JPH05262300A - 閉鎖居住空間システム - Google Patents
閉鎖居住空間システムInfo
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- JPH05262300A JPH05262300A JP4063412A JP6341292A JPH05262300A JP H05262300 A JPH05262300 A JP H05262300A JP 4063412 A JP4063412 A JP 4063412A JP 6341292 A JP6341292 A JP 6341292A JP H05262300 A JPH05262300 A JP H05262300A
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- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/42—Arrangements or adaptations of power supply systems
- B64G1/421—Non-solar power generation
- B64G1/423—Fuel cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 宇宙、海底等の地上以外の空間（宇宙ステー
ション、海底都市等）において、必要不可欠な電力のほ
か、居住空間中に満たす空気，生活必要水，熱及び食料
（生鮮野菜）などを効率良く供給できる閉鎖居住空間シ
ステムを構成する。 【構成】 居住スペ−ス１と、燃料電池２と、水電解装
置３と、食料用植物生産工場４と、炭酸ガス分離装置５
と、水回収分離装置６と、熱交換器７と、空気制御装置
８と、空気及び水素運搬船９でシステムを構成すると共
に、居住場所内の空気ラインと前記の燃料電池２の酸化
ガスラインを同一ラインとし、更に、この同一ライン中
に、炭酸ガス分離装置５と、同一ライン中の空気を循環
させる構成にする。
ション、海底都市等）において、必要不可欠な電力のほ
か、居住空間中に満たす空気，生活必要水，熱及び食料
（生鮮野菜）などを効率良く供給できる閉鎖居住空間シ
ステムを構成する。 【構成】 居住スペ−ス１と、燃料電池２と、水電解装
置３と、食料用植物生産工場４と、炭酸ガス分離装置５
と、水回収分離装置６と、熱交換器７と、空気制御装置
８と、空気及び水素運搬船９でシステムを構成すると共
に、居住場所内の空気ラインと前記の燃料電池２の酸化
ガスラインを同一ラインとし、更に、この同一ライン中
に、炭酸ガス分離装置５と、同一ライン中の空気を循環
させる構成にする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、宇宙，海底，地下等の
地上以外の閉鎖居住空間（宇宙ステーション、海底都
市、地下シェルタ−等）システムに係り、特に、人間や
動物が居住するのに好適な閉鎖居住空間システムに関す
る。
地上以外の閉鎖居住空間（宇宙ステーション、海底都
市、地下シェルタ−等）システムに係り、特に、人間や
動物が居住するのに好適な閉鎖居住空間システムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池の研究開発は、無公害で環境調
和性が高く、発電効率の高い発電システムとして、アメ
リカ、日本を中心に世界的に活発に推進されている。一
方、月面基地等の宇宙ステ−ション、海底都市等の地上
以外の他空間における居住場所を想定した居住システム
の検討も、実現させることを前提として、進められてい
る。一般的に、このような他空間における居住システム
への電力供給源としては、例えば月面基地を例にあげる
ならば、月面基地と月資源開発研究会、第三分科会報告
書、p.17がある。これを図４〜図８に示す。
和性が高く、発電効率の高い発電システムとして、アメ
リカ、日本を中心に世界的に活発に推進されている。一
方、月面基地等の宇宙ステ−ション、海底都市等の地上
以外の他空間における居住場所を想定した居住システム
の検討も、実現させることを前提として、進められてい
る。一般的に、このような他空間における居住システム
への電力供給源としては、例えば月面基地を例にあげる
ならば、月面基地と月資源開発研究会、第三分科会報告
書、p.17がある。これを図４〜図８に示す。
【０００３】図４は、太陽光発電（高剛性パネル方式、
フレキシブルパネル方式）に関する説明図である。図５
は、太陽熱発電に関する説明図である。図６は、燃料電
池に関する説明図である。図７は、原子力発電（原子
炉、ラジオアイソト−プ発電）に関する説明図である。
図８は、マイクロ波電送発電に関する説明図である。
フレキシブルパネル方式）に関する説明図である。図５
は、太陽熱発電に関する説明図である。図６は、燃料電
池に関する説明図である。図７は、原子力発電（原子
炉、ラジオアイソト−プ発電）に関する説明図である。
図８は、マイクロ波電送発電に関する説明図である。
【０００４】以上の図４〜図８の各種方式は、どれも長
所，短所が有り、また、適用規模範囲の限られたものも
ある。そのため、現状においては、すべての面において
決定的といえるものは無いが、有力視されているもの
は、 原子力発電方式 太陽光電池方式 太陽光電池と燃料電池の組合せ方式 である。使用する燃料電池としては、水素，酸素を反応
ガスとするアルカリ電解質型（AFC）と固体高分子電解
質型（SPFC）の２種類のみがあげられている。
所，短所が有り、また、適用規模範囲の限られたものも
ある。そのため、現状においては、すべての面において
決定的といえるものは無いが、有力視されているもの
は、 原子力発電方式 太陽光電池方式 太陽光電池と燃料電池の組合せ方式 である。使用する燃料電池としては、水素，酸素を反応
ガスとするアルカリ電解質型（AFC）と固体高分子電解
質型（SPFC）の２種類のみがあげられている。
【０００５】尚、従来技術に関連するものとして、特開
平２−１６３００７号公報記載のものがあるが、これ
は、植物栽培を行う閉鎖空間に燃料電池からエネルギを
供給するシステムに関するものにすぎず、人間や動物が
居住することについては考慮していない。
平２−１６３００７号公報記載のものがあるが、これ
は、植物栽培を行う閉鎖空間に燃料電池からエネルギを
供給するシステムに関するものにすぎず、人間や動物が
居住することについては考慮していない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】人間が地上とほぼ同様
に居住できる理想的な月面基地を考えると、そこには、
電力のほか、居住空間中に満たす空気，生活必要水，熱
及び食料などが必要不可欠なものとして挙げられる。従
って、居住システムとしては、これらのものも供給でき
るシステムでなければならない。
に居住できる理想的な月面基地を考えると、そこには、
電力のほか、居住空間中に満たす空気，生活必要水，熱
及び食料などが必要不可欠なものとして挙げられる。従
って、居住システムとしては、これらのものも供給でき
るシステムでなければならない。
【０００７】最も有力視されている原子力発電の場合、
それ自体大規模なシステムであるとともに、空気，生活
必要水及び生鮮野菜を供給するシステムは別途構築せね
ばならない。また、放射線シ−ルドの必要性が有り、重
量メリットもなくなると考えられる。
それ自体大規模なシステムであるとともに、空気，生活
必要水及び生鮮野菜を供給するシステムは別途構築せね
ばならない。また、放射線シ−ルドの必要性が有り、重
量メリットもなくなると考えられる。
【０００８】次に、太陽光電池による発電のみの場合で
は、空気，生活必要水，熱及び生鮮野菜の全ての供給シ
ステムが別途必要であり、さらに、日陰時の電力供給の
ために、バッテリ運用も別途考えねばならない。
は、空気，生活必要水，熱及び生鮮野菜の全ての供給シ
ステムが別途必要であり、さらに、日陰時の電力供給の
ために、バッテリ運用も別途考えねばならない。
【０００９】最後に、太陽光電池と燃料電池の組合せ方
式の場合であるが、この場合においても、燃料電池とし
て水素，酸素を反応ガスとするアルカリ電解質型（AF
C）と固体高分子電解質型（SPFC）を考えるのであれ
ば、やはり、空気，熱及び生鮮野菜を供給するシステム
が別途必要と考えられる。
式の場合であるが、この場合においても、燃料電池とし
て水素，酸素を反応ガスとするアルカリ電解質型（AF
C）と固体高分子電解質型（SPFC）を考えるのであれ
ば、やはり、空気，熱及び生鮮野菜を供給するシステム
が別途必要と考えられる。
【００１０】つまり、現段階では図４〜図８に示すどの
発電方式においても、居住場所への空気の供給は必要で
ある。また、居住場所が海底の場合は、太陽光の得られ
ない場所であるため、太陽光発電装置を使用することは
出来ず、ニッケル・カドミウム電池等の二次電池を用い
ることが考えられている。この場合も、居住空間システ
ムとしては、空気，生活必要水，熱及び生鮮野菜の全て
の供給システムが別途必要となり、上記の宇宙での太陽
電池の場合と同様の問題がある。
発電方式においても、居住場所への空気の供給は必要で
ある。また、居住場所が海底の場合は、太陽光の得られ
ない場所であるため、太陽光発電装置を使用することは
出来ず、ニッケル・カドミウム電池等の二次電池を用い
ることが考えられている。この場合も、居住空間システ
ムとしては、空気，生活必要水，熱及び生鮮野菜の全て
の供給システムが別途必要となり、上記の宇宙での太陽
電池の場合と同様の問題がある。
【００１１】本発明の目的は、人間や動物が居住すると
きに必要なものを供給するシステムと発電システムとを
１つのシステムとして、経済的且つ省スペース化を図る
ことのできる閉鎖居住空間システムを提供することにあ
る。
きに必要なものを供給するシステムと発電システムとを
１つのシステムとして、経済的且つ省スペース化を図る
ことのできる閉鎖居住空間システムを提供することにあ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的は、発電システ
ムの中枢として、空気を酸化ガスとしても高い発電効率
の得られる燃料電池及び水電解装置を用い、燃料電池か
らの排出ガス及び水を食料用植物育成のための生産源と
する食料用植物生産工場を地上以外の他空間居住システ
ムに加える構成とすることで、達成される。
ムの中枢として、空気を酸化ガスとしても高い発電効率
の得られる燃料電池及び水電解装置を用い、燃料電池か
らの排出ガス及び水を食料用植物育成のための生産源と
する食料用植物生産工場を地上以外の他空間居住システ
ムに加える構成とすることで、達成される。
【００１３】
【作用】発電システムの中枢として、空気を酸化ガスと
しても高い発電効率の得られる燃料電池及び水電解装置
を用いることにより、居住場所への電力、熱及び水を一
システムとして供給することが可能となる。そのため、
スペ−ス的にも無駄無く効率の良いシステムを構築する
ことが出来る。また、燃料電池からの排出ガス及び水を
食料用植物育成のための生産源とする食料用植物生産工
場を本居住システムに加えることにより、システム的に
も極めて有効に、閉鎖居住空間への新鮮な食料用植物供
給が可能となる。
しても高い発電効率の得られる燃料電池及び水電解装置
を用いることにより、居住場所への電力、熱及び水を一
システムとして供給することが可能となる。そのため、
スペ−ス的にも無駄無く効率の良いシステムを構築する
ことが出来る。また、燃料電池からの排出ガス及び水を
食料用植物育成のための生産源とする食料用植物生産工
場を本居住システムに加えることにより、システム的に
も極めて有効に、閉鎖居住空間への新鮮な食料用植物供
給が可能となる。
【００１４】特に、燃料電池を溶融炭酸塩型燃料電池と
限定すれば、酸化ガス源として炭酸ガスを含む空気を用
いても効率の高い発電ができるばかりでなく、排出ガス
中の炭酸ガスを有効利用すれば、生鮮野菜を供給するた
めの植物生産工場も、ガスラインを同一とした居住シス
テム内に組み込むことができる。また、溶融炭酸塩型燃
料電池の炭酸ガス濃縮作用により炭酸ガスの分離が容易
になり、炭酸ガス濃度高い混合ガスを植物生産工場に供
給できる上に、植物生産工場での植物の炭酸同化作用
（光合成）により、電池発電により消費された空気中の
酸素分を補い、燃料電池の出口ガス組成よりも酸素濃度
が高められた空気を居住場所に供給することが出来る。
限定すれば、酸化ガス源として炭酸ガスを含む空気を用
いても効率の高い発電ができるばかりでなく、排出ガス
中の炭酸ガスを有効利用すれば、生鮮野菜を供給するた
めの植物生産工場も、ガスラインを同一とした居住シス
テム内に組み込むことができる。また、溶融炭酸塩型燃
料電池の炭酸ガス濃縮作用により炭酸ガスの分離が容易
になり、炭酸ガス濃度高い混合ガスを植物生産工場に供
給できる上に、植物生産工場での植物の炭酸同化作用
（光合成）により、電池発電により消費された空気中の
酸素分を補い、燃料電池の出口ガス組成よりも酸素濃度
が高められた空気を居住場所に供給することが出来る。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。 ［実施例１］図１は、宇宙に設置する閉鎖居住空間シス
テムの構成図である。本システムの主な構成要素は、居
住スペ−ス１と、燃料電池（MCFC）２と、水電解装置３
と、食料用植物生産工場４と、炭酸ガス分離装置５と、
水回収分離装置６と、熱交換器７と、空気制御装置８
と、空気及び水素運搬船９である。
明する。 ［実施例１］図１は、宇宙に設置する閉鎖居住空間シス
テムの構成図である。本システムの主な構成要素は、居
住スペ−ス１と、燃料電池（MCFC）２と、水電解装置３
と、食料用植物生産工場４と、炭酸ガス分離装置５と、
水回収分離装置６と、熱交換器７と、空気制御装置８
と、空気及び水素運搬船９である。
【００１６】この実施例において、本システムの主な構
成要素とその作用、及び主な物質の流れ（フロー）につ
いて説明する。図中番号は上記の主な構成要素１〜９に
対応している。また、太い実線（EP）が電力、破線が
水、通常の実線がガス、太い白線が食料、点線が運搬船
からの空気及び水素の夫々の流れを示している。
成要素とその作用、及び主な物質の流れ（フロー）につ
いて説明する。図中番号は上記の主な構成要素１〜９に
対応している。また、太い実線（EP）が電力、破線が
水、通常の実線がガス、太い白線が食料、点線が運搬船
からの空気及び水素の夫々の流れを示している。
【００１７】まず、空気の流れに着目する。図１におい
て、空気を居住スペ−ス１に供給し、それを燃料電池２
の酸化ガスとして用いる。燃料電池２を溶融炭酸塩型と
すると、カソ−ド反応が Ｏ2＋２ＣＯ2＋４ｅ~→２ＣＯ3 2~ であるため、カソ−ドへの酸化ガスには炭酸ガスを混入
させる必要があり、その割合はＯ2：ＣＯ2＝１：２程度
であることが望ましい。また、アノ−ド反応は ＣＯ3 2~＋Ｈ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2＋２ｅ~ であり、炭酸ガス及び水が生成する。カソ−ド排ガス
は、このアノ−ドからの炭酸ガスと共にさらに、食料用
植物生産工場４に供給する。
て、空気を居住スペ−ス１に供給し、それを燃料電池２
の酸化ガスとして用いる。燃料電池２を溶融炭酸塩型と
すると、カソ−ド反応が Ｏ2＋２ＣＯ2＋４ｅ~→２ＣＯ3 2~ であるため、カソ−ドへの酸化ガスには炭酸ガスを混入
させる必要があり、その割合はＯ2：ＣＯ2＝１：２程度
であることが望ましい。また、アノ−ド反応は ＣＯ3 2~＋Ｈ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2＋２ｅ~ であり、炭酸ガス及び水が生成する。カソ−ド排ガス
は、このアノ−ドからの炭酸ガスと共にさらに、食料用
植物生産工場４に供給する。
【００１８】植物生産工場４では、植物の炭酸同化作用
により、供給されたガス中の炭酸ガスを酸素に変換する
と共に、植物を育成する。その際に必要な光は燃料電池
２より供給される電力を光に変換する（月面基地等にお
いては、日照時は太陽光を利用する方が良い）。そし
て、酸素濃度の増したガスを炭酸ガス分離装置５によ
り、更に炭酸ガス濃度を低減して、ほぼ空気組成として
居住スペ−ス１に循環する。その際に、窒素に対する酸
素濃度が低い場合には、水電解装置３で生成する酸素の
一部を用いて調節すれば良い。炭酸ガス分離装置５で分
離された炭酸ガスは、燃料電池２のカソ−ドへの循環ガ
スとして用いる。
により、供給されたガス中の炭酸ガスを酸素に変換する
と共に、植物を育成する。その際に必要な光は燃料電池
２より供給される電力を光に変換する（月面基地等にお
いては、日照時は太陽光を利用する方が良い）。そし
て、酸素濃度の増したガスを炭酸ガス分離装置５によ
り、更に炭酸ガス濃度を低減して、ほぼ空気組成として
居住スペ−ス１に循環する。その際に、窒素に対する酸
素濃度が低い場合には、水電解装置３で生成する酸素の
一部を用いて調節すれば良い。炭酸ガス分離装置５で分
離された炭酸ガスは、燃料電池２のカソ−ドへの循環ガ
スとして用いる。
【００１９】この様に、本システムにおいては、居住ス
ペ−ス１、燃料電池（MCFC）２、食料用植物生産工場
４、及び炭酸ガス分離装置５が空気ラインを共有してお
り、これが本システムの大きな特徴となっている。従っ
て、運搬船９からの空気の供給は水素同様、燃料電池２
に供給しても差し支えない。
ペ−ス１、燃料電池（MCFC）２、食料用植物生産工場
４、及び炭酸ガス分離装置５が空気ラインを共有してお
り、これが本システムの大きな特徴となっている。従っ
て、運搬船９からの空気の供給は水素同様、燃料電池２
に供給しても差し支えない。
【００２０】次に、水素及び水の流れについて説明す
る。水素は水素運搬船９より燃料電池２のアノ−ドへ供
給する。燃料電池を溶融炭酸塩型とすると、上記のアノ
−ド反応により水素は水蒸気に変換される。生成した水
蒸気は水回収分離装置６により液体の水として排ガスよ
り分離され、居住スペ−ス１へ生活必要水として、ま
た、食料用植物生産工場４へ植物育成用の水として供給
される。居住スペ−ス１及び食料用植物生産工場４の排
水は回収浄化されて（内には下水処理装置が具備するも
のとする）、水電解装置３に供給され、ここで、電気分
解により水素、酸素に分解されて、水素は再び燃料電池
２のアノ−ドへ供給され、酸素はカソ−ドに供給され
る。従って、本システムは、水素−水系も循環系となっ
た閉じた（Closed）システムである。
る。水素は水素運搬船９より燃料電池２のアノ−ドへ供
給する。燃料電池を溶融炭酸塩型とすると、上記のアノ
−ド反応により水素は水蒸気に変換される。生成した水
蒸気は水回収分離装置６により液体の水として排ガスよ
り分離され、居住スペ−ス１へ生活必要水として、ま
た、食料用植物生産工場４へ植物育成用の水として供給
される。居住スペ−ス１及び食料用植物生産工場４の排
水は回収浄化されて（内には下水処理装置が具備するも
のとする）、水電解装置３に供給され、ここで、電気分
解により水素、酸素に分解されて、水素は再び燃料電池
２のアノ−ドへ供給され、酸素はカソ−ドに供給され
る。従って、本システムは、水素−水系も循環系となっ
た閉じた（Closed）システムである。
【００２１】熱交換器７は、燃料電池２の廃熱を有効利
用して居住スペ−ス１の熱源（空調及び給湯用）とする
ためのものであり、空気制御装置８は水回収分離装置６
からの水の一部と熱交換器７からの温熱、冷熱を制御し
て、居住スペ−ス１内の湿度及び温度を制御する（冷暖
房）と共に、炭酸ガス分離装置５から供給される空気
（ここでは、主に窒素と酸素の混合ガス）中の酸素濃度
を検知し、水電解装置３から供給される酸素量を制御し
て、空気中の酸素濃度を最適に制御しなければならな
い。
用して居住スペ−ス１の熱源（空調及び給湯用）とする
ためのものであり、空気制御装置８は水回収分離装置６
からの水の一部と熱交換器７からの温熱、冷熱を制御し
て、居住スペ−ス１内の湿度及び温度を制御する（冷暖
房）と共に、炭酸ガス分離装置５から供給される空気
（ここでは、主に窒素と酸素の混合ガス）中の酸素濃度
を検知し、水電解装置３から供給される酸素量を制御し
て、空気中の酸素濃度を最適に制御しなければならな
い。
【００２２】以上が本閉鎖居住空間システムの主たる構
成要素とその働きである。上記メインシステムに、閉鎖
居住空間の環境の特殊性を考慮した構成要素を付加した
システムとすれば良い。図１は宇宙に閉鎖居住空間シス
テムを設置する場合の例であるので、メインシステムに
太陽光発電装置１０が増設された閉鎖居住空間システム
となっている。メインシステムのみにおいても、エネル
ギ−ロス分に相当するガスを供給すればシステム機能を
維持することができる。しかし、月面基地のように太陽
光の摂取出来る場所では、小規模な太陽光発電装置１０
をメインシステムに加え、水電解装置３及び居住スペ−
ス１へのサブ電力源として、燃料電池１と併用すること
が望ましい。
成要素とその働きである。上記メインシステムに、閉鎖
居住空間の環境の特殊性を考慮した構成要素を付加した
システムとすれば良い。図１は宇宙に閉鎖居住空間シス
テムを設置する場合の例であるので、メインシステムに
太陽光発電装置１０が増設された閉鎖居住空間システム
となっている。メインシステムのみにおいても、エネル
ギ−ロス分に相当するガスを供給すればシステム機能を
維持することができる。しかし、月面基地のように太陽
光の摂取出来る場所では、小規模な太陽光発電装置１０
をメインシステムに加え、水電解装置３及び居住スペ−
ス１へのサブ電力源として、燃料電池１と併用すること
が望ましい。
【００２３】［実施例２］図２に、海底に設置する閉鎖
居住空間システムの構成図である。実施例１で説明した
メインシステムに、海水電解装置１１、二次電池１２、
空気及び水素圧力タンク１３を加えた構成である。海底
都市の場合においては、太陽光の利用は不可能と考えら
れることから、エネルギ−ロスを補う手段としては反応
ガスの補給が最も有効である。海底の水圧下という特殊
性から、空気及び水素圧力タンク１３を設け、これらに
反応ガスを貯蔵すれば、反応ガスの補給頻度を低減でき
る。また、海水電解装置１１を設けると余剰電力により
周囲から容易に取り入れられる海水を電気分解すること
ができるため、反応ガスの補給と同様の効果が得られ
る。さらに、二次電池１２としては、鉛蓄電池、Ｎｉ−
Ｃｄ電池、Ｎｉ−Ｈ2電池、又はＮａ−Ｓ電池等を用い
る。これら二次電池１２は可搬型とし、空気及び水素運
搬船９に潜水艦を用いてこれに搭載する。地上で充電し
た二次電池１２を海底都市にて水電解装置３および／ま
たは海水電解装置１１での電気分解により放電する。こ
うした使用法により、サブ電源として有効に活用するこ
とが出来る。また、海底都市においては、熱交換器７を
水回収分離装置６の機能を具備したものとすれば、海水
を燃料電池２からの廃熱により蒸発させ、水回収分離機
能により水として回収することが出来る。
居住空間システムの構成図である。実施例１で説明した
メインシステムに、海水電解装置１１、二次電池１２、
空気及び水素圧力タンク１３を加えた構成である。海底
都市の場合においては、太陽光の利用は不可能と考えら
れることから、エネルギ−ロスを補う手段としては反応
ガスの補給が最も有効である。海底の水圧下という特殊
性から、空気及び水素圧力タンク１３を設け、これらに
反応ガスを貯蔵すれば、反応ガスの補給頻度を低減でき
る。また、海水電解装置１１を設けると余剰電力により
周囲から容易に取り入れられる海水を電気分解すること
ができるため、反応ガスの補給と同様の効果が得られ
る。さらに、二次電池１２としては、鉛蓄電池、Ｎｉ−
Ｃｄ電池、Ｎｉ−Ｈ2電池、又はＮａ−Ｓ電池等を用い
る。これら二次電池１２は可搬型とし、空気及び水素運
搬船９に潜水艦を用いてこれに搭載する。地上で充電し
た二次電池１２を海底都市にて水電解装置３および／ま
たは海水電解装置１１での電気分解により放電する。こ
うした使用法により、サブ電源として有効に活用するこ
とが出来る。また、海底都市においては、熱交換器７を
水回収分離装置６の機能を具備したものとすれば、海水
を燃料電池２からの廃熱により蒸発させ、水回収分離機
能により水として回収することが出来る。
【００２４】［実施例３］図３は、地下に設置する閉鎖
居住空間システムの構成図である。実施例１で説明した
メインシステムから、食料用植物生産工場４、空気及び
水素運搬船９を除き、水素圧力タンク１４及び酸素圧力
タンク１５を加えた構成である。本居住システムの適用
は、地下（地底）都市、地下シェルタ−、採鉱現場の
他、人口密度の高い地下空間、例えば、地下街（地下映
画館、会議場等も含む）等が考えられ、居住場所への電
力供給のほか、空気浄化機能、温度湿度制御機能を活用
することが、本居住システムの適用の目的である。つま
り、空気浄化快適居住システムと考えることが出来る。
人間が地上と往来する通路及びこれに沿ってガス供給ラ
インを併設することにより、本システムへ空気及び燃料
ガスを供給する。酸素富化するための水電解装置３の電
源は燃料電池２とし、夜間など電力余剰時に水電解し、
酸素圧力タンク１５に貯蔵し、必要量を居住場所へ供給
すれば良い。
居住空間システムの構成図である。実施例１で説明した
メインシステムから、食料用植物生産工場４、空気及び
水素運搬船９を除き、水素圧力タンク１４及び酸素圧力
タンク１５を加えた構成である。本居住システムの適用
は、地下（地底）都市、地下シェルタ−、採鉱現場の
他、人口密度の高い地下空間、例えば、地下街（地下映
画館、会議場等も含む）等が考えられ、居住場所への電
力供給のほか、空気浄化機能、温度湿度制御機能を活用
することが、本居住システムの適用の目的である。つま
り、空気浄化快適居住システムと考えることが出来る。
人間が地上と往来する通路及びこれに沿ってガス供給ラ
インを併設することにより、本システムへ空気及び燃料
ガスを供給する。酸素富化するための水電解装置３の電
源は燃料電池２とし、夜間など電力余剰時に水電解し、
酸素圧力タンク１５に貯蔵し、必要量を居住場所へ供給
すれば良い。
【００２５】
【発明の効果】請求項１によれば、宇宙，海底のような
地上以外の場所においても、閉鎖居住空間内において、
地上同様に空気内で生活することが出来る。また、居住
場所への空気ラインと燃料電池の酸化ガスラインが閉鎖
居住空間システム内において同一のガスラインとして構
成されているため、ガス量及び成分制御も同システムで
管理することが出来る。
地上以外の場所においても、閉鎖居住空間内において、
地上同様に空気内で生活することが出来る。また、居住
場所への空気ラインと燃料電池の酸化ガスラインが閉鎖
居住空間システム内において同一のガスラインとして構
成されているため、ガス量及び成分制御も同システムで
管理することが出来る。
【００２６】請求項２によれば、居住場所で生成した炭
酸ガスも溶融炭酸塩型燃料電池のカソ−ドの反応ガスと
して活用できる。また、溶融炭酸塩型燃料電池は酸化ガ
スを空気としても高い電池電圧（１５０ｍＡ／ｃｍ2の
負荷電流密度にて０.８Ｖ以上）が得られ、作動温度は
６５０℃と高温のため、廃熱利用価値が高いので、他の
燃料電池よりも高い発電効率が得られる。
酸ガスも溶融炭酸塩型燃料電池のカソ−ドの反応ガスと
して活用できる。また、溶融炭酸塩型燃料電池は酸化ガ
スを空気としても高い電池電圧（１５０ｍＡ／ｃｍ2の
負荷電流密度にて０.８Ｖ以上）が得られ、作動温度は
６５０℃と高温のため、廃熱利用価値が高いので、他の
燃料電池よりも高い発電効率が得られる。
【００２７】請求項３によれば、居住場所において消費
された酸素を水電解装置での電気分解により生成される
酸素で補うことが出来る。また、燃料電池の発電により
生成した水を居住場所での生活必要水として供給できる
ほか、水電解装置により、居住場所から回収した水を燃
料電池への反応ガスに変換することが出来る。
された酸素を水電解装置での電気分解により生成される
酸素で補うことが出来る。また、燃料電池の発電により
生成した水を居住場所での生活必要水として供給できる
ほか、水電解装置により、居住場所から回収した水を燃
料電池への反応ガスに変換することが出来る。
【００２８】請求項４によれば、宇宙，海底のような地
上以外の場所の閉鎖居住空間内においても、生鮮野菜を
供給できる閉鎖居住空間システムを構築することが出来
る。システム内の食料用植物生産工場は溶融炭酸塩型燃
料電池からの排ガス中の炭酸ガスを有効に活用し、植物
を成育させると共に、燃料電池での発電に使われた空気
中の酸素を補給して居住場所に供給することが出来る。
上以外の場所の閉鎖居住空間内においても、生鮮野菜を
供給できる閉鎖居住空間システムを構築することが出来
る。システム内の食料用植物生産工場は溶融炭酸塩型燃
料電池からの排ガス中の炭酸ガスを有効に活用し、植物
を成育させると共に、燃料電池での発電に使われた空気
中の酸素を補給して居住場所に供給することが出来る。
【００２９】請求項５の熱交換器によれば、溶融炭酸塩
型燃料電池の廃熱を居住空間の熱源として利用すること
が出来る。
型燃料電池の廃熱を居住空間の熱源として利用すること
が出来る。
【００３０】請求項６の水回収分離装置によれば、燃料
電池のアノ−ド排出ガスから水回収し、これを飲料水お
よび／または調湿用の湿度源として居住空間に供給する
ことが出来る。
電池のアノ−ド排出ガスから水回収し、これを飲料水お
よび／または調湿用の湿度源として居住空間に供給する
ことが出来る。
【００３１】請求項７の水回収分離装置によれば、燃料
電池のアノ−ド排出ガスから水回収し、これを食料用植
物生産工場の植物育成用の水として供給出来る。
電池のアノ−ド排出ガスから水回収し、これを食料用植
物生産工場の植物育成用の水として供給出来る。
【００３２】請求項８及び請求項１０の炭酸ガス分離装
置によれば、燃料電池のアノ−ド排出ガス中の炭酸ガス
は分離され、分離した炭酸ガスをカソ−ド入口ガスライ
ンに混合してカソ−ド反応ガスとすること、及び、分離
した炭酸ガスをカソ−ド排出ガスと混合し、食料用植物
生産工場に供給することが出来る。また、アノ−ド排出
ガスは、アノ−ド反応の生成物である水と炭酸ガスが除
去されたことにより、アノ−ド入口に循環し、アノ−ド
反応ガスとして用いても高出力の発電が可能となる。
置によれば、燃料電池のアノ−ド排出ガス中の炭酸ガス
は分離され、分離した炭酸ガスをカソ−ド入口ガスライ
ンに混合してカソ−ド反応ガスとすること、及び、分離
した炭酸ガスをカソ−ド排出ガスと混合し、食料用植物
生産工場に供給することが出来る。また、アノ−ド排出
ガスは、アノ−ド反応の生成物である水と炭酸ガスが除
去されたことにより、アノ−ド入口に循環し、アノ−ド
反応ガスとして用いても高出力の発電が可能となる。
【００３３】請求項９の空気制御装置によれば、水回収
分離装置からの水の一部と熱交換器からの熱を制御し
て、居住スペ−ス内の湿度及び温度を制御すると共に、
炭酸ガス分離装置から供給される空気中の酸素濃度を検
知し、空気中の酸素濃度を最適に制御することが出来
る。
分離装置からの水の一部と熱交換器からの熱を制御し
て、居住スペ−ス内の湿度及び温度を制御すると共に、
炭酸ガス分離装置から供給される空気中の酸素濃度を検
知し、空気中の酸素濃度を最適に制御することが出来
る。
【００３４】居住場所が海底又は海中の場合、請求項１
１のように海水電解装置を設けると、余剰電力により周
囲から容易に取り入れられる海水を電気分解することが
できるため、システム内への反応ガスの補給と同様の効
果が得られる。また、請求項１２のように海水淡水化装
置（水回収分離機能を具備した熱交換器）を用いて、居
住場所外部より取り入れた海水を燃料電池の廃熱により
蒸発，凝縮させ、水として回収することが出来る。
１のように海水電解装置を設けると、余剰電力により周
囲から容易に取り入れられる海水を電気分解することが
できるため、システム内への反応ガスの補給と同様の効
果が得られる。また、請求項１２のように海水淡水化装
置（水回収分離機能を具備した熱交換器）を用いて、居
住場所外部より取り入れた海水を燃料電池の廃熱により
蒸発，凝縮させ、水として回収することが出来る。
【００３５】宇宙又は海底等の居住場所においては、地
上と同様に生活する場合、居住場所内には空気が充満し
ていなければならず、そのための空気の運搬が必要であ
る。請求項１３によれば、地上より運搬した空気は、燃
料電池の反応ガスとして使用すると同時に、居住場所内
に充填する空気としても使用することが出来る。
上と同様に生活する場合、居住場所内には空気が充満し
ていなければならず、そのための空気の運搬が必要であ
る。請求項１３によれば、地上より運搬した空気は、燃
料電池の反応ガスとして使用すると同時に、居住場所内
に充填する空気としても使用することが出来る。
【００３６】請求項１４によれば、居住場所に供給する
空気の酸素濃度を高め、空気の炭酸ガス濃度を低くする
ことが出来る。
空気の酸素濃度を高め、空気の炭酸ガス濃度を低くする
ことが出来る。
【図１】本発明の第１実施例に係る宇宙に設置する閉鎖
居住空間システムの構成図である。
居住空間システムの構成図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る海底に設置する閉鎖
居住空間システムの構成図である。
居住空間システムの構成図である。
【図３】本発明の第３実施例に係る地下に設置する閉鎖
居住空間システムの構成図である。
居住空間システムの構成図である。
【図４】太陽光発電（高剛性パネル方式、フレキシブル
パネル方式）に関する説明図である。
パネル方式）に関する説明図である。
【図５】太陽熱発電に関する説明図である。
【図６】燃料電池に関する説明図である。
【図７】原子力発電（原子炉、ラジオアイソト−プ発
電）に関する説明図である。
電）に関する説明図である。
【図８】マイクロ波電送発電に関する説明図である。
１…居住スペ−ス、２…燃料電池（MCFC）、３…水電解
装置、４…食料用植物生産工場、５…炭酸ガス分離装
置、６…水回収分離装置、７…熱交換器、８…空気制御
装置、９…空気及び水素運搬船、１０…太陽光発電装
置、１１…海水電解装置、１２…二次電池、１３…空気
圧力タンク、１４…水素圧力タンク、１５…酸素圧力タ
ンク。
装置、４…食料用植物生産工場、５…炭酸ガス分離装
置、６…水回収分離装置、７…熱交換器、８…空気制御
装置、９…空気及び水素運搬船、１０…太陽光発電装
置、１１…海水電解装置、１２…二次電池、１３…空気
圧力タンク、１４…水素圧力タンク、１５…酸素圧力タ
ンク。
【手続補正書】
【提出日】平成４年３月１９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】この実施例において、本システムの主な構
成要素とその作用、及び主な物質の流れ（フロー）につ
いて説明する。図中番号は上記の主な構成要素１〜９に
対応している。また、太い実線（EP）が電力、破線が
水、通常の実線がガス、太い白線が食料、点線が運搬船
からの空気及び水素の夫々の流れを示している。まず、
空気の流れに着目する。図１において、空気を居住スペ
−ス１に供給し、それを燃料電池２の酸化ガスとして用
いる。燃料電池２を溶融炭酸塩型とすると、カソ−ド反
応が
成要素とその作用、及び主な物質の流れ（フロー）につ
いて説明する。図中番号は上記の主な構成要素１〜９に
対応している。また、太い実線（EP）が電力、破線が
水、通常の実線がガス、太い白線が食料、点線が運搬船
からの空気及び水素の夫々の流れを示している。まず、
空気の流れに着目する。図１において、空気を居住スペ
−ス１に供給し、それを燃料電池２の酸化ガスとして用
いる。燃料電池２を溶融炭酸塩型とすると、カソ−ド反
応が
【化１】 であるため、カソ−ドへの酸化ガスには炭酸ガスを混入
させる必要があり、その割合はＯ2：ＣＯ2＝１：２程度
であることが望ましい。また、アノ−ド反応は
させる必要があり、その割合はＯ2：ＣＯ2＝１：２程度
であることが望ましい。また、アノ−ド反応は
【化２】 であり、炭酸ガス及び水が生成する。カソ−ド排ガス
は、このアノ−ドからの炭酸ガスと共にさらに、食料用
植物生産工場４に供給する。
は、このアノ−ドからの炭酸ガスと共にさらに、食料用
植物生産工場４に供給する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｍ 8/00 Ｚ 9062−4Ｋ (72)発明者 林 恭輔 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内
Claims (14)
- 【請求項１】 地上以外の閉鎖された空間に居住するた
めのシステムにおいて、該空間の居住場所の発電システ
ムの中枢として燃料電池を用いると共に、居住場所内の
空気ライン及び前記燃料電池の酸化ガスラインを同一ラ
インとし、更に、該同一ライン中に、炭酸ガス分離装置
と、該同一ライン中の空気を循環させる装置とを設けた
ことを特徴とする閉鎖居住空間システム。 - 【請求項２】 請求項１において、発電システムの中枢
となる燃料電池として溶融炭酸塩型燃料電池を用い、炭
酸ガス分離装置により分離された炭酸ガスもカソ−ド反
応ガスとして使用する構成としたことを特徴とする閉鎖
居住空間システム。 - 【請求項３】 請求項１において、発電システムの中枢
として、溶融炭酸塩型燃料電池及び水電解装置を用い、
燃料電池内での電気化学反応により生成される水を居住
場所に生活用水として供給し、居住場所より回収した水
を水電解装置により、水素と酸素に電気分解して燃料電
池の反応ガス源とし、居住場所内の酸素付加源とするこ
とを特徴とする閉鎖居住空間システム。 - 【請求項４】 請求項１において、空気ラインとガスラ
インを同一とする食料用植物生産工場をシステム内に設
けることを特徴とする閉鎖居住空間システム。 - 【請求項５】 請求項２において、システム中に熱交換
器を有し、発電システムの中枢として用いる溶融炭酸塩
型燃料電池の廃熱を熱交換器を用いて居住空間の熱源と
して利用することを特徴とする閉鎖居住空間システム。 - 【請求項６】 請求項１において、燃料電池の排ガスラ
インに水回収分離装置を設け、回収した水を居住空間に
供給し、飲料水および／または調湿用の湿度源として用
いる構成としたことを特徴とする閉鎖居住空間システ
ム。 - 【請求項７】 請求項４において、燃料電池のアノ−ド
排出ガスライン中に水回収分離装置を設け、回収した水
を食料用植物生産工場の水供給源として用いることを特
徴とする閉鎖居住空間システム。 - 【請求項８】 請求項２において、燃料電池のアノ−ド
排出ガスライン中に炭酸ガス分離装置を設け、分離した
炭酸ガスをカソ−ド入口ガスラインに混合させることを
特徴とする閉鎖居住空間システム。 - 【請求項９】 請求項３において、居住空間内空気の圧
力，温度，湿度及び酸素濃度制御のための空気制御装置
を設けることを特徴とする閉鎖居住空間システム。 - 【請求項１０】 請求項８において、アノ−ド排出ガス
より分離した炭酸ガスをカソ−ド排出ガスと混合し、食
料用植物生産工場に供給する構成としたことを特徴とす
る閉鎖居住空間システム。 - 【請求項１１】 請求項３において、居住場所が海底又
は海中の場合、燃料電池の反応ガス源となる水電解装置
の電解水として、居住場所より回収した水及び、居住場
所外部より取り入れた海水を使用する構成としたことを
特徴とする閉鎖居住空間システム。 - 【請求項１２】 請求項１において、居住場所が海底又
は海中の場合、居住場所外部より取り入れた海水を燃料
電池の廃熱により蒸発凝縮させて淡水化する海水淡水化
装置を具備したこと特徴とする閉鎖居住空間システム。 - 【請求項１３】 地上以外の閉鎖された空間に居住する
ためのシステムにおいて、該空間の居住場所の発電シス
テムの中枢として、燃料電池を用い、居住場所内の空気
を燃料電池の酸化ガスとして使用する構成としたことを
特徴とする閉鎖居住空間システム。 - 【請求項１４】 請求項１において、空気ラインとガス
ラインを同一とし、植物の炭酸同化作用により炭酸ガス
を酸素に変換する場をシステム内に設けたことを特徴と
する閉鎖居住空間システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4063412A JPH05262300A (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 閉鎖居住空間システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4063412A JPH05262300A (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 閉鎖居住空間システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05262300A true JPH05262300A (ja) | 1993-10-12 |
Family
ID=13228555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4063412A Pending JPH05262300A (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 閉鎖居住空間システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05262300A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001334998A (ja) * | 2000-05-30 | 2001-12-04 | Shimadzu Corp | 走行体 |
| JP2006038442A (ja) * | 2004-02-24 | 2006-02-09 | Masanobu Kujirada | 携帯可能な調理装置 |
| JP2012006475A (ja) * | 2010-06-24 | 2012-01-12 | Toshihisa Shirakawa | 電動飛行機用非燃焼式ダクト付きエンジン |
| KR20190101934A (ko) * | 2019-08-21 | 2019-09-02 | 전남대학교산학협력단 | 무산소 또는 저산소 환경의 시설물에 산소 및 전력 공급을 위한 재생 에너지 시스템 |
| WO2022201408A1 (ja) * | 2021-03-25 | 2022-09-29 | 日揮グローバル株式会社 | 月面の土壌から資源を生成するプラント及びその運転方法 |
-
1992
- 1992-03-19 JP JP4063412A patent/JPH05262300A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001334998A (ja) * | 2000-05-30 | 2001-12-04 | Shimadzu Corp | 走行体 |
| JP2006038442A (ja) * | 2004-02-24 | 2006-02-09 | Masanobu Kujirada | 携帯可能な調理装置 |
| JP2012006475A (ja) * | 2010-06-24 | 2012-01-12 | Toshihisa Shirakawa | 電動飛行機用非燃焼式ダクト付きエンジン |
| KR20190101934A (ko) * | 2019-08-21 | 2019-09-02 | 전남대학교산학협력단 | 무산소 또는 저산소 환경의 시설물에 산소 및 전력 공급을 위한 재생 에너지 시스템 |
| WO2022201408A1 (ja) * | 2021-03-25 | 2022-09-29 | 日揮グローバル株式会社 | 月面の土壌から資源を生成するプラント及びその運転方法 |
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