(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方に光半導体触媒が担持された一対の電極を有し、該光半導体触媒に照射された太陽光エネルギーを利用して電解液を分解する水分解部と、
前記電解液の分解により生成された水素及び酸素を、それらの少なくとも一方を利用する複数のガス利用機器に対して供給するための経路を有するガス供給部と、を備えた太陽光利用システムであって、
前記ガス供給部は、前記複数のガス利用機器に対して供給する水素及び酸素の量を、前記複数のガス利用機器のそれぞれの水素及び酸素の要求量に応じて分配し、
前記ガス利用機器は、排熱回収機構を有する発電装置を含み、
前記ガス供給部は、空気を前記発電装置に対して供給するための経路を有し、前記発電装置の排熱回収要求量に応じて、前記発電装置に対して供給する酸素及び空気の量を調節する、ことを特徴とする太陽光利用システム。
【請求項２】
一方に光半導体触媒が担持された一対の電極を有し、該光半導体触媒に照射された太陽光エネルギーを利用して電解液を分解する水分解部と、
前記電解液の分解により生成された水素及び酸素を、それらの少なくとも一方を利用する複数のガス利用機器に対して供給するための経路を有するガス供給部と、を備えた太陽光利用システムであって、
前記ガス供給部は、前記複数のガス利用機器に対して供給する水素及び酸素の量を、前記複数のガス利用機器のそれぞれの水素及び酸素の要求量に応じて分配し、
前記ガス供給部は、前記複数のガス利用機器のそれぞれに対する水素及び酸素の分配量を、前記複数のガス利用機器間で任意に設定可能な優先度に応じて調節する、ことを特徴とする太陽光利用システム。
【請求項３】
前記ガス利用機器は、排熱回収機構を有する発電装置を含み、
前記ガス供給部は、空気を前記発電装置に対して供給するための経路を有し、前記発電装置の排熱回収要求量に応じて、前記発電装置に対して供給する酸素及び空気の量を調節する、ことを特徴とする請求項２に記載の太陽光利用システム。
【請求項４】
一方に光半導体触媒が担持された一対の電極を有し、該光半導体触媒に照射された太陽光エネルギーを利用して電解液を分解する水分解部と、
前記電解液の分解により生成された水素及び酸素を、それらの少なくとも一方を利用する複数のガス利用機器に対して供給するための経路を有するガス供給部と、を備えた太陽光利用システムであって、
前記ガス供給部は、前記複数のガス利用機器に対して供給する水素及び酸素の量を、前記複数のガス利用機器のそれぞれの水素及び酸素の要求量に応じて分配し、
前記電極に対する日照度を計測する日照度計測部、を備え、
前記ガス供給部は、外部からのガス燃料を前記ガス利用機器に対して供給するための経路を有し、
前記ガス供給部は、前記日照度計測部が計測した日照度に応じて、前記外部からのガス燃料を前記ガス利用機器に対して供給する量を調節する、ことを特徴とする太陽光利用システム。
【請求項５】
前記ガス利用機器は、排熱回収機構を有する発電装置を含み、
前記ガス供給部は、空気を前記発電装置に対して供給するための経路を有し、前記発電装置の排熱回収要求量に応じて、前記発電装置に対して供給する酸素及び空気の量を調節する、ことを特徴とする請求項４に記載の太陽光利用システム。
【請求項６】
前記ガス供給部は、前記複数のガス利用機器のそれぞれに対する水素及び酸素の分配量を、前記複数のガス利用機器間で任意に設定可能な優先度に応じて調節する、ことを特徴とする請求項４に記載の太陽光利用システム。
【請求項７】
前記ガス利用機器は、排熱回収機構を有する発電装置を含み、
前記ガス供給部は、空気を前記発電装置に対して供給するための経路を有し、前記発電装置の排熱回収要求量に応じて、前記発電装置に対して供給する酸素及び空気の量を調節し、
前記ガス供給部は、前記複数のガス利用機器のそれぞれに対する水素及び酸素の分配量を、前記複数のガス利用機器間で任意に設定可能な優先度に応じて調節する、ことを特徴とする請求項４に記載の太陽光利用システム。
【請求項８】
一方に光半導体触媒が担持された一対の電極を有し、該光半導体触媒に照射された太陽光エネルギーを利用して電解液を分解する水分解部と、
前記電解液の分解により生成された水素及び酸素を、それらの少なくとも一方を利用する複数のガス利用機器に対して供給するための経路を有するガス供給部と、を備えた太陽光利用システムであって、
前記ガス供給部は、前記複数のガス利用機器に対して供給する水素及び酸素の量を、前記複数のガス利用機器のそれぞれの水素及び酸素の要求量に応じて分配し、
前記複数のガス利用機器は空調装置を含み、
前記ガス供給部は、前記電解液の分解により生成された酸素を、前記空調装置の空調空気に混入させるために、前記空調装置に対して供給する、ことを特徴とする太陽光利用システム。
【請求項９】
前記ガス利用機器は、排熱回収機構を有する発電装置を含み、
前記ガス供給部は、空気を前記発電装置に対して供給するための経路を有し、前記発電装置の排熱回収要求量に応じて、前記発電装置に対して供給する酸素及び空気の量を調節する、ことを特徴とする請求項８に記載の太陽光利用システム。
【請求項１０】
前記ガス供給部は、前記複数のガス利用機器のそれぞれに対する水素及び酸素の分配量を、前記複数のガス利用機器間で任意に設定可能な優先度に応じて調節する、ことを特徴とする請求項８に記載の太陽光利用システム。
【請求項１１】
前記ガス利用機器は、排熱回収機構を有する発電装置を含み、
前記ガス供給部は、空気を前記発電装置に対して供給するための経路を有し、前記発電装置の排熱回収要求量に応じて、前記発電装置に対して供給する酸素及び空気の量を調節し、
前記ガス供給部は、前記複数のガス利用機器のそれぞれに対する水素及び酸素の分配量を、前記複数のガス利用機器間で任意に設定可能な優先度に応じて調節する、ことを特徴とする請求項８に記載の太陽光利用システム。
【請求項１２】
前記電極に対する日照度を計測する日照度計測部、を備え、
前記ガス供給部は、外部からのガス燃料を前記ガス利用機器に対して供給するための経路を有し、
前記ガス供給部は、前記日照度計測部が計測した日照度に応じて、前記外部からのガス燃料を前記ガス利用機器に対して供給する量を調節する、ことを特徴とする請求項８に記載の太陽光利用システム。
【請求項１３】
前記電極に対する日照度を計測する日照度計測部、を備え、
前記ガス供給部は、外部からのガス燃料を前記ガス利用機器に対して供給するための経路を有し、
前記ガス供給部は、前記日照度計測部が計測した日照度に応じて、前記外部からのガス燃料を前記ガス利用機器に対して供給する量を調節し、
前記ガス利用機器は、排熱回収機構を有する発電装置を含み、
前記ガス供給部は、空気を前記発電装置に対して供給するための経路を有し、前記発電装置の排熱回収要求量に応じて、前記発電装置に対して供給する酸素及び空気の量を調節する、ことを特徴とする請求項８に記載の太陽光利用システム。
【請求項１４】
前記電極に対する日照度を計測する日照度計測部、を備え、
前記ガス供給部は、外部からのガス燃料を前記ガス利用機器に対して供給するための経路を有し、
前記ガス供給部は、前記日照度計測部が計測した日照度に応じて、前記外部からのガス燃料を前記ガス利用機器に対して供給する量を調節し、
前記ガス供給部は、前記複数のガス利用機器のそれぞれに対する水素及び酸素の分配量を、前記複数のガス利用機器間で任意に設定可能な優先度に応じて調節する、ことを特徴とする請求項８に記載の太陽光利用システム。
【請求項１５】
前記電極に対する日照度を計測する日照度計測部、を備え、
前記ガス供給部は、外部からのガス燃料を前記ガス利用機器に対して供給するための経路を有し、
前記ガス供給部は、前記日照度計測部が計測した日照度に応じて、前記外部からのガス燃料を前記ガス利用機器に対して供給する量を調節し、
前記ガス利用機器は、排熱回収機構を有する発電装置を含み、
前記ガス供給部は、空気を前記発電装置に対して供給するための経路を有し、前記発電装置の排熱回収要求量に応じて、前記発電装置に対して供給する酸素及び空気の量を調節し、
前記ガス供給部は、前記複数のガス利用機器のそれぞれに対する水素及び酸素の分配量を、前記複数のガス利用機器間で任意に設定可能な優先度に応じて調節する、ことを特徴とする請求項８に記載の太陽光利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は新規な太陽光利用システムに関する。より詳しくは、本発明の太陽光利用システムは、太陽光で活性化される光半導体触媒を用いて水を分解し、得られた水素及び酸素を燃料電池反応などに利用するシステムの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光のエネルギーを利用して水を分解する光半導体触媒が知られている（特許文献１参照）。この光半導体触媒を用いれば、小さな電力で水を分解可能となり、水を分解した結果、純度の高い水素と酸素を得ることができる。
特許文献２及び３では、太陽光を利用して水を分解して得られた水素を燃料電池に供給するシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２９９３６８号公報
【特許文献２】特開２０００−１４４４６４号公報
【特許文献３】特開２０００−３３３４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の太陽光利用システムの例として、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化ニオビウム（Ｎｂ２Ｏ５）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、酸化タングステン（ＷＯ３）、ビスマスバナジウム酸化物（ＢｉＶＯ４）等の半導体を有する電極（以下、光電極とも呼ぶ）を用い、水を分解する技術を用いたものがある（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
上記した太陽光利用システムのように、水の分解によって得られた水素に着目し、それを燃料電池にて活用しようとする技術の提案はなされている。しかしながら、水の分解によって得られた酸素に着目して、これを効率良く活用することについての検討は十分とは言えず、また、水素及び酸素の活用という点についても、未だ多分に検討及び改善の余地が残されていると考えられる。
【０００５】
そこで本発明の目的は、光半導体触媒を有する光電極を用いて水分解を行う太陽光利用システムによって得られる水素及び酸素を、より効率良く活用するためのシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の局面による太陽光利用システムは、一方に光半導体触媒が担持された一対の電極を有し、該光半導体触媒に照射された太陽光エネルギーを利用して電解液を分解する水分解部と、
前記電解液の分解により生成された水素及び酸素を、それらの少なくとも一方を利用する複数のガス利用機器に対して供給するための経路を有するガス供給部と、を備えた太陽光利用システムであって、
前記ガス供給部は、前記複数のガス利用機器に対して供給する水素及び酸素の量を、前記複数のガス利用機器のそれぞれの水素及び酸素の要求量に応じて分配する、太陽光利用システムである。
【０００７】
このような構成によれば、燃料電池やガスタービン発電機といった発電装置のみならず、既存の家庭用インフラとしてのガス機器や空調機を含む複数のガス利用機器に対して、それらの要求する水素及び酸素の量に応じて水素及び酸素を分配して供給する。これにより、ユーザの生活におけるエネルギーニーズに応じて水素及び酸素を、複数のガス利用機器にて同時に効率良く活用することができる。
【０００８】
本発明の第２の局面によれば、前記ガス利用機器は、排熱回収機構を有する発電装置を含み、
前記ガス供給部は、空気を前記発電装置に対して供給するための経路を有し、前記発電装置の排熱回収要求量に応じて、前記発電装置に対して供給する酸素及び空気の量を調節する。
これによれば、例えば、発電装置の排熱回収要求量が多い場合には、発電装置に対して供給する酸素の量を低下させ空気の量を増加させる調節を行うことで、排ガス損失を意図的に増加させ、もって排ガスからの排熱回収量を増加させることができる。
【０００９】
本発明の第３の局面によれば、前記ガス供給部は、前記複数のガス利用機器のそれぞれに対する水素及び酸素の分配量を、前記複数のガス利用機器間で任意に設定可能な優先度に応じて調節する。
これによれば、ユーザの望む態様、またはユーザの生活により適した態様で、水素及び酸素を効率よく活用することができる。
【００１０】
本発明の第４の局面によれば、前記太陽光利用システムは、前記電極に対する日照度を計測する日照度計測部、を備え、
前記ガス供給部は、外部からのガス燃料を前記ガス利用機器に対して供給するための経路を有し、
前記ガス供給部は、前記日照度計測部が計測した日照度に応じて、前記外部からのガス燃料を前記ガス利用機器に対して供給する量を調節する。
これによれば、電極に対する日照度が低く水分解部にて生成される水素の量がガス利用機器の要求する量に満たない場合に、外部からのガス燃料を補完的にガス利用機器に対して供給することができる。
【００１１】
本発明の第５の局面によれば、前記複数のガス利用機器は空調装置を含み、
前記ガス供給部は、前記電解液の分解により生成された酸素を、前記空調装置の空調空気に混入させるために、前記空調装置に対して供給する。
これによれば、空調装置から酸素濃度の高い空気を放出させることで、ユーザの疲労回復に資することが可能となる。このように、太陽光利用システムにより生成された水素のみならず、酸素単独での活用も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の実施例の太陽光利用システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は実施例の加水量制御を示すフローチャートである。
【図３】図３は実施例のガス分配制御ユニットの構成及びガス利用機器を示すブロック図である。
【図４】図４は実施例のガス分配制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上記において、光半導体触媒は太陽光エネルギーを利用し、これに小さな電力のアシストを加えて、水を水素と酸素に分解できるものをいう。かかる半導体材料として、例えばTiO2（二酸化チタン）、Fe2O3（酸化鉄）、Nb2O5（酸化ニオビウム）、SrTiO3（チタン酸ストロンチウム）、BaTiO3（チタン酸バリウム）、ZrO（酸化亜鉛）、SnO2（二酸化スズ）、硫化カドミウム（CdS）、WO3（酸化タングステン）、BiVO4（ビスマスバナジウム酸化物）等を挙げることができる。かかる触媒を一対の電極の一方に付設して、電解液に浸漬し、電極へ所定の電圧を印加するとともに太陽光を照射すると、触媒表面で電解液中の水分が電気分解される。外部印加電圧は触媒により適宜設定される。この電圧は燃料電池から供給することができる。もちろん、バッテリ、太陽電池、系統電源等の外部電源を用いることもできる。電解液の電解質及びその濃度は半導体の種類、システムの用途等に応じて任意に選択できる。
【００１４】
燃料電池には固体高分子電解質型、固体酸化物型など周知のタイプの燃料電池を用いることができる。この燃料電池の水素極へ、水分解部で得られた水素を供給する。水分解部で得られた水素は水素吸蔵合金等からなる水素貯蔵部へ一旦貯蔵し、調圧して水素極へ供給される。水分解部で得られた酸素も酸素貯蔵部へ一旦貯蔵し、これを燃料電池の空気極へ供給される空気へ混入させることができる。空気極へ送られる空気の酸素量を制御することにより、燃料電池の出力特性を制御できる。
【００１５】
燃料電池反応で生成される生成水は燃料電池において集められ、適宜水分解部の電解液に加えられる。水分解部と燃料電池との間に電解液の循環経路を設け、電解液をこの循環経路内で循環させておいてこの循環経路へ燃料電池の生成水を連続的に若しくは間欠的に加え、水分解に伴う電解液の水分低下を補充することができる。
【実施例】
【００１６】
以下、この発明の実施例を説明する。図１は実施例の太陽光利用システム１の構成を示すブロック図である。太陽光利用システム１は水分解モジュール３、燃料電池２０、熱交換器２１、制御回路８０を備える。
水分解モジュール３は、水分解装置の単位セルの複数個を連結したものである。水分解装置の単位セルは上述した酸化物からなる光半導体触媒を担持した電極、及び、気密かつ太陽光を透光可能な電解槽を備えており、電極は電解槽へ浸漬される。電解液にはアルカリ（例えば水酸化ナトリウム）や酸（例えば希硫酸）もしくは中性（例えば炭酸塩など）の電解液を用いる。電極には外部電源８１（系統電源、太陽電池、バッテリ等）がつながれており１．２３Ｖ以下の電圧が印加される。外部電源８１に代えて燃料電池２０を用いても良い。
【００１７】
この例では、各単位セルに日照度計６０を備え、計測した日照度に応じて電解液の流量をセル単位で制御可能とする。電解液の流量の調整は、制御装置８０が流量制御バルブＶ１０、Ｖ１２，Ｖ１４の開度を制御することにより行う。水分解モジュール３には水位計５０が取り付けられている。
【００１８】
水分解モジュール３からは水素ライン４、酸素ライン６、及び、循環ライン４０が引き出される。水分解モジュール３における水の分解で得られた水素ガスと酸素ガスとは分離されてそれぞれ水素ライン４及び酸素ライン６へ送られる。
水素ライン４へ送り出された水素は、除湿膜５で除湿された後、水素圧力容器３１に蓄積される。水素圧力容器３１には圧力計３５が取り付けられている。水素圧力容器３１と並列に脱着可能な水素容器３２が備えられる。例えば、水素圧力容器３１が満杯になったとき、バルブＶ１６を開いて水素ガスライン４の水素ガスをこの容器３２へ貯蔵する。脱着式の水素容器３２は、例えば燃料電池自動車やバイク用または可搬式発電機等の水素ガス源として利用することができる。水素圧力容器３１及び水素容器３２への水素の貯蔵は、気体状態での貯蔵でも良く、水素吸蔵合金による貯蔵や有機ハイドライドなどによる水素化合物としての貯蔵でも良い。
【００１９】
水素圧力容器３１の出口側の水素ライン４はガス分配制御ユニット７１に接続されている。これにより、水素圧力容器３１の水素はガス分配制御ユニット７１に供給される。水素圧力容器３１とガス分配制御ユニット７１の間の水素ライン４には、安全弁Ｖ２０が設けられている。安全弁Ｖ２０は、水素圧力容器３１内の圧力が所定値以上となったときに開放して、水素を放出する。
【００２０】
酸素ライン６には除湿膜７が備えられている。酸素ライン６は酸素圧力容器３３へ接続され、酸素ライン６の酸素は酸素圧力容器３３に貯蔵される。酸素圧力容器３３には圧力計３６が取り付けられている。酸素圧力容器３３の出口側の酸素ライン６はガス分配制御ユニット７１に接続される。これにより、酸素圧力容器３３の酸素がガス分配制御ユニット７１に供給される。酸素圧力容器３３とガス分配制御ユニット７１の間の酸素ライン６には、安全弁Ｖ２４が設けられている。安全弁Ｖ２４は、酸素圧力容器３３内の圧力が所定値以上となったときに開放して、酸素を放出する。
【００２１】
ガス分配制御ユニット７１から更に延びる水素ライン４及び酸素ライン６は燃料電池２０に接続され、それぞれ水素及び酸素を燃料電池２０に供給するために用いられる。更に、ガス分配制御ユニット７１からは空気供給ライン３０が延び、燃料電池２０に接続され、燃料電池２０に対して空気を供給する。更に、ガス分配制御ユニット７１からは別の水素ライン４および酸素ライン６が引き出され、それぞれガス利用機器７０（水素及び酸素の少なくとも一方を利用する家庭用電気機器、ガス機器等）に接続され、水素及び酸素をガス利用機器７０に供給するために用いられる。また、ガス分配制御ユニット７１には都市ガス改質ライン３５と都市ガスライン３６がそれぞれ接続され、これらによりガス分配制御ユニット７１は外部ガス燃料としての都市ガス改質ガス及び都市ガスの供給を受けることができる。
【００２２】
このシステム１において、電解液が循環ライン４０を介して熱交換器２１と水分解モジュール３との間で循環されている。循環した電解液は各単位セルに対して独立して供給可能とされている。また、循環ライン４０は、燃料電池２０で生成された生成水を回収して電解液に混入させることで水分解モジュール３へ供給する。これにより、水分解モジュール３において水の電気分解に伴う電解液の水分低下を補充できる。
【００２３】
循環ライン４０の途中には循環ポンプ４１、バルブＶ３０、フィルタ４５、圧力センサ４７が設置されている。更に、循環ライン４０に対して、電解液濃度センサ（ｐＨセンサ）４２、電解液リザーブタンク４３、外部水源としての水供給部４４が接続されている。循環ライン４０と電解液リザーブタンク４３はバルブＶ３２を介して接続されている。電解液リザーブタンク４３には電解液水位を計測するための水位計４８が備えられている。水供給部４４は、バルブＶ３４（加水バルブ）を介して循環ライン４０に接続されている。
【００２４】
燃料電池２０には固体高分子型や固体酸化物型のものを利用できる。ガス分配制御ユニット７１からの空気供給ライン３０にはファン１５及び温度計１７、１８が備えられている。燃料電池２０の出力電力はＤＣ／ＡＣコンバータ２３を通じて売電され、また、ガス利用機器７０へ給電される。また、上述の通り、燃料電池２０の電力を水分解モジュール３へ給電することも可能である。排熱用途や水素として貯蔵する必要性の無いときには、水分解モジュール３の背面にタンデム形式で接合された太陽電池電源から電気を、直接切り替え機器を通して供給できるエネルギーシステムとすることも可能である。燃料電池２０は、水素極側からの排出ライン７８を有する。
【００２５】
燃料電池２０の生成水ドレイン２５に溜まった生成水は給水ライン２６を介して循環ライン４０へ供給される。符号Ｖ３６は逆止バルブである。この例では、循環ライン４０における電解液の流れに生成水が吸い込まれるようにしているが、ポンプにより生成水を循環ライン４０内へ送り込むようにしてもよい。
【００２６】
熱交換器２１は、水分解モジュール３と燃料電池２０の排熱を取り込める構造になっている。燃料電池２０と熱交換機２１との間には水等の熱媒体を循環させる循環ライン７５が設けられ、ポンプ７６及びバルブＶ３８で熱媒体の循環が制御される。一方、上述した通り、熱交換器２１と水分解モジュール３とは電解液用の循環ライン４０により繋がれている。熱交換器２１へ電解液を通すことにより電解液の温度を制御できる。熱交換により、熱交換器２１は燃料電池２０を冷却するともに、燃料電池反応に伴う熱を温水として外部へ取り出している。燃料電池２０の排熱量は外部出力電圧に依存する。水分解モジュール３の排熱量は、赤外光吸収エネルギー量に依存する。熱交換が成立しないときには、循環ライン４０は熱交換器２１から分離されていてもよい。
【００２７】
制御回路８０は、電解液における水分の消費量、供給可能な生成水量を演算して水供給部４４からの加水量を制御する。制御装置８０は、ガス利用機器７０の電気的負荷に応じてＤＣ／ＡＣコンバータ２３を介したガス利用機器７０への給電量を制御する。
【００２８】
水供給部４４からの加水量の制御について図２のフローチャートに基づいて説明する。
水分解モジュール３における水の分解量Ａは、例えば、水素圧力容器３１及び／又は酸素圧力容器３３の圧力変化（即ち、水素及び又は酸素の発生量）から求めることができる（図２、ステップ１０１（Ｓ１０１）参照）。
他方、燃料電池２０のドレイン２５に蓄積される水の量は次の様に計算できる。
まず、燃料電池反応による生成水の発生量Ｗfcは、
Ｗfc＝９．３４×１０−８×Ｐe/Ｖc[kg/sec]である。
ここで、Ｐe：出力[W]  Ｖc: セル電圧である。
【００２９】
他方、燃料電池２０では空気排気にともない水分が持ち去られる。その持ち去り量Ｗaは、燃料電池２０へ送り込まれる空気の温度・湿度と排気される空気の温度・湿度、及び供給される空気量に基づき計算できる。
したがって、燃料電池２０のドレイン２５に蓄積される水の量（即ち、供給できる生成水の量）Ｂは
Ｂ＝Ｗfc  −  Ｗaとなる（ステップ１０３）。
運転条件によって燃料電池２０はドライアップすることもあり、ドレイン２５に蓄積される生成水の量は水分解モジュール３で消費された水分量に満たないことがある。
そこで、水分解モジュール３で消費された水分量Ａと供給可能な生成水の量Ｂとの差（Ｃ）を演算し（ステップ１０５）、これを補充するように、制御回路８０は外部水源からのバルブＶ３４を制御して（ステップ１０７）、電解液へ外部水源から水を補給する。
【００３０】
制御回路８０の動作により、理論的には電解液の量は常に一定に保持される。
この実施例では、水分解モジュール３へ水位計５０を設けて電解液槽の水位を測定する（ステップ１０９）。制御回路８０は電解液槽における電解液の水位と所定のしきい値とを比較し（ステップ１１１）、電解液の水位が所定のしきい値範囲外になったとき（ステップ１１１：ＮＯ）、漏水等の異常事態が生じたものとして、アラームを動作させる（ステップ１１３）。
電解槽の水位に基づくフィードバック制御によりこの水位が一定になるようにバルブＶ３４を制御することも可能である。ただし、かかる制御ではシステムにおいて漏水等の異常事態が発生していることの把握が困難になる。
循環ライン４０は熱交換器２１から分離されていてもよい。
【００３１】
次に、図３を参照して、実施例のガス分配制御ユニット７１について説明する。図３に示すように、ガス分配制御ユニット７１は、水素ライン４、酸素ライン６、空気供給ライン３０、都市ガス改質ライン３５、都市ガスライン３６、バルブＶ１０１〜Ｖ１０８、及びこれらのバルブを制御するための制御装置７１１とからなる。本実施例では、水素及び酸素の少なくとも一方を用いるガス利用機器７０として、空調装置７０２、及びガスレンジ（ガス調理器）や給湯器などのガスの燃焼による熱の直接的利用を主目的とする機器（以降、ガス燃焼機器７０３と呼ぶ）を例に挙げて説明するが、ガス利用機器７０はこれらに限られるものではなく、ガス空調設備等も考えられる。なお、燃料電池２０もガス利用機器の一種である。
【００３２】
ガス分配制御ユニット７１において、燃料電池２０に接続する空気供給ライン３０にはバルブＶ１０１が設置されている。水素ライン４は２つに分岐して燃料電池２０とガス燃焼機器７０３にそれぞれ接続されている。水素ライン４の分岐点から燃料電池２０までの間にはバルブＶ１０５が設置され、同分岐点からガス燃焼機器等７０３までの間にはバルブＶ１０６が設置されている。
また、ガス分配制御ユニット７１において、酸素ライン６は３つに分岐して、燃料電池２０、空調装置７０２、ガス燃焼機器７０３にそれぞれ接続している。酸素ライン６の分岐点と、燃料電池２０、空調装置７０２、ガス燃焼機器７０３との間にはそれぞれバルブＶ１０２、Ｖ１０３、Ｖ１０４が設置されている。
ガス分配制御ユニット７１において、都市ガス改質ライン３５は、水素ライン４の分岐点より上流側の水素ライン４に接続されている。都市ガスライン３６は、酸素ライン６の分岐点とガス燃焼機器７０３の間の酸素ライン６に接続されている。
【００３３】
次に、図４を参照して、実施例によるガス分配制御を説明する。通常時、バルブＶ１０１〜Ｖ１０８の開度は、水素圧力容器３１から供給可能な水素の量に基づき燃料電池２０の発電効率を最大化するように制御されている。図４のガス分配制御は、太陽光利用システム１の稼動中、以下に述べる運転モードが切り替えられるたびに、制御装置７１１によって実行される。
【００３４】
図４のフローが開始されると、まずステップ２０１において、燃料電池２０及びガス利用機器７０の運転モードを取得する。この運転モードは、ユーザが生活ニーズに合わせて手動で入力するものとして良い。あるいは、時間帯、季節、気温、天候等に応じて自動的に設定されるものとしても良い。更には、制御装置７１１が学習機能を有し、運転モードに関するユーザの嗜好を学習して、自動的に運転モードを設定するようにしても良い。図４の例においては、給湯優先モード、発電優先モード、疲労回復優先モード、ガス燃焼機器優先モードのうちの一つのモードを選択できるようになっている。また、いずれのモードも選択しないようにすることも可能である。
【００３５】
次にステップ２０３に進み、給湯優先モードが選択されているかどうか判断する。給湯優先モードが選択されていると判断した場合は、ステップ２０５に進み、バルブＶ１０１、バルブＶ１０５の開度をそれぞれ増加させる。このようにバルブＶ１０１の開度を増加させることにより、燃料電池２０に対する空気供給量を増加させる。こうして燃料電池２０の排ガス損失を増加させ、もって、熱交換器２１により得られる温水の量を増加させる。燃料電池２０の排ガス損失を増加させつつ発電量を維持するため、バルブＶ１０５の開度を増加させ、燃料電池２０に対する水素供給量を増加させる。そして、運転モードが変更されるまでステップ２０５にて、この状態を維持する。
【００３６】
ステップ２０３で給湯優先モードが選択されていないと判断した場合はステップ２０７に進み、発電優先モードが選択されているかどうか判断する。発電優先モードが選択されていると判断した場合はステップ２０９に進み、バルブＶ１０２、Ｖ１０５の開度をそれぞれ増加させる。これにより燃料電池２０に供給する水素及び酸素の量を増加させ、燃料電池２０の発電量を増加させる。そして、運転モードが変更されるまでステップ２０９にて、この状態を維持する。
【００３７】
ステップ２０７で発電優先モードが選択されていないと判断した場合はステップ２１１に進み、疲労回復優先モードが選択されているかどうか判断する。疲労回復優先モードが選択されている場合はステップ２１３に進み、バルブＶ１０１、Ｖ１０３、Ｖ１０５の開度をそれぞれ増加させる。このようにバルブＶ１０３の開度を増加させることにより、空調装置７０２に対する酸素の供給量を増加させる。空調装置７０２からは酸素濃度の高められた空調空気が放出されることにより、ユーザの疲労回復に資することができる。なお、燃料電池２０に供給する酸素の不足分を、バルブＶ１０１の開度を増加させ空気供給量を増加させることにより補う。この時、排ガス損失が増加するため、発電量を維持するために、バルブＶ１０５の開度を増加させ、燃料電池２０に対する水素供給量を増加させる。そして、運転モードが変更されるまでステップ２１３にて、この状態を維持する。
【００３８】
ステップ２１１で疲労回復モードが選択されていないと判断した場合はステップ２１５に進み、ガス燃焼機器優先モードが選択されているかどうか判断する。ガス燃焼機器優先モードが選択されていると判断した場合はステップ２１７に進み、バルブＶ１０１、Ｖ１０４、Ｖ１０６の開度を増加させる。このようにバルブＶ１０４、Ｖ１０６の開度を増加させることにより、ガス燃焼機器７０３に対する水素及び酸素の供給量を増やすことができる。こうして、例えば、ガス燃焼機器７０３の一例としてのガスレンジ（ガス調理器）の火力を増すことができる。
ステップ２０５、２０９、２１３、２１７の何れかが終了した場合はステップ２１９に進み、通常時の制御、即ち、水素圧力容器３１から供給可能な水素の量に基づき燃料電池２０の発電効率を最大化する制御を行う。そして、図４の制御を終了する。ステップ２１５でガス燃焼機器優先モードが選択されていないと判断した場合は、そのまま図４の制御を終了する。
【００３９】
上記の各運転モードにおいて燃料電池２０に対する水素供給量が不足する場合には、バルブＶ１０７の開度を増加させることにより、都市ガス改質ライン３５から改質ガスを燃料電池２０に供給することができる。同様に、ガス燃焼機器７０３に対する水素供給量が不足する場合には、バルブＶ１０８の開度を増加させることにより、都市ガスライン３６から都市ガスをガス燃焼機器７０に供給することができる。
上記説明したガス利用機器、運転モード、バルブ操作方法は一例であり、その他の多様なガス利用機器、運転モード、バルブ操作方法が採用可能である。
例えば、上記の実施例では、運転モードを１つのみ選択可能としたが、これに代えて、複数の運転モードを同時に選択できるようにしても良い。この場合は、複数の運転モードによる複数のガス供給要求量に対して、各バルブの開度を比例配分化して制御すれば良い。具体的には、例えば、疲労回復とガス燃焼機器の両方を同時に優先する場合には、空調装置７０２とガス燃焼機器７０３の酸素要求量に比例するように、バルブＶ１０３、Ｖ１０４の開度の増加量を決定すれば良い。
【００４０】
燃料電池２０に代えて、ガスタービン発電機等の発電装置を用いることも可能である。発電装置に都市ガスを直接利用できる場合は、都市ガス改質ライン３５に代えて都市ガスライン３６を用いることもできる。
また、都市ガスライン３６を設けずに、都市ガス改質ライン３５からの改質ガスをガス燃焼機器７０３に対しても供給する構成としても良い。
【００４１】
電極に対する日照度が低下すると、光電極による水分解効率が低下し、水分解モジュール３によって生成される水素の量が不足する場合がある。そのような場合に、バルブＶ１０７、Ｖ１０８の開度を増加させ、都市ガス改質ガスや都市ガスの供給量を増加させるようにしても良い。その場合、日照度に応じてバルブＶ１０７、Ｖ１０８の開度を調節するようにしても良い。
逆に、日照度が高い場合や、燃料電池２０やガス利用機器７０を使用しない場合に、水分解モジュール３で生成した水素や酸素が余剰となる場合は、水素圧力容器３１、水素容器３２、及び酸素圧力容器３３にてそれぞれ貯蔵すれば良い。
上記実施例では、電極間に電圧を印加する電源を接続した場合について説明したが、太陽光エネルギーのみで水を水素と酸素に分解できる光半導体触媒を用いれば、電源を接続する必要は無い。
【００４２】
また、本発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１  太陽光利用システム
３  水分解モジュール（水分解部）
２０  燃料電池（ガス利用機器、発電装置）
２１  熱交換器
３１  水素圧力容器
３３  酸素圧力容器
３５、３６  圧力計
Ｖ３４  バルブ（加水バルブ）
４０  循環ライン
４１  循環ポンプ
４４  水供給部
５０  水位計
６０  日照度計
７０  ガス利用機器
７１  ガス分配制御ユニット（ガス供給部）
８０  制御回路
８１  外部電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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