JP2012079558A - Secondary-battery type fuel cell system - Google Patents

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勝一 浦谷
Masayuki Kamiyama
雅之 上山
Hiroko Omori
寛子 大森
Yoshiyuki Okano
誉之 岡野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a secondary-battery type fuel cell system in which a hydrogen generator can perform reduction continuously and efficiently during charging.SOLUTION: The secondary-battery type fuel cell system comprising a hydrogen generator 1 for generating hydrogen by oxidation reaction with water and capable of regenerating by reduction reaction with hydrogen, and a SOFC 5 having a power generating function and a function of performing water electrolysis, circulates a gas containing hydrogen and water vapor between the hydrogen generator 1 and the SOFC 5. The secondary-battery type fuel cell system comprises a dewatering unit 7 for removing water vapor from a gas transported from the SOFC 5 during charging of the secondary-battery type fuel cell system, and a recycling unit 8 for mixing water vapor, which has been removed by the dewatering unit 7 during charging of the secondary-battery type fuel cell system, with a gas transported from the hydrogen generator 1 for recycling in the SOFC 5.

Description

本発明は、発電動作だけでなく充電動作も行える2次電池型燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a secondary battery type fuel cell system capable of performing not only a power generation operation but also a charging operation.

近年、携帯電話、携帯型情報端末、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯型オーディオ、携帯型ビジュアル機器等の携帯用電子機器の多機能化、高性能化が進展するに伴い、その駆動用電池の大容量化に対する要求が高まってきている。従来、このような携帯用電子機器の駆動用電池としては、リチウム電池やニッカド電池が用いられているが、その容量は、限界に近づいており飛躍的な増大は望めない。そこで、リチウム電池やニッカド電池に代わりエネルギー密度が高く大容量化が可能な燃料電池の開発が盛んに行われている。   In recent years, as multi-functional and high-performance portable electronic devices such as mobile phones, portable information terminals, notebook personal computers, portable audio devices, and portable visual devices have advanced, the capacity of the drive batteries has increased. There is an increasing demand for conversion. Conventionally, lithium batteries and nickel-cadmium batteries have been used as driving batteries for such portable electronic devices, but their capacities are approaching their limits and cannot be expected to increase dramatically. Therefore, fuel cells having high energy density and high capacity are being actively developed in place of lithium batteries and nickel-cadmium batteries.

燃料電池は、水素と酸素から水を生成した際に電力を取り出すものであり、原理的に取り出せる電力エネルギーの効率が高いため、省エネルギーになるだけでなく、発電時の排出物が水のみであるため、環境に優れた発電方式であり、地球規模でのエネルギーや環境問題解決の切り札として期待されている。   Fuel cells take out electric power when water is generated from hydrogen and oxygen, and in principle, the efficiency of electric power energy that can be taken out is high, which not only saves energy, but also produces only water during power generation. Therefore, it is an environmentally friendly power generation method and is expected as a trump card for solving global energy and environmental problems.

このような燃料電池は、典型的には、固体ポリマーイオン交換膜を用いた固体高分子電解質膜、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)を用いた固体酸化物電解質膜等を燃料極(アノード)と酸化剤極(カソード)とで両側から挟み込み、その外側を一対のセパレータで挟持して形成されたものを1つのセル構成としている。そして、このような構成のセルには、燃料極に燃料ガス(例えば水素ガス)を供給する燃料ガス流路と、酸化剤極に酸化剤ガス(例えば酸素や空気)を供給する酸化剤ガス流路とが設けられ、これらの流路を介して燃料ガス、酸化剤ガスがそれぞれ燃料極、酸化剤極に供給される。   Such fuel cells typically oxidize a solid polymer electrolyte membrane using a solid polymer ion exchange membrane, a solid oxide electrolyte membrane using yttria-stabilized zirconia (YSZ), and the like with an anode (anode). One cell structure is formed by sandwiching the electrode electrode (cathode) from both sides and sandwiching the outside with a pair of separators. In the cell having such a configuration, a fuel gas flow path for supplying a fuel gas (for example, hydrogen gas) to the fuel electrode, and an oxidant gas flow for supplying an oxidant gas (for example, oxygen or air) to the oxidant electrode. A fuel gas and an oxidant gas are respectively supplied to the fuel electrode and the oxidant electrode through these flow paths.

ところが、外部から燃料が供給される燃料電池装置では、燃料(例えば水素)を供給するためのインフラ整備が必要である。また、燃料として比較的入手が容易なメタノールを用いる場合においてもその流通には年月を要するといった問題がある。   However, in a fuel cell device to which fuel is supplied from the outside, infrastructure for supplying fuel (for example, hydrogen) is required. Even when methanol, which is relatively easy to obtain, is used as a fuel, there is a problem that it takes years to circulate.

そこで、このような問題に対応するため、例えば、特許文献1で提案されている水素製造方法、すなわち、金属材と水とを反応させて上記金属材を酸化し、水素を発生させる酸化工程と、金属材と水素とを反応させて上記金属材を還元する還元工程とを交互に繰り返す水素製造方法を利用することができる。また、特許文献2には、水を分解して水素を発生する金属の酸化物を、炭化水素類を含む還元ガスで還元する工程において、還元反応により生成した排ガスから水を除去することが提案されている。   Therefore, in order to cope with such a problem, for example, a hydrogen production method proposed in Patent Document 1, that is, an oxidation process in which a metal material and water are reacted to oxidize the metal material to generate hydrogen, and A hydrogen production method in which a metal material and hydrogen are reacted to alternately reduce a reduction step of reducing the metal material can be used. Patent Document 2 proposes to remove water from the exhaust gas generated by the reduction reaction in the step of reducing the metal oxide that generates hydrogen by decomposing water with a reducing gas containing hydrocarbons. Has been.

特開2008−150256号公報JP 2008-150256 A 特開2004―359536号公報(段落0024、0037)JP 2004-359536 A (paragraphs 0024 and 0037)

水との酸化反応により水素を発生し水素との還元反応により再生可能な水素発生部を附属するタイプの2次電池型燃料電池システムでは、水素発生部と、前記水素発生部から供給される水素を燃料にして発電を行う発電機能及び前記水素発生部に供給する水素を生成するための水の電気分解を行う電気分解機能を有する発電・電気分解部との間で、水素及び水蒸気を含むガスを循環させる構成が考えられる。   In a secondary battery type fuel cell system of the type having a hydrogen generation part that generates hydrogen by an oxidation reaction with water and can be regenerated by a reduction reaction with hydrogen, the hydrogen generation part and the hydrogen supplied from the hydrogen generation part A gas containing hydrogen and water vapor between a power generation function that generates electricity using fuel and an electrolysis function that performs electrolysis of water for generating hydrogen to be supplied to the hydrogen generation unit It is possible to circulate the system.

このような構成の2次電池型燃料電池システムは、発電時に前記発電・電気分解部が水素を消費して水蒸気を発生させ、充電時に前記発電・電気分解部が水蒸気を消費して水素を発生させる。充電時に前記水素発生部が効率良く還元を行うためには、充電時に前記発電・電気分解部から前記水素発生部に供給されるガスに含まれる水蒸気を減少させる必要がある。   In such a secondary battery type fuel cell system, the power generation / electrolysis unit consumes hydrogen to generate water vapor during power generation, and the power generation / electrolysis unit consumes water vapor to generate hydrogen during charging. Let In order for the hydrogen generating unit to efficiently reduce during charging, it is necessary to reduce water vapor contained in the gas supplied from the power generation / electrolysis unit to the hydrogen generating unit during charging.

しかしながら、上記構成の2次電池型燃料電池システムにおいて、充電時に特許文献2のように単純に前記発電・電気分解部から前記水素発生部に供給されるガスから水蒸気を除去するだけの構成にすると、水蒸気の除去分に相当する水素分子が循環系から取り除かれることになり、最悪の場合充電動作を継続することができなくなってしまう。   However, in the secondary battery type fuel cell system having the above configuration, when the battery is simply configured to remove water vapor from the gas supplied from the power generation / electrolysis unit to the hydrogen generation unit as in Patent Document 2 at the time of charging, Hydrogen molecules corresponding to the amount of water vapor removed are removed from the circulation system, and in the worst case, the charging operation cannot be continued.

本発明は、上記の状況に鑑み、充電時に水素発生部が継続的に効率良く還元を行うことができる2次電池型燃料電池システムを提供することを目的とする。   In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a secondary battery type fuel cell system in which a hydrogen generator can continuously and efficiently perform reduction during charging.

上記目的を達成するために本発明に係る2次電池型燃料電池システムは、水との酸化反応により水素を発生し、水素との還元反応により再生可能な水素発生部と、前記水素発生部から供給される水素を燃料にして発電を行う発電機能及び前記水素発生部に供給する水素を生成するための水の電気分解を行う電気分解機能を有する発電・電気分解部とを備え、前記水素発生部と前記発電・電気分解部との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させる2次電池型燃料電池システムであって、前記2次電池型燃料電池システムの充電時に、前記発電・電気分解部から送出されるガスに含まれている水蒸気を除去する脱水部と、前記2次電池型燃料電池システムの充電時に、前記脱水部によって除去された水蒸気を、前記発電・電気分解部において再利用するために前記水素発生部から送出されるガスと混合する再利用部とを備える構成としている。尚、前記発電・電気分解部は、例えば、前記水素発生部から供給される水素を燃料にして発電を行う発電動作と、前記水素発生部に供給する水素を生成するための水の電気分解を行う電気分解動作とを切り替える燃料電池を備える構成であってもよく、また、例えば、前記水素発生部から供給される水素を燃料にして発電を行う燃料電池と、前記水素発生部に供給する水素を生成するための水の電気分解を行う電気分解器とを別個に備える構成であってもよい。   In order to achieve the above object, a secondary battery type fuel cell system according to the present invention includes a hydrogen generation unit that generates hydrogen by an oxidation reaction with water and can be regenerated by a reduction reaction with hydrogen. A power generation / electrolysis unit having a power generation function for generating electricity using hydrogen supplied as fuel and an electrolysis function for electrolyzing water for generating hydrogen to be supplied to the hydrogen generation unit, the hydrogen generation A secondary battery type fuel cell system in which a gas containing hydrogen and water vapor is circulated between a power generation unit and the power generation / electrolysis unit, wherein the power generation / electrolysis unit is charged when the secondary battery type fuel cell system is charged A dehydration unit that removes water vapor contained in the gas delivered from the battery, and the water vapor removed by the dehydration unit during charging of the secondary battery type fuel cell system is regenerated in the power generation / electrolysis unit. It has a configuration and a reusable portion of the mixed gas fed from the hydrogen generator to use. The power generation / electrolysis section performs, for example, a power generation operation for generating power using hydrogen supplied from the hydrogen generation section as fuel, and electrolysis of water for generating hydrogen supplied to the hydrogen generation section. For example, the fuel cell may be configured to switch between an electrolysis operation to be performed, and for example, a fuel cell that generates power using hydrogen supplied from the hydrogen generator as a fuel, and hydrogen supplied to the hydrogen generator The electrolysis machine which performs electrolysis of the water for producing | generating this may be provided separately.

このような構成によると、2次電池型燃料電池システムの充電時に、脱水部が発電・電気分解部から送出される混合ガスの水蒸気分圧比を落とすので、水素発生部内の水素分圧比が向上し、水素発生部での還元反応の効率及び反応速度が向上する。また、2次電池型燃料電池システムの充電時に、再利用部が、脱水部によって除去された水蒸気を水素発生部から送出されるガスと混合するので、発電・電気分解部内の水蒸気分圧比が向上し、水素発生部での還元反応の効率及び反応速度が向上する。また、脱水部によって除去された水蒸気が再利用部において再利用されており循環系外に排出されないので、水素発生部での継続的な還元反応を保証することができる。   According to such a configuration, when the secondary battery type fuel cell system is charged, the dehydration unit lowers the water vapor partial pressure ratio of the mixed gas sent from the power generation / electrolysis unit, so that the hydrogen partial pressure ratio in the hydrogen generation unit is improved. In addition, the efficiency and reaction rate of the reduction reaction in the hydrogen generation section are improved. In addition, when the secondary battery type fuel cell system is charged, the reuse unit mixes the water vapor removed by the dehydration unit with the gas sent from the hydrogen generation unit, so that the water vapor partial pressure ratio in the power generation / electrolysis unit is improved. In addition, the efficiency and reaction rate of the reduction reaction in the hydrogen generation part are improved. Further, since the water vapor removed by the dehydration unit is reused in the reuse unit and is not discharged out of the circulation system, it is possible to guarantee a continuous reduction reaction in the hydrogen generation unit.

したがって、充電時に水素発生部が継続的に効率良く還元を行うことができる。   Therefore, the hydrogen generator can continuously and efficiently perform the reduction during charging.

また、前記水素発生部と前記発電・電気分解部との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させる循環経路を備え、前記循環経路中の前記発電・電気分解部から前記水素発生部にガスが向かう経路上に前記脱水部が設けられ、前記循環経路中の前記水素発生部から前記発電・電気分解部にガスが向かう経路上に前記再利用部が設けられるようにしてもよい。   In addition, a circulation path for circulating a gas containing hydrogen and water vapor between the hydrogen generation section and the power generation / electrolysis section is provided, and gas flows from the power generation / electrolysis section in the circulation path to the hydrogen generation section. The dehydrating unit may be provided on the route toward, and the recycling unit may be provided on a route from the hydrogen generation unit to the power generation / electrolysis unit in the circulation path.

また、前記脱水部と並列に設けられる第1バイパス経路と、前記再利用部と並列に設けられる第2バイパス経路とを備え、前記2次電池型燃料電池システムの発電時に前記第1バイパス経路及び前記第2バイパス経路にガスが流れ、前記2次電池型燃料電池システムの充電時に前記第1バイパス経路及び前記第2バイパス経路にガスが流れないようにしてもよい。   A first bypass path provided in parallel with the dehydrating unit; and a second bypass path provided in parallel with the reuse unit, wherein the first bypass path and the second battery type fuel cell system when generating power The gas may flow through the second bypass path, and the gas may not flow through the first bypass path and the second bypass path when the secondary battery type fuel cell system is charged.

前記脱水部及び前記再利用部の具体的構成例としては、前記脱水部が、冷却トラップにより、前記発電・電気分解部から送出されるガスに含まれている水蒸気を除去し、前記再利用部が、前記脱水部の冷却トラップによって得られた水を加熱して水蒸気に戻してから、前記水素発生部から送出されるガスと混合する構成や、前記脱水部が、脱水剤により、前記発電・電気分解部から送出されるガスに含まれている水蒸気を除去し、前記再利用部が、水分を含んだ前記脱水剤を再生する際に得られる水蒸気を前記水素発生部から送出されるガスと混合する構成が挙げられる。   As a specific configuration example of the dehydration unit and the reuse unit, the dehydration unit removes water vapor contained in the gas sent from the power generation / electrolysis unit by a cooling trap, and the reuse unit However, after the water obtained by the cooling trap of the dehydration unit is heated and returned to water vapor, the structure is mixed with the gas delivered from the hydrogen generation unit, and the dehydration unit is configured to generate the power The water vapor contained in the gas sent from the electrolysis unit is removed, and the recycle unit uses the gas sent from the hydrogen generation unit to obtain the water vapor obtained when the dehydrating agent containing water is regenerated. The structure to mix is mentioned.

本発明によると、充電時に水素発生部が継続的に効率良く還元を行うことができる2次電池型燃料電池システムを実現することができる。   According to the present invention, it is possible to realize a secondary battery type fuel cell system in which the hydrogen generator can continuously and efficiently perform reduction during charging.

本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a schematic structure of a fuel cell system concerning one embodiment of the present invention. 固体酸化物型燃料電池(SOFC)の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of a solid oxide fuel cell (SOFC). 鉄と酸化鉄とのエネルギの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the energy of iron and iron oxide. 水素発生器内の水蒸気分圧比について説明する図である。It is a figure explaining the water vapor partial pressure ratio in a hydrogen generator. 図1を簡略化して本発明の一実施形態に係る2次電池型燃料電池システムの充電時の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement at the time of charge of the secondary battery type fuel cell system which simplified FIG. 1 and concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the fuel cell system which concerns on other embodiment of this invention.

本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。尚、本発明は、後述する実施形態に限られない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described later.

<2次電池型燃料電池システムの構成>
図1は、本発明の一実施形態に係る2次電池型燃料電池システムの全体構成を示す図である。図1に示す本発明の一実施形態に係る2次電池型燃料電池システムは、鉄の微粒子圧縮体が収容された水素発生器1を備えている。さらに、図1に示す本発明の一実施形態に係る2次電池型燃料電池システムは、水素発生器1を加熱するヒーター2と、水素発生器1の温度を検出する温度センサ3と、水素発生器1の鉄残量を検出する残量センサ4とを備えている。残量センサ4は、例えば、鉄と酸化鉄の重量差を利用して、水素発生器1の重量変化から水素発生器1の鉄残量を検出するものを用いることができる。
<Configuration of secondary battery type fuel cell system>
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a secondary battery type fuel cell system according to an embodiment of the present invention. A secondary battery type fuel cell system according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 includes a hydrogen generator 1 in which an iron fine particle compact is accommodated. Furthermore, the secondary battery type fuel cell system according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 includes a heater 2 that heats the hydrogen generator 1, a temperature sensor 3 that detects the temperature of the hydrogen generator 1, and hydrogen generation. And a remaining amount sensor 4 for detecting the remaining iron amount of the container 1. As the remaining amount sensor 4, for example, a sensor that detects the remaining amount of iron in the hydrogen generator 1 from the change in the weight of the hydrogen generator 1 using the weight difference between iron and iron oxide can be used.

図1に示す本発明の一実施形態に係る2次電池型燃料電池システムは、水素を燃料として発電し水を発生する燃料電池の一つである固体酸化物型燃料電池(SOFC)5も備えている。水素発生器1は、ガスを循環できるガス循環経路によってSOFC5に接続されている。   The secondary battery type fuel cell system according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 also includes a solid oxide fuel cell (SOFC) 5 that is one of fuel cells that generate water using hydrogen as fuel and generate water. ing. The hydrogen generator 1 is connected to the SOFC 5 by a gas circulation path through which gas can be circulated.

上記循環経路には循環器6、脱水部7、再利用部8、及び三方弁9〜12が設けられている。循環器6は、ブロア又はポンプであって、上記循環経路内のガスを強制循環させる。   In the circulation path, a circulator 6, a dewatering unit 7, a reuse unit 8, and three-way valves 9 to 12 are provided. The circulator 6 is a blower or a pump and forcibly circulates the gas in the circulation path.

脱水部7は、上記循環経路中のSOFC5から水素発生器1にガスが向かう経路上に設けられる。そして、脱水部7と並列に第1バイパス経路13が設けられ、第1バイパス経路13のSOFC5側端部と上記循環経路との接続部に三方弁9が設けられ、第1バイパス経路13の水素発生器1側端部と上記循環経路との接続部に三方弁10が設けられている。   The dehydrating unit 7 is provided on a path of gas from the SOFC 5 in the circulation path toward the hydrogen generator 1. A first bypass path 13 is provided in parallel with the dehydrating section 7, and a three-way valve 9 is provided at a connection portion between the SOFC 5 side end of the first bypass path 13 and the circulation path, and the hydrogen of the first bypass path 13 is provided. A three-way valve 10 is provided at a connection portion between the generator 1 side end and the circulation path.

再利用部8は、上記循環経路中の水素発生器1からSOFC5にガスが向かう経路上に設けられる。そして、再利用部8と並列に第2バイパス経路14が設けられ、第2バイパス経路14の水素発生器1側端部と上記循環経路との接続部に三方弁11が設けられ、第2バイパス経路14のSOFC5側端部と上記循環経路との接続部に三方弁12が設けられている。   The reuse unit 8 is provided on the path of gas from the hydrogen generator 1 to the SOFC 5 in the circulation path. And the 2nd bypass path 14 is provided in parallel with the reuse part 8, the three-way valve 11 is provided in the connection part of the hydrogen generator 1 side edge part of the 2nd bypass path 14, and the said circulation path, and a 2nd bypass A three-way valve 12 is provided at a connection portion between the SOFC 5 side end of the path 14 and the circulation path.

コントローラ15は、システム全体の制御を行うものであり、温度センサ3から出力される温度情報及び残量センサ4から出力される残量情報を元に、ヒーター2、循環器6を個別に制御し、水素発生器1の反応条件を設定し、SOFC5に水素を供給してSOFC5に発電動作を行わせ、負荷であるモータ16を駆動させる。   The controller 15 controls the entire system, and individually controls the heater 2 and the circulator 6 based on the temperature information output from the temperature sensor 3 and the remaining amount information output from the remaining amount sensor 4. Then, the reaction conditions of the hydrogen generator 1 are set, hydrogen is supplied to the SOFC 5 to cause the SOFC 5 to perform a power generation operation, and the motor 16 as a load is driven.

また、コントローラ15は、モータ16の回生電力が発生した場合や外部電源入力端子17に外部電源(不図示)からの電力が供給された場合に、SOFC5を電気分解器として作動させ、水素発生器1の再生を行ってシステムの充電を行う。   Further, the controller 15 operates the SOFC 5 as an electrolyzer when a regenerative electric power of the motor 16 is generated or when electric power from an external power source (not shown) is supplied to the external power input terminal 17 to generate a hydrogen generator. 1 is played to charge the system.

さらに、コントローラ15は、三方弁9〜12の制御も行っている。   Furthermore, the controller 15 also controls the three-way valves 9-12.

コントローラ15に接続されているリチウムイオン2次電池18は、起動時にヒーター2等を動作させるための電力を供給するものであって、SOFC5の発電又は外部電源入力端子17に外部電源(不図示)からの電力により再充電可能である。   The lithium ion secondary battery 18 connected to the controller 15 supplies electric power for operating the heater 2 and the like at the start-up, and an external power source (not shown) is supplied to the power generation or external power input terminal 17 of the SOFC 5. It can be recharged with electric power from

<SOFCの構成及び動作>
SOFC5は、図2に示す通り、O2−を透過する固体電解質19を挟み、両側にそれぞれ酸化剤極20と燃料極21が形成されている3層構造をなしている。SOFC5では、発電動作時に、燃料極21において下記の(1)式の反応が起こる。
+O2−→HO+2e …(1)
<Configuration and operation of SOFC>
As shown in FIG. 2, the SOFC 5 has a three-layer structure in which a solid electrolyte 19 that permeates O 2− is sandwiched and an oxidant electrode 20 and a fuel electrode 21 are formed on both sides. In the SOFC 5, the following reaction (1) occurs in the fuel electrode 21 during the power generation operation.
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e (1)

上記の(1)式の反応によって生成された電子は、負荷であるモータ16を通って、酸化剤極20に到達し、酸化剤極20において下記の(2)式の反応が起こる。
1/2O+2e→O2− …(2)
Electrons generated by the reaction of the above formula (1) pass through the motor 16 as a load and reach the oxidant electrode 20, and the reaction of the following formula (2) occurs at the oxidant electrode 20.
1 / 2O 2 + 2e → O 2− (2)

そして、上記の(2)式の反応によって生成された酸素イオンは、固体電解質19を通って、燃料極21に到達する。上記の一連の反応を繰り返すことにより、SOFC5が発電動作を行うことになる。また、上記の(1)式から分かるように、発電動作時には、燃料極21側においてHが消費されHOが生成されることになる。 The oxygen ions generated by the reaction of the above formula (2) reach the fuel electrode 21 through the solid electrolyte 19. By repeating the above series of reactions, the SOFC 5 performs a power generation operation. Further, as can be seen from the above equation (1), during the power generation operation, H 2 is consumed and H 2 O is generated on the fuel electrode 21 side.

一方、SOFC5では、電気分解器として作動する場合、上記の(1)式及び(2)式の逆反応が起こり、燃料極21側においてHOが消費されHが生成される。 On the other hand, when the SOFC 5 operates as an electrolyzer, the reverse reactions of the above formulas (1) and (2) occur, and H 2 O is consumed and H 2 is generated on the fuel electrode 21 side.

上記のように燃料極21側で消費されたり生成されたりするガス(水素ガス、水蒸気ガス)が、SOFC5の燃料極21側と水素発生器1との間を循環する。   Gas (hydrogen gas, water vapor gas) consumed or generated on the fuel electrode 21 side as described above circulates between the fuel electrode 21 side of the SOFC 5 and the hydrogen generator 1.

<水素発生器での反応>
水素発生器1は、鉄の微粒子圧縮体を収容しているので、下記の(3)式に示す酸化反応により、水素を発生することができる。
3Fe+4HO→Fe+4H …(3)
<Reaction in hydrogen generator>
Since the hydrogen generator 1 contains an iron fine particle compact, hydrogen can be generated by an oxidation reaction represented by the following formula (3).
3Fe + 4H 2 O → Fe 3 O 4 + 4H 2 (3)

上記の(3)式に示す鉄の酸化反応が進むと、鉄から酸化鉄への変化が進んで鉄残量が減っていくが、上記の(3)式の逆反応(還元反応)により、水素発生器1を再生することができ、システムを充電することができる。   When the oxidation reaction of iron shown in the above formula (3) proceeds, the change from iron to iron oxide proceeds and the remaining amount of iron decreases, but by the reverse reaction (reduction reaction) of the above formula (3), The hydrogen generator 1 can be regenerated and the system can be charged.

ここで、鉄(Fe)と酸化鉄(Fe)とのエネルギの関係を図3に示す。鉄(Fe)は酸化鉄(Fe)よりもエネルギが高いので、鉄(Fe)が酸化鉄(Fe)に変化する反応(酸化反応)は外部に熱を放出する発熱反応になり、酸化鉄(Fe)が鉄(Fe)に変化する反応(還元反応)は吸熱反応になる。 Here, the energy relationship between iron (Fe) and iron oxide (Fe 3 O 4 ) is shown in FIG. Since iron (Fe) is the energy higher than that of iron oxide (Fe 3 O 4), the reaction iron (Fe) is changed to iron oxide (Fe 3 O 4) (oxidation) is an exothermic reaction which releases heat to the outside Thus, the reaction (reduction reaction) in which iron oxide (Fe 3 O 4 ) changes to iron (Fe) becomes an endothermic reaction.

また、反応が起こるには分子が活性化エネルギEa以上のエネルギを持つことが必要であるが、図3から分かるように、酸化反応の活性化エネルギEa(Fe→Fe)よりも、逆の還元反応の活性化エネルギEa(Fe→Fe)の方が大きい。すなわち、鉄の酸化反応よりも酸化鉄の還元反応の方が反応しにくい。 Further, in order for the reaction to occur, the molecule needs to have an energy higher than the activation energy Ea, but as can be seen from FIG. 3, the activation energy Ea (Fe → Fe 3 O 4 ) of the oxidation reaction The activation energy Ea (Fe 3 O 4 → Fe) of the reverse reduction reaction is larger. That is, the iron oxide reduction reaction is less likely to react than the iron oxidation reaction.

反応しやすさを示す反応速度定数kは、気体定数R、絶対温度T、頻度因子A、及び活性化エネルギEaを用いた下記の(4)式で表すことができる。そして、反応速度定数kと濃度との積で反応速度が与えられる。尚、周知の通り触媒を用いると、活性化エネルギEaを下げることができる。
k=Aexp(−Ea/RT) …(4)
The reaction rate constant k indicating the ease of reaction can be expressed by the following equation (4) using the gas constant R, the absolute temperature T, the frequency factor A, and the activation energy Ea. The reaction rate is given by the product of the reaction rate constant k and the concentration. As is well known, when a catalyst is used, the activation energy Ea can be lowered.
k = Aexp (−Ea / RT) (4)

上記の(4)式から分かるように、温度を上げると、指数関数的に反応速度kが上がることになる。実際上、水蒸気ガスによる鉄の酸化反応、水素ガスによる酸化鉄の還元反応が起きるためには、現在得られている触媒では、鉄の酸化反応で約80℃以上、活性化エネルギがより大きい酸化鉄の還元反応で約300℃以上の温度にすることが必要とされている。   As can be seen from the above equation (4), when the temperature is raised, the reaction rate k increases exponentially. In practice, in order for the iron oxidation reaction with water vapor gas and the reduction reaction of iron oxide with hydrogen gas to occur, with the currently obtained catalyst, the oxidation reaction of iron is about 80 ° C. or higher and the activation energy is higher. It is necessary to bring the temperature to about 300 ° C. or higher in the iron reduction reaction.

将来触媒の改良により還元反応の活性化エネルギEaが低減された場合、下記の(5)式を満たす条件下であれば還元反応が可能になる。ただし、下記の(5)式中の200[kJ]は現在得られている触媒を用いた還元の最も低い活性化エネルギであり、下記の(5)式中の550[K]は現在得られている触媒を用いて還元反応が可能となる最低温度である。
T>(550/200)Ea …(5)
When the activation energy Ea of the reduction reaction is reduced by improving the catalyst in the future, the reduction reaction can be performed under the condition satisfying the following expression (5). However, 200 [kJ] in the following formula (5) is the lowest activation energy of reduction using the currently obtained catalyst, and 550 [K] in the following formula (5) is currently obtained. This is the lowest temperature at which a reduction reaction is possible using the catalyst.
T> (550/200) Ea (5)

<水素発生器内の水蒸気分圧比>
図4は、水素発生器1内の水蒸気分圧比について説明する図である。水素発生器1内に鉄(Fe)と酸化鉄(Fe)が混在する状態で、水素発生器1内に水素ガスと水蒸気ガスの混合気体が存在するとき、鉄の酸化反応の反応速度と酸化鉄の還元反応の反応速度とが一致する平衡状態で安定する。図4に示す曲線はこの平衡状態を示している。したがって、平衡状態における水蒸気分圧比は、高温になるほど高くなる。例えば、300℃の温度条件下で水蒸気分圧比10%の混合ガスを水素発生器1に投入すると、平衡状態での水蒸気分圧比は4%(<10%)であるので、水蒸気を消費する鉄の酸化反応が優勢になり、最終的に水蒸気分圧比4%で安定し、見かけ上鉄の酸化反応が停止したようになる。これに対して、400℃の温度条件下で水蒸気分圧比4%の混合ガスを水素発生器1に投入すると、平衡状態での水蒸気分圧比は10%(>4%)であるので、水蒸気を生成する酸化鉄の還元反応が優勢になり、最終的に水蒸気分圧比10%で安定し、見かけ上酸化鉄の還元反応が停止したようになる。
<Water vapor partial pressure ratio in the hydrogen generator>
FIG. 4 is a diagram for explaining the steam partial pressure ratio in the hydrogen generator 1. When there is a mixed gas of hydrogen gas and water vapor gas in the hydrogen generator 1 in a state where iron (Fe) and iron oxide (Fe 3 O 4 ) are mixed in the hydrogen generator 1, the reaction of the oxidation reaction of iron It stabilizes in an equilibrium state where the rate and the rate of reduction of iron oxide coincide. The curve shown in FIG. 4 shows this equilibrium state. Therefore, the water vapor partial pressure ratio in the equilibrium state becomes higher as the temperature becomes higher. For example, when a mixed gas having a water vapor partial pressure ratio of 10% is introduced into the hydrogen generator 1 under a temperature condition of 300 ° C., the water vapor partial pressure ratio in an equilibrium state is 4% (<10%). The oxidation reaction becomes dominant and finally stabilizes at a water vapor partial pressure ratio of 4%, and the oxidation reaction of iron apparently stops. On the other hand, when a mixed gas having a water vapor partial pressure ratio of 4% is introduced into the hydrogen generator 1 under a temperature condition of 400 ° C., the water vapor partial pressure ratio in the equilibrium state is 10% (> 4%). The reduction reaction of the produced iron oxide becomes dominant and finally stabilizes at a water vapor partial pressure ratio of 10%, and the reduction reaction of iron oxide apparently stops.

<2次電池型燃料電池システムの動作>
次に、図1に示す本発明の一実施形態に係る2次電池型燃料電池システムの動作について図1及び図5を参照して説明する。なお、図5は、図1を簡略化して本発明の一実施形態に係る2次電池型燃料電池システムの充電時の動作を説明する図である。
<Operation of the secondary battery type fuel cell system>
Next, the operation of the secondary battery type fuel cell system according to one embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. 1 and FIG. In addition, FIG. 5 is a figure explaining the operation | movement at the time of charge of the secondary battery type fuel cell system which simplifies FIG. 1 and which concerns on one Embodiment of this invention.

水素発生器1に水素を発生させて発電を行う場合、コントローラ15は、水素発生器1をヒーター2によって加熱(ここでは400℃に加熱)し、循環器6を起動してガスを循環させる。また、コントローラ15の制御により、三方弁9がSOFC5と第1バイパス経路13とを連通状態にし、三方弁10が第1バイパス経路13と循環器6とを連通状態にし、三方弁11が水素発生器1と第2バイパス経路14とを連通状態にし、三方弁12が第2バイパス経路14とSOFC5とを連通状態にする。SOFC5は、循環経路内にある水素ガスを消費し水蒸気ガスを発生させながら発電を行う。ここで、SOFC5で発生した水蒸気は、400℃での平衡水蒸気分圧比の10%よりも分圧比が高くなれば鉄の酸化反応が優勢になり、水素発生器1内で水蒸気ガスが水素ガスに置き換わり、水蒸気分圧比10%、水素分圧比90%の状態に戻ろうとする。この水素ガスが、再びSOFC5で消費され水蒸気ガスが発生するというサイクルで発電が継続される。   When generating electricity by generating hydrogen in the hydrogen generator 1, the controller 15 heats the hydrogen generator 1 with the heater 2 (here, heated to 400 ° C.) and activates the circulator 6 to circulate the gas. Further, under the control of the controller 15, the three-way valve 9 brings the SOFC 5 and the first bypass path 13 into communication, the three-way valve 10 brings the first bypass path 13 and the circulator 6 into communication, and the three-way valve 11 generates hydrogen. The vessel 1 and the second bypass path 14 are in communication with each other, and the three-way valve 12 sets the second bypass path 14 and SOFC 5 in communication. The SOFC 5 generates power while consuming hydrogen gas in the circulation path and generating water vapor gas. Here, the steam generated in the SOFC 5 becomes dominant when the partial pressure ratio becomes higher than 10% of the equilibrium steam partial pressure ratio at 400 ° C., and the steam gas is converted into hydrogen gas in the hydrogen generator 1. Instead, it attempts to return to a state where the water vapor partial pressure ratio is 10% and the hydrogen partial pressure ratio is 90%. Power generation is continued in a cycle in which this hydrogen gas is consumed again by the SOFC 5 and steam gas is generated.

一方、水素発生器1を再生してシステムの充電を行う場合、コントローラ15は、水素発生器1をヒーター2によって加熱(ここでは400℃)し、循環器6を起動してガスを循環させる。また、コントローラ15の制御により、三方弁9がSOFC5と脱水部7とを連通状態にし、三方弁10が脱水部7と循環器6とを連通状態にし、三方弁11が水素発生器1と再利用部8とを連通状態にし、三方弁12が再利用部8とSOFC5とを連通状態にする。そして、SOFC5を電気分解器として作動させる。この場合、SOFC5では上記の(1)式の逆反応が起こり、SOFC5は循環経路内にある水蒸気ガスを消費し水素ガスを発生させる。ここで、水素発生器1で発生した水蒸気の分圧比が400℃での平衡水蒸気分圧比の10%よりも低ければ酸化鉄の還元反応が優勢になり、水素発生器1内で水素ガスが水蒸気ガスに置き換わり、水蒸気分圧比10%、水素分圧比90%の状態に戻ろうとする。この水蒸気ガスが、再びSOFC5で消費され水素ガスが発生するというサイクルで水素発生器1が再生されシステムの充電が継続される。   On the other hand, when the hydrogen generator 1 is regenerated and the system is charged, the controller 15 heats the hydrogen generator 1 with the heater 2 (here, 400 ° C.) and activates the circulator 6 to circulate the gas. Further, under the control of the controller 15, the three-way valve 9 brings the SOFC 5 and the dehydration unit 7 into communication, the three-way valve 10 brings the dehydration unit 7 and the circulator 6 into communication, and the three-way valve 11 reconnects with the hydrogen generator 1. The utilization part 8 is brought into communication, and the three-way valve 12 brings the reuse part 8 and SOFC 5 into communication. Then, the SOFC 5 is operated as an electrolyzer. In this case, the reverse reaction of the above formula (1) occurs in SOFC5, and SOFC5 consumes the water vapor gas in the circulation path and generates hydrogen gas. Here, if the partial pressure ratio of water vapor generated in the hydrogen generator 1 is lower than 10% of the equilibrium water vapor partial pressure ratio at 400 ° C., the reduction reaction of iron oxide becomes dominant, and the hydrogen gas is converted into water vapor in the hydrogen generator 1. It replaces with gas and tries to return to a state where the partial pressure ratio of water vapor is 10% and the partial pressure ratio of hydrogen is 90%. The hydrogen generator 1 is regenerated in a cycle in which the water vapor gas is consumed again by the SOFC 5 and hydrogen gas is generated, and charging of the system is continued.

SOFC5での電気分解の効率及び反応速度を向上させるためには、SOFC5への水蒸気の供給量を多くする必要がある。また、水素発生器1での還元反応の効率及び反応速度を向上させるためには、水素発生器1への水素の供給により水素発生器1での水素分圧比を高くする必要があるが、SOFC5は上記の(1)式の逆反応で循環経路内にある水蒸気ガスを全て消費するわけではないため、SOFC5から送出されるガスは純粋な水素ガスではなく水素ガスと反応しなかった水蒸気ガスとの混合ガス(ここでは水素分圧比95%、水蒸気分圧比5%の混合ガス)になっている。   In order to improve the efficiency of electrolysis and reaction rate in SOFC5, it is necessary to increase the amount of water vapor supplied to SOFC5. In order to improve the efficiency and reaction rate of the reduction reaction in the hydrogen generator 1, it is necessary to increase the hydrogen partial pressure ratio in the hydrogen generator 1 by supplying hydrogen to the hydrogen generator 1, but the SOFC5 Does not consume all the water vapor gas in the circulation path in the reverse reaction of the above equation (1), so the gas sent from the SOFC 5 is not pure hydrogen gas but water vapor gas that has not reacted with hydrogen gas. (A mixed gas having a hydrogen partial pressure ratio of 95% and a water vapor partial pressure ratio of 5%).

そこで、図1に示す本発明の一実施形態に係る2次電池型燃料電池システムでは、システムの充電時に、脱水部7が冷却トラップ(ここでは0℃の冷却トラップ)によりSOFC5から送出される混合ガスの水蒸気分圧比を1%程度まで落としている。これにより、水素発生器1に供給される混合ガスの水素分圧比が99%程度まで向上し(図5参照)、水素発生器1での還元反応の効率及び反応速度が向上する。脱水部7での冷却には、例えば、コントローラ15によって制御されるペルチェ素子を用いることができる。   Therefore, in the secondary battery type fuel cell system according to one embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the dehydration unit 7 is mixed from the SOFC 5 by a cooling trap (here, a 0 ° C. cooling trap) when the system is charged. The water vapor partial pressure ratio of the gas is reduced to about 1%. Thereby, the hydrogen partial pressure ratio of the mixed gas supplied to the hydrogen generator 1 is improved to about 99% (see FIG. 5), and the efficiency and reaction rate of the reduction reaction in the hydrogen generator 1 are improved. For cooling in the dehydrating unit 7, for example, a Peltier element controlled by the controller 15 can be used.

また、脱水部7の冷却トラップによってトラップされた水は、脱水部7から再利用部8に移送され、再利用部8において加熱されて水蒸気ガスに戻され、水素発生器1から送出されるガスと混合される。これにより、SOFC5に供給される混合ガスの水蒸気分圧比が15%程度まで向上し(図5参照)、水素発生器1での還元反応の効率及び反応速度が向上する。また、脱水部7の冷却トラップによってトラップされた水が再利用部8において再利用されており上記循環経路から除去されないので、水素発生器1での継続的な還元反応を保証することができる。再利用部8での加熱には、例えば、コントローラ15によって制御されるヒーターを用いることができる。   Further, the water trapped by the cooling trap of the dehydration unit 7 is transferred from the dehydration unit 7 to the reuse unit 8, heated in the reuse unit 8, returned to the water vapor gas, and sent from the hydrogen generator 1. Mixed with. Thereby, the water vapor partial pressure ratio of the mixed gas supplied to the SOFC 5 is improved to about 15% (see FIG. 5), and the efficiency and reaction rate of the reduction reaction in the hydrogen generator 1 are improved. Further, since the water trapped by the cooling trap of the dehydration unit 7 is reused in the reuse unit 8 and is not removed from the circulation path, a continuous reduction reaction in the hydrogen generator 1 can be ensured. For the heating in the reuse unit 8, for example, a heater controlled by the controller 15 can be used.

以上により、図1に示す本発明の一実施形態に係る2次電池型燃料電池システムでは、充電時に水素発生器1が継続的に効率良く還元を行うことができる。   As described above, in the secondary battery type fuel cell system according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the hydrogen generator 1 can continuously and efficiently perform the reduction during charging.

なお、本実施形態では、1つのSOFC5が発電も水の電気分解も行っているが、水素発生器1が、燃料電池(例えば発電専用のSOFC)と水の電気分解器(例えば水の電気分解専用のSOFC)それぞれにガス循環経路上並列に接続される構成にしてもよい。また、水素発生器1の基材料(主成分)は、鉄に限定されず、水で酸化し水素で還元できるもの(例えばマグネシウム合金等)であればよい。   In this embodiment, one SOFC 5 performs both power generation and water electrolysis. However, the hydrogen generator 1 includes a fuel cell (for example, a SOFC dedicated to power generation) and a water electrolyzer (for example, water electrolysis). A dedicated SOFC) may be connected in parallel on the gas circulation path. Further, the base material (main component) of the hydrogen generator 1 is not limited to iron, but may be any material that can be oxidized with water and reduced with hydrogen (for example, a magnesium alloy).

<2次電池型燃料電池システムの他の構成>
図6は、本発明の他の実施形態に係る2次電池型燃料電池システムの全体構成を示す図である。なお、図6において図1と同一の部分には同一の符号を付す。図6に示す本発明の他の実施形態に係る2次電池型燃料電池システムは、循環輸送機構22を備える点で図1に示す本発明の一実施形態に係る2次電池型燃料電池システムと異なり、さらに、脱水部7及び再利用部8の具体的な構成においても図1に示す本発明の一実施形態に係る2次電池型燃料電池システムと異なる。循環輸送機構22は、脱水部7と再利用部8との間で粒状の脱水剤(ここでは酸化カルシウム)を循環輸送する。
<Other configuration of the secondary battery type fuel cell system>
FIG. 6 is a diagram showing an overall configuration of a secondary battery type fuel cell system according to another embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. A secondary battery type fuel cell system according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 6 includes a secondary battery type fuel cell system according to an embodiment of the present invention shown in FIG. In addition, the specific configurations of the dehydration unit 7 and the reuse unit 8 are also different from the secondary battery type fuel cell system according to the embodiment of the present invention shown in FIG. The circulation transport mechanism 22 circulates and transports a granular dehydrating agent (here, calcium oxide) between the dehydrating unit 7 and the reuse unit 8.

図6に示す本発明の他の実施形態に係る2次電池型燃料電池システムの動作は、水素発生器1に水素を発生させて発電を行う場合、水素発生器1を再生してシステムの充電を行う場合ともに、図1に示す本発明の一実施形態に係る2次電池型燃料電池システムの動作と基本的に同じである。   The operation of the secondary battery type fuel cell system according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 6 is to charge the system by regenerating the hydrogen generator 1 when generating power by generating hydrogen in the hydrogen generator 1. The operation is basically the same as the operation of the secondary battery type fuel cell system according to the embodiment of the present invention shown in FIG.

システムの充電時に、脱水部7において、
SOFC5から送出される混合ガス中の水蒸気と脱水剤である酸化カルシウムとが反応して水酸化カルシウムが生成される(下記の(6)式参照)。
CaO+HO→Ca(OH) ・・・(6)
At the time of charging the system,
Water vapor in the mixed gas delivered from the SOFC 5 reacts with calcium oxide as a dehydrating agent to generate calcium hydroxide (see the following formula (6)).
CaO + H 2 O → Ca (OH) 2 (6)

上記の(6)式の反応により、SOFC5から送出される混合ガスの水蒸気分圧比を落とすことができる。これにより、水素発生器1に供給される混合ガスの水素分圧比が向上し、水素発生器1での還元反応の効率及び反応速度が向上する。   By the reaction of the above formula (6), the water vapor partial pressure ratio of the mixed gas delivered from the SOFC 5 can be reduced. Thereby, the hydrogen partial pressure ratio of the mixed gas supplied to the hydrogen generator 1 is improved, and the efficiency and reaction rate of the reduction reaction in the hydrogen generator 1 are improved.

また、上記の(6)式の反応により生成された水酸化カルシウムは、循環輸送機構22によって脱水部7から再利用部8に輸送され、再利用部8において加熱されて水酸化カルシウムが水蒸気ガスと酸化カルシウムとに分離され(下記の(7)式参照)、水蒸気ガスは水素発生器1から送出されるガスと混合され、酸化カルシウムが循環輸送機構22によって再利用部8から脱水部7に輸送される。
Ca(OH)→CaO+HO ・・・(7)
Further, the calcium hydroxide generated by the reaction of the above formula (6) is transported from the dehydrating unit 7 to the reuse unit 8 by the circulation transport mechanism 22 and heated in the reuse unit 8 to convert the calcium hydroxide into water vapor gas. And the calcium oxide (see the following formula (7)), the water vapor gas is mixed with the gas delivered from the hydrogen generator 1, and the calcium oxide is transferred from the recycling unit 8 to the dehydrating unit 7 by the circulation transport mechanism 22. Transported.
Ca (OH) 2 → CaO + H 2 O (7)

これにより、SOFC5に供給される混合ガスの水蒸気分圧比が向上し、水素発生器1での還元反応の効率及び反応速度が向上する。また、脱水部7で除去された水が再利用部8において再利用されており上記循環経路から除去されないので、水素発生器1での継続的な還元反応を保証することができる。   Thereby, the water vapor partial pressure ratio of the mixed gas supplied to the SOFC 5 is improved, and the efficiency and reaction rate of the reduction reaction in the hydrogen generator 1 are improved. Further, since the water removed by the dehydration unit 7 is reused in the reuse unit 8 and is not removed from the circulation path, the continuous reduction reaction in the hydrogen generator 1 can be guaranteed.

以上により、図6に示す本発明の他の実施形態に係る2次電池型燃料電池システムでは、充電時に水素発生器1が継続的に効率良く還元を行うことができる。   As described above, in the secondary battery type fuel cell system according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 6, the hydrogen generator 1 can continuously and efficiently reduce during charging.

なお、脱水剤は、酸化カルシウムに限定されず、再生可能なものであればよい。   In addition, a dehydrating agent is not limited to calcium oxide, What is necessary is just a reproducible thing.

1 水素発生器
2 ヒーター
3 温度センサ
4 残量センサ
5 固体酸化物型燃料電池(SOFC)
6 循環器
7 脱水部
8 再利用部
9〜12 三方弁
13 第1バイパス経路
14 第2バイパス経路
15 コントローラ
16 モータ
17 外部電源入力端子
18 リチウムイオン2次電池
19 固体電解質
20 酸化剤極
21 燃料極
22 循環輸送機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrogen generator 2 Heater 3 Temperature sensor 4 Remaining amount sensor 5 Solid oxide fuel cell (SOFC)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 6 Circulator 7 Dehydration part 8 Reuse part 9-12 Three-way valve 13 1st bypass path 14 2nd bypass path 15 Controller 16 Motor 17 External power supply input terminal 18 Lithium ion secondary battery 19 Solid electrolyte 20 Oxidant electrode 21 Fuel electrode 22 Circulation transport mechanism

Claims (5)

水との酸化反応により水素を発生し、水素との還元反応により再生可能な水素発生部と、
前記水素発生部から供給される水素を燃料にして発電を行う発電機能及び前記水素発生部に供給する水素を生成するための水の電気分解を行う電気分解機能を有する発電・電気分解部とを備え、
前記水素発生部と前記発電・電気分解部との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させる2次電池型燃料電池システムであって、
前記2次電池型燃料電池システムの充電時に、前記発電・電気分解部から送出されるガスに含まれている水蒸気を除去する脱水部と、
前記2次電池型燃料電池システムの充電時に、前記脱水部によって除去された水蒸気を、前記発電・電気分解部において再利用するために前記水素発生部から送出されるガスと混合する再利用部とを備えることを特徴とする2次電池型燃料電池システム。
A hydrogen generating part that generates hydrogen by an oxidation reaction with water and can be regenerated by a reduction reaction with hydrogen;
A power generation / electrolysis unit having a power generation function for generating power using hydrogen supplied from the hydrogen generation unit and an electrolysis function for electrolyzing water for generating hydrogen supplied to the hydrogen generation unit; Prepared,
A secondary battery type fuel cell system for circulating a gas containing hydrogen and water vapor between the hydrogen generation unit and the power generation / electrolysis unit,
A dehydration unit that removes water vapor contained in the gas sent from the power generation / electrolysis unit when charging the secondary battery type fuel cell system;
A recycle unit that mixes the water vapor removed by the dehydration unit with the gas sent from the hydrogen generation unit to be reused in the power generation / electrolysis unit during charging of the secondary battery type fuel cell system; A secondary battery type fuel cell system comprising:
前記水素発生部と前記発電・電気分解部との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させる循環経路を備え、
前記循環経路中の前記発電・電気分解部から前記水素発生部にガスが向かう経路上に前記脱水部が設けられ、
前記循環経路中の前記水素発生部から前記発電・電気分解部にガスが向かう経路上に前記再利用部が設けられることを特徴とする請求項1に記載の2次電池型燃料電池システム。
A circulation path for circulating a gas containing hydrogen and water vapor between the hydrogen generation unit and the power generation / electrolysis unit;
The dehydration unit is provided on a path of gas from the power generation / electrolysis unit in the circulation path to the hydrogen generation unit,
2. The secondary battery type fuel cell system according to claim 1, wherein the recycle unit is provided on a path of gas from the hydrogen generation unit to the power generation / electrolysis unit in the circulation path.
前記脱水部と並列に設けられる第1バイパス経路と、
前記再利用部と並列に設けられる第2バイパス経路とを備え、
前記2次電池型燃料電池システムの発電時に前記第1バイパス経路及び前記第2バイパス経路にガスが流れ、前記2次電池型燃料電池システムの充電時に前記第1バイパス経路及び前記第2バイパス経路にガスが流れないことを特徴とする請求項2に記載の2次電池型燃料電池システム。
A first bypass path provided in parallel with the dewatering unit;
A second bypass path provided in parallel with the reuse unit,
Gas flows through the first bypass path and the second bypass path during power generation of the secondary battery type fuel cell system, and when the secondary battery type fuel cell system is charged, the gas flows through the first bypass path and the second bypass path. The secondary battery type fuel cell system according to claim 2, wherein gas does not flow.
前記脱水部が、冷却トラップにより、前記発電・電気分解部から送出されるガスに含まれている水蒸気を除去し、
前記再利用部が、前記脱水部の冷却トラップによって得られた水を加熱して水蒸気に戻してから、前記水素発生部から送出されるガスと混合することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の2次電池型燃料電池システム。
The dehydration unit removes water vapor contained in the gas sent from the power generation / electrolysis unit by a cooling trap,
The said reuse part heats the water obtained by the cooling trap of the said dehydration part, returns to water vapor | steam, and then mixes with the gas sent from the said hydrogen generation part. The secondary battery type fuel cell system according to any one of the above.
前記脱水部が、脱水剤により、前記発電・電気分解部から送出されるガスに含まれている水蒸気を除去し、
前記再利用部が、水分を含んだ前記脱水剤を再生する際に得られる水蒸気を前記水素発生部から送出されるガスと混合することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の2次電池型燃料電池システム。
The dehydration unit removes water vapor contained in the gas sent from the power generation / electrolysis unit with a dehydrating agent,
The reusable part mixes the water vapor obtained when regenerating the dehydrating agent containing moisture with the gas delivered from the hydrogen generating part. The secondary battery type fuel cell system described.
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