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公開番号2025086336
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-06
出願番号2024198361
出願日2024-11-13
発明の名称投光紫外線集光触媒水素製造装置、方法および使用
出願人中国科学院過程工程研究所,INSTITUTE OF PROCESS ENGINEERING,CHINESE ACADEMY OF SCIENCES,鄭州三シチン能科技有限公司,Zhengzhou Three Strontium Hydrogen Energy Technology Co.,Ltd.
代理人アクシス国際弁理士法人
主分類C01B 3/04 20060101AFI20250530BHJP(無機化学)
要約【課題】水素エネルギーの形態で電力を貯蔵し、再生可能エネルギー発電、ボトム電気、廃棄電気などの低価格及びマイナス価格の電力を用いて水素を製造することにより、水素製造コストを顕著に低減させることができる、投光紫外線集光触媒水素ガス製造装置、方法および使用を提供する。
【解決手段】投光紫外線集光触媒水素製造装置は、水素製造ユニットと、人造集光光源ユニットと、電力調整ユニットとを含む。水素製造ユニットは、反応タンクを含み、人造光で水を触媒分解して水素ガスおよび酸素ガスを調製するために用いられる。人造集光光源ユニットは、反射アセンブリおよび幾つかの発光アセンブリを含み、発光アセンブリが人造光線を発光するために用いられ、反射アセンブリが人造光線を反応タンク内に反射して集光させるために用いられる。電力調整ユニットは、人造集光光源ユニットに電気エネルギーを提供するために用いられる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水素製造ユニットと、人造集光光源ユニットと、制御ユニットと、電力調整ユニットと、を含み、
前記水素製造ユニットは、反応タンクを含み、人造光で水を触媒分解して水素ガスおよび酸素ガスを調製するために用いられ、
前記人造集光光源ユニットは、反射アセンブリおよび幾つかの発光アセンブリを含み、幾つかの前記発光アセンブリがアレイ状に配置されたチップであり、人造光線を発光するために用いられ、前記反射アセンブリが前記反応タンクの上方に位置する反射鏡を含み、前記反射鏡が双曲面反射鏡であり、人造光線を前記反応タンク内に反射して集光させるために用いられ、
前記電力調整ユニットは、前記人造集光光源ユニットに電気エネルギーを提供するために用いられ、前記制御ユニットは、それぞれ前記電力調整ユニットと人造集光光源ユニットに電気的接続され、前記制御ユニットは、前記電力調整ユニットの出力パワーに応じて、前記発光アセンブリの開閉およびパワー調整をフィードバック制御するために用いられる、
ことを特徴とする投光紫外線集光触媒水素製造装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記電力調整ユニットが提供する電気エネルギーは、定常電圧または定常電流である、
ことを特徴とする請求項１に記載の投光紫外線集光触媒水素製造装置。
【請求項３】
前記反射アセンブリは、前記反応タンクの内壁に位置する反射壁板をさらに含み、
前記反射鏡および反射壁板は、それぞれ独立して研磨アルミニウム合金板またはアルミニウムめっき超透明ガラスである、
ことを特徴とする請求項１に記載の投光紫外線集光触媒水素製造装置。
【請求項４】
幾つかの前記発光アセンブリは、前記反射アセンブリの表面または前記反応タンクの内腔に設けられ、
前記発光アセンブリは、人造コールドライト光源であり、
前記人造コールドライト光源は、紫外線ＬＥＤチップおよび／または青光ＬＥＤチップを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の投光紫外線集光触媒水素製造装置。
【請求項５】
前記人造集光光源ユニットは、前記発光アセンブリを放熱させて熱エネルギーを貯蔵するための冷却モジュールをさらに含み、
前記冷却モジュールは、前記発光アセンブリに対する冷却形態が循環接続冷却または浸漬式冷却を含み、かつ前記反応タンクに熱エネルギーを提供するために用いられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の投光紫外線集光触媒水素製造装置。
【請求項６】
前記反応タンクに給水口およびガス排出口がさらに設けられ、
前記水素製造ユニットは、前記給水口に接続された給水モジュールをさらに含み、
前記水素製造ユニットは、順次に接続された、前記ガス排出口に接続された乾燥装置、分離装置および水素貯蔵装置を含む分離モジュールをさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の投光紫外線集光触媒水素製造装置。
【請求項７】
請求項１～６のいずれか一項に記載の投光紫外線集光触媒水素製造装置を用いる投光紫外線集光触媒水素製造方法であって、
電力調整ユニットによって人造集光光源ユニットへ電気エネルギーを提供して、発光アセンブリが人造光線を発光するように駆動し、前記人造光線を反応タンク内に反射して集光させることで、反応タンクにおける原料溶液が人造光触媒分解反応を発生して水素ガスを生成すること、を含む、
ことを特徴とする投光紫外線集光触媒水素製造方法。
【請求項８】
前記人造光線の波長が２８０～４９２ｎｍであり、
前記原料溶液が純水を含み、
前記原料溶液の温度が６０～９０℃であり、
前記原料溶液が触媒をさらに含み、
前記触媒の濃度が１０～５０ｍｇ／Ｌであり、
前記人造光触媒分解反応の圧力が０．１～０．３ＭＰａである、
ことを特徴とする請求項７に記載の投光紫外線集光触媒水素製造方法。
【請求項９】
電力調整ユニットの電源出力パワーをリアルタイムで採集し、電源出力パワーの変動に応じて、前記発光アセンブリの開閉およびパワー調整をフィードバック制御することをさらに含む、
ことを特徴とする請求項７に記載の投光紫外線集光触媒水素製造方法。
【請求項１０】
請求項１～６のいずれか一項に記載の投光紫外線集光触媒水素製造装置の使用であって、
前記投光紫外線集光触媒水素製造装置は、再生可能エネルギー発電電気エネルギー、ボトム電気、廃棄電気の水素ガスエネルギー貯蔵に用いられる、
ことを特徴とする投光紫外線集光触媒水素製造装置の使用。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、再生可能エネルギーによる水素製造の技術分野に属し、投光紫外線集光触媒水素製造装置、方法および使用に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギー発電において、一般的に大きな変動性が存在し、電網にアクセスすると、電網の不均衡を引き起こしやすい。また、電網には用電ピークと用電ボトムのような用電端変動が存在するため、電網の需要との差異により再生可能エネルギー発電には深刻な廃棄電気の問題が存在し、エネルギー貯蔵、水素製造などによって廃棄電気を貯蔵するのは、現在、この問題を解決する主な発展方向となっている。その中、水素エネルギーは、産業生産、水素燃料自動車などの分野に広く適用できる。電力需給のアンバランスのため、ピークとボトムの間の電気価格の差、ひいてはマイナス価格の電気が現れてきた。再生可能エネルギー発電による水素製造は、グリーン水素であり、余計な新エネルギー電力を貯蔵することができるだけでなく、新エネルギー電力、ボトム電気、廃棄電気などの低電気価格及びマイナス電気価格の利点を利用して水素ガスの生産コストを大幅に低減することができる。
【０００３】
再生可能エネルギーによる水素製造の主な形態は、電解水による水素製造であり、電解質システムの違いによれば、電解水による水素製造形態を、アルカリ性電解水（Ａｌｋａｌｉｎｅｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｗａｔｅｒ、ＡＬＫ）、プロトン交換膜（ＰｒｏｔｏｎＥｘｃｈａｎｇｅＭｅｍｂｒａｎｅ、ＰＥＭ）電解水、固体酸化物電解水（ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＥｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓＣｅｌｌ、ＳＯＥＣ）、およびアニオン交換膜電解水（ＡｎｉｏｎＥｘｃｈａｎｇｅＭｅｍｂｒａｎｅ、ＡＥＭ）の４種類に分けることができる。アルカリ性電解水は、最も成熟した電解水による水素製造技術であるが、まだ大規模に普及して応用されておらず、主な制限要素は、アルカリ性のメンテナンスコストが高く、消費電力が大きく、敷地面積が大きく、且つ電解過程で安定した電源供給が必要であり、グリーンエネルギーとの整合性が悪いことである。プロトン交換膜電解水は、全体の効率がより高く、再生可能エネルギーの変動性に適応でき、より見込みがある電解水による水素製造技術であるが、使用される触媒と電解タンクの材料のコストが高く、特に、陰極、陽極電気触媒の貴金属担持量、電解タンクの効率、および寿命が低い。
【０００４】
中国専利ＣＮ１１４７５１３７１Ａでは、集光太陽エネルギー連続流気相水分解による水素製造反応システムが開示されており、自然光を光源として用い、太陽光を大面積で受け取る必要があることに起因して、敷地面積が増え、コストが高まる。日本特許ＪＰ２０１８０４９６３２Ａでは、太陽エネルギー二回集光触媒による水素製造の方法及び装置が開示されており、太陽光の照射により二回集光して水素を製造することで、太陽光の変動性による妨害および制限を受けやすく、さらに水素製造の効果に影響を及ぼしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術に存在する不足に対して、本発明は、投光紫外線集光触媒水素製造装置、方法および使用を提供することを目的とする。水素エネルギーの形態で電力を貯蔵し、再生可能エネルギー発電、ボトム電気、廃棄電気などの低価格及びマイナス価格の電力を用いて水素を製造することにより、水素製造コストを顕著に低減させることができ、各種の電力の変動特性に基づいてパワーを自主的に調節すし、複数種の電力による水素製造・エネルギー貯蔵に適応する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
その目的を達成するために、本発明は、以下の技術案を講じた。
【０００７】
第１の態様として、本発明は、水素製造ユニットと、人造集光光源ユニットと、電力調整ユニットと、を含み、前記水素製造ユニットは、反応タンクを含み、人造光で水を触媒分解して水素ガスおよび酸素ガスを調製するために用いられ、前記人造集光光源ユニットは、反射アセンブリおよび幾つかの発光アセンブリを含み、前記発光アセンブリが人造光線を発光するために用いられ、前記反射アセンブリが人造光線を前記反応タンク内に反射して集光させるために用いられ、前記電力調整ユニットは、前記人造集光光源ユニットに電気エネルギーを提供するために用いられる、投光紫外線集光触媒水素製造装置を提供する。
【０００８】
本発明では、電気エネルギーを単一の波長域の人造光線に変換し、集光形態によって人造光で水を触媒分解して水素を製造することで、水素製造容器の体積及び敷地面積を極めて大きく低減し、従来の電解水タンクの体積およびコストよりも遠く小さくなる。そして、反応タンク内に全閉鎖式水素製造を行うことで、メンテナンスコストを低減させ、新エネルギーの利用効率を向上させている。
【０００９】
本発明では、電力調整ユニットの入力端は、一定の変動性を有する各種の低価格及びマイナス価格の電気エネルギーであり、風力発電電気エネルギー、太陽光発電電気エネルギー、地熱発電電気エネルギー、国家電網などのボトム電気、廃棄電気を含むが、それらに限定されない。
【００１０】
本発明の１つの好適な技術案として、前記投光紫外線集光触媒水素製造装置は、制御ユニットをさらに含み、前記制御ユニットは、それぞれ前記電力調整ユニットと人造集光光源ユニットに電気的接続され、前記制御ユニットは、前記電力調整ユニットの出力パワーに応じて、前記発光アセンブリの開閉およびパワー調整をフィードバック制御するために用いられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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