(57)【要約】【課題】  太陽電池と燃料電池の双方を備えるハイブリッド発電実験器を提供する。【解決手段】  光源２０を囲むように設けられた太陽電池１０と、水溶液を入れる電解槽とその水溶液中に浸された２つの電極を含み、太陽電池の電力により水溶液を電気分解して水素を発生させるとともに蓄えた水素により電力を発生する燃料電池１１と、太陽電池が発電しているときはその電力を燃料電池及び負荷に供給し、太陽電池が発電していないときは太陽電池と負荷の間の接続を切断し、代わりに燃料電池の電力を前記負荷に供給する切換装置１３とを備える。光源の点灯／消灯に応じて太陽電池と燃料電池を切り替える。【選択図】              図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と燃料電池を備える教育用装置であって、基部と、前記基部に設けられた光源と、前記光源を囲むように設けられた複数の太陽電池と、水溶液を入れる電解槽と前記電解槽の水溶液中に浸された２つの電極を含み、前記複数の太陽電池の少なくとも一部の電力により前記水溶液を電気分解して水素を発生し蓄えるとともに蓄えた水素により電力を発生する燃料電池と、前記複数の太陽電池の少なくとも一部又は前記燃料電池により駆動される負荷と、前記太陽電池が発電しているときはその電力を前記燃料電池及び前記負荷に供給し、前記太陽電池が発電していないときは前記太陽電池の代わりに前記燃料電池の電力を前記負荷に供給する切換装置とを備えるハイブリッド発電実験器。
【請求項２】
前記切換装置は、前記複数の太陽電池の少なくとも一部により駆動される機械式リレーであって、前記機械式リレーの接点部は透明部材で覆われて外部から観測可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド発電実験器。
【請求項３】
前記複数の太陽電池の少なくとも一部はヒンジを介して取り付けられ、前記光源により前記複数の太陽電池の発電を行うときは、前記ヒンジにより前記太陽電池を立てて前記太陽電池を内側の前記光源に向け、前記光源を用いずに前記複数の太陽電池の発電を行うときは、前記ヒンジにより前記太陽電池の少なくとも一部を倒して前記太陽電池を同じ方向に向けるように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のハイブリッド発電実験器。
【請求項４】
前記電解槽の水溶液としてチオ硫酸ナトリウムを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載のハイブリッド発電実験器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、理科教育用の実験器であって、太陽電池と燃料電池の両方を備えるハイブリッド発電実験器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンなエネルギー源として太陽電池や燃料電池に関心が集まりつつあり、これに伴い、これらの教材の需要が高くなってきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来、太陽電池の模型や燃料電池の模型はあったが、これらを組み合わせたハイブリッド発電実験器はなかった。
【０００４】
本発明は、太陽電池と燃料電池の両方を備えるハイブリッド発電実験器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、太陽電池と燃料電池を備える教育用装置であって、基部と、前記基部に設けられた光源と、前記光源を囲むように設けられた複数の太陽電池と、水溶液を入れる電解槽と前記電解槽の水溶液中に浸された２つの電極を含み、前記複数の太陽電池の少なくとも一部の電力により前記水溶液を電気分解して水素を発生し蓄えるとともに蓄えた水素により電力を発生する燃料電池と、前記複数の太陽電池の少なくとも一部又は前記燃料電池により駆動される負荷と、前記太陽電池が発電しているときはその電力を前記燃料電池及び前記負荷に供給し、前記太陽電池が発電していないときは前記太陽電池の代わりに前記燃料電池の電力を前記負荷に供給する切換装置とを備えるものである。
【０００６】
前記切換装置は、例えば、前記複数の太陽電池の少なくとも一部により駆動される機械式リレーであって、前記機械式リレーの接点部は透明部材で覆われて外部から観測可能に構成されているものである。
【０００７】
好ましくは、前記複数の太陽電池の少なくとも一部はヒンジを介して取り付けられ、前記光源により前記複数の太陽電池の発電を行うときは、前記ヒンジにより前記太陽電池を立てて前記太陽電池を内側の前記光源に向け、前記光源を用いずに前記複数の太陽電池の発電を行うときは、前記ヒンジにより前記太陽電池の少なくとも一部を倒して前記太陽電池を同じ方向に向けるように構成されている。
【０００８】
好ましくは、前記電解槽の水溶液としてチオ硫酸ナトリウムを用いる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るハイブリッド発電実験器は、太陽電池と燃料電池それぞれの学習教材としても個別に使用できるばかりでなく、両者を組み合わせたハイブリッドシステムの学習教材として使用できる。組み合わせることによるメリット、例えば、昼だけでなく夜にも使えるようになること、燃料不要で二酸化炭素を発生しないクリーンなエネルギー発生システムを実現できることなどを学習することができる。いわゆる地球にやさしいシステムとは何かを学ぶための教材として好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
発明の実施の形態に係る教育用ハイブリッド発電実験器について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１（ａ）はハイブリッド発電機の平面図を示し、図１（ｂ）は同正面図を示す。
図２はハイブリッド発電機の斜視図を示す。この図において配線の表示は省略している。
図３はハイブリッド発電機の実体回路図を示す。
図４は太陽電池パネルを展開した状態を示す平面図である。
【００１２】
このハイブリッド発電機は、太陽電池と燃料電池を備える教育用装置である。図中の符号１は太陽電池や燃料電池、光源などの部品を取り付けるための基部（ベース）である。符号２０は基部１に設けられた光源であり、図は１００Ｖ／１００Ｗの電球を２つ用いた例を示す。符号１０は光源２０を囲むように設けられた複数（図の例では６つ）の太陽電池パネルである（以下の説明で単に太陽電池１０と記すこともある）。太陽電池パネル１０はそれぞれ内側すなわち光源側を向いている。符号１１は水溶液を入れる電解槽１１ｂと電解槽の水溶液中に浸された２つの電極１１ａを含み、複数の太陽電池１０の少なくとも一部の電力により水溶液を電気分解して水素を発生させるとともに蓄えた水素により電力を発生する燃料電池である。符号１２は複数の太陽電池１０の少なくとも一部又は燃料電池１１により駆動される負荷である。負荷として例えば電子オルゴールやランプ、ＬＥＤ表示器などを用いることができる。１３は機械式リレーである。機械式リレー１３は太陽電池１０が発電しているとき、つまり光源２０が光を発しているときはその電力を燃料電池１１及び負荷１２に供給するが、太陽電池１０が発電していないとき、つまり光源２０が光を発していないときは太陽電池１０と負荷１２の間の接続を切断し、代わりに燃料電池１１の電力を負荷１２に供給する。このように動作することで光源２０の発光を停止したときでも負荷１２を連続して動作させることができる。符号４は光源２０からの光が外部へ漏れないようにする遮蔽板である。
【００１３】
切換装置１３を機械式リレーで構成する場合、機械式リレーの接点部が図示しない透明部材で覆われて外部から観測可能に構成されていることが好ましい。光源２０のオンオフに伴い接点が動作することを観察でき、光源２０の発光を停止したときに燃料電池１１が発電することを容易に学ぶことができる。
【００１４】
複数の太陽電池パネル１０の少なくとも一部はヒンジ３を介して基部１に取り付けられている（図の例では基部１に固定された台座２に取り付けられている）。ヒンジ３により太陽電池パネル１０を図１の立った状態から図４の倒した状態に変えることができる。図１の状態は光源２０により複数の太陽電池１０の発電を行う場合であり、ヒンジ３により太陽電池１０を立てて太陽電池１０を内側の光源２０に向けている。図４の状態は光源２０を用いずに、例えば実際の太陽光を利用して発電を行う場合であり、ヒンジ３により太陽電池１０の少なくとも一部（図４では６枚中５枚の太陽電池パネル１０）を倒している。この状態で太陽電池１０は同じ方向を向いている。
【００１５】
燃料電池１１の電解槽１１ｂの水溶液として、例えばチオ硫酸ナトリウムを用いる。単に電池として動作させるだけであれば水酸化ナトリウムなども利用できるが、チオ硫酸ナトリウムのほうがより安全である。食塩水も使えるが塩素が発生するという問題がある。電極１１ａは炭素棒であり、鉛筆の芯を利用できる。このように本発明の実施の形態に係る燃料電池の構成は簡単で材料も身近にあり、学習用に最適である。
【００１６】
図３を参照して本ハイブリッド発電機の回路について説明する。光源２０である２つの１００Ｖ／１００Ｗの電球は並列に接続され、その他端には電源プラグ２２が設けられている。これらの間には電源スイッチ２１が設けられている。６枚の太陽電池パネル１０は３枚づつ２組に分けられている。いずれの組でも３枚の太陽電池１０は直接に接続されている。太陽電池１０の一方の組は切換装置１３のソレノイドコイル１３ａに接続されている。他方の組は負荷（電子オルゴール）１２と燃料電池１１に接続されているが、これらとの間に切換装置１３の接点１３ｂが設けられている。
【００１７】
光源２０が発光しているときソレノイド１３ａは太陽電池１０により駆動され、接点１３ｂは導通（オン）状態になる。したがって太陽電池１０の電力が負荷１２に供給されて負荷１２が動作するとともに、燃料電池１１内で水が電気分解されて電解槽１１ｂ内に水素が蓄えられる。
【００１８】
光源２０の発光が停止するとソレノイド１３ａは駆動されなくなり、設定１３ｂはオフ状態になる。すると燃料電池１１は電解槽１１ｂ内に蓄えた水素を使って発電し、その電力を負荷１２に供給する。これは水素が尽きるまで続く。水素を利用するので二酸化炭素は発生しない。
【００１９】
以上の説明をまとめると次のようになる。
【００２０】
（１）光源点灯時
・太陽電池が発電する。
・負荷の電子オルゴールを鳴らす。
・燃料電池内で水を電気分解し、水素と酸素を生成する。
【００２１】
（２）光源消灯時
・太陽電池の発電停止。
・燃料電池が発電する。蓄えられた水素が尽きるまで発電を継続。
・負荷の電子メロディーを鳴らす。
【００２２】
切換装置により、光源の点灯／消灯に応じて、（１）の状態と（２）の状態が自動的に切り替えられる。
【００２３】
本ハイブリッド発電機は、次のような教育目的に適する。
・太陽電池で発電できること
・太陽電池で燃料電池を充電できること（太陽エネルギーを蓄えることができること）
・燃料電池で発電できること
・太陽電池に燃料電池を組み合わせることにより昼（光源のある場合）だけでなく、夜（光源のない場合）も使えるようになること
・太陽電池に燃料電池を組み合わせたハイブリッド発電機は、燃料不要で二酸化炭素を発生しないクリーンなエネルギーであること
・地球にやさしいシステムとは何か、を教えるための教材
【００２４】
なお、太陽電池は夜（光源がない場合）には使えないことを理解させるために、燃料電池を用いないシステムに適宜切り替えることができるようにしてもよい。例えば、図３において負荷１２と燃料電池１１の間に切替スイッチＳＷを設け、この間の接続をオン／オフできるようにしてもよい。
【００２５】
本発明の実施の形態に係るハイブリッド発電機は、光源の点灯／消灯に応じて太陽電池と燃料電池を自動的に切り替える手段を備えているので、太陽電池と燃料電池の両方の動作を同時に学習することができる。
【００２６】
切り替える手段として機械式リレーを使用しているので切換時に音が発生し、太陽電池と燃料電池の切り替えを実感できる。透明なカバーを備える機械式リレーを使用すれば接点の動きを直接外部から観察することもできる。
【００２７】
太陽電池パネルを取り付ける部分にヒンジを用いているので、太陽電池パネルを倒して同じ方向を向かせることもできる。この状態にすれば実際の太陽光線を使用して実験することができる。
【００２８】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１（ａ）は発明の実施の形態に係るハイブリッド発電機の平面図を示し、図１（ｂ）は同正面図を示す。
【図２】発明の実施の形態に係るハイブリッド発電機の斜視図を示す。
【図３】発明の実施の形態に係るハイブリッド発電機の実態回路図を示す。
【図４】発明の実施の形態に係るハイブリッド発電機の太陽電池パネルを展開した状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    基部
２    太陽電池の台座
３    ヒンジ
４    遮蔽板
１０    太陽電池パネル
１１    燃料電池
１１ａ  電極
１１ｂ  電解槽
１２    負荷（電子オルゴール）
１３    切換装置（機械式リレー）
１３ａ  ソレノイドコイル
２０    光源（１００Ｗ電球）
２１    光源の電源スイッチ
２２    電源プラグ
【図１】
2005276874.tif 000003
【図２】
2005276874.tif 000004
【図３】
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【図４】
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