(57)【要約】【課題】  風力や太陽光・熱の自然エネルギーの豊富なエネルギー媒体を上手く組み合わせて効果的に発電した電気と、大気中の水分や雨水、河川水、地下水等の自然水或いは水道水を用い、商用電源が全く無い山岳部や離島、海上プラットホームなどの辺境地域においても、また自然災害時等の緊急電力需要に対しても、確実に且つ効率よく発電することができ、また発電した電気を良好な状態で安定して蓄電することができ、必要に応じて安定した電力として使用できるようにした発電蓄電装置の提供を課題とする。【解決手段】  太陽光・熱、風力等の自然エネルギーから発電し、発電した電気を用いて、大気中の水分、雨水、河川水、地下水等の自然水或いは水道水から水素と酸素を生成し、この水素と酸素を用いて発電し、発電した電気を蓄電する。【選択図】        図１
2005285715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光・熱、風力等の自然エネルギーから発電し、発電した電気を用いて、大気中の水分、雨水、河川水、地下水等の自然水或いは水道水から水素と酸素を生成し、この水素と酸素を用いて発電し、発電した電気を蓄電することを特徴とする発電蓄電装置。
【請求項２】
風力発電装置と太陽光・熱発電装置とを備えたハイブリッド発電装置と、発電した電気を用いて、原水から純水を製造する手段と、純水から高純度水素ガスと高純度酸素ガスを製造する手段と、高純度水素ガスと高純度酸素ガスを使って発電する手段と、発電した電気を蓄電する手段とを備えたことを特徴とする発電蓄電装置。
【請求項３】
原水から純水を製造する手段は、逆浸透膜純水製造装置及び製造した純水を貯留する純水タンクを備えたことを特徴とする請求項２に記載の発電蓄電装置。
【請求項４】
純水から高純度水素ガスと高純度酸素ガスを製造する手段は、固体高分子電解質水電解方式水素酸素発生装置及び製造した高純度水素ガスを貯蔵する水素ガスタンクと高純度酸素ガスを貯留する酸素ガスタンクとを備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載の発電蓄電装置。
【請求項５】
高純度水素ガスと高純度酸素ガスを使って発電する手段は、燃料電池を備えたことを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の発電蓄電装置。
【請求項６】
発電した電気を蓄電する手段は、電気を正極電解液と負極電解液とのイオン価の差として貯蔵することで充電・放電の繰り返しによる劣化の要因がなく長サイクル寿命を達成できるようにした蓄電池を備えたことを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載の発電蓄電装置。
【請求項７】
原水は、発電した電気を用いて大気中の水分から凝縮生成する手段を用いて生成することを特徴とする請求項２〜６の何れかに記載の発電蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、風力を利用した発電装置、太陽光を利用した発電装置、太陽熱を利用した発電装置等、自然エネルギーを利用した発電装置が提供されている。
他方、逆浸透膜を利用した純水製造装置も従来、提供されている。
また水素を用いた燃料電池も従来、提供されている。
更に蓄電池についても種々の蓄電池が従来提供されている。
【特許文献１】特開平１１−２９４３１３号公報
【特許文献２】特開平９−２８０６６４号公報
【特許文献３】特開２００３−２１７６０８号公報
【特許文献４】特開２００３−１２３８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、従来の風力発電装置、太陽光発電装置、太陽熱発電装置等の自然エネルギーを利用した発電装置は、一般的に単体で用いられることが多く、それらの風力発電、太陽光・熱発電が効果的に組み合わされたものはなかった。更にそれら自然エネルギーを使用して発電された電気は、天候の変化による入出力の時間的不安定性などの問題がある。発電された不安定な電気を安定した使い勝手のよい電気へ効果的に変換して用いるための技術的考慮が十分になされたものがなかった。
更に具体的には、太陽熱発電装置等の自然エネルギーを利用した発電装置が、純水製造装置や燃料電池と組み合わされ、更にはレッドックスフロー電池等の性能のよい蓄電池と組み合わされて、良好な電力を安定して得ることができるような発電蓄電装置はこれまで提供されていなかった。
【０００４】
そこで本発明は上記問題を解決し、風力や太陽光・熱の自然エネルギーの豊富なエネルギー媒体を上手く組み合わせて効果的に発電した電気と、大気中の水分や雨水、河川水、地下水等の自然水或いは水道水を用い、商用電源が全くない山岳部や離島、海上プラットホームなどの辺境地域においても、また自然災害時等の緊急電力需要に対しても、確実に且つ効率良く発電することができ、また発電した電気を良好な状態で安定して蓄電することができ、勿論、必要に応じて安定した電力として使用できるようにした発電蓄電装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するための本発明の発電蓄電装置は、太陽光・熱、風力等の自然エネルギーから発電し、発電した電気を用いて、大気中の水分、雨水、河川水、地下水等の自然水或いは水道水から水素と酸素を生成し、この水素と酸素を用いて発電し、発電した電気を蓄電することを第１の特徴としている。
また本発明の発電蓄電装置は、風力発電装置と太陽光・熱発電装置とを備えたハイブリッド発電装置と、発電した電気を用いて、原水から純水を製造する手段と、純水から高純度水素ガスと高純度酸素ガスを製造する手段と、高純度水素ガスと高純度酸素ガスを使って発電する手段と、発電した電気を蓄電する手段とを備えたことを第２の特徴としている。
また本発明の発電蓄電装置は、上記第２の特徴に加えて、原水から純水を製造する手段は、逆浸透膜純水製造装置及び製造した純水を貯留する純水タンクを備えたことを第３の特徴としている。
また本発明の発電蓄電装置は、上記第２又は第３の特徴に加えて、純水から高純度水素ガスと高純度酸素ガスを製造する手段は、固体高分子電解質水電解方式水素酸素発生装置及び製造した高純度水素ガスを貯蔵する水素ガスタンクと高純度酸素ガスを貯留する酸素ガスタンクとを備えたことを第４の特徴としている。
また本発明の発電蓄電装置は、上記第２〜第４の何れかの特徴に加えて、高純度水素ガスと高純度酸素ガスを使って発電する手段は、燃料電池を備えたことを第５の特徴としている。
また本発明の発電蓄電装置は、上記第２〜第５の何れかの特徴に加えて、発電した電気を蓄電する手段は、電気を正極電解液と負極電解液とのイオン価の差として貯蔵することで充電・放電の繰り返しによる劣化の要因がなく長サイクル寿命を達成できるようにした蓄電池を備えたことを第６の特徴としている。
また本発明の発電蓄電装置は、上記第２〜第６の何れかの特徴に加えて、原水は、発電した電気を用いて大気中の水分から凝縮生成する手段を用いて生成することを第７の特徴としている。
【０００６】
本発明は、風力、太陽光・熱からなる自然エネルギーを利用してハイブリッド発電をした電気を使い、大気中の水分から生成した原水を用い、原水から純水を製造し、この純水の電解により取り出した高純粋の水素ガスと酸素ガスを使用して燃料電池で発電を行い、この電気と前記ハイブリッド発電により発電した電気を長期にわたって安定した蓄電装置に貯蓄するようにすると共に電力自給に備えるようにした構成の発電蓄電装置である。
【０００７】
装置の一部を構成している風力発電と太陽光・熱発電とを同時に行うハイブリッド発電装置が発電した電気を、充電・放電がイオン溶液の価数変化のみによる完全な可逆反応で、原理的に充電・放電の繰り返しによる劣化の要因がなく長サイクル寿命を達成できる蓄電装置に貯蔵する。
【０００８】
貯蔵した電気を使い、取湿原水製造装置を稼動して外気を吸い込み、大気中の水分から原水を生成する。生成した原水は、適切な形態の原水タンクに貯蔵する。
【０００９】
原水タンクから供給された原水は、高能力の逆浸透膜純水製造装置に通水して純水を製造する。製造した純水は、適切な形態の純水タンクに貯留する。
純水タンクから供給された純水は、固体高分子電解質水電解方式水素酸素発生装置で電解し、高純度水素ガスと高純度酸素ガスを製造する。製造した高純度水素ガスは適切な形態の水素ガスタンクに、また高純度酸素ガスは、適切な形態の酸素ガスタンクに貯蔵する。
水素ガスタンク及び酸素ガスタンクから供給された高純度水素ガスと高純度酸素ガスを燃料電池に供給し、発電を行う。
【００１０】
燃料電池で発電した電気は、充電・放電がイオン溶液の価数変化のみによる完全な可逆反応で、原理的に充電・放電の繰り返しによる劣化の要因がなく長サイクル寿命を達成できる蓄電装置に貯蔵する。貯蔵後、必要に応じて払い出しをする。
【００１１】
燃料電池は、水素と酸素を電気化学的に反応させて電気を造るため、発電過程で水が排出される。この排出された水は、再度、原水タンクに注水し、純水製造用水として再び利用する。
燃料電池稼動時の排熱は、取湿原水製造装置に吸い込んだ大気中の水分の冷却用に熱交換器を介して再び利用する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発電蓄電装置によれば、太陽光・熱、風力等の自然エネルギーから発電された電気が用いられて、自然水や水道水から水素と酸素が生成され、更にこの水素と酸素から発電がなされる。そして発電された電気は蓄電され、発電蓄電装置内の電力として使用され、余剰電気は蓄電状態に維持される。太陽光・熱、風力等の自然エネルギーから発電された不安定な電気は、一旦、自然水から水素と酸素を生成するのに使用され、この水素と酸素から電気が発電される。この水素と酸素とから発電された電気は安定しており、結果として、太陽光・熱、風力等の自然エネルギーから安定した電気を得ることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発電蓄電装置によれば、風力発電装置と太陽光・熱発電装置とを備えたハイブリッド発電装置により、自然エネルギーから効率良く電気を得ることができる。そして得られた電気を用いて、原水から純水を製造し、純水から高純度水素ガスと高純度酸素ガスとを製造し、更に高純度水素ガスと高純度酸素ガスとで発電を行うという工程を経ることにより、良質な電気を発電することができる。前記ハイブリッド発電装置や高純度水素ガスと高純度酸素ガスとを使って発電された電気は蓄電され、必要に応じて本発電蓄電装置やその他の外部へ供給される。
【００１４】
請求項３に記載の発電蓄電装置によれば、上記請求項２の構成による効果に加えて、原水から純水を製造する手段として、逆浸透膜純水製造装置を用いることで、高純度の小クラスター水を得ることができ、後の工程における高純度水素ガスと高純度酸素ガス製造の際に、容易に水素イオン（Ｈ＋）と水酸イオン（ＯＨ−）に分離し、効率良く高純度水素ガスと高純度酸素ガスを分解し生成させることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発電蓄電装置によれば、上記請求項２又は３の構成による効果に加えて、純水から高純度水素ガスと高純度酸素ガスを製造する手段は、固体高分子電解質水電解方式水素酸素発生装置を備えたことで、高純度の純水を容易に水素イオン（Ｈ＋）と水酸イオン（ＯＨ−）に分離し、効率良く高純度水素ガスと高純度酸素ガスを生成させることができる。また固体高分子を用いた電解方式とすることで、設備的にも簡単なものとすることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発電蓄電装置によれば、上記請求項２〜４の何れかの構成による効果に加えて、高純度水素ガスと高純度酸素ガスを使って発電する手段は、燃料電池を備えたことにより、高純度の水素ガスと高純度の酸素ガスとを用いて発電を効率良く行うことができると共に、高純度ガスを用いることで燃料電池の経時的な劣化や効率低下を少なくすることができる。
【００１７】
請求項６に記載の発電蓄電装置によれば、上記請求項２〜５の何れかの構成による効果に加えて、発電した電気を蓄電する手段は、電気を正極電解液と負極電解液とのイオン価の差として貯蔵することで充電・放電の繰り返しによる劣化の要因なく長サイクル寿命を達成できるようにした蓄電池を備えたことで、発電した電気を長期にわたって安定して蓄電することができる。
【００１８】
以上のように本発明の発電蓄電装置によれば、商用電源が全くない海上プラットホーム、山岳地帯、離島などの辺境地域においても発電をし、電力供給ができる。
また本発明の発電蓄電装置によれば、商用電源が全くない地域や場所でも発電できることから、地震などの自然災害により水源と商用電源が全く絶たれた医療施設、行政施設、大型建築物、集合住宅地域、公園などに配置して、ライフラインの最重要な要素の電力のインフラが復興するまでの間の緊急電力需要に対応できる。
また本発明の発電蓄電装置によれば、地球上にいたるところに存在する枯渇しない大気中の水分、雨水、河川水、地下水等の自然水を用いて純水を製造し、製造した純水を電解して得られた高純度の水素ガスを燃料電池に供給して発電をすることができる。
また本発明の発電蓄電装置によれば、ハイブリッド発電した電気と燃料電池で発電した電気を併用して、充電・放電の繰り返しによる劣化の要因がない長サイクル寿命を達成できる蓄電装置に貯蔵、払い出しをすることで、入出力の時間的不安定性を解決できることから、バックアップ電源を使わずに電力の自給を可能にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下の図面を参照して、本発明の発電充電装置の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態である発電蓄電装置の概略を示す全体斜視図である。
図１に示すように、本発電蓄電装置は、風力発電装置１０と太陽光発電装置２０と太陽熱発電装置３０からなるハイブリッド発電装置を備えている。また取湿原水製造装置４０、純水製造装置５０、水素酸素製造装置６０、燃料電池発電装置７０、蓄電装置８０、発電蓄電装置の各装置の連携等を制御するコントローラ９０を備えている。前記風力発電装置１０と太陽光発電装置２０と太陽熱発電装置３０は塔上に設置され、それぞれ風力を受け易いように、また太陽光を受け易いように配置されている。また取湿原水製造装置４０、純水製造装置５０、水素酸素製造装置６０、燃料電池発電装置７０は室内に配置されている。また蓄電装置８０はベース部に配置されている。これら各装置１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０の配置に関しては、特に限定されるものではない。
【００２０】
図２は風力発電装置を説明する図で、（Ａ）はダリウス型風力発電装置の要部の説明図、（Ｂ）はサボニウス型風力発電装置の要部の説明図である。
図２を参照して、前記風力発電装置１０は、本実施形態ではダリウス型風力発電装置１１とサボニウス型風力発電装置１２とを組み合わせた装置とされている。
前記ダリウス型風力発電装置１１は、そのロータ翼１１１の構造から、ロータ翼１１１が回転する円周のどの方向からの風に対しても、回転力を弱めることなく円滑に回転するため、安定した電力が可能である。
一方、サボニウス型風力発電装置１２は、縦長の翼板で横断面が半円筒状に湾曲した形状の２枚の風車翼１２１を回転軸受け１２３の回転方向に対し１８０度をなす角度で、その回転中心部において翼の曲面内側が相対して交差するように配置、形成されている。風車翼１２１が回転し、発電機を駆動して発電を行うものである。
ダリウス型風力発電装置１１のロータ翼１１１は、回転軸受け１１３と共に固定軸１１２を中心に回転するように形成されている。サボニウス型風力発電装置１２の風車翼１２１は、固定軸１２２の外側に同軸状に装着されており、適宜の個所に設けられた回転軸受け１２３を介して固定軸１２２を中心軸として回転自在に支持され、発電を行うようになされている。
【００２１】
本実施形態の風力発電装置１０では、前記ダリウス型風力発電装置１１の固定軸１１２とサボニウス型風力発電装置１２の固定軸１２２が相互いに共通になっている。自己始動性のないダリウス型風力発電装置１１にサボニウス型風力発電装置１２を連結することにより自己始動が可能となる。また速い速度では効率が高いが、遅い周速では効率が著しく低下するダリウス型風力発電装置１１と、遅い周速で効率が高いサボニウス型風力発電装置１２とを連結することにより、遅い周速からも動力の回収が可能になっている。
ダリウス型風力発電装置１１とサボニウス型風力発電装置１２との各回転軸受け１１３、１２３が互いに連結されて回転する本実施形態の風力発電装置１０では、始動時から低周速域まではサボニウス型風力発電装置１２がダリウス型風力発電装置１１を駆動して、ダリウス型風力発電装置１１が自己増速できるところまで助成するが、ダリウス型風力発電装置１１の回転速度がサボニウス型風力発電装置１２の回転速度を上回る高周速域では、ダリウス型風力発電装置１１はサボニウス型風力発電装置１２を負荷とすることなく独自の速度で回転する。
またダリウス型風力発電装置１１の周速が低下してダリウス型風力発電装置１１の回転速度がサボニウス型風力発電装置１２の回転速度を下回る低周速域では、サボニウス型風力発電装置１２でダリウス型風力発電装置１１を駆動し、風速が高速度の場合はサボニウス型風力発電装置１２を切り離してダリウス型風力発電装置１１のみで駆動する。
【００２２】
ダリウス型風力発電装置１１のタービン軸の回転が動力伝達装置を介して伝えられて発電を行うようになっている。このように始動時から低周速域まではサボニウス型風力発電装置１２がダリウス型風力発電装置１１を駆動してダリウス型風力発電装置１１が自己増速できるところまで助成するが、それ以上の高周速域ではダリウス型風力発電装置１１の回転数がサボニウス型風力発電装置１２の回転数よりも大きくなって、ダリウス型風力発電装置１１はサボニウス型風力発電装置１２を負荷することなく、独自の速度で回転する。このように風速が遅い場合はサボニウス型風力発電装置１２で発電機を駆動し、風速が速くなった場合はサボニウス型風力発電装置１２を切り離してダリウス型風力発電装置１１のみで発電機を駆動することにより、風速が低速、高速何れの場合においても効果的な発電が可能である。
風力発電装置１０で発電された電気は、一旦、蓄電装置８０に貯留され、後述の取湿原水製造装置４０、純水製造装置５０、水素酸素製造装置６０、燃料電池発電装置７０等の運転に必要な電気として使用される。勿論、風力発電装置１０で発電された電気は、直接的に、取湿原水製造装置４０、純水製造装置５０、水素酸素製造装置６０、燃料電池発電装置７０等の運転に必要な電気として使用することも可能であり、余剰の電気を蓄電装置８０に貯留するようにしてもよい。
【００２３】
太陽光発電装置２０は、太陽電池セルを多数配置してなる太陽電池パネルで構成されている。発電された電気は、一旦、蓄電装置８０に貯留され、また直接的に後述の取湿原水製造装置４０、純水製造装置５０、水素酸素製造装置６０、燃料電池発電装置７０等の運転に必要な電気として使用して、余剰の電気を蓄電装置８０に貯留するように構成される。
【００２４】
図３はディッシュスターリング発電装置の説明図である。
図３を参照して、太陽熱発電装置３０はディッシュスターリング発電装置とすることができる。
スターリングエンジンそのものは古くから知られているエンジンであり、ピストン、ピストン棒、クランク機構等を備えたシリンダーアセンブリに冷却装置、再生器及び蓄熱装置を組み込んだもので、作動ガスを加熱、冷却させることでシリンダー内に膨張空間と圧縮空間とを形成してピストンを動作させる構成である。
また蓄熱装置を介して作動ガスを加熱させるためのエネルギーとして、太陽熱を利用することも古くから知られている。例えば特開昭５８−６２３４５号に開示される如く、シリンダー内のピストンにより画定される膨張空間を、蓄熱装置、再生器、冷却装置を介して圧縮空間に連通させ、中空間内の蓄熱装置を介して太陽熱を蓄熱装置内の作動ガスに伝達させる構成となっている。このような太陽熱利用のスターリングエンジンの原理は公知である。
太陽熱発電装置３０としてのディッシュスターリング発電装置は、曲面状の鏡面３１と、太陽光集熱多気筒型ディッシュスターリングエンジン３２とからなる。
太陽光集熱多気筒型ディッシュスターリングエンジン３２は、蓄熱装置３２１、再生器３２２及び冷却装置３２３を介して、シリンダーブロック３２４内のピストン３２５により画定される膨張空間と圧縮空間とを連通させる。
【００２５】
鏡面３１により集光反射された太陽光線は、中央開口３２６を通って蓄熱装置３２１を加熱し、蓄熱装置３２１内の作動ガスと熱交換する。蓄熱装置３２１を介して加熱された作動ガスは、等容、等温変化をしながら、シリンダーブロック３２４内のピストン３２５を往復運動させ、クランク機構３２７を介して外部に出力を取り出す。即ち、蓄熱装置３２１を中空間３２８内に配することで、該中空間３２８内の中央開口３２６を介して鏡面３１からの太陽光を蓄熱装置３２１に集中照射し、これによって蓄熱装置３２１を効率良く昇温させ、シリンダーブロック３２４内のピストン３２５を往復作動させてクランク機構３２７を介して発電機による発電を行う。発電した電気は、上記風力発電装置１０の場合と同様に、蓄電装置８０に貯留する。
【００２６】
図４は取湿原水製造装置の説明図である。
図４を参照して、取湿原水製造装置４０は蓄電装置８０から交流電源を供給されて駆動し、外気をファン４０ａにて装置内に吸い込み、除湿器４０ｂによる除湿原理を用いて大気中の水分を冷却して、露点に達した水滴を集めて生成する。
前記取湿原水製造装置４０を用いて大気中の水分から生成された原水は不純物が少なく、不純物除去工程が必要な水道水や河川水、地下水の原水製造方法と比較して低コストで簡素な装置である。
前記取湿原水製造装置４０で生成された原水は、原水タンク４１に貯留する。
【００２７】
図５は純水製造装置の説明図である。
図５を参照して、純水製造装置５０は逆浸透膜純水製造装置とし、前記原水タンク４１からポンプで送られた原水を、０．０００１ミクロン以上の超微細な浸透膜を備えた逆浸透膜分子分離フィルター５０ａを介して高純度の小クラスター水（分子集団又は水和構造）を製造する。
純水製造装置５０で製造された純水は、適切な形態の純水タンク５１に貯留される。
【００２８】
従来は、水をイオン交換樹脂に通して脱イオン化した水や、水を加熱・蒸留した蒸留水をさして純水と呼んでいた。ここで言う純水は、超ＬＳＩの製造に使用されている超純水を製造する高能力逆浸透膜純水製造装置と同等の純水製造装置で造られた水であり、ほぼ純粋のＨ２Ｏと等しく、電離以外のイオンはゼロで、無機塩類やＣＯ２等、全ての溶存電解質が除去されていて、Ｈ２Ｏの電気伝導率５．５×１０８Ｓ／ｃｍの近似値を示す。このような電気伝導率になると、水の内部で静電気を起こし易い状態となり、放電すれば水の分子（Ｈ２Ｏ）は、水素イオン（Ｈ＋）と水酸イオン（ＯＨ−）に分離し、高純度水素ガスと高純度酸素ガスが発生する。
【００２９】
図６は他の純水製造装置の概略を説明する断面図である。
前記純水製造装置５０は、代わりに水道水、雨水、河川水、地下水等を原水として用いて、これを純水にする純水製造装置５００としてもよい。
図６を参照して、原水タンク４１に貯留された水道水、雨水、河川水、地下水等を原水として、この原水を用いて純水製造装置５００にて純水を製造し、前記純水タンク５１に貯留する。
純水製造装置５００は、活性炭モジュール５１０と中空糸膜モジュール５２０と逆浸透膜モジュール５３０を有する。
【００３０】
前記活性炭モジュール５１０は、筒状の外装ケース５１１内の上下部にセディメントフィルター５１２、５１３が配置され、両フィルター５１２、５１３間に高密度の抗菌粒状活性炭５１４が充填されている。外装ケース５１１の上部中央には原水供給パイプ５４０が接続されている。また外装ケース５１１の下部中央から接続パイプ５５０が中空糸モジュール５２０に接続されている。
【００３１】
前記中空糸膜モジュール５２０は、筒状の外装ケース５２１内の中心部に、外周に多数の微細孔５２２を備えた排出パイプ５２３が配置され、該排出パイプ５２３の周りにポリスルフォン多孔質中空糸膜からなるフィルター５２４が設置され、外装ケース５２１の上部中央に前記接続パイプ５５０が接続され、外装ケース５２１の下部中央の前記排出パイプ５２３の末端出口に接続パイプ５６０が接続され、逆浸透膜モジュール５３０に接続されている。
【００３２】
前記逆浸透膜モジュール５３０は、筒状の外装体５３１内の中心部に多数の微細孔５３２を備えた排出パイプ５３３が配置され、該排出パイプ５３３の周りに、０．０００１ミクロンの超微細孔径のポリアミド系濾過膜からなるフィルター５３４が配置され、外装ケース５３１の上部中央に前記接続パイプ５６０が接続され、外装ケース５３１の下部中央の前記排出パイプ５３３の末端出口に接続パイプ５７０が接続されている。
なお５８０は、各モジュール５１０、５２０、５３０からの廃水路である。
【００３３】
以上のように水道水、雨水、河川水、地下水、その他の原水は、原水供給パイプ５４０から活性炭モジュール５１０のセディメントフィルター５１２に送られ、抗菌粒状活性炭５１４を通過する間に、ホコリやゴミ等の不純物の濾過を行い、ゼディメントフィルター５１３を通過して外装ケース５１１の下部出口から接続パイプ５５０に送られる。また前記濾過された不純物は廃水路５８０から廃棄される。
前記活性炭モジュール５１０で処理された原水は、接続パイプ５５０から中空糸膜モジュール５２０に送られ、０．１〜０．０１μｍの中空状の微細孔を備えたポリスルフォン多孔質中空糸膜からなるフィルター５２４が、活性炭モジュール５１０では濾過できない微細な濁り、有害な細菌類などを除去し、外装ケース５２１の中央に配置された排出パイプ５２３の下部出口から接続パイプ５６０に送られる。また前記除去された有害物等は、廃水路５８０から廃棄される。
前記中空糸膜モジュール５２０で処理された原水は、接続パイプ５６０から逆浸透膜モジュール５３０に送られ、０．０００１μｍの超微細孔径のポリアミド系濾過膜からなるフィルター５３４が、前記中空糸膜モジュール５２０では濾過できない放射性物質、ダイオキシン、農薬、水銀等を除去し、原水は外装ケース５３１の排出パイプ５３３の下部出口から接続パイプ５７０を通して純水タンク５１に貯留される。また前記除去された化学物質及び有機物等は廃水路５８０から廃棄される。
【００３４】
純水の電離は一般に僅かで、イオンとして存在する量は少ない。また導電性も低いため電気分解が容易でない。そこで、例えば電解質として水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を水に添加してイオンの数を増やし、水の電気分解を起こす。水に溶存する電解質の電気分解に伴って、水の電気分解が惹起される。この電解質の代替の役割を、後述する水素酸素製造装置６０の固体高分子電解質膜６０ａが行う。
【００３５】
図７は水素酸素製造装置の説明図である。
図７を参照して、水素酸素製造装置６０は、内部が固体高分子電解質膜６０ａによって隔てられ、その一方に陽極電解触媒層６０ｂが、他方に陰極電解触媒層６０ｃが配置された構成とされている。
純水タンク５１から取水した純水を水素酸素製造装置６０の陽極側に供給して通電すると、陽極電解触媒層６０ｂで水が分解され、水素イオン（Ｈ＋）が生成される。生成された水素イオンは、電場の働きで固体高分子電解質膜６０ａを通って陰極側へ移動し、陰極電解触媒層６０ｃで電子を得て高純度水素ガスとなって発生する。一方、前記陽極電解触媒層６０ｂでは高純度酸素ガスが発生する。
前記発生された高純度水素ガスは、一旦、適切な形態の水素ガス貯蔵部６１に貯蔵される。また発生された高純度酸素ガスも、一旦、適切な形態の酸素ガス貯蔵部６２に貯蔵される。
前記水素ガス貯蔵部６１としては、気体貯蔵（水素を圧縮気体として貯蔵）、液体貯蔵（液体水素として貯蔵）、水素吸蔵合金（合金の結晶内に水素吸着）による貯蔵、水素吸蔵物質（カーボンナノチューブ等の中に水素吸着）による貯蔵、ケミカルハイドライド（水素含有化合物）による貯蔵等がある。
【００３６】
前記燃料電池発電装置７０は、高純度水素ガスと高純度酸素ガスという化学エネルギーを直接に電気エネルギーに変換する燃料電池を用いた発電装置である。燃料電池は、運動部品を持たない、無重力状態でも動きが変わらない、排出物は水のみという特徴がある。
また燃料電池の種類としては、固体高分子型（ＰＥＦＣ）と固体酸化物形（ＳＯＦＣ）、溶融炭酸塩形（ＭＣＦＣ）、リン酸形（ＰＡＦＣ）等を用いることができる。
【００３７】
図８は燃料電池発電装置を示し、（Ａ）は固体高分子燃料電池のセル・スタックの斜視図、（Ｂ）はセル・スタックを構成する単位である単セルの分解斜視図である。
図８を参照して、燃料電池発電装置７０の一例として、固体高分子形燃料電池を用いた構成を説明する。
固体高分子燃料電池を構成するセル・スタック７１は、単セル７１０の集合からなる。単セル７１０は、燃料電池が発電を行う最小単位で、２つのセパレータ７１１、７１２、２つの電極である燃料極７１３と空気極７１４、及び電解質膜７１５からなる。複数の単セル７１０を積層して、セル・スタック７１とし、高い直流電圧を得る。
前記水素酸素製造装置６０で製造した高純度水素ガスを水素ガス貯蔵部６１からセル・スタック７１に供給し、また高純度酸素ガスを酸素ガス貯蔵部６２から、エアコンプレッサと加湿器を介してセル・スタック７１に供給する。
セル・スタック７１に供給された高純度水素ガスは、単セル７１０内の１つ目のセパレータ７１１と燃料極７１３との間に流入し、水素ガス分子は、陽子（水素イオン）と電子に分かれ、電子が導体を伝わる。電子は仕事を行い、空気極７１４に伝わる。陽子は電解質膜７１５を通過して空気極７１４に伝わる。空気極７１４に伝わった陽子（水素イオン）、電子、空気極と２つ目のセパレータ７１２との間に供給される酸素の酸素原子とが反応して水ができる。この反応で発電され、電気が流れる。
【００３８】
図９は蓄電装置としてのレドックスフロー電池の説明図である。
前記燃料電池発電装置７０で発電された電気（ＤＣ）は、蓄電装置８０に貯蔵される。
図９を参照して、蓄電装置８０は、電気を化学的に貯蔵し、充電・放電による劣化の要因がない長サイクル寿命を達成することができる電池として、レドックスフロー電池８１を用いて構成する。酸化と還元（電子の出し入れ）という基本原理は全ての化学電池において生じるが、レドックスフロー電池８１では電子の出し入れ、即ち充電・放電を、酸化還元状態をとる鉄、クロム、バナジウム、チタン、アクチノイド等を溶かした２種類の電解液タンクである正極液タンク８１１と負極液タンク８１２のレドックスイオン溶液を利用して蓄電を行う。
【００３９】
一例としてレドックスイオン溶液にバナジウムを使用した場合は、正極液タンク８１１内は４価のバナジウム希硫酸電解液とし、負極液タンク８１２内は３価のバナジウム希硫酸電解液とする。そして正極液タンク８１１と負極液タンク８１２との中間に、イオン交換膜８１３ａを挟んで、炭素繊維電極材料からなる正極８１３ｂと負極８１３ｃとで構成された電池セル８１３が配置されている。この電池セル８１３と前記タンク８１１、８１２は、分離して設置してもよい。
【００４０】
上記の風力発電装置１０（ダリウス型風力発電装置１１、サボニウス型風力発電装置１２）、太陽光発電装置２０、及び太陽熱発電装置３０（ディッシュスターリング発電装置）の各発電装置で発電した電気を併用して上記のレドックスフロー電池８１で蓄電する場合、前記の電池セル８１３の正極８１３ｂ、負極８１３ｃ上でのバナジウムの電極反応を利用して充電・放電を行う。
充電時に正極８１３ｂで発生する水素イオンは、イオン交換膜８１３ａを通って負極８１３ｃ側に移動して電解液の電気的中性条件を満たす。充電により正極液タンク８１１内の正極液は４価から５価のバナジウムに、負極液タンク８１２内の負極液は３価から２価のバナジウムに変換される。電解液が電池セル内を循環する際のイオン価数の変化による可逆反応で、充電・放電を繰り返すことによる電気エネルギーの貯蔵、払い出しをする。
【００４１】
レドックスフロー電池８１に貯蔵された電力を外部の電源及び本発明装置の駆動電源に使用するときは、出力をインバータ（図示せず）により交流電源（ＡＣ）に変換したものを使う。
レドックスフロー電池８１の特徴は、充電・放電がイオン溶液の価数変化のみにより、完全な可逆反応であるために原理的に充電・放電の繰り返しによる劣化の要因がなく、長サイクル寿命である。また室温で作動し、爆発・引火性がない。また活物質が液体で外部タンクに貯蔵されるので、大型化が容易である。更に電解液組成をモニターすることにより正確に充電状態が把握できるので、充放電制御が容易である。電解液は反永久的にリサイクルが可能であり、資源の有効活用が可能なことである。
【００４２】
本発明の具体例に対して、本発明の真髄から逸脱することなく、実施形態を変更・改良することができる。例えば大気中の水分から生成された原水を太陽熱集束ディッシュスターリング多気筒型発電装置のスターリングエンジンの冷却用に利用することもできる。更に風力発電装置１０として水平軸プロペラ型定翼式風力発電装置を利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態を示す発電蓄電装置の全体斜視図である。
【図２】本発明の実施形態の発電蓄電装置に用いる風力発電装置を説明する図で、（Ａ）はダリウス型風力発電装置の要部の説明図、（Ｂ）はサボニウス型風力発電装置の要部の説明図である。
【図３】本発明の実施形態の発電蓄電装置に用いる太陽熱発電装置としてのディッシュスターリング発電装置の説明図である。
【図４】本発明の実施形態の発電蓄電装置に用いる取湿原水製造装置の説明図である。
【図５】本発明の実施形態の発電蓄電装置に用いる純水製造装置の説明図である。
【図６】本発明の実施形態の発電蓄電装置に用いる他の純水製造装置の説明図である。
【図７】本発明の実施形態の発電蓄電装置に用いる水素酸素製造装置の説明図である。
【図８】本発明の実施形態の発電蓄電装置に用いる燃料電池発電装置を示し、（Ａ）は固体高分子燃料電池のセル・スタックの斜視図、（Ｂ）はセル・スタックを構成する単位である単セルの分解斜視図である。
【図９】本発明の実施形態の発電蓄電装置に用いる蓄電装置としてのレドックスフロー電池の説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０      風力発電装置
１１      ダリウス型風力発電装置
１２      サボニウス型風力発電装置
２０      太陽光発電装置
３０      太陽熱発電装置
３１      鏡面
３２      太陽光集熱多気筒型ディッシュスターリングエンジン
４０      取湿原水製造装置
４１      原水タンク
５０      純水製造装置
５００    純水製造装置
５１      純水タンク
６０      水素酸素製造装置
６１      水素ガス貯蔵部
６２      酸素ガス貯蔵部
７０      燃料電池発電装置
８０      蓄電装置
８１      レドックスフロー電池
９０      コントローラ
【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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