JPH08503738A - 太陽放射線による水素の高効率製造 - Google Patents

太陽放射線による水素の高効率製造

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Abstract

(57)【要約】 太陽放射線を熱エネルギーと電気エネルギーとに変換し、次いで前記熱エネルギーと電気エネルギーとを使用して、水の電解によって水素と酸素とを製造することから成る、水素の製法。

Description

【発明の詳細な説明】 太陽放射線による水素の高効率製造 本発明は、水素を製造するための方法及び装置に関し、詳しくは、電解セル（ electrolysis cell，電解槽）のエネルギー源として太陽放射線を用いて電解セ ル中で水素を製造するための方法及び装置に関する。 本発明はまた、水素製造等の選択される最終用途において必要とされる通りに 、太陽放射線スペクトルの分離された成分を使用することができるように、長波 長太陽放射線と短波長太陽放射線とを分離するための装置に関する。 エネルギー（特に燃料に関して）のキャリヤとしての水素の使用は、他のエネ ルギーと比べて次のような技術的利点がある。 １．供給側の理由・・・水素は無尽蔵にあり、貯蔵可能で、輸送可能であり、し かも他の化学燃料と比べてエネルギー密度が高い。 ２．需要側の理由・・・水素は汚染を起こさず、電気よりも用途が広く、ガソリ ンよりも効率が高く、しかも、可動性の物へ適用する場合でも固定された物へ適 用する場合でも熱及び電力に直接変換することができる。 詳細に比較すると、エネルギー源としての太陽エネルギーの使用は、技術的理 由、並びに適切に短い期間及び長い期間太陽エネルギーを貯蔵する媒体がないこ とによるコストによって制限されてきた。 しかし、水素にエネルギー源として前述のような技術的利点があるにもかかわ らず、従来、水素の製造コストは、燃料としての用途が広まるにはあまりにも高 過ぎた。 水の電解による水素の製造の場合、製造コストが高い主な要因は電解セルを作 動させるための電気代であった。 太陽放射線による発電の具体的なケースにおいて、電気のコストが高いのは、 大半が、太陽エネルギーの電力への光起電力変換（又は熱変換）の効率が比較的 小さいためである。これは、単位出力の電力を発生させるためには、かなり多数 の光起電力電池（又は、熱変換の場合、広い集熱面積）が必要であるという意味 である。 本発明の目的は、電解セル中で水素を製造するための、太陽放射線に基づく方 法及び装置を提供することにある。この電解セルはかなり高い効率を有し、従っ て、製造される単位エネルギー当りのコストは、既知の技術よりも一層低い。 本発明の他の目的は、太陽放射線のスペクトルの長波長成分と短波長成分とを 分離して、その分離した諸成分を効率よく使用し得るようにする装置を提供する ことにある。 本発明の第１の面によると、太陽放射線を熱エネルギーと電気エネルギーとに 変換し、次いでその熱エネルギーと電気エネルギーとを使用して、水の電解によ って水素と酸素とを製造することから成る、水素の製造方法が提供される。 本発明の上記第１面は、電解段階が高温（１０００℃）で進む場合、熱エネル ギー入力が補足的に増加するという条件で、水素の所定出力を維持するために必 要な電圧は低下する理解に基づく。 本発明の上記第１面は、エネルギー利用効率を、光電池により（又は熱・電気 発生方法により）太陽放射線から発生した電気エネルギーだけによって作動する 従来の電解セルよりかなり改善することは、電気エネルギーの生成中に得られる 熱エネルギーを使用することによって達成することができるという認識に基づい ている。熱エネルギーをそのように使用しなければ、その熱エネルギーは、電解 セルを作動させるのに太陽エネルギーで発生した電気エネルギーを使用するため に、（処理コストのかかる）役に立たない低温熱として認識されるだろう。 本発明の上記第１面は更に、もし、熱エネルギーを電解セルまで移動させ、か つ電解セルを作動させるのに必要な高温を得ることが可能ならば、役に立たない 熱エネルギーは、エネルギー利用効率の点で有効に使用することができるという 認識に基づいている。 本方法は、太陽放射線を短波長成分と長波長成分とに分離し、次いでその短波 長成分を電気エネルギーに変換し、その長波長成分を熱エネルギーに変換するこ とを含むのが好ましい。 本方法は、水を蒸気に変換することにより、水の電解によって水素と酸素とを 製造し、次いで少なくとも７００℃の温度まで、一層好ましくは１０００℃の温 度までその蒸気を加熱し、次いで電解セル中でその蒸気を水素と酸素とに分解す ることを含むのが好ましい。 本方法は、太陽放射線によって生成した熱エネルギーを使用して水を蒸気及び （又は）予熱用蒸気に変換し電解セルを作動させ、次いで太陽放射線によって生 成した電気エネルギーを使用して電解セルを作動させることから成るのが好まし い。 本方法は、電解セル中で製造された水素、酸素及び排気から熱エネルギーを取 り出し、次いでその取り出した熱エネルギーを、水を蒸気に変換するために又は 電解セル中で消費される蒸気を予熱するために必要なエネルギー成分の一部とし て使用することを含むのが好ましい。 本発明の第１の面によると、蒸気のための入口、並びに水素、酸素及び過剰蒸 気のための出口を有する電解セルと、太陽放射線を熱エネルギー及び電気エネル ギーに別々に変換するための手段（この手段は、電解セルを作動させて少なくと も７００℃、一層好ましくは少なくとも１０００℃の高い温度で蒸気を水素及び 酸素に分解するための、水を蒸気及び（又は）加熱用蒸気に変換するのに必要な エネルギーを供給するために直列又は並列に配列されている。）とを備えた、電 解によって水素を製造するための装置もまた提供される。 電解セルは、少なくとも部分的には、電解セルの中及び（又は）近辺の水素か ら酸素を分離させる材料で形成するのが好ましい。 前記装置は、太陽放射線を熱エネルギー変換手段及び電気エネルギー変換手段 の上に、適切な割合と波長で集束させるための手段を更に備えているのが好まし い。 一実施例では、電気エネルギー変換手段及び熱エネルギー変換手段は、太陽放 射線を別々に受けるのに適合しているのが好ましい。 もう一つの実施例において、前記装置は、太陽放射線を短波長成分と長波長成 分とに分離するための手段を更に備え、しかも （ａ）電気エネルギー変換手段は、短波長成分を受けて、電気エネルギーに変換 するのに適合しており、かつ （ｂ）熱エネルギー変換手段は、長波長成分を受けて、熱エネルギーに変換する のに適合している。 太陽放射線を分離する手段は、太陽放射線スペクトルの長波長成分又は短波長 成分を選択的に反射するためのミラーを備えるのが好ましい。 ミラーは太陽放射線集束手段と電気エネルギー変換手段との間に配置され、し かも前記ミラーは、太陽放射線スペクトルの反射されない成分を前記ミラーに透 過させるための分光選択性フィルターを備えているのが特に好ましい。 ミラーは、太陽放射線スペクトルの長波長成分を選択的に反射するために適合 し、かつ前記分光選択性フィルターは、太陽放射線スペクトルの短波長成分を前 記ミラーに透過させるための干渉フィルター又はエッジフィルターであるのが一 層好ましい。 前記装置は、太陽放射線スペクトルの反射される長波長成分を集束するための 非画像集束装置を更に備えているのが好ましい。 前記装置は、太陽放射線スペクトルの反射される長波長成分を熱変換手段まで 移動させるための光ファイバー又は光導体を更に備えているのが好ましい。 前記装置は、電解セル中で製造された水素、酸素及び排気から熱エネルギーを 取り出すための熱交換手段を更に備えているのが好ましい。 本発明の第２の面によると、太陽放射線スペクトルの長波長成分又は短波長成 分を選択的に反射させるためのミラーを備えた、太陽放射線を長波長成分と短波 長成分とに分離するための装置が提供される。 ミラーは、そのミラーに太陽放射線スペクトルの反射されない成分を透過させ るための分光選択性フィルターを備えているのが好ましい。 ミラーが、レシーバーによって集束させるための遠地点へ、反射される長波長 成分又は短波長成分を集束させて振り向けることができるように、そのミラーは 適切に湾曲しているのが好ましい。 その装置は更に、反射される長波長成分又は短波長成分を集束させるための非 画像集束装置を備えているのが好ましい。 その装置は更に、集束し反射した長波長成分又は短波長成分を、最終用途で使 用するために輸送するための、光導体の光ファイバーを備えているのが好ましい 。 ３３）その最終用途は、水の電解による水素生成であるのが特に好ましい。 本発明は、添付図に関連する例によって更に説明される。ここに、 図１は、本発明によって水素を製造するための装置の一具体例を概略的に説明 する。 図２は、本発明によって水素を製造するための装置のもう一つの具体例を概略 的に説明する。 図３は、本発明によって水素を製造するための装置の更なる具体例を概略的に 説明する。 図４は、本発明によって水素を製造するための装置の更なる具体例を概略的に 説明する。 図５は、図１に示される装置の好ましい具体例に基づく実験用試験装置の主要 構成部品を示す図である。 図６は、図４に示される実験用試験装置の電解セルの詳細図である。 本発明の第１の面の基本原理は、太陽エネルギーを使用して熱エネルギー成分 及び電気エネルギー成分の形態で総合的エネルギー必要物を提供し、水の電解に よって水素及び酸素を生成することにある。これに関し出願人は、太陽光線の作 用により発生する熱エネルギーと電気エネルギーとの組合わせの効果によって、 エネルギー利用の点で水の電解効率がかなり改善される。熱エネルギー成分が太 陽による発電製造の副産物として提供される場合は特にそうである。 図１に概略的に示す装置は本発明の第１の面に従っており、しかも電力を発生 させるための太陽電池５の配列（array）の上への入射太陽放射線の一部、並び に熱エネルギーを発生させるためのレシーバー７の適切な形態の上への入射太陽 放射線の残部を集束させる太陽エネルギー集束装置３の適切な形態を備えている 。 入射太陽放射線によって発生した電気エネルギー及び熱エネルギーを、適切な 形態の電解セル９まで移動させる。そのため、 （ａ）熱エネルギーの一部によって、電解セル９のための水の入口流れは蒸気に 変換され、かつ前記蒸気は約１０００℃の温度まで加熱される。また、 （ｂ）電気エネルギー及び熱エネルギーの残部によって、電解セル９は稼働し、 高温蒸気は水素と酸素とに分解される。 前記水素を、電解セル９から適切な形態の貯蔵タンク１１の中へ移動させる。 レシーバー（receiver,受け器）７は、熱交換器等の、太陽放射線を熱エネル ギーに変換させる、適切ないかなる形態の装置でも良い。 図１に示す装置は、電解セル９中で製造した水素及び酸素（及びあらゆる排気 ）からの熱エネルギーを取り出し、次いで水の入口流れを電解セル９中で消費さ れる蒸気に変換する段階で、前記の取り出した熱エネルギーを使用するための熱 交換手段を更に備えている。取り出した熱エネルギーは、太陽放射線によって生 じた熱エネルギーに比べてかなり低い温度であることが注目される。そのため、 取り出した熱エネルギーは、入口水を予熱するために使用するのが好ましく、ま た太陽放射線で生じた熱エネルギーは、給水又は蒸気を１０００℃の蒸気に変換 するのに必要な熱成分のバランスを取り、かつ電解セル９の作動に寄与するため に使用される。 電解セル９中における、高温で吸熱的に使用される熱エネルギーの成分は、ほ ぼ１００％の効率で消費される。この高い熱エネルギー利用は、本システムの効 率が全体的に高い主な要因である。高い温度は熱エネルギーの高効率を達成する ために必要であり、その結果、高温（７００℃以上）での熱エネルギーを集束し 生じることのできるシステムだけが前記高効率を達成することができることにも 注目される。 図１に示す装置は、本発明の第１面に従った、太陽電池５と熱エネルギーレシ ーバー（thermal energy receiver）７の並列配列の実施例である。本発明の第 １面は、そのような配列に限定されず、太陽電池５と熱エネルギーレシーバー７ の直列配列にも及ぶ。図２〜４に概略的に示す装置は、それらの直列配列の諸実 施例である。更に、図２〜４に概略的に示す装置には、本発明の第２面に従った 諸実施例を取り入れてある。 図２〜４に概略的に示す装置は、短波長を選択的に吸収し、太陽放射線スペク トルの長波長を透過するという事実を利用している。これに関するしきい値は、 シリコン太陽電池では１．１μｍ、太陽放射線の入射エネルギーの２５％〜３５ ％を残しているＧａＡｓ太陽電池では０．８９μｍの桁であり、このしきい値は 通常、熱エネルギーとしての用途には役に立たない。 図２〜４に示す装置は各々の場合、本発明の第１面に関し、使用中、太陽放射 線は太陽エネルギー集束装置３から太陽電池１５の上に反射されて、太陽放射線 の短波長成分から電力を発生し、しかも発電に使用されない太陽放射線、即ち長 波長成分は、電解セル１７の熱エネルギーレシーバー（示されていない）へ向け られて太陽放射線を熱エネルギーに変換するように配置されている。図２〜４に 示す装置は各々の場合、本発明の第２面に関し、使用中、太陽放射線スペクトル の長波長成分及び短波長成分を分離して、それら成分をそれぞれ熱エネルギーと 発電とに分けて使用することができるようにする手段を備えている。 太陽放射線分離手段は、太陽電池１５の前又は後に配置されたミラー２７（図 ２には示さないが、図３及び４に示す。）を備えている。 図３及び４に示すように、ミラー２７が太陽電池１５の前又は後に配置される 状況では、ミラー２７は、そのミラー２７に太陽放射線スペクトルの短波長成分 を透過させる干渉フィルター又はエッジフィルター（示されていない）を備えて いる。 ミラー２７は、太陽放射線スペクトルの長波長成分を反射し、選択的に振り向 けるのに適したあらゆる形状である。例えば、図３及び４に示すように、ミラー ２７が太陽電池１５及び太陽エネルギー集束装置３の焦点の前に配置される状況 では、ミラー２７は、カセグレン（Cassigranian）ミラーの形状を取り、また、 ミラー２７が太陽エネルギー集束装置３の焦点の後に配置される状況では、ミラ ー２７は、グレゴリー（Gregorian）ミラーの形状を取る。 太陽電池１５によって反射される長波長放射線は図２及び４に示すようにヒー トパイプ（heatpipe）（示されていない）、光ファイバー（若しくは光導体）等 の適切なあらゆる移動手段によって、又は図３に示すように放射線として直接に 、電解セル１７まで移動させることができる。 特に図４に示す装置に関し、電解セル１７は太陽電池１５から離して配置され 、しかも前記装置は、集束した成分を光ファイバー又は光導体２１まで移動させ るより前に、太陽放射線の反射された長波長成分を集束するための非画像集束装 置を更に備える。 本発明の第２面は、太陽放射線スペクトルの反射された長波長成分を使用して 、電解セルに熱エネルギーを与えることに制限されず、あらゆる最終用途におい て熱エネルギーを与えることに使用することができる。 諸図に示す電解セル９，１７は、適切なあらゆる形状であっても良い。電解セ ル９，１７は典型的には、イットリア安定化ジルコニウム（ＹＳＺ）等の材料（ これは、酸素に対しては多孔性であって、他の気体に対しては不透過性である。 ）で形成され、また、膜、電極（示されていない）等の付属品は、合金、サーメ ット等の材料で形成される。 上述の通り、本発明の装置は、 （ａ）電解セル中で水素を製造するのに必要な電位及び電気エネルギーは温度が 増加するにつれて減少し、かつ電解セルを作動させるのに必要なエネルギーは熱 エネルギーの形態で与えることができ、 （ｂ）太陽放射線からの熱エネルギーの生成効率は、太陽放射線からの発電効率 よりもかなり大きく（約３〜４倍）、しかも （ｃ）電解セル中で吸熱的に消費される熱エネルギーの効率はほぼ１００％であ る という事実を利用する。 出願人は、現在知られている他の方法ではエネルギーを移動して１０００℃を 越える温度を生じさせることはできないために、副産物の熱エネルギーはここに 記載した手段によって使用されるものと考えていると言うことが注目される。 換言すれば、本発明の顕著な利点は、太陽放射線スペクトルから長波長成分及 び短波長成分を分離することができる結果として、高温を適用するところでその 長波長成分を取り出し、移動させ、かつ使用することが可能であることである。 別の方法であれば、長波長成分は低温熱（典型的には４５℃未満）に変換され、 使用不可能となったであったろう。 本発明の更なる諸利点は次の通りである。 １．水素製造の効率は、太陽放射線により生成される水素製造に関する他の 既知方法よりも大きい。 ２．本発明はシステムの全体的効率を増大させる。即ち、この方法によって 水素を製造する効率は発電するだけの効率よりも大きい。 ３．本発明によって、経済的に利用することのできない従来の太陽エネルギ ーを効率的に貯蔵するための媒体、即ち水素が提供され、従って、太陽エネルギ ーを大規模に使用するための主な技術的制限が克服される。 本発明の性能は、効率５０％を越えるものと期待される。理論的性能は約６０ ％であり、一方、現行技術は実際に効率１４％を越えるものとは期待されておら ず、しきい値制限値は１８％である。 本発明の性能を説明するために、出願人は図５及び６に示す試験装置（これは 、図１に示す装置の具体例に基づく。）で以下に記載するような試験を行った。 図５及び６に関し、実験用試験装置（experimental test rig）は、２つの軸 で追跡するように配列され、太陽放射線束約１１６０サン（suns）及び最大温度 約２６００℃を生じることのできる、直径１．５ｍの太陽エネルギー集束用放物 面ディッシュ（paraboloidal solar concentrating dish）２９を備えた。試験 では集束用ディッシュ２９の最大出力容量及び最大集束容量より少ない容量が必 要であり、従って、レシービング部（receiving components,受け部分）（示さ れていない）を、焦点面に応じて適切に配置し及び（又は）遮蔽し、望ましい温 度及び出力密度を生じさせた。 実験用試験装置は、太陽エネルギー集束用ディッシュ２９の焦点領域に、電解 セル３１、電解セル３１を囲っている管状熱遮蔽物／分配器４５、太陽電池５１ 、及び熱遮蔽物／分配器４５の周りにぐるぐる巻いた１本の管（その一方の端は 電解セル３１の中まで伸び、他方の端は水の供給源まで接続されている。）を更 に備えた。 太陽電池５１は、集束用ディッシュ３１から反射された太陽放射線を電気エネ ルギーに変換するためのＧａＡｓ光起電力（有効面積 １９．６ｍｍ）の集束セ ル（concentrator cell）を備えた。ＧａＡｓ光起電カセルは、変換効率が高く （現在２９％以下）かつ高温（１００℃）で大きい線束密度（１１６０サン）を 扱うことが可能であるために選定された。更に、最大出力点での約１〜１．１ボ ルトの出力電圧によって、１０００℃で作動させるための、電解セル３３に直接 接続するための理想的な整合（match）を作った。 特に図６に関し、電解セル３１は長さ５．８ｃｍ、直径０．６８ｃｍのＹＳＺ の閉端管３３の形態であり、内側及び外側は、白金電極３５，３７（それぞれ、 外部面積８．３ｃｍ2及び内部面積７．６ｃｍ2を有する電解セル３１の、カソー ド及びアノードを形成する。）でコーティングした。 電解セル３１の周囲に金属管４５を配置して、電解セル３１の外面の表面を越 える太陽光線束を減少させ、平均化し、移動した。 前記実験用試験装置は、カソード３５及びアノード３７に接続して、それぞれ 内側及び外側の温度を連続的に測定するための熱電対４７（図５）と、電解セル ３１と、カソード３５を太陽電池５１に接続する１ｍｍ2の白金線と、カソード ３５及び太陽電池５１を接続して回路の電流を測定する、回路中の電圧降下抵抗 器（０．０１Ω）（示されていない）と、横河ＨＲ−１３００データ・ロガー（ 示されていない）とを更に備えた。 前記実験用試験装置は、１０００℃以上の電解セル３１を用い、電解セル３１ に使用される過剰蒸気を用い、約２．５時間の間作動させた。未反応蒸気の出口 流れ及び電解セル３１中で生成した水素は、水を通して泡立たせ、その水素を収 集し、ガスジャー（gas jar）中で測定した。 定常状態に達したとき、温度、電圧、電流及びガス生成の読みを記録し、その 結果を以下の表１に要約する。 表１に記録された、測定した電解セルの電圧１．０３Ｖと、熱的中性の電圧１ ．４７とに基づき、熱的中性電圧と測定電圧の比として計算した電解セル３１の 電気効率は、１．４７／１．０３＝１．４３であった。 太陽電池の効率に関し、集束比２３０サン（suns）を受けるように配置した太 陽電池３１を用い、 （ａ）出力電圧＝１．０３（＝電解セルを通り、接続損失を許容する電圧）、 （ｂ）電流０．６７Ａ、 （ｃ）直接的太陽エネルギー入力は８００ｗ／ｍ2であり、かつ （ｄ）太陽電池の有効面積＝１９．６×１０-6ｍ2 と仮定すれば、 太陽電池５１の効率（ηpv）は、 であった。 太陽エネルギー集束ディッシュ２９のミラー表面に対し０．９のスペクトル反 射力を用いれば、太陽エネルギー集束ディッシュ２９の効率は０．８５であった 。 従って、太陽電池５１及び電解セル３１及び構成部品の全システム効率（ηto tal ）は、 ηtotal＝０．８５×０．１９×１．４３＝０．２２ （２２％） であった。 上記数字２２％は、従来提案された最も優れたシステムの約２倍であり、実用 プラントで記録された最良値の３倍以上である。 実験用試験装置での実験研究の結果は、 （ａ）太陽放射線により総合的に運転される水の高温電解によって水素を生成 することができる。 （ｂ）生成効率は、既知システムと比べて大幅に改善される。 （ｃ）太陽放射線の熱のかなりの部分を電解反応に直接使用することができ、 従って、高価な電気的入力（electrical input）をほぼ半分に減少させることが できる。 本発明の上述のような好ましい具体例に対して、本発明の精神及び範囲から逸 脱することなく、多数の変形・改良を行うことができる。 実施例を通して、好ましい諸具体例は、水を水素と酸素とに変換する方法を説 明するが、本発明はそのように限定されず、逆に水素と酸素とを消費して熱エネ ルギーと電力とを生成する方法を作動させることにも及ぶことは容易に理解でき る。これに関し、ある条件下で本方法の好ましい具体例に従って一定量の水素を 生成するのに必要な電気的入力は、逆に作動するように配置された方法に水素が 使用されるときに生成される電気的出力よりも小さく、従って、水素を製造する システムと同様に、プラントの全電気効率もまた高めることができる。 また、好ましい諸具体例には、太陽電池を使用して太陽エネルギーを電力に変 換することを説明されているが、本発明はそのように限定されず、電気変換器に 適したあらゆる太陽放射線にも及ぶことは容易に理解できる。 更に、好ましい諸具体例には、本発明の第２面によると、太陽放射線スペクト ルの長波長成分及び短波長成分は長波長成分を反射することによって分離される が、本発明の第２面はそのような配置に限定されず、短波長成分が反射される配 列にも及ぶことは容易に理解できる。
【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年１月２７日 【補正内容】 請求の範囲 １．太陽放射線を熱エネルギー及び電気エネルギーに変換し、次いで前記の熱エ ネルギー及び電気エネルギーを使用して、水の電解によって水素と酸素とを製造 することから成る、水素の製造方法。 ２．太陽放射線を短波長成分と長波長成分とに分離し、次いで前記短波長成分を 電気エネルギーに変換し、次いで前記長波長成分を熱エネルギーに変換すること から成る、請求項１に記載の方法。 ３．水を蒸気に変換し、次いで前記蒸気を少なくとも７００℃の温度まで加熱し 、次いで前記蒸気を電解セル中で水素と酸素とに分解することにより、水を電解 することによって水素及び酸素を製造することを更に含む、請求項１又は２に記 載の方法。 ４．太陽放射線により発生した熱エネルギーを使用して水を蒸気に変換し、かつ 電解セルを作動させ、次いで太陽放射線により発生した電気エネルギーを使用し て前記電解セルを作動させることを更に含む、請求項３に記載の方法。 ５．電解セルで製造した、水素、酸素及び排気からの熱エネルギーを取り出し、 次いで、水を蒸気に変換するために、及び電解セル中で消費するための予熱用蒸 気のために必要なエネルギー成分の一部として、前記の取り出した熱エネルギー を使用することを更に含む、請求項４に記載の方法。 ６．蒸気のための入口、並びに水素、酸素及び過剰の蒸気のための出口とを備え た電解セルと、太陽放射線を熱エネルギー及び電気エネルギーに別々に変換して 、水を蒸気に変換するために、かつ電解セルを作動させて少なくとも７００℃の 温度で前記蒸気を水素及び酸素に分解するために必要なエネルギーを提供するた めの、直列又は並列の関係に配置された手段とから成る、電解によって水素を製 造するための装置。 ７．電解セルが、少なくとも部分的に、前記電解セルの中及び（又は）近辺の水 素から酸素を分離させる材料で形成されている、請求項６に記載の装置。 ８．熱エネルギー変換手段及び電気エネルギー変換手段の上に、適切な比及び波 長で、太陽放射線を集束させるための手段を更に備えた、請求項６又は７に記載 の装置。 ９．電気エネルギー変換手段及び熱エネルギー変換手段が、太陽放射線を分離し て受けるのに適合している、請求項６〜８のいずれか１項に記載の装置。 １０．太陽放射線を短波長成分と長波長成分とに分離するための手段を更に備え 、しかも、 （ａ）前記電気エネルギ一変換手段は、短波長成分を受けて、電気エネルギー に変換するのに適合しており、かつ （ｂ）前記熱エネルギー変換手段は、長波長成分を受けて、熱エネルギーに変 換するのに適合している、 請求項６〜８のいずれか１項に記載の装置。 １１．太陽放射線分離手段が、太陽放射線スペクトルの長波長成分又は短波長成 分を選択的に反射するためのミラーから成る、請求項１０に記載の装置。 １２．ミラーが、太陽放射線集束手段と電気エネルギー変換手段との間に配置さ れており、しかも前記ミラーは、前記ミラーに太陽放射線スペクトルの反射され ない成分を透過させるための分光選択性フィルターを備えている、請求項１１に 記載の装置。 １３．前記ミラーが、太陽放射線スペクトルの長波長成分を選択的に反射させる ために適合している、請求項１１に記載の装置。 １４．分光選択性フィルターが、干渉フィルター又はエッジフィルターから成る 、請求項１３に記載の装置。 １５．太陽放射線スペクトルの反射される成分を受け、かつ更に集束させるため の非画像集束装置を更に備えた、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の装置 。 １６．太陽放射線スペクトルの反射される成分を熱エネルギー変換手段まで輸送 するための手段を更に備えた、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の装置。 １７．輸送手段が光ファイバー又は光導体から成る、請求項１６に記載の装置。 １８．電気エネルギ一変換手段が太陽電池である、請求項６〜１７のいずれか１ 項に記載の装置。 １９．電解セル中で製造された排気、水素及び酸素から熱エネルギーを取り出し 、取り出した熱エネルギーを使用して前記電解セル中で消費される蒸気を形成す るための熱交換手段を更に備えた、請求項６〜１８のいずれか１項に記載の装置 。 ２０．太陽放射線を長波長成分と短波長成分とに分離するための装置において、 太陽放射線スペクトルの長波長成分又は短波長成分を選択的に反射するためのミ ラーを備え、しかも前記ミラーは、前記ミラーに太陽放射線スペクトルの反射さ れない成分を透過させるための分光選択性フィルターを備えており、しかも前記 ミラーは、長波長成分又は短波長成分を、前記装置の外側にあるレシーバの方へ 選択的に集束させ振り向けるために適切に湾曲している、上記装置。 ２１．分光選択性フィルターが、干渉フィルター又はエッジフィルターから成る 、請求項２０に記載の装置。 ２２．ミラーから反射される長波長成分又は短波長成分を更に集束させるための 非画像集束装置を更に備えた、請求項２０又は２１に記載の装置。 ２３．集束し反射した長波長成分又は短波長成分を、最終用途において使用する ために、輸送するための手段を更に備えた、請求項２２に記載の装置。 ２４．輸送手段が光ファイバー又は光導体から成る、請求項２３に記載の装置。 ２５．最終用途が、水の電解による水素の生成、スターリングエンジンの使用に よる軸動力のための発電、蒸気ヒーター又は過熱器のいずれか一つを含む、請求 項２３又は２４に記載の装置。 ２６．装置が、水素及び酸素を熱及び電気に変換するのに可逆的である、請求項 ６〜１９のいずれか１項に記載の装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｇ０２Ｂ 5/22 9222−2Ｈ 5/28 9222−2Ｈ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｈ Ｕ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＧ ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １．太陽放射線を熱エネルギー及び電気エネルギーに変換し、次いで前記の熱エ ネルギー及び電気エネルギーを使用して、水の電解によって水素と酸素とを製造 することから成る、水素の製造方法。 ２．太陽放射線を短波長成分と長波長成分とに分離し、次いで前記短波長成分を 電気エネルギーに変換し、次いで前記長波長成分を熱エネルギーに変換すること から成る、請求項１に記載の方法。 ３．水を蒸気に変換し、次いで前記蒸気を少なくとも７００℃の温度まで加熱し 、次いで前記蒸気を電解セル中で水素と酸素とに分解することにより、水を電解 することによって水素及び酸素を製造することを更に含む、請求項１又は２に記 載の方法。 ４．太陽放射線により発生した熱エネルギーを使用して水を蒸気に変換し、かつ 電解セルを作動させ、次いで太陽放射線により発生した電気エネルギーを使用し て前記電解セルを作動させることを更に含む、請求項３に記載の方法。 ５．電解セルで製造した、水素、酸素及び排気からの熱エネルギーを取り出し、 次いで、水を蒸気に変換するために、及び電解セル中で消費するための予熱用蒸 気のために必要なエネルギー成分の一部として、前記の取り出した熱エネルギー を使用することを更に含む、請求項４に記載の方法。 ６．蒸気のための入口、並びに水素、酸素及び過剰の蒸気のための出口とを備え た電解セルと、太陽放射線を熱エネルギー及び電気エネルギーに別々に変換して 、水を蒸気に変換するために、かつ電解セルを作動させて少なくとも７００℃の 温度で前記蒸気を水素及び酸素に分解するために必要なエネルギーを提供するた めの、直列又は並列の関係に配置された手段とから成る、電解によって水素を製 造するための装置。 ７．電解セルが、少なくとも部分的に、前記電解セルの中及び（又は）近辺の水 素から酸素を分離させる材料で形成されている、請求項６に記載の装置。 ８．熱エネルギー変換手段及び電気エネルギー変換手段の上に、適切な比及び波 長で、太陽放射線を集束させるための手段を更に備えた、請求項６又は７に記載 の装置。 ９．電気エネルギー変換手段及び熱エネルギー変換手段が、太陽放射線を分離し て受けるのに適合している、請求項６〜８のいずれか１項に記載の装置。 １０．太陽放射線を短波長成分と長波長成分とに分離するための手段を更に備え 、しかも、 （ａ）前記電気エネルギー変換手段は、短波長成分を受けて、電気エネルギー に変換するのに適合しており、かつ （ｂ）前記熱エネルギー変換手段は、長波長成分を受けて、熱エネルギーに変 換するのに適合している、 請求項６〜８のいずれか１項に記載の装置。 １１．太陽放射線分離手段が、太陽放射線スペクトルの長波長成分又は短波長成 分を選択的に反射するためのミラーから成る、請求項１０に記載の装置。 １２．ミラーが、太陽放射線集束手段と電気エネルギー変換手段との間に配置さ れており、しかも前記ミラーは、前記ミラーに太陽放射線スペクトルの反射され ない成分を透過させるための分光選択性フィルターを備えている、請求項１１に 記載の装置。 １３．前記ミラーが、太陽放射線スペクトルの長波長成分を選択的に反射させる ために適合している、請求項１１に記載の装置。 １４．分光選択性フィルターが、干渉フィルター又はエッジフィルターから成る 、請求項１３に記載の装置。 １５．太陽放射線スペクトルの反射される成分を受け、かつ更に集束させるため の非画像集束装置を更に備えた、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の装置 。 １６．太陽放射線スペクトルの反射される成分を熱エネルギー変換手段まで輸送 するための手段を更に備えた、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の装置。 １７．輸送手段が光ファイバー又は光導体から成る、請求項１６に記載の装置。 １８．電気エネルギー変換手段が太陽電池である、請求項６〜１７のいずれか１ 項に記載の装置。 １９．電解セル中で製造された排気、水素及び酸素から熱エネルギーを取り出し 、取り出した熱エネルギーを使用して前記電解セル中で消費される蒸気を形成す るための熱交換手段を更に備えた、請求項６〜１８のいずれか１項に記載の装置 。 ２０．太陽放射線スペクトルの長波長成分又は短波長成分を選択的に反射するた めのミラーを備えた、太陽放射線を長波長成分と短波長成分とに分離するための 装置。 ２１．ミラーが、前記ミラーに太陽放射線スペクトルの反射されない成分を透過 させるための分光選択性フィルターを備えた、請求項２０に記載の装置。 ２２．分光選択性フィルターが、干渉フィルター又はエッジフィルターから成る 、請求項２１に記載の装置。 ２３．反射される長波長成分又は短波長成分を集束させるための非画像集束装置 を更に備えた、請求項２１又は２２に記載の装置。 ２４．集束し反射した長波長成分又は短波長成分を、最終用途において使用する ために、輸送するための手段を更に備えた、請求項２２に記載の装置。 ２５．輸送手段が光ファイバー又は光導体から成る、請求項２４に記載の装置。 ２６．最終用途が、水の電解による水素の生成、スターリングエンジンの使用に よる軸動力のための発電、蒸気ヒーター又は過熱器のいずれか一つを含む、請求 項２４又は２５に記載の装置。 ２７．装置が、水素及び酸素を熱及び電気に変換するのに可逆的である、請求項 ６〜１９のいずれか１項に記載の装置。 ２８．長波長成分を分離レシーバヘ反射して更に集束させるように、選択性ミラ ーが適切に湾曲している、請求項２０に記載の装置。
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