(57)【要約】【課題】電気分解により発生させた気泡を利用した、発電効率に優れた発電システムを提供する。【解決手段】誘導管１２が上下方向に沿って水中に設置され、上部が折り返すよう折れ曲がっている。上部開口２２が頂部１２ａより低い水面下に設けられ、下部開口２３が水中に設けられ、頂部１２ａに気体回収口２４を有する。電気分解手段１４が、水中で電気分解により水素と酸素とを発生させ、下部開口２３から誘導管１２の内部に供給可能である。燃焼発電手段１５が、誘導管１２の内部を上昇した水素と酸素とを気体回収口２４から回収し、それらの混合気体を燃焼させて発電可能である。水流発電手段１６が、上部開口２２から排出される水の流れを利用して発電可能である。電力制御手段１７が、燃焼発電手段１５と水流発電手段１６とにより発生した電力を回収すると共に、回収した電力を電気分解手段１４および外部に供給可能である。【選択図】図１
2014114756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に沿って水中に設置され、上部が折り返すよう折れ曲がり、上部開口が頂部より低い水面下に設けられ、下部開口が水中に設けられ、前記頂部に気体回収口を有する誘導管と、
水中で電気分解により水素と酸素とを発生させ、その水素と酸素とを前記下部開口から前記誘導管の内部に供給可能な電気分解手段と、
前記誘導管の内部を上昇した前記水素と前記酸素とを前記気体回収口から回収し、それらの混合気体を燃焼させて発電を行う燃焼発電手段と、
前記上部開口に設けられ、前記上部開口から排出される水の流れを利用して発電を行う水流発電手段とを、
有することを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記燃焼発電手段と前記水流発電手段とにより発生した電力を回収すると共に、回収した前記電力を前記電気分解手段および外部に供給可能に設けられた電力制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の発電システム。
【請求項３】
前記誘導管が固定され、水上を移動可能かつ係留可能に設けられた浮体を有することを特徴とする請求項１または２記載の発電システム。
【請求項４】
前記誘導管の内部を前記水素と前記酸素とが上昇するとき生成される氷を、前記誘導管の内部から回収するための氷回収手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気分解により発生させた気泡を利用した発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気分解により発生させた気泡を利用した発電装置として、電気分解により発生させた気泡を水槽の底から注入し、水車のバケットでその気泡を受け、気泡の浮力により水車を回転させることにより発電を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１３８８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の発電装置では、電気分解により発生させた気泡の浮力エネルギーの一部しか利用しておらず、発電効率が低いという課題があった。
【０００５】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、電気分解により発生させた気泡を利用した、発電効率に優れた発電システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る発電システムは、上下方向に沿って水中に設置され、上部が折り返すよう折れ曲がり、上部開口が頂部より低い水面下に設けられ、下部開口が水中に設けられ、前記頂部に気体回収口を有する誘導管と、水中で電気分解により水素と酸素とを発生させ、その水素と酸素とを前記下部開口から前記誘導管の内部に供給可能な電気分解手段と、前記誘導管の内部を上昇した前記水素と前記酸素とを前記気体回収口から回収し、それらの混合気体を燃焼させて発電を行う燃焼発電手段と、前記上部開口に設けられ、前記上部開口から排出される水の流れを利用して発電を行う水流発電手段とを、有することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る発電システムでは、電気分解により発生した水素と酸素とが浮力により誘導管の内部を上昇する際に、それらの気泡の流れに従って誘導管の内部の水に上昇流が発生する。この上昇流により誘導管の上部開口から水が排出され、その排出されるときの水の流れを利用して水流発電手段で発電を行うことができる。また、本発明に係る発電システムは、燃焼発電手段により、電気分解により発生した水素と酸素とを回収し、それらの混合気体を燃焼させて発電を行うこともできる。このように、本発明に係る発電システムは、水素の気泡と酸素の気泡とが有する浮力エネルギーだけでなく、水素と酸素とを燃焼させたときの燃焼エネルギーをも利用して発電を行うことができ、発電効率に優れている。
【０００８】
本発明に係る発電システムは、気泡が上昇するとき、周囲の水から熱を吸収して膨張し、気泡の径が拡大するため、水の上昇流を効果的に発生させることができ、水流発電手段による発電効率を高めることができる。本発明に係る発電システムは、海中に設置されることが好ましい。また、太陽光発電や風力発電などの他の自然エネルギーを利用した発電装置と併用してもよい。この場合、例えば、太陽光発電や風力発電などで得られた電力を、電気分解のための電力として電気分解手段に供給することにより、より発電効率を高めることができる。
【０００９】
本発明に係る発電システムで、電気分解手段は、酸素を発生させる陽極が、マンガン系複合酸化物から成る電極から成ることが好ましい。この場合、塩素の発生を防ぐことができる。
【００１０】
本発明に係る発電システムは、前記燃焼発電手段と前記水流発電手段とにより発生した電力を回収すると共に、回収した前記電力を前記電気分解手段および外部に供給可能に設けられた電力制御手段を有することが好ましい。この場合、発生した電力を必要に応じて利用することができる。また、例えば、太陽光発電や風力発電などと併用したとき、これらの他の発電装置で発電できない時間帯には、燃焼発電手段と水流発電手段とにより発生した電力を利用して電気分解を行い、太陽光発電や風力発電などの電力を利用可能な時間帯には、太陽光発電や風力発電などの電力で電気分解を行い、燃焼発電手段と水流発電手段とにより発生した電力を、外部に供給するようにすることができる。なお、電力制御手段は、発電状況に応じて、回収した電力を蓄電池に蓄えるよう構成されていてもよい。
【００１１】
本発明に係る発電システムは、前記誘導管が固定され、水上を移動可能かつ係留可能に設けられた浮体を有していてもよい。この場合、浮体により、任意の場所に移動して発電を行うことができる。また、例えば、太陽光発電や風力発電などと併用したとき、日当たりの良い場所や風の強い場所に移動して発電を行うことにより、さらに効率良く発電を行うことができる。
気体回収口は、開閉可能であってもよい。また、上部開口は、開口の向きを任意の方向に変更可能となっていてもよい。この場合、気体回収口を閉じ、上部開口の向きを変えて、発生させた水素と酸素とを上部開口から排出して、浮体の移動手段に用いてもよい。
【００１２】
本発明に係る発電システムは、前記誘導管の内部を前記水素と前記酸素とが上昇するとき生成される氷を、前記誘導管の内部から回収するための氷回収手段を有していてもよい。水素や酸素の気泡が上昇するとき、周囲の水から熱を吸収して膨張するため、熱を奪われた周囲の水が氷結することがある。本発明に係る発電システムは、こうして生成された氷を、氷回収手段で回収することができる。海中に設置されたときには、生成された氷は塩分が混じらない水が凍ったものとなるため、その氷を回収することにより、海水から淡水を得ることができる。発生させる気泡の総体積が同じ場合、上昇する気泡の径をできるだけ小さくすることにより、周囲の水から効率的に熱を奪うことができ、より多くの淡水を得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電気分解により発生させた気泡を利用した、発電効率に優れた発電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態の発電システムの使用状態を示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態の発電システムの、淡水化装置としての変形例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１および図２は、本発明の実施の形態の発電システムを示している。
図１に示すように、発電システム１０は、浮体１１と誘導管１２と気体回収管１３と電気分解手段１４と燃焼発電手段１５と水流発電手段１６と電力制御手段１７とを有している。
【００１６】
浮体１１は、船から成り、海上を移動可能である。また、浮体１１は、左右に１対の錨２１を有し、錨２１を降ろすことにより、海上に係留可能である。
【００１７】
誘導管１２は、細長く、上下方向に沿って海中に設置されている。誘導管１２は、浮体１１に固定されており、上端部が折り返すようＵ字状に折れ曲がっている。誘導管１２は、両端にそれぞれ上部開口２２と下部開口２３とを有し、折り曲げられた部分が浮体１１の内部に配置されている。上部開口２２は、折り曲げた部分の頂部１２ａより低い水面下に配置され、下方に向いて開口している。下部開口２３は、所定の深さの、高水圧の海中に配置されている。誘導管１２は、折り曲げられた部分の頂部１２ａに、気体回収口２４を有している。
【００１８】
気体回収管１３は、誘導管１２の内部に連通するよう、誘導管１２の気体回収口２４に接続されている。
電気分解手段１４は、下部開口２３から誘導管１２の内部に海水が入るよう、下部開口２３との間に間隔を開けて、下部開口２３の下方に配置されている。電気分解手段１４は、海中で海水を電気分解して水素と酸素とを発生させ、その水素と酸素とを下部開口２３から誘導管１２の内部に供給可能に構成されている。電気分解手段１４は、酸素を発生させる陽極が、マンガン系複合酸化物から成っている。
【００１９】
燃焼発電手段１５は、気体回収管１３に接続され、浮体１１の内部に配置されている。燃焼発電手段１５は、誘導管１２の内部を上昇した水素と酸素とを、気体回収口２４から気体回収管１３を通して回収し、それらの混合気体を燃焼させて発電を行うよう構成されている。
水流発電手段１６は、上部開口２２に取り付けられており、上部開口２２から排出される水の流れを利用して発電を行うよう構成されている。
【００２０】
電力制御手段１７は、浮体１１の内部に配置され、電気分解手段１４、燃焼発電手段１５および水流発電手段１６に、ケーブル２５ａでそれぞれ電気的に接続されている。また、電力制御手段１７は、浮体１１の内部からに錨２１に沿って海底まで伸びて、さらに海底に沿って敷設されたケーブル２５ｂにより、外部の負荷等にも接続されている。電力制御手段１７は、燃焼発電手段１５と水流発電手段１６とにより発生した電力を回収すると共に、回収した電力を電気分解手段１４および外部に供給可能に構成されている。また、電力制御手段１７は、蓄電池を有し、発電状況に応じて、回収した電力を蓄電池に蓄えるよう構成されている。
【００２１】
次に、作用について説明する。
図１に示すように、発電システム１０は、浮体１１を海上に係留した状態で使用される。発電システム１０は、まず、電力制御手段１７により電気分解手段１４に電気を供給して電気分解手段１４を稼働し、電気分解を行う。電気分解により発生した水素と酸素とは、浮力により誘導管１２の内部を上昇する。これらの気泡１は、上昇するにつれて周囲の海水から熱を吸収して膨張し、気泡１にかかる浮力が大きくなるため、誘導管１２の内部の海水を押し上げようとする力も次第に大きくなる。このため、これらの気泡１の流れに従って誘導管１２の内部の水に上昇流が発生する。この上昇流により誘導管１２の上部開口２２から水が排出され、その排出されるときの水の流れを利用して水流発電手段１６で発電を行うことができる。
【００２２】
また、発電システム１０は、電気分解により発生して誘導管１２を上昇してきた水素と酸素とを、気体回収口２４から気体回収管１３を通して回収し、燃焼発電手段１５により、それらの混合気体を燃焼させて発電を行うこともできる。このように、発電システム１０は、水素の気泡１と酸素の気泡１が有する浮力エネルギーだけでなく、水素と酸素とを燃焼させたときの燃焼エネルギーをも利用して発電を行うことができ、発電効率に優れている。
【００２３】
発電システム１０は、電力制御手段１７により、発生した電力を必要に応じて利用することができる。また、発電システム１０は、浮体１１により、任意の場所に移動して発電を行うことができる。発電システム１０は、誘導管１２の下方より海水が吸引されることを利用して、水中ポンプとして使用することもできる。例えば、誘導管１２を海底まで下げれば、レアアースなどの海底の鉱物資源を海水とともに吸い上げて採鉱することができる。しかも、これを発電と共に行うことができるため、採鉱コストが安価になる。また、発電システム１０は、深海からくみ上げた冷水を温度差発電に利用することもできる。
【００２４】
なお、発電システム１０は、太陽光発電や風力発電などの他の自然エネルギーを利用した発電装置と併用してもよい。この場合、太陽光発電や風力発電などで得られた電力を、電気分解のための電力として電気分解手段１４に供給することにより、より発電効率を高めることができる。また、電力制御手段１７により、太陽光発電や風力発電などで発電できない時間帯には、燃焼発電手段１５と水流発電手段１６とにより発生した電力を利用して電気分解を行い、太陽光発電や風力発電などの電力を利用可能な時間帯には、太陽光発電や風力発電などの電力で電気分解を行い、燃焼発電手段１５と水流発電手段１６とにより発生した電力を、外部に供給するようにすることができる。また、浮体１１により、日当たりの良い場所や風の強い場所に移動して発電を行うことにより、さらに効率良く発電を行うことができる。
【００２５】
また、図２に示すように、発電システム１０は、氷回収手段３１を有していてもよい。その実施の形態として、以下の構成が好適に用いられる。誘導管１２は、気体回収口２４と上部開口２３との間に、斜め上方に伸びる枝管３２を有する。氷回収手段３１は、ベルトコンベアから成る。氷回収手段３１は、枝管３２の内部に、枝管３２の長さ方向に沿って、誘導管１２の内部から枝管３２の先端から突出する位置まで伸びるよう配置される。氷回収手段３１は、電気分解により発生させた水素と酸素の気泡１が上昇するとき生成される氷２を、誘導管１２の内部から外部に搬出する。氷回収手段３１により枝管３２の先端から搬出された氷２は、運搬船３３などに積んで運び、淡水として使用することができる。このように、発電システム１０は、氷回収手段３１により海水から淡水を得ることができ、淡水化装置として利用することもできる。
【００２６】
発電システム１０は、電気分解で発生した水素と酸素とを燃焼させたときの燃焼エネルギーだけでなく、水素の気泡１と酸素の気泡１とが有する浮力エネルギーを利用することにより、電気分解に要したエネルギー量以上のエネルギーを得ることができるシステムの開発に寄与するものである。
【符号の説明】
【００２７】
１  気泡
２  氷
１０  発電システム
１１  浮体
２１  錨
１２  誘導管
２２  上部開口
２３  下部開口
２４  気体回収口
１３  気体回収管
１４  電気分解手段
１５  燃焼発電手段
１６  水流発電手段
１７  電力制御手段
２５ａ，２５ｂ  ケーブル
３１  氷回収手段
３２  枝管
３３  運搬船
【図１】
2014114756.tif 000003
【図２】
2014114756.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月4日(2013.2.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に沿って水中に設置され、上部が折り返すよう折れ曲がり、上部開口が頂部より低い水面下に設けられ、下部開口が水中に設けられ、前記頂部に気体回収口を有する誘導管と、
水中で電気分解により水素と酸素とを発生させ、その水素と酸素とを前記下部開口から前記誘導管の内部に供給可能な電気分解手段と、
前記誘導管の内部を上昇した前記水素と前記酸素とを前記気体回収口から回収し、それらの混合気体を燃焼させて発電を行う燃焼発電手段と、
前記上部開口に設けられ、前記上部開口から排出される水の流れを利用して発電を行う水流発電手段とを、
有することを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記燃焼発電手段と前記水流発電手段とにより発生した電力を回収すると共に、回収した前記電力を前記電気分解手段および外部に供給可能に設けられた電力制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の発電システム。
【請求項３】
前記誘導管が固定され、水上を移動可能かつ係留可能に設けられた浮体を有することを特徴とする請求項１または２記載の発電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係る発電システムは、気泡が上昇するとき、膨張し、気泡の径が拡大するため、水の上昇流を効果的に発生させることができ、水流発電手段による発電効率を高めることができる。本発明に係る発電システムは、海中に設置されることが好ましい。また、太陽光発電や風力発電などの他の自然エネルギーを利用した発電装置と併用してもよい。この場合、例えば、太陽光発電や風力発電などで得られた電力を、電気分解のための電力として電気分解手段に供給することにより、より発電効率を高めることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態の発電システムの使用状態を示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態の発電システムに関し、淡水化装置としての変形例を示す側面図である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態の発電システムを示している。
図１に示すように、発電システム１０は、浮体１１と誘導管１２と気体回収管１３と電気分解手段１４と燃焼発電手段１５と水流発電手段１６と電力制御手段１７とを有している。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
次に、作用について説明する。
図１に示すように、発電システム１０は、浮体１１を海上に係留した状態で使用される。発電システム１０は、まず、電力制御手段１７により電気分解手段１４に電気を供給して電気分解手段１４を稼働し、電気分解を行う。電気分解により発生した水素と酸素とは、浮力により誘導管１２の内部を上昇する。これらの気泡１は、上昇するにつれて膨張し、気泡１にかかる浮力が大きくなるため、誘導管１２の内部の海水を押し上げようとする力も次第に大きくなる。このため、これらの気泡１の流れに従って誘導管１２の内部の水に上昇流が発生する。この上昇流により誘導管１２の上部開口２２から水が排出され、その排出されるときの水の流れを利用して水流発電手段１６で発電を行うことができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】削除
【補正の内容】