JPH03164527A - エネルギー供給システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は主として水素エネルギーを動力源とする自動軍
用のエネルギー供給システムに関するものである。

（従来の技術） 近年、世界的に電力需要が急激に増大し、そうした需要
をまかなうための電力生産が活発化するに及んで、環境
汚染の問題が深刻化している。とくに、火力発電の増大
する電力需要をまかなう上から、石炭、石油に代表され
る化石燃料の使用量は増加の一途をたどシ、それにつれ
て排出される二酸化炭素の量が増大し、大気中の二酸化
炭素などによる温空効果ガス濃度が上昇し、地球規模で
の温暖化現象を招いている。このような大気汚染の原因
として、自動車の排気ガスがあげられており、排気ガス
中の汚染物質濃度の少ない燃料、燃焼システムの開発が
行なわれ、ある一定規率以下の濃度に抑えられるように
なってきている。

一方、観点をかえて、大気汚染を引き起すおそれのない
バッテリーを用いた電気自動車や燃料として気体水素を
用いる自動車、アルコールを用旨る自動車などの開発も
積極的に行なわれている。

上記電気自動車は、排気ガスを出さない点で理想的であ
るが、鉛材料の研究で高精能パッチＩＪ−が開発され、
またモータの研究もなされて近距離用乗物として実用性
が高まりでいるＫも拘らず、バッテリー容積、寿命、積
載重量の関係で、ガソリン自動車の機能に対応できない
。また、バッテリーへの充電には既存の電力設備を利用
するわけで、電力需要の削減にはならない。

また、水素自動車は、その燃焼システムのみをみれば、
ガソリン車と変わるところはないが、排気ガスを出さな
い点で有利である。しかし、エネルギー源である水素の
貯蔵方法に問題がある。ボンベに水素を充填する従来の
方式にかえて、水素吸蔵合金を用いる新しい貯蔵方法が
近時、案出された。そして水素密度で従来の７０倍とい
う容積効率から、その技術が注目されている。

（発明が解決しようとする課題） 上記水素吸蔵合金は既に既に知られているように、金属
水素化物で、これに対して水素を蓄積するプロセスとし
ては、金属が水素を吸蔵して金属水素化物になるための
条件、すなわち、平衡圧力よシも高い水素圧力を与える
か、あるいは雰囲気温度を低くすることが必要である。

逆に金属水素化物から水素を取シ出すプロセスとしては
、平衡圧力よシも低い圧力にするか、あるいは雰囲気温
度を高くすることが必要である。このように、水素吸蔵
合金を用いて水素エネルギーを活用するに当りては、熱
が重要な役割を持っておシ、温度制御がキーＩインドと
ｉる。

（発明の目的） 本発明は上記事情にもとづいてなされたもので、太陽エ
ネルギーの一部を太陽電池の利用によりて電気エネルギ
ーに変換し、これを用いて、水素吸蔵合金への水素の吸
蔵を行なわせると共に、他方、太陽エネルギーの残シを
熱エネルギーとして水素吸蔵合金からの水素の放出のた
めに活用するととで、低コストで自動車のエネルギー源
を確保するように工夫したエネルギー供給システムを提
供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） このため、本発明では、水素が蓄積用タンク内の水素吸
蔵合金中に蓄積されるようにした水素エネルギーを動力
源とする自動車用のエネルギー供給システムにおいて、
太陽エネルギーの一部を太陽電池を用いて電気エネルギ
ーに変換する手段と、該電気エネルギーを用いて水素を
発生させる手段と、上記電気エネルギーおよび／あるい
は上記太陽エネルギーの残りを熱エネルギーとして利用
し、蓄積用タンク内の水素吸蔵合金に対して水素を吸蔵
させ、また放出させる手段とを具備している。

（作用） このような構成では、太陽エネルギーのうち、太陽電池
によって電気エネルギーに変換された部分を用いて水を
電気分解し、水素を確保でき、残余の電気エネルギーお
よび／あるいは太陽エネルギーの残りを熱エネルギーと
して活用して、上記水素を水素吸蔵合金に吸蔵させ、ま
た放出させるのである。このため、エネルギー源として
商用電力を必要とせず、また、環境汚染の問題も発生し
ないクリーンな自動車用エネルギー供給源となる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して具体的に説明
する。第１図に示されているように、本発明に係るエネ
ルギー供給システムは太陽電池ｌ、水素発生器２、水素
蓄積タンク３、電気伝導系路４、ガス搬送系路５、熱吸
収器６、熱交換器７、高熱媒体系路８、低熱媒体系路９
を具備している。

ここでは太陽エネルギーは太陽電池１で受けて電気エネ
ルギーに変換する。この電気エネルギーは電気伝導系路
４を介して水素発生器２に送られ、水の電気分解によつ
て水素および酸素を得る。このうち、水素はガス搬送系
路５によって水素蓄積タンク３に供給される。この水素
蓄積タンク３はカートリッジ式になっていて、多数（３
ｍ、３ｂ。

３Ｋ）用意されていてバルブ１０を介して上記ガス搬送
系路５に着脱自在に連結されるよう罠なっている。この
水素蓄積タンク３では供給された水素を、内蔵された水
素吸蔵合金を用いて蓄積する。

このような水素吸蔵の原理はよく知られるところであり
、平衡圧より高い圧力において温度を低下させる条件に
よって成立する。このためには、平衡圧より高い水素圧
力の環境を作シ、また、水素吸蔵合金から熱を奪う必要
がある。タンク３の内圧はガス搬送経路５を介して与え
られるので、ここで必要とされるエネルギーは吸熱エネ
ルギーである。このためには、太陽電池１で発生した電
気エネルギーの余剰分および／あるいは太陽エネルギー
の残りが利用される。とくに、この実施例では太陽エネ
ルギーの残りを熱エネルギーとして取出し、これをエネ
ルギー源として吸熱エネルギーを得るのである。ここで
は太陽エネルギーは熱エネルギーとして先づ熱吸収器６
に蓄えられる。この熱エネルギーは高熱媒体系路８を介
して熱交換器７に与えられる。この熱交換器は単純な熱
エネルギー置換の熱交換器ではなく、与えられた熱エネ
ルギーを駆動源として冷凍サイクルなどを駆動し、吸熱
エネルギーとして取出すことを意味している。取出され
た吸熱エネルギーは低熱媒体系路９を介して各水素蓄積
タンク３に与えられ、熱交換【よってタンク３内温度を
降下する。タンク３内は温度降下にともなりて圧力低下
しようとするが、バルブ１０の開放によって新たな水素
ガスをタンク３内に取込みながら、平衡圧よシ高い圧力
に保たれる。ガス搬送系路５の内圧が不充分であるなら
ばコンプレッサなどを用いて、ガス搬送系路５からバル
ブ１０を介してタンク３に供給する水素がスの圧力を上
げる必要がある。このためのコンプレッサ駆動エネルイ
ーも上記太陽電池からの電気エネルギーをまかなうとよ
い。

水素蓄積タンク３に充分水素が蓄積されたならば、これ
を取外して？ンペとして自動車に搭載し、使用に供する
とよい。取外された後には別のタンクを接続して上述と
同様の水素蓄積を行なうのである。

なお、太陽電池１によって得られた電気エネルギーのう
ち、余剰分を蓄積する九めにパッチＩＪ　−を備えると
よい。このようにすると、昼間に蓄積された電気エネル
ギーを利用して、夜間でも水素蓄積タンクへの水素蓄積
作業ができる。

本発明に用いられる太陽電池は単結晶、多結晶、非晶質
などの材料を用いた半導体構造、例えばＰ　Ｎ　、　Ｐ
ＩＮ構造を有するセルで構成されるとよく、成る一定の
面積にこのセルを多数敷きつめて、一つの太陽電池モジ
ュールに構成して使用される。

もし、光電変換効率が２０％であるセルを用いて１１０
ｍＸ１０のモジュールであれば、約２０ｋｗの出力が得
られることになる。

本発明に用いられる水素発生器は水の電気分解の原理を
基いて構成される。例えば、上記水素発生器は、電解槽
中に鉄の陰極およびニッケルの陽極を電気滲透膜のよう
な隔膜を介して対向させ、電解液に水酸化ナトリウム、
水酸化カリウムなどの水溶液を用いる。発生する水素量
としては溶液の温度によっても異なるが、電圧１０Ｖ、
電流２４００Ａで約１時間に１０ｍ３の水素を得られる
計算となる。し之がって、上記太陽電池モノエール（出
力１０Ｖ、２００Ａ）が電源として用いられればｌｒｒ
？／時の水素が発生する。なお、発生する水素の圧力は
上記電解槽の構造によっても異なるが、散気圧〜数十気
圧に制御できる。このため、水素吸蔵合金を充填した水
素蓄積タンクは少なくとも数十気圧に耐えられる構造に
する必要がある。

水素吸蔵合金としては、水素蓄積および放出時の温度、
圧力が適切であるものから選ぶとよい。例えば温度とし
ては２０℃から６０℃の間で放出圧力１〜５０ａｔｍで
ｉｂ、水素量が変化しても圧力が変化しない平衡圧を示
す材料、すなわち放出圧力／吸蔵圧力の比が１−０．９
５である材料から選ぶとよい。具体的にはＴＩ　、Ｍｎ
、Ｆｅ、Ａｔ、Ｎｉ、Ｍｍ、Ｚｒ、Ｃｒ。

Ｍｇ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｖの中から選ばれるか、これらの組
合わせで作る合金材料、例えばＦｓ　−ＴＩ　−Ｈ、Ｍ
ｇ−Ｎ１−Ｈｘ　、　Ｔｉ　−Ｍｎ　、　ＴＩ　−Ｚｒ
−Ｍｎ　、　Ｔｉ　−Ｍｎ−Ｆｓ　　などが用いられる
とよい。

また１本発明で用いられる熱吸収器６は１通常、用いら
れる熱吸収材料でよく、例えば、水またはこれに類する
熱容量の大きな材料が用いられる。

とくに太陽光の赤外、遠赤外線領域を有効に吸収できる
材料が好ましい。

このエネルギー供給システムの各構成要素（装置、機構
、手段など）の電力、圧力、温度などの制御にはコンビ
ーータなどの中央制御装置を用いるとよい。

なお、上記エネルギー供給システムは太陽電池を主体と
する関係で、エネルギー供給量が安定しないので、万一
に備えて、通常の市販の電力系統からも電力供給をうけ
られるシステム構成にすることが望ましい。

上述のエネルギー供給システムは、自動車のためのエネ
ルギー供給ステーションへの適用を配慮して作られたが
、他の動力機関のエネルギー源として用いることもでき
る。この場合には、水素吸蔵タンク３から水素を放出さ
せるのに、余剰電力を用い、あるいは／および太陽エネ
ルギーの熱エネルギーを用いることができる。

第２図に示す本発明の自動車用エネルギー供給システム
では、太陽電池２１は本システムの上部に太陽光を有効
に活用できる角度、南向きで約６５゜（緯度の相違によ
ってもことなるが）の仰角で設置され、例えば多結晶シ
リコンのモノ瓢−ル（５Ｘ１０ｆｆ１″）が用いられ、
７．５ｋＷの出力を得る。

この太陽電池２１の横には熱吸収器２４が設けられる。

これは例えば百積が５Ｘ４ｍ’である。上記太陽電池２
１の下には容積が３ｍ’の水素発生器２２の電解槽が設
けられ、上記太陽電池２１と電気的に接続される。そし
て、ガス搬送系路２５を経由して、下部の各水素蓄積用
タンク２３ａ、２３ｂ・・・に水素を蓄積するのである
。この場合の水素の発生量は計算によれば、日中の太陽
光下で３ｆｆ１″／ｈの水素を２Ｑａｔｍで供給できる
。

第３図に示す本発明のエネルギー供給システムでは、太
陽電池３１．熱吸収器３４．水素発生器３２、熱交換器
３５および水素蓄積タンク３３の屓序で重ね合わせた構
成になっている。ここでは太陽電池３１はガラス基板上
に非晶質材料を設けた太陽電池で構成されていて太陽の
透過光がその下の熱吸収器３４で熱エネルギーとして吸
収されるようになっている。そして熱媒体通路（図示せ
ず）を介して熱交換器３５にもたらされる。ここでは水
素発生器３２は完全なシール型であるが、太陽電池３１
を平面状に設置して正常に動作するように、電極の配置
が工夫されている。上記水素蓄積タンク３３は例えば７
つ並置（３３ａ、３３ｂ・・・）されていてそれぞれ水
素ガス搬送経路（図示せず）を介して上記水素発生器３
２に接続されている。このようなシンプルな構成を、面
積１×１−の太陽電池を主体とするユニットに構成しく
前出の実例の約１／２０　　）で、これを並列配置する
ことで所望の水素エネルギー供給システムの容量を得る
ようにするとよい。

第４図は本発明のシステムを直接自動車に設置した例を
示している。ここでは太陽電池４１として非晶質の太陽
電池を用い、自動車の屋根および背部、更には側部に粘
着している。また、上記太陽電池４１と並んで屋根に熱
吸収器４３を設け、熱交換器４５をカートリッジ式の水
素蓄積タンク４４の上部に設置しである。

このシステムでは、太陽の日照時には、水素蓄積タンク
に水素を蓄積でき、走行中でも、ま念、停止中でも絶え
ず水素充填ができる。本実施例では１０係の非晶質太陽
電池（５−）を用いて５００起のエンジン搭載のガソリ
ン自動車あるいは１００Ｊの水素デンベを持った自動車
に相当する自動車を、有効日照時間（７時間）で継続し
て動作させることが可能である。

第５図に示す本発明のシステムは、自動車ステージ四ン
としてｍ−られる状況を示している。太陽電池５１によ
シ発生した電力を用いて水素発生器５２で水素を発生さ
せ、これを水素蓄積タンク５３に順次供給し、蓄積する
。その際、熱吸収器５４で吸収した太陽の熱エネルギー
を利用して熱交換器５３で冷却媒体の形として取出し、
水素蓄積の際の水素蓄積タンクの吸蔵条件を作る。水素
を充填し終えた水素蓄積タンク５３はベルト状の送〕手
段５８によって、水素蓄積タンク交換ステーシラン５７
に送シ出され、ここで必要とされる自動車の水素蓄積タ
ンクと交換される。このシステムでは、バッテリー５６
を備えていて、昼間の余剰電力を蓄積して置くことが可
能で、四六時中、水素の充填作業を行なえるようにする
ことができる。このようなステージｌン形式では、水素
充填のための時間待ちを、自動車に荷す必要がない（す
なわち、タンクの交換だけでよい）。

（発明の効果） 本発明は、以上詳述したようになり、主として外部から
の給電なしにエネルギーの供給が実現できる。しかも、
エネルギー供給源である太陽エネルギーはその一部を電
気エネルギーに変換して利用するだけでなく、残された
エネルギーも水素を水素吸蔵合金に吸蔵させ、また／あ
るいは放出させるための熱エネルギーとして利用するの
で経済的でかつ効率のよい水素エネルギー供給源となる
。

これは、電力の自給を達成し、大気汚染をもたらさない
という効果をもたらす。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すシステムの概略構成図
、第２図ないし第５図はそれぞれ別の実施形態を示す応
用例の構成図である。 り １・・・太陽電池、２・・・水素発生器、３・・・水素
蓄積ンク、４・・・電気伝導系路、５・・・ガス搬送系
路、・・・熱吸収器、７・・・熱交換器、８・・・高熱
媒体系路、・・・低熱媒体系路、１０・・・バルブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水素が蓄積用タンク内の水素吸蔵合金中に蓄積されるよ
   うにした水素エネルギーを動力源とする自動車用のエネ
   ルギー供給システムにおいて、太陽エネルギーの一部を
   太陽電池を用いて電気エネルギーに変換する手段と、該
   電気エネルギーを用いて水素を発生させる手段と、上記
   電気エネルギーおよび／あるいは上記太陽エネルギーの
   残りを熱エネルギーとして利用し、蓄積用タンク内の水
   素吸蔵合金に対して水素を吸蔵させ、また放出させる手
   段とを具備していることを特徴とするエネルギー供給シ
   ステム。