(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池を備え、直流電気を発電する太陽光発電装置と、
第１の水素ガスタンクを備え、前記太陽光発電装置が発電した前記直流電気を用いて海水を電気分解して水素ガスを発生させる海水電解装置と、
太陽熱を利用して生成した蒸気でタービンを回転させて交流電気を発電する太陽熱発電装置と、
前記太陽熱発電装置が発電した前記交流電気で駆動され、前記海水電解装置が発生させた前記水素ガスを圧縮する水素ガス圧縮機と、
第２の水素ガスタンクと、
を備え、
前記太陽熱発電装置は、前記タービンを回転させた前記蒸気を海水で冷却する復水器をさらに備え、
前記海水電解装置は、発生させた前記水素ガスを前記第１の水素ガスタンクに貯留し、前記復水器から排出された前記海水の一部が供給され、この海水を電気分解し、
前記水素ガス圧縮機は、前記第１の水素ガスタンクに貯留された前記水素ガスを圧縮し、圧縮した前記水素ガスを前記第２の水素ガスタンクに貯留する、
ことを特徴とする水素ガス発生システム。
【請求項２】
太陽電池を備え、直流電気を発電する太陽光発電装置と、
第１の水素ガスタンクを備え、前記太陽光発電装置が発電した前記直流電気を用いて海水を電気分解して水素ガスを発生させる海水電解装置と、
太陽熱を利用して生成した蒸気でタービンを回転させて交流電気を発電する太陽熱発電装置と、
前記太陽熱発電装置が発電した前記交流電気で駆動され、前記海水電解装置が発生させた前記水素ガスを圧縮する水素ガス圧縮機と、
第２の水素ガスタンクと、
を備え、
前記太陽熱発電装置は、前記タービンを回転させた前記蒸気を海水で冷却する復水器と、前記復水器での前記蒸気の冷却に使用された前記海水を収容する海水放水槽とをさらに備え、
前記海水電解装置は、発生させた前記水素ガスを前記第１の水素ガスタンクに貯留し、前記海水放水槽に収容された前記海水が供給され、この海水を電気分解し、
前記水素ガス圧縮機は、前記第１の水素ガスタンクに貯留された前記水素ガスを圧縮し、圧縮した前記水素ガスを前記第２の水素ガスタンクに貯留する、
ことを特徴とする水素ガス発生システム。
【請求項３】
太陽電池を備え、直流電気を発電する太陽光発電装置と、
第１の水素ガスタンクを備え、前記太陽光発電装置が発電した前記直流電気を用いて海水を電気分解して水素ガスを発生させる海水電解装置と、
太陽熱を利用して生成した蒸気でタービンを回転させて交流電気を発電する太陽熱発電装置と、
前記太陽熱発電装置が発電した前記交流電気で駆動され、前記海水電解装置が発生させた前記水素ガスを圧縮する水素ガス圧縮機と、
第２の水素ガスタンクと、
を備え、
前記海水電解装置は、発生させた前記水素ガスを前記第１の水素ガスタンクに貯留し、
前記水素ガス圧縮機は、前記第１の水素ガスタンクに貯留された前記水素ガスを圧縮し、圧縮した前記水素ガスを前記第２の水素ガスタンクに貯留し、
前記海水電解装置は、海水を電気分解して前記水素ガスを発生させる陰極槽と、前記太陽光発電装置が発電した前記直流電気を用いて海水を電気分解して塩素ガスを発生させる陽極槽と、を備え、
前記陰極槽と前記陽極槽とは、海水が流通する配管で互いに接続され、
前記配管には、前記配管を流れる海水の量を制御する弁が設けられる、
ことを特徴とする水素ガス発生システム。
【請求項４】
前記太陽熱発電装置は、前記復水器での前記蒸気の冷却に使用される前記海水を収容する海水取水槽をさらに備え、
前記海水電解装置は、前記海水取水槽に収容された前記海水が供給され、この海水を電気分解する、請求項１または２に記載の水素ガス発生システム。
【請求項５】
前記太陽熱発電装置は、前記タービンを回転させた前記蒸気を海水で冷却する復水器と、前記復水器での前記蒸気の冷却に使用される前記海水を収容する海水取水槽とをさらに備え、
前記海水電解装置は、前記海水取水槽に収容された前記海水が供給され、この海水を電気分解する、請求項３に記載の水素ガス発生システム。
【請求項６】
前記海水電解装置は、前記太陽光発電装置が発電した前記直流電気を用いて海水を電気分解して塩素ガスをさらに発生させ、
前記太陽熱発電装置が発電した前記交流電気で駆動され、前記海水電解装置が発生させた前記塩素ガスを圧縮する塩素ガス圧縮機をさらに備える、請求項１または２に記載の水素ガス発生システム。
【請求項７】
前記太陽熱発電装置が発電した前記交流電気で駆動され、前記海水電解装置が発生させた前記塩素ガスを圧縮する塩素ガス圧縮機をさらに備える、請求項３に記載の水素ガス発生システム。
【請求項８】
前記海水電解装置は、発生させた前記塩素ガスを貯留する第１の塩素ガスタンクを備え、
前記水素ガス発生システムは、第２の塩素ガスタンクをさらに備え、
前記塩素ガス圧縮機は、前記第１の塩素ガスタンクに貯留された前記塩素ガスを圧縮し、圧縮した前記塩素ガスを前記第２の塩素ガスタンクに貯留する、請求項６または７に記載の水素ガス発生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガスを製造する水素ガス発生システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素ガスは、例えば、燃料電池車の燃料に使用される。今後、燃料電池車の生産が増加することが予想され、水素ガスの需要も増大することが見込まれる。このため、高圧の水素ガスを大量、安価、かつ安定的に製造し供給できる技術が望まれている。
【０００３】
水素ガスは、海水を電気分解して製造することができる。特許文献１には、太陽光を使って直流電気を発生させ、この電力を使って海水を電気分解して水素ガスを製造する水素吸蔵装置が記載されている。この水素吸蔵装置は、浮きにより海に浮かぶパネル状の太陽電池と、水素吸蔵合金電極を内蔵し錘となるカセットを備え、太陽光を利用して発生した直流電気を用いて海水の電気分解を行う。水素吸蔵合金電極は、負電極を介して太陽電池の負極と電気的に接続されており、太陽電池の正極と電気的に接続されている正電極と水素吸蔵合金電極とで、海水を電気分解する。電気分解により発生した水素は、水素吸蔵合金電極に吸蔵される。特許文献１に記載の水素吸蔵装置では、水素吸蔵合金電極を内蔵したカセットが装置から脱着可能であり、カセットを取り外して加熱するなどして、水素を取り出すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７４７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された技術などのように、太陽電池で発電した直流電源を利用して海水を電気分解する従来の方法では、安価に水素を製造できる。しかし、このような方法では、太陽光の強度が変動すると発電する電気の電圧や電流が大きく変動するので、製造して供給できる高圧の水素ガスの量が太陽エネルギーの変動に影響されて不安定であるという課題がある。
【０００６】
また、特許文献１に記載された水素吸蔵装置のように、海面に水素吸蔵装置を浮かべる方法は、波による海面の運動や海流の影響を受けるとともに、台風などによる大波の影響を受けやすく、水素吸蔵装置の固定化が難しいので、水素ガスを安定かつ大量に製造するのは困難であると懸念される。
【０００７】
また、特許文献１に記載された水素吸蔵装置を利用すると、大量の水素ガスを製造するためには、多数の水素吸蔵装置を海面に浮かべる必要があり、多数の水素吸蔵装置からカセットを取り外して水素吸蔵合金電極から水素を取り出し、取り外したカセットと水素を吸蔵していない水素吸蔵合金電極を内蔵するカセットとを交換する必要がある。このため、特許文献１に記載された水素吸蔵装置には、水素ガスの製造と供給にコストと手間がかかるという課題がある。
【０００８】
以上のように従来の技術では、高圧の水素ガスを大量、安価、かつ安定的に製造し供給するのが困難であるという課題がある。本発明の目的は、高圧の水素ガスを大量、安価、かつ安定的に製造し供給することが可能な水素ガス発生システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による水素ガス発生システムは、次のような特徴を有する。本発明による水素ガス発生システムは、太陽電池を備え、直流電気を発電する太陽光発電装置と、前記太陽光発電装置が発電した前記直流電気を用いて海水を電気分解して水素ガスを発生させる海水電解装置と、太陽熱を利用して生成した蒸気でタービンを回転させて交流電気を発電する太陽熱発電装置と、前記太陽熱発電装置が発電した前記交流電気で駆動され、前記海水電解装置が発生させた前記水素ガスを圧縮する水素ガス圧縮機とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高圧の水素ガスを大量、安価、かつ安定的に製造し供給することが可能な水素ガス発生システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例による水素ガス発生システムの全体構成を示す図。
【図２】本実施例による水素ガス発生システムの海水電解装置の構成を示す図。
【図３】本実施例による水素ガス発生システムの太陽熱発電装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明による水素ガス発生システムは、地上に設置され、太陽光発電装置と、太陽光発電装置で発電した直流電気を利用する海水電解装置と、太陽熱発電装置と、太陽熱発電装置で発電した交流電気で駆動される高圧ガス圧縮機とを備え、海水電解装置で海水を電気分解することで水素ガスを発生させ、発生した低圧の水素ガスを高圧ガス圧縮機で圧縮することで、高圧の水素ガスを大量、安価、かつ安定的に製造し供給することができる。また、本発明による水素ガス発生システムでは、海水の電気分解で発生した低圧の塩素ガスを高圧ガス圧縮機で圧縮することで、高圧の塩素ガスを大量、安価、かつ安定的に製造し供給することもできる。電気分解で発生した低圧の水素ガスと塩素ガスは、それぞれ低圧ガスタンクに一旦貯留された後、高圧ガス圧縮機で圧縮されて、それぞれ高圧ガスタンクに貯留される。本発明では、海水の電気分解には、太陽光発電装置で発電した直流電気を利用し、水素ガスや塩素ガスの圧縮には太陽熱発電装置で発電した交流電気を利用するので、高圧の水素ガスや塩素ガスを安価に製造し供給することができる。本発明による水素ガス発生システムは、海面ではなく地上に設置するので波の影響を受けず、安定して電気分解とガスの圧縮ができるので、高圧の水素ガスや塩素ガスを安定かつ大量に製造し供給することができる。
【００１３】
上述したように、太陽電池で発電した直流電源を利用して海水を電気分解する従来の方法では、発電される電気の電圧や電流が太陽光の強度によって変動するので、製造し供給できる水素ガスの量が太陽エネルギーの変動に影響されて不安定である。本発明では、太陽エネルギーを高圧水素ガスや高圧塩素ガスのエネルギーに変換して高圧ガスタンクで保存するので、太陽エネルギーが変動しても、太陽エネルギーから得られるエネルギーの変動を抑制でき、高圧水素ガスや高圧塩素ガスを安定して供給できるという利点がある。また、海水の電気分解で発生した低圧の水素ガスと塩素ガスは、太陽熱発電装置で発電した交流電気を利用する高圧ガス圧縮機で圧縮するので、高圧水素ガスと高圧塩素ガスを大量かつ安価に製造することができる。
【００１４】
このように、本発明による水素ガス発生システムは、地上に設置され、安価に入手可能な海水と太陽光と太陽熱という２種類の太陽エネルギーとを利用するので、太陽光を利用する海水の電気分解と海水を利用する太陽熱発電との利点を相乗的に生かすことができ、高圧水素ガスと高圧塩素ガスを大量、安価、かつ安定的に製造し供給することが可能である。
【００１５】
本発明による水素ガス発生システムでは、海水電解装置と高圧ガス圧縮機とを日中連続運転し、水素ガスと塩素ガスとを安価にかつ大量に連続製造が可能である。水素ガスと塩素ガスの原料となる海水は、自然界にほぼ無限に存在し、不足する恐れはない。本発明では、無料で使える太陽エネルギーを利用するので、化石燃料を燃焼させて二酸化炭素ガスを発生させずに、大量に安価な高圧水素ガスと高圧塩素ガスを製造して供給することができる。製造された高圧水素ガスは、例えば、水素ガスを多量に消費する燃料電池車に供給することができる。燃料電池車は、現在は価格が高いがここ数年内に量産化が進んで価格が下がり、燃料である水素ガスの需要が今後増大することが予想される。さらに、塩素ガスは、各種消毒材や化学製品の原材料としての需要がある。
【００１６】
また、本発明による水素ガス発生システムでは、海水電解装置で発生させた水素ガスと塩素ガスを、圧縮せずに低圧ガスとしてそれぞれ低圧ガスタンクに一旦貯留してから、高圧ガス圧縮機で圧縮する。このため、日中の天候の変化により太陽からの全日射量が変動して太陽光発電（太陽電池）の発生電力が変化し、海水電解装置から発生する水素ガスと塩素ガスの量または圧力が変動しても、それぞれの低圧ガスタンクでは、水素ガスと塩素ガスの圧力変動は、低圧ガスタンクの容積により決まる一定の範囲内に制御される。また、日中の天候の変化により太陽からの直達日射量が大きく変動して太陽熱発電の発生電力が変化し、高圧ガス圧縮機で圧縮する水素ガスと塩素ガスの量が変動しても、それぞれの高圧ガスタンクでは、水素ガスと塩素ガスの圧力変動は、高圧ガスタンクの容積により決まる一定の範囲内に制御される。本発明では、このような方法により、太陽エネルギーが変動しても、太陽エネルギーから得られるエネルギーの変動を抑制できる。
【００１７】
さらに、海水電解装置で電気分解される海水として、太陽熱発電装置の冷却水として用いた海水（復水器から出た温排水）を使用することもできる。太陽熱発電装置の復水器の温排水の一部を海水電解装置の原料（電解用の海水）に再利用することにより、海水電解装置の分解活性が増加し、水素ガスと塩素ガスの電気分解に必要な電力量を減らせる効果がある。
【００１８】
以下、本発明の実施例による水素ガス発生システムを、図面を用いて詳細に説明する。上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【実施例】
【００１９】
図１は、本発明の一実施例による水素ガス発生システム１００の全体構成を示す図である。本実施例による水素ガス発生システム１００は、地上に設置され、太陽光発電装置３と、海水電解装置２００と、太陽熱発電装置３００と、高圧水素ガス圧縮機１０１と、高圧塩素ガス圧縮機１０２とを主要な構成要素として備え、高圧の水素ガスと塩素ガスを大量、安価、かつ安定的に製造し供給することができる。太陽光発電装置３は、太陽電池を備え、太陽電池による太陽光発電で直流電源を生成する。海水電解装置２００は、太陽光発電装置３で発電した直流電気を利用して、海水を電気分解し、水素ガスと塩素ガスを発生させる。太陽熱発電装置３００は、太陽熱を利用して生成した蒸気でタービンを回転させて交流電気を発電する。高圧水素ガス圧縮機１０１は、太陽熱発電装置３００で発電した交流電気で、高圧水素ガス圧縮機用電動機８８によって駆動され、海水電解装置２００で発生した水素ガスを圧縮する。高圧塩素ガス圧縮機１０２は、太陽熱発電装置３００で発電した交流電気で、高圧塩素ガス圧縮機用電動機８９によって駆動され、海水電解装置２００で発生した塩素ガスを圧縮する。
【００２０】
図２は、本実施例による水素ガス発生システム１００の海水電解装置２００の構成を示す図である。海水電解装置２００は、主要な構成要素として、海水電解槽４と、低圧水素ガスタンク３６と、低圧塩素ガスタンク４６を備える。海水電解槽４は、太陽光発電装置３で発電した直流電気を利用して、海水を電気分解し、水素ガスと塩素ガスを発生させる。低圧水素ガスタンク３６は、海水電解槽４で発生した水素ガスを加圧せずに貯留する。低圧塩素ガスタンク４６は、海水電解槽４で発生した塩素ガスを加圧せずに貯留する。
【００２１】
図３は、本実施例による水素ガス発生システム１００の太陽熱発電装置３００の構成を示す図である。太陽熱発電装置３００は、太陽熱受熱器５２と、高圧蒸気タービン５４と、中低圧蒸気タービン５８と、発電機２９と、復水器６０とを主要な構成要素として備え、太陽熱受熱器５２で生成した過熱蒸気により高圧蒸気タービン５４と中低圧蒸気タービン５８とを回転させて、発電機２９で交流電気を発電する。蒸気タービン５４、５８を回転させた過熱蒸気は、復水器６０にて海水で冷却される。
【００２２】
海水電解装置２００で電気分解される海水には、太陽熱発電装置３００の復水器６０で使用され加温された海水を使用することができる。さらに、復水器６０で使用する海水を取水するための海水取水槽１６の海水や、復水器６０で使用した後の海水を放水するための海水放水槽９８の海水を使用することができる。このようにして、海水電解槽４には、電気分解用の海水を大量に供給することができる。
【００２３】
以下、本実施例による水素ガス発生システム１００の海水電解装置２００と太陽熱発電装置３００について、図１〜図３を用いて詳しく説明する。
【００２４】
初めに、海水電解装置２００について説明する。
【００２５】
図２に示すように、海水電解装置２００の海水電解槽４は、陰極槽９と、陽極槽１０と、水素ガス発生装置５と、塩素ガス発生装置６とを備える。陰極槽９と陽極槽１０は、海水を収容し、連絡調整配管１５０で互いに接続される。連絡調整配管１５０は、陽極陰極槽流量バランス弁１５を備え、陰極槽９と陽極槽１０との間で海水を流通させる。
【００２６】
陽極陰極槽流量バランス弁１５は、連絡調整配管１５０を流れる海水の量を制御して、陰極槽９の海水量と陽極槽１０の海水量を制御することができる。海水の電気分解により、陰極槽９では水素ガスが発生し、陽極槽１０では塩素ガスが発生する。電気分解が進むにつれて陰極槽９と陽極槽１０とでは海水が減少するが、陰極槽９と陽極槽１０とでは海水の減少量が異なるので、陰極槽９内の海水量と陽極槽１０内の海水量には差が生じる。そこで、陽極陰極槽流量バランス弁１５は、減少した海水量に応じて連絡調整配管１５０を流れる海水量を調整し、陰極槽９と陽極槽１０との海水量の差を減らす制御をする。
【００２７】
水素ガス発生装置５は、陰極槽９に収容した海水中に設けられた陰極７と、水素ガス回収器２７とを備える。塩素ガス発生装置６は、陽極槽１０に収容した海水中に設けられた陽極８と、塩素ガス回収器２８とを備える。水素ガス回収器２７は、例えば、上部の一端が閉じられており下部の他端が開放された円筒状の容器から構成され、上部が水素ガス回収器出口配管３１に接続され、下部が陰極漕９の海水面下に沈められている。塩素ガス回収器２８は、例えば、上部の一端が閉じられており下部の他端が開放された円筒状の容器から構成され、上部が塩素ガス回収器出口配管４１に接続され、下部が陽極槽１０の海水面下に沈められている。
【００２８】
太陽光発電装置３は、太陽１から放射された太陽光線２の放射エネルギーを使って、直流電気を発電する。太陽光発電装置３の陰極は、陰極電線１１によって海水電解槽４の陰極７と接続される。太陽光発電装置３の陽極は、陽極電線１２によって海水電解槽４の陽極８と接続される。太陽光発電装置３にて発電された直流電気により海水電解槽４内の海水を電気分解すると、水素ガス発生装置５内の陰極７の周りに水素ガスの気泡３０が発生し、塩素ガス発生装置６内の陽極８の周りに塩素ガスの気泡４０が発生する。
【００２９】
水素ガス発生装置５で発生した水素ガスは、水素ガス回収器２７にて回収される。水素ガス回収器２７は、電気分解により発生した水素ガスを、円筒状の容器内の海水面の上部に集める。この集められた水素ガスは、水素ガス回収器出口配管３１と水素ガス回収器出口弁３２を通過して、水素ガス出口母管３３に集められる。集められた水素ガスは、低圧水素ガスタンク圧力調整弁３４と低圧水素ガスタンク入口配管３５を通過して、加圧されずに低圧水素ガスとして低圧水素ガスタンク３６に一旦貯留される。低圧水素ガスタンク３６の圧力は、低圧水素ガスタンク圧力計３８で検出する。水素ガスの発生量に応じて低圧水素ガスタンク圧力調整弁３４を開閉して、低圧水素ガスタンク３６の圧力が予め定めた範囲内に収まるように、低圧水素ガスタンク３６の圧力を制御する。低圧水素ガスタンク３６に予め定めた量の水素ガスが溜まったら、水素ガスは、低圧水素ガスタンク３６から、水素ガス圧縮機入口配管３７を通過して、高圧水素ガス圧縮機１０１に送られる。
【００３０】
塩素ガス発生装置６で発生した塩素ガスは、塩素ガス回収器２８にて回収される。塩素ガス回収器２８は、電気分解により発生した塩素ガスを、円筒状の容器内の海水面上部に集める。この集められた塩素ガスは、塩素ガス回収器出口配管４１と塩素ガス回収器出口弁４２を通過して、塩素ガス出口母管４３に集められる。集められた塩素ガスは、低圧塩素ガスタンク圧力調整弁４４と低圧塩素ガスタンク入口配管４５を通過して、加圧されずに低圧塩素ガスとして低圧塩素ガスタンク４６に一旦貯留される。低圧塩素ガスタンク４６の圧力は、低圧塩素ガスタンク圧力計４８で検出する。塩素ガスの発生量に応じて低圧塩素ガスタンク圧力調整弁４４を開閉して、低圧塩素ガスタンク４６の圧力が予め定めた範囲内に収まるように、低圧塩素ガスタンク４６の圧力を制御する。低圧塩素ガスタンク４６に予め定めた量の塩素ガスが溜まったら、塩素ガスは、低圧塩素ガスタンク４６から、塩素ガス圧縮機入口配管４７を通過して、高圧塩素ガス圧縮機１０２に送られる。
【００３１】
図２と図１に示すように、海水電解装置２００の海水電解槽４で電気分解される海水は、太陽熱発電装置３００の海水取水槽１６、海水放水槽９８、及び復水器６０のうちの少なくとも１つから供給される。海水取水槽１６は、復水器６０で使用される海水を収容する設備である。復水器６０で使用される海水は、海水取水槽１６から取水される。海水放水槽９８は、復水器６０で使用された海水を収容する設備である。復水器６０で使用された海水は、海水放水槽９８に放水される。海水は、海水取水槽１６からは海水取水槽１６の近くに設置された海水ポンプ１８により、海水放水槽９８からは海水放水槽９８の近くに設置された海水ポンプ１１８により、復水器６０からは海水昇圧ポンプ９９により、それぞれ供給される。
【００３２】
海水取水槽１６の海水は、海水ポンプ入口配管２１を流れ、海水ポンプ入口弁１７を経て海水ポンプ１８に送られて昇圧される。昇圧されたこの海水は、海水ポンプ出口逆止弁１９と海水ポンプ出口弁２０を通過して、海水ポンプ出口配管２２を通って海水母管２６に送られる。
【００３３】
海水放水槽９８の海水は、海水ポンプ入口配管１２１を流れ、海水ポンプ入口弁１１７を経て海水ポンプ１１８に送られて昇圧される。昇圧されたこの海水は、海水ポンプ出口逆止弁１１９と海水ポンプ出口弁１２０を通過して、海水ポンプ出口配管１２２を通って海水母管２６に送られる。
【００３４】
復水器６０から海水電解槽４に供給される海水は、復水器６０で蒸気を冷却して温められた海水である。図１と図３に示すように、復水器６０から排出された海水（温排水）は、復水器出口循環水配管９４を流れる。この海水のうち大部分は、海水放水槽側循環水配管弁９６と海水放水槽入口配管９７を通って海水放水槽９８に流れ、海に放流される。この海水のうち残りは、海水電解装置側海水取り出し元弁９５にて復水器出口循環水配管９４から取り出され、海水昇圧ポンプ入口弁３９を通過して海水昇圧ポンプ９９にて昇圧される。昇圧されたこの海水（温排水）は、海水昇圧ポンプ出口逆止弁４９と海水昇圧ポンプ出口弁７９を通過して、海水昇圧ポンプ出口配管２５を流れて海水母管２６に送られる。
【００３５】
図２に示すように、海水母管２６に送られたこれらの海水は、２系統に分かれ、陰極槽海水流量制御弁入口配管２３と陽極槽海水流量制御弁入口配管２４を流れる。陰極槽海水流量制御弁入口配管２３に流れた海水は、陰極槽海水流量制御弁１３を通過し、陰極槽９に送られる。陽極槽海水流量制御弁入口配管２４に流れた海水は、陽極槽海水流量制御弁１４を通過し、陽極槽１０に送られる。
【００３６】
次に、太陽熱発電装置３００について説明する。
【００３７】
図３には、太陽熱の集熱方式としてタワー式を採用した太陽熱発電装置３００を示している。ただし、本発明による水素ガス発生システムでは、太陽熱発電装置３００に任意の集熱方式（例えばトラフ式、フレネル式、及び複数の方式を組み合わせた集熱方式など）を用いることができる。
【００３８】
図３と図１に示すように、太陽熱発電装置３００では、太陽１から太陽光線２によって運ばれた太陽熱エネルギーは、タワー７４の周りに多数配置されたヘリオスタット５１により反射され、太陽熱受熱器５２に集められる。タワー７４には、蒸気により高圧ヒータ５６で加熱され、太陽熱集熱器給水配管５０を流れた給水が供給される。高圧ヒータ５６には、高圧蒸気タービン５４から抽気された蒸気が、高圧ヒータ抽気管５５を通って流れ込む。この蒸気により、給水ポンプ６４によって高圧ヒータ５６に流れ込んだ給水が加熱される。
【００３９】
タワー７４に供給された給水は、太陽熱受熱器５２にて太陽熱エネルギーによって加熱されて過熱蒸気となる。この過熱蒸気は、太陽熱集熱器出口母管５３を流れ、高圧蒸気タービン５４を回転させた後、連絡配管５７を流れ、中低圧蒸気タービン５８を回転させる。これらの蒸気タービンは、蒸気タービンに直結した発電機２９を回して交流電気を生み出す。この交流電気は、主変圧器８０と主遮断機８１を経て、高圧系統母線８２に送電される。
【００４０】
中低圧蒸気タービン５８から排気された蒸気は、低圧蒸気タービン排気管５９を流れて復水器６０に流入する。復水器６０に流入した蒸気は、復水器入口循環水配管９３を流れてきた海水により冷却され、復水に変わる。この復水は、復水配管６７を流れて復水ポンプ６８に流入し、復水ポンプ６８にて昇圧された後、低圧ヒータ６９にて加温され、脱気器入口配管７０を流れて脱気器６３に入り、脱気器６３にて加温脱気される。低圧ヒータ６９には、復水を加温するために、中低圧蒸気タービン５８から抽気された蒸気が、低圧抽気管６２を通って流れ込む。脱気器６３には、復水を加温脱気するために、高圧蒸気タービン５４から抽気された蒸気が、脱気器抽気管６１を通って流れ込む。脱気器６３で脱気された復水は、給水ポンプ６４にて昇圧され、給水流量調節弁６５を通過して給水ポンプ出口管６６を通って高圧ヒータ５６に流れ、タワー７４に供給される給水となる。すなわち、脱気器６３から高圧ヒータ５６に流れた水は、高圧蒸気タービン５４から抽気された蒸気により加熱され、太陽熱集熱器給水配管５０を流れ、タワー７４に送られ、太陽熱エネルギーによって過熱蒸気となる。
【００４１】
復水器入口循環水配管９３を通って復水器６０に流入する海水（冷却水）は、海水取水槽１６から取り出される。海水取水槽１６内の海水は、循環水ポンプ入口管９０によって取り出され、循環水ポンプ９１により昇圧され、循環水ポンプ出口弁９２を通過して、復水器入口循環水配管９３を流れ、復水器６０に流入する。復水器６０に流入した海水（冷却水）は、復水器６０に流入した蒸気を冷却する。蒸気を冷却して加温された冷却水（温排水）は、上述したように、復水器出口循環水配管９４を通り、一部が海水放水槽側循環水配管弁９６と海水放水槽入口配管９７を通って海水放水槽９８に排出され、残りの一部が海水電解装置側海水取り出し元弁９５と海水昇圧ポンプ入口弁３９を通り、海水昇圧ポンプ９９により昇圧させられ、海水昇圧ポンプ出口逆止弁４９と海水昇圧ポンプ出口弁７９と海水昇圧ポンプ出口配管２５を流れて海水電解槽４に供給され、海水電解槽４で電気分解される海水として活用される。
【００４２】
図１を用いて、以上の海水電解装置２００と太陽熱発電装置３００の説明を踏まえ、本実施例による水素ガス発生システム１００を説明する。水素ガス発生システム１００は、後述するように、高圧水素ガスタンク１０３と高圧塩素ガスタンク１０４とをさらに備える。
【００４３】
太陽熱発電装置３００の発電機２９で発電された交流電気は、主変圧器８０にて電圧が上げられ、次に主遮断機８１を通過して高圧系統母線８２に送電される。この交流電気の一部は、所内遮断機８３を通過し、所内変圧器８４にて電圧が降圧する。電圧が降圧した交流電気は、一部が、高圧水素ガス圧縮機遮断機８５を通過して高圧水素ガス圧縮機用電動機８８に配電され、一部が、高圧塩素ガス圧縮機遮断機８６を通過して高圧塩素ガス圧縮機用電動機８９に配電され、一部が、補機用遮断機８７を通過して海水電解装置２００と太陽熱発電装置３００の各種補機の電動機に配電される。
【００４４】
高圧水素ガス圧縮機用電動機８８は、高圧水素ガス圧縮機１０１を駆動する。高圧水素ガス圧縮機１０１は、低圧水素ガスタンク３６と高圧水素ガスタンク１０３とに接続され、低圧水素ガスタンク３６に貯留された水素ガスを圧縮し、圧縮した水素ガスを高圧水素ガスタンク１０３に貯留する。水素ガスは、用途に応じた圧力にまで圧縮され、例えば７〜７０ＭＰａ程度の高圧にまで圧縮される。
【００４５】
高圧塩素ガス圧縮機用電動機８９は、高圧塩素ガス圧縮機１０２を駆動する。高圧塩素ガス圧縮機１０２は、低圧塩素ガスタンク４６と高圧塩素ガスタンク１０４とに接続され、低圧塩素ガスタンク４６に貯留された塩素ガスを圧縮し、圧縮した塩素ガスを高圧塩素ガスタンク１０４に貯留する。塩素ガスは、用途に応じた圧力にまで圧縮される。
【００４６】
水素ガスと塩素ガスの圧縮には、メガワットオーダーの多量の電力を必要とする。本実施例による水素ガス発生システム１００では、このような多量の電力を化石燃料からではなく太陽エネルギーから得るので、二酸化炭素ガスの発生を大幅に減少させて、安価な高圧水素ガスと高圧塩素ガスを大量に製造することができる。
【００４７】
高圧水素ガス圧縮機１０１を出た高圧水素ガスは、高圧水素ガスタンク圧力調整弁１０５を通過して、高圧水素ガスタンク１０３に貯留される。高圧水素ガスタンク１０３の圧力は、高圧水素ガスタンク圧力計１０７で検出する。高圧水素ガスタンク圧力調整弁１０５を開閉して高圧水素ガスタンク１０３に流入する水素ガスの流量を変えることにより、高圧水素ガスタンク１０３の圧力が予め定めた範囲内に収まるように、高圧水素ガスタンク１０３の圧力を制御する。また、高圧水素ガス圧縮機１０１の中間段から水素ガスを取り出し、取り出した水素ガスを海水等の冷媒により冷却することにより、さらなる高圧水素ガスを得ることができる。高圧水素ガスタンク１０３に貯留された高圧水素ガスは、高圧水素ガス取り出し調整弁１０９を使って取り出して、高圧水素ガスボンベ７５に貯留する。高圧水素ガスボンベ７５は、高圧水素ガス運搬車７７にて搬出する。本発明による水素ガス発生システムでは、このようにして高圧水素ガスを需要者に供給することができる。
【００４８】
高圧塩素ガス圧縮機１０２を出た高圧塩素ガスは、高圧塩素ガスタンク圧力調整弁１０６を通過して、高圧塩素ガスタンク１０４に貯留される。高圧塩素ガスタンク１０４の圧力は、高圧塩素ガスタンク圧力計１０８で検出する。高圧塩素ガスタンク圧力調整弁１０６を開閉して高圧塩素ガスタンク１０４に流入する塩素ガスの流量を変えることにより、高圧塩素ガスタンク１０４の圧力が予め定めた範囲内に収まるように、高圧塩素ガスタンク１０４の圧力を制御する。また、高圧塩素ガス圧縮機１０２の中間段から塩素ガスを取り出し、取り出した塩素ガスを海水等の冷媒により冷却することにより、さらなる高圧塩素ガスを得ることができる。高圧塩素ガスタンク１０４に貯留された高圧塩素ガスは、高圧塩素ガス取り出し調整弁１１０を使って取り出して、高圧塩素ガスボンベ７６に貯留する。高圧塩素ガスボンベ７６は、高圧塩素ガス運搬車７８にて搬出する。本発明による水素ガス発生システムでは、このようにして高圧塩素ガスを需要者に供給することができる。
【００４９】
以上説明したように、本発明による水素ガス発生システム１００では、化石燃料を燃焼させずに太陽熱エネルギーにて発電した交流電気を、高圧水素ガス圧縮機１０１と高圧塩素ガス圧縮機１０２の駆動用電源として活用するので、化石燃料を燃焼して発生する二酸化炭素ガスを大気中に排出しなくても交流電気を作れる。
【００５０】
また、本実施例による水素ガス発生システム１００では、図１〜図３に示したように、復水器６０で蒸気を冷却して加温された海水（温排水）の一部を、海水電解槽４で電気分解される海水として利用することもできる。加温された海水を電気分解される海水として利用することにより、電気分解で消費されるエネルギーを低減することができるという利点がある。
【００５１】
一般的には、自然の海水は無料で活用できる。海水そのものは、地球上に大量に存在しており、電気分解の原料として活用する程度では、無限に地球上に存在すると言える。そこで、本実施例による水素ガス発生システム１００では、図１〜図３に示したように、海水取水槽１６から取り出した海水を、太陽熱発電装置３００の冷却水として使用せずに直接、海水電解槽４に送ることもできる。海水取水槽１６から取り出した海水を、直接、海水電解槽４に送る方法では、大量の海水を電気分解に使え、大量の水素ガスと塩素ガスを発生させることができるという利点がある。
【符号の説明】
【００５２】
１…太陽、２…太陽光線、３…太陽光発電装置、４…海水電解槽、５…水素ガス発生装置、６…塩素ガス発生装置、７…海水電解槽の陰極、８…海水電解槽の陽極、９…陰極槽、１０…陽極槽、１１…陰極電線、１２…陽極電線、１３…陰極槽海水流量制御弁、１４…陽極槽海水流量制御弁、１５…陽極陰極槽流量バランス弁、１６…海水取水槽、１７…海水ポンプ入口弁、１８…海水ポンプ、１９…海水ポンプ出口逆止弁、２０…海水ポンプ出口弁、２１…海水ポンプ入口配管、２２…海水ポンプ出口配管、２３…陰極槽海水流量制御弁入口配管、２４…陽極槽海水流量制御弁入口配管、２５…海水昇圧ポンプ出口配管、２６…海水母管、２７…水素ガス回収器、２８…塩素ガス回収器、２９…発電機、３０…水素ガスの気泡、３１…水素ガス回収器出口配管、３２…水素ガス回収器出口弁、３３…水素ガス出口母管、３４…低圧水素ガスタンク圧力調整弁、３５…低圧水素ガスタンク入口配管、３６…低圧水素ガスタンク、３７…水素ガス圧縮機入口配管、３８…低圧水素ガスタンク圧力計、３９…海水昇圧ポンプ入口弁、４０…塩素ガスの気泡、４１…塩素ガス回収器出口配管、４２…塩素ガス回収器出口弁、４３…塩素ガス出口母管、４４…低圧塩素ガスタンク圧力調整弁、４５…低圧塩素ガスタンク入口配管、４６…低圧塩素ガスタンク、４７…塩素ガス圧縮機入口配管、４８…低圧塩素ガスタンク圧力計、４９…海水昇圧ポンプ出口逆止弁、５０…太陽熱集熱器給水配管、５１…ヘリオスタット、５２…太陽熱受熱器、５３…太陽熱集熱器出口母管、５４…高圧蒸気タービン、５５…高圧ヒータ抽気管、５６…高圧ヒータ、５７…連絡配管、５８…中低圧蒸気タービン、５９…低圧蒸気タービン排気管、６０…復水器、６１…脱気器抽気管、６２…低圧抽気管、６３…脱気器、６４…給水ポンプ、６５…給水流量調節弁、６６…給水ポンプ出口管、６７…復水配管、６８…復水ポンプ、６９…低圧ヒータ、７０…脱気器入口配管、７４…タワー、７５…高圧水素ガスボンベ、７６…高圧塩素ガスボンベ、７７…高圧水素ガス運搬車、７８…高圧塩素ガス運搬車、７９…海水昇圧ポンプ出口弁、８０…主変圧器、８１…主遮断機、８２…高圧系統母線、８３…所内遮断機、８４…所内変圧器、８５…高圧水素ガス圧縮機遮断機、８６…高圧塩素ガス圧縮機遮断機、８７…補機用遮断機、８８…高圧水素ガス圧縮機用電動機、８９…高圧塩素ガス圧縮機用電動機、９０…循環水ポンプ入口管、９１…循環水ポンプ、９２…循環水ポンプ出口弁、９３…復水器入口循環水配管、９４…復水器出口循環水配管、９５…海水電解装置側海水取り出し元弁、９６…海水放水槽側循環水配管弁、９７…海水放水槽入口配管、９８…海水放水槽、９９…海水昇圧ポンプ、１００…水素ガス発生システム、１０１…高圧水素ガス圧縮機、１０２…高圧塩素ガス圧縮機、１０３…高圧水素ガスタンク、１０４…高圧塩素ガスタンク、１０５…高圧水素ガスタンク圧力調整弁、１０６…高圧塩素ガスタンク圧力調整弁、１０７…高圧水素ガスタンク圧力計、１０８…高圧塩素ガスタンク圧力計、１０９…高圧水素ガス取り出し調整弁、１１０…高圧塩素ガス取り出し調整弁、１１７…海水ポンプ入口弁、１１８…海水ポンプ、１１９…海水ポンプ出口逆止弁、１２０…海水ポンプ出口弁、１２１…海水ポンプ入口配管、１２２…海水ポンプ出口配管、１５０…連絡調整配管、２００…海水電解装置、３００…太陽熱発電装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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