JP6141599B2

JP6141599B2 - 波力エネルギ変換システム

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Publication number: JP6141599B2
Application number: JP2012059444A
Authority: JP
Inventors: 信良羽生田
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2017-06-07
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: JP2013194525A

Description

本発明は、波力エネルギを他のエネルギに変換する波力エネルギ変換システムに関するものである。

近年、地球環境保護の観点から、自然エネルギの利用が推進されている。自然エネルギの利用態様の一つとして、波力エネルギを電気エネルギーに変換する波力発電装置が知られている。

特許文献１には、海上に浮かべられた浮体に、自転するコントロールモーメントジャイロが設けられ、波力によって浮体が揺れたときの浮体に対するコントロールモーメントジャイロの揺動を利用して発電するジャイロ式波力発電装置が開示されている。

特開２００５−２０７３３２号公報

しかしながら、一般に、波力発電装置では、最大消費電力量に合わせて発電能力を設定する必要があるため、消費電力が最大消費電力量に満たない夜間などには、発電された電力が余剰となるおそれがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、波力エネルギを効率よく利用可能な波力エネルギ変換システムを提供することを目的とする。

本発明は、海上に浮かぶ浮体と、前記浮体に設けられ、波力エネルギによって発電する波力発電装置と、前記浮体に設けられ、前記波力発電装置にて発電された電力によって海水を汲み上げて淡水化する海水淡水化装置と、前記浮体に設けられ、前記海水淡水化装置にて淡水化された淡水を、前記波力発電装置にて発電された電力によって電気分解して水素を生成する水素生成装置と、前記海水淡水化装置にて淡水化された淡水と前記水素生成装置にて生成された水素とを陸上に搬送する搬送ラインと、前記浮体に設けられ、前記海水淡水化装置にて淡水化された淡水を前記搬送ラインと前記水素生成装置とに分配する分流弁と、前記搬送ラインによって搬送された淡水を貯める淡水貯蔵装置と前記搬送ラインによって搬送された水素を貯める水素貯蔵装置とを有する陸上設備と、前記浮体に設けられ、前記搬送ラインに送られる淡水と水素とを合流させる合流弁と、前記陸上設備に設けられ、前記搬送ラインから送られてきた淡水と水素とを各々分離させて前記淡水貯蔵装置と前記水素貯蔵装置とに導く気液分離装置と、を備えることを特徴とする。

本発明では、海上に浮かぶ浮体に、波力によって発電する波力発電装置とともに海水淡水化装置と水素生成装置とが設けられる。浮体では、波力発電装置にて発電された電力によって、海水淡水化装置が海水を汲み上げて淡水化し、その淡水を水素生成装置が電気分解して水素が生成される。これにより、長時間の貯蔵が困難な電力ではなく、長時間の貯蔵が可能な水素としてエネルギが貯められることとなるため、余剰なエネルギを廃棄することがなくなる。したがって、波力エネルギを効率よく利用することができる。

本発明の第一の実施の形態に係る波力エネルギ変換システムのブロック図である。本発明の第二の実施の形態に係る波力エネルギ変換システムのブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（第一の実施の形態）
以下、図１を参照して、本発明の第一の実施の形態に係る波力エネルギ変換システム１００について説明する。

波力エネルギ変換システム１００は、海上に浮かぶ浮体１０と、陸上に設けられる陸上設備２０と、浮体１０上で生成された淡水と水素とを陸上設備２０に搬送する搬送ライン３０とを備える。

浮体１０は、波力エネルギによって発電する波力発電装置１１と、波力発電装置１１にて発電された電力によって海水を汲み上げて淡水化する海水淡水化装置１３と、海水淡水化装置１３にて淡水化された淡水を、波力発電装置１１にて発電された電力によって電気分解して水素を生成する水素生成装置１４とを備える。また、浮体１０は、海水淡水化装置１３にて淡水化された淡水を搬送ライン３０と水素生成装置１４とに分配する分流弁１５と、波力発電装置１１にて発電された電力を海水淡水化装置１３と水素生成装置１４とに分配する電力分配装置１２とを備える。

波力発電装置１１は、真空中で回転するジャイロ（図示省略）と、浮体１０が波の力によって揺動した際にジャイロの回転軸が元の姿勢に戻ろうとする動作によって発電する発電機（図示省略）とを備える。波力発電装置１１は、波力エネルギを電気エネルギに変換可能であれば、他の構成であってもよい。

電力分配装置１２は、波力発電装置１１によって発電された電力を、海水淡水化装置１３と水素生成装置１４とに分配する。また、電力分配装置１２は、水素生成装置１４に分配する電力量に応じて、分流弁１５を切り換えて水素生成装置１４に供給される淡水の流量を調整する。

電力分配装置１２には、後述する淡水貯蔵装置２１の淡水の貯蔵量の信号と水素貯蔵装置２２の水素の貯蔵量の信号とが入力される。電力分配装置１２は、淡水貯蔵装置２１と水素貯蔵装置とからの信号に基づいて、海水淡水化装置１３と水素生成装置１４とへの電力の供給量を調整する。

海水淡水化装置１３は、海水を吸い込む吸込ポンプ（図示省略）と、吸込ポンプが吐出した海水を更に加圧する加圧ポンプ（図示省略）と、加圧ポンプにて加圧された海水の一部が透過して淡水化する逆浸透膜（図示省略）とを備える。吸込ポンプと加圧ポンプとは、電力分配装置１２から分配された電力によって駆動される。海水淡水化装置１３は、逆浸透膜を透過した淡水を分流弁１５に向けて送出し、逆浸透膜を透過しなかった濃縮海水を海に還流する。

水素生成装置１４は、海水淡水化装置１３にて淡水化された淡水の一部又は全部が分流弁１５を通じて導かれ、淡水を電気分解することによって酸素と水素とを生成する。水素生成装置１４では、電力分配装置１２から分配された電力を用いて水の電気分解が行われる。水素生成装置１４は、電気分解によって生成された水素を陸上設備２０に送出するとともに、電気分解によって生成された酸素を大気開放する。

水素生成装置１４では、海水をそのまま電気分解するのではなく、海水淡水化装置１３にて淡水化された淡水を電気分解するため、電気分解によって塩素が発生することはない。また、水素生成装置１４では、同じく浮体１０上に設けられた海水淡水化装置１３にて淡水化された淡水を用いるため、電気分解に用いられる淡水を外部から補給する必要がない。

分流弁１５は、電力分配装置１２からの電流によって切り換えられる流量制御バルブである。分流弁１５は、海水淡水化装置１３から導かれた淡水を分配し、陸上設備２０に通じる搬送ライン３０と水素生成装置１４とへの淡水の流量を無段階に調整する。分流弁１５は、電力分配装置１２からの電流の入力がない状態では、全ての淡水を搬送ライン３０に導く。分流弁１５は、電力分配装置１２から入力される電流が大きくなるにつれて水素生成装置１４への淡水の流量を増加させる。

なお、分流弁１５に代えて、水素生成装置１４にフロート弁を設けてもよく、また、水素生成装置１４に設けられるフロートスイッチによって開閉される開閉弁を設けてもよい。これらの弁を用いて水素生成装置１４に淡水を導く場合には、切り換えのために電力分配装置１２から電流を供給する必要はない。

搬送ライン３０は、海水淡水化装置１３にて淡水化された淡水を搬送する淡水搬送管３１と、水素生成装置１４にて生成された水素を陸上に搬送する水素搬送管３２とを備える。搬送ライン３０には、波力発電装置１１にて発電された電力を陸上に送るためのケーブルは設けられない。よって、浮体１０から陸上設備２０へは、淡水と水素のみが搬送されることとなる。

陸上設備２０は、淡水搬送管３１によって搬送された淡水を貯める淡水貯蔵装置２１と、水素搬送管３２によって搬送された水素を貯める水素貯蔵装置２２とを備える。

淡水貯蔵装置２１は、淡水を貯蔵し、使用者の要求に応じて淡水を供給可能なタンクである。淡水貯蔵装置２１には、重力によって淡水を供給する場合には、開閉弁（図示省略）が設けられる。また、淡水貯蔵装置２１には、貯められた淡水を汲み上げて用いる場合には、組み上げ用のポンプ（図示省略）が設けられる。

淡水貯蔵装置２１は、当該淡水貯蔵装置２１における淡水の貯蔵量を検出する水量検出器２１ａを備える。水量検出器２１ａは、淡水の貯蔵量に応じた信号を浮体１０の電力分配装置１２に出力する。水量検出器２１ａと浮体１０上の電力分配装置１２との間には、淡水の貯蔵量に応じた信号を伝達するための信号線が設けられる。信号線を設ける代わりに、無線通信によって信号を伝達するようにしてもよい。

水素貯蔵装置２２は、水素を貯蔵し、使用者の要求に応じて水素を供給可能なタンクである。水素貯蔵装置２２は、水素を持ち運び可能なボンベに充填する充填装置（図示省略）を有する。これにより、使用者は、水素が充填されたボンベを持ち帰り、燃料電池システムの燃料として用いることが可能となる。この他にも、例えば、水素貯蔵装置２２から、燃料電池自動車の水素タンクに直接水素を充填できるようにしてもよい。

水素貯蔵装置２２は、当該水素貯蔵装置２２における水素の貯蔵量を検出する水素量検出器２２ａを備える。水素量検出器２２ａは、水素の貯蔵量に応じた信号を浮体１０の電力分配装置１２に出力する。水素量検出器２２ａと浮体１０上の電力分配装置１２との間には、水素の貯蔵量に応じた信号を伝達するための信号線が設けられる。信号線を設ける代わりに、無線通信によって信号を伝達するようにしてもよい。

なお、陸上設備２０では、淡水貯蔵装置２１に貯められた淡水と水素貯蔵装置２２に貯められた水素とを使用者に供給するために電力が必要となる場合がある。この電力については、陸上側の他の設備から電力の供給が可能な場合には、その供給を受けて使用する。一方、陸上側から電力の供給ができない場合には、水素貯蔵装置２２に貯められた水素を用いて発電を行う燃料電池システムを陸上設備２０に設ける必要がある。

次に、波力エネルギ変換システム１００の作用について説明する。

海上に浮かぶ浮体１０が波力エネルギによって揺動すると、波力発電装置１１は、ジャイロの回転軸が元の姿勢に戻ろうとする動作によって発電する。波力発電装置１１にて発電された電力は、電力分配装置１２に送られる。

電力分配装置１２では、淡水貯蔵装置２１の水量検出器２１ａと水素貯蔵装置２２の水素量検出器２２ａとからの信号に基づいて、海水淡水化装置１３と水素生成装置１４とに電力を分配する。電力分配装置１２は、淡水貯蔵装置２１内の淡水の貯蔵量が比較的少ないうちは、海水淡水化装置１３のみに電力を供給する。これにより、海水の淡水化が、水素の生成と比較して優先的に行われることとなる。

海水淡水化装置１３では、電力分配装置１２から分配された電力によって、吸込ポンプと加圧ポンプとが駆動される。吸込ポンプによって取り込まれた海水は、加圧ポンプによって加圧されて逆浸透膜に送られる。逆浸透膜に送られた海水の一部は、逆浸透膜を透過して淡水化され、逆浸透膜を透過しなかった海水は、濃縮海水となって海に還流される。

海水淡水化装置１３にて淡水化された淡水は、分流弁１５を通過し、搬送ライン３０の淡水搬送管３１を通じて陸上設備２０の淡水貯蔵装置２１に搬送されて貯蔵される。このように、淡水貯蔵装置２１内の淡水の貯蔵量が比較的少ないうちは、波力発電装置１１にて発電された電力の全てが海水の淡水化に使用されることとなる。

淡水貯蔵装置２１内の淡水の貯蔵量がある程度多くなってくると、電力分配装置１２は、水素生成装置１４への電力の供給を開始する。同時に、電力分配装置１２は、海水淡水化装置１３にて生成された淡水の一部を水素生成装置１４に導くように分流弁１５を切り換える。

電力分配装置１２は、水量検出器２１ａからの信号に基づき、淡水貯蔵装置２１内の淡水の貯蔵量が増加するほど水素生成装置１４への電力の供給量を増加する。なお、電力分配装置１２は、淡水貯蔵装置２１内の淡水の貯蔵量がいっぱいになった場合には、海水淡水化装置１３にて生成された淡水の全てを水素生成装置１４に導くように分流弁１５を切り換える。

水素生成装置１４では、海水淡水化装置１３にて生成された淡水が電気分解され、酸素と水素とが生成される。水素生成装置１４にて生成された水素は、搬送ライン３０の水素搬送管３２を通じて陸上設備２０の水素貯蔵装置２２に搬送されて貯蔵される。

このように、陸上設備２０では、長時間の貯蔵が困難な電力ではなく、長時間の貯蔵が可能な水素としてエネルギが貯められることとなるため、余剰なエネルギを廃棄することがなくなる。したがって、波力エネルギを効率よく利用することができる。

これにより、例えば、電力の供給網が整備されていない離島や、災害によって一時的に電力の供給が困難となった被災地などで、波力エネルギによって淡水と水素とを供給することが可能となる。したがって、離島では、生活インフラの提供が可能となり、被災地では、非常用の水と燃料とを確保することが可能となる。

水素貯蔵装置２２の水素の貯蔵量がいっぱいになると、水素量検出器２２ａから電力分配装置１２に水素の貯蔵量がいっぱいである旨の信号が送信される。この信号を受けて、電力分配装置１２は、水素生成装置１４への電力の供給を停止する。同時に、電力分配装置１２は、海水淡水化装置１３にて生成された淡水が水素生成装置１４に導かれないように分流弁１５を切り換える。これにより、水素生成装置１４での水素の生成が停止され、水素貯蔵装置２２内の水素があふれることが防止される。

なお、淡水貯蔵装置２１内の淡水の貯蔵量もいっぱいである場合には、電力分配装置１２は、海水淡水化装置１３への電力の供給も停止することとなる。これにより、淡水貯蔵装置２１内の淡水があふれることが防止される。

以上の第一の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。

海上に浮かぶ浮体１０では、波力発電装置１１にて発電された電力によって、海水淡水化装置１３が海水を汲み上げて淡水化し、その淡水を水素生成装置１４が電気分解して水素が生成される。海水淡水化装置１３にて淡水化された淡水と水素生成装置１４にて生成された水素とは、搬送ライン３０を通じて陸上設備２０に搬送され、淡水貯蔵装置２１と水素貯蔵装置２２とにそれぞれ貯められることとなる。

これにより、長時間の貯蔵が困難な電力ではなく、長時間の貯蔵が可能な水素としてエネルギが貯められることとなるため、余剰なエネルギを廃棄することがなくなる。したがって、波力エネルギを効率よく利用することができる。

（第二の実施の形態）
以下、図２を参照して、本発明の第二の実施の形態に係る波力エネルギ変換システム２００について説明する。なお、第二の実施の形態では、前述した第一の実施の形態と同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

第二の実施の形態は、搬送ライン３０が単一の搬送管３３を有する点で、第一の実施の形態とは相違する。

波力エネルギ変換システム２００は、浮体１０に設けられ搬送ライン３０に送られる淡水と水素とを合流させる合流弁１６と、陸上設備２０に設けられ搬送ライン３０から送られてきた淡水と水素とを各々分離させて淡水貯蔵装置２１と水素貯蔵装置２２とに導く気液分離装置２３とを更に備える。

合流弁１６は、海水淡水化装置１３にて淡水化され分流弁１５を通過してきた淡水と、分流弁１５から水素生成装置１４に導かれた淡水から生成された水素とを合流させる。合流弁１６は、分流弁１５を通過してきた淡水の逆流を防止するチェック弁と、水素生成装置１４にて生成された水素の逆流を防止するチェック弁とを有する。

搬送管３３は、合流弁１６にて合流した淡水と水素との混合体を搬送する。水素は比較的水に溶けにくい性質を有するものであるため、淡水と水素とを混合体として搬送しても、後で容易に分離することが可能である。このように単一の搬送管３３を用いて淡水と水素との混合体を搬送することで、浮体１０と陸上設備２０とを連結する配管が簡素化される。

気液分離装置２３は、搬送管３３を通じて搬送されてきた淡水と水素との混合体を、水と水素との密度の違いを利用して淡水と水素とに分離するものである。気液分離装置２３は、淡水と水素との混合体が供給されるタンクであり、底面又は底面近傍の側面に淡水を取り出す淡水取出口（図示省略）が形成され、上面又は上面近傍の側面に水素を取り出す水素取出口（図示省略）が形成される。

これにより、浮体１０の合流弁１６にて合流した淡水と水素との混合体は、気液分離装置２３にて淡水と水素とに分離されて、それぞれ淡水貯蔵装置２１と水素貯蔵装置２２とに導かれて貯められることとなる。

以上の第二の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。

第一の実施の形態と同様に、海水淡水化装置１３にて淡水化された淡水と水素生成装置１４にて生成された水素とは、搬送ライン３０を通じて陸上設備２０に搬送され、淡水貯蔵装置２１と水素貯蔵装置２２とにそれぞれ貯められる。これにより、長時間の貯蔵が困難な電力ではなく、長時間の貯蔵が可能な水素としてエネルギが貯められることとなるため、余剰なエネルギを廃棄することがなくなる。したがって、波力エネルギを効率よく利用することができる。

また、合流弁１６と気液分離装置２３とを備えることによって、搬送ライン３０を単一の搬送管３３とすることができる。したがって、浮体１０と陸上設備２０とを連結する配管が簡素化される。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

１００波力エネルギ変換システム
２００波力エネルギ変換システム
１０浮体
１１波力発電装置
１２電力分配装置
１３海水淡水化装置
１４水素生成装置
１６合流弁
２０陸上設備
２１淡水貯蔵装置
２１ａ水量検出器
２２水素貯蔵装置
２３気液分離装置
３０搬送ライン

Claims

海上に浮かぶ浮体と、
前記浮体に設けられ、波力エネルギによって発電する波力発電装置と、
前記浮体に設けられ、前記波力発電装置にて発電された電力によって海水を汲み上げて淡水化する海水淡水化装置と、
前記浮体に設けられ、前記海水淡水化装置にて淡水化された淡水を、前記波力発電装置にて発電された電力によって電気分解して水素を生成する水素生成装置と、
前記海水淡水化装置にて淡水化された淡水と前記水素生成装置にて生成された水素とを陸上に搬送する搬送ラインと、
前記浮体に設けられ、前記海水淡水化装置にて淡水化された淡水を前記搬送ラインと前記水素生成装置とに分配する分流弁と、
前記搬送ラインによって搬送された淡水を貯める淡水貯蔵装置と前記搬送ラインによって搬送された水素を貯める水素貯蔵装置とを有する陸上設備と、
前記浮体に設けられ、前記搬送ラインに送られる淡水と水素とを合流させる合流弁と、
前記陸上設備に設けられ、前記搬送ラインから送られてきた淡水と水素とを各々分離させて前記淡水貯蔵装置と前記水素貯蔵装置とに導く気液分離装置と、を備えることを特徴とする波力エネルギ変換システム。
前記淡水貯蔵装置に設けられ、当該淡水貯蔵装置における淡水の貯蔵量を検出する水量検出器と、
前記浮体に設けられ、前記波力発電装置にて発電された電力を前記海水淡水化装置と前記水素生成装置とに分配する電力分配装置と、を備え、
前記電力分配装置は、前記水量検出器からの信号に基づき、前記淡水貯蔵装置内の淡水の貯蔵量が増加するほど前記水素生成装置への電力の供給量を増加することを特徴とする請求項１に記載の波力エネルギ変換システム。