JP6042385B2

JP6042385B2 - 太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設

Info

Publication number: JP6042385B2
Application number: JP2014167320A
Authority: JP
Inventors: 石原　達己; 達己石原; 哲山佳; 重憲小出; 淳一小関
Original assignee: TOKUSHU GIKEN KINZOKU CO.,LTD.; Kyushu University NUC
Current assignee: TOKUSHU GIKEN KINZOKU CO.,LTD.; Kyushu University NUC
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2034-08-20
Also published as: JP2016044828A

Description

本発明は、太陽光エネルギーを利用して生成させた自動車用水素燃料と、同じく太陽光エネルギーを電気変換して発生させた電気自動車用の電気エネルギーを供給することのできる独立型のエネルギー供給施設に関するものである。

本発明は、太陽光を効率良くエネルギー変換して生成した自動車用水素燃料と、太陽光エネルギーを電気変換して発生させた電気自動車用の電力を同一施設で供給することのできる独立型のエネルギースタンドに関するものであり、本発明における構成の特徴は、エネルギー供給施設の屋上や屋根部等に複数の太陽光追尾装置を備える集光パネルを設置して、該集光パネルを形成する集光グリッドにより太陽光が集光グリッドに長時間にわたって入射するように形成して太陽エネルギーを有効利用することのできるエネルギー供給施設を提供するものである。

また、本発明は、太陽光エネルギーを電気変換しやすい可視光と、熱変換しやすい赤外線に集光パネルのグリッド内で分けて夫々集光させ、前記可視光は集光セルにて電気に変換して蓄電池に蓄電し、赤外線は熱として取り出して集光熱ボイラーに導入して中温水蒸気を発生させる構成を有している。

而して、本発明のエネルギー供給施設は、前記太陽光エネルギーの可視光を集光セルにて電気変換して蓄電池に電力を蓄電することにより、該電力を電気自動車用の電気エネルギーとして供給することのできる独立型のエネルギー供給施設を提供するものである。また、太陽光エネルギーの赤外線は、集光セルにて集光して光ファイバーを介して集光熱ボイラーに導入して中温水蒸気を発生させ、該中温水蒸気を中温水蒸気電解装置に供給して水素を発生させ、この水素を高圧にして水素タンクに貯蔵することにより水素を動力燃料として使用する水素燃料自動車に供給することのできる独立型のエネルギー供給施設を提供するものである。

太陽光エネルギーを効率良く利用するために太陽光の追尾装置を備えた採光システムや太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池システム等の開発等が数多くなされている。

例えば太陽光を採光として利用するために太陽光の追尾装置を備えた採光装置の一例として、特開２０１３−１０４２６１号公報（以下、特許文献１と称する）がある。特許文献１の発明は、建物の屋上や屋根に設置されるトップライトと呼ばれる太陽光の採光装置において、トップライトを構成するドーム内に太陽光の追尾システムを備えた反射ミラーを設けて太陽光を追尾し太陽光に正対する効率的な採光装置を提供するものである。

また、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池システムの一例として、特開平１１−９７７２９号公報（以下、特許文献２と称する）がある。特許文献２の発明は、どのような向きのモジュール設置場所においても南向きと同様な発電特性を発揮する手段を提供するというものであり、集光系と太陽電池セルを有する複数個の集光セルで太陽電池モジュールを構成し、集光セルを構成する集光系の光軸がモジュールの主表面の法線方向と異なる向きをもつ集光セルが少なくとも１つ存在するように構成したり、集光セル同士を可動可能に構成して、太陽光に正対する時間を長くすることが可能で、発電効率や設置面積効率を高めることができる太陽電池モジュールを提供するものである。

更に、太陽光エネルギー等を用いて水素を生成し、該水素を動力燃料として使用する水素自動車に供給する水素供給スタンドの従来例として、特開２００２−２４９０３１号公報（以下、特許文献３と称する）がある。特許文献３の発明は、太陽熱温水器のような形状を有している太陽光水分解パネルに上水を純水化して供給し、該太陽光水分解パネルにて生成された酸素と水素並びに水蒸気とを含む生成ガスから水素を分離する水素分離器から構成されており、該水素分離器により分離した水素は、他の細菌型燃料改質装置や燃料電池装置による水素生成装置からの水素と共に高圧水素タンクに貯蔵され水素ガス充填機を介して水素燃料電池自動車に供給される水素供給スタンドを提供するものである。

而して上記特許文献１は、太陽光の利用の形態として、太陽光の追尾装置を設けて太陽光を直接照明等に利用するものであり、太陽光を集光したり屈折させて太陽光の日照時間を効率良く採光するものであるが、太陽光の日照時間を効率良く採光しても、決して太陽光エネルギー自体を効率良く活用しているとはいえないものである。

また、特許文献２は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換して利用する太陽電池発電等に関するものである。太陽光エネルギーの利用の形態として、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換して利用する太陽電池発電等に関するものが圧倒的に多い。然しながら、太陽光エネルギーは、紫外線、可視光、赤外線等、波長の異なった光で構成されており、太陽電池は、太陽光エネルギーの内、その一部である可視光のみを変換して利用するものが大部分であり、それ以外の紫外線領域の光や赤外線の光については発電等では、十分に利用されていないのが実情である。然も、波長の短い紫外線領域の光は、エネルギーが高く、太陽発電セルの劣化を早めると云う問題があり、また、可視光よりも波長の長い赤外線領域の光は、太陽発電セルの温度を上昇させるとともに、太陽発電セルの出力低下を招いてしまう欠点がある。

更に、特許文献３は、太陽光エネルギーを利用して純水から水素を生成する太陽光水分解装置等により水素燃料電池自動車に供給される水素供給スタンドを夫々開示している。然しながら、特許文献３の発明は、水素生成手法の選択を将来より安価に水素を供給できるとする細菌型燃料改質装置や太陽光分解装置、そして燃料電池装置を並べたものであり設備がプラントのように大がかりなものになると云う欠点を有しており、また、風力発電等の大がかりな設備による電力や送電ロスをしてしまう外部からの供給電力を使用しての水素の生成を行う等、設備投資費用対水素生成コストは、効率の良い安価な水素を提供できるものではないと云う欠点を有している。

斯くして、本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、太陽光エネルギーを熱変換しやすい赤外線と、電気変換しやすい可視光に集光パネルの集光グリッド内で分けて夫々集光させ、太陽光エネルギーの赤外線は、熱として取り出すことにより集光熱ボイラー装置に蓄積した後、中温水蒸気電解装置に導入して水素を生成し、生成された水素は加圧して水素タンクに貯蔵され、該水素を動力燃料として使用する水素自動車に供給でき、また、太陽光エネルギーの可視光は集光セルにて電気に変換して蓄電池に電力を蓄電して電気自動車用の電力として供給できる太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設に関するものである。

特開２０１３−１０４２６１号公報特開平１１−９７７２９号公報特開２００２−２４９０３１号公報

本発明は、独立型のエネルギー供給施設内の屋上や屋根部分に太陽光の追尾装置を備えた太陽光エネルギーの集光パネルを設置し、該太陽光エネルギーを熱変換しやすい赤外線と電気変換しやすい可視光に集光パネルの集光グリッド内で分けて夫々集光させ、太陽光エネルギーの赤外線は、熱として取り出すことにより集光熱ボイラー装置に蓄積した後、中温水蒸気電解装置に導入して水素を生成し、生成された水素は加圧して水素タンクに貯蔵され、該水素を動力燃料として使用する水素自動車に供給でき、また、太陽光エネルギーの可視光は集光セルにて電気に変換して蓄電池に電力を蓄電して電気自動車用の電力として供給できる太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設を提供するものである。

本発明は、太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設を提供することにより、次世代の水素自動車や電気自動車用のエネルギー供給スタンドを確立するものであり、従来型のエネルギー供給スタンドの如くガソリンやＬＰＧガス、そして水素ガス等の危険物を製造工場からタンクローリーにより夫々の供給スタンドまで運搬する必要がなく、安全で安価な水素燃料と電気自動車用の電力を供給可能なエネルギー供給施設を提供するものである。

本発明は、エネルギー供給施設内の屋上や屋根部分に太陽光の追尾装置を備えた太陽光エネルギーの集光パネルを設置し、該太陽光エネルギーを熱変換しやすい赤外線と電気変換しやすい可視光に集光パネルの集光グリッド内で分けて夫々集光し、該太陽光エネルギーのうち赤外線は熱として取り出すことにより集光熱ボイラー装置に蓄積したのち中温水蒸気電解装置に導入して水素を生成し、該生成された水素は加圧して水素タンクに貯蔵され自動車用水素燃料供給器を介して水素を動力燃料として使用する水素自動車に供給でき、また、前記太陽光エネルギーの可視光は集光セルにて電気に変換して蓄電池に電力を蓄電して電気自動車用充電器を介して電気自動車用の電力として供給できることを特徴とする太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設を提供するものである。

また、本発明は、エネルギー供給施設内の屋上や屋根部分に太陽光の追尾装置を備えた太陽光エネルギーの集光パネルを設置し、該夫々の集光パネルを構成する複数個の集光グリッドは夫々の筐体の上部入射光側に太陽光を集光するフレネルレンズを設置し、該フレネルレンズを介して集光された太陽光は前記筐体の中間部にフレネルレンズの設置面に対して４５度の傾斜面を有して設置された可視光反射フィルターにて可視光のみを反射させて補助用プリズムレンズを介して集光セルに入射して電気に変換され、該変換された電気はシステム制御装置を介してリード線にて蓄電器に蓄電され、該蓄電器に蓄電された電力は給電制御盤と電気自動車充電器を介して電気自動車用の電力として供給可能であり、また、前記可視光反射フィルターを通過した赤外線は可視光反射フィルターの下部に前記フレネルレンズの設置面に対して４５度の傾斜角を有して設置された赤外線反射ミラーにて赤外線を反射集光して補正用集光レンズを介して光ファイバー導入口に集光され、該夫々の光ファイバー導入口にて集光された光は集光熱ボイラーの熱交換伝導パイプに照射され、該熱交換伝導パイプ内を循環する水を加熱して水蒸気を発生させ、該水蒸気を水蒸気加熱装置を介して中温水蒸気に変換して中温水蒸気電解装置に導入して水素と酸素を生成し、該生成された水素を水素タンク内に貯蔵し、該水素タンクの水素は二次増圧装置を介して水素燃料供給器にて水素燃料自動車に供給可能とした太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設を提供するものである。

更に、本発明において、前記集光パネルは、エネルギー供給施設内の屋上や屋根部分に複数台設置され、該集光パネルは太陽光に対して角度調整や回転機構を具備して、該角度調整機構や回転機構を太陽光追尾装置にて回動操作することにより太陽光を効率良く集光でき、また、夫々の集光パネルは集光パネル支持枠内において二つ以上に折り畳み可能に構成され夜間や日没時及び台風等気象条件の悪い時には折り畳みまたは折り畳んで屋内に収納可能にした太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設を提供するものである。

そして、本発明において、前記集光パネルの集光グリッド内で可視光反射フィルターを通過した赤外線は、可視光反射フィルターの下部に前記フレネルレンズの設置面に対して４５度の傾斜角を有して設置された赤外線反射ミラーにて赤外線を反射集光して補正用集光レンズを介して光ファイバー導入口に集光され、該夫々の光ファイバー導入口にて集光された光は集光熱ボイラーの熱交換伝導パイプに照射され、該熱交換伝導パイプ内を循環する水を加熱して水蒸気を発生させ水蒸気を水蒸気加熱装置を介して中温水蒸気に加熱し、該中温水蒸気を電解質の一方側に多孔質カソードを設け反対側に多孔質アノードを設けた電解セル内に連続的に供給しながら前記多孔質カソードと多孔質アノードの両電極間に電圧を印加して電気分解を行い、該電気分解にて水素と酸素を生成し、該生成された水素を水素タンク内に貯蔵し、該水素タンクの水素は二次増圧装置を介して水素燃料供給器にて水素燃料自動車に供給可能とする太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設を提供するものである。

また、本発明において、前記独立型のエネルギー供給施設内の蓄電器に蓄電される電力容量のアップには前記中温水蒸気電解装置により生成され水素タンクや酸素タンクに貯蔵した水素や酸素をエネルギー供給施設内に燃料電池に供給することにより発電して、前記蓄電器に蓄電することを特徴とする太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設を提供するものである。

本発明は、上記太陽光エネルギーを利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設を提供することにより、次世代の水素燃料自動車や電気自動車用のエネルギー供給スタンドを確立するものであり、従来型のエネルギー供給スタンドの如くガソリンやＬＰＧガス、そして水素ガス等の危険物を製造工場からタンクローリーにより夫々の供給スタンドまで運搬する必要がなく、安全で安価な水素燃料と電気自動車用の電力を供給可能なエネルギー供給施設を提供するものである。

また、本発明は、太陽光エネルギーを最大限有効利用することにより水素燃料自動車用の水素燃料、及び電気自動車用のクリーンエネルギーを同時に供給できる独立型のエネルギー供給施設を提供することが可能である。

そして、本発明は、太陽光エネルギーを電気変換しやすい可視光と熱変換しやすい赤外線に集光グリッド内で分けて夫々集光させ、可視光は集光セルにて電気変換して蓄電池に蓄電し、赤外線は熱として取り出して集光熱ボイラー装置にて水蒸気に変換することにより、効率良く水素を発生できる中温水蒸気電解装置にて水素と酸素を生成して、このうち水素は水素燃料自動車用燃料と燃料電池の燃料に、酸素は燃料電池の燃料に使用することにより、太陽光エネルギーを幅広く活用することが可能である。

本発明の実施形態を示す説明図である。図１における太陽光の追尾装置を説明する斜視図である。図２のＡ−Ａ要部を説明する断面拡大図である。図１に示す集光熱ボイラーの説明図である。図１に示す中温水蒸気電解装置の説明図である。

斯くして、本発明の構成は、エネルギー供給施設内の屋上や屋根部分に太陽光の追尾装置を備えた太陽光エネルギーの集光パネルを設置し、該太陽光エネルギーを熱変換しやすい赤外線と電気変換しやすい可視光に集光パネルの集光グリッド内で分けて夫々集光し、該太陽光エネルギーのうち赤外線は熱として取り出すことにより集光熱ボイラー装置に蓄積したのち中温水蒸気電解装置に導入して水素を生成し、該生成された水素は加圧して水素タンクに貯蔵され自動車用水素燃料供給器を介して水素を動力燃料として使用する水素自動車に供給でき、また、前記太陽光エネルギーの可視光は集光セルにて電気に変換して蓄電池に電力を蓄電して電気自動車用充電器を介して電気自動車用の電力として供給できる太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設であることが好ましい。

また、本発明は、エネルギー供給施設内の屋上や屋根部分に太陽光の追尾装置を備えた太陽光エネルギーの集光パネルを設置し、該夫々の集光パネルを構成する複数個の集光グリッドは夫々の筐体の上部入射光側に太陽光を集光するフレネルレンズを設置し、該フレネルレンズを介して集光された太陽光は前記筐体の中間部にフレネルレンズの設置面に対して４５度の傾斜面を有して設置された可視光反射フィルターにて可視光のみを反射させて補助用プリズムレンズを介して集光セルに入射して電気に変換され、該変換された電気はシステム制御装置を介してリード線にて蓄電器に蓄電され、該蓄電器に蓄電された電力は給電制御盤と電気自動車充電器を介して電気自動車用の電力として供給可能であり、また、前記可視光反射フィルターを通過した赤外線は可視光反射フィルターの下部に前記フレネルレンズの設置面に対して４５度の傾斜角を有して設置された赤外線反射ミラーにて赤外線を反射集光して補正用集光レンズを介して光ファイバー導入口に集光され、該夫々の光ファイバー導入口にて集光された光は集光熱ボイラーの熱交換伝導パイプに照射され、該熱交換伝導パイプ内を循環する水を加熱して水蒸気を発生させ、該水蒸気を水蒸気加熱装置を介して中温水蒸気に変換して中温水蒸気電解装置に導入して水素と酸素を生成し、該生成された水素を水素タンク内に貯蔵し、該水素タンクの水素は二次増圧装置を介して水素燃料供給器にて水素燃料自動車に供給可能とした太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設であることが好ましい。

更に、本発明において、前記集光パネルは、エネルギー供給施設内の屋上や屋根部分に複数台設置され、該集光パネルは太陽光に対して角度調整や回転機構を具備して、該角度調整機構や回転機構を太陽光追尾装置にて回動操作することにより太陽光を効率良く集光でき、また、夫々の集光パネルは集光パネル支持枠内において二つ以上に折り畳み可能に構成され夜間や日没時及び台風等気象条件の悪い時には折り畳みまたは折り畳んで屋内に収納可能にした太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設であることが好ましい。

そして、本発明において、前記集光パネルの集光グリッド内で可視光反射フィルターを通過した赤外線は、可視光反射フィルターの下部に前記フレネルレンズの設置面に対して４５度の傾斜角を有して設置された赤外線反射ミラーにて赤外線を反射集光して補正用集光レンズを介して光ファイバー導入口に集光され、該夫々の光ファイバー導入口にて集光された光は集光熱ボイラーの熱交換伝導パイプに照射され、該熱交換伝導パイプ内を循環する水を加熱して水蒸気を発生させ水蒸気を水蒸気加熱装置を介して中温水蒸気に加熱し、該中温水蒸気を電解質の一方側に多孔質カソードを設け反対側に多孔質アノードを設けた電解セル内に連続的に供給しながら前記多孔質カソードと多孔質アノードの両電極間に電圧を印加して電気分解を行い、該電気分解にて水素と酸素を生成し、該生成された水素を水素タンク内に貯蔵し、該水素タンクの水素は二次増圧装置を介して水素燃料供給器にて水素燃料自動車に供給可能であることが好ましい。

また、本発明において、前記独立型のエネルギー供給施設内の蓄電器に蓄電される電力容量のアップには前記中温水蒸気電解装置により生成され水素タンクや酸素タンクに貯蔵した水素や酸素をエネルギー供給施設内に燃料電池に供給することにより発電して、前記蓄電器に蓄電する構成であることが好ましい。

而して、本発明は、上記太陽光エネルギーを利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設を提供することにより、次世代の水素燃料自動車や電気自動車用のエネルギー供給スタンドを確立するものであり、従来型のエネルギー供給スタンドの如くガソリンやＬＰＧガス、そして水素ガス等の危険物を製造工場からタンクローリーにより夫々の供給スタンドまで運搬する必要がなく、安全で安価な水素燃料と電気自動車用の電力を供給可能なエネルギー供給施設を提供するものである。

更に、本発明は、太陽光エネルギーを電気変換しやすい可視光と熱変換しやすい赤外線に集光グリット内で分けて夫々集光させ、可視光は集光セルにて電気変換して蓄電池に蓄電し、赤外線は熱として取り出して集光熱ボイラー装置にて水蒸気に変換することにより、効率良く水素を発生できる中温水蒸気電解装置にて水素と酸素を生成して、このうち水素は水素燃料自動車用燃料と燃料電池の燃料に、酸素は燃料電池の燃料に使用することにより、太陽光エネルギーを幅広く活用することが可能である。

図１は、本発明の実施形態を示す説明図であり、図２は、図１における太陽光の追尾装置を説明する斜視図、図３は、図２のＡ−Ａ要部を説明する断面拡大図、図４は、図１に示す集光熱ボイラーの説明図、図５は、図１に示す中温水蒸気電解装置の説明図である。

図１において１Ａ、１Ｂは、太陽光に向かってパネル面を拡げた集光パネルユニット、２ａ、２ｂは、集光パネルユニット１Ａ、１Ｂの全体を任意に回転でき、また集光パネルユニット１Ａ、１Ｂを常に太陽光に対向するように角度調整可能な太陽光追尾装置、３ａ、３ｂは、集光パネル支持架台であり、前記集光パネルユニット１Ａ、１Ｂは、エネルギー供給施設の屋上や屋根部分（図示せず）に集光パネル支持架台３ａ、３ｂを介して設置されており、エネルギー供給施設の屋上や屋根部分に設置される集光パネルユニット１Ａ、１Ｂの台数は、エネルギー供給施設の規模により、複数台に増やして設置することができる。

図２は、図１における太陽光の追尾装置を説明するもので、１Ａは、集光パネルユニットを示し、該集光パネルユニット１Ａは、矢印Ｒ方向に折り畳み可能な２枚の集光パネル１ａ、１ｂからなり、該集光パネル１ａ、１ｂは夫々集光パネル枠４内に嵌着保持されて集光パネルユニット１Ａを構成している。また、前記集光パネル１ａ、１ｂは集光グリッド５ａ、５ｂ、５ｃ・・・の集合体にて構成されており、該集光グリッド５ａ、５ｂ、５ｃ・・・により構成された集光パネルユニット１Ａ，集光パネル１ａ、１ｂは、回転可能に構成された回転板６上に載置され、該回転板６上で太陽光に対する角度調整や太陽の方位や高度を追尾可能である他（太陽光追尾装置２ａ、２ｂは図１に記載）、集光パネルユニット１Ａを構成する集光パネル１ａ、１ｂは、建物の屋上や屋外に設置され夜間や日没時及び台風等気象条件の悪い時には折りたたみ又は折り畳んで屋内等に収納可能に構成している。

また、前記集光パネル枠４内に嵌着保持された集光グリッド５ａ、５ｂ、５ｃ・・・の構成は、太陽エネルギーを電気変換しやすい可視光Ｐ１と熱変換しやすい赤外線Ｐ２に集光グリッド５ａ、５ｂ、５ｃ・・内で分けて夫々集光させ、可視光Ｐ１は集光セル２０にて電気に変換されリード線７にてシステム制御装置８を介して蓄電器９に接続されて蓄電され、前記赤外線Ｐ２は熱として光ファイバー１０を介して取り出すことにより、集光熱ボイラー装置１１（図１に示す）に導入可能である。

次に、集光パネルユニット１Ａ、集光パネル１ａ、１ｂの構成について図３において説明する。図３において、集光グリッド５ａ、５ｂ、５ｃ・・・は中空形状の筐体１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・を形成し、該筐体１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・の側壁１３、及び底部１４にはアルミカバー材１５が貼着されている。そして、筐体１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・の上部入射光側１６には太陽光を集光するフレネルレンズ１７を設置し、前記筐体１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・の中間部にはフレネルレンズ１７の設置面に対して４５度の傾斜角を有して設置された可視光のみを反射可能な可視光反射フィルター１８を設け、該可視光反射フィルター１８に対向する前記筐体１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・の側壁１３には補正用プリズムレンズ１９を介して集光セル２０を設置し、該集光セル２０はセル制御基板２０ｃを介して夫々リード線７にて蓄電器６（図１に示す）に接続されている。

斯して、上記集光パネル１ａ、１ｂの動作は、前記集光パネル１ａ、１ｂを構成する集光グリッド５ａ、５ｂ、５ｃ・・・にて、夫々中空形状の筐体１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・を形成し、該筐体１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・の上部入射光側１６に太陽光を集光するフレネルレンズ１７を設置し、該フレネルレンズ１７を介して集光された太陽光は前記筐体１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・の中間部に前記フレネルレンズ１７の設置面に対して４５度の傾斜角を有して設置された可視光Ｐ１のみを反射可能な可視光反射フィルター１８にて反射した後、補正用プリズムレンズ１９を介して集光セル２０に入射して電気に変換され、該変換された電気は夫々リード線７にてシステム制御装置８（図１及び図２に示す）に接続されており、システム制御された電力を蓄電器６に蓄電される。

図１は、前記蓄電器６に蓄電された電力の利用方法を示すものであり、蓄電器６に蓄電された電力は、インバーター２１を有する給電制御装置２２を介して、電気自動車充電器２３に導入され、該導入された電力は、エネルギー供給施設内の床面等に埋設された電磁誘導方式の固定式充電器２４により電気自動車２５に供給される。

また、図３により太陽光エネルギーの赤外線Ｐ２を集光して熱として取り出す構成は、前記筐体１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・内の可視光反射フィルター１８の底部１４にフレネルレンズ１７の設置面に対して４５度の傾斜角を有して設置された赤外線反射ミラー２７を設け、該赤外線反射ミラー２７に対向する前記筐体１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・の側壁１３には補正用集光レンズ２８を介して光ファイバー導入口２９を設置し、該光ファイバー導入口２９を有する光ファイバー１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・は、図１に示す如く集光熱ボイラー装置１１に接続されており、前記集光グリッド５ａ、５ｂ、５ｃ・・・を構成する中空形状の筐体１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・は左右及び上下方向に複数個配列して集光パネル枠４内に嵌着保持されてパネル形状板を構成している。

斯くして、図４において集光熱ボイラー装置１１の構造を説明する。図４において、集光熱ボイラー装置１１は、熱電変換器３０を備え、該熱電変換器３０は外部導入水管３１から給水を受け、この水３２を断熱保持材３３で覆われた熱電変換器３０内の熱交換伝導パイプ３４内に供給することができる。そして、前記熱電変換器３０には外径部３５に前記補正用集光レンズ２８を介して集光された赤外線Ｐ２が光ファイバー１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ等にて配置されており、該光ファイバー１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ等にて配置された赤外線Ｐ２は夫々集光された状態にて熱変換されており、夫々集光された状態の赤外線Ｐ２は前記光ファイバー１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ等の照射口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ・・・より熱電変換器３０内に内蔵された熱交換伝導パイプ３４に照射され、該熱交換伝導パイプ３４の内部を循環する水３２を加熱して水蒸気３７を発生させる。
尚、集光熱ボイラー１１内に内蔵される熱電変換器３０は複数台並列して設けることでより多くの集光パネルユニット１Ａ、１Ｂ、１Ｃ・・・からの赤外線Ｐ２を効率良く熱変換できる。また、上記外部導入水管３１より給水される水３２は、図１において図示されているフィルター３８、循環ポンプ３９からなる給水タンク４０への外部インフラより供給されている。

また、発生した水蒸気３７は夫々熱交換伝導パイプ３４を介して断熱材４１にて覆われたボイラータンク４２に蓄積され、該水蒸気３７は、蒸気供給口４３により水蒸気加熱装置４４内に導入され、水蒸気加熱装置４４内に装備された電熱蒸気加熱器や高周波蒸気加熱器等からなる高温加熱器内を通過させることにより、再加熱され水蒸気の温度を中温水蒸気（約５００度）に調整可能で、この中温水蒸気４５を中温水蒸気電解装置４６に導入して水素と酸素を生成する。
尚、上記水蒸気加熱器４４の駆動電力は前記蓄電器９に蓄電した集光グリッド５ａ、５ｂ、５ｃ・・・からの電力を加熱用電源として利用する他、前記システム制御装置８よりエネルギー変換器制御装置２６を介して予備一次電源４７より外部インフラより導入することにより利用することも可能である。

次に図５において中温水蒸気電解装置４６の構造を説明する。図５において、４８は絶縁体から形成されたハウジング、４９はハウジング内に中温水蒸気４５を供給するための蒸気導入口、５０は生成された水素５１の取出し口、５２ａ、５２ｂは生成された酸素５３の取出し口であり、前記絶縁体から形成されたハウジング４８内部には、電解質の一方側に多孔質の電極からなるカソード５４を設け、反対側に多孔質の電極からなるアノード５５を設けたセラミックパイプからなる複数本の電解セル５６を構成し、前記中温水蒸気４５をカソード５４側に連続的に供給しながら、両電極のカソード５４とアノード５５間に電圧を印加して電気分解をおこなうことにより、中温水蒸気４５を分解して水を含む水素５１と酸素５３に分離させている。

よって、水を含む水素５１は、図１に示す水素ガス分離装置５７を介して、水素５１のみを一次増圧装置５８に導入後、水素タンク５９に貯蔵し、二次増圧装置６０を介して水素燃料供給器６１によりスタンド形式にて、水素燃料自動車６２に供給するものである。

また、前記中温水蒸気電解装置４６にて生成された酸素５３は、図１に示す酸素ガス冷却装置６３を介して酸素タンク６４に貯蔵され、該酸素は燃料電池車の燃料として、供給される他、本発明のエネルギー供給施設内に設置された燃料電池装置６５の燃料としても使用され、該燃料電池装置６５にて発電された電力は、電気配線６６にて蓄電器９に蓄電される他、前記電気自動車充電器２３の給電制御装置２２用の電源としても利用される。

斯くして、本発明の実施例１は、図１に示したエネルギー供給施設内の屋上や屋根部分に太陽光の追尾装置２ａ、２ｂを備えた太陽光エネルギーの集光パネルユニット１Ａ、１Ｂを設置し、該太陽光エネルギーを熱変換しやすい赤外線Ｐ２と電気変換しやすい可視光Ｐ１に集光パネルユニット１Ａ、１Ｂの集光グリッド５ａ、５ｂ、５ｃ・・・内で分けて夫々集光し、該太陽光エネルギーのうち赤外線Ｐ２は熱として取り出すことにより集光熱ボイラー装置１１に蓄積したのち中温水蒸気電解装置４６に導入して水素を生成し、該生成された水素は加圧して水素タンク５９に貯蔵され自動車用水素燃料供給器６１を介して水素を動力燃料として使用する水素自動車６２に供給でき、また、前記太陽光エネルギーの可視光Ｐ１は集光セル２０にて電気に変換して蓄電器９に電力を蓄電して電気自動車用充電器２３を介して電気自動車用の電力として供給できることを特徴とする太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設である。

そして、本発明の実施例１は、上記太陽光エネルギーを利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設を提供することにより、次世代の水素燃料自動車や電気自動車用のエネルギー供給スタンドを確立するものであり、従来型のエネルギー供給スタンドの如くガソリンやＬＰＧガス、そして水素ガス等の危険物を製造工場からタンクローリーにより夫々の供給スタンドまで運搬する必要がなく、安全で安価な水素燃料と電気自動車用の電力を供給可能なエネルギー供給施設を提供するものである。

また、実施例１は、太陽光エネルギーを最大限有効利用することにより水素燃料自動車用の水素燃料、及び電気自動車用のクリーンエネルギーを同時に供給できる独立型のエネルギー供給施設を提供することが可能である。

更に、実施例１は、太陽光エネルギーを電気変換しやすい可視光と熱変換しやすい赤外線に集光グリッド内で分けて夫々集光させ、可視光は集光セルにて電気変換して蓄電池に蓄電し、赤外線は熱として取り出して集光熱ボイラー装置にて水蒸気に変換することにより、効率良く水素を発生できる中温水蒸気電解装置にて水素と酸素を生成して、このうち水素は水素燃料自動車用燃料と燃料電池の燃料に、酸素は燃料電池の燃料に使用することにより、太陽光エネルギーを幅広く活用することが可能である。

図１乃至図５は、実施例２を説明するものであり、図１は、本発明の実施形態を示す説明図であり、図２は、図１における太陽光の追尾装置を説明する斜視図、図３は、図２のＡ−Ａ要部を説明する断面拡大図、図４は、図１に示す集光熱ボイラーの説明図、図５は、図１に示す中温水蒸気電解装置の説明図である。

実施例２の構成は、エネルギー供給施設内の屋上や屋根部分に太陽光の追尾装置を備えた太陽光エネルギーの集光パネルユニット１Ａ、１Ｂ・・・を設置し、該夫々の集光パネルユニット１Ａ、１Ｂ・・・を構成する複数個の集光グリッド５ａ、５ｂ、５ｃ・・・は夫々の筐体１２ａ、１２ｂ、１２・・・の上部入射光側１６に太陽光を集光するフレネルレンズ１７を設置し、該フレネルレンズ１７を介して集光された太陽光は前記筐体１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・の中間部にフレネルレンズ１７の設置面に対して４５度の傾斜面を有して設置された可視光反射フィルター１８にて可視光Ｐ１のみを反射させ補助用プリズムレンズ１９を介して集光セル２０に入射して電気に変換され、該変換された電気はシステム制御装置８を介してリード線７にて蓄電器９に蓄電され、該蓄電器９に蓄電された電力は給電制御装置２２と電気自動車充電器２３を介して電気自動車用２５の電力として供給可能であり、また、前記可視光反射フィルター１８を通過した赤外線Ｐ２は可視光反射フィルター１８の下部に前記フレネルレンズ１７の設置面に対して４５度の傾斜角を有して設置された赤外線反射ミラー２７にて赤外線Ｐ２を反射集光して補正用集光レンズ２８を介して光ファイバー導入口２９に集光し、該夫々の光ファイバー導入口２９にて集光された光は集光熱ボイラー装置１１の熱交換伝導パイプ３４に照射され、該熱交換伝導パイプ３４内を循環する水を加熱して水蒸気を発生させ、該水蒸気を水蒸気加熱装置４４を介して中温水蒸気に変換して中温水蒸気電解装置４６に導入して水素と酸素を生成し、該生成された水素を水素タンク５９内に貯蔵し、該水素タンク５９の水素は二次増圧装置６０を介して水素燃料供給器６１にて水素燃料自動車６２に供給可能である太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設である。

更に、実施例２における他の実施例として、本発明の前記集光パネルユニット１Ａ、１Ｂ・・・は、エネルギー供給施設内の屋上や屋根部分に複数台設置され、該集光パネルユニット１Ａ、１Ｂ・・・は太陽光に対して角度調整や回転機構を具備して、該角度調整機構や回転機構を太陽光追尾装置２ａ、２ｂにて回動操作することにより太陽光を効率良く集光でき、また、夫々の集光パネルユニット１Ａ，１Ｂ・・・は集光パネル支持枠４内において二つ以上に折り畳み可能に構成され夜間や日没時及び台風等気象条件の悪い時には折り畳みまたは折り畳んで屋内に収納可能に構成している。

そして、本発明における集光パネルユニット１Ａ、１Ｂ・・・の集光グリッド５ａ、５ｂ、５ｃ・・・内で可視光反射フィルター１８を通過した赤外線Ｐ２は、可視光反射フィルター１８の下部にフレネルレンズ１７の設置面に対して４５度の傾斜角を有して設置された赤外線反射ミラー２７にて赤外線Ｐ２を反射集光して補正用集光レンズ２８を介して光ファイバー導入口２９に集光され、該夫々の光ファイバー導入口２９にて集光された光は集光熱ボイラー装置１１の熱交換伝導パイプ３４に照射され、該熱交換伝導パイプ３４内を循環する水を加熱して水蒸気を発生させ水蒸気を水蒸気加熱装置４４を介して中温水蒸気に加熱し、該中温水蒸気を電解質の一方側に多孔質カソード５４を設け反対側に多孔質アノード５５を設けた電解セル５６内に連続的に供給しながら前記多孔質カソード５４と多孔質アノード５５の両電極間に電圧を印加して電気分解を行い、該電気分解にて水素と酸素を生成し、該生成された水素を水素タンク５９内に貯蔵し、該水素タンク５９の水素は二次増圧装置６０を介して水素燃料供給器６１にて水素燃料自動車６２に供給可能できる太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設である。

また、本発明における実施例においては、独立型のエネルギー供給施設内の蓄電器に蓄電される電力容量のアップをはかるために、前記中温水蒸気電解装置４６により生成され水素タンク５９や酸素タンク６４に貯蔵した水素や酸素をエネルギー供給施設内に設けた燃料電池装置６５に供給することにより発電して、前記蓄電器９に蓄電する構成の太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設をも提供することができる。

斯くして、本発明は、上記太陽光エネルギーを利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設を提供することにより、次世代の水素燃料自動車や電気自動車用のエネルギー供給スタンドを確立するものであり、従来型のエネルギー供給スタンドの如くガソリンやＬＰＧガス、そして水素ガス等の危険物を製造工場からタンクローリーにより夫々の供給スタンドまで運搬する必要がなく、安全で安価な水素燃料と電気自動車用の電力を供給可能なエネルギー供給施設を提供するものである。

更に、本発明は、太陽光エネルギーを電気変換しやすい可視光と熱変換しやすい赤外線に集光グリッド内で分けて夫々集光させ、可視光は集光セルにて電気変換して蓄電池に蓄電し、赤外線は熱として取り出して集光熱ボイラー装置にて水蒸気に変換することにより、効率良く水素を発生できる中温水蒸気電解装置にて水素と酸素を生成して、このうち水素は水素燃料自動車用燃料と燃料電池の燃料に、酸素は燃料電池の燃料に使用することにより、太陽光エネルギーを幅広く活用することが可能である。

１Ａ、１Ｂ集光パネルユニット
１ａ、１ｂ集光パネル
２ａ、２ｂ太陽光追尾装置
３ａ、３ｂ集光パネル支持架台
４集光パネル枠
５ａ、５ｂ、５ｃ・・・集光グリッド
６回転板
７リード線
８システム制御装置
９蓄電器
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・光ファイバー
１１集光熱ボイラー装置
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・筐体
１３側壁
１４底部
１５アルミカバー材
１６上部入射光側
１７フレネルレンズ
１８可視光反射フィルター
１９補正用プリズムレンズ
２０集光セル
２０ｃセル制御基板
２１インバーター
２２給電制御装置
２３電気自動車充電器
２４固定式充電器
２５電気自動車
２６エネルギー変換器制御装置
２７赤外線反射ミラー
２８補正用集光レンズ
２９光ファイバー導入口
３０熱変換器
３１外部導入管
３２水
３３断熱保持材
３４熱交換伝導パイプ
３５外径部
３６ａ、３６ｂ、３６ｃ・・・照射口
３７水蒸気
３８フィルター
３９循環ポンプ
４０給水タンク
４１断熱材
４２ボイラータンク
４３蒸気供給口
４４水蒸気加熱装置
４５中温水蒸気
４６中温水蒸気電解装置
４７予備一次電源
４８ハウジング
４９中温蒸気導入口
５０水素取出し口
５１水素
５２ａ、５２ｂ酸素取出し口
５３酸素
５４カソード
５５アノード
５６電解セル
５７水素ガス分離装置
５８一次増圧装置
５９水素タンク
６０二次増圧装置
６１水素燃料供給器
６２水素燃料自動車
６３酸素ガス冷却装置
６４酸素タンク
６５燃料電池装置
６６電気配線
Ｒ折り畳み方向
Ｐ１可視光
Ｐ２赤外線

Claims

エネルギー供給施設内の屋上や屋根部分に太陽光の追尾装置を備えた太陽光エネルギーの集光パネルユニットを設置し、該太陽光エネルギーを熱変換しやすい赤外線と電気変換しやすい可視光に集光パネルユニットの集光グリッド内で分けて夫々集光し、該太陽光エネルギーのうち赤外線は熱として取り出すことにより集光熱ボイラー装置に蓄積したのち中温水蒸気電解装置に導入して水素を生成し、該生成された水素は加圧して水素タンクに貯蔵され自動車用水素燃料供給器を介して水素を動力燃料として使用する水素自動車に供給でき、また、前記太陽光エネルギーの可視光は集光セルにて電気に変換して蓄電器に電力を蓄電して電気自動車用充電器を介して電気自動車用の電力として供給できることを特徴とする太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設。
エネルギー供給施設内の屋上や屋根部分に太陽光の追尾装置を備えた太陽光エネルギーの集光パネルユニットを設置し、該夫々の集光パネルユニットを構成する複数個の集光グリッドは夫々の筐体の上部入射光側に太陽光を集光するフレネルレンズを設置し、該フレネルレンズを介して集光された太陽光は前記筐体の中間部にフレネルレンズの設置面に対して４５度の傾斜面を有して設置された可視光反射フィルターにて可視光のみを反射させて補助用プリズムレンズを介して集光セルに入射して電気に変換され、該変換された電気はシステム制御装置を介してリード線にて蓄電器に蓄電され、該蓄電器に蓄電された電力は給電制御装置と電気自動車充電器を介して電気自動車用の電力として供給可能であり、また、前記可視光反射フィルターを通過した赤外線は可視光反射フィルターの下部に前記フレネルレンズの設置面に対して４５度の傾斜角を有して設置された赤外線反射ミラーにて赤外線を反射集光して補正用集光レンズを介して光ファイバー導入口に集光され、該夫々の光ファイバー導入口にて集光された光は集光熱ボイラー装置の熱交換伝導パイプに照射され、該熱交換伝導パイプ内を循環する水を加熱して水蒸気を発生させ、該水蒸気を水蒸気加熱装置を介して中温水蒸気に変換して中温水蒸気電解装置に導入して水素と酸素を生成し、該生成された水素を水素タンク内に貯蔵し、該水素タンクの水素は二次増圧装置を介して水素燃料供給器にて水素燃料自動車に供給可能であることを特徴とする太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設。
前記集光パネルユニットはエネルギー供給施設内の屋上や屋根部分に複数台設置され、該集光パネルユニットは太陽光に対して角度調整や回転機構を具備して、該角度調整機構や回転機構を太陽光追尾装置にて回動操作することにより太陽光を効率良く集光でき、また、夫々の集光パネルユニットは集光パネル支持枠内において二つ以上に折り畳み可能に構成され夜間や日没時及び台風等気象条件の悪い時には折り畳みまたは折り畳んで屋内に収納可能にしたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載された太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設。
前記集光パネルユニットの集光グリッド内で可視光反射フィルターを通過した赤外線は可視光反射フィルターの下部に前記フレネルレンズの設置面に対して４５度の傾斜角を有して設置された赤外線反射ミラーにて赤外線を反射集光して補正用集光レンズを介して光ファイバー導入口に集光され、該夫々の光ファイバー導入口にて集光された光は集光熱ボイラー装置の熱交換伝導パイプに照射され、該熱交換伝導パイプ内を循環する水を加熱して水蒸気を発生させ水蒸気を水蒸気加熱装置を介して中温水蒸気に加熱し、該中温水蒸気を電解質の一方側に多孔質カソードを設け反対側に多孔質アノードを設けた電解セル内に連続的に供給しながら前記多孔質カソードと多孔質アノードの両電極間に電圧を印加して電気分解を行い、該電気分解にて水素と酸素を生成し、該生成された水素を水素タンク内に貯蔵し、該水素タンクの水素は二次増圧装置を介して水素燃料供給器にて水素燃料自動車に供給可能であることを特徴とする請求項２に記載された太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設。
前記独立型のエネルギー供給施設内の蓄電器に蓄電される電力容量のアップには前記中温水蒸気電解装置により生成され水素タンクや酸素タンクに貯蔵した水素や酸素をエネルギー供給施設内に燃料電池装置に供給することにより発電して、前記蓄電器に蓄電することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載された太陽光を利用した自動車用水素燃料供給器と電気自動車用充電器を備えた独立型のエネルギー供給施設。