(57)【要約】【課題】燃料を別途用意することがなくてもエネルギーを生産できるエネルギー生産装置を提供する。【解決手段】血液Ｂ中の糖分を取り込んでエタノールに変換する発酵器１０と、発酵器１０からのエタノールと水が供給され、エタノールを濃縮する分離器１７と、分離器１７で濃縮されたエタノールを水素に改質する改質器２０と、生成水素を燃料として発電する燃料電池２８とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
血液中の糖分を取り込んでエタノールに変換する発酵器と、該発酵器からのエタノールと水が供給され、エタノールを濃縮する分離器と、該分離器で濃縮されたエタノールを水素に改質する改質器と、生成水素を燃料として発電する燃料電池とを備えたことを特徴とするエネルギー生産装置。
【請求項２】
改質器には、その改質ガス中のＣＯをＣＯ2 にシフトさせるシフト反応器が接続される請求項１記載のエネルギー生産装置。
【請求項３】
シフト反応器には未反応ＣＯを選択燃焼するＣＯ除去器が接続され、ＣＯ除去器でＣＯが除去された水素を燃料電池に供給する請求項２記載のエネルギー生産装置。
【請求項４】
発酵器は、血液が流れる流路が形成された流路本体と、その流路と接し流路を流れる血液中の糖分を透過させる半透膜と、該半透膜で透過した糖分をエタノールに変換する微生物が固定された微生物固定槽とからなる請求項１〜３いずれかに記載のエネルギー生産装置。
【請求項５】
分離器は、発酵器からのエタノールと水とを加熱する加熱プレートと、その加熱プレートで蒸発されたエタノールと水を多段の多孔質膜を通してエタノール蒸気を通過させると共に水蒸気を凝縮分離してエタノールを濃縮する分離ユニットからなる請求項１〜４いずれかに記載のエネルギー生産装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体の体内に存在する糖分を利用してエネルギーを発生させるエネルギー生産装置に係り、特にその糖分を酵素等の微生物を用いて発酵させてエタノールとし、これを水素に改質して燃料電池で発電して電気エネルギーとするエネルギー生産装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、生ゴミ、有機性廃棄物を微生物を利用して水素ガスやメタンを発生させ、これを燃料電池の燃料ガスとして発電を行うシステムが提案されている（特許文献３，４）。
【０００３】
また、特許文献２に示されるように微生物反応により得られる希薄なメタノールを利用して発電することが提案され、また特許文献１には、燃料電池の燃料ガスとして用いる水素を生成する際に、微生物で、ＣＯを発生することなく水素を発生させることが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８７０３５号公報
【特許文献２】特開２００５−１９２５５号公報
【特許文献３】特開２００４−１８１２９５号公報
【特許文献４】特開２００３−１３５０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これら従来技術は、発電のための原料は、外部から供給されるものであり、原料の供給を常時行うことができない発電システム、例えば、発電システムを、人体埋め込み式の医療機器に適用する場合には、燃料を貯蔵する貯蔵タンクなどを必要とし、しかも貯蔵タンクには、燃料がなくならないように、常に充填する必要があり、その充填作業が煩雑であり、また使用中は貯蔵タンクごと可搬する不便があり、プロセスが煩雑である。
【０００６】
本発明の目的は、燃料を別途準備することがなくエネルギーを生産できるエネルギー生産装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために請求項１の発明は、血液中の糖分を取り込んでエタノールに変換する発酵器と、該発酵器からのエタノールと水が供給され、エタノールを濃縮する分離器と、該分離器で濃縮されたエタノールを水素に改質する改質器と、生成水素を燃料として発電する燃料電池とを備えたエネルギー生産装置である。
【０００８】
請求項２の発明は、改質器には、その改質ガス中のＣＯをＣＯ2 にシフトさせるシフト反応器が接続される請求項１記載のエネルギー生産装置である。
【０００９】
請求項３の発明は、シフト反応器には未反応ＣＯを選択燃焼するＣＯ除去器が接続され、ＣＯ除去器でＣＯが除去された水素を燃料電池に供給する請求項２記載のエネルギー生産装置である。
【００１０】
請求項４の発明は、発酵器は、血液が流れる流路が形成された流路本体と、その流路と接し流路を流れる血液中の糖分を透過させる半透膜と、該半透膜で透過した糖分をエタノールに変換する微生物が固定された微生物固定槽とからなる請求項１〜３いずれかに記載のエネルギー生産装置である。
【００１１】
請求項５の発明は、分離器は、発酵器からのエタノールと水とを加熱する加熱プレートと、その加熱プレートで蒸発されたエタノールと水を多段の多孔質膜を通してエタノール蒸気を通過させると共に水蒸気を凝縮分離してエタノールを濃縮する分離ユニットからなる請求項１〜４いずれかに記載のエネルギー生産装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、血液中の糖分を利用して発電するために、燃料を別途準備する必要がなくエネルギーを生産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明の実施形態を添付図面により説明する。
【００１４】
本発明の図１において、１０は、血液中の糖分（グルコース）を取り込んでエタノールに変換する発酵器で、血液Ｂを流す流路１１が形成された流路本体１２と、流路１１と接し、流路１１を流れる血液Ｂ中の糖分を透過させる半透膜１３と、半透膜１３で透過した糖分を取り込むべく流路１１と対向する流路１４が形成され、その流路１４の内壁に、エタノールに変換する酵母等の微生物が固定された微生物固定槽１５とからなる。
【００１５】
微生物固定槽１５の流路１４には、循環路１６が接続され、その循環路１６にエタノールの分離器１７が接続されると共に、循環ポンプ１８が接続される。
【００１６】
分離器１７では、流路１４で生じたエタノールを蒸発或いは抽出し、その蒸発或いは抽出したエタノールがライン１９を介して改質器２０に送られる。
【００１７】
改質器２０は、エタノールを水蒸気と触媒の存在下で、水素ガスとＣＯに変換する。改質ガス２１は、シフト反応器２２に送られ、ＣＯが水蒸気にてＨ2 とＣＯ2 にされ、そのガス２３が、ＣＯ除去器２４に供給され、シフト反応できなかった未反応ＣＯが、供給される空気２５中の酸素とＣＯ選択酸化反応によりＣＯ2 にされて除去される。
【００１８】
その後、水素ガス２６は、固体高分子型燃料電池２８の燃料極に供給され、空気極に空気２７が供給されて発電が行われる。
【００１９】
発酵器１０は、図２に示すように、血液Ｂが流路本体１２の血液流路１１を流れる間に、血液Ｂ中の糖分が半透膜１３を透過して流路１４に流れる。この流路１４は、微生物が下流に流れないようにゲル（例えばアルギン酸カルシウム）１４ａで固定化されて形成され、そのゲル１４ａに固定された微生物で糖分が発酵してエタノールに変換される。
【００２０】
この発酵により生じたエタノールは、分離器１７で、多段蒸留により分離される。
【００２１】
図３〜図５は、分離器１７の詳細を示したもので、図３は、分離器１７の分解斜視図、図４は分離器１７の断面図、図５は分離器１７でのエタノール濃縮の原理を説明する図である。
【００２２】
図３，図４に示すように、後述するＣＯ除去器２４で生じた触媒燃焼ガスが通る加熱用流路３１が形成された加熱プレート３０上に熱交換用プレート３２が設けられ、その熱交換用プレート３２に、発酵器１０の糖分流路１４で生じたエタノール＋水が流入する流入枠３３が設けられ、その流入枠３３上に、多孔質膜３４と蒸留分離枠３５からなる分離ユニット３６が多段に積層され、その最上段の分離ユニット３６上に上部プレート３７が設けられて構成される。
【００２３】
流入枠３３には、エタノール＋水の流入口３８と、水＋微量エタノールを発酵器１０の糖分流路１４に戻す流出口３９が形成され、上部プレート３７には、エタノール蒸気＋水蒸気を排出する排出口４０が形成される。
【００２４】
この分離器１７では、加熱プレート３０の加熱用流路３１に約１００℃の触媒燃焼ガスが供給され、流入枠３３内に供給されたエタノール＋水が加熱され、分離ユニット３６で、共沸したエタノール＋水の蒸気が、分離ユニット３６の多孔質膜３４により水蒸気が凝縮され、エタノール蒸気は上方へ、水蒸気は凝縮して重力により下方に移動してエタノールを濃縮するようになっている。
【００２５】
すなわち、図５に示すように、各段（図では３段）の温度をＴ0 ，Ｔ1 ，Ｔ2 とすると、Ｔ2 ＜Ｔ1 ＜Ｔ0 となり、下段の蒸気（温度Ｔ0 ，エタノール濃度Ｘ0 ）は、その上段の温度Ｔ1 の多孔質膜３４を通過する際に、温度Ｔ1 ＜Ｔ0 なので、蒸気中のエタノール蒸気は、矢印４１のように上段の濃縮室３５ａに流入し、水蒸気の一部は、凝縮し、その凝縮水が、重力によって矢印４２のように落下する。
【００２６】
このようにして、多孔質膜３４を矢印４１のように通過した蒸気は、エタノール濃度Ｘ１（＞Ｘ0 ）となって、さらにその上段の温度Ｔ2 の多孔質膜３４を通過する際に、さらに濃度が上昇し、最終的にはエタノール濃度５０％程度にされる。
【００２７】
多孔質膜３４は、蒸気が多孔質膜３４の孔を通過する間に、沸点の高い水蒸気が凝縮し、エタノール蒸気がそのまま通過できるような孔径にされ、また生じた凝縮水をある程度保持できるようになっている。
【００２８】
改質器２０は、濃縮されたエタノール蒸気＋水蒸気を、改質触媒にてＨ2 とＣＯに改質し、その改質ガス２３がシフト反応器２２に供給され、水蒸気の存在下で、ＣＯを、ＣＯ2 にシフトすると共にシフト反応によりＨ2 を副生する。
【００２９】
シフト反応器２２からのガス２３は、ＣＯ除去器２４に供給され、同時にＣＯ除去器２４に空気が供給され、シフト反応できなかった未反応のＣＯが、ＣＯ除去器２４内の燃焼触媒によるＣＯ選択酸化反応で、ＣＯ2 にされて除去される。
【００３０】
このＣＯ選択酸化反応で生じた触媒燃焼ガスは、分離器１７の加熱用流路３１に供給される。
【００３１】
燃料電池２８は、固体高分子型で、水素ガス２６が燃料極に供給され、空気２７が空気極に供給され、水の電気分解と逆の反応で、発電が行われる。
【００３２】
発電により生成した電気エネルギーは、例えば、埋め込み型人工心臓のポンプを駆動する電源として利用することができる。
【００３３】
図６は、発酵器１０の他の実施の形態を示したものである。
【００３４】
図２の実施の形態では、流路１４の内壁に、エタノールに変換する微生物を固定して微生物固定槽１５としたが、本実施の形態では、微生物固定槽１５に、血液が流れる流路１１と半透膜１３を介して対向する流路４４を形成し、その流路４４内に微生物を固定化したゲル４５を充填して構成したものである。
【００３５】
本実施の形態においても、半透膜１３で、流路１１を流れる血液中の糖分が流路４４に流れ、微生物を固定化したゲル４５により糖分がエタノールに変換される。
【００３６】
図７は、発酵器１０のさらに他の実施の形態を示したものである。
【００３７】
本実施の形態では、微生物固定槽１５を微生物を固定した多孔質体またはハニカム体４６で形成したものである。
【００３８】
本実施の形態においても、半透膜１３で、流路１１を流れる血液中の糖分がハニカム体４６に流れ、微生物によりエタノールに変換される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図２】図１の発酵器の詳細断面図である。
【図３】図１の分離器の分解組立斜視図である。
【図４】図１の分離器の詳細断面図である。
【図５】分離器でのエタノール濃縮の原理を説明する図である。
【図６】本発明における発酵器の他の実施形態を示す詳細断面図である。
【図７】本発明における発酵器のさらに他の実施形態を示す詳細断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  発酵器
１７  分離器
２０  改質器
２８  燃料電池
Ｂ  血液
【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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