(57)【要約】    【課題】  電気分解装置と燃料電池とを組合わせた発電システムにおけるランニングコストの低減や発電効率の向上を図ること。    【解決手段】  本発明では、水を電気分解して水素を生成する電気分解装置と、この電気分解装置によって生成した水素を用いて発電を行う燃料電池とを組合わせた発電システムにおいて、前記燃料電池として２種類の燃料電池を用い、一方の燃料電池は、前記電気分解装置によって生成される酸性水を電解質として用いた構成とし、他方の燃料電池は、前記電気分解装置によって生成されるアルカリ水を電解質として用いた構成とすることにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を電気分解して水素を生成する電気分解装置と、この電気分解装置によって生成した水素を用いて発電を行う燃料電池とを組合わせた発電システムにおいて、
前記燃料電池は、前記電気分解装置によって生成される酸性水を電解質として用いた構成としたことを特徴とする発電システム。
【請求項２】
水を電気分解して水素を生成する電気分解装置と、この電気分解装置によって生成した水素を用いて発電を行う燃料電池とを組合わせた発電システムにおいて、
前記燃料電池は、前記電気分解装置によって生成されるアルカリ水を電解質として用いた構成としたことを特徴とする発電システム。
【請求項３】
水を電気分解して水素を生成する電気分解装置と、この電気分解装置によって生成した水素を用いて発電を行う燃料電池とを組合わせた発電システムにおいて、
前記燃料電池として２種類の燃料電池を用い、一方の燃料電池は、前記電気分解装置によって生成される酸性水を電解質として用いた構成とし、他方の燃料電池は、前記電気分解装置によって生成されるアルカリ水を電解質として用いた構成としたことを特徴とする発電システム。
【請求項４】
前記燃料電池は、前記電気分解装置によって生成した水素と酸素とを用いて発電を行うように構成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発電システム。
【請求項５】
前記電気分解装置は、純水を電気分解して水素及び酸素並びにアルカリ水及び酸性水を生成することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発電システム。
【請求項６】
前記電気分解装置は、電解槽の内部に陰極電極と陽極電極とを隔膜を挟んで対向配置し、陰極電極の上方に水素及びアルカリ水を排出するための陰極側排出口を形成するとともに、この陰極側排出口に気液分離装置を接続して水素とアルカリ水とを分離し、一方、陽極電極の上方に酸素及び酸性水を排出するための陽極側排出口を形成するとともに、この陽極側排出口に気液分離装置を接続して酸素と酸性水とを分離し、さらに、両電極の下方に純水を電解槽へ供給するための供給口を形成し、この供給口から純水を供給するように構成したことを特徴とする請求項５に記載の発電システム。
【請求項７】
前記電気分解装置に水道水から純水を生成する純水生成装置を接続したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の発電システム。
【請求項８】
前記純水生成装置は、太陽光エネルギーによって水道水を蒸発させた後に冷却することによって純水を生成するように構成したことを特徴とする請求項７に記載の発電システム。
【請求項９】
前記電気分解装置は、電源としてソーラーバッテリーを用いたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解して水素を生成する電気分解装置と、この電気分解装置によって生成した水素を用いて発電を行う燃料電池とを組合わせた発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料に依存せずに発電効率の良好なクリーンな発電源として燃料電池を用いた発電システムが注目されている。
【０００３】
この燃料電池を用いた発電システムは、水素と酸素とを化学反応させることによって化学エネルギーを直接的に電気エネルギーに変換するものである。
【０００４】
そのため、燃料電池を用いた発電システムでは、燃料として水素を供給する必要がある。この水素の供給には、天然ガスを改質して水素ガスを生成する改質器によるもの、水素を貯蔵した水素吸蔵合金によるものなどが考えられてきているが、近年では、水素を連続して安定的に供給できる手段として、水を電気分解して水素を生成する電気分解装置の利用が考えられている。
【０００５】
このように電気分解装置で生成した水素を燃料電池に供給する発電システムとしては、たとえば特許文献１に開示された発電システムが知られている。
【０００６】
すなわち、図５に示すように、従来の発電システム101は、電気分解装置102と燃料電池103とを組合せて構成しており、水タンク104に電気分解装置102を接続し、この電気分解装置102に貯蔵タンク105,106を接続し、この貯蔵タンク105,106に燃料電池103を接続し、この燃料電池103にコンデンサー107を接続して構成していた。
【０００７】
そして、従来の発電システム101では、水タンク104から供給される水を電気分解装置102によって電気分解して水素と酸素とを生成し、生成した水素と酸素とをそれぞれ貯蔵タンク105,106に貯蔵しておき、貯蔵した水素と酸素とを燃料電池103にそれぞれ供給して、燃料電池103において水素と酸素とを反応させて電気エネルギーを生成し、この電気エネルギーをコンデンサー107に蓄えるとともに外部へ提供するようにしていた。
【特許文献１】特開２００４−１７１９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上記従来の燃料電池を用いた発電システムでは、燃料電池で用いる電解質として固体高分子型燃料電池や固体酸化物型燃料電池のように固体の電解質を用いた場合、電解質の経時的な劣化が起こり、また、アルカリ型燃料電池やリン酸型燃料電池や溶融炭酸塩型燃料電池のように液体の電解質を用いた場合、蒸発によって電解質の濃度が変化してしまい起電力が不安定となるおそれがあった。
【０００９】
そのため、従来の燃料電池では、電解質の交換や補充などのメンテナンス作業が必要となり、ランニングコストの増大を招くおそれがあった。
【００１０】
特に、燃料電池のエネルギー源として電気分解装置によって生成した水素と酸素を用いる場合には、電気分解装置によって水素や酸素と同時に生成される酸性水やアルカリ水の影響によって水の電気分解効率の低減が生じるおそれがあり、発電システム全体での発電効率の低減を招くおそれがあった。
【００１１】
そこで、本発明者は、電気分解装置と燃料電池とを組合わせた発電システムに関して鋭意研究を重ね、その結果、燃料電池で使用する電解質のメンテナンス作業をなくすとともに、電気分解装置での水の電気分解効率の向上を図るために、電気分解装置で生成された酸性水やアルカリ水を燃料電池の電解質として有効に利用することができる本発明を成すに至った。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、請求項１に係る本発明では、水を電気分解して水素を生成する電気分解装置と、この電気分解装置によって生成した水素を用いて発電を行う燃料電池とを組合わせた発電システムにおいて、前記燃料電池は、前記電気分解装置によって生成される酸性水を電解質として用いた構成とすることにした。
【００１３】
また、請求項２に係る本発明では、水を電気分解して水素を生成する電気分解装置と、この電気分解装置によって生成した水素を用いて発電を行う燃料電池とを組合わせた発電システムにおいて、前記燃料電池は、前記電気分解装置によって生成されるアルカリ水を電解質として用いた構成とすることにした。
【００１４】
また、請求項３に係る本発明では、水を電気分解して水素を生成する電気分解装置と、この電気分解装置によって生成した水素を用いて発電を行う燃料電池とを組合わせた発電システムにおいて、前記燃料電池として２種類の燃料電池を用い、一方の燃料電池は、前記電気分解装置によって生成される酸性水を電解質として用いた構成とし、他方の燃料電池は、前記電気分解装置によって生成されるアルカリ水を電解質として用いた構成とすることにした。
【００１５】
また、請求項４に係る本発明では、前記請求項１〜請求項３のいずれかに係る本発明において、前記燃料電池は、前記電気分解装置によって生成した水素と酸素とを用いて発電を行うように構成することにした。
【００１６】
また、請求項５に係る本発明では、前記請求項１〜請求項４のいずれかに係る本発明において、前記電気分解装置は、純水を電気分解して水素及び酸素並びにアルカリ水及び酸性水を生成することにした。
【００１７】
また、請求項６に係る本発明では、前記請求項５に係る本発明において、前記電気分解装置は、電解槽の内部に陰極電極と陽極電極とを隔膜を挟んで対向配置し、陰極電極の上方に水素及びアルカリ水を排出するための陰極側排出口を形成するとともに、この陰極側排出口に気液分離装置を接続して水素とアルカリ水とを分離し、一方、陽極電極の上方に酸素及び酸性水を排出するための陽極側排出口を形成するとともに、この陽極側排出口に気液分離装置を接続して酸素と酸性水とを分離し、さらに、両電極の下方に純水を電解槽へ供給するための供給口を形成し、この供給口から純水を供給するように構成することにした。
【００１８】
また、請求項７に係る本発明では、前記請求項１〜請求項６のいずれかに係る本発明において、前記電気分解装置に水道水から純水を生成する純水生成装置を接続することにした。
【００１９】
また、請求項８に係る本発明では、前記請求項７に係る本発明において、前記純水生成装置は、太陽光エネルギーによって水道水を蒸発させた後に冷却することによって純水を生成するように構成することにした。
【００２０】
また、請求項９に係る本発明では、前記請求項１〜請求項８のいずれかに係る本発明において、前記電気分解装置は、電源としてソーラーバッテリーを用いることにした。
【発明の効果】
【００２１】
そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。
【００２２】
すなわち、請求項１に係る本発明では、水を電気分解して水素を生成する電気分解装置と、この電気分解装置によって生成した水素を用いて発電を行う燃料電池とを組合わせた発電システムにおいて、燃料電池は、電気分解装置によって生成される酸性水を電解質として用いた構成としているために、電気分解装置によって生成される酸性水を有効に利用することができ、しかも、燃料電池の電解質の濃度変化を防止できて燃料電池の起電力を安定化させることができるとともに、電気分解装置での水の電気分解効率を向上させることができるので、発電システム全体の発電効率を向上させることができる。
【００２３】
また、請求項２に係る本発明では、水を電気分解して水素を生成する電気分解装置と、この電気分解装置によって生成した水素を用いて発電を行う燃料電池とを組合わせた発電システムにおいて、燃料電池は、電気分解装置によって生成されるアルカリ水を電解質として用いた構成としているために、電気分解装置によって生成されるアルカリ水を有効に利用することができ、しかも、燃料電池の電解質の濃度変化を防止できて燃料電池の起電力を安定化させることができるとともに、電気分解装置での水の電気分解効率を向上させることができるので、発電システム全体の発電効率を向上させることができる。
【００２４】
また、請求項３に係る本発明では、水を電気分解して水素を生成する電気分解装置と、この電気分解装置によって生成した水素を用いて発電を行う燃料電池とを組合わせた発電システムにおいて、燃料電池として２種類の燃料電池を用い、一方の燃料電池は、電気分解装置によって生成される酸性水を電解質として用いた構成とし、他方の燃料電池は、電気分解装置によって生成されるアルカリ水を電解質として用いた構成としているために、電気分解装置によって生成される酸性水及びアルカリ水を有効に利用することができ、しかも、燃料電池の電解質の濃度変化を防止できて燃料電池の起電力を安定化させることができるとともに、電気分解装置での水の電気分解効率を向上させることができるので、発電システム全体の発電効率を向上させることができる。
【００２５】
また、請求項４に係る本発明では、電気分解装置によって生成した水素と酸素とを用いて燃料電池で発電を行うように構成しているために、電気分解装置によって生成される水素及び酸素を有効に利用することができる。
【００２６】
また、請求項５に係る本発明では、電気分解装置によって純水を電気分解して水素及び酸素並びにアルカリ水及び酸性水を生成することにしているために、生成される水素、酸素、酸性水、アルカリ水に不純物や塩基が含まれず、燃料電池での発電効率をより一層向上させることができ、しかも、電解質としての酸性水やアルカリ水を廃棄する際に環境に悪影響を及ぼす中和塩の生成を未然に防止することができる。
【００２７】
また、請求項６に係る本発明では、電解槽の内部に陰極電極と陽極電極とを隔膜を挟んで対向配置し、陰極電極の上方に水素及びアルカリ水を排出するための陰極側排出口を形成するとともに、この陰極側排出口に気液分離装置を接続して水素とアルカリ水とを分離し、一方、陽極電極の上方に酸素及び酸性水を排出するための陽極側排出口を形成するとともに、この陽極側排出口に気液分離装置を接続して酸素と酸性水とを分離し、さらに、両電極の下方に純水を電解槽へ供給するための供給口を形成し、この供給口から純水を供給するように電気分解装置を構成しているために、純水を良好に安定して連続的に電気分解することができ、燃料電池に水素及び酸素並びにアルカリ水及び酸性水を安定して連続的に供給することができる。
【００２８】
また、請求項７に係る本発明では、電気分解装置に水道水から純水を生成する純水生成装置を接続しているために、発電システムの発電原料として容易かつ安価に入手できる水道水を使用することができ、発電システムのランニングコストを低減することができる。
【００２９】
また、請求項８に係る本発明では、太陽光エネルギーによって水道水を蒸発させた後に冷却することによって純水を生成するように純水生成装置を構成しているために、自然エネルギーを有効に利用した発電システムとすることができ、発電システムのランニングコストを低減することができる。
【００３０】
また、請求項９に係る本発明では、電気分解装置の電源としてソーラーバッテリーを用いているために、自然エネルギーを有効に利用した発電システムとすることができ、発電システムのランニングコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明は、電気分解装置と燃料電池とを組合わせて発電を行う発電システムに関するものであり、電気分解装置によって水を電気分解して水素を生成し、この水素を用いて燃料電池で発電を行うように構成したものである。
【００３２】
そして、本発明では、電気分解装置によって水を電気分解する際に生成される酸性水又はアルカリ水を燃料電池の電解質として利用する構成としたものである。
【００３３】
ここで、燃料電池として発電時の伝導イオンとして水素イオンを用いる酸性水型の燃料電池の場合には、電解質として電気分解装置で生成される酸性水を用い、一方、燃料電池として発電時の伝導イオンとして水酸化物イオンを用いるアルカリ水型の燃料電池の場合には、電解質として電気分解装置で生成されるアルカリ水を用いる。
【００３４】
本発明では、燃料電池として酸性水型の燃料電池又はアルカリ水型の燃料電池のいずれか一方だけを用い、電気分解装置によって生成される水素だけを燃料電池での発電に用いた構成であればよいが、さらに、燃料電池として酸性水型の燃料電池とアルカリ水型の燃料電池とを用い、電気分解装置で生成される酸性水とアルカリ水の両方を利用する構成とすることもでき、また、電気分解装置で生成される水素と酸素の両方を燃料電池に供給する構成とすることもできる。
【００３５】
特に、電気分解装置としては、水道水を電気分解するものであってもよいが、純水を電気分解して水素と酸素とアルカリ水と酸性水とを生成する構成とすることもでき、或いは、水道水から純水を生成する純水生成装置を接続した構成とすることもできる。
【００３６】
また、複数個の電気分解装置を直列に接続することによってアルカリ水や酸性水の電気分解を複数回行なったり、或いは、電気分解装置で生成されたアルカリ水や酸性水を煮沸することによって、アルカリ水や酸性水のイオン濃度を増大させるように構成することもできる。
【００３７】
さらに、電気分解装置や純水生成装置におけるエネルギー源としては、通常の商用電源を用いてもよいが、自然エネルギー、たとえば太陽光エネルギーを利用した構成とすることもできる。
【００３８】
以下に、本発明に係る発電システムの具体的な構成について図面を参照しながら説明する。
【００３９】
図１に示すように、本発明に係る発電システム１は、水を電気分解して水素と酸素とアルカリ水と酸性水とを生成する電気分解部２と、電気分解部２で生成された水素と酸素とアルカリ水と酸性水を用いて発電を行う燃料電池部３とで構成している。
【００４０】
これら各部の構成について以下に説明する。
【００４１】
まず、電気分解部２の構成について説明すると、電気分解部２は、図１に示すように、水道水から純水を生成する純水生成装置４と、この純水生成装置４で生成された純水を電気分解して水素と酸素とアルカリ水と酸性水とを生成する電気分解装置５と、この電気分解装置５で生成された水素と酸素とアルカリ水と酸性水とをそれぞれ貯蔵する貯蔵タンク6,7,8,9とで構成している。
【００４２】
純水生成装置４は、水道水を貯蔵する貯蔵タンク10と、貯蔵タンク10から供給された水道水を太陽光エネルギーによって蒸発させる蒸発装置11と、蒸発装置11で生成された蒸気を不純物を除去しながら冷却して純水を生成する冷却装置12と、これら蒸発装置11及び冷却装置12によって水道水から生成された純水を貯蔵する貯蔵タンク13とで構成している。
【００４３】
この純水生成装置４は、電気分解装置５に純水供給パイプ14を介して接続している。
【００４４】
電気分解装置５は、図２に示すように、純水供給パイプ14に電気分解装置本体15を接続するとともに、この電気分解装置本体15に２個の気液分離装置16,17を接続している。
【００４５】
純水供給パイプ14は、中途部にストップバルブ18を介設するとともに、中途部において電気分解装置本体15の陰極側へ純水を供給する陰極側純水供給パイプ19と電気分解装置本体15の陽極側へ純水を供給する陽極側純水供給パイプ20とに二股状に分岐し、各純水供給パイプ19,20の中途部にストップバルブ21,22と流量調整バルブ23,24とをそれぞれ介設している。
【００４６】
電気分解装置本体15は、矩形箱型状のポリプロピレン製の電解槽25の内側中央部にセルロース又は綿からなる布製の隔膜26を張設して電解槽25の内部を陰極室27と陽極室28とに区画するとともに、陰極室27の隔膜26の近傍にアルカリ性雰囲気で溶出しにくい材料である白金製の棒状の陰極電極29を取付ける一方、陽極室28の隔膜26の近傍に酸性雰囲気で溶出しにくい材料である白金製の棒状の陽極電極30を取付けることによって、電解槽25の内部に陰極電極29と陽極電極30とを隔膜26を挟んで対向配置し、これらの陰極電極29と陽極電極30とに直流電源としてのソーラーバッテリー31を接続している。
【００４７】
また、電気分解装置本体15は、電解槽25の陰極電極29の上方側に陰極側排出口32を陰極電極29に近接させて形成するとともに、この陰極側排出口32に気液分離装置16を接続し、一方、電解槽25の陽極電極30の上方側に陽極側排出口34を陽極電極30に近接させて形成するとともに、この陽極側排出口34に気液分離装置17を接続している。
【００４８】
さらに、電気分解装置本体15は、電解槽25の両電極29,30の下方側に供給口36,37を各電極29,30から離反させて形成し、陰極室27に形成した供給口36に陰極側純水供給パイプ19を接続し、一方、陽極室28に形成した供給口37に陽極側純水供給パイプ20を接続している。
【００４９】
これにより、電気分解装置本体15は、純水生成装置４から純水供給パイプ14を介して純水が連続して供給され、電解槽25の内部に充填された純水を両電極29,30によって電気分解して、陰極室27において水素を生成するとともに、この水素が生成される過程で生じる水酸化物イオン（ＯＨ−）を多く含んだアルカリ水を生成し、一方、陽極室28において酸素を生成するとともに、この酸素が生成される過程で生じる水素イオン（Ｈ＋）を多く含んだ酸性水を生成する。
【００５０】
そして、電気分解装置本体15の陰極室27において生成された水素とアルカリ水は、気液分離装置16で気体の水素と液体のアルカリ水とに分離され、水素は水素用の貯蔵タンク６に供給され、アルカリ水はアルカリ水用の貯蔵タンク８に供給される。
【００５１】
また、電気分解装置本体15の陽極室28において生成された酸素と酸性水は、気液分離装置17で気体の酸素と液体の酸性水とに分離され、酸素は酸素用の貯蔵タンク７に供給され、酸性水は酸性水用の貯蔵タンク９に供給される。
【００５２】
ここで、電気分解装置本体15で純水を良好に電気分解するためには、両電極29,30を短絡しない程度に近接させて配置することが望ましく、直径0.3mmで長さ65cmの電極29,30を0.22mm間隔で配置した場合に電圧50Vで電流0.35Aから100Vで電流0.66Aの範囲で効率的に電気分解されることが確認された。また、各電極29,30の近傍でのイオン濃度を新たに供給した純水によって低下させないように各電極29,30と純水の供給口36,37とは離反させて配置することが望ましい。なお、電解槽２５の内部にｐH値の高いアルカリ水を添加してもよく、また、水酸化ナトリウムなどの電解質を添加させてもよい。但し、水酸化ナトリウムなどの電解質を添加させた場合には廃棄時に中和塩を生じるため好ましくはない。
【００５３】
電気分解部２は、以上のように構成しており、水道水を原料として、電気分解によって水素と酸素とアルカリ水と酸性水を生成して、各貯蔵タンク6,7,8,9に貯蔵するようになっている。なお、電気分解部２で生成したアルカリ水や酸性水は、後述するように燃料電池部３で電解質として利用することになるため、所望のイオン濃度のアルカリ水や酸性水とするために、電気分解部２において複数個の電気分解装置本体15を直列的に接続して、所望のイオン濃度になるまで複数回の電気分解を繰り返して行うようにすることもできる。
【００５４】
次に、燃料電池部３の構成について説明すると、燃料電池部３は、図１に示すように、アルカリ水型の燃料電池38と酸性水型の燃料電池39とこれら両燃料電池38,39で発電された電気を蓄えておき必要に応じて出力するコンデンサー40とで構成している。
【００５５】
アルカリ水型の燃料電池38は、図３に示すように、上下一対のケーシング41,42からなるポリプロピレン製の密閉容器43の内側中央部にセルロース又は綿からなる電解質保持層44を配置し、この電解質保持層44の上部に酸素から酸素イオンを生成させるための白金製の酸素側触媒層45を積層し、この酸素側触媒層45の上部に酸素を拡散させるための酸素拡散層46を積層し、一方、電解質保持層44の下部に水素から水素イオンを生成させるための白金製の水素側触媒層47を積層し、この水素側触媒層47の下部に水素を拡散させるための水素拡散層48を積層している。酸素拡散層46と水素拡散層48には、コンデンサー40を電線49を介して接続している。
【００５６】
また、アルカリ水型の燃料電池38は、密閉容器43の中央上部に酸素拡散層46に連通連結させた酸素供給口50と酸素排出口51とを形成し、これらの酸素供給口50と酸素排出口51を酸素用の貯蔵タンク７に接続して、酸素用の貯蔵タンク７に貯蔵された酸素が酸素供給口50から酸素拡散層46へ供給され、その後、酸素を酸素排出口51から貯蔵タンク７へ排出するようにしている。なお、酸素排出口51からは発電によって生成された水分も含まれるために酸素排出口51と貯蔵タンク７との間に水分除去装置を介設することが望ましい。
【００５７】
また、アルカリ水型の燃料電池38は、密閉容器43の中央下部に水素拡散層48に連通連結させた水素供給口52と水素排出口53とを形成し、これらの水素供給口52と水素排出口53を水素用の貯蔵タンク６に接続して、水素用の貯蔵タンク６に貯蔵された水素が水素供給口52から水素拡散層48へ供給され、その後、水素を水素排出口53から貯蔵タンク６へ排出するようにしている。なお、水素排出口53からは発電によって生成された水分も含まれるために水素排出口53と貯蔵タンク６との間に水分除去装置を介設することが望ましい。
【００５８】
さらに、アルカリ水型の燃料電池38は、密閉容器43の左側上部に電解質保持層44に連通連結させた電解質供給口54を形成するとともに、密閉容器43の右側下部に電解質保持層44に連通連結させた電解質排出口55を形成し、これらの電解質供給口54と電解質排出口55をアルカリ水用の貯蔵タンク８に接続して、アルカリ水用の貯蔵タンク８に貯蔵されたアルカリ水が電解質供給口54から電解質保持層44へ供給され、その後、電解質を電解質排出口55から貯蔵タンク８へ排出するようにしている。
【００５９】
このようにして、アルカリ水型の燃料電池38では、電気分解装置５で生成された酸素と水素とをエネルギー源として循環させて利用するとともに、電気分解装置５で生成されたアルカリ水を電解質として循環させて利用して、発電を行うようにしている。
【００６０】
一方、酸性水型の燃料電池39も上記アルカリ水型の燃料電池38と同様の構成となっており、図４に示すように、上下一対のケーシング56,57からなるポリプロピレン製の密閉容器58の内側中央部にセルロース又は綿からなる電解質保持層59を配置し、この電解質保持層59の上部に酸素から酸素イオンを生成させるための白金製の酸素側触媒層60を積層し、この酸素側触媒層60の上部に酸素を拡散させるための酸素拡散層61を積層し、一方、電解質保持層59の下部に水素から水素イオンを生成させるための白金製の水素側触媒層62を積層し、この水素側触媒層62の下部に水素を拡散させるための水素拡散層63を積層している。酸素拡散層61と水素拡散層63には、コンデンサー40を電線64を介して接続している。
【００６１】
また、酸性水型の燃料電池39は、密閉容器58の中央上部に酸素拡散層61に連通連結させた酸素供給口65と酸素排出口66とを形成し、これらの酸素供給口65と酸素排出口66を酸素用の貯蔵タンク７に接続して、酸素用の貯蔵タンク７に貯蔵された酸素が酸素供給口65から酸素拡散層61へ供給され、その後、酸素を酸素排出口66から貯蔵タンク７へ排出するようにしている。なお、酸素排出口66からは発電によって生成された水分も含まれるために酸素排出口66と貯蔵タンク７との間に水分除去装置を介設することが望ましい。
【００６２】
また、酸性水型の燃料電池39は、密閉容器58の中央下部に水素拡散層63に連通連結させた水素供給口67と水素排出口68とを形成し、これらの水素供給口67と水素排出口68を水素用の貯蔵タンク６に接続して、水素用の貯蔵タンク６に貯蔵された水素が水素供給口67から水素拡散層63へ供給され、その後、水素を水素排出口68から貯蔵タンク６へ排出するようにしている。なお、水素排出口68からは発電によって生成された水分も含まれるために水素排出口68と貯蔵タンク６との間に水分除去装置を介設することが望ましい。
【００６３】
さらに、酸性水型の燃料電池39は、密閉容器58の左側上部に電解質保持層59に連通連結させた電解質供給口69を形成するとともに、密閉容器58の右側下部に電解質保持層59に連通連結させた電解質排出口70を形成し、これらの電解質供給口69と電解質排出口70を酸性水用の貯蔵タンク９に接続して、酸性水用の貯蔵タンク９に貯蔵された酸性水が電解質供給口69から電解質保持層59へ供給され、その後、電解質を電解質排出口70から貯蔵タンク９へ排出するようにしている。
【００６４】
このようにして、酸性水型の燃料電池39では、電気分解装置５で生成された酸素と水素とをエネルギー源として循環させて利用するとともに、電気分解装置５で生成された酸性水を電解質として循環させて利用して、発電を行うようにしている。
【００６５】
燃料電池部３は、以上のように構成しており、電気分解部２で生成された水素と酸素をアルカリ水型の燃料電池38と酸性水型の燃料電池39とで反応させて発電を行い、コンデンサー40に蓄えて、必要に応じて外部に供給できるようになっている。
【００６６】
しかも、燃料電池部３は、アルカリ水型の燃料電池38の電解質として、電気分解部２で生成されたアルカリ水を利用し、また、酸性水型の燃料電池39の電解質として、電気分解部２で生成された酸性水を利用している。
【００６７】
なお、上記発電システム１では、電気分解装置５で生成されたアルカリ水や酸性水を燃料電池38,39の電解質として循環させて使用しているが、これらをそのまま或いは中和させて電気分解装置５や燃料電池38,39の冷却水として利用したり、電気分解装置５の原料となる純水の一部として再利用することもできる。また、燃料電池38,39で発電した電気の一部を純水生成装置４や電気分解装置５の電源の一部として利用することもできる。
【００６８】
以上に説明したように、上記構成の発電システム１では、水を電気分解して水素を生成する電気分解装置５と、この電気分解装置５によって生成した水素を用いて発電を行う燃料電池38,39とを組合わせており、燃料電池38,39では、電気分解装置５によって生成されるアルカリ水や酸性水を電解質として用いた構成としている。
【００６９】
そのため、上記発電システム１では、電気分解装置５によって生成されるアルカリ水や酸性水を有効に利用することができ、発電システム１のランニングコストを低減させることができる。
【００７０】
しかも、上記発電システム１では、燃料電池38,39の電解質の濃度変化を防止できて燃料電池38,39の起電力を安定化させることができるとともに、電気分解装置５での水の電気分解効率を向上させることができるので、発電システム１の全体としての発電効率を向上させることができる。
【００７１】
特に、上記発電システム１では、電気分解装置５によって生成した水素と酸素とを用いて燃料電池38,39で発電を行うように構成しているために、電気分解装置５によって生成される水素及び酸素を有効に利用することができ、これによっても、発電システム１のランニングコストを低減させることができる。
【００７２】
また、上記発電システム１では、電気分解装置５によって純水を電気分解して水素及び酸素並びにアルカリ水及び酸性水を生成することにしているために、生成される水素、酸素、酸性水、アルカリ水に不純物や塩基が含まれず、燃料電池38,39での発電効率をより一層向上させることができ、しかも、電解質としての酸性水やアルカリ水を廃棄する際に環境に悪影響を及ぼす中和塩の生成を未然に防止することができる。
【００７３】
また、上記発電システム１では、電解槽25の内部に陰極電極29と陽極電極30とを隔膜26を挟んで対向配置し、陰極電極29の上方に水素及びアルカリ水を排出するための陰極側排出口32を形成するとともに、この陰極側排出口32に気液分離装置16を接続して水素とアルカリ水とを分離し、一方、陽極電極30の上方に酸素及び酸性水を排出するための陽極側排出口34を形成するとともに、この陽極側排出口34に気液分離装置17を接続して酸素と酸性水とを分離し、さらに、両電極29,30の下方に純水を電解槽25へ供給するための供給口36,37を形成し、この供給口36,37から純水を供給するように電気分解装置５を構成しているために、純水を良好に安定して連続的に電気分解することができ、燃料電池38,39に水素及び酸素並びにアルカリ水及び酸性水を安定して連続的に供給することができる。
【００７４】
また、上記発電システム１では、電気分解装置５に水道水から純水を生成する純水生成装置４を接続しているために、発電システム１の発電原料として容易かつ安価に入手できる水道水を使用することができ、発電システム１のランニングコストを低減させることができる。
【００７５】
また、上記発電システム１では、太陽光エネルギーによって水道水を蒸発させた後に冷却することによって純水を生成するように純水生成装置４を構成しているために、自然エネルギーを有効に利用した発電システム１とすることができ、発電システム１のランニングコストを低減させることができる。
【００７６】
さらに、上記発電システム１では、電気分解装置５の電源としてソーラーバッテリー31を用いているために、自然エネルギーを有効に利用した発電システム１とすることができ、発電システム１のランニングコストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明に係る発電システムを示す模式図。
【図２】電気分解装置を示す一部断面説明図。
【図３】アルカリ水型の燃料電池を示す断面側面図。
【図４】酸性水型の燃料電池を示す断面側面図。
【図５】従来の発電システムを示す模式図。
【符号の説明】
【００７８】
１  発電システム                      ２  電気分解部
３  燃料電池部                        ４  純水生成装置
５  電気分解装置                      ６  水素用の貯蔵タンク
７  酸素用の貯蔵タンク                ８  アルカリ水用の貯蔵タンク
９  酸性水用の貯蔵タンク              10  水道水用の貯蔵タンク
11  蒸発装置                          12  冷却装置
13  貯蔵タンク                        14  純水供給パイプ
15  電気分解装置本体                  16,17  気液分離装置
18  ストップバルブ                    19  陰極側純水供給パイプ
20  陽極側純水供給パイプ              21,22  ストップバルブ
23,24  流量調整バルブ                 25  電解槽
26  隔膜                              27  陰極室
28  陽極室                            29  陰極電極
30  陽極電極                          31  ソーラーバッテリー
32  陰極側排出口                      34  陽極側排出口
36,37  供給口                         38  アルカリ水型の燃料電池
39  酸性水型の燃料電池                40  コンデンサー
41,42,56,57  ケーシング               43,58  密閉容器
44,59  電解質保持層                   45,60  酸素側触媒層
46,61  酸素拡散層                     47,62  水素側触媒層
48,63  水素拡散層                     49,64  電線
50,65  酸素供給口                     51,66  酸素排出口
52,67  水素供給口                     53,68  水素排出口
54,69  電解質供給口                   55,70  電解質排出口
101  発電システム                     102  電気分解装置
103  燃料電池                         104  水タンク
105,106  貯蔵タンク                   107  コンデンサー
【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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