(57)【要約】【課題】エネルギー供給システムにおいて、電気分解装置による水の電気分解によって得られた酸素が、水素とともに有効に活用されることができる技術を提供する。【解決手段】エネルギー供給システムは、自然エネルギーを利用して電力を発生させる発電部と、前記発電部から得られた前記電力を利用して、水を水素と酸素とに電気分解する電気分解装置と、前記電気分解装置から得られた前記水素を貯留する水素タンクと、前記電気分解装置から得られた前記酸素を貯留する酸素タンクと、前記水素タンクに貯留された前記水素を利用して電力を発生させる燃料電池と、前記酸素タンクに貯留された前記酸素を、酸素吸入用に提供可能な酸素供給装置と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然エネルギーを利用して電力を発生させる発電部と、
前記発電部から得られた前記電力を利用して、水を水素と酸素とに電気分解する電気分解装置と、
前記電気分解装置から得られた前記水素を貯留する水素タンクと、
前記電気分解装置から得られた前記酸素を貯留する酸素タンクと、
前記水素タンクに貯留された前記水素を利用して電力を発生させる燃料電池と、
前記酸素タンクに貯留された前記酸素を、酸素吸入用に提供可能な酸素供給装置と、を備える、エネルギー供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池自動車や家庭用燃料電池など、水素をエネルギーとして利用する技術の開発が進められている。水素は、天然ガスなどの化石燃料から取り出されるほか、水を電気分解して取り出す。例えば、特許文献１では、太陽光発電で発電した電力を利用して水を電気分解し、電気分解によって得られた水素を水素吸蔵合金内に貯蔵する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０４−０９２３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水を電気分解した場合、水素とともに、高濃度の酸素も発生する。従来の技術では、水素吸蔵合金から放出した水素を燃料電池の発電に活用している。しかし、電気分解によって得られた酸素を水素とともに有効に活用する方法については、充分に検討されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、エネルギー供給システムが提供される。このエネルギー供給システムは、自然エネルギーを利用して電力を発生させる発電部と、前記発電部から得られた前記電力を利用して、水を水素と酸素とに電気分解する電気分解装置と、前記電気分解装置から得られた前記水素を貯留する水素タンクと、前記電気分解装置から得られた前記酸素を貯留する酸素タンクと、前記水素タンクに貯留された前記水素を利用して電力を発生させる燃料電池と、前記酸素タンクに貯留された前記酸素を、酸素吸入用に提供可能な酸素供給装置と、を備える。
この形態のエネルギー供給システムによれば、電気分解装置による水の電気分解で発生させた酸素と水素とを各タンクに貯留することができる。貯留した水素は、燃料電池での発電に利用され、貯留した酸素は、酸素供給装置に利用される。このように、水の電気分解によって得られた酸素が、水素とともに有効に活用されることができる。
本発明は、エネルギー供給システム以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、水素および酸素の製造方法や水素および酸素の利用方法、エネルギー供給システムの制御方法、その制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】エネルギー供給システムを模式的に表す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
Ａ．第１実施形態：
図１は、本実施形態におけるエネルギー供給システム１００を模式的に表す説明図である。エネルギー供給システム１００を、以下、「システム１００」とも呼ぶ。システム１００は、自然エネルギーのほか、水の電気分解で得られた水素と酸素とを種々のエネルギーとして活用するための供給連鎖のシステムである。本実施形態のシステム１００は、病院２０で生成した水素および酸素を、病院２０と、水素ステーション５０と、住宅６０とで活用する。病院２０は、発電部２２と、純水貯留部２４と、電気分解装置３０と、酸素供給装置４０と、を備える。
【０００９】
発電部２２は、自然エネルギーである太陽光を利用して発電を行う太陽電池アレイである。発電部２２は、病院２０の外部に備えられ、太陽光を受けて発電を行う。発電部２２によって発電された電力は、病院２０内の負荷へ供給されるほか、電気分解装置３０に供給される。病院２０内の負荷としては、照明、空調、動力、手術用の各種装置などが想定される。
【００１０】
純水貯留部２４は、病院２０内で生成した純水を貯留するタンクである。純水は、病院２０内に備えられる図示しない電気再生式の純水生成装置によって生成されて純水貯留部２４に貯留される。純水は、イオン交換樹脂やフィルター、蒸留器を用いて生成されてもよい。
【００１１】
電気分解装置３０は、内部に膜電極接合体ＭＥＡを有する固体高分子形の水電解装置である。電気分解装置３０は、陽極３２側の配管にコンプレッサ３６を備える。電気分解装置３０には、アルカリ水電解や高温水蒸気電解などの固体高分子形水電解以外の水電解技術が適用されてもよい。電気分解装置３０は、発電部２２から供給された電力を利用して、純水貯留部２４から供給される純水を電気分解する。これにより、陽極３２側から発生する酸素ガスと、陰極３４側から発生する水素ガスとが得られる。
【００１２】
本実施形態において、電気分解装置３０から得られた酸素ガスは、酸素供給装置４０に利用される。酸素供給装置４０は、高濃度の酸素を人体に供給する機器であり、本実施形態において病院２０内の医療用途として用いられる。酸素供給装置４０は、酸素タンク４２と、酸素吸入器４４とを備える。電気分解装置３０の陽極３２側から発生した高濃度の酸素ガスは、コンプレッサ３６によって圧送されて酸素タンク４２内に貯留される。酸素タンク４２内の酸素は、酸素吸入器４４を装着した患者への酸素吸入に利用される。
【００１３】
本実施形態において、電気分解装置３０から得られた水素ガスは、水素の補給施設である水素ステーション５０に供給される。水素ステーション５０は、水素タンク５２と、温調器５４とを備える。
【００１４】
水素タンク５２は、電気分解装置３０の陰極３４側から発生した水素ガスを内部に貯留する。本実施形態において、水素タンク５２には、水素吸蔵合金が採用されている。水素吸蔵合金とは、金属の結晶格子間に水素を吸蔵できる金属材料のことをいい、水素の吸収と放出とを温度変化によって可逆的に実現する材料をいう。本実施形態では、水素吸蔵合金として、ＡＢ５型の希土類系合金であるＬａＮｉ５が用いられる。
【００１５】
温調器５４は、液体を利用した温度調節装置であり、水素タンク５２に接続されている。温調器５４は、熱交換器によって温度を設定値に合わせられた液体を、循環ポンプによって水素タンク５２内の流路に流通させる。これにより、温調器５４は、水素タンク５２全体に亘る温度を設定値に合わせて調節することができる。温調器５４は、電気やガスなど液体以外を利用した温度調節装置を採用してよい。温調器５４は、水素貯蔵合金が水素の放出を可能とする温度まで水素タンク５２を昇温して、水素吸蔵合金から水素を放出させる。他方、温調器５４は、水素タンク５２を常温に維持することにより水素タンク５２内に水素を貯留させる。
【００１６】
水素ステーション５０は、水素を利用する媒体に、水素タンク５２に貯留した水素を補給する施設である。本実施形態において、この「水素を利用する媒体」には、燃料電池ＦＣを備える燃料電池車両ＦＣＶと、水素カセットＣＴとが含まれる。
【００１７】
燃料電池ＦＣは、水素と空気（具体的には、酸素）との供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池ＦＣは、電解質膜の両面に電極を配置した膜電極接合体を有する燃料電池セルが積層された燃料電池スタックによって構成される。燃料電池車両ＦＣＶは、燃料電池ＦＣによって発電された電力を利用したモータの駆動力で走行する自動車である。燃料電池車両ＦＣＶは、自動車のほか、電車などの鉄道車両を含んでよい。燃料電池車両ＦＣＶとしての自動車は、病院２０で利用される救急車やタクシー、連接バスを含むバスなどを含んでよい。
【００１８】
図１には燃料電池車両ＦＣＶの例として、燃料電池ＦＣ１を備える自動車ＦＣＶ１と、燃料電池ＦＣ２を備える輸送用トラックＦＣＶ２とが示されている。水素ステーション５０では、水素タンク５２に貯留された水素が、自動車ＦＣＶ１および輸送用トラックＦＣＶ２の各々に積載された図示しない水素タンクに補給される。水素ステーション５０では、更に、水素タンク５２に貯留された水素は、水素カセットＣＴにも補充される。水素カセットＣＴは、内部に水素吸蔵合金を含む家庭向けの水素の可搬媒体である。水素カセットＣＴは一般住宅や店舗等に配置された燃料電池ＦＣへの水素の供給源として利用される。輸送用トラックＦＣＶ２は、水素を補充された水素カセットＣＴを積載して住宅６０に配送する。
【００１９】
住宅６０は、一般的な家庭用住宅であり、燃料電池ＦＣ３と、負荷６２と、風呂６４とを備える。負荷６２としては、住宅６０内の照明、空調といった種々の家庭用電気器具が想定される。輸送用トラックＦＣＶ２によって配送された水素カセットＣＴは、住宅６０内の燃料電池ＦＣ３に接続される。燃料電池ＦＣ３は、接続された水素カセットＣＴの水素吸蔵合金から水素を取り出して水素の供給を受ける。燃料電池ＦＣ３によって発電された直流電力は、図示しないＤＣ／ＡＣインバータによって１００Ｖの交流電力に変換されて負荷６２に供給される。燃料電池ＦＣ３の発電とともに発生した熱は、風呂６４の温度調節に用いられる。燃料電池ＦＣ３の発電とともに発生した水は、回収されて、病院２０の純水貯留部２４に貯留されてよく、電気分解装置３０での発電に利用されてよい。
【００２０】
以上のように、本実施形態のエネルギー供給システム１００では、電気分解装置３０による水の電気分解で発生させた高濃度の酸素と水素とを貯留する。貯留した水素は、各燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３での発電に利用され、貯留した酸素は、酸素吸入器４４に提供可能な酸素供給装置４０に利用される。このように、本実施形態のエネルギー供給システム１００によれば、水の電気分解によって得られた酸素を水素とともに有効に活用することができる。
【００２１】
Ｂ．他の実施形態：
（Ｂ１）上記各実施形態では、酸素供給装置４０は、高濃度の酸素を人体に供給する機器であり、病院２０内の医療用途に用いられるが、自宅での利用や個人用途の酸素療法に用いられてもよい。酸素タンク４２に貯留された酸素の利用用途は、医療用途に限らず、健康目的や運動用途であってよい。酸素の貯留方法は、酸素タンク４２に限らず、酸素ボンベや缶状の容器などの種々の形態の容器に貯留されてよい。
【００２２】
（Ｂ２）上記実施形態では、燃料電池ＦＣは、固体高分子形燃料電池が採用されるが、これに限定されず、固体酸化物形のほか、溶融炭酸塩形やリン酸形などの種々の燃料電池であってよい。
【００２３】
（Ｂ３）上記実施形態では、発電部２２は、太陽光発電を行う太陽電池アレイを採用しているが、発電部２２で利用される自然エネルギーは太陽光には限定されず、風力、水力、地熱、バイオマスなどの種々の自然エネルギーを利用して発電してよい。
【００２４】
（Ｂ４）上記実施形態の水素吸蔵合金には、ＡＢ５型の希土類系合金であるＬａＮｉ５が用いられる。これに対して、同じ結晶構造であるＡＢ５型の希土類系合金のうち、ＣａＣｕ５やＭｍＮｉ５などのＬａＮｉ５とは異なる別の合金が用いられてもよく、ＡＢ２型のラーベス相合金、ＡＢ型チタン系合金、Ａ２Ｂ型のマグネシウム系合金、固溶体型の体心立方晶合金といった、ＡＢ５型の希土類系合金とは異なる結晶構造を備える種々の水素吸蔵合金が用いられてよい。水素を供給させるために温調器５４によって昇温される温度は、採用される水素吸蔵合金に応じて設定される。
【００２５】
（Ｂ５）上記実施形態の水素タンク５２には水素吸蔵合金が採用され、水素は水素吸蔵合金に吸蔵されて貯留される。これに対して、気体の水素が、ステンレス鋼やアルミニウム合金、高分子複合材料などで形成された水素タンク５２内の空間に高圧で圧縮されて貯留されてよく、低温で液化された水素が貯留されてもよい。
【００２６】
（Ｂ６）上記実施形態では、燃料電池ＦＣ１〜ＦＣ３は、燃料電池車両ＦＣＶ１，ＦＣＶ２および住宅６０に用いられたが、燃料電池ＦＣは病院２０に備えられてもよい。これにより、天災地変等による停電などの緊急時に、燃料電池ＦＣによる病院２０内への給電を行うことができる。
【００２７】
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００２８】
２０…病院、２２…発電部、２４…純水貯留部、３０…電気分解装置、３２…陽極、３４…陰極、３６…コンプレッサ、４０…酸素供給装置、４２…酸素タンク、４４…酸素吸入器、５０…水素ステーション、５２…水素タンク、５４…温調器、６０…住宅、６２…負荷、６４…風呂、１００…エネルギー供給システム、ＣＴ…水素カセット、ＦＣ…燃料電池、ＦＣＶ…燃料電池車両
【図１】
2020047417.tif 000003