(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力発電所，火力発電所，工場等に付設の冷却水排水路或いは水力発電所における使用済み水を放水する排水路等の排水路内の川床上に，水車カプセル型水力発電装置をアンカーにより固定配設して，排水エネルギーを電気エネルギーに変換し、その得られた電力を地上の受電設備を介して分岐接続型電気分解槽に通電して水の電気分解により水素と酸素を発生せしめるとともに、発生した水素と酸素を，夫々圧縮装置を介して水素貯蔵装置と酸素貯蔵装置とに送り該部に貯蔵せしめるようになした水素，酸素発生のシステム系統を具備しており、前記水車カプセル型水力発電装置は、カプセル内に排水路内を流れる流水を通すための導水管を有し，この導水管は前端部と後端部とその間に接続配置される中間部とに分割されており、導水管中間部としては、排水路内を流れる排水の激流を停止することなくその川床上に容易，安全，安定して水力発電装置を固定配設せしめるべく内部にプロペラ水車を組み込まないものと電力を得るために内部に直流発電機と連携接続するプロペラ水車を組み込んだものとが用意されており、前記分岐接続型電気分解槽は、発生した水素と酸素の混合による純度と発生効率の低下を防止するべく，電解槽を酸素発生の陽極槽と水素発生の陰極槽とに分離して形成し，陽極槽と陰極槽はその底部外面において連通管を介して接続せしめ，その連通管の中間部に高分子膜の隔膜を配設するとともに、陽極槽は連通管を介して清水供給の給水タンクに接続して電気分解槽と給水タンクの水面を常時一定水位に保持せしめるようになしたことを特徴とする排水エネルギー利用の水素，酸素発生システム。
【請求項２】
水車カプセル型水力発電装置として、カプセル内に制水ゲートを有する導水管を複数本配設して，その各導水管の前端部と後端部との中間に夫々直流発電機と連携接続するプロペラ水車を内部に組み込んだ導水管中間部を接続せしめたものを用いたことを特徴とする請求項１記載の排水エネルギー利用の水素，酸素発生システム。
【請求項３】
水車カプセル型水力発電装置として、カプセル上部両横外面に90度の角度で折曲可能に水平に突出させた翼板下面に，制水ゲートを有する補助導水管内に補助交流発電機と連携接続するプロペラ水車を組み込んだ補助カプセルを取り付け配設したものを用いたことを特徴とする請求項１又は２記載の排水エネルギー利用の水素，酸素発生システム。
【請求項４】
水力発電装置のプロペラ水車として、排水の流速の変化に拘らず水車の回転数を常時一定に維持せしめるべく，導水管前端部内の制水ゲートと水車のプロペラとの間に配設したセンサによりプロペラに掛かる排水の流速の変化を検出し，その検出データを制御手段に送り，制御手段からの指令に基づき油圧モータ等のサーボモータを介して流速の変化に対応してプロペラの流水に対する対面角度を適切に調整する可変ピッチペラ構造のものを用いたことを特徴とする請求項１，２又は３記載の排水エネルギー利用の水素，酸素発生システム。
【請求項５】
制水ゲートとして、導水管の前端部及び後端部内において，導水管内で９０度の角度で切り替え回転して導水管内の流水路の開閉を行う円盤回転扉型ゲートを用いたことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の排水エネルギー利用の水素，酸素発生システム。
【請求項６】
水力発電装置を搭載するカプセルとして、流水抵抗を軽減するべく，外観形状を涙滴型若しくは流線形型となしたものを用いたことを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の排水エネルギー利用の水素，酸素発生システム。
【請求項７】
水力発電装置の排水路内川床上面への固定配設手段として、水力発電装置を搭載するカプセルを川床上面に固定するアンカーのカプセル底面側基端部外面に，カプセル内への漏水防止とカプセルへの衝撃吸収を図るべく，円錐台筒型若しくは円筒形状の硬質ゴム製止水キャットを川床面に密着する状態で嵌着せしめたものを用いたことを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６記載の排水エネルギー利用の水素，酸素発生システム。
【請求項８】
水力発電装置の排水路内川床上面への固定配設手段として、アンカーとして先端部にスクリューオーガを設け内部にセメントミルクを注入せしめ得るアンカーパイプを用いたことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６又は７記載の排水エネルギー利用の水素，酸素発生システム。
【請求項９】
分岐接続型電気分解槽の陽極槽と陰極槽内に配設する電極として、丸棒状の単位電極複数本を各電極棒間に僅かな間隙を配して円形状に束ねて多芯極となした多芯電極を用いたことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７又は８記載の排水エネルギー利用の水素，酸素発生システム。
【請求項１０】
分岐接続型電気分解槽として、夫々底面外部において連通管を介して接続する複数本の陽極槽と陰極槽とを夫々酸素圧縮装置と水素圧縮装置への導出配管に制御バルブを介して並列接続せしめた多槽式電解槽を用いたことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７，８又は９記載の排水エネルギー利用の水素，酸素発生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々の産業上日々相当な流量で排出されながら活用されておらず資源的にも比較的豊富な排水エネルギーを，水力発電装置と水の電気分解槽の構造に格別な工夫を施すことで有効に利用して，安定した効率的な発電をなし，得られた電力で水の電気分解により水素と酸素を大量に安定して効率的に発生することができるとともに，発生した水素は燃料電池やロケット，ジェット機の燃料用として，酸素は汚水，汚物処理等の殺菌用，医療用その他の工業用として有効に使用することができ，しかも地球環境に悪影響を及ぼさず無公害でクリーンな排水エネルギー利用の水素，酸素発生システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年において，永い間動力源としてのエネルギーの主流を占めてきた石油，天然ガス等の化石燃料が近未来に枯渇する問題と，この化石燃料の燃焼がもたらす二酸化炭素や窒素酸化物等の有害な排出ガスによる地球環境破壊の問題とから、無公害でクリーンな代替エネルギーの開発が強く叫ばれ、燃焼してもクリーンで斯かる有害な排出ガスを発生しない水素がその有力な代替エネルギーとして注目されている。
斯かる観点から，風力，水力，太陽光等のクリーンな自然エネルギー等を利用して得られた電力を用いて水を電気分解させて水素を発生させエネルギーとして活用するという方法が種々検討されており、例えば特許文献１，２，３に記載の技術がある。
【特許文献１】特開平４−９２３７４号公報
【特許文献２】特開２００１−１３０９０１号公報
【特許文献３】特開２００３−１７０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
水力や風力等のクリーンな自然エネルギーを利用して得た電力を用いて水を電気分解させて水素と酸素を発生させるといっても，それだけでは単に一般的に知られている概念を示しているに過ぎず，水素や酸素を大量に安定して効率良く発生させ実用化を図るためには、水力エネルギー等の自然エネルギーをどのように有効に活用するのか，そしてそれに基づいて電力を得るための水力発電装置と水を電気分解させる電解槽の具体的構造とに格別な配慮をなす必要がある。
前記の従来技術においては、河川水等に小容量の水力発電装置を設置して電力を得るとするが、この場合には天候等により流水量が一定せず，水力発電装置の河川水等に対する設置方法や水力発電装置の具体的構造が不明であるため、水力エネルギーの有効活用により安定して効率的に電力が得られるのか不明である。  また，電解槽としては、一般的な単一の電解槽内を高分子膜等の隔膜により二分してその同一電解槽より水素と酸素を発生させ外部へ取り出すものを用いているため，電解槽内で発生し外部へ取り出されるまでの過程において水素と酸素が混合するおそれが多分にあり，純度の高い水素と酸素を大量に安定して効率的に発生させる面において難点がある。  従って前記従来技術においては、斯かる面において実用性に些か乏しいきらいがある。
【０００４】
本発明は、斯かる従来技術が抱える課題を解消することを目的とする。  即ち，水力エネルギーとして，原子力発電所，火力発電所，工場等に付設の冷却水排水路あるいは水力発電所における使用済みの水を放水する排水路等の種々の産業上日々相当な流量で排出されながら活用されていない排水エネルギーに着目し、これに接続配設する水力発電装置と水の電気分解槽の具体的構造に格別な工夫を施すことにより、その排水路内を流れる排水の激流を止めることなくその川床上に容易，安全に安定して水力発電装置を固定配設することができ常時安定した効率的な発電をなすことができるとともに、格別な構造の電気分解槽により純度の高い水素と酸素を大量に安定して効率的に発生させることができ、もって実用性に富んだ排水エネルギー利用の水素，酸素発生システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記の課題を解決するために本発明は、特許請求の範囲に記載の次の手段を採っている。
【０００６】
請求項１に係る発明においては、平素活用されていない水力エネルギーの有効利用を図り，安定し，効率的な電力の供給と水素及び酸素の発生を得るために、水力エネルギーの選定とそれに設置する水力発電装置の構造とそれに接続する電気分解槽の構造とに次の如き格別な工夫を施している。
【０００７】
先ず第1に，水素，酸素を発生する全体的なシステム系統としては、原子力発電所，火力発電所，工場等に付設の冷却水排水路或いは水力発電所における使用済み水を放水する排水路等の排水路内の川床上に，水車カプセル型水力発電装置をアンカーにより固定配設して，排水エネルギーを電気エネルギーに変換し、その得られた電力を地上の受電設備を介して分岐接続型電気分解槽に通電して水の電気分解により水素と酸素を発生せしめるとともに、発生した水素と酸素を，夫々圧縮装置を介して水素貯蔵装置と酸素貯蔵装置とに送り該部に貯蔵せしめるようになしたことを特徴とする。
原子力発電所，火力発電所，工場等に付設の冷却水排水路或いは水力発電所における使用済み水を放水する排水路等を流れる排水は、日々相当な流量で排出されながら平素活用されておらず、資源的にも比較的豊富でクリーンな水力エネルギーであり、これら日頃放出されたままの排水エネルギーを有効に活用して，安定した効率的な発電をなすことができる。
【０００８】
第２に，前記排水路内の川床上に固定設置して電力を得る水車カプセル型水力発電装置としては、排水路内を流れる排水の激流を停止することなくその川床上に容易，安全，安定して水力発電装置を固定配設せしめるべく，カプセル内の制水ゲートを有する導水管前端部と後端部との中間に，内部にプロペラ水車を有しない導水管中間部と内部にプロペラ水車を組み込んだ導水管中間部とを切り替え接続自在となし，プロペラ水車と直流発電機を連携接続せしめてなることを特徴とする。
水車カプセル型水力発電装置の組み立て設置時に，先ず制水ゲートを開け導水管の中間にプロペラ水車を組み込んでいない空の導水管中間部を接続してカプセルの導水管内に排水を通した状態で，カプセルをアンカーにて排水路の川床上に固定設置した後，制水ゲートを閉じ導水管の中間にプロペラ水車を組み込んだ導水管中間部と切り替え接続することにより、カプセルに対する排水の激流による流水抵抗と浮力抵抗を軽減してカプセルを容易に，安全に，安定して固定設置することができ，もって豊富な流量を誇る前記排水路を流れる排水エネルギーを有効に活用して電力を安定して効率的に得ることができる。
【０００９】
第３に，水力発電装置より直流電力の供給を受け水の電気分解により水素と酸素を発生させる分岐接続型電解槽としては、発生した水素と酸素の混合による純度と発生効率の低下を防止するべく，電解槽を酸素発生の陽極槽と水素発生の陰極槽とに分離して形成し，陽極槽と陰極槽はその底部外面において連通管を介して接続せしめ，その連通管の中間部に高分子膜の隔膜を配設するとともに、陽極槽は連通管を介して清水供給の給水タンクに接続して電気分解槽と給水タンクの水面を常時一定水位に保持せしめるようになしたことを特徴とする。  発生した水素と酸素は夫々分離した陰極槽と陽極槽より隔離して別々に取り出されるので、水素と酸素の混合による純度の低下と発生効率の低下が防止される。  陽極槽と陰極槽を底面外部において接続する連通管の中間部には、高分子膜の隔膜が配されているので、電解溶液を使用する必要がなく、清水により安定して活発に電気分解を行うことができる。
【００１０】
請求項２に係る発明においては、前記水車カプセル型水力発電装置として、カプセル内に制水ゲートを有する導水管を複数本配設して，その各導水管の前端部と後端部との中間に夫々直流発電機と連携接続するプロペラ水車を内部に組み込んだ導水管中間部を接続せしめたものを用いたことを特徴とする。  カプセル内に複数基のプロペラ水車と直流発電機が組み込まれているので、排水エネルギーを一層有効に活用し効率良く安定した発電をなすことができる。
【００１１】
請求項３に係る発明においては、前記水車カプセル型水力発電装置として、カプセル上部両横外面に90度の角度で折曲可能に水平に突出させた翼板下面に，制水ゲートを有する補助導水管内に補助交流発電機と連携接続するプロペラ水車を組み込んだ補助カプセルを取り付け配設したものを用いたことを特徴とする。排水路の流水内にカプセル内にプロペラ水車と直流発電機を組み込んだ水力発電装置を固定設置することにより、カプセル上部両横外面は流速が増大されており、該部にプロペラ水車と連携接続する補助交流発電機を搭載することにより、その発電にて構内での使用電力を賄うことができる。カプセル上部の翼板の９０度折曲により補助発電装置を水面上に露出させることができ、そのメンテナンスが容易となる。
【００１２】
請求項４に係る発明においては、前記水力発電装置のプロペラ水車として、排水の流速の変化に拘らず水車の回転数を常時一定に維持せしめるべく，導水管前端部内の制水ゲートと水車のプロペラとの間に配設したセンサによりプロペラに掛かる排水の流速の変化を検出し，その検出データを制御手段に送り，制御手段からの指令に基づき油圧モータ等のサーボモータを介して流速の変化に対応してプロペラの流水に対する対面角度を適切に調整する可変ピッチペラ構造のものを用いたことを特徴とする。  プロペラ水車は、汐の干満等による排水路内の流速の変化に拘らず常に回転数を一定に維持することができるので、一層安定した効率的な発電をなすことができる。
【００１３】
請求項５に係る発明においては、前記制水ゲートとして、導水管の前端部及び後端部内において，導水管内で９０度の角度で切り替え回転して導水管内の流水路の開閉を行う円盤回転扉型ゲートを用いたことを特徴とする。  制水ゲートとしては、上下，左右にスライド或いは開閉する方式のものでも差し支えないが、導水管内で回転する円盤回転扉型方式となすことにより、ゲートの開閉動作に場所を取らず、ゲートを開いたときにゲートの存在により導水管内でその両脇を流れる排水の流水路を狭めて流速が増大し、その結果導水管内のキャビテーションを小さくすることができ、プロペラ水車の効率アップに寄与することが期待される。
【００１４】
請求項６に係る発明においては、前記水力発電装置を搭載するカプセルとして、流水抵抗を軽減するべく，外観形状を涙滴型若しくは流線形型となしたものを用いたことを特徴とする。  暴風雨時等の流水量や流速の増大するときにも，水力発電装置を流水内に一層安定して配設しておくことができ、耐久性も良好である。
【００１５】
請求項７に係る発明においては、前記水力発電装置の排水路内川床上面への固定配設手段として、水力発電装置を搭載するカプセルを川床上面に固定するアンカーのカプセル底面側基端部外面に，カプセル内への漏水防止とカプセルへの衝撃吸収を図るべく，円錐台筒型若しくは円筒形状の硬質ゴム製止水キャットを川床面に密着する状態で嵌着せしめたものを用いたことを特徴とする。
【００１６】
請求項８に係る発明においては、前記水力発電装置の排水路内川床上面への固定配設手段として、パイプ先端部に設けたスクリューオーガにてアンカーパイプを川床コンクリート内に掘進させながら圧入せしめ，パイプ基端部よりセメントミルクを注入してその硬化により水力発電装置搭載のカプセルの川床への安定固定を図るものを用いたことを特徴とする。  カプセル型水力発電装置の設置を円滑，容易，安定して行うことができ、川床面よりの引き抜き応力が増大して排水の激流にも耐えることができ、耐久性も一層良好となる。
【００１７】
請求項９に係る発明においては、前記分岐接続型電気分解槽の陽極槽と陰極槽内に配設する電極として、丸棒状の単位電極複数本を各電極棒間に僅かな間隙を配して円形状に束ねて多芯極となした多芯電極を用いたことを特徴とする。  電極の表面積が増大し水素と酸素の発生効率を一層高揚させることができる。
【００１８】
請求項１０に係る発明においては、前記分岐接続型電気分解槽として、夫々底面外部において連通管を介して接続する複数本の陽極槽と陰極槽とを夫々酸素圧縮装置と水素圧縮装置への導出配管に制御バルブを介して並列接続せしめた多槽式電解槽を用いたことを特徴とする。  水素と酸素の発生効率の更なる高揚化を図ることができるとともに、全体の操業を止めることなく部分的なメンテナンスを随時行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、上記の構成となしたので、上述の従来技術の抱える難点を解消して以下に示す特有の効果を奏し、極めて実用性に富んだ排水エネルギー利用の水素，酸素発生システムを提供することができる。
【００２０】
請求項１に係る発明においては、次の効果を奏する。
(1)  カプセル内の導水管に直流発電機と連携接続するプロペラ水車を組み込んだ水車カプセル型水力発電装置は、排水の激流が流れる排水路内の川床上にアンカーにて安定して固定設置されて駆動する。  この水力発電装置を設置する排水路としては、原子力発電所，火力発電所，工場等に付設の冷却水排水路或いは水力発電所における使用済み水を放水する排水路等の排水路を用いる。これらの排水路を流れる排水エネルギーは、日々相当な流量で排出されながら活用されていないクリーンな水力エネルギーでる。  従って本発明は、降雨量等天候の変化に関係がなく，斯かる日頃放出されたままで活用されていない比較的豊富でクリーン排水エネルギーを有効に活用して安定した効率的な発電をなすことができ、省エネルギーと環境破壊の防止にも寄与することができる。
(2)  水車カプセル型水力発電装置は、その組み立て設置時においては、導水管の中間部にプロペラ水車を組み込まない導水管中間部を接続し制水ゲートを開けてカプセル内の導水管内に流水を通した状態で，排水路内川床上にアンカーにて固定配設される。  従ってカプセルは流水による流水抵抗と浮力抵抗を軽減させることができ、排水の激流内においてもその流れを止めることなく川床への容易，安全，安定した設置が可能となり、その設置に際し原子力発電所の排水等の操業に支障を来たすような不都合はない。  発電装置のアンカーを介した排水路内川床上への固定配設により、暴風雨等の流水量や流速並びに抵抗の増大にも対応し、耐久性も良好である。
(3)  水の電気分解槽は、底部外面において中間部に高分子膜の隔膜を配した連通管を介して接続する水素発生用の陰極槽と酸素発生用の陽極槽とに分離して形成された分岐接続型電解槽を用いており、水素と酸素は夫々陰極層と陽極槽とで別々に発生し外部へ導出される。  そのため水素と酸素はその発生から外部への導出の過程において混合し，純度と発生効率が低下するということがなく、純度の高い水素と酸素を大量に安定して効率的に発生し導出させることができる。
また，高分子隔膜の使用により、電解質溶液の使用を必要とせず、清水により安定した活発な水の電気分解をなすことができる。
(4)  本発明は以上により、水力発電装置と水の電気分解槽たる水素，酸素の発生装置の構造に格別な工夫をなすことで、平素放出されたまま活用されていない比較的豊富な水力エネルギーを有効に活用して省エネルギーを図りながら，大量に安定し効率的な発電と純度の高い水素，酸素の発生をなし，夫々水素は燃料電池やロケット，ジェット機の燃料として，酸素は汚水，汚物の処理等殺菌用，医療用その他の工業用として有効に使用することができ、極めて実用性に富むとともに環境破壊防止にも寄与することができ、産業上有益である。
【００２１】
請求項２に係る発明においては、カプセル内にプロペラ水車に直流発電機を連携接続させた水力発電装置を複数基搭載させているので、一層排水エネルギーの有効利用と発電効率の高揚を図ることができる。
【００２２】
請求項３に係る発明においては、カプセルを排水路の流水内に固定配設せしめることにより流速が増大するカプセル上部の両横に張り出した翼板を介して補助発電機を搭載したので、これによって得られる電力でシステムの構内使用電力を賄うことができ経済的である。  補助発電機搭載の翼板は９０度の範囲で折りたたみ自在となっているので、補助発電機のメンテナンスが容易となる。
【００２３】
請求項４に係る発明においては、排水路内を流れる排水の流速が汐の干満等により影響を受けて変化した場合，水車のプロペラに掛かる排水の流速の変化をセンサにて検出し，その検出データに基づき制御手段と油圧モータ等のサーボモータを介して流速の変化に対応して流水に対するプロペラの対面角度を適切に調整してプロペラの回転数を流速の変化に拘らず常に一定に維持せしめる可変ピッチぺラ構造の水車を採用しており、発電出力の一層の安定化を図ることができる。
【００２４】
請求項５に係る発明においては、導水管内で９０度の角度で切り替え回転して導水管内の流水路の開閉を行う円盤回転扉型制水ゲートの採用により、ゲートの開閉動作に場所を取らず、ゲートを開いたときにゲートの存在により導水管内でその両脇を流れる排水の流水路を狭めて流速が増大し、その結果導水管内のキャビテーションを小さくすることができ、プロペラ水車の効率アップに寄与することが期待される。
【００２５】
請求項６に係る発明においては、水力発電装置を搭載するカプセルとして、外観形状を涙滴型若しくは流線形型となしたものを用いているので、暴風雨時等の流水量や流速の増大するときにも，カプセルに掛かる流水抵抗が軽減され，水力発電装置を流水内に一層安定して配設しておくことができ、耐久性も良好である。
【００２６】
請求項７に係る発明においては、水力発電装置を搭載するカプセルを排水路内川床上面に固定するアンカーのカプセル底面側基端部外面に，円錐台筒形状若しくは円筒形状の硬質ゴム製止水キャットを川床面に密着する状態で嵌着せしめたものを用いているので、カプセル内への漏水防止とカプセルへの流水や川床面からの衝撃吸収を的確に図ることができ、水力発電装置を搭載するカプセルの一層の安定設置をなすことができる。
【００２７】
請求項８に係る発明においては、水力発電装置の排水路内川床上面への固定配設手段として、パイプ先端部に設けたスクリューオーガにてアンカーパイプを川床コンクリート内に掘進させながら圧入せしめ，パイプ基端部よりセメントミルクを注入してその硬化により水力発電装置搭載のカプセルの川床への固定を図るようになしたので、カプセル型水力発電装置の固定設置を円滑，容易，安定して行うことができ，川床面よりの引き抜き応力が増大して排水の激流にも耐えることができ，耐久性も一層良好となる。
【００２８】
請求項９に係る発明においては、前記分岐接続型電気分解槽の陽極槽と陰極槽内に配設する電極として、丸棒状の単位電極複数本を各電極棒間に僅かな間隙を配して円形状に束ねて多芯極となした多芯電極を用いたので、電極の表面積が増大し水素と酸素の発生効率を高揚させることができる。
【００２９】
請求項１０に係る発明においては、前記分岐接続型電気分解槽として、夫々底面外部において連通管を介して接続する複数本の陽極槽と陰極槽とを夫々酸素圧縮装置と水素圧縮装置への導出配管に制御バルブを介して並列接続せしめた多槽式電解槽を用いたので、水素と酸素の発生効率の高揚化を図ることができるとともに、全体の操業を止めることなく部分的なメンテナンスを随時行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
水素，酸素発生のシステム系統としては、日々相当な流量で排出されながら排出されたままで活用されておらず資源的にも比較的豊富な水力エネルギーを備えている，原子力発電所，火力発電所，工場等に付設の排水路或いは水力発電所における使用済み水を放水する排水路等の排水路内の川床上に，その排水の流れを止めることなく水車カプセル型水力発電装置をアンカーにより固定配設して，該発電装置により排水エネルギーを電気エネルギーに変換し、その得られた電力を地上の受電設備を介して分岐接続型電気分解槽に通電して水の電気分解により水素と酸素を発生せしめ、発生した水素と酸素を，夫々圧縮装置を介して水素貯蔵装置と酸素貯蔵装置とに送り該部に貯蔵せしめて利用に供するようになしたものである。
水素は、燃料電池やロケット，ジェット機関の燃料として，酸素は、汚水，汚物の処理等殺菌用，医療用その他の工業用として有効に使用する。
【００３１】
前記水車カプセル型水力発電装置は、排水路内を流れる排水の激流を停止することなくその川床上に容易，安全，安定して水力発電装置を固定配設せしめるべく，カプセル内の制水ゲートを有する導水管前端部と後端部との中間に，内部にプロペラ水車を有しない導水管中間部と内部にプロペラ水車を組み込んだ導水管中間部とを切り替え接続自在となし，プロペラ水車と直流発電機を連携接続せしめてなるものである。  この水車カプセル型水力発電装置は、その組み立て設置時においては、導水管の中間部にプロペラ水車を組み込まない導水管中間部を接続し制水ゲートを開けてカプセル内の導水管内に流水を通した状態で，排水路内川床上にアンカーにて固定配設される。  従ってカプセルは流水による流水抵抗と浮力抵抗を軽減させることができ、排水の激流内においてもその流れを止めることなく川床への容易，安全，安定した設置が可能となり、その設置に際し原子力発電所の排水等の操業に支障を来たすような不都合はない。  発電装置のアンカーを介した排水路内川床上への固定配設により、暴風雨等の流水量や流速並びに抵抗の増大にも対応し、耐久性も良好である。
排水路の川幅に応じてカプセル内に，導水管内に直流発電機と連携接続するプロペラ水車を組み込んだ水力発電装置を水平方向に複数基並列配設させた形態をとり、一層安定した効率的な発電を図るようになす。  カプセルの上部両横で，９０度の角度で折りたたみ可能に水平方向に突出させた翼板の下面に，導水管内にプロペラ水車を組み込み交流発電機と連携接続させた補助発電装置を搭載してなる補助カプセルを配設しており、補助発電装置にて得られた電力によりシステム系統構内で使用する電力の供給を賄う。  翼板をカプセル上部の側に向かって９０度折曲して折りたたむと，補助カプセルが水面上に位置する状態となるので、その保守点検を容易に行うことができる。  導水管内に配設するプロペラ水車は、排水の流速の変化に拘らず水車の回転数を常時一定に維持せしめるべく，導水管前端部内の制水ゲートと水車のプロペラとの間に配設したセンサによりプロペラに掛かる排水の流速の変化を検出し，その検出データを制御手段に送り，制御手段からの指令に基づき油圧モータ等のサーボモータを介して流速の変化に対応してプロペラの流水に対する対面角度を適切に調整する可変ピッチペラ構造のものを用いている。  従ってプロペラ水車は、汐の干満等による排水路内の流速の変化に拘らず常に回転数を一定に維持することができるので、一層安定した効率的な発電をなすことができる。  前記制水ゲートとしては、導水管の前端部及び後端部内において，導水管内で９０度の角度で切り替え回転して導水管内の流水路の開閉を行う円盤回転扉型ゲートを用いており、これによってゲートの開閉動作に場所を取らず、ゲートを開いたときにゲートの存在により導水管内でその両脇を流れる排水の流水路を狭めて流速が増大し、その結果導水管内のキャビテーションを小さくすることができ、プロペラ水車の効率アップに寄与することが期待される。  前記水力発電装置を搭載するカプセルとして、外観形状を涙滴型若しくは流線形型となしており、これによって流水抵抗が軽減され暴風雨時等の流水量や流速の増大するときにも，水力発電装置を流水内に一層安定して配設しておくことができ、耐久性も良好である。  前記水力発電装置を排水路内川床上面へアンカーにて固定配設する場合には、アンカーのカプセル底面側基端部外面に，円錐台筒型若しくは円筒形状の硬質ゴム製止水キャットを川床面に密着する状態で嵌着せしめて行っており、この止水キャットによりカプセル内への漏水防止とカプセルへの衝撃吸収が図られる。  また前記水力発電装置の排水路内川床上面への固定配設は、パイプ先端部に設けたスクリューオーガにてアンカーパイプを川床コンクリート内に掘進させながら圧入せしめ，パイプ基端部よりセメントミルクを注入してその硬化により水力発電装置搭載のカプセルの川床への安定固定を図るようになしており、これによりカプセル型水力発電装置の設置を円滑，容易，安定して行うことができ、川床面よりの引き抜き応力が増大して排水の激流にも耐えることができ、耐久性も一層良好となる。
【００３２】
前記水力発電装置で得られた電力の通電を受けて水の電気分解を行う電気分解槽は、底部外面において中間部に高分子膜の隔膜を配した連通管を介して接続する水素発生用の陰極槽と酸素発生用の陽極槽とに分離して形成された分岐接続型電解槽を用いており、水素と酸素は夫々陰極層と陽極槽とで別々に発生し外部へ導出される。  そのため水素と酸素はその発生から外部への導出の過程において混合し，純度と発生効率が低下するということがなく、純度の高い水素と酸素を大量に安定して効率的に発生し導出させることができる。また，高分子隔膜の使用により、電解質溶液の使用を必要とせず、清水により安定した活発な水の電気分解をなすことができる。
この分岐接続型電気分解槽の陽極槽と陰極槽内に配設する電極として、丸棒状の単位電極複数本を各電極棒間に僅かな間隙を配して円形状に束ねて多芯極となした多芯電極を用いており、これによって電極の表面積が増大し水素と酸素の発生効率を高揚させることができる。  またこの分岐接続型電気分解槽として、夫々底面外部において連通管を介して接続する複数本の陽極槽と陰極槽とを夫々酸素圧縮装置と水素圧縮装置への導出配管に制御バルブを介して並列接続せしめた多槽式電解槽を用いており、これによって水素と酸素の発生効率の更なる高揚化を図ることができるとともに、全体の操業を止めることなく部分的なメンテナンスを随時行うことができる。
【００３３】
以上のように，原子力発電所における冷却水放出用の排水路等の排水路内川床上に，その排水の激流を止めることなくその流水抵抗と浮力抵抗の軽減を図ることができる水車カプセル型水力発電装置をアンカーにて安全に安定して固定配設して排水エネルギーを電気エネルギーに変換し、得られた電力を分岐接続型電気分解槽に通電して水の電気分解をなし、水素と酸素をその電解槽における分岐して形成された陰極槽と陽極槽とから別々に分離して発生させ導出させるようになしたことにより、平素活用されていない比較的豊富な排水エネルギーを有効に活用して安定且つ効率的な発電をなすとともに純度の高い水素と酸素を大量に安定して効率的に発生させることができ、実用上極めて有益な水素，酸素の発生システムの実現を可能となした。
【実施例１】
【００３４】
別紙図面を参照して本発明の実施の1例について説明する。
【００３５】
図１は本発明に係る水素，酸素発生システムにおけるシステム系統を示すブロック図である。  このシステム系統としては、日々相当な流量で排出されながら排出されたままで活用されておらず資源的にも比較的豊富な水力エネルギーを備えている，原子力発電所，火力発電所，工場等に付設の排水路或いは水力発電所における使用済み水を放水する排水路等の排水路１内の川床２上に，その排水の流れを止めることなく水車カプセル型水力発電装置３をアンカー４により固定配設して，該発電装置により排水エネルギーを電気エネルギーに変換し、その得られた電力を地上の受電設備５を介して分岐接続型電気分解槽６に通電して水の電気分解により水素と酸素を発生せしめ、発生した水素と酸素を，夫々圧縮装置７，８を介して水素貯蔵装置９と酸素貯蔵装置１０とに送り該部に貯蔵せしめて利用に供するようになしたものである。
水素は、燃料電池やロケット，ジェット機関の燃料として，酸素は、汚水，汚物の処理等の殺菌用，医療用その他の工業用として有効に使用する。
【００３６】
水車カプセル型水力発電装置３は、カプセル１１内に排水路１内を流れる流水を通すための導水管１２を有し，この導水管１２は前端部１２ａ，後端部１２ｂと中間部１２ｃとに分割されており、中間部１２ｃには内部にプロペラ水車１３を組み込んだものと組み込まないものとに分かれている。導水管前端部１２ａと後端部１２ｂとには、管内で回転軸を中心として９０度の角度で切り替え回転して管内の流水路の開閉を行う円盤回転扉型制水ゲート１４を配設している。
この水車カプセル型発電装置３を排水路１内の川床２上に設置する場合には、図２の如くカプセル１１内の導水管前端部１２ａと後端部１２ｂとの間にプロペラ水車１３を組み込まない空の導水管中間部１２ｃを接続して制水ゲート１４を開けておき、カプセル１１をクレーンにて吊り上げ排水路１内に搬入してその川床２上に仮置きする。カプセル１１底面と川床２上面との間に配される円錐台筒型若しくは円筒形状の硬質ゴム製止水キャット１５の嵌合孔内を通してアンカー４を川床コンクリートに打ち込んでカプセル１１を固定する。アンカー４はパイプの先端部側にスクリューオーガが配設されており、スクリューオーガを川床コンクリート内に掘進させながらパイプ基端部側よりセメントミルクを注入してその硬化によりカプセルの固定を安定させる。このカプセル１１の川床２上への固定設置作業は、カプセル１１の導水管１２内には排水路内の流水が流通してカプセル１１に働く流水抵抗や浮力抵抗が軽減されるので、排水路１の激流を止めることなく容易且つ安全に行うことができる。硬質ゴム製の止水キャット１５はカプセル１１底面と川床２上面との間に密着して配される状態となり、カプセル１１内への漏水防止と衝撃吸収が図られる。
【００３７】
カプセル１１の排水路１内川床２上への固定配設後、制水ゲート１４を閉じ，導水管前端部１２ａと後端部１２ｂとの間の空の導水管中間部１２ｃを取り外して，プロペラ水車１３を組み込んだ導水管中間部１２ｃを接続し，プロペラ水車１３にベルト等を介し直流発電機１６を連携接続し，カプセル１１内に水力発電装置を搭載する。直流発電機１６と地上の直流受電設備１７を送電ケーブル１８にて接続する。制水ゲート１４を開き，試運転を行い，発電をなして送電を開始する。  制水ゲート１４の回転による導水管１２内の開閉は、図７に示すとおりであり、図７の（ａ），（ｂ）が開いた状態，同（ｃ），（ｄ）が閉じた状態を示している。  カプセル１１内には、図５に示す如く、夫々直流発電機１６と連携接続するプロペラ水車１３を内部に組み込んだ導水管１２が３本配されている、従って水力発電装置が３機搭載されている。搭載される発電機の数は、排水流量に応じて最大限の電気エネルギーを取り出せるように，排水流量に応じて設定する。
【００３８】
カプセル１１上部両横には翼板１９が９０度の角度で折りたたみ可能に水平方向に突出されており、この翼板１９の下面には補助カプセル２０が取り付けられている。この補助カプセル２０内には、補助導水管内に補助交流発電機と連携接続するプロペラ水車を組み込んだ補助発電装置が搭載されている。この補助発電装置で発電された電力は、送電ケーブル２１を介して地上の交流受電設備２２とシステム構内給電設備２３に送られ、システム構内の使用電力はこれにて賄われる。補助発電装置のメンテナンスは、翼板１９を９０度上方に折り曲げて補助カプセル２０を排水路１の水面上に上昇させて行う。
【００３９】
プロペラ水車１３は、汐の干満等による排水路１内の排水の流速の変化に拘らず常にプロペラの回転数を一定になすように流水に対するプロペラの対面角度を調整する可変ピッチペラ構造のものを採っている。  図８はその構造の要領を示すもので、導水管前端部１２ａとプロペラ水車１３との間に配設されたセンサ２４により排水の流速を検知し、その検知データに基づき設定プログラムと比較して制御手段２５が油圧モータ等のサーボモータ２６に制御指令を出し、サーボモータ２６がその指令に基づき水車のプロペラの流水に対する対面角度を適正に調整し、プロペラの受ける流水抵抗を流速に対応して適正に調整することによってプロペラ水車の回転数を流速の変化に拘らず常に一定に維持し、安定した効率的な発電がなされる。
【００４０】
制水ゲートとしては、前記円盤回転扉型ゲート１４に限らず上下，左右にスライド或いは開閉する方式のものでも差し支えないが、導水管１２内で回転する円盤回転扉型方式となすことにより、ゲートの開閉動作に場所を取らず、ゲートを開いたときにゲートの存在により導水管１２内でその両脇を流れる排水の流水路を狭めて流速が増大し、その結果導水管内のキャビテーションを小さくすることができ、プロペラ水車の効率アップに寄与することが期待される。
【００４１】
水力発電装置を搭載するカプセル１１は、図９等に示されるように、流水抵抗を軽減するべく，その外観形状を涙滴型若しくは流線形型となしたものを用いている。  従って暴風雨時等の流水量や流速の増大するときにも，水力発電装置を流水の激流内に一層安定して配設しておくことができ、耐久性も良好である。
【００４２】
排水路１の流水内に固定設置された水車カプセル型水力発電装置３により得られた直流電力は、受電設備５によりコントローラーを介して分岐接続型電気分解槽６の各電極に通電されて、この電気分解槽６にて水の電気分解がなされ、水素と酸素が発生される。
分岐接続型電気分解槽６は、図１０に示す如く、水素と酸素を発生させる本体部分たる電解槽が、酸素発生用の陽極槽２7と水素発生用の陰極槽２8とに分岐して形成されており、陽極槽２７と陰極槽２８はその底部外面において中間部分に高分子膜の隔膜２９を配した連通管３０にて接続した構造となっている。酸素発生用の陽極槽２７は、連通管３１を介して清水供給用の給水タンク３２に接続されており、給水タンク３２は図示しないフローとバルブ等の自動給水制御バルブを介して常時一定水位に維持されるようになっている。従って、給水タンク３２と電解槽の水位は常に同一水位に維持されており、電解槽には電気分解により水素と酸素が気化した分だけ自動的に給水補充されるようになっている。給水タンク３２内には、給水内の不純物を除去するためのフィルター３３が配設されている。陽極槽２７と陰極槽２８とを接続する連通管３０の中間部に高分子膜の隔膜２９が配設されているので、電解槽内に電気伝導率を高めるための電解質溶液を用いる必要はなく、陽極槽２７側へ清水を供給すればよい。
電解槽を陽極槽２７と陰極槽２８との２槽に分け底面外部で接続させる分岐接続型構造となすことによって、電気分解時に同一電解槽で発生した水素と酸素の混合による純度と発生効率の低下のおそれが防止され、純度の高い水素と酸素の効率的な発生をなすことができる。
【００４３】
陰極槽２８と陽極槽２７より発生した水素と酸素は、夫々導出配管３４，３５を介して水素圧縮圧送装置７，酸素圧縮圧送装置８に送られ、該圧縮圧送装置により配管を介して水素は圧縮水素又は液化水素として，酸素は液化酸素として貯蔵装置に送られ、夫々水素貯蔵装置９と酸素貯蔵装置１０で貯蔵される。
導出配管３４，３５には回転制御バルブ３６が設けられており、発生した水素と酸素の量以上に圧縮装置７，８が吸引しないようになっている。
【００４４】
陽極槽２７と陰極槽２８に配設する陽極３７と陰極３８の各電極は、図１１に示す如く、丸棒状の単位電極複数本を各電極棒間に僅かな間隙を配して円形状に束ねて多芯極となした多芯電極３９を用いている。  これにより電極の表面積が増大し電解面積を多くすることができるので、同一供給電力でより多くの水素と酸素を取り出すことができ、その発生効率を一層高揚させることができる。
また，図１２に示す如く、水力発電装置３により得られる供給電力に合わせて，斯かる分岐接続型電気分解槽６をその陽極槽２７と陰極槽２８を導出配管３４と３５に夫々制御バルブを介して複数槽並列に接続せしめた多槽式電気分解槽４０を用いており、これにより同一供給電力でより多くの水素，酸素を取り出すことができ、その発生効率の高揚を図ることができる。  また多槽式電気分解槽となすことにより、水素と酸素の発生操業を止めることなく部分的に電解槽のメンテナンスを行うことができる。
【００４５】
導水管前端部１２ａの水導入端部側先端部の直径Ａは、プロペラ水車１３が組み込まれる導水管中間部１２ｃ先端部の直径Ｂの２倍に設定してある。例えばＡが８０ｃｍに対し、Ｂはその１／２の４０ｃｍに設定している。すると排水路１内の排水の流速が1秒間に５ｍとすると、導水管１２ａの水導入端部側先端部Ａにおける排水の流速は５ｍ／秒であるが、導水管中間部１２ｃ先端部Ｂでは従ってプロペラ水車１３が受ける排水の流速は、ベルヌーイの定理によりその4倍の２０ｍ／秒となる。
ちなみに，美浜原子力発電所には、幅５ｍ、深さ２ｍの冷却水排水路が３基配設されていて排水の流速は５ｍ／秒であるが、この各排水路に水力発電装置２機を搭載した水車カプセル型水力発電装置を設置し運転した場合、水素，酸素の発生量はおよそ次のとおりとなる。
この排水路3基の排水量は、５ｍ×２ｍ×５ｍ／秒＝１５０ｍ３／秒
上記1機の水力発電装置の発電量は２５０ＫＶＡｈである。
3基の排水路における発電量は、２５０×２×３＝１５００ＫＶＡｈとなる。
１ｍ３の水素を得るのに必要な直流電力は、６．５Ｋｗｈとされている。
発生する1日の水素量は、（１５００×０．８）／６．５×２４＝４３３０ｍ３となる。
発生する1日の酸素量は、４３３０×１／２＝２１６５ｍ３となる。
年間（300日稼働とする）の水素量は、４３３０×３００＝１２９９０００ｍ３となる。
年間の酸素量は、２１６５×３００＝６４９５００ｍ３となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係るシステム系統のブロック図である。
【図２】水車カプセル型水力発電装置のカプセルの排水路内川床への設置時における横断平面図である。
【図３】水車カプセル型水力発電装置の同上カプセル設置完了後プロペラ水車と直流発電機搭載時における縦断側面図である。
【図４】同上水車カプセル型水力発電装置の運転時における縦断側面図である。
【図５】同上水車カプセル型水力発電装置の運転時における横断平面図である。
【図６】水車カプセル型水力発電装置の排水路内川床への固定配設状態における正面図である。
【図７】導水管内の制水ゲートによる流水路開閉状態を示す説明図で、（ａ）は開放時の縦断側面図、（ｂ）は同開放時の横断平面図、（ｃ）は閉塞時の縦断側面図、（ｄ）は同閉塞時の横断平面図である。
【図８】プロペラ水車における可変ピッチペラ構造の制御状態を示す説明図である。
【図９】排水路内川床上に固定配設された水車カプセル型水力発電装置の斜視図である。
【図１０】分岐接続型電気分解槽の概要構造を示す縦断面図である。
【図１１】分岐接続型電気分解槽の陽極槽と陰極槽に配設する多芯電極の横断面図である。
【図１２】分岐接続型電気分解槽を導出配管に多数並列接続せしめた多槽式電解槽の平面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    排水路
２    排水路の川床
３    水車カプセル型水力発電装置
４    アンカー
５    直流受電設備
６    分岐接続型電気分解装置
７    水素圧縮圧送装置
８    酸素圧縮圧送装置
９    水素貯蔵装置
１０    酸素貯蔵装置
１１    カプセル
１２    導水管
１２ａ  導水管前端部
１２ｂ  導水管後端部
１２ｃ  導水管中間部
１３    プロペラ水車
１４    円盤回転扉型制水ゲート
１５    止水キャット
１６    直流発電機
１７    直流受電設備
１８    送電ケーブル
１９    翼板
２０    補助カプセル
２１    送電ケーブル
２２    交流受電設備
２３    システム構内給電設備
２４    流速検知センサ
２５    制御手段（コンピュータ）
２６    油圧モータ等のサーボモータ
２７    陽極槽
２８    陰極槽
２９    高分子膜の隔膜
３０    連通管
３１    連通管
３２    清水給水タンク
３３    フィルター
３４    水素導出配管
３５    酸素導出配管
３６    回転制御バルブ
３７    陽極
３８    陰極
３９    多芯電極
４０    多槽式電気分解槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004709636.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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