WO2022172682A1 - 水素生成システム、及び水素燃料利用システム - Google Patents

水素生成システム、及び水素燃料利用システム Download PDF

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弘江 川島
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弘江 川島
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • H01M8/0656—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by electrochemical means

Definitions

  • the present invention relates to a hydrogen generation system and a hydrogen fuel utilization system.
  • the present invention has been made in view of the above problems. That is, the first object of the present invention is to provide a hydrogen generation system for generating hydrogen from raw water.
  • a second object of the present invention is to provide a hydrogen fuel utilization system that uses renewable energy to generate hydrogen from raw water and uses the generated hydrogen as fuel.
  • the present invention solves the above problems by the following [1] to [5].
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a hydrogen generation system, corresponding to at least one embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a hydrogen generation system, corresponding to at least one embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a hydrogen fuel utilization system corresponding to at least one embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a hydrogen generation system corresponding to at least one embodiment of the invention.
  • the hydrogen generation system 1 includes a raw water supply unit 10, a pure water generation unit 11 (11a, 11b, 11c, 11d), a hydrogen generation unit 12 (12a, 12b, . . . , 12j), and a hydrogen storage unit. It consists of a part 13 .
  • raw water is supplied from the raw water supply unit 10 to the pure water generation unit 11 .
  • pure water is produced from the supplied raw water.
  • the produced pure water is supplied from the pure water production section 11 to the hydrogen production section 12 .
  • hydrogen generator 12 hydrogen is generated from the supplied pure water.
  • the generated hydrogen is supplied from the hydrogen generation unit 12 to the hydrogen storage unit 13 and stored in the hydrogen storage unit 13 .
  • the raw water supply unit 10 and the pure water generator 11, the pure water generator 11 and the hydrogen generator 12, and the hydrogen generator 12 and the hydrogen storage unit 13 are connected by pipes or the like as indicated by arrows in FIG. may be connected.
  • Raw water, pure water, and hydrogen may be supplied via the pipe or the like.
  • the raw water supply unit 10 supplies raw water to the pure water generation unit 11 .
  • Raw water is used to produce pure water.
  • Industrial water, tap water, rain water, well water, sea water, lake water, river water, and the like can be used as raw water.
  • Raw water may be stored in a container such as a tank. Then, the raw water supply unit 10 may supply the raw water stored in the tank to the pure water generation unit 11 . Alternatively, the raw water supply unit 10 can supply raw water directly from a river or the like to the pure water generation unit 11 without going through a container such as a tank.
  • the raw water supply unit 10 is not particularly limited as long as it can supply raw water to the pure water generation unit 11 .
  • the raw water supply unit 10 can be appropriately designed according to the surrounding environment of the facility where the hydrogen generation system 1 is installed.
  • the pure water generation unit 11 generates pure water from raw water.
  • the hydrogen generation system 1 includes four pure water generators 11, ie, pure water generators 11a to 11d.
  • the number of pure water generators 11 included in the hydrogen generation system 1 is not particularly limited, and can be designed as appropriate depending on the size of the facility where the hydrogen generation system 1 is installed. For example, it may be one, two, or five.
  • the hydrogen generation system 1 When the hydrogen generation system 1 is provided with two or more pure water generation units 11, some of the pure water generation units 11 included in the hydrogen generation system 1 cannot be used due to failure or the like, or when replacement is required due to long-term use. However, by using another pure water generator 11, the hydrogen generation system 1 can continue to operate.
  • the method by which the pure water generation unit 11 generates pure water from raw water is not particularly limited, and a known method can be adopted.
  • pure water may be produced by distillation, an ion exchange resin, a reverse osmosis membrane, an electrically regenerative desalination device (EDI device), or the like.
  • the pure water generator 11 is not particularly limited as long as it can generate pure water from raw water.
  • the pure water generator 11 can be appropriately designed according to the type of raw water, the purity of the pure water suitable for the hydrogen generator 12 to generate hydrogen, and the required amount of pure water to be generated.
  • the hydrogen generator 12 generates hydrogen from the pure water generated by the pure water generator 11 .
  • the hydrogen generator 12 generates gaseous hydrogen by electrolyzing pure water.
  • the hydrogen generation system 1 includes ten hydrogen generation units 12, hydrogen generation units 12a to 12j.
  • the number of hydrogen generators 12 included in the hydrogen generation system 1 is not particularly limited, and can be appropriately designed depending on the size of the facility where the hydrogen generation system 1 is installed. For example, it may be one, five, or twenty.
  • the hydrogen generation system 1 By providing the hydrogen generation system 1 with two or more hydrogen generation units 12, even if some of the hydrogen generation units 12 included in the hydrogen generation system 1 cannot be used due to failure or the like or need to be replaced due to long-term use, By using another hydrogen generator 12, the operation of the hydrogen generation system 1 can be continued.
  • the amount of gaseous hydrogen generated by the hydrogen generator 12 is preferably 40 m 3 /h or more, more preferably 50 m 3 /h or more, and even more preferably 60 m 3 /h or more.
  • the hydrogen generator 12 is not particularly limited as long as it can generate hydrogen from pure water.
  • the hydrogen generator 12 can be appropriately designed according to the purity of the supplied pure water, the desired amount of hydrogen to be generated, and the like.
  • the hydrogen storage unit 13 stores the hydrogen generated by the hydrogen generation unit 12.
  • the hydrogen storage unit 13 may have a mechanism for adjusting the pressure of hydrogen to be stored.
  • the hydrogen generation system 1 includes one hydrogen storage unit 13.
  • the number of hydrogen storage units 13 provided in the hydrogen generation system 1 is not particularly limited, and can be appropriately designed depending on the size of the facility where the hydrogen generation system 1 is installed. For example, it may be one, two, or three.
  • the hydrogen storage unit 13 is not particularly limited as long as it can store hydrogen.
  • the hydrogen storage unit 13 may be a hydrogen storage alloy tank, a high pressure gas tank, a gas tank, or the like.
  • a hydrogen storage alloy tank is a tank for storing hydrogen filled with an alloy that retains hydrogen as a hydride when in contact with hydrogen molecules.
  • a hydrogen storage alloy tank can store hydrogen at a lower internal pressure than a high-pressure gas tank, so it is highly safe.
  • the hydrogen generation system 1 includes a control unit that comprehensively controls the raw water supply unit 10, the pure water generation unit 11, the hydrogen generation unit 12, and the hydrogen storage unit 13.
  • the control unit can also control the hydrogen generation system 1 so as to cooperate with other systems.
  • the hydrogen generation system 1 can generate pure water from raw water, generate hydrogen from the generated pure water, and store the generated hydrogen, thereby generating hydrogen from raw water. Producing hydrogen from raw water is less costly than purchasing commercially produced and sold hydrogen. In addition, it is possible to construct a system for generating hydrogen according to the surrounding environment and size of the facility where the hydrogen generation system 1 is installed.
  • the hydrogen generator 12 since the hydrogen generator 12 generates hydrogen by electrolyzing pure water, it also generates gaseous oxygen when generating hydrogen.
  • the oxygen generated by the hydrogen generator 12 can be stored, like hydrogen.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a hydrogen generation system corresponding to at least one embodiment of the present invention.
  • the hydrogen generation system 1 shown in FIG. and an oxygen storage unit 14 .
  • the above description can be adopted to the extent necessary.
  • the oxygen generated in the hydrogen generation section 12 is supplied from the hydrogen generation section 12 to the oxygen storage section 14 and stored in the oxygen storage section 14 .
  • the raw water supply unit 10 and the pure water generator 11, the pure water generator 11 and the hydrogen generator 12, the hydrogen generator 12 and the hydrogen storage unit 13, and the hydrogen generator 12 and the oxygen storage unit 14 are indicated by arrows in FIG. As indicated by the lines, they may be connected by pipes or the like. Raw water, pure water, hydrogen, and oxygen may be supplied via the pipe or the like.
  • the raw water supply unit 10 the pure water generation unit 11, the hydrogen generation unit 12, and the hydrogen storage unit 13, the above description can be adopted within the necessary range.
  • the oxygen storage unit 14 stores the oxygen generated by the hydrogen generation unit 12.
  • the hydrogen generation system 1 has one oxygen storage unit 14 .
  • the number of oxygen storage units 14 provided in the hydrogen generation system 1 is not particularly limited, and can be appropriately designed depending on the size of the facility where the hydrogen generation system 1 is installed. For example, it may be one, two, or three.
  • the oxygen storage unit 14 is not particularly limited as long as it can store oxygen.
  • the oxygen storage unit 14 may be a high pressure gas tank, a gas tank, or the like.
  • the oxygen storage unit 14 may include a mechanism for adjusting the pressure of stored oxygen.
  • the hydrogen generation system 1 comprehensively controls the raw water supply unit 10, the pure water generation unit 11, the hydrogen generation unit 12, the hydrogen storage unit 13, and the oxygen storage unit 14. has a department.
  • the control unit can also control the hydrogen generation system 1 so as to cooperate with other systems.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a hydrogen fuel utilization system corresponding to at least one embodiment of the present invention.
  • the hydrogen fuel utilization system 2 includes a solar panel 20, a power conditioner 21, commercial power 22, a switching device 23, a UPS 24 with a storage function, a water buffer tank 25, a hydrogen generation system 26, a hydrogen pressurization device 27, It consists of a hydrogen buffer tank 28 , an oxygen pressurizer 29 , an oxygen buffer tank 30 and a hydrogen burner system 31 .
  • the hydrogen generation system 26 refers to the hydrogen generation system 1 including the hydrogen storage unit 13 and the oxygen storage unit 14 shown in FIG.
  • Water buffer tank 25 and hydrogen generation system 26 hydrogen generation system 26 and hydrogen high pressure device 27, hydrogen high pressure device 27 and hydrogen buffer tank 28, hydrogen buffer tank 28 and hydrogen burner system 31, hydrogen generation system 26
  • the oxygen pressurization device 29, the oxygen pressurization device 29 and the oxygen buffer tank 30, and the oxygen buffer tank 30 and the hydrogen burner system 31 are connected by pipes or the like as indicated by the arrow lines in FIG. may be Raw water, hydrogen, and oxygen may be supplied via the pipe or the like.
  • the generation unit 11, the hydrogen generation unit 12, the hydrogen storage unit 13, and/or the oxygen storage unit 14 may be electrically connected to each other by a lead wire or the like.
  • the UPS 24 with a power storage function, the water buffer tank 25, the hydrogen pressurization device 27, the hydrogen buffer tank 28, the oxygen pressurization device 29, the oxygen buffer tank 30, and/or the hydrogen burner system 31 are each connected by a lead wire It may be electrically connected by such as. Then, power may be supplied via the conducting wire or the like.
  • the hydrogen fuel utilization system 2 generates electricity by converting sunlight into electric power in the solar panel 20 .
  • the power generation performed by the solar panel 20 is hereinafter referred to as solar power generation.
  • Electricity generated by solar power generation is converted by a power conditioner 21 into a state suitable for the environment in which electricity is used.
  • the electricity generated by solar power generation is often direct current, so it is converted to alternating current so that it can be used in common environments.
  • the power conditioner 21 is not particularly limited as long as it can convert electricity into a state suitable for the environment in which it is used.
  • the hydrogen fuel utilization system 2 also includes commercial power 22 .
  • a switching device 23 switches between the supply of power by solar power generation and the supply of power by commercial power 22 .
  • the switching device 23 preferentially supplies the power generated by the solar power generation to the UPS 24 with the power storage function, and supplies power from the commercial power 22 to the UPS 24 with the power storage function when the power generated by the solar power generation is insufficient.
  • the switching device 23 may switch from the supply of power by solar power generation to the supply of power by commercial power 22 when the amount of power supplied by solar power generation is equal to or less than a predetermined value.
  • the switching device 23 may switch the supply of power from the commercial power 22 to the supply of power from the solar power generation when the amount of power supplied by the solar power generation reaches or exceeds a predetermined value.
  • the hydrogen fuel utilization system 2 can be operated.
  • the UPS 24 with a power storage function has a function of receiving power supplied by solar power generation or commercial power 22, a function of storing the supplied power, and a function of storing the supplied power or the stored power to an external device. It has a function to supply to etc. When the power supply is interrupted, the UPS 24 with a power storage function supplies the stored power to an external device, thereby preventing a voltage drop or power failure in the external device. .
  • the hydrogen fuel utilization system 2 supplies electric power to the pure water generator 11, the hydrogen generator 12, the hydrogen storage unit 13, the oxygen storage unit 14, and/or the hydrogen burner system 31 by the UPS 24 with a power storage function.
  • power is supplied to the pure water generator 11, the hydrogen generator 12, the hydrogen storage unit 13, the oxygen storage unit 14, and/or the hydrogen burner system 31 by solar power generation.
  • the system 2 only needs to be able to supply power to the pure water generator 11, the hydrogen generator 12, the hydrogen storage unit 13, the oxygen storage unit 14, and/or the hydrogen burner system 31 using renewable energy.
  • Renewable energy is not particularly limited as long as it can be naturally regenerated at a rate higher than that used.
  • Renewable energy includes, for example, solar power generation, wind power generation, hydroelectric power generation, geothermal power generation, microbial power generation, and the like.
  • the hydrogen fuel utilization system 2 uses the power generated by a fuel cell system different from or the same as the fuel cell system to be described later, to produce a pure water generator 11, a hydrogen generator 12, a hydrogen storage unit 13, and an oxygen storage unit. 14 and/or the hydrogen burner system 31 .
  • renewable energy The amount of power supplied by renewable energy is not particularly limited. It should be supplied.
  • renewable energy may be used to supply 500 Wh of power to operate the pure water generator 11 and 5.5 to 6.5 kWh of power to operate the hydrogen generator 12 .
  • the water buffer tank 25 stores raw water to be supplied to the pure water generation unit 11 in the hydrogen generation system 26 .
  • the description of the raw water supply unit 10 can be adopted within a necessary range.
  • Pure water is generated in the hydrogen generation system 26 from the raw water supplied from the water buffer tank 25, and hydrogen and oxygen are generated from the pure water.
  • the hydrogen and oxygen are then stored in the hydrogen generation system 26 .
  • the hydrogen generation system 26 the above description of the hydrogen generation system 1 including the hydrogen storage unit 13 and the oxygen storage unit 14 shown in FIG. 2 can be adopted within a necessary range.
  • the hydrogen stored in the hydrogen generation system 26 is supplied to the hydrogen pressurization device 27.
  • the hydrogen pressurization device 27 is not particularly limited as long as it can pressurize hydrogen.
  • the hydrogen pressurization device 27 can pressurize the hydrogen by compressing the hydrogen enclosed in the device using a piston or the like.
  • the pressurized hydrogen is supplied to the hydrogen buffer tank 28 while maintaining the high pressure state.
  • the hydrogen buffer tank 28 stores high-pressure hydrogen supplied from the hydrogen pressurization device 27 .
  • the hydrogen buffer tank 28 is not particularly limited as long as it can store pressurized hydrogen.
  • the hydrogen buffer tank 28 preferably has high pressure resistance and high airtightness.
  • the hydrogen stored in the hydrogen buffer tank 28 is supplied to the hydrogen burner system 31 as required.
  • the supply of hydrogen from the hydrogen buffer tank 28 to the hydrogen burner system 31 may be performed continuously or intermittently.
  • the amount of hydrogen supplied from the hydrogen buffer tank 28 to the hydrogen burner system 31 may be controlled by a control section, which will be described later.
  • the amount of hydrogen supplied to the hydrogen burner system 31 can be changed according to the amount of hydrogen consumed in the hydrogen burner system 31, the remaining amount of hydrogen, and the like.
  • the consumption of hydrogen, the remaining amount of hydrogen, etc. in the hydrogen burner system 31 are estimated, and the measured information is sent to the control unit.
  • the control unit calculates the amount of hydrogen to be supplied from the hydrogen buffer tank 28 based on the amount of hydrogen consumed in the hydrogen burner system 31, the amount of remaining hydrogen, and the like.
  • the oxygen stored in the hydrogen generation system 26 is supplied to the oxygen pressurization device 29.
  • the oxygen pressurization device 29 is not particularly limited as long as it can pressurize oxygen.
  • the oxygen pressurization device 29 can pressurize the oxygen by compressing the oxygen enclosed in the device using a piston or the like.
  • the pressurized oxygen is supplied to the oxygen buffer tank 30 while maintaining the high pressure state.
  • the oxygen buffer tank 30 stores high-pressure oxygen supplied from the oxygen hyperbaric device 29 .
  • the oxygen buffer tank 30 is not particularly limited as long as it can store pressurized oxygen.
  • the oxygen buffer tank 30 preferably has high pressure resistance and high airtightness. Oxygen stored in the oxygen buffer tank 30 is supplied to the hydrogen burner system 31 as required.
  • the supply of oxygen from the oxygen buffer tank 30 to the hydrogen burner system 31 may be performed continuously or intermittently.
  • the amount of oxygen supplied from the oxygen buffer tank 30 to the hydrogen burner system 31 may be controlled by a control unit, which will be described later.
  • the amount of oxygen supplied to the hydrogen burner system 31 can be changed according to the amount of oxygen consumed, the amount of oxygen remaining in the hydrogen burner system 31, and the like.
  • the amount of oxygen consumed and the remaining amount of oxygen in the hydrogen burner system 31 are estimated, and the measured information is sent to the control unit.
  • the controller calculates the amount of oxygen supplied from the oxygen buffer tank 30 based on the amount of oxygen consumed and the amount of oxygen remaining in the hydrogen burner system 31 .
  • the hydrogen fuel utilization system 2 includes one hydrogen pressurization device 27, one hydrogen buffer tank 28, one oxygen pressurization device 29, and one oxygen buffer tank 30, respectively.
  • the number of the hydrogen pressurization device 27, the hydrogen buffer tank 28, the oxygen pressurization device 29, and the oxygen buffer tank 30 provided in the hydrogen fuel utilization system 2 is not particularly limited. It can be designed as appropriate depending on the thickness and the like. For example, it may be one, two, or three. Further, the hydrogen fuel utilization system 2 may not include some or all of the hydrogen pressurization device 27, the hydrogen buffer tank 28, the oxygen pressurization device 29, and the oxygen buffer tank 30.
  • the hydrogen supplied from the hydrogen buffer tank 28 to the hydrogen burner system 31 is used as fuel in the hydrogen burner system 31 .
  • hydrogen supplied from the hydrogen buffer tank 28 can be mixed with oxygen supplied from the oxygen buffer tank 30 and combusted.
  • the hydrogen burner system 31 includes an incinerator, a boiler, a stove, a blowpipe for gas welding, a gas burner, and the like.
  • the hydrogen fuel utilization system 2 may utilize the hydrogen supplied from the hydrogen buffer tank 28 as fuel for the fuel cell system. Specifically, for example, hydrogen supplied from the hydrogen buffer tank 28 can be reacted with oxygen supplied from the oxygen buffer tank 30 to generate power.
  • the hydrogen fuel utilization system 2 includes a solar panel 20, a power conditioner 21, commercial power 22, a switching device 23, a UPS 24 with a storage function, a water buffer tank 25, a hydrogen generation system 26, and a hydrogen A control section is provided for comprehensively controlling the pressurization device 27 , the hydrogen buffer tank 28 , the oxygen pressurization device 29 , the oxygen buffer tank 30 and the hydrogen burner system 31 .
  • the control unit can also control the hydrogen fuel utilization system 2 so as to interlock with other systems. Further, the controller of the hydrogen fuel utilization system 2 may also serve as the controller of the hydrogen generation system 26 .
  • control unit of the hydrogen generation system 26 and/or the hydrogen fuel utilization system 2 may be supplied with power by renewable energy.
  • the hydrogen generation system 26 refers to the hydrogen generation system 1 including the hydrogen storage unit 13 and the oxygen storage unit 14 shown in FIG. It may refer to the hydrogen generation system 1 provided with. In that case, the hydrogen fuel utilization system 2 may not include the oxygen pressurization device 29 and the oxygen buffer tank 30 .
  • the hydrogen fuel utilization system 2 generates pure water from the raw water, generates hydrogen from the generated pure water, stores the generated hydrogen, uses the stored hydrogen as fuel, and is renewable.
  • renewable energy can be used to generate hydrogen from raw water, and the generated hydrogen can be used as fuel.
  • hydrogen can be used as fuel.
  • the surplus hydrogen and/or oxygen can be stored in a container such as a gas cylinder.
  • the hydrogen and/or oxygen stored in containers such as gas cylinders can then be supplied to other systems.
  • hydrogen and/or oxygen stored in containers such as gas cylinders can be sold.

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Abstract

本発明の第一の目的は、原水から水素を生成する水素生成システムを提供することである。　本発明は、原水から純水を生成する純水生成手段と、純水生成手段により生成された純水から水素を生成する水素生成手段と、水素生成手段により生成された水素を貯蔵する水素貯蔵手段を備える、水素生成システムに関する。

Description

水素生成システム、及び水素燃料利用システム
　本発明は、水素生成システム、及び水素燃料利用システムに関する。
　近年、水素は、環境に優しい燃料として注目されている。しかしながら、一般的な水素の入手方法は、商業用に製造、及び販売されている水素を購入するという方法に限られている。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の第一の目的は、原水から水素を生成する水素生成システムを提供することである。
　また、本発明の第二の目的は、再生可能エネルギーを用いて、原水から水素を生成し、生成した水素を燃料として利用する水素燃料利用システムを提供することである。
　本発明は、以下の［１］～［５］により、上記課題を解決するものである。
［１］原水から純水を生成する純水生成手段と、純水生成手段により生成された純水から水素を生成する水素生成手段と、水素生成手段により生成された水素を貯蔵する水素貯蔵手段を備える、水素生成システム；
［２］水素生成手段が、水素を生成する際に酸素も生成するものであり、水素生成手段により生成された酸素を貯蔵する酸素貯蔵手段を備える、前記［１］に記載の水素生成システム；
［３］水素貯蔵手段が、水素吸蔵合金タンクである、前記［１］又は［２］に記載の水素生成システム；
［４］原水から純水を生成する純水生成手段と、純水生成手段により生成された純水から水素を生成する水素生成手段と、水素生成手段により生成された水素を貯蔵する水素貯蔵手段と、水素貯蔵手段により貯蔵された水素を燃料として利用する水素燃料利用手段と、再生可能エネルギーにより純水生成手段、水素生成手段、水素貯蔵手段、及び／又は水素燃料利用手段へ電力を供給する電力供給手段を備える、水素燃料利用システム；
［５］水素燃料利用手段が、水素バーナーシステム、及び／又は燃料電池システムである、前記［４］に記載の水素燃料利用システム。
　本発明によれば、原水から水素を生成する水素生成システムを提供することができる。
　また、本発明によれば、再生可能エネルギーを用いて、原水から水素を生成し、生成した水素を燃料として利用する水素燃料利用システムを提供することができる。
本発明の実施の形態の少なくとも１つに対応する、水素生成システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態の少なくとも１つに対応する、水素生成システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態の少なくとも１つに対応する、水素燃料利用システムの構成を示すブロック図である。
　以下、図面等を用いて本発明の実施の形態について説明をするが、本発明の趣旨に反しない限り、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
（水素生成システム）
　図１は、本発明の実施の形態の少なくとも１つに対応する、水素生成システムの構成を示すブロック図である。図示するように、水素生成システム１は、原水供給部１０、純水生成部１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）、水素生成部１２（１２ａ、１２ｂ、・・・、１２ｊ）、及び水素貯蔵部１３から構成される。
　まず、原水供給部１０から純水生成部１１へ、原水が供給される。そして、純水生成部１１において、供給された原水から純水が生成される。生成された純水は、純水生成部１１から水素生成部１２へ供給される。そして、水素生成部１２において、供給された純水から水素が生成される。生成された水素は、水素生成部１２から水素貯蔵部１３へ供給され、水素貯蔵部１３において貯蔵される。
　原水供給部１０と純水生成部１１、純水生成部１１と水素生成部１２、水素生成部１２と水素貯蔵部１３は、それぞれ、図１の矢印の線に示されるように、パイプなどで接続されていてもよい。そして、原水、純水、及び水素の供給は、該パイプなどを経由して行われてもよい。
　原水供給部１０は、純水生成部１１へ、原水を供給するものである。原水は、純水を生成するために用いられる。原水には、工業用水、水道水、雨水、井戸水、海水、湖水、河川水などを用いることができる。
　原水は、タンクなどの容器に貯蔵されていてもよい。そして、原水供給部１０は、タンクに貯蔵された原水を、純水生成部１１へ供給することとしてもよい。あるいは、原水供給部１０は、タンクなどの容器を経由せず、河川などから直接、純水生成部１１へ原水を供給することもできる。
　原水供給部１０は、特に限定されず、純水生成部１１へ原水を供給することができればよい。原水供給部１０は、水素生成システム１を設置する施設の周辺の環境などにより、適宜設計が可能である。
　純水生成部１１は、原水から純水を生成するものである。
　図１においては、水素生成システム１は、純水生成部１１ａ～１１ｄの、４個の純水生成部１１を備えている。水素生成システム１が備える純水生成部１１の数は特に限定されず、水素生成システム１を設置する施設の広さなどにより、適宜設計が可能である。例えば、１個でも、２個でも、５個でもよい。
　水素生成システム１が純水生成部１１を２個以上備えることで、水素生成システム１が備える純水生成部１１の一部が、故障などにより使用できない場合や、長期使用による交換が必要な場合でも、他の純水生成部１１を使用することで、水素生成システム１の稼働を続けることができる。
　純水生成部１１が原水から純水を生成する方法は特に限定されず、公知の方法を採用することができる。例えば、蒸留、イオン交換樹脂、逆浸透膜、電気再生式脱塩装置（ＥＤＩ装置）などにより純水を生成することとしてもよい。
　純水生成部１１は、特に限定されず、原水から純水を生成することができればよい。純水生成部１１は、原水の種類、水素生成部１２が水素を生成するために適した純水の純度、求められる純水の生成量などにより、適宜設計が可能である。
　水素生成部１２は、純水生成部１１により生成された純水から、水素を生成するものである。水素生成部１２は、純水を電気分解することにより、気体状の水素を生成する。
　図１においては、水素生成システム１は、水素生成部１２ａ～１２ｊの、１０個の水素生成部１２を備えている。水素生成システム１が備える水素生成部１２の数は特に限定されず、水素生成システム１を設置する施設の広さなどにより、適宜設計が可能である。例えば、１個でも、５個でも、２０個でもよい。
　水素生成システム１が水素生成部１２を２個以上備えることで、水素生成システム１が備える水素生成部１２の一部が、故障などにより使用できない場合や、長期使用による交換が必要な場合でも、他の水素生成部１２を使用することで、水素生成システム１の稼働を続けることができる。
　水素生成部１２の、気体状の水素の生成量は、４０ｍ３／ｈ以上であることが好ましく、５０ｍ３／ｈ以上であることがより好ましく、６０ｍ３／ｈ以上であることがさらに好ましい。
　水素生成部１２は、特に限定されず、純水から水素を生成することができればよい。水素生成部１２は、供給される純水の純度、求められる水素の生成量などにより、適宜設計が可能である。
　水素貯蔵部１３は、水素生成部１２により生成された水素を貯蔵するものである。水素貯蔵部１３は、貯蔵する水素の圧力を調整するための機構を備えることとしてもよい。
　図１においては、水素生成システム１は、１個の水素貯蔵部１３を備えている。水素生成システム１が備える水素貯蔵部１３の数は特に限定されず、水素生成システム１を設置する施設の広さなどにより、適宜設計が可能である。例えば、１個でも、２個でも、３個でもよい。
　水素貯蔵部１３は、特に限定されず、水素を貯蔵することができればよい。例えば、水素貯蔵部１３は、水素吸蔵合金タンク、高圧ガスタンク、ガスタンクなどであってもよい。
　水素吸蔵合金タンクは、水素分子と接触することで水素化物として水素を保持する合金を充填した、水素を貯蔵するためのタンクである。水素吸蔵合金タンクは、高圧ガスタンクと比べて低気圧の内部圧力で水素を貯蔵することができるため、安全性が高い。
　また、図示しないが、水素生成システム１は、原水供給部１０、純水生成部１１、水素生成部１２、及び水素貯蔵部１３を総括的に制御する、制御部を備えている。制御部は、水素生成システム１を、他のシステムと連動するように制御することも可能である。
　このように、水素生成システム１が、原水から純水を生成し、生成された純水から水素を生成し、生成された水素を貯蔵することにより、原水から水素を生成することができる。原水から水素を生成することで、商業用に製造、及び販売されている水素を購入するよりも、コストを抑えることができる。また、水素生成システム１を設置する施設の周辺の環境や広さなどに合わせて、水素を生成するシステムを構築することが可能である。
　また、水素生成部１２は、純水の電気分解により水素を生成するため、水素を生成する際に、気体状の酸素も生成する。水素生成部１２により生成された酸素は、水素と同様に、貯蔵することができる。
　図２は、本発明の実施の形態の少なくとも１つに対応する、水素生成システムの構成を示すブロック図である。図２に示す水素生成システム１は、原水供給部１０、純水生成部１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）、水素生成部１２（１２ａ、１２ｂ、・・・、１２ｊ）、水素貯蔵部１３、及び酸素貯蔵部１４から構成される。
　原水から水素が生成され、生成された水素が貯蔵される態様に関しては、前述の記載を必要な範囲で採用できる。そして、図２に示す水素生成システム１では、水素生成部１２において生成された酸素は、水素生成部１２から酸素貯蔵部１４へ供給され、酸素貯蔵部１４において貯蔵される。
　原水供給部１０と純水生成部１１、純水生成部１１と水素生成部１２、水素生成部１２と水素貯蔵部１３、水素生成部１２と酸素貯蔵部１４は、それぞれ、図２の矢印の線に示されるように、パイプなどで接続されていてもよい。そして、原水、純水、水素、及び酸素の供給は、該パイプなどを経由して行われてもよい。
　原水供給部１０、純水生成部１１、水素生成部１２、及び水素貯蔵部１３に関しては、前述の記載を必要な範囲で採用できる。
　酸素貯蔵部１４は、水素生成部１２により生成された酸素を貯蔵するものである。
　図２においては、水素生成システム１は、１個の酸素貯蔵部１４を備えている。水素生成システム１が備える酸素貯蔵部１４の数は特に限定されず、水素生成システム１を設置する施設の広さなどにより、適宜設計が可能である。例えば、１個でも、２個でも、３個でもよい。
　酸素貯蔵部１４は、特に限定されず、酸素を貯蔵することができればよい。例えば、酸素貯蔵部１４は、高圧ガスタンク、ガスタンクなどであってもよい。酸素貯蔵部１４は、貯蔵する酸素の圧力を調整するための機構を備えることとしてもよい。
　また、図２には示さないが、水素生成システム１は、原水供給部１０、純水生成部１１、水素生成部１２、水素貯蔵部１３、及び酸素貯蔵部１４を総括的に制御する、制御部を備えている。制御部は、水素生成システム１を、他のシステムと連動するように制御することも可能である。
　水素生成システム１が、水素貯蔵部１３、及び酸素貯蔵部１４を備えることで、後述する水素燃料利用システムにおいて、水素、及び酸素を利用することが容易となる。
（水素燃料利用システム）
　図３は、本発明の実施の形態の少なくとも１つに対応する、水素燃料利用システムの構成を示すブロック図である。図示するように、水素燃料利用システム２は、ソーラーパネル２０、パワーコンディショナー２１、商用電力２２、切替装置２３、蓄電機能付きＵＰＳ２４、水用バッファータンク２５、水素生成システム２６、水素高圧化装置２７、水素用バッファータンク２８、酸素高圧化装置２９、酸素用バッファータンク３０、水素バーナーシステム３１から構成される。ここでは、水素生成システム２６は、図２に示した、水素貯蔵部１３、及び酸素貯蔵部１４を備える水素生成システム１のことを指すものとする。
　水用バッファータンク２５と水素生成システム２６、水素生成システム２６と水素高圧化装置２７、水素高圧化装置２７と水素用バッファータンク２８、水素用バッファータンク２８と水素バーナーシステム３１、水素生成システム２６と酸素高圧化装置２９、酸素高圧化装置２９と酸素用バッファータンク３０、及び酸素用バッファータンク３０と水素バーナーシステム３１は、それぞれ、図３の矢印の線に示されるように、パイプなどで接続されていてもよい。そして、原水、水素、及び酸素の供給は、該パイプなどを経由して行われてもよい。
　また、ソーラーパネル２０とパワーコンディショナー２１、パワーコンディショナー２１と切替装置２３、商用電力２２と切替装置２３、切替装置２３と蓄電機能付きＵＰＳ２４、並びに、蓄電機能付きＵＰＳ２４と水素生成システム２６内の純水生成部１１、水素生成部１２、水素貯蔵部１３、及び／又は酸素貯蔵部１４は、それぞれ、導線などにより電気的に接続されていてもよい。さらに、蓄電機能付きＵＰＳ２４と、水用バッファータンク２５、水素高圧化装置２７、水素用バッファータンク２８、酸素高圧化装置２９、酸素用バッファータンク３０、及び／又は水素バーナーシステム３１は、それぞれ、導線などにより電気的に接続されていてもよい。そして、電力の供給は、該導線などを経由して行われてもよい。
　水素燃料利用システム２は、ソーラーパネル２０において、太陽光を電力に変換することで発電を行う。以下、ソーラーパネル２０において行われた発電をソーラー発電という。ソーラー発電により生じた電気は、パワーコンディショナー２１によって、電気を利用する環境に適した状態に変換される。例えば、ソーラー発電により生じた電気は直流であることが多いため、一般的な環境で利用することができるように、交流に変換される。パワーコンディショナー２１は、特に限定されず、電気を利用する環境に適した状態に変換することができればよい。
　また、水素燃料利用システム２は、商用電力２２を備えている。ソーラー発電による電力の供給と商用電力２２による電力の供給の切り替えは、切替装置２３によって行われる。切替装置２３は、ソーラー発電による電力を優先的に蓄電機能付きＵＰＳ２４に供給し、ソーラー発電による電力が不足した場合には、商用電力２２による電力を蓄電機能付きＵＰＳ２４に供給する。その際、切替装置２３は、ソーラー発電による電力の供給量が所定の値以下となった場合に、ソーラー発電による電力の供給から、商用電力２２による電力の供給に切り替えることとしてもよい。そして、切替装置２３は、ソーラー発電による電力の供給量が所定の値以上となった場合に、商用電力２２による電力の供給から、ソーラー発電による電力の供給に切り替えることとしてもよい。
　ソーラー発電による電力を優先的に蓄電機能付きＵＰＳ２４に供給することで、商用電力２２による電力の供給を優先した場合に比べ、電力の供給に関するコストを低減することができる。また、災害などで商用電力２２による電力の供給が途絶えた際にも、水素燃料利用システム２を稼働することが可能となる。
　蓄電機能付きＵＰＳ２４は、ソーラー発電による電力の供給、又は商用電力２２による電力の供給を受ける機能、供給された電力を蓄積する機能、及び、供給された電力、又は蓄積された電力を外部の装置などに供給する機能を有している。蓄電機能付きＵＰＳ２４は、供給される電力が途切れた場合に、蓄積された電力を外部の装置などに供給することで、該外部の装置などに電圧の低下や停電などが起きることを防いでいる。水素燃料利用システム２は、蓄電機能付きＵＰＳ２４によって、純水生成部１１、水素生成部１２、水素貯蔵部１３、酸素貯蔵部１４、及び／又は水素バーナーシステム３１へ電力を供給している。
　なお、図３においては、ソーラー発電により純水生成部１１、水素生成部１２、水素貯蔵部１３、酸素貯蔵部１４、及び／又は水素バーナーシステム３１へ電力が供給されているが、水素燃料利用システム２は、再生可能エネルギーにより純水生成部１１、水素生成部１２、水素貯蔵部１３、酸素貯蔵部１４、及び／又は水素バーナーシステム３１へ電力を供給することができればよい。再生可能エネルギーは、特に限定されず、利用する以上の速度で自然に再生するエネルギーであればよい。再生可能エネルギーには、例えば、ソーラー発電、風力発電、水力発電、地熱発電、微生物発電などが含まれる。
　また、水素燃料利用システム２は、後述する燃料電池システムとは異なる、又は同一の、燃料電池システムにより発電した電力を、純水生成部１１、水素生成部１２、水素貯蔵部１３、酸素貯蔵部１４、及び／又は水素バーナーシステム３１へ供給することもできる。
　再生可能エネルギーによる電力の供給量は、特に限定されず、純水生成部１１、水素生成部１２、水素貯蔵部１３、酸素貯蔵部１４、及び／又は水素バーナーシステム３１の稼働に必要な電力が供給されればよい。例えば、純水生成部１１の稼働には５００Ｗｈ、水素生成部１２の稼働には５．５～６．５ｋＷｈの電力が、再生可能エネルギーにより供給されることとしてもよい。
　水用バッファータンク２５には、水素生成システム２６内の純水生成部１１へ供給される原水が貯蔵されている。水用バッファータンク２５に関しては、原水供給部１０の記載を必要な範囲で採用できる。
　水用バッファータンク２５から供給された原水により、水素生成システム２６において、純水が生成され、該純水から、水素、及び酸素が生成される。そして、水素生成システム２６において、該水素、及び酸素が貯蔵される。水素生成システム２６に関しては、前述の、図２に示した、水素貯蔵部１３、及び酸素貯蔵部１４を備える水素生成システム１の記載を必要な範囲で採用できる。
　水素生成システム２６において貯蔵された水素は、水素高圧化装置２７へ供給される。水素高圧化装置２７は、水素を高圧化できるものであれば、特に限定されない。水素高圧化装置２７は、装置内に封入した水素を、ピストン等を利用して圧縮して、水素を高圧化することができる。高圧化された水素は、高圧状態を維持したまま、水素用バッファータンク２８へ供給される。
　水素用バッファータンク２８では、水素高圧化装置２７から供給された高圧の水素を貯蔵する。水素用バッファータンク２８は、高圧化された水素を貯蔵できるものであれば、特に限定されない。水素用バッファータンク２８は、高い耐圧性と高い気密性を有するものであることが好ましい。水素用バッファータンク２８に貯蔵された水素は、必要に応じて、水素バーナーシステム３１へ供給される。
　水素用バッファータンク２８から水素バーナーシステム３１への水素の供給は、連続的に、又は、断続的に行われてもよい。
　また、水素用バッファータンク２８から水素バーナーシステム３１への水素の供給量は、後述する、制御部により制御してもよい。この場合、水素バーナーシステム３１における水素の消費量や水素の残存量等に応じて、水素バーナーシステム３１への水素の供給量を変化させることができる。この場合、水素バーナーシステム３１における水素の消費量や水素の残存量等が推定され、測定された情報が制御部へ送信される。制御部では、水素バーナーシステム３１における水素の消費量や水素の残存量等をもとに、水素用バッファータンク２８からの水素の供給量を算定する。
　水素生成システム２６において貯蔵された酸素は、酸素高圧化装置２９へ供給される。酸素高圧化装置２９は、酸素を高圧化できるものであれば、特に限定されない。酸素高圧化装置２９は、装置内に封入した酸素を、ピストン等を利用して圧縮して、酸素を高圧化することができる。高圧化された酸素は、高圧状態を維持したまま、酸素用バッファータンク３０へ供給される。
　酸素用バッファータンク３０では、酸素高圧化装置２９から供給された高圧の酸素を貯蔵する。酸素用バッファータンク３０は、高圧化された酸素を貯蔵できるものであれば、特に限定されない。酸素用バッファータンク３０は、高い耐圧性と高い気密性を有するものであることが好ましい。酸素用バッファータンク３０に貯蔵された酸素は、必要に応じて、水素バーナーシステム３１へ供給される。
　酸素用バッファータンク３０から水素バーナーシステム３１への酸素の供給は、連続的に、又は、断続的に行われてもよい。
　また、酸素用バッファータンク３０から水素バーナーシステム３１への酸素の供給量は、後述する、制御部により制御してもよい。この場合、水素バーナーシステム３１における酸素の消費量や酸素の残存量等に応じて、水素バーナーシステム３１への酸素の供給量を変化させることができる。この場合、水素バーナーシステム３１における酸素の消費量や酸素の残存量等が推定され、測定された情報が制御部へ送信される。制御部では、水素バーナーシステム３１における酸素の消費量や酸素の残存量等をもとに、酸素用バッファータンク３０からの酸素の供給量を算定する。
　図３においては、水素燃料利用システム２は、水素高圧化装置２７、水素用バッファータンク２８、酸素高圧化装置２９、及び酸素用バッファータンク３０を、それぞれ１個ずつ備えている。水素燃料利用システム２が備える水素高圧化装置２７、水素用バッファータンク２８、酸素高圧化装置２９、及び酸素用バッファータンク３０の数は特に限定されず、水素燃料利用システム２を設置する施設の広さなどにより、適宜設計が可能である。例えば、１個でも、２個でも、３個でもよい。また、水素燃料利用システム２は、水素高圧化装置２７、水素用バッファータンク２８、酸素高圧化装置２９、及び酸素用バッファータンク３０の、一部又は全部を備えていなくともよい。
　水素用バッファータンク２８から水素バーナーシステム３１へ供給された水素は、水素バーナーシステム３１において、燃料として利用される。具体的には、例えば、水素用バッファータンク２８から供給された水素を、酸素用バッファータンク３０から供給された酸素と混合し、燃焼させることができる。水素バーナーシステム３１には、焼却炉、ボイラー、ストーブ、ガス溶接用の吹管、ガスバーナーなどが含まれる。
　あるいは、水素燃料利用システム２は、水素用バッファータンク２８から供給された水素を、燃料電池システムの燃料として利用してもよい。具体的には、例えば、水素用バッファータンク２８から供給された水素を、酸素用バッファータンク３０から供給された酸素と反応させ、発電することができる。
　また、図３には示さないが、水素燃料利用システム２は、ソーラーパネル２０、パワーコンディショナー２１、商用電力２２、切替装置２３、蓄電機能付きＵＰＳ２４、水用バッファータンク２５、水素生成システム２６、水素高圧化装置２７、水素用バッファータンク２８、酸素高圧化装置２９、酸素用バッファータンク３０、及び水素バーナーシステム３１を総括的に制御する、制御部を備えている。制御部は、水素燃料利用システム２を、他のシステムと連動するように制御することも可能である。また、水素燃料利用システム２の制御部は、水素生成システム２６の制御部を兼ねていてもよい。
　なお、水素生成システム２６、及び／又は水素燃料利用システム２の制御部へは、再生可能エネルギーにより電力が供給されることとしてもよい。
　上記において、水素生成システム２６は、図２に示した、水素貯蔵部１３、及び酸素貯蔵部１４を備える水素生成システム１のことを指すこととしたが、図１に示した、水素貯蔵部１３を備える水素生成システム１のことを指すこととしてもよい。その場合、水素燃料利用システム２は、酸素高圧化装置２９、及び酸素用バッファータンク３０を備えないこととしてもよい。
　このように、水素燃料利用システム２が、原水から純水を生成し、生成された純水から水素を生成し、生成された水素を貯蔵し、貯蔵された水素を燃料として利用し、再生可能エネルギーにより電力を供給することで、再生可能エネルギーを用いて、原水から水素を生成し、生成した水素を燃料として利用することができる。つまり、再生可能エネルギーと原水があれば、水素を燃料として利用することが可能となる。
　また、水素燃料利用システム２において生成した水素、及び／又は酸素に余剰が生じた場合には、余剰の水素、及び／又は酸素を、ガスボンベなどの容器に貯蔵することができる。そして、ガスボンベなどの容器に貯蔵した水素、及び／又は酸素は、他のシステムに供給することが可能である。あるいは、ガスボンベなどの容器に貯蔵した水素、及び／又は酸素を、販売することもできる。
　１　　　水素生成システム
　２　　　水素燃料利用システム
　１０　　原水供給部
　１１　　純水生成部
　１２　　水素生成部
　１３　　水素貯蔵部
　１４　　酸素貯蔵部
　２０　　ソーラーパネル
　２１　　パワーコンディショナー
　２２　　商用電力
　２３　　切替装置
　２４　　蓄電機能付きＵＰＳ
　２５　　水用バッファータンク
　２６　　水素生成システム
　２７　　水素高圧化装置
　２８　　水素用バッファータンク
　２９　　酸素高圧化装置
　３０　　酸素用バッファータンク
　３１　　水素バーナーシステム

 

Claims (5)

  1. 原水から純水を生成する純水生成手段と、
    純水生成手段により生成された純水から水素を生成する水素生成手段と、
    水素生成手段により生成された水素を貯蔵する水素貯蔵手段
    を備える、
    水素生成システム。
  2. 水素生成手段が、水素を生成する際に酸素も生成するものであり、
    水素生成手段により生成された酸素を貯蔵する酸素貯蔵手段
    を備える、
    請求項１に記載の水素生成システム。
  3. 水素貯蔵手段が、水素吸蔵合金タンクである、
    請求項１又は２に記載の水素生成システム。
  4. 原水から純水を生成する純水生成手段と、
    純水生成手段により生成された純水から水素を生成する水素生成手段と、
    水素生成手段により生成された水素を貯蔵する水素貯蔵手段と、
    水素貯蔵手段により貯蔵された水素を燃料として利用する水素燃料利用手段と、
    再生可能エネルギーにより純水生成手段、水素生成手段、水素貯蔵手段、及び／又は水素燃料利用手段へ電力を供給する電力供給手段
    を備える、
    水素燃料利用システム。
  5. 水素燃料利用手段が、水素バーナーシステム、及び／又は燃料電池システムである、
    請求項４に記載の水素燃料利用システム。

     
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