(57)【要約】【課題】水素ガスおよび酸素ガスの安定供給を可能とする。【解決手段】水電解装置は、水電解槽11に直流電力を供給する太陽電池12と、系統電源13の交流電力を直流電力に変換して水電解槽11に直流電力を供給する整流器14とを備えている。太陽電池12および整流器14からの直流電力の供給が、同時または個別になしうるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水電解槽に直流電力を供給する太陽電池と、系統電源の交流電力を直流電力に変換して水電解槽に直流電力を供給する整流器とを備えており、太陽電池および整流器からの直流電力の供給が、同時または個別になしうるように構成されている水電解装置。
【請求項２】
太陽電池からの電流量を測定する計測器と、あらかじめ必要な水素発生量に基づいて設定した一定あるいは任意の設定値から計測器の計測値を減じた値が整流器からの電流量と等しくなるように整流器を制御する制御手段とを備えている請求項１に記載の水電解装置。
【請求項３】
水電解槽および太陽電池間に逆流防止用ダイオードが設置されている請求項１または２に記載の水電解装置。
【請求項４】
水電解槽および太陽電池間に電磁開閉器が設置されている請求項１〜３のいずれかに記載の水電解装置。
【請求項５】
制御手段によって、計測器の計測値が設定値未満である場合に、整流器が整流され、計測器の計測値が設定値以上である場合に、整流器が整流されないように構成されている請求項４に記載の水電解装置。
【請求項６】
電解槽の電圧を常時測定する計測器を有し、計測した電圧が太陽電池の開放電圧を超えた場合に信号を発生するとともに、電磁開閉器をＯＦＦとする請求項４または５に記載の水電解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水電解槽を用いて、水素ガスおよび酸素ガスを製造するための水電解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の水電解装置としては、水電解槽と、水電解槽に直流電力を供給する太陽電池とを備えているものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
上記水電解装置においては、太陽電池は、太陽光の強弱によって出力が変動するため、水素ガスおよび酸素ガスの発生量が変動する。そのため、供給量の安定した予測を必要とする生産設備等に利用することが困難であった。
【特許文献１】特開昭５９−１７９７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明の目的は、水素ガスおよび酸素ガスの安定供給を可能とする水電解装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明による水電解装置は、水電解槽に直流電力を供給する太陽電池と、系統電源の交流電力を直流電力に変換して水電解槽に直流電力を供給する整流器とを備えており、太陽電池および整流器からの直流電力の供給が、同時または個別になしうるように構成されているものである。
【０００６】
この発明による水電解装置では、日射強度が強く太陽電池の発電量が充分であれば、水電解槽に太陽電池のみから電力を供給することも可能であり、日射強度が弱く太陽電池の発電量が不足すれば、水電解槽に太陽電池および整流器の双方から電力を供給し、夜間等の太陽電池の発電が期待できないときは、水電解槽に整流器のみから電力を供給する。したがって、水素ガスおよび酸素ガスの安定供給が可能となる。
【０００７】
さらに、水電解装置に、太陽電池からの電流量を測定する計測器と、あらかじめ必要な水素発生量に基づいて設定した一定あるいは任意の設定値から計測器の計測値を減じた値が整流器からの電流量と等しくなるように整流器を制御する制御手段とが備わっていると、太陽電池発電量の大小に関わらずあらかじめ設定した一定の量の水素を水電解槽より発生させることができる。
【０００８】
また、水電解槽および太陽電池間に逆流防止用ダイオードが設置されていると、整流器からの電力が太陽電池に逆流することが防止できる。もし仮に、電力が太陽電池に逆流すると、太陽電池が発熱する恐れがある。
【０００９】
また、水電解槽および太陽電池間に電磁開閉器が設置されていると、計測器の計測値が設定値以上である場合に、電磁開閉器をＯＦＦにして、設定値の電流を電解槽に供給するとともに設定値を超えた分の電流を電解槽に供給しないようにし、計測器の計測値が設定値未満である場合に、電磁開閉器をＯＮにして設定値以下の電流を電解槽に供給することで、電解槽を過電流から保護することができる。
【００１０】
また、制御手段によって、計測器の計測値が設定値未満である場合に、整流器が整流され、計測器の計測値が設定値以上である場合に、整流器が整流されないように構成されていると、太陽電池の発電量の大小に関わりなく、一定の電力を水電解槽に供給することができる。
【００１１】
また、電解槽の電圧を常時測定する計測器を有し、計測した電圧が太陽電池の開放電圧を超えた場合に信号を発生するとともに、電磁開閉器をＯＦＦとすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、太陽電池を電力源として使用する水電解槽において、水素ガスおよび酸素ガスの安定供給を可能とする水電解装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の実施の形態を図面を参照しながらつぎに説明する。
【００１４】
図１を参照すると、水電解装置は、水電解槽11と、水電解槽11に直流電力を供給する太陽電池12と、発電所等からの系統電源13の交流電力を直流電力に変換して水電解槽11に供給する整流器14とを備えている。
【００１５】
水電解槽11は、固体高分子膜を用いて水を電解し、陽極に酸素を、陰極に水素を発生させる複極式のものである。太陽電池12は、水電解槽11と第１回路21によって直列に接続されている。整流器14は、水電解槽11と第２回路22によって直列に接続されるとともに、太陽電池12とは並列に接続されている。第１回路21の、水電解槽11および太陽電池12間に、逆流防止用ダイオード23、計測器24および電磁開閉器37が設置されている。計測器24の計測値は、制御装置26へ送られる。制御装置26は、整流器14および電磁開閉器37を制御する。
【００１６】
太陽電池モジュールの電流−電圧特性において出力が最大となる電圧は、水電解セルのセル数×１．６以上、セル数×２．４以下であることが好ましい。セル数×１．６未満である場合、太陽電池12の持つ最大出力に対して、例えば、８０％しか出力されない条件で使用することになり、経済的でない。セル数×２．４を超えた場合、セル数×１．６未満の場合と同様の作用となるか、あるいは太陽電池12の開放電圧を超えた場合、全く出力しないことがある。
【００１７】
図２に、水電解槽11およびこれの周辺機器が示されている。水電解槽11の陽極で発生した酸素は、酸素気液分離器31へ送られて、気液分離され、その陰極で発生した水素は、水素気液分離器32へ送られて、気液分離される。気液分離された分離水は、水循環ライン33を通じて循環ポンプ34によって水電解槽11に戻される。酸素気液分離器31には、純水が純水タンク35から供給ポンプ36によって供給される。
【００１８】
制御装置26は、図３に示すように、計測器24の計測値を設定値と比較し、その差分を算出する比較手段41と、比較手段41から送られてきた差分信号に基づいて、整流器14の出力を指令する指令信号を出力する指令手段42とを備えている。
【００１９】
計測器24の計測値を設定値と比較し、設定値以上であれば、電磁開閉器37をＯＦＦにして、設定値の電流を電解槽11に送るようにし、計測値が設定値未満であれば、電磁開閉器37をＯＮにして設定値以下の電流を電解槽11に送る。このようにして、電解槽11を過電流から保護している。
【００２０】
図４に、太陽電池12の発電量を運転時間とともに示すグラフが示されている。グラフ中、ハッチングを施した部分が太陽電池12の発電量を示している。太陽光の日射強度によっては、発電量が設定値Ｃに達しない、換言すれば、不足することがある。グラフ中、その不足部分を白抜きにしてあるが、その部分を系統電源13からの電力で補ってやれば、水電解槽11には、常時、設定した電力が送られることになる。
【００２１】
太陽電池12で発電された電力は、計測器24でリアルタイムで計測され、その計測値は制御装置26へ送られる。制御装置26へ送られた計測値は、比較手段41によって設定値Ｃと比較され、その差分が算出される。
【００２２】
その差分がゼロの場合、すなわち、太陽電池12で発電された電力が設定値Ｃに等しい場合、水電解槽11に送るために必要な電力は、太陽電池12の発電量だけでまかなえるため、整流器14の出力はゼロとするように、指令手段42は、指令信号を出力する。
【００２３】
その差分が生じた場合、すなわち、太陽電池12で発電された電力が設定値Ｃより小さい場合、水電解槽11に送るために必要な電力は、太陽電池12の発電量だけでは不足し、その不足分を系統電源13からの電力で補ってやる必要がある。この場合、整流器14がその不足分の電力を出力するように、指令手段42は、指令信号を出力する。
【００２４】
このようにして、水電解槽11に予め設定した一定の電力を供給することにより、水電解槽11から一定量の水素および酸素を発生させることができる。
【００２５】
以上、太陽電池12を利用している例について説明したが、太陽電池12に代わり、直流電流を出力できる風力発電機または水力発電機を利用するようしても良い。
【００２６】
さらに、太陽電池12と、風力発電機または水力発電機の少なくともいずれか一方とを組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明による水電解装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】同水電解装置の水電解槽およびその周辺機器の構成を示すブロック図である。
【図３】同水電解装置の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】同水電解装置の太陽電池の運転状態を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
11  水電解槽
12  太陽電池
13  系統電源
14  整流器
37  電磁開閉器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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