the present invention uses the hydrogen produced by the hydrogen production device to generate power by the fuel cell, the renewable energy power generation device stores electricity in the secondary battery. Compared to the case of power supply or the case of generating electricity using fossil fuel such as gasoline to supply power, the device can be miniaturized and the weight can be reduced when securing the same power supply amount. It can be suppressed and can be made suitable for portability.
本発明の自立型水素発電及び飲料水供給システムに係る実施の形態の一例を、図面に則して説明する。ただし、以下の説明は本発明の自立型水素発電及び飲料水供給システムに係る実施の形態の例示であって、本発明の範囲を限定するものではない。
実施形態１
図１は、本実施形態１に係る自立型水素発電及び飲料水供給システム構成の一例を示す概念図である。図１に示す如く、本発明の水素発電及び飲料水供給システムは、水素生成装置（ｂ）と飲料水供給装置（ａ）を有する。
水素生成装置（ｂ）は、電気を蓄電する二次電池２と、水素製造装置３とを有している。又、純水精製装置４と再生可能エネルギー発電装置５とを有している。実施形態１に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムは、太陽光発電を使用している。太陽光パネル５より太陽光を受光し、太陽電池を接続し光起電力効果を応用して電気を発生させる。発生された電気は、二次電池２に蓄電される。二次電池２に蓄電された電気は、２種類の用途に使用できる。一つは、純水精製装置にて精製した精製水を電気分解して水素を得る際に使用される電力として用いる。もう一つは、家庭用交流電源Ｅに供給される電気として使用することもできる。
An example of an embodiment of the self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the following description is an example of an embodiment of the self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system of the present invention, and does not limit the scope of the present invention.
Embodiment 1
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a self-supporting hydrogen power generation and drinking water supply system configuration according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the hydrogen power generation and drinking water supply system of the present invention includes a hydrogen generating device (b) and a drinking water supply device (a).
The hydrogen generation device (b) includes a
水素製造装置は、電極を有し、二次電池２に帯電されている電気を流すことによって、前記純水精製装置４によって精製された純水を電子が陰極で反応し、水素が発生する。分解された酸素は大気中に排出すれば良い。本実施形態における水素生成装置（ｂ）は、太陽光パネルからの給電により５００Ｗの電力を必要とし、水素発生量は１．０Ｌ／ｍｉｎ（０．３５ＭＰａ Ｍａｘ）となる。本実施形態における水素生成装置（ｂ）の実際の寸法は、幅５００ｍｍラ奥行き３５０ｍｍラ高さ９００ｍｍである。このように本実施形態に係る水素生成装置（ｂ）は、太陽光発電により水を電気分解し水素を発生させるため、外部からの化石燃料を必要とせず、自立稼動が可能な点に特徴を有する。
飲料水供給装置（ａ）は、水素生成装置（ｂ）で発生した水素を取り込み貯蔵することができる水素貯蔵装置７と燃料電池８と水処理装置９を有している。本実施形態における水素貯蔵装置７としては、水素吸蔵合金を使用している。飲料水供給装置（ａ）は、水素貯蔵装置７に貯蔵されている水素を燃料電池８に供給し、酸素との電気化学的な反応により電気エネルギーを取り出し電力として利用する。
The hydrogen production apparatus has an electrode, and by passing electricity charged in the
The drinking water supply device (a) includes a
燃料電池８により得られた電気は、２種類の用途に使用できる。一つは、家庭用交流電源Ｅに供給される電気として使用できる。家庭用交流電源Ｅによって供給される電気は、１００〜２００Ｖである。このような家庭用交流電源Ｅは、災害時に必要となる携帯端末用の電源や、家庭用テレビ等の家電製品の電源として利用できる。もう一つは、水処理装置９を稼動させる電力として使用される。
家庭用交流電源Ｅに供給される電気としては、燃料電池８によって得られた電気の他に、水素生成装置における二次電池に蓄電された電気を供給することもできる。
本実施形態の飲料水供給装置（ａ）は、水処理装置９の稼動が主な目的である。水処理装置９は、ポンプとろ過装置等から構成されている。本実施形態の水処理装置９は、プールの水をポンプで汲み上げ、ろ過装置によって、プール水をろ過し、飲料用の水Ｗ１を精製する。また、図示しない飲料用の水タンクに飲料用の水Ｗ１を貯留することもできる。また同時に精製された水Ｗ２を水素生成装置（ｂ）における純水精製装置４に供給することもできる。また、精製された水Ｗ２も、図示しない精製水タンクに貯留することもできる。
The electricity obtained by the
As the electricity supplied to the household AC power source E, in addition to the electricity obtained by the
The main purpose of the drinking water supply device (a) of the present embodiment is to operate the
本実施形態における飲料水供給装置（ａ）は、１００Ｗ Ｍａｘ６時間の電力供給が可能であり、水供給量は１．０Ｌ／ｍｉｎ（Ｍａｘ ３．０Ｌ／ｍｉｎ）となる。本実施形態における飲料水供給装置（ａ）の実際の寸法は，幅５００ｍｍラ奥行き３５０ｍｍラ高さ９００ｍｍである。
このような構成によって、水素の供給、燃料電池の稼動、水処理といった複数の工程を連続して循環させるシステムを構築することができる。本実施形態の自立型水素発電及び飲料水供給システムは、上述の構成によって、単体で発電と飲料水の供給を可能とし、商用電源を必要とせず、電力と飲料水を長期間にわたって安定して供給することができ、又、プール水や井戸水を原水として処理し、飲料水や生活水を供給することができる。
The drinking water supply device (a) in the present embodiment can supply electric power of 100 W Max for 6 hours, and the water supply amount is 1.0 L / min (Max 3.0 L / min). The actual dimensions of the drinking water supply device (a) in the present embodiment are a width of 500 mm, a depth of 350 mm, and a height of 900 mm.
With such a configuration, it is possible to construct a system that continuously circulates a plurality of processes such as hydrogen supply, fuel cell operation, and water treatment. The self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system of the present embodiment enables power generation and drinking water supply by itself by the above-described configuration, does not require a commercial power source, and stabilizes power and drinking water for a long period of time. It can be supplied, and pool water and well water can be treated as raw water to supply drinking water and domestic water.
実施形態２
図２は、本実施形態２に係る水素生成装置２０の一例を示す概念図である。図２に示す如く、本実施形態２に係る水素生成装置２０は、水素製造装置として機能する反応用アルミ貯蔵部２１と純水製造装置２４、及び二次電池２２を有している。本実施形態２は、反応用アルミ貯蔵部２１に、純水製造装置２４によって生成された精製水を供給し、反応用アルミと水とを反応させて水素を製造する。本実施形態２における水素発生部は、反応用アルミ貯蔵部２１となる。反応に使用された精製水は、循環利用せずに反応後に排出される（Ｄ）。反応に使用された反応用アルミは、循環利用せず取り出して廃棄され、適宜新しい反応用アルミが反応用アルミ貯蔵部２１へ補充される。
本実施形態２に係る水素生成装置２０において、反応用アルミ貯蔵部２１に貯蔵される反応用アルミの形態に制限はなく、反応用アルミ貯蔵部２１に投入し得る大きさ及び形状の塊状、粒状、片状等であれば、任意に選択することができる。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of the
In the
実施形態３
図３は、本実施形態３に係る水素生成装置３０の一例を示す概念図である。図３に示す如く、本実施形態３に係る水素生成装置３０は、水素発生部として機能する反応用アルミ貯蔵部３１とアルカリ性物質貯蔵部３７を有している。ここでアルカリ性物質貯蔵部３７に貯蔵されるアルカリ性物質としては、濃アルカリ溶液が使用され、反応用アルミ貯蔵部３１内で、純水製造装置３４にて生成された精製水により希釈される。また水素生成装置３０は、純水製造装置３４と二次電池３２とを有している。本実施形態３は、水素製造装置として反応用アルミ貯蔵部３１とアルカリ性物質貯蔵部３７を採用している。前記反応用アルミ貯蔵部３１に、アルカリ性物質貯蔵部３７より濃アルカリ溶液を供給し、反応用アルミと精製水と濃アルカリ溶液とを反応用アルミ貯蔵部３１内において反応させて水素が精製される。反応に使用されたアルカリ溶液及び反応用アルミは、循環利用せず取り出して廃棄される（Ｄ）。また反応後、適宜新しい反応用アルミが反応用アルミ貯蔵部３１へ補充され、また、使用された濃アルカリ溶液を補充するために、アルカリ性物質貯蔵部３７より得られた新たな濃アルカリ溶液が反応用アルミ貯蔵部３１へ補充される。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing an example of the
実施形態４
図４は、本実施形態４に係る水素生成装置４０の一例を示す概念図である。図４に示す如く、本実施形態４に係る水素生成装置４０は、水素製造装置として反応用アルミ貯蔵部４１とアルカリ性物質貯蔵部４７を有している。ここでアルカリ性物質貯蔵部４７に貯蔵されるアルカリ性物質としては、水酸化ナトリウムが使用される。また水素生成装置４０は、純水製造装置４４と二次電池４２とを有している。前記反応用アルミ貯蔵部４１に、アルカリ性物質貯蔵部４７に精製水を通水して得られたアルカリ溶液と、純水製造装置４４によって生成された精製水を供給し、反応用アルミとアルカリ溶液を反応させて水素を製造する。本実施形態４においては、反応用アルミ貯蔵部４１が水素発生部となる。反応に使用されたアルカリ溶液及び反応用アルミは、循環利用せず取り出して廃棄される（Ｄ）。また反応後、適宜新しい反応用アルミが反応用アルミ貯蔵部４１へ補充され、アルカリ性物質貯蔵部４７に精製水を通水することによって得られたアルカリ溶液が新たに供給される。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of the
実施形態５
次に本実施形態の自立型水素発電及び飲料水供給システムの他の使用例を図５に則して説明する。 図５は、本実施形態５に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムの使用例を示す斜視図である。本実施形態５に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムにおける、飲料水供給装置（ａ）と水素生成装置（ｂ）とは分離して使用することができる。飲料水供給装置（ａ）と水素生成装置（ｂ）は、水素生成装置（ｂ）で生成された水素を、飲料水供給装置（ａ）における水素貯蔵装置に貯蔵するため、図示しない供給用のパイプで連接している。かかる連接パイプは着脱可能に構成されているため、飲料水供給装置（ａ）をプールＰ等の水源まで搬送して、水処理装置を稼動することができる。 特に本実施形態５に係る水素生成装置（ｂ）は、再生可能エネルギー発電装置を有するため、太陽光パネル２０などの設備の近傍に配置し、図示しないケーブルにより接続する必要がある。ただし、水素生成装置（ｂ）も二次電池による帯電が可能であることから、底部に車軸と車輪を設けることによって、搬送可能なように構成しても良い。
図５に示す如く、飲料水供給装置（ａ）を、給水ダクト２２の近傍まで搬送し、給水ダクト２２と飲料水供給装置（ａ）を接続することによって、プール水Ｐをろ過装置によってろ過し、飲料水を得ることができる。なお、飲料水供給装置（ａ）に給水ダクトを付加する構成にしても良い。その場合は、給水ダクト２２を設けることなく、飲料水供給装置（ａ）で直接プール水Ｐをろ過することが可能となる。 本実施形態５に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムは、このような構成を採用することによって、再生可能エネルギー発電装置から離れた水源へ、水処理装置を含むシステム単体のみを搬送して使用することができる。
Next, another usage example of the self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a perspective view showing an example of use of the self-supporting hydrogen power generation and drinking water supply system according to the fifth embodiment. In the self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system according to the fifth embodiment, the drinking water supply device (a) and the hydrogen generation device (b) can be used separately. Since the drinking water supply device (a) and the hydrogen generation device (b) store the hydrogen generated by the hydrogen generation device (b) in the hydrogen storage device in the drinking water supply device (a), it is for supply (not shown). It is connected by a pipe. Since the connecting pipe is detachably configured, the drinking water supply device (a) can be transported to a water source such as a pool P to operate the water treatment device. In particular, since the hydrogen generation device (b) according to the fifth embodiment has a renewable energy power generation device, it is necessary to arrange it in the vicinity of equipment such as a
As shown in FIG. 5, the drinking water supply device (a) is conveyed to the vicinity of the
実施例
上述した実施形態５に係る自立型水素発電及び飲料水供給システムを使用して、稲城市の井戸水から飲料水を精製した。精製された飲料水についての試験結果を下記の表に示す。
なお、水素生成装置と飲料水供給装置を有する水素発電及び飲料水供給システムであって、前記水素生成装置における二次電池及び飲料水供給装置としては、燃料電池を使用した。また、水素貯蔵装置としては水素吸蔵合金を使用し、二次電池には太陽光パネルを使用した汎用の再生可能エネルギー発電装置を使用した。さらに本実施例においては、水素製造装置としては、水の電気分解装置を使用した。
より具体的には、水の電気分解装置として、水電解スタックＱＬ−５００（Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｓａｉｋｅｓａｉｓｉ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｅｎｅｒｇｙ製）を使用した。また、水素吸蔵合金として、水素吸蔵量１．３ｗｔ％のＡＢ5型合金をボンベに充填したものを使用した。また、二次電池として、ＹＴ−Ｂ２４Ｒ（オプティマ製）を使用した。また、太陽光パネルとして、ＣＳ６Ｐ−２５０Ｐ（Ｃａｎａｄｉａｎ Ｓｏｌａｒ製）を使用した。また、水処理装置として、Ｘ−１ＤＳ（ＳＥＡＧＵＬＬ IV製）と更に、ＰＣＦ−ＰＣ Ａタイプ（日本フイルコン株式会社製）を使用した。更に、燃料電池としては、固体高分子型燃料電池（ＦＣＳ−Ｃ２００、ＨＯＲＡＩＺＯＮ製）を使用し、純水製造装置としては、活性炭樹脂（ＴＡ−３０Ｃ、トーケミ製）、カチオン交換樹脂（ＰＫ２２８ＬＨ、三菱化学製）、アニオン交換樹脂（ＰＡ３１２ＬＯＨ、三菱化学製）をそれぞれ市販のカートリッジに充填させて製造したものを使用することができる。
Example The drinking water was purified from the well water in Inagi City by using the self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system according to the fifth embodiment described above. The test results for purified drinking water are shown in the table below.
A hydrogen power generation and drinking water supply system having a hydrogen generation device and a drinking water supply device, and a fuel cell was used as the secondary battery and the drinking water supply device in the hydrogen generation device. A hydrogen storage alloy was used as the hydrogen storage device, and a general-purpose renewable energy power generation device using a solar panel was used as the secondary battery. Further, in this embodiment, a water electrolysis device was used as the hydrogen production device.
More specifically, as a water electrolyzer, a water electrolysis stack QL-500 (manufactured by Shandong Saikesaisi Hydrogen Energy) was used. Further, as the hydrogen storage alloy, a cylinder filled with an AB 5 type alloy having a hydrogen storage capacity of 1.3 wt% was used. Moreover, YT-B24R (manufactured by Optima) was used as a secondary battery. Moreover, CS6P-250P (manufactured by Canadian Solar) was used as a solar panel. Further, as a water treatment device, X-1DS (manufactured by SEAGULL IV) and PCF-PC A type (manufactured by Nippon Filcon Co., Ltd.) were used. Further, a polymer electrolyte fuel cell (FCS-C200, manufactured by HORAIZON) is used as the fuel cell, and an activated carbon resin (TA-30C, manufactured by Tohkemy) and a cation exchange resin (PK228LH, manufactured by Tohkemy) are used as the pure water production device. (Chemical) and anion exchange resin (PA312LOH, manufactured by Mitsubishi Chemical) can be used by filling commercially available cartridges with each other.
（ａ） 飲料水供給装置
（ｂ），１０，２０，３０，４０ 水素生成装置
２，１２，２２，３２，４２ 二次電池
４，１４，２４，３４，４４ 純水精製装置
５ 再生可能エネルギー発電装置
７ 水素貯蔵装置
８ 燃料電池
９ 水処理装置
２１，３１，４１ 反応用アルミ貯蔵部
３７，４７ アルカリ性物質貯蔵部
(A) Drinking water supply device
(B), 10, 20, 30, 40
Claims (8)
前記水素生成装置が二次電池、及び水を反応させて水素を製造する水素製造装置とを有し、
前記飲料水供給装置が燃料電池、前記水素生成装置において生成された水素が貯蔵された水素貯蔵装置、及び水処理装置とを有し、
前記燃料電池は、前記水素貯蔵装置に貯蔵されている水素を使用して稼働し、
前記水処理装置は、前記燃料電池により得られた電気を使用して稼働し、
前記水素生成装置と前記飲料水供給装置とが、分割して構成されており、夫々の装置の下方に車輪が取り付けられて移動可能に形成されていることを特徴とする自立型水素発電及び飲料水供給システム。 A hydrogen power generation and drinking water supply system having a hydrogen generator and a drinking water supply device that can be used separately.
The hydrogen generation device has a secondary battery and a hydrogen production device that produces hydrogen by reacting water.
The water supply device is a fuel cell, the hydrogen storage device is generated hydrogen stored in the hydrogen generator, and have a water treatment device,
The fuel cell operates using hydrogen stored in the hydrogen storage device, and operates.
The water treatment device operates using the electricity obtained from the fuel cell, and operates.
The hydrogen generating device and the drinking water supply device are separately configured, and a wheel is attached below each device to form a movable device. Water supply system.
前記水素製造装置が、前記純水製造装置で製造された純水で水素を製造することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一に記載された自立型水素発電及び飲料水供給システム。 The hydrogen generator may have a pure water manufacturing apparatus for producing pure water,
The self-sustaining hydrogen power generation and drinking water supply system according to any one of claims 2 to 5, wherein the hydrogen production apparatus produces hydrogen from pure water produced by the pure water production apparatus.
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