(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽光のエネルギー利用効率の向上を図るのに有効な水素製造装置の提供を目的とする。【解決手段】太陽光を用いて発電する太陽光発電モジュールを備えた太陽光発電部と、前記太陽光発電部にて得られた電力を用いて水を電気分解する電解モジュールを備えた水素の製造装置であって、前記電解モジュールに供給する水を加温する加熱手段を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を用いて発電する太陽光発電モジュールを備えた太陽光発電部と、前記太陽光発電部にて得られた電力を用いて水を電気分解する電解モジュールを備えた水素の製造装置であって、
前記電解モジュールに供給する水を加温する加熱手段を有することを特徴とする太陽光を利用した水素製造装置。
【請求項２】
前記加熱手段は前記電解モジュールへの水供給部にパラボラ型の集光部を有していることを特徴とする請求項１記載の太陽光を利用した水素製造装置。
【請求項３】
前記太陽光発電モジュールに、前記水供給部の加熱手段を介して電解モジュールを配設したことを特徴とする請求項１記載の太陽光を利用した水素製造装置。
【請求項４】
前記加熱手段は、前記水供給部を前記太陽光発電モジュールに接触させてあり、
前記接触面がフラクタル形状になっていることを特徴とする請求項３記載の太陽光を利用した水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電装置にて得られた電力を用いて、水の電気分解により水素を製造する水素製造装置に関し、特にその水素発生効率の向上に係る。
【背景技術】
【０００２】
水素は、燃料電池等のエネルギー源としての活用が期待され、その製造に太陽光エネルギー等を用いた再生可能エネルギーの活用が検討されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、太陽光をフレネルレンズにて集光し、紫外光に変換した後に水の電気分解に供することで、水素を製造する方法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、集光型太陽光発電モジュールの出力電圧を低下させた後に、水の電気分解に供する水素精製システムを開示する。
しかし、これらに開示する水素の製造方法は、得られる電力に対する水素の発生効率が必ずしも高くはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２６４９９２号公報
【特許文献２】特開２０１８−６６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、太陽光のエネルギー利用効率の向上を図るのに有効な水素製造装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る太陽光を利用した水素製造装置は、太陽光を用いて発電する太陽光発電モジュールを備えた太陽光発電部と、前記太陽光発電部にて得られた電力を用いて水を電気分解する電解モジュールを備えた水素の製造装置であって、前記電解モジュールに供給する水を加温する加熱手段を有することを特徴とする。
【０００８】
ここで太陽光発電部とは、太陽電池等の光エネルギーを直接的に電気エネルギーに変換する光電素子（太陽光発電モジュール）を用いたものをいい、太陽光パネル等が例として挙げられる。
太陽光発電部をコンパクトにするには、パラボラ型の集光部等を有する集光型が好ましい。
水を電気分解する電解モジュールは、水を水素と酸素に電気分解して水素を取り出すものをいい、隔膜を介して両側に電極を設けたものや、電極膜接合体を用いた固体高分子型等が例として挙げられる。
【０００９】
本発明にて特徴的なのは、電気分解に供する水（純水）の温度を６０℃以上に加温した点にある。
例えば、加熱手段は前記電解モジュールへの水供給部にパラボラ型の集光部を有しているものであってよく、また加熱手段は前記太陽光発電部での熱エネルギー分を利用したものであってよい。
太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換するものであるが、熱エネルギーに変わってしまう割合も多い。
この余熱を利用して、水を加温することもできる。
そこで本発明においては、前記太陽光発電モジュールに、前記水供給部の加熱手段を介して電解モジュールを配設したものであってよく、さらには前記加熱手段は、前記水供給部を前記太陽光発電モジュールに接触させてあり、前記接触面がフラクタル形状になっていてもよい。
この水供給部の太陽光発電モジュール側の接触面を、フラクタル形状の突起にすると熱移動の効率が向上する。
フラクタル次元は１．４以上、好ましくは２以上である。
【００１０】
本発明にあって、太陽光発電部にて得られた電力を前記電解モジュールに供給するための電力供給部に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介して二次電池を接続してあってもよい。
このようにすると、太陽光の照射量が多いときには、電気エネルギーの余剰分をＤＣ／ＤＣコンバータを介して二次電池を充電し、太陽光発電部の供給電圧が低下した時には、二次電池に蓄えられた電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介して電解モジュールに供給することができるので、装置の稼働が安定する。
なお、太陽光発電モジュールと電解モジュールのインピーダンスの整合性をとることで、このＤＣ／ＤＣコンバータを省略することもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る水素製造装置においては、太陽光エネルギーを電気エネルギーとして利用するのみならず、電気分解に供する水を加温する熱エネルギーとしても利用可能にしたので、その分だけ水素の製造効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る水素製造装置の構成例を示す。
【図２】集光部を１つに集約した例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る水素製造装置の構成例を以下図に基づいて説明する。
本実施例は、パラボラ型の集光例を用いた例になっているが、集光部が無くてもよく、またフレネルレンズ等の他の集光手段を用いてもよい。
【００１４】
パラボラ型の集光部１１にて集光された光を太陽電池を配設した太陽光発電モジュールに吸収させて発生した電力を電力供給部１３を介して電解モジュール２３に供給される。
純水タンク１に貯留されている純水は、ポンプ２にて配管された純水の流水経路（Ｗ）に沿って供給される。
純水は、太陽光発電モジュールを配設した基板等を介して、発電時の余熱にて一部加温される。
さらに、電解モジュール２３の純水供給２２は、パラボラ型の集光部２１を設けてあり、純水がさらに加温される。
電解モジュール２３にて水が電気分解され、水素２４と酸素２５とが製造される。
【００１５】
本実施例では、電力供給部１３に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を介して、リチウムイオン電池等の二次電池に接続してある。
これにより電力の余剰時には、二次電池１５の充電に利用され、太陽電池の電圧が低下した際には、二次電池１５の放電により電解モジュール２３に電力が供給されるので、電解条件が安定する。
【００１６】
図１に示した実験機を試作して、水素製造量を評価したところ、図１に示した純水供給部２２での水温が６０〜９０℃に加温されていた。
水素の発生量を１５℃の純水を用いた場合と、８０℃に加温した純水を用いた場合を比較した。
その結果、水温１５℃のときよりも８０℃の方が水素の１時間当たりの発生量が１０〜２０％向上していた。
このことは、純水を加熱することで水素の発生効率が向上し、純水を沸騰状態にすると更なる向上が期待できる。
【００１７】
図２に太陽光発電部１０と水素発生部２０を１つに集約し、よりコンパクトにした例を示す。
パラボラ型の集光部１１にて集光させた光を利用して太陽光発電モジュール１２にて発電し、電解モジュール２３に電力を供給する。
本実施例は、この太陽光発電モジュール１２の下面に純水供給部２２を接触させるとともに、加温された純水を用いて電解モジュール２３にて電気分解し、水素を得る例となっている。
純水供給部２２の接触面２２ａはフラクタル形状になっている。
また、太陽光発電モジュール１２と電解モジュール２３のインピーダンスの整合性をとることで、ＤＣ／ＤＣコンバータを省略した例になっている。
図１及び図２に示した実施例は、純水をポンプを用いて供給する例になっているが、純水タンク１の配置する位置を純水供給部２２よりも高い位置に設定することで、水位差により自然補給させるシンプルな構造にしてもよい。
【符号の説明】
【００１８】
１        純水タンク
２        ポンプ
１０      太陽光発電部
１１      集光部
１２      太陽光発電モジュール
１３      電力供給部
１４      コンバータ
１５      二次電池
２０      水素発生部
２１      集光部
２２      純水供給部
２３      電解モジュール
２４      水素
２５      酸素
（Ｗ）  純水流れ経路
【図１】
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【図２】
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