(57)【要約】【課題】水素ガスを利用した二次電池に水素を供給する仕組みを大規模なシステムとして利用しようとする場合、距離の長い共通の水素配管でつなぐ必要があり、長距離にわたる二重配管などの水素漏れ対策や一定距離ごとの水素検知器とこれと連携したガス供給遮断システムなど多くの追加設備が必要となるが、本発明はこの多くの追加設備をを削減することを目的とする。【解決手段】放電する場合に水素ガスを使用し、充電する場合に水素ガスを発生させる複数の電力貯蔵デバイス１と、水素ガスに不活性ガスを混合した非可燃性の共通負極ガスを一方向に循環させる循環型の共通負極ガス配管５と、共通負極ガス配管から分流された共通負極ガスを複数の電力貯蔵デバイスの各々に供給するそれぞれの負極ガス入口配管２と、複数の電力貯蔵デバイスの各々から排出された共通負極ガスを共通負極ガス配管に合流させるそれぞれの負極ガス出口配管４とを備えることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電する場合に水素ガスを使用し、充電する場合に水素ガスを発生させる複数の電力貯蔵デバイスと、
前記水素ガスに不活性ガスを混合した非可燃性の共通負極ガスを一方向に循環させる循環型の共通負極ガス配管と、
前記共通負極ガス配管から分流された前記共通負極ガスを前記複数の電力貯蔵デバイスの各々に供給するそれぞれの負極ガス入口配管と、
前記複数の電力貯蔵デバイスの各々から排出された前記共通負極ガスを前記共通負極ガス配管に合流させるそれぞれの負極ガス出口配管と
を備える電力貯蔵システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電力貯蔵システムであって、
前記負極ガス出口配管から、前記電力貯蔵デバイスで前記水素ガスが使用された前記共通負極ガスもしくは前記電力貯蔵デバイスで発生した前記水素ガスを混入した前記共通負極ガスが、前記共通負極ガス配管に合流される
ことを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電力貯蔵システムであって、
前記複数の電力貯蔵デバイスのうちの、第一の前記電力貯蔵デバイスが充電する場合に、第二の前記電力貯蔵デバイスが放電する
ことを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の電力貯蔵システムであって、
前記複数の電力貯蔵デバイスは、夜間に充電して昼間に放電する電力貯蔵デバイスと、夜間に放電して昼間に充電する電力貯蔵デバイスを少なくとも含む
ことを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力貯蔵システムであって、
前記共通負極ガスを貯蔵する共通負極ガス貯蔵タンクを更に備え、
前記共通負極ガス貯蔵タンクをバッファにすることで前記共通負極ガス配管内の前記共通負極ガスの圧力を一定に保つ
ことを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力貯蔵システムであって、
前記共通負極ガス配管の水素濃度が閾値以下になった場合に、前記共通負極ガス配管に前記水素ガスを供給する
ことを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項７】
請求項６に記載の電力貯蔵システムであって、
前記共通負極ガス配管内の前記共通負極ガスの水素濃度が閾値を超える値になった場合に、前記共通負極ガス配管に前記不活性ガスを供給する
ことを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項８】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力貯蔵システムであって、
放電する場合に前記水素ガスを消費し、充電することができない非再生型燃料電池と、
前記共通負極ガス配管から、前記共通負極ガスを前記非再生型燃料電池へ供給する前記負極ガス入口配管を更に
備える電力貯蔵システム。
【請求項９】
請求項８に記載の電力貯蔵システムであって、
更に、下水処理場の消化ガスのメタンを改質して前記水素ガスを含む改質ガスを生成する消化ガス改質器と、
前記消化ガス改質器から発生した前記改質ガスを前記共通負極ガス配管に供給する前記負極ガス入口配管を更に
備える電力貯蔵システム。
【請求項１０】
請求項８に記載の電力貯蔵システムであって、
水の電気分解により水素ガスを発生させる水電解槽と、
前記水電解槽から発生した前記水素ガスを前記共通負極ガス配管に供給する前記負極ガス出口配管を更に
備える電力貯蔵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
放電時に水素ガスが消費され、充電時に水素ガスが発生する二次電池を用いた電力貯蔵システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
放電時に水素ガスが負極で消費され、充電時に水素ガスが負極で発生する二次電池が一般的に知られている。例えば、レドックスフローのような再生型燃料電池が知られている。このような水素ガスを利用する二次電池においては、水素を二次電池に供給し、発生した水素ガスを回収する仕組みが必要となる。特許文献１には、負極に水素ガスを循環させ、正極に金属イオンを溶解させた正極電解液を供給する再生形燃料電池が提案されており、特許文献２においては、発生した水素ガスを別のタンクに貯めておき、放電時にタンクから水素ガスを二次電池へ供給する仕組みが開示されている。
【０００３】
このような二次電池は発電システムに併設され、発電装置によって発電された電力を充電しておく為に利用される。例えば、太陽電池システムのように昼間にしか発電できないシステムでは昼間の電気を二次電池に充電することが考えられる。また、一般の電力網（以降系統という）から夜間の電力を充電する為など、二次電池に一度電力を充電してから、二次電池から電力を供給する仕組みも一般的になっている。
【０００４】
ところで、水素ガスを利用する二次電池へ、水素ガスを供給する場合、水素ガスは、爆発範囲が、空気に対する体積％で、４〜７５％と極めて広く、水素漏れに対する対策が必要となる。そこで、例えば特許文献３では水素を供給する管を２重管にすることが開示されている。また、非特許文献１には、可燃性の気体に不活性ガスを混合して、可燃性気体の燃焼範囲を狭める旨について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１５−５０３８３４号公報
【特許文献２】特開２００３−１７８７３８号公報
【特許文献３】特開２０１３−２４５７４１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】斎藤直、『燃料／空気／不活性ガス混合気の燃焼範囲と断熱火災温度―燃焼範囲の推定―』、消防研究所報告、第７８号、７頁〜１４頁、１９９４年９月（図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
水素ガスを利用した二次電池に水素を供給する仕組みを大規模なシステムとして利用しようとする場合、距離の長い共通の水素配管でつなぐ必要があり、長距離にわたる二重配管などの水素漏れ対策や一定距離ごとの水素検知器とこれと連携したガス供給遮断システムなど多くの追加設備が必要になるという課題がある。本発明はこのような問題点を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、放電する場合に水素ガスを使用し、充電する場合に水素ガスを発生させる複数の電力貯蔵デバイスと、水素ガスに不活性ガスを混合した非可燃性の共通負極ガスを一方向に循環させる循環型の共通負極ガス配管と、共通負極ガス配管から分流された共通負極ガスを複数の電力貯蔵デバイスの各々に供給するそれぞれの負極ガス入口配管と、複数の電力貯蔵デバイスの各々から排出された共通負極ガスを共通負極ガス配管に合流させるそれぞれの負極ガス出口配管とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
水素ガスを利用する二次電池に水素ガスを供給する仕組みを大規模なシステムとして利用しようとする場合に、追加設備を大幅に省略できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電力貯蔵システムの昼間の模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る電力貯蔵システムの夜間の模式図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る電力貯蔵システムの昼間の模式図の電力貯蔵デバイス部分の拡大図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る電力貯蔵システムの夜間の模式図の電力貯蔵デバイス部分の拡大図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る電力貯蔵システムの昼間の模式図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る電力貯蔵システムに接続された燃料電池部分の拡大図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係る電力貯蔵システムに接続された燃料電池部分の拡大図である。
【図８】この発明の実施の形態５に係る電力貯蔵システムに接続された水電解槽部分の拡大図である。
【図９】この発明の実施の形態６に係る電力貯蔵システムに接続された水電解槽部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の電力貯蔵システムの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電力貯蔵システムの昼間の動作を説明する為の模式図であり、図２は、夜間の動作を説明する為の模式図である。図１において、電力貯蔵デバイス１は、電力を充電する場合に水素を発生し放電する場合に水素を使用する二次電池である再生型燃料電池のことをいう。電力貯蔵デバイス１は、図１では正極充電液を貯蔵する正極充電液タンク１５と正極放電液を貯蔵する正極放電液タンク１６と負極と正極を合わせた内側の点線で囲まれた範囲のものをいう。
【００１３】
共通負極ガス配管５は、水素ガスを不活性ガスと混ぜた混合気体の共通負極ガスを、一方向に循環させる循環型の管をいう。共通負極ガス配管５の共通負極ガスはポンプ８によって循環され、共通負極ガス配管５内の水素濃度は水素濃度モニター１７によって監視される。負極ガス入口配管２は、共通負極ガス配管５から電力貯蔵デバイス１へ共通負極ガスを供給する管である。共通負極ガスは、負極ガス入口配管２のポンプ３によって電力貯蔵デバイス１に引き込まれる。負極ガス出口配管４は、電力貯蔵デバイス１から共通負極ガス配管５へ、電力貯蔵デバイス１で水素が使用された共通負極ガスもしくは、電力貯蔵デバイス１で発生した水素ガスを回収する管である。
【００１４】
圧力調整器７は、共通負極ガス配管５内の共通負極ガスの圧力が下がった場合に、共通負極ガスを貯蔵している共通負極ガス貯蔵タンク６から、共通負極ガスを供給して共通負極ガス配管５内の圧力を調整する。共通負極ガス貯蔵タンク６は隔壁９によって保護される。発電地域１０では、電力貯蔵デバイス１に例えば太陽電池１３から充電が行われる。電力消費地域１１では、電力貯蔵デバイス１は放電してマンション１４、等の電力需要部に電力を供給する。ここで、電力需要部はマンション１４に限らずオフィスビルのような電力を消費する施設でもよく、電力の需要がある場所をいう。系統１２は一般の電力網をいう。図２のように夜間の場合は、電力消費地域１１では一般的に夜間の系統１２の電力は安いので、この電力を利用して電力貯蔵デバイス１に充電することが考えられる。発電地域１０では、昼間に太陽電池１３で充電された電力貯蔵デバイス１から系統１２へ電力が供給される。
【００１５】
図１および図２の電力貯蔵システムでは、共通負極ガス配管５に２個の電力貯蔵デバイス１が接続され、圧力調整器７を介して、共通負極ガス貯蔵タンク６に接続されている。本実施の形態では、２個としているがこれに限定されるものではなく個数は限定されない。共通負極ガス配管５に複数個の電力貯蔵デバイス１を接続したので、個々の電力貯蔵デバイス１がそれぞれ負極ガス貯蔵タンク６を備える必要がなくなり、共通負極ガス貯蔵タンク６に一括して負極ガスを貯蔵して、圧力調整器７により共通負極ガス配管５の共通負極ガスの圧力を一定に保つことができ、コンパクトに構成できる効果が得られる。なお、共通負極ガスの圧力は絶対圧力で０．２ＭＰａに保たれている。共通負極ガスとは、蓄電貯蔵デバイス１で利用される水素ガスと不活性ガスを混合したガスのことをいう。不活性ガスとは、窒素や二酸化炭素等のガスで、可燃性がある水素ガスに混合することで非可燃性の不活性なガスにできるものをいう。また、共通負極ガス貯蔵タンク６とは、共通負極ガスを貯蔵するタンクのことで、共通負極ガス配管５の共通負極ガスの圧力を一定に保つ。
【００１６】
図１の発電地域１０において、昼間、太陽電池１３に接続された電力貯蔵デバイス１は、太陽電池１３で発生した電力を蓄える。すなわち太陽電池１３は電力貯蔵デバイス１を充電する。その時に、電力貯蔵デバイス１の負極側では水素ガスが発生し、発生した水素ガスは負極ガス出口配管４を介して共通負極ガス配管５に合流し、共通負極ガス配管５を介して共通負極ガス貯蔵タンク６に貯蔵される。一方、マンション１４等に接続された電力消費地域１１の電力貯蔵デバイス１は、マンション１４等での電力消費に合わせて放電する。その時に水素ガスが消費される。もしも、太陽電池１３で発生した電力で生成した水素量とマンション１４等での電力消費で消費される水素量が同じであれば、水素ガスは圧力調整器７を介して共通負極ガス貯蔵タンク６に貯蔵する必要はなく、共通負極ガス配管５の共通負極ガスの圧力は一定に保たれる。すなわち、太陽電池１３に接続された電力貯蔵デバイス１で発生した水素ガスをマンション１４等での電力消費で消費することで、圧力調整器７を介して共通負極ガス貯蔵タンク６に貯蔵する手間や電力を省略することができる。本実施の形態では太陽電池１３で発生した電力を充電しているが、これに限定されるものではなく、発電装置からの電力や、系統１２からの電力を充電してもよい。ここで、電力貯蔵デバイス１とは、再生型燃料電池のような二次電池をいうが電力を貯蔵できるものであればよくこの言葉に限定されない。
【００１７】
図２において、夜間は、マンション１４等に接続された電力貯蔵デバイス１は、系統１２からの単価の安い深夜電力で充電し、その際に水素ガスが発生する。発生した水素ガスは共通負極ガス貯蔵タンク６に貯蔵される。一方、太陽電池１３に接続された電力貯蔵デバイス１は、電力貯蔵デバイス１に貯蔵した電力を放電する。もしも、深夜電力で電力貯蔵デバイス１を充電した際に発生した水素量と、電力貯蔵デバイス１に貯蔵した電力を放電した際に消費される水素量が同じであれば、水素ガスは圧力調整器７を介して共通負極ガス貯蔵タンク６に貯蔵する必要はなく、共通負極ガス配管５の水素圧力は一定に保たれる。すなわち、マンション１４等に接続された電力貯蔵デバイス１に安い深夜電力で充電した際に発生した水素ガスを太陽電池１３に接続された電力貯蔵デバイス１の放電で消費することで、圧力調整器７を介して共通負極ガス貯蔵タンク６に貯蔵する手間や電力を省略することができる。
【００１８】
以上のように、実施の形態１の電力貯蔵システムによれば、共通負極ガス配管５に複数の電力貯蔵デバイス１が負極ガス入口配管２及び負極ガス出口配管４を介して接続されており、電力貯蔵デバイス１で発生した水素ガスを距離を隔てた別の電力貯蔵デバイス１で消費することで、圧力調整器７を介して共通負極ガス貯蔵タンク６に貯蔵する手間や電力を省略することができる。充電する電力貯蔵デバイス１からは水素が発生し、放電する電力貯蔵デバイス１は水素を使用するので、充電する電力貯蔵デバイス１から発生する水素ガスと放電する電力貯蔵デバイス１の使用する水素の量がバランスすると、共通負極ガス配管５内の水素ガスの量をバランスさせることができる。また、共通負極ガス貯蔵タンク６に余剰の水素ガスを貯蔵することで、個々の電力貯蔵デバイス１での水素ガス発生や水素ガス消費のアンバランスを調整することができる。
【００１９】
さらに、共通負極ガス貯蔵タンク６を太陽電池１３に接続された電力貯蔵デバイス１やマンション１４等に接続された電力貯蔵デバイス１から遠くに置くことで、水素ガスをより安全な場所に格納し、万が一、水素ガス漏れなどの事故が発生した際にも、マンション１４等への影響を最小限に抑えることが可能になる。
【００２０】
実施の形態１の電力貯蔵システムで、共通負極ガス配管５を長くした場合に、実用上、最大の課題になるのは、共通負極ガス配管５の安全性の確保である。共通負極ガスに含まれる水素ガスは、周知のように爆発範囲が、空気に対する体積％で、４〜７５％と極めて広く、水素ガス漏れに対する対策や水素検知器および警報設備が追加の設備として必要となる。そして、長距離の配管には、インフラの制約から、道路の下などを利用するのが現実的で、電気や都市ガスなどの共同溝内に敷設する必要がある。
【００２１】
そこで、本発明の実施の形態１の電力貯蔵システムでは、電力貯蔵デバイス１内部で共通負極ガスを循環させるとともに、一方向に共通負極ガスを循環する共通負極ガス配管５に接続し、共通負極ガス配管５に、不活性ガスである窒素を混ぜて体積比率で窒素（N2）９２％、水素（H2）８％となる混合ガスを充填した。
【００２２】
水素ガスの爆発範囲は、空気に対する体積％で、４〜７５％と極めて広いが、窒素と空気と水素ガスの３成分系であると、爆発範囲は大幅に狭められる。非特許文献１の図４には、窒素と空気と水素ガスの３成分系での燃焼範囲（推定値）と実測値が示されており、窒素が７０％添加されると、実測値では燃焼せず、推定値でも燃焼する範囲が実質的にほとんどゼロになることが示されている。この時の水素ガスの爆発範囲の下限値は絶対的な体積比率で６％なので、空気を除く、窒素と水素ガスの混合比率は、７０：６＝９２：８であれば、空気中に漏れても全く燃焼しない非可燃性となることが分かる。ここで不活性ガスを窒素としているが、これに限定されるものではなく、水素ガスを爆発させないように作用するものであれば何でもよい。例えば次に説明するような二酸化炭素であってもよいし、混合気体であってもよい。
【００２３】
非特許文献１の図４には、二酸化炭素（CO2）と空気と水素ガスの３成分系での燃焼範囲（推定値）と実測値も示されており、二酸化炭素が５５％添加されると、実測値では燃焼せず、推定値でも燃焼する範囲が実質的にほとんどゼロになることが示されている。この時の水素ガスの爆発範囲の下限値は絶対的な体積比率で１０％なので、空気を除く、二酸化炭素と水素ガスの混合比率（体積比率）は、５５：１０＝８５：１５であれば、空気中に漏れても全く燃焼しないことが分かる。
【００２４】
水素ガスの窒素ガス中の混合比率（体積比率）が２０％以下であれば、空気中に漏れても燃焼する可能性が極めて低く、水素ガスの二酸化炭素中の混合比率（体積比率）が３０％以下であれば、空気中に漏れても燃焼する可能性が極めて低い。すなわち、不活性ガスの種類によって異なるが、不活性ガス中の水素ガスの濃度が３０％以下であれば、空気中に漏れても燃焼する可能性が低く、配管を二重管にする必要が無く、また水素検知器も警報装置も不要になる。
【００２５】
ただし、水素濃度が希薄になれば、電力貯蔵デバイス１による水素ガス消費によって、共通負極ガス中の水素濃度がさらに希薄になり、負極が水素ガス欠乏に至る恐れがある。しかしながら、本発明に係る電力貯蔵システムでは、水素ガスを消費する側の電力貯蔵デバイス１で消費される水素量と、水素ガスを発生する側の電力貯蔵デバイス１で発生する水素量が同程度であれば、電力貯蔵デバイス１内部および共通負極ガス配管５内で共通負極ガスを循環させることで、水素欠乏を起こすことなく充放電することが可能になる。
また、水素濃度モニター１７によって、水素濃度が爆発下限以下に保たれていることを確認することができる。水素濃度モニター１７としては、共通負極ガス配管５内のガスを常時、微量サンプリングして、触媒燃焼式の水素検知器で水素濃度を測定するものが望ましい。ただし、爆発する心配が無いので、従来の水素検知器のように、水素検知器と連携したガス供給遮断システムなどの追加設備は不要であり、水素濃度モニター１７も必須の設備ではない。
【００２６】
仮に水素欠乏が起こっても、水素ガスを消費する電力貯蔵デバイス１や燃料電池での発電が困難になるだけで、その時点で発電を停止すればよい。また、実際には、水素濃度が１％以下に下がっても水素ガスを消費する電力貯蔵デバイス１や燃料電池での発電は可能であり、流量を増やせば発電可能が継続できる。ただし、放電効率や発電効率が下がるので、発電の必然性が低ければ、放電や発電を停止するのが経済的に望ましい。
しかしながら、発電の必然性が高ければ、水素濃度を高めるように、太陽電池、風力発電等の新エネルギーなどを用いて水素ガスを発生する電力貯蔵デバイス１の水素発生量を増やす、メタンなどの水蒸気改質によって、水素ガスを多く含むガスを共通負極ガス配管５内に供給する、水素タンクから水素ガスを補充する、あるいは、水素ガスを消費する電力貯蔵デバイス１や燃料電池の近傍に少量の水素タンクを設置して、水素濃度が一定以下に下がった場合には、これに切り替えるなどの手段を用いることができる。
【００２７】
逆に、共通負極ガス配管５内の水素濃度が高まり上限を超えそうになった場合には、水素ガスを消費する電力貯蔵デバイス１や燃料電池での発電を増やす、太陽電池、風力発電等の新エネルギーなどを用いて水素ガスを発生する電力貯蔵デバイス１の水素発生を止める、燃料改質器による共通負極ガス配管５内への水素ガス供給を止める、窒素タンクや二酸化炭素タンクから、窒素や二酸化炭素を供給するなどの手段を用いることができる。
【００２８】
電力貯蔵デバイス１内部および共通負極ガス配管５内で共通負極ガスを循環させる方法としては、実施の形態１のように、負極ガス入口配管２と電力貯蔵デバイス１との間に設置したポンプ３を駆動させることで実現できるし、共通負極ガス配管５に設けたポンプ８を駆動させることでも実現できる。もちろん両方のポンプを駆動しても良い。
【００２９】
電力貯蔵デバイス１の放電（水素消費）と充電（水素発生）のサイクルは、昼夜で１サイクルするので、共通負極ガス配管５の共通負極ガスを１日かけて循環する程度（例えば配管の長さに対して、１ｍ〜数ｍ／分程度）のわずかな共通負極ガスの移動で充分である。共通負極ガス配管５の水素濃度が充分にあれば、負極ガス入口配管２と電力貯蔵デバイス１との間に設置したポンプ３を駆動のみでも、電力貯蔵デバイス１の放電（水素消費）を継続させることができる。循環させるサイクルを昼間と夜間で逆転させても良いが、共通負極ガスを撹拌して水素濃度を一定に保つ効果が薄れる。共通負極ガスを撹拌して水素濃度を一定に保つ効果を高めようとすれば、１日に２回以上循環させることが望ましい。ただし、共通負極ガスを循環させるための動力が増加する。
【００３０】
このように共通負極ガス配管５内の水素ガスの量がバランスするのは、共通負極ガス配管５に接続された複数の電力蓄電デバイス１が、放電と充電と互いに逆の反応をすることで、共通負極ガス配管５内の水素ガスをバランスさせる方法と、同じ電力蓄電デバイスが昼夜で電力貯蔵デバイス１の放電と充電動作か変わることで水素ガスの量がバランスする方法とが考えられる。本実施例ではこの２つの場合を説明しているがこれに限定されるわけではなく、その組み合わせであってもよい。
【００３１】
さらに、ポンプの代わりに、ファンを用いて電力貯蔵デバイス１内部および共通負極ガス配管５内で共通負極ガスを循環させることも可能であり、共通負極ガスを循環させるための電力を削減することが可能になる。特に、共通負極ガス配管５を太くした場合には、圧力損失が小さくなりファンの使用が容易になる。もちろん、燃焼する可能性が低いので高価な防爆型である必要が無い。
【００３２】
また、共通負極ガスの圧力としては、絶対圧力で０．１〜１ＭＰａが望ましい。１ＭＰａを上回ると、電力貯蔵デバイス１のガスシール構造を強固なものとする必要があり、高コストになる。また０．１ＭＰａを下回ると、電力貯蔵デバイス１の負極側が負圧となり、性能が低下する。
【００３３】
次に、電力貯蔵デバイス１の詳細について説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係る電力貯蔵システムの昼間の模式図であって電力貯蔵デバイス１部分を拡大した図、図４は、夜間の模式図であって電力貯蔵デバイス１部分を拡大した図である。電力貯蔵デバイス１の負極２１は負極活物質を含んでいる。電力貯蔵デバイス１の電解質膜２２は電解液を含んでいる。電力貯蔵デバイス１の正極２３は正極活物質を含んでいる。電力貯蔵デバイス単セル２４は、電力貯蔵デバイス１の負極２１と電力貯蔵デバイス１の電解質膜２２と電力貯蔵デバイス１の正極２３を合わせたセルである。
【００３４】
負極側流路板２５は負極側の流路板、正極側流路板２６は正極側の流路板、負極ガス流路２７は共通負極ガスが通る流路、正極液体流路２８は正極液体が通る流路である。正極充電液配管２９は正極充電液タンク１５から充電状態の正極液体を正極へ供給する管、正極放電液配管３０は放電状態の正極液体を正極放電液タンク１６に排出する管である。正極充電液ポンプ３１は充電状態の正極液体を正極に流し、正極放電液ポンプ３２は放電状態の正極液体を正極放電液タンク１６に流す。図３には電力貯蔵デバイス１が一つしか図示されていないが、省略部分に、電力貯蔵デバイス１が複数接続される構成となる。以下、本発明の電力貯蔵システムに最適な電力貯蔵デバイス１の一例について詳細に説明する。
【００３５】
電力貯蔵デバイス１の負極２１は、負極活物質である水素吸蔵合金を含有する。電力貯蔵デバイス１の正極２３は、正極活物質である水酸化ニッケルまたはオキシ水酸化ニッケルの少なくともいずれかを含有する。水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）2）は放電状態の正極活物質であり、オキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）は充電状態の正極活物質である。電力貯蔵デバイス１の電解質膜２２は、アルカリ電解液を保持する。アルカリ電解液は水を含有する。
【００３６】
負極側流路板２５は、負極ガス流路２７を有する。共通負極ガスは、共通負極ガス配管５から、負極ガス入口配管２を通って、負極側流路板２５に入り、電力貯蔵デバイス１の負極２１に供給された後、負極ガス出口配管４を通って、共通負極ガス配管５に排出される。負極での共通負極ガスの循環のためにポンプ３またはファンが用いられていて良い。
【００３７】
正極側流路板２６は、正極液体流路２８を有する。正極側流路板２６は、正極充電液配管２９を経由して、正極充電液タンク１５に接続されている。正極充電液配管２９において、正極液体流路２８と正極充電液タンク１５との間には、正極充電液ポンプ３１が配置されている。正極充電液タンク１５には、充電状態の正極活物質（オキシ水酸化ニッケル）粒子を含む懸濁液が貯蔵される。
【００３８】
また正極側流路板２６は、極放電液配管３０を経由して、正極放電液タンク１６に接続されている。正極放電液配管３０において、正極液体流路２８と正極放電液タンク１６との間には、正極放電液ポンプ３２が配置されている。正極放電液タンク１６には、放電状態の正極液体が貯蔵されている。放電状態の正極液体とは、放電状態の正極活物質（水酸化ニッケル）粒子を含む懸濁液である。
【００３９】
次に電力貯蔵デバイス１の動作を説明する。電力貯蔵デバイス１の負極２１における充放電反応を下記の化学式１および２に示す。下記化学式１および２において、左辺から右辺に向かう反応が充電反応であり、逆に右辺から左辺に向かう反応が放電反応である。
【００４０】
化学式１：（放電）  Ｍ＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-←→ＭＨ＋ＯＨ-  （充電）
化学式２：（放電）  ２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-←→Ｈ2＋２ＯＨ-  （充電）
上記化学式１中、「Ｍ」は水素吸蔵合金を示し、「ＭＨ」はプロトン（Ｈ+）を吸収した水素吸蔵合金を示す。充電時、負極では上記化学式１に示すように、水素吸蔵合金（Ｍ）にプロトン（Ｈ+）と電子（ｅ-）が取り込まれて、水酸化物イオン（ＯＨ-）が放出される。負極ガス流路２７に面した負極では、上記化学式２の反応により、水素ガス（Ｈ2）が発生する。放電時は、上記化学式１に示すように、負極における放電反応では、水素吸蔵合金に含まれる水素ガスがプロトンと電子となって放出される。
【００４１】
電力貯蔵デバイス１の正極２３における充放電反応を下記上記化学式３および４に示す。下記化学式３および４において、左辺から右辺に向かう反応が充電反応であり、逆に右辺から左辺に向かう反応が放電反応である。
【００４２】
化学式３：（放電）  Ｎｉ（ＯＨ）2＋ＯＨ-←→ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋ｅ-  （充電）
化学式４：（放電）  ４ＯＨ-←→Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ＋４ｅ-  （充電）
充電時、正極では上記化学式３に示すように、水酸化ニッケル（放電状態）がオキシ水酸化ニッケル（充電状態）に変化し、電子が放出され、水が生成される。正極における充電反応が進行し、水酸化ニッケルが減少すると、上記化学式４に示すように、酸素ガスが発生することになる。しかし正極液体流路２８に、正極液体を流通させることにより、酸素ガスの発生を抑制できる。充電時、上記化学式３に示すように、正極における放電反応では、オキシ水酸化ニッケルが還元されて、水酸化ニッケルが生成される。
【００４３】
次に、実施の形態１の電力貯蔵デバイス１の各部の構成について説明する。
【００４４】
（負極）
負極は、水素吸蔵合金を含有する。水素吸蔵合金は、水素ガスの吸蔵が可能である限り、合金組成は限定されない。水素吸蔵合金は、たとえば、Ｍｍ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｍｎ−Ａｌ系合金（「Ｍｍ」はミッシュメタルと称される希土類元素の混合物を示す）、Ｍｍ−Ｍｇ−Ｎｉ−Ａｌ系合金（「コバルトフリー合金」とも称される）、ＭｍＮｉ5、ＬａＮｉ5等が挙げられる。負極は２種以上の水素吸蔵合金を含有していてもよい。負極は、たとえば水素吸蔵合金の成形体としてもよい。水素吸蔵合金の成形体は、民生用のニッケル水素二次電池でも採用されている。
【００４５】
実施の形態１の電力貯蔵デバイス１の負極に水素吸蔵合金を必ずしも含有していなくても、負極に白金系触媒など、水素ガスの酸化還元を容易にする触媒が付与されていれば、本発明の電力貯蔵システムとして機能する。負極が、水素吸蔵合金を含有していることによって、充放電に対する応答性が向上する効果が得られる。
【００４６】
（正極）
正極は、水酸化ニッケルまたはオキシ水酸化ニッケルの少なくともいずれかを含有する。前述のように水酸化ニッケルが放電状態の正極活物質であり、オキシ水酸化ニッケルが充電状態の正極活物質である。これらの正極活物質は、必須構成元素であるニッケル、酸素および水素ガス以外に、たとえばコバルト（Ｃｏ）等を含有していてもよい。
【００４７】
正極には、民生用のニッケル水素二次電池における正極の構成を適用してもよい。その場合、正極は、焼結式でもよいし、非焼結式でもよい。焼結式の正極は、たとえば次のようにして作製される。先ず、ニッケルメッキが施されたパンチングメタルの両主面に、ニッケル粒子を含有するペーストを塗着し、１０００℃程度で焼結する。これにより焼結板を得る。焼結板にニッケル塩溶液を含浸する。含浸後、焼結板をアルカリ水溶液に浸漬する。ニッケル塩溶液の含浸と、アルカリ水溶液への浸漬とを繰り返すことにより、焼結板に水酸化ニッケルを担持させ、正極とすることができる。
【００４８】
非焼結式の正極は、ニッケル製の多孔質基材に、水酸化ニッケル粒子を含有するペーストを含浸させ、さらに乾燥、圧延を行うことにより、作製される。多孔質基材には、たとえば発泡ニッケル、マット状のニッケル繊維等が用いられる。
【００４９】
（正極液体）
正極液体は、水酸化ニッケルまたはオキシ水酸化ニッケルの少なくともいずれかを含有する正極活物質粒子を含む懸濁液である。正極液体はゲル状であってもよい。正極液体の液体成分は、アルカリ水溶液でよい。正極液体とは電解液のことをいう。
【００５０】
正極活物質粒子には、たとえば、焼結した水酸化ニッケル粒子を粉砕した粒子、あるいは非焼結式の正極を粉砕した粒子等を用いることができる。正極との接触効率、正極液体中での流動性を考慮すると、正極活物質粒子の粒子形状は、球形状が望ましい。よって、たとえば粉砕後の粒子に球形化処理を施してもよい。球形化処理は、たとえばボールミル等を用いて行うことができる。正極活物質粒子は、たとえば水酸化コバルト、水酸化マンガン等を含有していてもよい。
【００５１】
正極活物質粒子の粒径は、０．１μｍ以上１ｍｍ以下程度が望ましい。粒径を０．１μｍ以上とすることにより、正極板と正極活物質粒子との接触効率が向上し、電子の受け渡しが容易となる。粒径を１ｍｍ以下とすることにより、たとえば正極活物質粒子が液体流路内で凝集して目詰まりを起こす等の不具合が抑制される。ただし、液体流路の断面積を大きくした場合にはこの限りでない。
【００５２】
正極液体は、増粘成分を含有していてもよい。正極活物質粒子の分散状態を安定化させるためである。増粘成分は、耐アルカリ性であることが望ましい。耐アルカリ性の増粘成繊維等が挙げられる。正極液体は、チクソトロピー性流体であることが望ましい。正極液体のチクソトロピー性を高める方法としては、たとえば、正極液体に炭素粉末を混合すること等が考えられる。
【００５３】
（アルカリ電解液）
アルカリ電解液は、アルカリ水溶液でよい。アルカリ電解液は、イオン伝導率が高いことが望ましい。アルカリ電解液は、たとえば高濃度の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液でもよい。ＫＯＨ濃度は、たとえば１０〜４０質量％程度である。アルカリ電解液は、複数の水酸化物を含有していてもよい。アルカリ電解液は、たとえばＫＯＨおよび水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の２種の水酸化物を含有していてもよいし、ＫＯＨ、ＮａＯＨおよび水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）の３種の水酸化物を含有していてもよい。
【００５４】
なお、本実施の形態の電力貯蔵システムに最適な電力貯蔵デバイス１の一例では、正極に水酸化ニッケルまたはオキシ水酸化ニッケルの少なくともいずれかを含有し、正極液体が、水酸化ニッケルまたはオキシ水酸化ニッケルの少なくともいずれかを含有する正極活物質粒子を含む懸濁液である場合を示したが、正極に二酸化マンガン、水酸化マンガンまたはオキシ水酸化マンガンの少なくともいずれかを含有し、正極液体に、二酸化マンガン、水酸化マンガンまたはオキシ水酸化マンガンの少なくともいずれかを含有する正極活物質粒子を含む懸濁液であっても良く、同様に用いることができる。
【００５５】
また、本実施の形態の電力貯蔵システムに最適な電力貯蔵デバイス１の一例について詳細に説明したが、本実施の形態の電力貯蔵システムに使用する電力貯蔵デバイス１としては、上記の電力貯蔵デバイス１以外に、負極で充電により水素ガスを発生し、放電により水素ガスを消費するレドックスフロー電池のような再生形燃料電池などであってもよく、水素ガスを利用して充電、放電する２次電池ならよい。さらに、さまざまなタイプの電力貯蔵デバイス１が混在していても良い。これは後に説明する実施の形態２でも同様である。
【００５６】
また、実施の形態１では、電力貯蔵デバイス１を模式的に『単セル』で示したが、もちろん、直列に多数のセルが積層された積層型の電力貯蔵デバイス１であってもよい。太陽光発電地域１０では、ＭＷｈレベルの電力貯蔵デバイス１が想定され、電力消費地域１１では、家庭用では１０ｋＷｈレベル、マンション１４等では、１００ｋＷｈレベルの電力貯蔵デバイス１の運用が想定される。
【００５７】
容量可変型の共通負極ガス貯蔵タンク６は、たとえば蛇腹構造を有する金属製の容器である。一定の水素ガスバリア性があれば、容器は樹脂製あるいはゴム製としてもよい。樹脂製の容器等において、水素ガスバリア性を高める方法としては、金属薄膜によるライニングを施すこと等が考えられる。容器は、たとえば金属と樹脂との複合材としてもよい。水素貯蔵タンクは、たとえば風船のようなものでもよい。あるいは共通負極ガス貯蔵タンク６は圧力可変型としてもよい。
【００５８】
共通負極ガス配管５の素材は、銅やステンレス製の耐食性のある鋼管であってよいが、可撓性に優れたポリエチレン管がより望ましく、他の鋼管や樹脂管類と比べて地震に対して強いという特徴がある。そして、可撓性に優れているため、直管をリール状に巻いた状態で運搬して、設置現場で直線状に矯正しながら施工することができるので、無接続で長尺な設置が可能であり、この点でも耐震性に優れている。また、ポリエチレン管は、無接続で長尺な施工が可能なことに加え、電源があれば簡単に電気融着接合ができるため、ガス漏れ防止に対する信頼性も高くて管同士の接続作業の施工性も優れており、材料費も安価であるため経済性が極めて良い。
【００５９】
共通負極ガス配管５の長さは、１００ｍから数ｋｍあるいは数十ｋｍまで延長することが可能であり、必要に応じて、共通負極ガス貯蔵タンク６を複数設置することで、共通負極ガスの圧力と水素濃度を適切に保つことが可能である。共通負極ガス配管５の太さは、共通ガスの循環を容易にするために、より太い方が望ましいが、配管スペースや経済性の点から、直径３０ｍｍから３００ｍｍの管が望ましい。また、場所によって管の太さを変更してよく、共通負極ガス貯蔵タンク６に近いほど太く、電力貯蔵デバイス１に近いほど細くすることで、配管コストを低く保ちながら、共通ガスの循環を最適に保つことが可能になる。共通負極ガス貯蔵タンク６は燃焼する恐れが極めて低いが、可能な限り、壁などで電気設備などとは隔離されていることが望ましい。
【００６０】
距離の長い共通の共通負極ガス配管５に電力貯蔵デバイス１を接続して、一端の電力貯蔵デバイス１で充電により発生した水素ガスを他端の電力貯蔵デバイス１で放電により消費すれば、共通の水素配管の内部の圧力は（充放電量がほぼ同じであれば）一定に保たれる。この発明に係る電力貯蔵システムは、電力貯蔵デバイス１内部および共通負極ガス配管５内で共通負極ガスを循環させることで、不活性ガスを主成分とする水素ガスでも水素欠乏を起こすことなく充放電することを可能にする。水素ガスを不活性ガスで大幅に希釈することで、長距離にわたる二重配管などの水素漏れ対策や一定距離ごとの水素検知器とこれと連携したガス供給遮断システムなど多くの追加設備を大幅に省略できる効果が得られる。
【００６１】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係るエネルギー貯蔵システムの昼間の模式図である。図において、高圧水素ボンベ４１は水素ガスを貯蔵するボンベをいい、高圧窒素ボンベ４２は不活性ガスである窒素を貯蔵するボンベである。本実施の形態では高圧窒素ボンベとしているが、これに限定されるものではなく、不活性ガスを貯蔵するタンクであればなんでもよく不活性ガスボンベとしてもよい。
【００６２】
実施の形態１では、太陽電池１３に接続された電力貯蔵デバイス１とマンション１４等に接続された電力貯蔵デバイス１が各１個ずつの場合を示したが、実施の形態２では、それぞれ２個ずつ接続されている。もちろん電力貯蔵デバイス１の数は、これに限らず多数であってよく、同じ数や同じ容量（ｋＷｈ）の電力貯蔵デバイス１である必要はない。
【００６３】
また、実施の形態２では、水素ボンベ４１と窒素ボンベ４２を設置して、共通負極ガスの水素濃度を調整するようになっている。水素濃度モニターで水素濃度を監視し、水素濃度が低すぎる場合には高圧水素ボンベ４１から水素ガスを放出して水素濃度を高め、水素濃度が高すぎる場合には高圧窒素ボンベ４２から窒素ガスを放出して水素濃度を薄める。共通負極ガスの水素濃度の調整は、日単位でゆっくりと行われる。また、高圧水素ボンベ４１と高圧窒素ボンベ４２は、空になれば、新しいものに交換する。共通負極ガス配管５の水素濃度が所定閾値以下となった場合に水素濃度を高める為に、水素ボンベ４１から水素ガスを供給し、水素濃度が所定閾値以上となった場合に、水素濃度を薄める為に窒素ボンベ４２から窒素を供給する。ここで窒素ボンベ４２は窒素に限定されるものではなく、不活性ガスであればなんでもよく不活性ガスボンベから供給されてもよい。
【００６４】
水素濃度モニターには、接触燃焼式水素センサ以外に、例えば、アモルファス水素吸蔵合金（Ｐｄ−Ｃｕ−Ｓｉ）を用いた水素センサを用いることができ、酸素が含まれていなくても１〜１００％の広い濃度範囲で水素濃度を測定することができ、不活性ガス（窒素や二酸化炭素）や水の影響もほとんど受けない。
【００６５】
なお、共通負極ガス配管５もループ状ではなくても、全体として共通負極ガスが循環される形状になっていればよい。規模が大きくなるほど、水素ガスの発生と消費のアンバランスが解消され、圧力調整器７と共通負極ガスタンク６の圧力管理が容易になる。なお、本実施の形態では実施の形態１と異なる部分を説明した。それ以外の部分については実施の形態１と同様であるとする。
【００６６】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３に係る電力貯蔵システムに接続された燃料電池部分の拡大図である。図において、燃料電池燃料極（負極）５１は燃料電池の負極、燃料電池電解質膜５２は燃料電池の電解質膜、燃料電池空気極（正極）５３は燃料電池の正極である。燃料電池単セル５４は、燃料電池燃料極（負極）５１と燃料電池電解質膜５２と燃料電池空気極（正極）５３を合わせたセルである。燃料極流路板５５は負極側の流路板、空気極流路板５６は正極側の流路板である。
【００６７】
燃料流路５７は燃料が通る流路、空気流路５８は空気が通る流路である。空気極入口配管５９は空気を正極に取り入れる配管、空気極出口配管６０は空気が正極を経由して正極から排出する配管である。空気ブロワー６１は正極に空気を送り込む装置、脱水装置６２は水分を除去する装置、消化ガス改質器６３はメタンを水蒸気改質によって水素ガスと二酸化炭素を含む改質ガスに変換する装置である。消化ガス入口配管６４は、メタンを取り込む配管、下水処理場消化ガス精製エリア６５は、下水処理場からメタンを精製するエリアをいう。図６には燃料電池しか図示されていないが、省略部分に、再生型燃料電池等が複数接続される構成となる。
【００６８】
実施の形態３では、電力消費地域において、複数の電力貯蔵デバイス１を接続した共通負極ガス配管５に、さらに水素ガスを消費して電力を発生する燃料電池を接続している。実施の形態１では再生型燃料電池を想定した例を記載しているが、本実施の形態では再生型燃料電池に更に非再生型の燃料電池を追加したものを想定している。いわば、水素ガスを有していて一方向に循環している共通負極ガス配管５の有効利用である。燃料電池としては、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）や固体電解質形燃料電池（ＳＯＦＣ）などを用いることができ、電力消費地域において、各戸に電力と温水を供給することができる。
【００６９】
燃料電池燃料極５１には、共通負極ガス配管５から水素ガスを含む共通負極ガスを取り込んで、水素ガスのみを消費して発電し、脱水装置６２で、水分を除去した後、共通負極ガス配管５に排出する。実施の形態１や実施の形態２の場合と違って、水素ガスを発生することなく、完全に消費してしまうので、共通負極ガス配管５に水素ガスを補給する必要が生じる。燃料電池空気極５３には、空気ブロワー６１によって空気が送り込まれ、酸素を消費して排出される。
【００７０】
非再生型燃料電池では水素ガスは燃料電池に消費されるだけで、充電することができないで、共通負極ガスの水素がどんどんと少なくなり欠乏することが考えられる。その為、水素を補充する仕組みとして水素ガスは実施の形態２のような水素タンクから補充してもよいが、次のような方法で水素ガスを補充してもよい。下水処理場に設置された下水処理場消化ガス精製エリア６５では、下水汚泥からメタン発酵により、メタンを含む消化ガスを発生させ、脱硫器とシロキサン除去装置（図示せず）を介して、燃料電池にとって有害な硫黄化合物やシロキサンを除去した後、消化ガス改質器６３でメタンを水蒸気改質（化学式５）によって水素ガスと二酸化炭素を含む改質ガスに変換し、共通負極ガス配管５に放出する。
【００７１】
化学式５（水蒸気改質反応）：ＣＨ４  +２Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２  +  ４Ｈ２。これにより、共通負極ガス配管５には水素濃度が８０％で残りが二酸化炭素の水素混合ガスが補給され、燃料電池での水素消費とバランスするので、共通負極ガス貯蔵タンク６による圧力調整のみで、共通負極ガスの水素濃度と圧力が一定の範囲に保たれる。なお、図６では、燃料電池を燃料電池単セル５４に代表させて示したが、もちろん多数の単セルを多数積層した積層型燃料電池が用いられてよい。なお、本実施の形態では実施の形態１又は２と異なる部分を説明した。それ以外の部分については実施の形態１又は２と同様であるとする。
【００７２】
実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４に係る電力貯蔵システムに接続された燃料電池部分の拡大図である。図において、水素分離器６６は共通負極ガスから純水素を取り出す装置、水素循環ライン６７は取り出した準水素を循環させる管、水素循環ポンプ６８は取り出した純水素を水素循環ラインに循環させるポンプをいう。図７には燃料電池しか図示されていないが、省略部分に、再生型燃料電池等が複数接続される構成となる。
【００７３】
実施の形態３と異なるのは、燃料電池の負極部分の構成である。実施の形態４では、共通負極ガス配管５から水素分離器６６を用いて純水素を取り出し、燃料電池燃料極５１に供給した後、水素循環ポンプ６８を用いて水素循環ライン６７を通って、燃料電池燃料極５１に循環させる。これにより、燃料電池には常に純水素に近い濃度の水素ガスが供給され、発電能力を高めることが可能になる。また、負荷変動に応じた出力の追従も容易になる効果が得られる。なお、本実施の形態では実施の形態３と異なる部分を説明した。それ以外の部分については実施の形態３と同様であるとする。
【００７４】
実施の形態５．
図８は、この発明の実施の形態５に係る電力貯蔵システムに接続された水電解槽部分の拡大図である。図において、水電解槽水素極（負極）７１は水電解槽の負極、水電解槽電解質膜７２は水電解槽の電解質膜、水電解槽酸素極（正極）７３は燃料電池の正極、水電解槽単セル７４は、水電解槽水素極（負極）７１と水電解槽電解質膜７２と水電解槽酸素極（正極）７３を合わせたセル、水電解槽水素流路板７５は負極側の流路版、水電解槽酸素流路板７６は正極側の流路版、水素流路７７は水素が通る流路、酸素流路７８は酸素が通る流路、水入口配管７９は水を正極に取り入れる配管、酸素出口配管８０は正極から酸素を排出する配管、水供給ポンプ７１は正極に水を送り込む装置、水タンク６２は、水を貯蔵するタンクをいう。図８には水電解槽しか図示されていないが、省略部分に、再生型燃料電池等が複数接続される構成となる。
【００７５】
実施の形態５では、実施の形態３の複数の燃料電池を備えた電力貯蔵システムの共通負極ガス配管５に、さらに太陽光発電地域において、電力と水を用いて水素ガスを発生する水電解槽を接続している。実施の形態３では、下水処理場に設置された下水処理場消化ガス精製エリア６５で、水素ガスと二酸化炭素を発させているが、本実施の形態５では水を電気分解することで水素ガスを発生させる部分が異なる。
【００７６】
水電解槽は、水を電気分解して水素ガスと酸素を生成する装置で、アルカリ形水電解槽と固体高分子形水電解槽が実用的に用いることができる。
実施の形態５では、水は水電解槽酸素極（正極）７３から供給して、発生した酸素は大気に廃棄している。水素ガスを含んだ共通負極ガスを共通負極ガス配管５から取り入れて、水電解により、発生した純水素を水電解槽水素極（負極）７１で付加して、水を除去した後、水素濃度が上昇した負極ガスを共通負極ガス配管５に戻す。これにより、共通負極ガス配管５には水素ガスが補給され、燃料電池での水素消費とバランスするので、共通負極ガス貯蔵タンク６による圧力調整のみで、共通負極ガスの水素濃度と圧力が一定の範囲に保たれる。なお、本実施の形態では実施の形態３と異なる部分を説明した。それ以外の部分については実施の形態３と同様であるとする。
【００７７】
実施の形態６．
図９は、この発明の実施の形態６に係る電力貯蔵システムに接続された水電解槽部分の拡大図である。図において、水素ポンプ８３は水素を送り出すポンプである。図９には水電解槽しか図示されていないが、省略部分に、再生型燃料電池等が複数接続される構成となる。
【００７８】
実施の形態５と異なるのは、水電解槽の負極部分の構成のみである。実施の形態６では、水電解で発生した純水素のみを水素ポンプ８３を用いて共通負極ガス配管５に供給する。これにより、純水素のみが共通負極ガス配管５に供給されることになる。これによって、実施の形態５の場合よりも、配管が簡素化できる効果がある。具体的には、図８の実施の形態５と比べて、負極ガス入口配管２の配管を必要とせず、簡略化できる。ただし、水電解槽の負極部分の配管については、水素濃度が爆発限界下限を超えるので、水電解槽部分において水素検知器などの安全対策が必要になる。なお、本実施の形態では実施の形態５と異なる部分を説明した。それ以外の部分については実施の形態５と同様であるとする。
【００７９】
なお、実施の形態５及び実施の形態６では、それぞれ図８及び図９に示されているように、水電解槽を水電解槽単セル７４に代表させて示したが、もちろん多数の単セルを多数積層した積層型水電解槽が用いられてよい。
【００８０】
以上のように、水素濃度上昇手段としては、充電により負極から水素ガスを発生する電力貯蔵デバイス１以外に、都市ガスや消化ガス等を用いたメタンの水蒸気改質器、太陽光発電や風力などの余剰電力を用いた水電解槽、もしくは水素ボンベなどを用いることが可能であり、また、水素濃度下降手段としては、放電により負極で水素ガスを消費する電力貯蔵デバイス１以外に、水素ガスを消費して電力を発生する燃料電池、窒素ボンベ、炭酸ガスボンベやアルゴンガスボンベなどをもちいることができ、本発明の共通負極ガス配管５を用いた電力貯蔵システムをより多様化して広範囲の用途に用いることが可能になる。
【００８１】
共通負極ガス配管５全体の平均の水素濃度は、数か所に配置した水素濃度モニターの水素濃度を平均して求めることができるが、この他に、水素濃度上昇手段および水素濃度下降手段の動作による水素発生量と水素消費量および共通負極ガス配管５全体の容積と共通負極ガス配管５の圧力から簡単に計算して算出することもできる。そして、水素濃度上昇手段および水素濃度下降手段を、共通負極ガス配管５全体の平均の水素濃度を一定に保つように運転制御することが望ましい。
【符号の説明】
【００８２】
１  電力貯蔵デバイス、２  負極ガス入口配管、３  ポンプ、４  負極ガス出口配管、５  共通負極ガス配管、６  共通負極ガス貯蔵タンク、７  圧力調整器、８  ポンプ、９  隔壁、１０  太陽光発電地域、１１  電力消費地域、１２  系統、１３  太陽電池、１４  マンション等、１５  正極充電液タンク、１６  正極放電液タンク、１７  水素濃度モニター、２１  電力貯蔵デバイス１の負極、２２  電力貯蔵デバイス１の電解質膜、２３  電力貯蔵デバイス１の正極、２４  電力貯蔵デバイス単セル、２５  負極側流路板、２６  正極側流路板、２７  負極ガス流路、２８  正極液体流路、２９  正極充電液配管、３０  正極放電液配管、３１  正極充電液ポンプ、３２  正極放電液ポンプ、４１  高圧水素ボンベ、４２  高圧窒素ボンベ、５１  燃料電池燃料極（負極）、５２  燃料電池電解質膜、５３  燃料電池空気極（正極）、５４  燃料電池単セル、５５  燃料極流路板、５６  空気極流路板、５７  燃料流路、５８  空気流路、５９  空気極入口配管、６０  空気極出口配管、６１  空気ブロワー、６２  脱水装置、６３  消化ガス改質器、６４  消化ガス入口配管、６５  下水処理場消化ガス精製エリア、６６  水素分離器、６７  水素循環ライン、６８  水素循環ポンプ、７１  水電解槽水素極（負極）、７２  水電解槽電解質膜、７３  水電解槽酸素極（正極）、７４  水電解槽単セル、７５  水電解槽水素流路板、７６  水電解槽酸素流路板、７７  水素流路、７８  酸素流路、７９  水入口配管、８０  酸素出口配管、８１  水供給ポンプ、８２  水タンク、８３：水素ポンプ。
【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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