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公開番号2024038846
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-21
出願番号2022143167
出願日2022-09-08
発明の名称水素製造システム及び水素製造方法
出願人日本水力株式会社
代理人個人
主分類C25B 1/04 20210101AFI20240313BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】よりエネルギー効率の良い水素製造システム及び水素製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の一観点に係る水素製造システムSは、河川の水流によって第一の交流の電力を発生する小水力発電装置1と、小水力発電装置1に電気的に接続され、電力に基づき水を分解して水素及び酸素を発生させる水分解装置2と、小水力発電装置1が発生させた第一の交流電力C1を第一の直流電力D1に変換する交流直流変換部31、第一の直流電力D1を第二の直流電力D2に変換する直流電圧変換部32を備えた電力変換装置3を備え、水分解装置2は、電力変換装置3の直流電圧変換部32に接続されている。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
河川の水流によって第一の交流の電力を発生する小水力発電装置と、
前記小水力発電装置に電気的に接続され、電力に基づき水を分解して水素及び酸素を発生させる水分解装置と、
前記小水力発電装置が発生させた第一の交流電力を第一の直流電力に変換する交流直流変換部、前記第一の直流電力を第二の直流電力に変換する直流電圧変換部、を備えた電力変換装置と、を備え、
前記水分解装置は、前記電力変換装置の前記直流電圧変換部に接続されている水素製造システム。
続きを表示（約 830 文字）【請求項２】
前記電力変換装置は、前記第一の直流電力を第二の交流電力に変換する直流交流変換部を有する請求項１記載の水素製造システム。
【請求項３】
前記水分解装置に接続された水素タンクを備える請求項１記載の水素製造システム。
【請求項４】
前記小水力発電装置が発生する前記第一の交流電力の電圧は、１００Ｖ以上４５０Ｖ以下の範囲であり、
前記第一の直流電力の電圧は１００Ｖ以上８００Ｖ以下の範囲にあり、
前記第二の直流電力の電圧は１．５Ｖ以上７０Ｖ以下の範囲にある請求項１記載の水素製造システム。
【請求項５】
前記河川の水から不溶ゴミを除去する不溶ゴミ除去装置と、
前記河川の水中に溶存する不要溶存物を除去する不要溶存物除去装置と、を備えた不要物除去システムを備え、
前記水分解装置に前記不要物除去システムによって処理された前記河川の水を供給する請求項１記載の水素製造システム。
【請求項６】
前記電力変換装置は、パワー半導体を使用した請求項１記載の水素製造システム。
【請求項７】
河川の水流によって第一の交流電力を発生させるステップ、
前記第一の交流電力を第一の直流電力に変換するステップ、
前記第一の直流電力を第二の直流電力に変換するステップ、
前記第二の直流電力によって水分解装置を駆動して水素を発生させるステップ、を備える水素製造方法であって、
前記河川の水流によって第一の交流電力を発生させるステップ、前記第一の交流電力を第一の直流電力に変換するステップ、及び、前記第一の直流電力を第二の直流電力に変換するステップの少なくともいずれかは、パワー半導体を用いて行われる水素製造方法。
【請求項８】
前記水分解装置が分解する水は、前記河川の水流である請求項７記載の水素製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素製造システム及び水素製造方法に関する
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
再生可能エネルギーとは、石油や石炭等を燃焼させることによって得られる化石エネルギーとは異なり、太陽光、風、水流等自然界におけるエネルギー源から得られるエネルギーをいう。再生可能エネルギーは、枯渇せず、二酸化炭素等の温室効果ガスを排出しないという利点を有しており、環境問題が深刻化する現代社会においてその重要性は益々高いものとなっていくと考えられている。
【０００３】
再生可能エネルギーのうち、水力発電によって得られる電気エネルギーは、急峻な山々とこの間に流れる河川に恵まれた日本において特に重要なエネルギーである。
【０００４】
ところで、再生可能エネルギーは他のエネルギーと同様、発電機を用いて発生する電気エネルギーの形態をとるものが一般的であるが、電気エネルギーは電池等によって貯蔵が可能であるものの、その電池の容量や維持コストの観点から貯蔵において改善の余地がある。
【０００５】
この改善に関する技術として、例えば下記特許文献１には、風力発電を用いて水素を発生させようとする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第４８７２３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は風力発電の構造に特化したものである。再生可能エネルギー源として風や太陽光を用いる場合、その風や太陽光の供給量は、無風の場合や曇天の場合などがあり安定していない。また、水素を発生させる供給源としての水についても別の場所から持ち込む必要があるといった課題がある。
【０００８】
また、再生可能エネルギーの電気を用いて水素製造を行う場合、一般に再生可能エネルギーは交流であり、水素製造を行うために必要な電力は直流である。このため、再生可能エネルギーで発電した電気を用いて、水の電気分解により水素を製造しようとする場合、電気を交流から直流に変換する必要がある。このため、インバーター、コンバータ、及び変圧器を組み合わせ、交流から直流へ変換、直流による整流、直流から交流への変換を複数回繰り返し、水を電気分解して水素を製造するのに最適な直流の定電圧大電流を得る必要がある。そしてこの大電流を得る際には、電気の変換を行う度に損失が発生し、再生可能エネルギーで得られた電力の半分程度しか実際の水素の製造に用いることができないといった課題が生じる。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、よりエネルギー効率の良い水素製造システム及び水素製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題に対し、本発明者らは、再生可能エネルギーによる発電と水素製造を一体化して再生可能エネルギーで発電した電力を余すところなく水素製造に使用できるように鋭意研究を行い、最適な電源装置を見出し、効率の良い水素製造装置および水素製造方法を発明した。
（【００１１】以降は省略されています）

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