JP7020041B2 - Light energy utilization system - Google Patents

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Description

本発明は、太陽光などを利用して光合成などを行う光エネルギー利用システムに関する。 The present invention relates to a light energy utilization system that performs photosynthesis or the like using sunlight or the like.

非特許文献１には、一般的な人工光合成のシステムが記載されており、水に二酸化炭素（ＣＯ２）を溶解したものを原料としてギ酸を生成させる、いわゆる人工光合成システムが示されている。 Non-Patent Document 1 describes a general artificial photosynthesis system, and shows a so-called artificial photosynthesis system in which formic acid is produced by dissolving carbon dioxide (CO 2 ) in water as a raw material.

特許文献１には、太陽光発電パネルと太陽光集光パネルを同一形状に形成し、該同一形状の太陽光発電パネルと太陽光集光パネルを、建物の屋根に平面的に並べて設置し、太陽光発電による電気エネルギーと太陽光集光パネルによる熱エネルギーを同時に利用するシステムが示されている。 In Patent Document 1, a photovoltaic panel and a photovoltaic panel are formed in the same shape, and the photovoltaic panel and the photovoltaic panel having the same shape are installed side by side on the roof of a building in a plane. A system that simultaneously uses the electrical energy generated by photovoltaic power generation and the thermal energy generated by a photovoltaic condensing panel is shown.

特開２００２－２５０１３８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-250138

J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 15240-15243J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 15240-15243

非特許文献１にあるような従来の人工光合成システムでは、太陽光からの熱エネルギーを利用していないため、エネルギー効率があまり高くないという問題点がある。加えて、太陽光からの熱エネルギーを電解液に加え続ければ電解液の温度が上昇し、単位体積当たりの溶存気体原料の量が減少することで、人工光合成システムの効率が低下するという問題点がある。 The conventional artificial photosynthesis system as described in Non-Patent Document 1 has a problem that the energy efficiency is not so high because the heat energy from sunlight is not used. In addition, if the thermal energy from sunlight is continuously added to the electrolytic solution, the temperature of the electrolytic solution rises and the amount of the dissolved gas raw material per unit volume decreases, so that the efficiency of the artificial photosynthesis system decreases. There is.

特許文献１に記載されたような、太陽光発電パネルと太陽熱利用システム（太陽光集光パネル）を併用するシステムでは、トータルとしてのパネル厚が厚くなると同時に、人工光合成システムのための電解液循環システムと太陽熱利用システムのための熱媒体循環システムを並行して運用しなければならず、システム全体の機構が複雑になるという問題点がある。 In a system that uses a photovoltaic power generation panel and a solar heat utilization system (solar condensing panel) together as described in Patent Document 1, the total panel thickness becomes thicker, and at the same time, electrolytic solution circulation for an artificial photosynthesis system is performed. There is a problem that the heat medium circulation system for the system and the solar heat utilization system must be operated in parallel, and the mechanism of the entire system becomes complicated.

本発明は、光エネルギーを利用して、原料キャリアから合成物を生成する光エネルギー利用システムであって、入射してくる光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池と、原料キャリアに原料を投入する原料投入部と、原料投入部からの原料を含む原料キャリアと接触する陽極および陰極を含み、太陽電池からの出力を陽極と陰極の間に印加して、陽極または陰極に接触する原料を含む原料キャリアから合成物を生成する合成部と、熱交換手段で回収した熱を蓄熱し、蓄えられた熱を加熱用途に利用するための蓄熱手段と、
合成部からの合成物を含む原料キャリアから熱を回収し温度を低下させる熱交換手段と、熱交換手段で温度低下した合成物を含む原料キャリアから合成物を分離する回収手段と、回収手段で合成物が分離された原料キャリアを原料投入部に循環する循環手段と、を有する。 The present invention is an optical energy utilization system that uses light energy to generate a compound from a raw material carrier, a solar cell that converts incident light energy into electrical energy, and a raw material that is input to the raw material carrier. A raw material containing a raw material, including an anode and a cathode that come into contact with a raw material carrier containing the raw material from the raw material input section, and an output from a solar cell is applied between the anode and the cathode to contact the anode or the cathode. A synthesis unit that generates a composite from a carrier , a heat storage means for storing heat recovered by heat exchange means, and a heat storage means for using the stored heat for heating purposes.
A heat exchange means for recovering heat from a raw material carrier containing a synthetic material from a synthesis unit to lower the temperature, a recovery means for separating the synthetic material from a raw material carrier containing a raw material carrier whose temperature has been lowered by the heat exchange means, and a recovery means. It has a circulation means for circulating the raw material carrier from which the synthetic product is separated to the raw material input section.

また、原料キャリアは、液状であり、合成物は液体または気体であることが好適である。 Further, it is preferable that the raw material carrier is a liquid and the synthetic product is a liquid or a gas.

さらに、上方から光エネルギーが入射してくる基体を有し、太陽電池は、前記基体内の上部に設けられ、合成部は、基体内の下部に設けられることが好適である。 Further, it is preferable that the substrate has a substrate on which light energy is incident from above, the solar cell is provided in the upper part of the substrate, and the synthesis portion is provided in the lower part of the substrate .

本発明によれば、人工光合成パネルで発生した熱エネルギーを有効に利用することができ、省エネルギーとなる。 According to the present invention, the heat energy generated by the artificial photosynthesis panel can be effectively used, resulting in energy saving.

実施形態１に係る光エネルギー利用システムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure of the light energy utilization system which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態２に係る光エネルギー利用システムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure of the light energy utilization system which concerns on Embodiment 2. 実施形態３に係る光エネルギー利用システムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure of the light energy utilization system which concerns on Embodiment 3. 人工光合成パネルの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the artificial photosynthesis panel.

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described here.

「実施形態１」
＜システム構成＞
図１に、実施形態１に係る光エネルギー利用システムの概略構成を示す。人工光合成パネル１は、光（通常は太陽光）の照射を受け、人工光合成反応を生起する。ＣＯ２を溶解した液状の電解液（原料キャリア：燐酸バッファ）を受け入れ、これが陽極および陰極と接触することで、酸化還元反応を生起して、陽極において自ら酸素を発生するとともに、陰極においてＣＯ２から一酸化炭素（ＣＯ）、ギ酸（ＨＣＯＯＨ）、メタノール（ＣＨ３ＣＯＯＨ）などを発生する。すなわち、入射してくる光を太陽電池で受け、電気エネルギーに変換すること（光電変換）によって直流電力を生成し、この直流電力を陽極／陰極間に印加して酸化還元反応を生起する。なお、陽極には酸化触媒、陰極には還元触媒が含まれており、所望の酸化還元反応を促進する。また、この実施形態では、ギ酸を生成することを目的としている。 "Embodiment 1"
<System configuration>
FIG. 1 shows a schematic configuration of the light energy utilization system according to the first embodiment. The artificial photosynthesis panel 1 is irradiated with light (usually sunlight) to cause an artificial photosynthesis reaction. It accepts a liquid electrolyte (raw material carrier: phosphoric acid buffer) in which CO 2 is dissolved, and when it comes into contact with the anode and cathode, it causes a redox reaction, generates oxygen by itself at the anode, and CO 2 at the cathode. Generates carbon monoxide (CO), formic acid (HCOOH), methanol (CH 3 COOH) and the like. That is, the incident light is received by the solar cell and converted into electric energy (photoelectric conversion) to generate DC power, and this DC power is applied between the anode and the cathode to cause a redox reaction. The anode contains an oxidation catalyst and the cathode contains a reduction catalyst to promote a desired redox reaction. Further, in this embodiment, it is an object to produce formic acid.

人工光合成パネル１からは、反応物を含む原料キャリアが排出されてきて、これが気体分離装置２に導入される。この気体分離装置２では、主に陽極で発生される酸素（Ｏ２）が分離される。分離された酸素は、気体蓄積装置７に導入され、蓄積される。Ｏ２は、適宜用途に利用されるが、安全な手段で廃棄してもよい。 A raw material carrier containing a reactant is discharged from the artificial photosynthesis panel 1, and this is introduced into the gas separation device 2. In this gas separation device 2, oxygen (O 2 ) mainly generated at the anode is separated. The separated oxygen is introduced into the gas storage device 7 and stored. O 2 is used for various purposes as appropriate, but may be disposed of by safe means.

気体分離装置２で、気体が分離された反応物を含む原料キャリアは、エネルギー回収手段としての熱交換装置３に導入され、ここで熱を放出する。人工光合成パネル１には太陽光が照射され、これによって人工光合成パネル１内の原料キャリアが加熱される。太陽電池は、赤外線など長波長側の光を利用せず、これらは原料キャリアに吸収され、原料キャリアの温度が上昇する。そして、熱交換装置３において、原料キャリアから熱が回収され、その温度が低下する。 In the gas separation device 2, the raw material carrier containing the reactant from which the gas is separated is introduced into the heat exchange device 3 as an energy recovery means, and heat is released there. The artificial photosynthesis panel 1 is irradiated with sunlight, whereby the raw material carriers in the artificial photosynthesis panel 1 are heated. The solar cell does not utilize light on the long wavelength side such as infrared rays, and these are absorbed by the raw material carrier, and the temperature of the raw material carrier rises. Then, in the heat exchange device 3, heat is recovered from the raw material carrier, and the temperature thereof drops.

熱交換装置３で得られた熱は蓄熱装置８に蓄えられる。蓄熱装置８は、熱媒体を利用してもよいが化学反応を利用するものも好ましい。蓄熱装置８に蓄えられた熱は各種の加熱用途に利用される。 The heat obtained by the heat exchange device 3 is stored in the heat storage device 8. The heat storage device 8 may use a heat medium, but a heat storage device 8 that uses a chemical reaction is also preferable. The heat stored in the heat storage device 8 is used for various heating purposes.

熱交換装置３で、熱を放出した反応物を含む原料キャリアは、回収手段としての反応物分離装置４に導入される。ギ酸などの反応物の回収方法は、公知の方法が利用できるが、たとえば冷却したり、吸着するなどの方法が好ましい。 In the heat exchange device 3, the raw material carrier containing the reactant that has released heat is introduced into the reactant separation device 4 as a recovery means. As a method for recovering a reactant such as formic acid, a known method can be used, but a method such as cooling or adsorbing is preferable.

反応物分離装置４で、ギ酸などの反応物が分離された原料キャリアは、原料キャリア循環装置５に供給される。この原料キャリア循環装置５は、液体ポンプなどで構成され、反応物分離装置４からの原料キャリアを送出する。 The raw material carrier from which the reactant such as formic acid has been separated by the reactant separating device 4 is supplied to the raw material carrier circulation device 5. The raw material carrier circulation device 5 is composed of a liquid pump or the like, and sends out the raw material carrier from the reactant separation device 4.

循環手段としての原料キャリア循環装置５から送出された原料キャリアは、原料投入装置６に供給され、ここで、原料としてＣＯ２が溶解される。すなわち、人工光合成パネル１において還元反応によって消費されたＣＯ２や水が補充される。そして、ＣＯ２を含む原料キャリアが人工光合成パネル１に供給される。なお、原料キャリアは、電解液として燐酸バッファを使用し、原料としてＣＯ２を使用する。 Raw material carrier as a circulating means The raw material carrier sent out from the raw material carrier 5 is supplied to the raw material input device 6, where CO 2 is dissolved as a raw material. That is, CO 2 and water consumed by the reduction reaction in the artificial photosynthesis panel 1 are replenished. Then, the raw material carrier containing CO 2 is supplied to the artificial photosynthesis panel 1. The raw material carrier uses a phosphoric acid buffer as an electrolytic solution and CO 2 as a raw material.

ここで、合成部としての人工光合成パネル１に供給される原料キャリアは、熱交換装置３で温度が下げられているので、原料投入装置６で投入するＣＯ２の溶存ガス量を低下させないので、人工光合成パネル１での光合成効率の低下を抑制することができる。 Here, since the temperature of the raw material carrier supplied to the artificial photosynthesis panel 1 as the synthesis unit is lowered by the heat exchange device 3, the amount of dissolved gas of CO 2 charged by the raw material charging device 6 is not reduced. It is possible to suppress a decrease in photosynthesis efficiency in the artificial photosynthesis panel 1.

このように、原料キャリアが循環され、気体蓄積装置７にガスが分離され、熱交換装置３で熱が分離され、反応物分離装置４において人工光合成の合成物であるギ酸などが分離される。 In this way, the raw material carrier is circulated, the gas is separated into the gas storage device 7, the heat is separated by the heat exchange device 3, and the formic acid, which is a synthetic product of artificial photosynthesis, is separated by the reactant separation device 4.

また、反応物分離装置４で分離された反応物（合成物：ギ酸）は、反応物蓄積装置９に供給され、ここに蓄積される。単に、分離された反応物の水溶液（ギ酸水溶液）を貯留するだけでもよいが、ここで濃縮したりしてもよい。 Further, the reactant (synthetic acid: formic acid) separated by the reactant separating device 4 is supplied to the reactant storage device 9 and stored there. The aqueous solution of the separated reaction product (formic acid aqueous solution) may be simply stored, or may be concentrated here.

反応物蓄積装置９からの反応物は、二次反応装置１０に供給される。この二次反応装置１０では、合成反応、酸塩基反応、分解反応、乾燥などを行う。二次反応物としては種々のものが想定できる。ここでは、例えば、二次反応物（反応生成物）として過ギ酸（ＨＣＯＯ２Ｈ）の場合について説明する。 The reactants from the reactant accumulator 9 are supplied to the secondary reactor 10. In this secondary reaction apparatus 10, a synthesis reaction, an acid-base reaction, a decomposition reaction, drying and the like are carried out. Various secondary reactants can be assumed. Here, for example, the case of performingic acid (HCOO 2 H) as a secondary reaction product (reaction product) will be described.

反応物蓄積装置９に蓄積したギ酸水溶液を二次反応装置１０に移送する。また、二次反応追加原料供給装置１１から過酸化水素水（被反応物）を二次反応装置１０に投入する。そこで、反応物蓄積装置９からのギ酸と、二次反応追加原料供給装置１１からの過酸化水素水から二次反応装置１０で過ギ酸が生成される。 The formic acid aqueous solution accumulated in the reactant storage device 9 is transferred to the secondary reaction device 10. Further, the hydrogen peroxide solution (reacted product) is charged into the secondary reaction device 10 from the secondary reaction additional raw material supply device 11. Therefore, performic acid is produced in the secondary reaction device 10 from the formic acid from the reactant storage device 9 and the hydrogen peroxide solution from the secondary reaction additional raw material supply device 11.

このようにして二次反応装置１０において生成された過ギ酸を含む溶液は、二次反応物蓄積装置１２に蓄積される。 The solution containing performic acid thus produced in the secondary reaction apparatus 10 is accumulated in the secondary reaction product storage apparatus 12.

従って、二次反応装置１０において得られた過ギ酸を各種の用途に使用することができる。 Therefore, the performic acid obtained in the secondary reaction apparatus 10 can be used for various purposes.

ここで、過ギ酸を生成することが目的ではなく、例えば、廃タイヤから取出した加硫アクリロニトリル－ブタジエン共重合体を固相酸化分解させることが目的とすることもできる。この場合、二次反応装置１０に、加硫アクリロニトリル－ブタジエン共重合体をさらに加えればよい。これによって、二次反応装置１０において、加硫アクリロニトリル－ブタジエン共重合体を固相酸化分解することができ、分解生成物を燃料等に利用することができる。 Here, the purpose is not to generate performic acid, but for example, it is also possible to aim at solid-phase oxidative decomposition of the vulcanized acrylonitrile-butadiene copolymer taken out from waste tires. In this case, the vulcanized acrylonitrile-butadiene copolymer may be further added to the secondary reaction apparatus 10. As a result, in the secondary reaction apparatus 10, the vulcanized acrylonitrile-butadiene copolymer can be subjected to solid-phase oxidative decomposition, and the decomposition product can be used as a fuel or the like.

さらに、蓄熱装置８に蓄積した熱を二次反応装置１０に供給する。二次反応装置１０において、加硫アクリロニトリル－ブタジエン共重合体を固相酸化分解する場合、分解に必要な熱エネルギーを加える必要がある。本実施形態１では、分解に必要な熱エネルギーの一部を蓄熱装置８から供給することができる。従って、反応のために新たに必要となる熱エネルギーの生成量を抑制することができるので、さらなる省エネルギーとなる。 Further, the heat stored in the heat storage device 8 is supplied to the secondary reaction device 10. When the vulcanized acrylonitrile-butadiene copolymer is subjected to solid phase oxidative decomposition in the secondary reaction apparatus 10, it is necessary to add the thermal energy required for the decomposition. In the first embodiment, a part of the thermal energy required for decomposition can be supplied from the heat storage device 8. Therefore, the amount of heat energy newly required for the reaction can be suppressed, resulting in further energy saving.

「実施形態２」
図２に、実施形態２に係る光エネルギー利用システムの概略構成を示す。人工光合成パネル１、気体分離装置２、熱交換装置３、反応物分離装置４、原料キャリア循環装置５、原料投入装置６、気体蓄積装置７、蓄熱装置８、反応物蓄積装置９の構成は、実施形態１と同じである。 "Embodiment 2"
FIG. 2 shows a schematic configuration of the light energy utilization system according to the second embodiment. The composition of the artificial photosynthesis panel 1, the gas separation device 2, the heat exchange device 3, the reactant separation device 4, the raw material carrier circulation device 5, the raw material input device 6, the gas storage device 7, the heat storage device 8, and the reactant storage device 9 is as follows. It is the same as the first embodiment.

実施形態２では、二次反応装置１０において、被分解物を分解する。すなわち、実施形態２では、実施形態１をさらに進め、廃タイヤから取出した加硫アクリロニトリル－ブタジエン共重合体を固相酸化分解させる。 In the second embodiment, the decomposition product is decomposed in the secondary reaction apparatus 10. That is, in the second embodiment, the first embodiment is further advanced, and the vulcanized acrylonitrile-butadiene copolymer taken out from the waste tire is subjected to solid phase oxidative decomposition.

本実施形態２では、気体蓄積装置７には酸素を蓄積する。気体蓄積装置７の酸素を別系統反応装置２２に移送する。また、別系統反応追加原料供給装置２１から水を別系統反応装置２２に投入する。別系統反応装置２２には光触媒装置が設けられており、光（太陽光）エネルギーにより酸素と水から過酸化水素水が生成される。生成された過酸化水素水は、別系統反応物蓄積装置２３に蓄積される。なお、別系統反応装置２２は、合成反応、酸塩基反応、分解反応、乾燥、などを行う容器として使用することもできる。 In the second embodiment, oxygen is stored in the gas storage device 7. The oxygen of the gas storage device 7 is transferred to another system reaction device 22. Further, water is charged into the separate system reaction device 22 from the separate system reaction additional raw material supply device 21. The separate system reaction device 22 is provided with a photocatalyst device, and hydrogen peroxide solution is generated from oxygen and water by light (solar) energy. The generated hydrogen peroxide solution is stored in the reaction product storage device 23 of another system. The separate system reaction device 22 can also be used as a container for performing a synthesis reaction, an acid-base reaction, a decomposition reaction, drying, and the like.

反応物蓄積装置９に蓄積したギ酸水溶液を二次反応装置１０に移送する。量的に不足する場合は外部から不足分を加える。別系統反応物蓄積装置２３から過酸化水素水を二次反応装置１０に投入する。過酸化水素水も量的に不足する場合は外部から不足分を加える。 The formic acid aqueous solution accumulated in the reactant storage device 9 is transferred to the secondary reaction device 10. If the quantity is insufficient, add the shortage from the outside. Hydrogen peroxide solution is charged into the secondary reaction device 10 from the reaction product storage device 23 of another system. If the amount of hydrogen peroxide solution is insufficient, add the shortage from the outside.

二次反応装置１０に被分解物投入装置２４から、廃タイヤから取出した加硫アクリロニトリル－ブタジエン共重合体チップを投入する。 The vulcanized acrylonitrile-butadiene copolymer chip taken out from the waste tire is charged into the secondary reaction apparatus 10 from the decomposition product charging device 24.

これにより、二次反応装置１０で、過ギ酸により、加硫アクリロニトリル－ブタジエン共重合体を固相酸化分解する。分解物等は分解物蓄積装置２５に搬送され、蓄積される。分解物は、燃料などに使用される。 As a result, in the secondary reaction apparatus 10, the vulcanized acrylonitrile-butadiene copolymer is subjected to solid phase oxidative decomposition with performic acid. The decomposition products and the like are transported to the decomposition product storage device 25 and accumulated. The decomposition product is used as fuel or the like.

ここで、二次反応装置１０には、蓄熱装置８から熱エネルギーが供給される。従って、二次反応装置１０における加硫アクリロニトリル－ブタジエン共重合体の分解に必要な熱エネルギーの一部を蓄熱装置８から供給することができる。このため、反応のために新たに必要となる熱エネルギーの生成量を抑制することができるので、さらなる省エネルギーとなる。 Here, heat energy is supplied to the secondary reaction device 10 from the heat storage device 8. Therefore, a part of the thermal energy required for the decomposition of the vulcanized acrylonitrile-butadiene copolymer in the secondary reaction apparatus 10 can be supplied from the heat storage apparatus 8. Therefore, it is possible to suppress the amount of heat energy newly required for the reaction, which further saves energy.

なお、二次反応装置１０は、合成反応、酸塩基反応、分解反応、乾燥、などを行う容器としても使用できる。 The secondary reaction apparatus 10 can also be used as a container for performing a synthesis reaction, an acid-base reaction, a decomposition reaction, drying, and the like.

「実施形態３」
図３に、実施形態３に係る光エネルギー利用システムの概略構成を示す。人工光合成パネル１、気体分離装置２、熱交換装置３、反応物分離装置４、原料キャリア循環装置５、原料投入装置６、気体蓄積装置７，蓄熱装置８、反応物蓄積装置９の構成は、実施形態１，２と同じである。そして、この実施形態３では、蓄熱装置８の熱エネルギーは、給湯循環装置３０によって給湯装置３１に送られる。すなわち、蓄熱装置８によって加熱された熱媒体は給湯循環装置３０によって給湯装置３１に供給される。給湯装置３１は、供給される熱媒体からの熱を熱交換で取り出し、水を加熱して、使用場所にお湯を供給する。給湯装置３１から排出された熱媒体は蓄熱装置８に循環する。もちろん、給湯装置３１では、他の熱源も利用できる。 "Embodiment 3"
FIG. 3 shows a schematic configuration of the light energy utilization system according to the third embodiment. The composition of the artificial photosynthesis panel 1, the gas separation device 2, the heat exchange device 3, the reactant separation device 4, the raw material carrier circulation device 5, the raw material input device 6, the gas storage device 7, the heat storage device 8, and the reactant storage device 9 is as follows. It is the same as the first and second embodiments. Then, in the third embodiment, the heat energy of the heat storage device 8 is sent to the hot water supply device 31 by the hot water supply circulation device 30. That is, the heat medium heated by the heat storage device 8 is supplied to the hot water supply device 31 by the hot water supply circulation device 30. The hot water supply device 31 takes out heat from the supplied heat medium by heat exchange, heats the water, and supplies hot water to the place of use. The heat medium discharged from the hot water supply device 31 circulates in the heat storage device 8. Of course, in the hot water supply device 31, other heat sources can also be used.

これにより、人工光合成パネル１で発生した熱エネルギーを有効に利用することができ、省エネルギーとなる。また、蓄熱装置８に蓄積した熱エネルギーは、熱エネルギーとして他の目的で利用することができる。熱電素子などを利用して電気エネルギーに変換して利用することもできる。なお、原料キャリアを循環させるエネルギーは、新たなシステムを加えなくても元々必要なエネルギーであるため、熱エネルギー回収・蓄熱のために必要とするエネルギーは非常に少ない。 As a result, the heat energy generated by the artificial photosynthesis panel 1 can be effectively used, resulting in energy saving. Further, the heat energy stored in the heat storage device 8 can be used as heat energy for other purposes. It can also be used by converting it into electrical energy using a thermoelectric element or the like. Since the energy for circulating the raw material carrier is originally required energy without adding a new system, the energy required for heat energy recovery and heat storage is very small.

「人工光合成パネル１の構成」
人工光合成パネル１の具体的な構成例を図４に示す。基体４０は、例えば上下が開放された四角形の枠体である。プラスチックなどの絶縁体で形成されている。基体４０の底部には、酸化触媒機能を有する酸化電極４２が配置され、基体４０の底部を閉じている。酸化電極４２の下面は露出しているが、保護材などでカバーしても構わない。 "Structure of artificial photosynthesis panel 1"
FIG. 4 shows a specific configuration example of the artificial photosynthesis panel 1. The substrate 40 is, for example, a quadrangular frame whose top and bottom are open. It is made of an insulator such as plastic. An oxidation electrode 42 having an oxidation catalyst function is arranged on the bottom of the substrate 40, and the bottom of the substrate 40 is closed. Although the lower surface of the oxide electrode 42 is exposed, it may be covered with a protective material or the like.

酸化電極４２の上方には、所定の間隔をおいて還元触媒機能を有する還元電極４４が配置されている。そして、酸化電極４２および還元電極４４は、基体４０に対し、水密に接続されており、酸化電極４２と還元電極４４との間の空間が反応室４６となっている。そして、この反応室４６に外部からの原料キャリア（例えば、ＣＯ２が溶解された燐酸バッファ）が循環される。 Above the oxidation electrode 42, reduction electrodes 44 having a reduction catalyst function are arranged at predetermined intervals. The oxidation electrode 42 and the reduction electrode 44 are watertightly connected to the substrate 40, and the space between the oxidation electrode 42 and the reduction electrode 44 is the reaction chamber 46. Then, a raw material carrier from the outside (for example, a phosphoric acid buffer in which CO 2 is dissolved) is circulated in the reaction chamber 46.

還元電極４４の上方には、光電変換部を構成する、結晶シリコン太陽電池４８が配置され、その上方に透明カバー５０が配置されて、基体４０の上部が閉じられている。 A crystalline silicon solar cell 48 constituting a photoelectric conversion unit is arranged above the reduction electrode 44, a transparent cover 50 is arranged above the crystalline silicon solar cell 48, and the upper part of the substrate 40 is closed.

そして、結晶シリコン太陽電池４８の正極が酸化電極４２に電気的に接続され、負極が還元電極４４に接続される。また、結晶シリコン太陽電池４８は、電池セル４８ａを４つ直列接続して形成されている。電池セル４８ａは、０．５Ｖ程度の出力であり、４つ直列接続することで、２Ｖ程度の出力電圧が得られる。ここで、結晶シリコン太陽電池４８は、結晶シリコン／アモルファスシリコンのヘテロ接合を用いたヘテロ結合型のシリコン太陽電池を含む。なお、電池セル４８ａの直列接続個数は４～６個とする。５，６個とすることで出力電圧に余裕ができ、劣化等により出力電圧が下がっても、必要とされる電圧を維持できる。 Then, the positive electrode of the crystalline silicon solar cell 48 is electrically connected to the oxide electrode 42, and the negative electrode is connected to the reduction electrode 44. Further, the crystalline silicon solar cell 48 is formed by connecting four battery cells 48a in series. The battery cell 48a has an output of about 0.5 V, and by connecting four in series, an output voltage of about 2 V can be obtained. Here, the crystalline silicon solar cell 48 includes a heterocoupled silicon solar cell using a heterojunction of crystalline silicon / amorphous silicon. The number of battery cells 48a connected in series is 4 to 6. By using 5 or 6 units, there is a margin in the output voltage, and even if the output voltage drops due to deterioration or the like, the required voltage can be maintained.

また、電池セル４８ａを複数個並列接続したものを４～６個直列接続したり、４～６個の電池セル４８ａを直列接続したものを複数個並列接続したりすることも好適である。 Further, it is also preferable to connect 4 to 6 battery cells 48a connected in parallel in series, or to connect a plurality of battery cells 48a connected in series in parallel.

このような人工光合成セルに光、例えば太陽光が照射されると、結晶シリコン太陽電池４８が２Ｖ程度の電圧を出力する。これによって、酸化電極４２と、還元電極４４との間に、２Ｖ程度の電圧が印加される。そこで、反応室４６内の原料キャリアが酸化電極４２と、還元電極４４との間で酸化還元反応が生起される。例えば、酸化電極４２において、Ｈ２ＯからＯ２を生成し、還元電極４４において、Ｈ２ＯとＣＯ２（二酸化炭素）からＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣＯＯＨ（ギ酸）、ＣＨ３ＯＨ（メタノール）などを合成したりする人工光合成が行われる。 When such an artificial photosynthesis cell is irradiated with light, for example, sunlight, the crystalline silicon solar cell 48 outputs a voltage of about 2 V. As a result, a voltage of about 2 V is applied between the oxidation electrode 42 and the reduction electrode 44. Therefore, the raw material carrier in the reaction chamber 46 causes a redox reaction between the oxidation electrode 42 and the reduction electrode 44. For example, in the oxidation electrode 42, O 2 is generated from H 2 O, and in the reduction electrode 44, CO (carbon monoxide), HCOOH (formic acid), and CH 3 OH (methanol) are generated from H 2 O and CO 2 (carbon dioxide). ) Etc. are synthesized by artificial photosynthesis.

１ 人工光合成パネル、２ 気体分離装置、３ 熱交換装置、４ 反応物分離装置、５ 原料キャリア循環装置、６ 原料投入装置、７ 気体蓄積装置、８ 蓄熱装置、９ 反応物蓄積装置、１０ 二次反応装置、１１ 二次反応追加原料供給装置、１２ 二次反応物蓄積装置、２１ 別系統反応追加原料供給装置、２２ 別系統反応装置、２３ 別系統反応物蓄積装置、２４ 被分解物投入装置、２５ 分解物蓄積装置、３０ 給湯循環装置、３１ 給湯装置。
1 Artificial photosynthesis panel, 2 Gas separation device, 3 Heat exchange device, 4 Reaction product separation device, 5 Raw material carrier circulation device, 6 Raw material input device, 7 Gas storage device, 8 Heat storage device, 9 Reaction product storage device, 10 Secondary Reaction device, 11 Secondary reaction additional raw material supply device, 12 Secondary reaction product storage device, 21 Separate system reaction additional raw material supply device, 22 Separate system reaction device, 23 Separate system reaction product storage device, 24 Decomposed product charging device, 25 Decomposition storage device, 30 Hot water supply circulation device, 31 Hot water supply device.

Claims (3)

光エネルギーを利用して、原料キャリアから合成物を生成する光エネルギー利用システムであって、
入射してくる光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池と、
原料キャリアに原料を投入する原料投入部と、
原料投入部からの原料を含む原料キャリアと接触する陽極および陰極を含み、太陽電池からの出力を陽極と陰極の間に印加して、陽極または陰極に接触する原料を含む原料キャリアから合成物を生成する合成部と、
合成部からの合成物を含む原料キャリアから熱を回収し温度を低下させる熱交換手段と、
熱交換手段で回収した熱を蓄熱し、蓄えられた熱を加熱用途に利用するための蓄熱手段と、
熱交換手段で温度低下した合成物を含む原料キャリアから合成物を分離する回収手段と、
回収手段で合成物が分離された原料キャリアを原料投入部に循環する循環手段と、
を有する、
光エネルギー利用システム。 A light energy utilization system that uses light energy to generate compounds from raw material carriers.
A solar cell that converts incident light energy into electrical energy,
The raw material input section that inputs raw materials to the raw material carrier,
Contains an anode and a cathode that come into contact with the raw material carrier containing the raw material from the raw material input section, and the output from the solar cell is applied between the anode and the cathode to obtain the compound from the anode or the raw material carrier containing the raw material that comes into contact with the cathode. The compositing part to generate and
A heat exchange means that recovers heat from a raw material carrier containing a synthetic product from the synthesis unit and lowers the temperature.
A heat storage means for storing the heat recovered by the heat exchange means and using the stored heat for heating purposes.
A recovery means for separating the synthetic material from the raw material carrier containing the synthetic material whose temperature has been lowered by the heat exchange means,
A circulating means that circulates the raw material carrier from which the compound has been separated by the recovery means to the raw material input section,
Have,
Light energy utilization system. 請求項１に記載の光エネルギー利用システムであって、
原料キャリアは、液状であり、合成物は液体または気体である、
光エネルギー利用システム。 The light energy utilization system according to claim 1.
The raw material carrier is liquid and the compound is liquid or gas,
Light energy utilization system. 請求項１または２に記載の光エネルギー利用システムであって、
さらに、上方から光エネルギーが入射してくる基体を有し、
太陽電池は、前記基体内の上部に設けられ、
合成部は、基体内の下部に設けられる、
光エネルギー利用システム。 The light energy utilization system according to claim 1 or 2.
Furthermore, it has a substrate on which light energy is incident from above.
The solar cell is provided in the upper part of the substrate and is provided.
The synthesis part is provided at the lower part in the substrate.
Light energy utilization system.
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