JP2019175636A - Boiling cooling type valve, boiling cooling type CO2 separator, SOFC system, SOEC system, and R-SOC system - Google Patents

Boiling cooling type valve, boiling cooling type CO2 separator, SOFC system, SOEC system, and R-SOC system Download PDF

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Abstract

To provide: a boiling cooling type valve and a boiling cooling type COseparator including the same; and an SOFC system, an SOEC system, and an R-SOC system including the boiling cooling type COseparator.SOLUTION: A boiling cooling type valve 10a includes: a housing part 20; a valve part 40 including valves 44, 46 joined to a shaft 42; seal part members 52, 54 inserted between the housing part 20 and the valve part 40; boiling cooling means; and driving means. In a boiling cooling type COseparator, the boiling cooling type valve 10a is used as a gas switching valve. An SOFC system, an SOEC system, and an R-SOC system include the boiling cooling type COseparator for separating COcontained in off-gas.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、沸騰冷却式バルブ、沸騰冷却式ＣＯ2分離器、ＳＯＦＣシステム、ＳＯＥＣシステム、及びＲ−ＳＯＣシステムに関し、さらに詳しくは、ガスの流通・遮断を行うためのシール部材を沸騰冷却流路により冷却する沸騰冷却式バルブ、このような沸騰冷却式バルブを用いた沸騰冷却式ＣＯ2分離器、並びに、このような沸騰冷却式ＣＯ2分離器を用いたＳＯＦＣシステム、ＳＯＣシステム、及びＲ−ＳＯＣシステムに関する。 The present invention relates to a boiling cooling type valve, a boiling cooling type CO 2 separator, an SOFC system, an SOEC system, and an R-SOC system, and more specifically, a sealing member for performing gas circulation / blocking is used as a boiling cooling channel. Boil-cooled valves cooled by the above, boil-cooled CO 2 separators using such boil-cooled valves, and SOFC systems, SOC systems, and R− using such boil-cooled CO 2 separators It relates to the SOC system.

ＣＯ2、Ｈ2、アンモニアなどの特定のガス成分を可逆的に吸収・放出することが可能な各種の材料（以下、これらを総称して「反応材」ともいう）が知られている。このような反応材は、いずれも吸収時には発熱を伴い、放出時には吸熱を伴う。そのため、反応材は、このような特性を利用して、
（ａ）固体酸化物型燃料電池の排ガス処理装置、
（ｂ）水素を可逆的に吸蔵・放出するための水素貯蔵・供給装置、
（ｃ）排熱を化学エネルギーとして蓄えるための化学蓄熱装置
などに応用されている。
しかしながら、反応材は、一般に、ガス成分の吸収・放出を繰り返すと、吸収・放出特性が劣化するという問題がある。 Various materials capable of reversibly absorbing and releasing specific gas components such as CO 2 , H 2 , and ammonia (hereinafter collectively referred to as “reactive materials”) are known. All of these reaction materials are exothermic during absorption and endothermic when released. Therefore, the reaction material takes advantage of these characteristics,
(A) an exhaust gas treatment device for a solid oxide fuel cell;
(B) a hydrogen storage and supply device for reversibly storing and releasing hydrogen;
(C) It is applied to a chemical heat storage device for storing exhaust heat as chemical energy.
However, the reaction material generally has a problem that the absorption / release characteristics deteriorate when the absorption / release of gas components is repeated.

そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１には、リチウムシリケートを含む炭酸ガス吸収材を用いて炭酸ガスを可逆的に吸蔵・放出する場合において、炭酸リチウムを添加しながら炭酸ガスを放出させる方法が開示されている。
同文献には、
（ａ）リチウムオルトシリケートを含有する炭酸ガス吸収材にアルカリ炭酸塩を添加すると、炭酸ガスの吸収速度を高めることはできるが、炭酸リチウムとアルカリ炭酸塩が共晶を形成し、炭酸リチウムが溶出しやすくなる点、
（ｂ）炭酸リチウムの溶出が炭酸ガスの吸収性能の劣化の一因となっている点、及び、
（ｃ）炭酸リチウムを添加しながら炭酸ガスを放出させると、溶出した炭酸リチウムが補われるために炭酸ガス吸収材を良好に再生することが可能となる点、
が記載されている。 In order to solve this problem, various proposals have heretofore been made.
For example, Patent Document 1 discloses a method of releasing carbon dioxide while adding lithium carbonate in the case of reversibly occluding and releasing carbon dioxide using a carbon dioxide absorber containing lithium silicate.
In the same document,
(A) Adding alkali carbonate to a carbon dioxide absorbent containing lithium orthosilicate can increase the absorption rate of carbon dioxide, but lithium carbonate and alkali carbonate form a eutectic, and lithium carbonate is eluted. Points that make it easier to
(B) The elution of lithium carbonate contributes to the deterioration of carbon dioxide absorption performance, and
(C) When carbon dioxide gas is released while adding lithium carbonate, the eluted lithium carbonate is supplemented, so that the carbon dioxide gas absorbing material can be regenerated well.
Is described.

固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を用いた発電システムにおいて、通常、ＳＯＦＣに供給される燃料のすべてが発電に利用されることはなく、未反応の燃料がＳＯＦＣから排出される。この未反応の燃料を有効利用するために、ＳＯＦＣのアノードオフガスをアノード流路に戻すアノードオフガス循環式発電システムが提案されている。
アノードオフガス循環式発電システムにおいて、循環ガス中の反応生成物（ＣＯ2、Ｈ2Ｏ）の濃度が増大すると、濃度分極の増加により発電起電力が低下する。そのため、循環ガス中の反応生成物の除去が必要となる。一方、循環ガスは、可燃成分に加えて、顕熱も持つ。そのため、アノードオフガスを循環させることにより、アノードオフガスの顕熱も再利用することができ、系外への放熱量が低減し、発電効率を向上させることが可能となる。 In a power generation system using a solid oxide fuel cell (SOFC), not all of the fuel supplied to the SOFC is normally used for power generation, and unreacted fuel is discharged from the SOFC. In order to effectively use this unreacted fuel, an anode off-gas circulation power generation system that returns the anode off-gas of SOFC to the anode flow path has been proposed.
In the anode off-gas circulation power generation system, when the concentration of reaction products (CO 2 , H 2 O) in the circulation gas increases, the generated electromotive force decreases due to an increase in concentration polarization. Therefore, it is necessary to remove the reaction product in the circulating gas. On the other hand, circulating gas has sensible heat in addition to combustible components. Therefore, by circulating the anode off gas, the sensible heat of the anode off gas can be reused, the amount of heat released to the outside of the system can be reduced, and the power generation efficiency can be improved.

この点は、固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）を用いた電解システムも同様であり、電解効率を向上させるためには、カソードオフガス循環を行い、カソードオフガスに含まれる原料成分（ＣＯ2）と顕熱とを有効利用することが好ましい。そのためには、高温の循環ガスからＣＯ2を分離することが必要不可欠となる。 This is the same for an electrolysis system using a solid oxide electrolysis cell (SOEC). In order to improve electrolysis efficiency, cathode offgas circulation is performed, and the raw material component (CO 2 ) contained in the cathode offgas It is preferable to effectively use sensible heat. For that purpose, it is indispensable to separate CO 2 from the hot circulating gas.

高温のガスからＣＯ2を分離するための装置として、ＣＯ2吸収材を用いたバッチ切替式のＣＯ2分離器が知られている。バッチ切替式のＣＯ2分離器では、
（ａ）ＣＯ2吸収材を備えた反応流路層にＣＯ2を含むガスを供給し、ＣＯ2吸収材にＣＯ2を吸収させる動作と、
（ｂ）反応流路層にパージガスを供給し、ＣＯ2吸収材からＣＯ2を放出させる動作と
が交互に繰り返される。 As an apparatus for separating CO 2 from a high-temperature gas, a batch switching type CO 2 separator using a CO 2 absorbent is known. For batch-switchable CO 2 separators,
(A) supplying a gas containing CO 2 into CO 2 absorber reaction channel layer and an operation of absorbing CO 2 in the CO 2 absorbent material,
(B) The operation of supplying the purge gas to the reaction channel layer and releasing CO 2 from the CO 2 absorbent is repeated alternately.

ＣＯ2吸収材には、最適なＣＯ2の吸収温度及び放出温度がある。そのため、バッチ切替式のＣＯ2分離器においては、反応流路層に隣接して、熱交換媒体を流すための媒体流路層が設けられている。媒体流路層に高温の熱交換媒体を流すと、媒体流路層と反応流路層との間で熱交換が行われ、反応流路層を最適な温度に維持することができる。 CO 2 absorbers have optimum CO 2 absorption and release temperatures. Therefore, in the batch switching CO 2 separator, a medium flow path layer for flowing a heat exchange medium is provided adjacent to the reaction flow path layer. When a high-temperature heat exchange medium is passed through the medium flow path layer, heat exchange is performed between the medium flow path layer and the reaction flow path layer, and the reaction flow path layer can be maintained at an optimum temperature.

ＳＯＦＣ及びＳＯＥＣの作動温度は７００〜８００℃であるため、バッチ切替式のＣＯ2分離器を用いてオフガスを処理するためには、高温耐熱バルブが必要となる。しかし、高温耐熱バルブは、低・中温用バルブと比較してコストが高い。また、従来の高温耐熱バルブは、長期連続使用が困難であり、耐久性に問題があった。 Since the operating temperature of SOFC and SOEC is 700 to 800 ° C., a high temperature heat-resistant valve is required in order to treat off-gas using a batch switching type CO 2 separator. However, high temperature heat resistant valves are more expensive than low / medium temperature valves. Further, the conventional high temperature heat resistant valve is difficult to use continuously for a long period of time and has a problem in durability.

特開２００４−０９８０１８号公報JP 2004-098018 A

本発明が解決しようとする課題は、ＣＯ2を含む高温のガスからＣＯ2を分離することが可能であり、安価で耐久性に優れた沸騰冷却式ＣＯ2分離器、及び、これに用いられる沸騰冷却式バルブを提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、このような沸騰冷却式ＣＯ2分離器を用いたＳＯＦＣシステム、ＳＯＥＣシステム、及び、Ｒ−ＳＯＣシステムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide, it is possible to separate the CO 2 from the hot gas containing CO 2, inexpensive durable boiling-cooled CO 2 separator, and is used to It is to provide a boil-cooled valve.
Another problem to be solved by the present invention is to provide an SOFC system, an SOEC system, and an R-SOC system using such a boiling cooling type CO 2 separator.

上記課題を解決するために本発明に係る沸騰冷却式バルブは、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記沸騰冷却式バルブは、
ガスの流通経路を備えたハウジング部と、
シャフトに、前記流通経路の切り替えを行うためのバルブが接合されたバルブ部と、
前記ハウジング部のシール面（Ａ）と、前記シール面（Ａ）に着座する前記バルブのシール面（Ｂ）との間に挿入されたシール部材と、
前記シール部材を冷却するための沸騰冷却手段と、
前記シャフトの軸方向に沿って前記バルブ部を摺動させるための駆動手段と
を備えている。
（２）前記沸騰冷却手段は、
前記ハウジング部の前記シール面（Ａ）の直下であって、前記シール部材との接触面の近傍に形成された沸騰冷却流路（Ａ）と、
前記沸騰冷却流路（Ａ）に水を供給し、かつ、前記沸騰冷却流路（Ａ）から沸騰水を排出するための冷媒流路（Ａ）と、
前記バルブの前記シール面（Ｂ）の直下であって、前記シール部材との接触面の近傍に形成された沸騰冷却流路（Ｂ）と、
前記沸騰冷却流路（Ｂ）に水を供給し、かつ、前記沸騰冷却流路（Ｂ）から沸騰水を排出するための冷媒流路（Ｂ）と、
を備えている。 In order to solve the above-mentioned problems, a boiling cooling valve according to the present invention has the following configuration.
(1) The boiling cooling type valve is
A housing with a gas flow path;
A valve portion in which a valve for switching the flow path is joined to a shaft;
A seal member inserted between a seal surface (A) of the housing part and a seal surface (B) of the valve seated on the seal surface (A);
Boiling cooling means for cooling the sealing member;
Drive means for sliding the valve portion along the axial direction of the shaft.
(2) The boiling cooling means is
A boiling cooling flow path (A) formed immediately below the seal surface (A) of the housing portion and in the vicinity of the contact surface with the seal member;
A coolant channel (A) for supplying water to the boiling cooling channel (A) and discharging the boiling water from the boiling cooling channel (A);
A boiling cooling channel (B) formed immediately below the sealing surface (B) of the valve and in the vicinity of the contact surface with the sealing member;
A coolant channel (B) for supplying water to the boiling cooling channel (B) and discharging boiling water from the boiling cooling channel (B);
It has.

本発明に係る沸騰冷却式ＣＯ2分離器は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記沸騰冷却式ＣＯ2分離器は、
ＣＯ2を吸収・放出するためのＣＯ2吸収材を備えた反応流路層と、
熱交換媒体を流通させることにより、前記反応流路層と熱交換を行うための媒体流路層と、
前記反応流路層にＣＯ2を含むガス又はパージガスのいずれか一方を切り替えて供給・排出するための第１切替バルブと、
前記媒体流路層に第１熱交換媒体又は第２熱交換媒体のいずれか一方を切り替えて供給・排出するための第２切替バルブと
を備えている。
（２）前記第１切替バルブ及び前記第２切替バルブは、それぞれ、本発明に係る沸騰冷却式バルブからなる。 The boiling cooling CO 2 separator according to the present invention is summarized as having the following configuration.
(1) The boiling cooling CO 2 separator is
A reaction channel layer with a CO 2 absorbent material for absorbing and releasing CO 2,
By circulating a heat exchange medium, a medium flow path layer for performing heat exchange with the reaction flow path layer,
A first switching valve for switching and supplying / discharging either the gas containing CO 2 or the purge gas to the reaction channel layer;
The medium flow path layer includes a second switching valve for switching and supplying / discharging either the first heat exchange medium or the second heat exchange medium.
(2) Each of the first switching valve and the second switching valve includes a boiling cooling valve according to the present invention.

本発明に係るＳＯＦＣシステムは、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記ＳＯＦＣシステムは、
燃料から電力を生成する固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）と、
前記ＳＯＦＣのアノードオフガス（Ａout）からＣＯ2を分離するＣＯ2分離器と、
前記ＣＯ2分離器のフィード流路から排出されるオフガス（Ｂout）に含まれる水蒸気を凝縮させ、凝縮水を得る凝縮器と、
前記水蒸気の全部又は一部が分離された前記Ｂoutを前記ＳＯＦＣのアノード流路に戻すアノードオフガス循環手段と
を備えている。
（２）前記ＣＯ2分離器は、本発明に係る沸騰冷却式ＣＯ2分離器からなる。 The gist of the SOFC system according to the present invention is as follows.
(1) The SOFC system
A solid oxide fuel cell (SOFC) that generates electricity from fuel;
A CO 2 separator for separating CO 2 from the SOFC anode off-gas (A out );
A condenser for condensing water vapor contained in off-gas (B out ) discharged from the feed flow path of the CO 2 separator to obtain condensed water;
And an anode off-gas circulation means for returning the B out from which all or part of the water vapor has been separated to the anode flow path of the SOFC.
(2) The CO 2 separator comprises a boiling cooling CO 2 separator according to the present invention.

本発明に係るＳＯＥＣシステムは、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記ＳＯＥＣシステムは、
Ｈ2Ｏ及びＣＯ2から合成ガスを生成させる固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）と、
前記ＳＯＥＣのカソードオフガス（Ａ'out）からＣＯ2を分離する第１ＣＯ2分離器と、
前記第１ＣＯ2分離器のフィード流路から排出されるオフガス（Ｂout）から水蒸気の全部又は一部を分離するＨ2Ｏ分離器と、
ＣＯ2源から供給されるガスからＣＯ2を分離し、分離されたＣＯ2を前記ＳＯＥＣに供給する第２ＣＯ2分離器と、
前記ＳＯＥＣに電解用のＨ2Ｏを供給する蒸発器と、
前記ＳＯＥＣのカソードオフガス（Ａ'out）に含まれる合成ガスから炭化水素を製造する燃料製造器と、
前記第１ＣＯ2分離器のパージ流路から排出される分離ガス（Ｃout）を前記ＳＯＥＣのカソード流路に戻すカソードオフガス循環手段と、
を備えている。
（２）前記第１ＣＯ2分離器及び前記第２ＣＯ2分離器は、それぞれ、本発明に係る沸騰冷却式ＣＯ2分離器からなる。 The summary of the SOEC system according to the present invention is as follows.
(1) The SOEC system
A solid oxide electrolytic cell (SOEC) for generating synthesis gas from H 2 O and CO 2 ;
And the 1 CO 2 separator for separating CO 2 from the cathode off-gas (A 'out) of the SOEC,
An H 2 O separator for separating all or part of water vapor from off-gas (B out ) discharged from the feed flow path of the first CO 2 separator;
Separating the CO 2 from the gas supplied from the CO 2 source, a first 2CO 2 separator for supplying the separated CO 2 to the SOEC,
An evaporator for supplying the SOEC with H 2 O for electrolysis;
A fuel producing unit for producing hydrocarbons from synthesis gas contained in the cathode off-gas (A 'out) of the SOEC,
Cathode off-gas circulation means for returning separation gas (C out ) discharged from the purge flow path of the first CO 2 separator to the cathode flow path of the SOEC;
It has.
(2) the first 1 CO 2 separator and the first 2CO 2 separator, respectively, consist of a boiling-cooled CO 2 separator of the present invention.

本発明に係るＲ−ＳＯＣシステムは、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記Ｒ−ＳＯＣシステムは、
燃料から電力を生成するＳＯＦＣモードと、Ｈ2Ｏ及びＣＯ2から合成ガスを生成させるＳＯＥＣモードとを切替可能なリバーシブルＳＯＣ（Ｒ−ＳＯＣ）と、
前記Ｒ−ＳＯＣのオフガス（Ａout又はＡ'out）からＣＯ2を分離する第１ＣＯ2分離器と、
前記第１ＣＯ2分離器のフィード流路から排出されるオフガス（Ｂout）から水蒸気の全部又は一部を分離するＨ2Ｏ分離器と、
前記Ｂoutに含まれる水蒸気を凝縮させ、凝縮水を得る凝縮器と、
前記Ｒ−ＳＯＣが前記ＳＯＥＣモードにある時に、ＣＯ2源から供給されるガスからＣＯ2を分離し、分離されたＣＯ2を前記Ｒ−ＳＯＣに供給する第２ＣＯ2分離器と、
前記Ｒ−ＳＯＣが前記ＳＯＥＣモードにある時に、前記Ｒ−ＳＯＣに電解用のＨ2Ｏを供給する蒸発器と、
前記Ｒ−ＳＯＣが前記ＳＯＥＣモードにある時に、前記Ｒ−ＳＯＣのオフガス（Ａ'out）に含まれる合成ガスから炭化水素を製造し、貯蔵する燃料製造・貯蔵手段と、
前記Ｒ−ＳＯＣが前記ＳＯＥＣモードにある時に、前記第１ＣＯ2分離器のパージ流路から排出される分離ガス（Ｃout）を前記Ｒ−ＳＯＣのカソード流路に戻すカソードオフガス循環手段と、
前記Ｒ−ＳＯＣが前記ＳＯＦＣモードにある時に、前記水蒸気の全部又は一部が分離された前記Ｂoutを前記Ｒ−ＳＯＣのアノード流路に戻すアノードオフガス循環手段と、
前記Ｒ−ＳＯＣが前記ＳＯＦＣモードにある時に、貯蔵された前記炭化水素を前記Ｒ−ＳＯＣに供給する燃料供給手段と
を備えている。
（２）前記第１ＣＯ2分離器及び前記第２ＣＯ2分離器は、それぞれ、本発明に係る沸騰冷却式ＣＯ2分離器からなる。 The gist of the R-SOC system according to the present invention is as follows.
(1) The R-SOC system is
Reversible SOC (R-SOC) capable of switching between SOFC mode for generating electric power from fuel and SOEC mode for generating synthesis gas from H 2 O and CO 2 ;
And the 1 CO 2 separator for separating CO 2 from the R-SOC offgas (A out or A 'out),
An H 2 O separator for separating all or part of water vapor from off-gas (B out ) discharged from the feed flow path of the first CO 2 separator;
A condenser for condensing water vapor contained in the B out to obtain condensed water;
Wherein when R-SOC is in the SOEC mode, to separate the CO 2 from the gas supplied from the CO 2 source, a first 2CO 2 separator for supplying the separated CO 2 to the R-SOC,
An evaporator that supplies H 2 O for electrolysis to the R-SOC when the R-SOC is in the SOEC mode;
Fuel production and storage means for producing and storing hydrocarbons from synthesis gas contained in the off-gas (A ′ out ) of the R-SOC when the R-SOC is in the SOEC mode;
Cathode off-gas circulating means for returning separation gas (C out ) discharged from the purge flow path of the first CO 2 separator to the cathode flow path of the R-SOC when the R-SOC is in the SOEC mode;
An anode off-gas circulating means for returning the B out from which all or part of the water vapor has been separated to the anode flow path of the R-SOC when the R-SOC is in the SOFC mode;
Fuel supply means for supplying the stored hydrocarbon to the R-SOC when the R-SOC is in the SOFC mode.
(2) the first 1 CO 2 separator and the first 2CO 2 separator, respectively, consist of a boiling-cooled CO 2 separator of the present invention.

ガスの流通経路を備えたハウジング部と、流通経路の切り替えを行うためのバルブ部とを備えた高温耐熱バルブにおいて、ハウジング部のシール面（Ａ）と、シール面（Ａ）が着座するバルブのシール面（Ｂ）との間にシール部材を挿入し、シール部材を介してシール面（Ａ）にシール面（Ｂ）を着座させると、相対的に小さな駆動力でガスの流通・遮断を行うことができる。
また、シール面（Ａ）及びシール面（Ｂ）の直下に、それぞれ、沸騰冷却流路（Ａ）及び沸騰冷却流路（Ｂ）を設けると、シール部材のみを選択的に冷却することができる。そのため、安価なシール部材を用いることができ、耐久性にも優れている。また、ガスの温度を過度に低下させることなく、ガスの流通・遮断を行うことができる。 In a high temperature heat resistant valve having a housing part having a gas flow path and a valve part for switching the flow path, a seal surface (A) of the housing part and a valve on which the seal surface (A) is seated When a seal member is inserted between the seal surface (B) and the seal surface (B) is seated on the seal surface (A) via the seal member, the gas is circulated and shut off with a relatively small driving force. be able to.
Moreover, if the boiling cooling channel (A) and the boiling cooling channel (B) are provided directly below the sealing surface (A) and the sealing surface (B), respectively, only the sealing member can be selectively cooled. . Therefore, an inexpensive seal member can be used and the durability is excellent. Further, the gas can be circulated / blocked without excessively reducing the gas temperature.

このような構造を備えた沸騰冷却式バルブをバッチ切替式のＣＯ2分離器に適用すると、高価なシール部材を用いることなく、ＣＯ2を含む高温のガスからＣＯ2を分離することができる。また、このような沸騰冷却式ＣＯ2分離器をＳＯＦＣシステム、ＳＯＥＣシステム、あるいは、Ｒ−ＳＯＣシステムに適用すると、オフガスに含まれる燃料成分（炭化水素、Ｈ2、ＣＯ）又は原料成分（ＣＯ2）だけでなく、オフガスの顕熱も有効利用することができる。 Applying ebullient cooling valve having such a structure batch switched the CO 2 separator, it is possible to separate the CO 2 from the expensive seal member without using a high-temperature gas containing CO 2. Further, when such a boiling cooling type CO 2 separator is applied to an SOFC system, an SOEC system, or an R-SOC system, a fuel component (hydrocarbon, H 2 , CO) or a raw material component (CO 2 ) contained in the off-gas. ) As well as sensible heat of off-gas can be used effectively.

本発明の第１の実施の形態に係る沸騰冷却式バルブの側面断面図（図１（Ａ））、及び正面断面図（図１（Ｂ））である。It is a side sectional view (Drawing 1 (A)) and a front sectional view (Drawing 1 (B)) of a boiling cooling type valve concerning a 1st embodiment of the present invention. 断熱部を備えた沸騰冷却式バルブの第１バルブ近傍の拡大断面図（図２（Ａ）：バルブ開、図２（Ｂ）：バルブ閉）である。It is an expanded sectional view (Drawing 2 (A): valve opening, Drawing 2 (B): Valve closing) near the 1st valve of a boiling cooling type valve provided with a heat insulation part. 本発明の第２の実施の形態に係る沸騰冷却式バルブの側面断面図（図３（Ａ））、及び正面断面図（図３（Ｂ））である。It is a side sectional view (Drawing 3 (A)) and a front sectional view (Drawing 3 (B)) of a boiling cooling type valve concerning a 2nd embodiment of the present invention.

本発明の第１の実施の形態に係る沸騰冷却式ＣＯ2分離器の平面図（図４（Ａ））、及びＢ−Ｂ’線断面図（図４（Ｂ））である。 They are a top view (Drawing 4 (A)) of a boiling cooling type CO2 separator concerning a 1st embodiment of the present invention, and a BB 'line sectional view (Drawing 4 (B)). 本発明の第２の実施の形態に係る沸騰冷却式ＣＯ2分離器の平面図（図５（Ａ））、及びＢ−Ｂ’線断面図（図５（Ｂ））である。It is a plan view of a boiling-cooled CO 2 separator according to a second embodiment of the present invention (FIG. 5 (A)), and line B-B 'cross-sectional view (FIG. 5 (B)). 本発明の第１の実施の形態に係るＳＯＦＣシステムの模式図である。1 is a schematic diagram of an SOFC system according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第２の実施の形態に係るＳＯＦＣシステムの模式図である。It is a schematic diagram of the SOFC system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

本発明に係るＳＯＥＣシステムの模式図である。1 is a schematic diagram of an SOEC system according to the present invention. 本発明に係るＲ−ＳＯＣシステムの模式図である。1 is a schematic diagram of an R-SOC system according to the present invention. 沸騰冷却効果の数値解析（ＦＥＭ熱解析）に用いたバルブ簡易モデルである。It is the valve simple model used for the numerical analysis (FEM thermal analysis) of the boiling cooling effect. 沸騰冷却流路がない場合（左図）及び沸騰冷却流路がある場合（右図）のバルブ部／ハウジング部のシール部材付近の温度である。This is the temperature in the vicinity of the seal member of the valve part / housing part when there is no boiling cooling channel (left diagram) and when there is a boiling cooling channel (right diagram). 沸騰冷却流路がある場合のバルブオープン時（左図）、及びバルブクローズ時（右図）のシール部材付近の温度である。This is the temperature near the seal member when the valve is open (left diagram) and when the valve is closed (right diagram) when there is a boiling cooling channel.

バルブ部及びハウジング部に断熱部がない場合（左図）、及び断熱部がある場合（右図）のシール部材近傍の温度である。It is the temperature in the vicinity of the seal member when there is no heat insulating part in the valve part and the housing part (left figure) and when there is a heat insulating part (right figure). 沸点温度と蒸気圧力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between boiling point temperature and vapor | steam pressure. 沸点、ハウジング部材のシール面（Ｂ）の表面温度、及びシール部材の温度の沸騰冷却蒸気圧力依存性を示す図である。It is a figure which shows the boiling cooling steam pressure dependence of the boiling point, the surface temperature of the sealing surface (B) of a housing member, and the temperature of a sealing member. 伝熱面積の数値解析（ＦＥＭ熱解析）に用いたバルブ簡易モデルである。It is a simple valve model used for numerical analysis of heat transfer area (FEM thermal analysis). ＳＯＦＣシステムにおけるバルブ流路直径と伝熱面積との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the valve flow path diameter in a SOFC system, and a heat-transfer area.

ＳＯＦＣのアノードオフガスを沸騰冷却式バルブに供給した時のバルブ流路直径と最大流速との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the valve flow path diameter when the anode off gas of SOFC is supplied to the boiling cooling type valve, and the maximum flow velocity. ＳＯＦＣのアノードオフガスを沸騰冷却式バルブに供給した時のバルブ流路直径と圧力損失との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the valve flow path diameter and pressure loss when the anode off gas of SOFC is supplied to the boiling cooling type valve. ＳＯＦＣのカソードオフガスを沸騰冷却式バルブに供給した時のバルブ流路直径と最大流速との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the valve flow path diameter when a cathode off gas of SOFC is supplied to the boiling cooling type valve, and the maximum flow velocity. ＳＯＦＣのカソードオフガスを沸騰冷却式バルブに供給した時のバルブ流路直径と圧力損失との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the valve flow path diameter when a cathode off gas of SOFC is supplied to the boiling cooling type valve | bulb, and pressure loss. 伝熱面積の数値解析（ＦＥＭ熱解析）に用いたバルブ簡易モデルである。It is a simple valve model used for numerical analysis of heat transfer area (FEM thermal analysis).

ＳＯＥＣシステムにおけるバルブ流路直径と伝熱面積との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the valve flow path diameter in a SOEC system, and a heat-transfer area. ＳＯＥＣのアノードオフガスを沸騰冷却式バルブに供給した時のバルブ流路直径と最大流速との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the valve flow path diameter when the anode off gas of SOEC is supplied to the boil cooling type valve, and the maximum flow velocity. ＳＯＥＣのアノードオフガスを沸騰冷却式バルブに供給した時のバルブ流路直径と圧力損失との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the valve flow path diameter and pressure loss when the anode off gas of SOEC is supplied to the boil cooling type valve. ＳＯＥＣのカソードオフガスを沸騰冷却式バルブに供給した時のバルブ流路直径と最大流速との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the valve flow path diameter when the cathode off gas of SOEC is supplied to the boiling cooling type valve | bulb, and the maximum flow velocity. ＳＯＥＣのカソードオフガスを沸騰冷却式バルブに供給した時のバルブ流路直径と圧力損失との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the valve flow path diameter and pressure loss when the cathode off gas of SOEC is supplied to the boil cooling type valve.

以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１． 沸騰冷却式バルブ（１）］
図１に、本発明の第１の実施の形態に係る沸騰冷却式バルブの側面断面図（図１（Ａ））、及び正面断面図（図１（Ｂ））を示す。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.
[1. Boiling cooling type valve (1)]
FIG. 1 shows a side sectional view (FIG. 1 (A)) and a front sectional view (FIG. 1 (B)) of a boiling cooling type valve according to the first embodiment of the present invention.

図１において、沸騰冷却式バルブ１０ａは、
ガスの流通経路を備えたハウジング部２０と、
シャフト４２に、前記流通経路の切り替えを行うためのバルブ（第１バルブ４４、第２バルブ４６）が接合されたバルブ部４０と、
ハウジング部２０のシール面（Ａ）と、シール面（Ａ）に着座するバルブ（第１バルブ４４、第２バルブ４６）のシール面（Ｂ）との間に挿入されたシール部材（第１シール部材５２、第２シール部材５４）と、
シール部材（第１シール部材５２、第２シール部材５４）を冷却するための沸騰冷却手段（図示せず）と、
シャフト４２の軸方向に沿ってバルブ部４０を摺動させるための駆動手段（図示せず）と
を備えている。 In FIG. 1, the boiling cooling valve 10a is
A housing portion 20 having a gas flow path;
A valve portion 40 in which valves (first valve 44 and second valve 46) for switching the flow path are joined to the shaft 42;
A seal member (first seal) inserted between the seal surface (A) of the housing part 20 and the seal surface (B) of the valves (first valve 44 and second valve 46) seated on the seal surface (A). Member 52, second seal member 54),
Boiling cooling means (not shown) for cooling the sealing members (first sealing member 52, second sealing member 54);
Drive means (not shown) for sliding the valve portion 40 along the axial direction of the shaft 42 is provided.

［１．１． ハウジング部］
ハウジング部２０は、シャフト４２の軸方向に沿ってバルブ部４０が摺動可能となるように、バルブ部４０を収容するためのものである。ハウジング部２０内には、ガスの流通経路が設けられており、バルブ部４０をシャフト４２の軸方向に沿って摺動させることにより、ガスの流通経路を開状態（ガスが流通している状態）又は閉状態（ガスの流通が遮断されている状態）のいずれか一方に切り替えることができる。
ハウジング部２０は、１種類のガスの流通・遮断を行うものでも良く、あるいは、２種類のガスの流通・遮断を行うものでも良い。図１に示す例は、後者の例である。 [1.1. Housing part]
The housing part 20 is for accommodating the valve part 40 so that the valve part 40 can slide along the axial direction of the shaft 42. A gas flow path is provided in the housing portion 20, and the gas flow path is opened (the gas is flowing) by sliding the valve portion 40 along the axial direction of the shaft 42. ) Or a closed state (a state in which the gas flow is blocked).
The housing part 20 may be one that circulates or shuts off one type of gas, or may be one that circulates or shuts off two types of gas. The example shown in FIG. 1 is the latter example.

図１において、ハウジング部２０は、
第１ガスを導入又は排出するための第１室２２と、
第２ガスを導入又は排出するための第２室２４と、
第１室２２と第２室２４との間に設けられた、第１ガス又は第２ガスを排出又は導入するための第３室２６と
を備えている。 In FIG. 1, the housing part 20 is
A first chamber 22 for introducing or discharging a first gas;
A second chamber 24 for introducing or discharging a second gas;
A third chamber 26 is provided between the first chamber 22 and the second chamber 24 for discharging or introducing the first gas or the second gas.

第１室２２と第３室２６との間の第１隔壁２８には第１貫通穴２８ａが設けられ、第１貫通孔２８ａの内表面又は周囲には第１シール面（Ａ）が設けられている。
同様に、第２室２４と第３室２６との間の第２隔壁３０には第２貫通穴３０ａが設けられ、第２貫通孔３０ａの内表面又は周囲には第２シール面（Ａ）が設けられている。 The first partition wall 28 between the first chamber 22 and the third chamber 26 is provided with a first through hole 28a, and a first seal surface (A) is provided on the inner surface or the periphery of the first through hole 28a. ing.
Similarly, a second through hole 30a is provided in the second partition wall 30 between the second chamber 24 and the third chamber 26, and a second seal surface (A) is provided on the inner surface or the periphery of the second through hole 30a. Is provided.

なお、図１では、第１貫通穴２８ａが逆テーパ状になっており、第１貫通穴２８ａの内表面すべてが第１シール面（Ａ）になっているが、これは単なる例示である。ガスの流通を確実に遮断できる限りにおいて、第１貫通穴２８ａの内表面の一部が第１シール面（Ａ）であっても良く、あるいは、第１貫通穴２８ａの周囲に第１シール面（Ａ）が形成されていても良い。これらの点は、第２貫通穴３０ａと第２シール面（Ａ）との関係についても同様である。   In FIG. 1, the first through hole 28a has a reverse taper shape, and the entire inner surface of the first through hole 28a is the first seal surface (A), but this is merely an example. As long as the gas flow can be reliably blocked, a part of the inner surface of the first through hole 28a may be the first seal surface (A), or the first seal surface around the first through hole 28a. (A) may be formed. The same applies to the relationship between the second through hole 30a and the second seal surface (A).

第１室２２には、第１ガス導入・排出口２２ａが設けられている。また、第２室２４には、第２ガス導入・排出口２４ａが設けられている。さらに、第３室２６の一端には開口部２６ａが設けられている。
そのため、バルブ部４０をシャフト４２の軸方向に沿って摺動させると、
（ａ）第１室２２から供給される第１ガス、又は第２室２４から供給される第２ガスのいずれか一方を第３室２６の開口部２６ａから排出し、あるいは、
（ｂ）第３室２６の開口部２６ａから供給される第１ガス又は第２ガスを、第１室２２又は第２室２４のいずれか一方に排出することができる。 The first chamber 22 is provided with a first gas introduction / discharge port 22a. The second chamber 24 is provided with a second gas introduction / discharge port 24a. Furthermore, an opening 26 a is provided at one end of the third chamber 26.
Therefore, when the valve unit 40 is slid along the axial direction of the shaft 42,
(A) exhausting either the first gas supplied from the first chamber 22 or the second gas supplied from the second chamber 24 from the opening 26a of the third chamber 26; or
(B) The first gas or the second gas supplied from the opening 26 a of the third chamber 26 can be discharged into either the first chamber 22 or the second chamber 24.

［１．２． バルブ部］
バルブ部４０は、ハウジング部２０内にあるガスの流通経路を開状態又は閉状態のいずれか一方に切り替えるためのものである。バルブ部４０を用いたガスの流通経路の遮断は、具体的には、バルブのシール面（Ｂ）をハウジング部のシール面（Ａ）に着座させることにより行う。バルブ部４０は、シャフト４２に１個のバルブが接合されているものでも良く、あるいは、２個のバルブが接合されているものでも良い。図１に示す例は、後者の例である。 [1.2. Valve section]
The valve part 40 is for switching the flow path of the gas in the housing part 20 to either the open state or the closed state. Specifically, the gas flow path using the valve portion 40 is blocked by seating the seal surface (B) of the valve on the seal surface (A) of the housing portion. The valve unit 40 may be one in which one valve is joined to the shaft 42 or may be one in which two valves are joined. The example shown in FIG. 1 is the latter example.

図１において、バルブ部４０は、
シャフト４２と、
シャフト４２に接合された、第１シール面（Ｂ）を備えた第１バルブ４４と、
シャフト４２に接合された、第２シール面（Ｂ）を備えた第２バルブ４６と、
を備えている。
第１バルブ４４は、シャフト４２の先端に接合されている。第２バルブ４６は、シャフト４２の中間部であって、第１バルブ４４よりもやや上方の位置に接合されている。 In FIG. 1, the valve section 40 is
A shaft 42;
A first valve 44 having a first sealing surface (B) joined to the shaft 42;
A second valve 46 having a second sealing surface (B) joined to the shaft 42;
It has.
The first valve 44 is joined to the tip of the shaft 42. The second valve 46 is an intermediate portion of the shaft 42 and is joined to a position slightly above the first valve 44.

第１バルブ４４は、下に凸のテーパ状になっており、テーパ面が第１シール面（Ｂ）として機能する。一方、第２バルブ４６は、上に凸のテーパ状になっており、テーパ面が第２シール面（Ｂ）として機能する。さらに、第１バルブ４４及び第２バルブ４６は、第３室２６内において上下に移動可能になっている。
第１バルブ４４の第１シール面（Ｂ）を第１隔壁２８の第１シール面（Ａ）に着座させると、第１バルブ４４側が閉となり、第２バルブ４６側が開となる。そのため、第２室２４と第３室２６との間で第２ガスを流通させることができる。
逆に、第２バルブ４６の第２シール面（Ｂ）を第２隔壁３０の第２シール面（Ａ）に着座させると、第２バルブ４６側が閉となり、第１バルブ４４側が開となる。そのため、第１室２２と第３室２６との間で第１ガスを流通させることができる。 The first valve 44 has a downwardly convex taper shape, and the tapered surface functions as the first seal surface (B). On the other hand, the second valve 46 has an upwardly convex taper shape, and the tapered surface functions as the second seal surface (B). Further, the first valve 44 and the second valve 46 are movable up and down in the third chamber 26.
When the first seal surface (B) of the first valve 44 is seated on the first seal surface (A) of the first partition wall 28, the first valve 44 side is closed and the second valve 46 side is opened. Therefore, the second gas can be circulated between the second chamber 24 and the third chamber 26.
Conversely, when the second seal surface (B) of the second valve 46 is seated on the second seal surface (A) of the second partition wall 30, the second valve 46 side is closed and the first valve 44 side is opened. Therefore, the first gas can be circulated between the first chamber 22 and the third chamber 26.

［１．３． シール部材］
シール部材は、ガスの流通経路を遮断するためのものである。高温で使用することが可能なシール部材は、一般に高価である。また、耐熱性の高いシール部材であっても、高温において長期間連続使用すると耐久性が低下する。
これに対し、本発明においては、沸騰冷却手段を備えているため、シール部材の過度の温度上昇を抑制することができる。そのため、安価な材料（例えば、ＰＥＥＫ）からなるシール部材を使用することができる。また、シール部材を用いることによって、相対的に小さな駆動力でガスの流通経路の遮断を確実に行うことができる。 [1.3. Seal member]
The seal member is for blocking the gas flow path. Seal members that can be used at high temperatures are generally expensive. Moreover, even if the sealing member has high heat resistance, durability is lowered when continuously used at a high temperature for a long period of time.
On the other hand, in this invention, since the boiling cooling means is provided, the excessive temperature rise of a sealing member can be suppressed. Therefore, a sealing member made of an inexpensive material (for example, PEEK) can be used. Further, by using the seal member, it is possible to reliably block the gas flow path with a relatively small driving force.

シール部材は、バルブの数だけ必要となる。図１において、第１隔壁２８の第１シール面（Ａ）と、第１バルブ４４の第１シール面（Ｂ）との間には、第１シール部材５２が挿入されている。また、第２隔壁３０の第２シール面（Ａ）と、第２バルブ４６の第２シール面（Ｂ）との間には、第２シール部材５４が挿入されている。
なお、図１において、第２シール部材５４は、第２バルブ４６の第２シール面（Ｂ）上に固定されているが、第２隔壁３０の第２シール面（Ａ）上に固定されていても良い。この点は、第１シール部材５２も同様である。 As many sealing members as the number of valves are required. In FIG. 1, a first seal member 52 is inserted between the first seal surface (A) of the first partition wall 28 and the first seal surface (B) of the first valve 44. A second seal member 54 is inserted between the second seal surface (A) of the second partition wall 30 and the second seal surface (B) of the second valve 46.
In FIG. 1, the second seal member 54 is fixed on the second seal surface (B) of the second valve 46, but is fixed on the second seal surface (A) of the second partition wall 30. May be. This also applies to the first seal member 52.

［１．４． 沸騰冷却手段］
「沸騰冷却手段」とは、高温に加熱された沸騰冷却流路に水を供給し、沸騰冷却流路内で水蒸気を含む熱水（沸騰水）を生成させ、沸騰水を沸騰冷却流路から排出することにより、沸騰冷却流路の近傍にある対象物を水冷時よりも高い熱伝達率により冷却するための手段をいう。
本発明において、沸騰冷却手段は、シール部材を冷却するために用いられる。バルブが閉状態にある場合、シール部材は、ハウジング部２０のシール面（Ａ）とバルブ部４０のシール面（Ｂ）との間で狭持される。そのため、沸騰冷却手段は、ハウジング部２０側及びバルブ部４０側の双方に設けられている。また、シール部材が複数個ある場合には、沸騰冷却手段は、シール部材ごとに設けられる。
図１において、沸騰冷却式バルブ１０ａは、第１シール部材５２及び第２シール部材５４を備えているため、２組の沸騰冷却手段を備えている。 [1.4. Boiling cooling means]
“Boiling cooling means” refers to supplying water to a boiling cooling channel heated to a high temperature, generating hot water containing water vapor (boiling water) in the boiling cooling channel, and removing boiling water from the boiling cooling channel. By discharging, it means a means for cooling an object in the vicinity of the boiling cooling channel with a higher heat transfer coefficient than during water cooling.
In the present invention, the boiling cooling means is used to cool the seal member. When the valve is in the closed state, the seal member is held between the seal surface (A) of the housing portion 20 and the seal surface (B) of the valve portion 40. Therefore, the boiling cooling means is provided on both the housing part 20 side and the valve part 40 side. In addition, when there are a plurality of seal members, the boiling cooling means is provided for each seal member.
In FIG. 1, since the boiling cooling type valve 10 a includes the first seal member 52 and the second seal member 54, the boiling cooling valve 10 a includes two sets of boiling cooling means.

［１．４．１． 第１シール部材５２側の沸騰冷却手段］
第１シール部材５２の近傍に設けられたハウジング部２０側の沸騰冷却手段は、
（ａ）第１隔壁２８の第１シール面（Ａ）の直下であって、第１シール部材５２との接触面の近傍に形成された第１沸騰冷却流路（Ａ）（図示せず）と、
（ｂ）第１沸騰冷却流路（Ａ）に水を供給し、かつ、第１沸騰冷却流路（Ａ）から沸騰水を排出するための第１冷媒流路（Ａ）（図示せず）と
を備えている。 [1.4.1. Boiling cooling means on the first seal member 52 side]
The boiling cooling means on the housing part 20 side provided in the vicinity of the first seal member 52 is:
(A) A first boiling cooling channel (A) (not shown) formed immediately below the first seal surface (A) of the first partition wall 28 and in the vicinity of the contact surface with the first seal member 52. When,
(B) A first refrigerant channel (A) (not shown) for supplying water to the first boiling cooling channel (A) and discharging boiling water from the first boiling cooling channel (A). And.

ここで、「近傍」とは、沸騰冷却流路を用いてシール部材を所定の温度まで冷却することが可能な位置をいう。
第１隔壁２８内には、第１冷媒流路（Ａ）（図示せず）が形成されており、第１冷媒流路（Ａ）を介して、第１沸騰冷却流路（Ａ）への水の供給及び沸騰水の排出を行うようになっている。第１冷却流路（Ａ）の構造は、このような機能を奏する限りにおいて、特に限定されない。 Here, “near” means a position where the sealing member can be cooled to a predetermined temperature using the boiling cooling flow path.
A first refrigerant channel (A) (not shown) is formed in the first partition wall 28, and the first refrigerant channel (A) is connected to the first boiling cooling channel (A) via the first refrigerant channel (A). Water is supplied and boiling water is discharged. The structure of the 1st cooling flow path (A) is not specifically limited as long as there exists such a function.

また、第１シール部材５２の近傍に設けられたバルブ部４０側の沸騰冷却手段は、
（ａ）第１バルブ４４の第１シール面（Ｂ）の直下であって、第１シール部材５２との接触面の近傍に形成された第１沸騰冷却流路（Ｂ）（図示せず）と、
（ｂ）第１沸騰冷却流路（Ｂ）に水を供給し、かつ、第１沸騰冷却流路（Ｂ）から沸騰水を排出するための第１冷媒流路（Ｂ）（図示せず）と、
を備えている。 The boiling cooling means on the valve unit 40 side provided in the vicinity of the first seal member 52 is:
(A) A first boiling cooling channel (B) (not shown) formed immediately below the first seal surface (B) of the first valve 44 and in the vicinity of the contact surface with the first seal member 52. When,
(B) A first refrigerant channel (B) (not shown) for supplying water to the first boiling cooling channel (B) and discharging boiling water from the first boiling cooling channel (B). When,
It has.

シャフト４２内には、第１冷媒流路（Ｂ）（図示せず）が形成されており、第１冷媒流路（Ｂ）を介して、第１沸騰冷却流路（Ｂ）への水の供給及び沸騰水の排出を行うようになっている。第１冷媒流路（Ｂ）の構造は、このような機能を奏する限りにおいて、特に限定されない。
第１冷媒流路（Ｂ）の構造としては、例えば、
（ａ）内管に水が流れ、外管に沸騰水が流れるように構成された２重管式構造、
（ｂ）水が流れる流路と沸騰水が流れる流路とが独立しているＵ字管式構造、
などがある。
２重管式構造の場合、内管と外管の間に緻密なセラミックスからなる断熱材が挿入されているのが好ましい。 A first refrigerant flow path (B) (not shown) is formed in the shaft 42, and water is supplied to the first boiling cooling flow path (B) via the first refrigerant flow path (B). Supply and discharge of boiling water are performed. The structure of the first refrigerant channel (B) is not particularly limited as long as it exhibits such a function.
As the structure of the first refrigerant flow path (B), for example,
(A) a double-pipe structure configured such that water flows through the inner tube and boiling water flows through the outer tube;
(B) a U-shaped structure in which a flow path through which water flows and a flow path through which boiling water flows are independent;
and so on.
In the case of a double-pipe structure, it is preferable that a heat insulating material made of dense ceramic is inserted between the inner tube and the outer tube.

［１．４．２． 第２シール部材５４側の沸騰冷却手段］
第２シール部材５４の近傍に設けられたハウジング部２０側の沸騰冷却手段は、
（ａ）第２隔壁３０の第２シール面（Ａ）の直下であって、第２シール部材５２４の接触面の近傍に形成された第２沸騰冷却流路（Ａ）（図示せず）と、
（ｂ）第２沸騰冷却流路（Ａ）に水を供給し、かつ、第２沸騰冷却流路（Ａ）から沸騰水を排出するためめの第２冷媒流路（Ａ）（図示せず）と
を備えている。 [1.4.2. Boiling cooling means on the second seal member 54 side]
The boiling cooling means on the housing part 20 side provided in the vicinity of the second seal member 54 is:
(A) a second boiling cooling channel (A) (not shown) formed immediately under the second sealing surface (A) of the second partition wall 30 and in the vicinity of the contact surface of the second sealing member 524; ,
(B) A second refrigerant channel (A) (not shown) for supplying water to the second boiling cooling channel (A) and discharging boiling water from the second boiling cooling channel (A). ).

第２隔壁３０内には、第２冷媒流路（Ａ）（図示せず）が形成されており、第２冷媒流路（Ａ）を介して、第２沸騰冷却流路（Ａ）への水の供給及び沸騰水の排出を行うようになっている。第２冷却流路（Ａ）の構造は、このような機能を奏する限りにおいて、特に限定されない。   A second refrigerant flow path (A) (not shown) is formed in the second partition wall 30 and is connected to the second boiling cooling flow path (A) via the second refrigerant flow path (A). Water is supplied and boiling water is discharged. The structure of the 2nd cooling flow path (A) is not specifically limited as long as there exists such a function.

また、第２シール部材５４の近傍に設けられたバルブ部４０側の沸騰冷却手段は、
（ａ）第２バルブ４６の第２シール面（Ｂ）の直下であって、第２シール部材５４との接触面の近傍に形成された第２沸騰冷却流路（Ｂ）（図示せず）と、
（ｂ）第２沸騰冷却流路（Ｂ）に水を供給し、かつ、第２沸騰冷却流路（Ｂ）から沸騰水を排出するための第２冷媒流路（Ｂ）（図示せず）と、
を備えている。 The boiling cooling means on the valve unit 40 side provided in the vicinity of the second seal member 54 is:
(A) A second boiling cooling channel (B) (not shown) formed immediately below the second seal surface (B) of the second valve 46 and in the vicinity of the contact surface with the second seal member 54. When,
(B) A second refrigerant channel (B) (not shown) for supplying water to the second boiling cooling channel (B) and discharging boiling water from the second boiling cooling channel (B). When,
It has.

シャフト４２内には、第２冷媒流路（Ｂ）（図示せず）が形成されており、第２冷媒流路（Ｂ）を介して、第２沸騰冷却流路（Ｂ）への水の供給及び沸騰水の排出を行うようになっている。第２冷媒流路（Ｂ）の構造は、このような機能を奏する限りにおいて、特に限定されない。
また、第２冷媒流路（Ｂ）は、第１冷媒流路（Ｂ）と完全に独立していても良く、あるいは、第１冷媒流路（Ｂ）から分岐させたものでも良い。 A second refrigerant channel (B) (not shown) is formed in the shaft 42, and water is supplied to the second boiling cooling channel (B) via the second refrigerant channel (B). Supply and discharge of boiling water are performed. The structure of the second refrigerant channel (B) is not particularly limited as long as it has such a function.
The second refrigerant channel (B) may be completely independent of the first refrigerant channel (B) or may be branched from the first refrigerant channel (B).

［１．５． 駆動手段］
「駆動手段」とは、バルブ部４０をシャフト４２の軸方向に沿って摺動させる手段をいう。駆動手段としては、例えば、
（ａ）モーターや圧縮空気を用いてシャフト４２を機械的に摺動させる機械的駆動手段、
（ｂ）蒸気の圧力を用いてシャフト４２を摺動させる蒸気駆動手段
などがある。
蒸気駆動手段の詳細については、後述する。 [1.5. Driving means]
“Drive means” refers to means for sliding the valve portion 40 along the axial direction of the shaft 42. As a driving means, for example,
(A) mechanical drive means for mechanically sliding the shaft 42 using a motor or compressed air;
(B) Steam driving means for sliding the shaft 42 using the pressure of steam is available.
Details of the steam driving means will be described later.

［１．６． 断熱部］
ハウジング部２０及びバルブ部４０は、全体が金属製であっても良い。しかし、沸騰冷却流路の近傍にセラミックス製の断熱部を設けると、沸騰冷却式バルブ１０ａを通過するガスの温度を過度に低下させることなく、シール部材の温度を下げることができる。
図２に、断熱部を備えた沸騰冷却式バルブ１０ａの第１バルブ４４近傍の拡大断面図（図２（Ａ）：バルブ開、図２（Ｂ）：バルブ閉）を示す。なお、図示はしないが、第２バルブ４６も同様の構成を備えているのが好ましい。また、図２においては、見やすくするために、シール部材の図示が省略されている。 [1.6. Heat insulation part]
The housing part 20 and the valve part 40 may be entirely made of metal. However, if a ceramic heat insulating portion is provided in the vicinity of the boiling cooling channel, the temperature of the seal member can be lowered without excessively reducing the temperature of the gas passing through the boiling cooling valve 10a.
FIG. 2 shows an enlarged cross-sectional view (FIG. 2 (A): valve open, FIG. 2 (B): valve close) in the vicinity of the first valve 44 of the boiling cooling type valve 10a provided with a heat insulating portion. Although not shown, the second valve 46 preferably has the same configuration. Further, in FIG. 2, the illustration of the seal member is omitted for easy viewing.

図２において、ハウジング部２０は、
第１シール面（Ａ）及び第１沸騰冷却流路（Ａ）３２ａが形成された金属製の受部３２と、
受部３２の底面及び側面に接合された、セラミックス製の断熱部（Ａ）３４と
を備えている。
また、第１バルブ４４は、
第１シール面（Ｂ）及び第１沸騰冷却流路（Ｂ）４８ａが形成された金属製の傘部４８と、
傘部４８の底面に接合された、セラミックス製の断熱部（Ｂ）５０と
を備えている。 In FIG. 2, the housing part 20 is
A metal receiving part 32 in which the first sealing surface (A) and the first boiling cooling channel (A) 32a are formed;
A ceramic heat insulating part (A) 34 joined to the bottom and side surfaces of the receiving part 32 is provided.
The first valve 44 is
A metal umbrella portion 48 formed with a first sealing surface (B) and a first boiling cooling channel (B) 48a;
A ceramic heat insulating part (B) 50 joined to the bottom surface of the umbrella part 48 is provided.

ハウジング部２０の第１隔壁２８に設けられた第１貫通穴２８ａの周囲には、断熱部（Ａ）３４及び受部３２が埋め込まれている。断熱部（Ａ）３４は、凹型を呈しており、外底面及び外側面、並びに、内底面及び内側面が接合面になっている。断熱部（Ａ）３４は、接合面がメタライズ処理されており、ロウ付けにより第１隔壁２８及び受部３２と接合されている。受部３２のすり鉢状の内表面が第１シール面（Ａ）であり、第１シール部材（図示せず）との接触面の近傍には、第１沸騰冷却流路（Ａ）３２ａが形成されている。   A heat insulating portion (A) 34 and a receiving portion 32 are embedded around the first through hole 28 a provided in the first partition wall 28 of the housing portion 20. The heat insulating portion (A) 34 has a concave shape, and the outer bottom surface and the outer surface, and the inner bottom surface and the inner surface are joint surfaces. The heat insulating part (A) 34 has a metallized bonding surface, and is bonded to the first partition wall 28 and the receiving part 32 by brazing. The mortar-shaped inner surface of the receiving portion 32 is the first seal surface (A), and a first boiling cooling channel (A) 32a is formed in the vicinity of the contact surface with the first seal member (not shown). Has been.

第１バルブ４４は、円錐台状の傘部４８と、円柱状の断熱部（Ｂ）５０とを備えている。断熱部（Ｂ）５０は、接合面がメタライズ処理されており、ロウ付けにより傘部４８の底面に接合されている。傘部４８の円錐面が第１シール面（Ｂ）であり、第１シール部材（図示せず）との接触面の近傍には、第１沸騰冷却流路（Ｂ）４８ａが形成されている。   The first valve 44 includes a frustoconical umbrella portion 48 and a cylindrical heat insulating portion (B) 50. The heat insulating portion (B) 50 has a metallized bonding surface and is bonded to the bottom surface of the umbrella portion 48 by brazing. The conical surface of the umbrella portion 48 is the first seal surface (B), and a first boiling cooling channel (B) 48a is formed in the vicinity of the contact surface with the first seal member (not shown). .

［２． 沸騰冷却式バルブ（２）］
図３に、本発明の第２の実施の形態に係る沸騰冷却式バルブの側面断面図（図３（Ａ））、及び正面断面図（図３（Ｂ））を示す。 [2. Boiling cooling type valve (2)]
FIG. 3 shows a side sectional view (FIG. 3A) and a front sectional view (FIG. 3B) of a boiling cooling type valve according to the second embodiment of the present invention.

図３において、沸騰冷却式バルブ１０ｂは、
ガスの流通経路を備えたハウジング部２０と、
シャフト４２に、前記流通経路の切り替えを行うためのバルブ（第１バルブ４４、第２バルブ４６）が接合されたバルブ部４０と、
ハウジング部２０のシール面（Ａ）と、シール面（Ａ）に着座するバルブ（第１バルブ４４、第２バルブ４６）のシール面（Ｂ）との間に挿入されたシール部材（第１シール部材５２、第２シール部材５４）と、
シール部材（第１シール部材５２、第２シール部材５４）を冷却するための沸騰冷却手段（図示せず）と、
シャフト４２の軸方向に沿ってバルブ部４０を摺動させるための駆動手段６０と
を備えている。 In FIG. 3, the boiling cooling type valve 10b is
A housing portion 20 having a gas flow path;
A valve portion 40 in which valves (first valve 44 and second valve 46) for switching the flow path are joined to the shaft 42;
A seal member (first seal) inserted between the seal surface (A) of the housing part 20 and the seal surface (B) of the valves (first valve 44 and second valve 46) seated on the seal surface (A). Member 52, second seal member 54),
Boiling cooling means (not shown) for cooling the sealing members (first sealing member 52, second sealing member 54);
Drive means 60 for sliding the valve portion 40 along the axial direction of the shaft 42 is provided.

［２．１． ハウジング部、バルブ部、シール部材、及び沸騰冷却手段］
ハウジング部２０、バルブ部４０、シール部材（第１シール部材５２、第２シール部材５４）、及び沸騰冷却手段の詳細については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。 [2.1. Housing part, valve part, sealing member, and boiling cooling means]
The details of the housing part 20, the valve part 40, the seal members (first seal member 52, second seal member 54), and the boiling cooling means are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

［２．２． 駆動手段］
本実施の形態において、駆動手段６０は、バルブ部４０の冷媒流路（Ｂ）から排出される沸騰水に含まれる水蒸気の圧力を用いてシャフト４２を摺動させる蒸気駆動手段からなる。この点が、第１の実施の形態とは異なる。 [2.2. Driving means]
In the present embodiment, the driving means 60 is composed of steam driving means for sliding the shaft 42 using the pressure of water vapor contained in boiling water discharged from the refrigerant flow path (B) of the valve unit 40. This point is different from the first embodiment.

図３において、蒸気駆動手段６０は、
ハウジング部２０に隣接して設けられた蒸気バッファタンク６２と、
シャフト４２の基端に接合された、蒸気バッファタンク６２内を摺動するピストン６４と、
沸騰水をピストン６４の一方の面側又は他方の面側に切り替えて排出することにより、ピストン６４を摺動させる切替手段（第１開閉バルブＶ１〜第４開閉バルブＶ４）と
を備えている。 In FIG. 3, the steam driving means 60 is
A vapor buffer tank 62 provided adjacent to the housing part 20;
A piston 64 that is joined to the proximal end of the shaft 42 and slides in the vapor buffer tank 62;
Switching means (first opening / closing valve V1 to fourth opening / closing valve V4) for sliding the piston 64 by switching the boiling water to one surface side or the other surface side of the piston 64 and discharging it is provided.

蒸気バッファタンク６２の内周面とピストン６４の外周面との間には、シール部材６６が挿入されている。ピストン６４の上面には、第２シャフト７０が接続されている。第２シャフト７０は、蒸気バッファタンク６２の上面を貫通しており、第２シャフト７０と蒸気バッファタンク６２の貫通穴との間にはシール部材７２が挿入されている。さらに、第２シャフト７０内には、シャフト４２内の冷媒流路（Ｂ）に水を供給するための冷媒流路（Ｃ）（図示せず）が設けられている。   A seal member 66 is inserted between the inner peripheral surface of the vapor buffer tank 62 and the outer peripheral surface of the piston 64. A second shaft 70 is connected to the upper surface of the piston 64. The second shaft 70 passes through the upper surface of the vapor buffer tank 62, and a seal member 72 is inserted between the second shaft 70 and the through hole of the vapor buffer tank 62. Further, a coolant channel (C) (not shown) for supplying water to the coolant channel (B) in the shaft 42 is provided in the second shaft 70.

ピストン６４内には、シャフト４２内の冷媒流路（Ｂ）から排出される沸騰水を導入するための冷媒流路（Ｄ）（図示せず）が設けられている。冷媒流路（Ｄ）は、ピストン６４の上面及び下面にそれぞれ設けられた第３開閉バルブＶ３、及び第４開閉バルブＶ４に接続されている。さらに、蒸気バッファタンク６２の上側の側面及び下側の側面には、それぞれ、蒸気バッファタンク６２内の沸騰水を排出するための第１開閉バルブＶ１、及び第２開閉バルブＶ２が設けられている。   A coolant channel (D) (not shown) for introducing boiling water discharged from the coolant channel (B) in the shaft 42 is provided in the piston 64. The refrigerant channel (D) is connected to a third on-off valve V3 and a fourth on-off valve V4 provided on the upper and lower surfaces of the piston 64, respectively. Furthermore, a first on-off valve V1 and a second on-off valve V2 for discharging boiling water in the steam buffer tank 62 are provided on the upper side surface and the lower side surface of the steam buffer tank 62, respectively. .

［２．３． 使用方法］
ハウジング部２０が所定の温度に維持されている状態で、第２シャフト７２の冷媒流路（Ｃ）に水を供給すると、水がシャフト４２の冷媒流路（Ｂ）（往路）を通って、第１バルブ４４及び第２バルブ４６の沸騰冷却流路（Ｂ）に供給される。沸騰冷却流路（Ｂ）で生成した沸騰水は、シャフト４２の冷媒流路（Ｂ）(復路）を通って、ピストン６４内の冷媒流路（Ｄ）に供給される。 [2.3. how to use]
When water is supplied to the refrigerant flow path (C) of the second shaft 72 while the housing part 20 is maintained at a predetermined temperature, the water passes through the refrigerant flow path (B) (outward path) of the shaft 42, It is supplied to the boiling cooling flow path (B) of the first valve 44 and the second valve 46. The boiling water generated in the boiling cooling channel (B) is supplied to the refrigerant channel (D) in the piston 64 through the refrigerant channel (B) (return channel) of the shaft 42.

この時、第１開閉バルブＶ１を閉とし、第２開閉バルブＶ２を開とし、第３開閉バルブＶ３を開とし、かつ、第４開閉バルブＶ４を閉とすると、第３開閉バルブＶ３から排出された沸騰水に含まれる水蒸気の圧力によりピストン６４が下方に押し下げられる。その結果、第１バルブ４４の第１シール面（Ｂ）が第１隔壁２８の第１シール面（Ａ）に着座する。また、第２室２４に導入された第２ガスが、第２隔壁３０の第２貫通穴３０ａを通って、第３室２６の開口部２６ａから排出される。   At this time, when the first on-off valve V1 is closed, the second on-off valve V2 is opened, the third on-off valve V3 is opened, and the fourth on-off valve V4 is closed, the air is discharged from the third on-off valve V3. The piston 64 is pushed downward by the pressure of water vapor contained in the boiling water. As a result, the first sealing surface (B) of the first valve 44 is seated on the first sealing surface (A) of the first partition wall 28. In addition, the second gas introduced into the second chamber 24 passes through the second through hole 30 a of the second partition wall 30 and is discharged from the opening 26 a of the third chamber 26.

逆に、第１開閉バルブＶ１を開とし、第２開閉バルブＶ２を閉とし、第３開閉バルブＶ３を閉とし、かつ、第４開閉バルブＶ４を開とすると、第４開閉バルブＶ４から排出された沸騰水に含まれる水蒸気の圧力によりピストン６４が上方に押し上げられる。その結果、第２バルブ４６の第２シール面（Ｂ）が第２隔壁３０の第２シール面（Ａ）に着座する。また、第１室２２に導入された第１ガスが、第１隔壁２８の第１貫通穴２８ａを通って、第３室２６の開口部２６ａから排出される。   Conversely, when the first on-off valve V1 is opened, the second on-off valve V2 is closed, the third on-off valve V3 is closed, and the fourth on-off valve V4 is opened, the gas is discharged from the fourth on-off valve V4. The piston 64 is pushed upward by the pressure of water vapor contained in the boiling water. As a result, the second seal surface (B) of the second valve 46 is seated on the second seal surface (A) of the second partition wall 30. Further, the first gas introduced into the first chamber 22 is discharged from the opening 26 a of the third chamber 26 through the first through hole 28 a of the first partition wall 28.

［３． 沸騰冷却式ＣＯ2分離器（１）］
［３．１． 構成］
図４に、本発明の第１の実施の形態に係る沸騰冷却式ＣＯ2分離器の平面図（図４（Ａ））、及びＢ−Ｂ’線断面図（図４（Ｂ））を示す。 [3. Boiling cooled CO 2 separator (1)]
[3.1. Constitution]
FIG. 4 shows a plan view (FIG. 4 (A)) and a cross-sectional view along line BB ′ (FIG. 4 (B)) of the boiling cooling type CO 2 separator according to the first embodiment of the present invention. .

図４において、沸騰冷却式ＣＯ2分離器８０は、
ＣＯ2を吸収・放出するためのＣＯ2吸収材を備えた反応流路層８２、８２…と、
熱交換媒体を流通させることにより、反応流路層８２、８２…と熱交換を行うための媒体流路層８４、８４…と、
反応流路層８２、８２…にＣＯ2を含むガス又はパージガスのいずれか一方を切り替えて供給・排出するための第１切替バルブ８６ａ、８６ｂと、
媒体流路層８４、８４…に第１熱交換媒体又は第２熱交換媒体のいずれか一方を切り替えて供給・排出するための第２切替バルブ８８ａ、８８ｂと
を備えている。 In FIG. 4, the boil-cooled CO 2 separator 80 is
Reaction channel layer with a CO 2 absorbent material for absorbing and releasing CO 2 82, 82 ... and,
By circulating the heat exchange medium, the medium flow path layers 84, 84,... For performing heat exchange with the reaction flow path layers 82, 82,.
First switching valves 86a, 86b for supplying / discharging the reaction flow path layers 82, 82... By switching any one of the gas containing CO 2 and the purge gas;
The medium flow path layers 84, 84... Are provided with second switching valves 88a, 88b for switching and supplying / discharging either the first heat exchange medium or the second heat exchange medium.

反応流路層８２、８２…は、ＣＯ2を吸収・放出するためのものである。また、媒体流路層８４、８４…は、熱交換媒体を流通させることにより、反応流路層８２、８２…と熱交換を行うためのものである。反応流路層８２、８２…及び媒体流路層８４、８４…の構造は、このような機能を奏する限りにおいて、特に限定されない。
反応流路層８２、８２…と媒体流路層８４、８４…とは交互に積層されている。反応流路層８２、８２…の入口及び出口は、それぞれ、マニホールド９０ａの出口及びマニホールド９０ｂの入口に接続されている。同様に、媒体流路層８４、８４…の入口及び出口は、それぞれ、マニホールド９２ａの出口及びマニホールド９２ｂの入口に接続されている。 The reaction channel layers 82, 82... Are for absorbing and releasing CO 2 . Further, the medium flow path layers 84, 84... Are for exchanging heat with the reaction flow path layers 82, 82. The structures of the reaction flow path layers 82, 82... And the medium flow path layers 84, 84... Are not particularly limited as long as they have such a function.
The reaction flow path layers 82, 82... And the medium flow path layers 84, 84. The inlet and outlet of the reaction channel layers 82, 82... Are connected to the outlet of the manifold 90a and the inlet of the manifold 90b, respectively. Similarly, the inlets and outlets of the medium flow path layers 84, 84... Are connected to the outlet of the manifold 92a and the inlet of the manifold 92b, respectively.

第１切替バルブ８６ａ、８６ｂ、及び、第２切替バルブ８８ａ、８８ｂは、それぞれ、本発明の第１の実施の形態に係る沸騰冷却式バルブ１０ａと同一の構造を備えている。マニホールド９０ａの入口は第１切替バルブ８６ａの第３室２６に接続され、マニホールド９０ｂの出口は第１切替バルブ８６ｂの第３室２６に接続されている。
同様に、マニホールド９２ａの入口は第２切替バルブ８８ａの第３室２６に接続され、マニホールド９２の出口は第２切替バルブ８８ｂの第３室２６に接続されている。 The first switching valves 86a and 86b and the second switching valves 88a and 88b each have the same structure as the boiling cooling valve 10a according to the first embodiment of the present invention. The inlet of the manifold 90a is connected to the third chamber 26 of the first switching valve 86a, and the outlet of the manifold 90b is connected to the third chamber 26 of the first switching valve 86b.
Similarly, the inlet of the manifold 92a is connected to the third chamber 26 of the second switching valve 88a, and the outlet of the manifold 92 is connected to the third chamber 26 of the second switching valve 88b.

［３．２． 使用方法］
第１切替バルブ８６ａのバルブ部４０を摺動させると、第１切替バルブ８６ａの第１室２２又は第２室２４のいずれか一方を反応流路層８２、８２…の入口に接続することができる。また、第１切替バルブ８６ｂのバルブ部４０を摺動させると、反応流路層８２、８２…の出口を第１切替バルブ８６ｂの第１室２２又は第２室２４のいずれか一方に接続することができる。そのため、反応流路層８２、８２…にＣＯ2を含むガス（第１ガス）を流すと、ＣＯ2吸収材（図示せず）にＣＯ2を吸収させることができる。一方、反応流路層８２、８２…にパージガス（第２ガス）を流すと、ＣＯ2吸収材からＣＯ2を放出させることができる。 [3.2. how to use]
When the valve portion 40 of the first switching valve 86a is slid, either the first chamber 22 or the second chamber 24 of the first switching valve 86a can be connected to the inlets of the reaction flow path layers 82, 82. it can. When the valve portion 40 of the first switching valve 86b is slid, the outlet of the reaction flow path layers 82, 82... Is connected to either the first chamber 22 or the second chamber 24 of the first switching valve 86b. be able to. Therefore, when flowing gas (first gas) comprising the reaction channel layer 82 ... to CO 2, it can be absorbed CO 2 in the CO 2 absorber (not shown). On the other hand, when the flow purge gas (second gas) into the reaction channel layer 82 ..., it is possible to release CO 2 from the CO 2 absorber.

同様に、第２切替バルブ８８ａのバルブ部４０を摺動させると、第２切替バルブ８８ａの第１室２２又は第２室２４のいずれか一方を媒体流路層８４、８４…の入口に接続することができる。また、第２切替バルブ８８ｂのバルブ部４０を摺動させると、媒体流路層８４、８４…の出口を第２切替バルブ８８ｂの第１室２２又は第２室２４のいずれか一方に接続することができる。そのため、媒体流路層８８、８８…に適切な第１熱交換媒体又は第２熱交換媒体を流通させると、ＣＯ2の吸収反応時及び放出反応時にＣＯ2吸収材を最適な温度に維持することができる。 Similarly, when the valve portion 40 of the second switching valve 88a is slid, either the first chamber 22 or the second chamber 24 of the second switching valve 88a is connected to the inlets of the medium flow path layers 84, 84. can do. When the valve portion 40 of the second switching valve 88b is slid, the outlet of the medium flow path layers 84, 84... Is connected to either the first chamber 22 or the second chamber 24 of the second switching valve 88b. be able to. Therefore, when circulating the first heat exchange medium and the second heat exchange medium suitable to the medium flow path layer 88 ..., to maintain the optimum temperature of the CO 2 absorbing material upon absorption reaction time and release reaction of the CO 2 be able to.

［４． 沸騰冷却式ＣＯ2分離器（２）］
図５に、本発明の第２の実施の形態に係る沸騰冷却式ＣＯ2分離器の平面図（図５（Ａ））、及びＢ−Ｂ’線断面図（図５（Ｂ））を示す。 [4. Boiling cooled CO 2 separator (2)]
FIG. 5 shows a plan view (FIG. 5 (A)) and a cross-sectional view taken along the line BB ′ (FIG. 5 (B)) of the boiling cooling CO 2 separator according to the second embodiment of the present invention. .

図５において、沸騰冷却式ＣＯ2分離器８０’は、
ＣＯ2を吸収・放出するためのＣＯ2吸収材を備えた反応流路層８２、８２…と、
熱交換媒体を流通させることにより、反応流路層８２、８２…と熱交換を行うための媒体流路層８４、８４…と、
反応流路層８２、８２…にＣＯ2を含むガス又はパージガスのいずれか一方を切り替えて供給・排出するための第１切替バルブ８６ｃ、８６ｄと、
媒体流路層８４、８４…に第１熱交換媒体又は第２熱交換媒体のいずれか一方を切り替えて供給・排出するための第２切替バルブ８８ｃ、８８ｄと
を備えている。 In FIG. 5, the boil-cooled CO 2 separator 80 ′
Reaction channel layer with a CO 2 absorbent material for absorbing and releasing CO 2 82, 82 ... and,
By circulating the heat exchange medium, the medium flow path layers 84, 84,... For performing heat exchange with the reaction flow path layers 82, 82,.
First switching valve 86c for supplying and discharging switches either the gas or purge gas containing CO 2 into the reaction channel layer 82 ..., and 86d,
Are provided with second switching valves 88c, 88d for switching and supplying / discharging either the first heat exchange medium or the second heat exchange medium.

本実施の形態において、第１切替バルブ８６ｃ、８６ｄ、及び、第２切替バルブ８８ｃ、８８ｄは、それぞれ、本発明の第２の実施の形態に係る沸騰冷却式バルブ１０ｂと同一の構造を備えている。この点が第１実施の形態とは異なる。その他の点については、第１の実施の形態に係る沸騰冷却式ＣＯ2分離器と同様であるので、説明を省略する。 In the present embodiment, the first switching valves 86c and 86d and the second switching valves 88c and 88d each have the same structure as the boiling cooling valve 10b according to the second embodiment of the present invention. Yes. This point is different from the first embodiment. Since the other points are the same as those in the boiling cooling CO 2 separator according to the first embodiment, the description thereof is omitted.

［５． ＳＯＦＣシステム（１）］
［５．１． 構成］
図６に、本発明の第１の実施の形態に係るＳＯＦＣシステムの模式図を示す。図６において、ＳＯＦＣシステム１００ａは、
燃料から電力を生成する固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）１０２ａと、
ＳＯＦＣ１０２ａのアノードオフガス（以下、「Ａout」ともいう）からＣＯ2を分離するＣＯ2分離器１０４と、
ＣＯ2分離器１０４のフィード流路から排出されるオフガス（以下、「Ｂout」ともいう）に含まれる水蒸気を凝縮させ、凝縮水を得る凝縮器１０６と、
水蒸気の全部又は一部が分離されたＢoutをＳＯＦＣ１０２ａのアノード流路に戻すアノードオフガス循環手段と
を備えている。 [5. SOFC system (1)]
[5.1. Constitution]
FIG. 6 shows a schematic diagram of the SOFC system according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 6, the SOFC system 100a
A solid oxide fuel cell (SOFC) 102a that generates electric power from fuel;
A CO 2 separator 104 that separates CO 2 from the anode off-gas (hereinafter also referred to as “A out ”) of the SOFC 102a;
A condenser 106 that condenses water vapor contained in off-gas (hereinafter also referred to as “B out ”) discharged from the feed flow path of the CO 2 separator 104 to obtain condensed water;
And an anode off-gas circulation means for returning B out from which all or part of the water vapor has been separated to the anode flow path of the SOFC 102a.

［５．１．１． ＳＯＦＣ］
ＳＯＦＣ１０２ａは、ＣＨ4、ＣＯ、Ｈ2などの燃料から電力を生成するためのものである。ＳＯＥＣ１０２ａのアノード流路の入口は、エジェクタ１１０の出口に接続され、アノード流路の出口は、ＣＯ2分離器１０４のフィード流路の入口に接続されている。 [5.1.1. SOFC]
The SOFC 102a is for generating electric power from fuels such as CH 4 , CO, and H 2 . The inlet of the anode channel of the SOEC 102 a is connected to the outlet of the ejector 110, and the outlet of the anode channel is connected to the inlet of the feed channel of the CO 2 separator 104.

［５．１．２． ＣＯ2分離器］
ＣＯ2分離器１０４は、ＳＯＦＣ１０２ａのアノードオフガス（Ａout）からＣＯ2を分離するためのものである。ＣＯ2分離器１０４のフィード流路の入口は、ＳＯＦＣ１０２ａのアノード流路の出口に接続され、フィード流路の出口は、ガス管１０８の一端に接続されている。ガス管１０８の他端は、エジェクタ１１０の吸引側に接続されている。さらに、ＣＯ2分離器１０４のパージ流路の入口は、水蒸気供給源（図示せず）に接続されている。 [5.1.2. CO 2 separator]
The CO 2 separator 104 is for separating CO 2 from the anode off gas (A out ) of the SOFC 102a. The feed channel inlet of the CO 2 separator 104 is connected to the anode channel outlet of the SOFC 102 a, and the feed channel outlet is connected to one end of the gas pipe 108. The other end of the gas pipe 108 is connected to the suction side of the ejector 110. Further, the inlet of the purge flow path of the CO 2 separator 104 is connected to a water vapor supply source (not shown).

ＣＯ2分離器１０４は、図６の下図に示すように、本発明に係る２個の沸騰冷却式ＣＯ2分離器が並列に接続されたものからなる。沸騰冷却式ＣＯ2分離器８０ａ、８０ｂの反応流路層８２（フィード流路、パージ流路）には、ＳＯＦＣ１０２ａのアノードオフガス、又は、図示しない水蒸気供給源からの水蒸気が供給される。また、沸騰冷却式ＣＯ2分離器８０ａ、８０ｂの媒体流路層８４には、熱交換媒体（熱媒）としてのカソードオフガス、又は、熱交換媒体（冷媒）としてのカソード用空気が供給される。 As shown in the lower diagram of FIG. 6, the CO 2 separator 104 is composed of two boiling-cooled CO 2 separators according to the present invention connected in parallel. The reaction channel layer 82 (feed channel, purge channel) of the boiling cooling type CO 2 separators 80a, 80b is supplied with anode off gas of the SOFC 102a or water vapor from a water vapor supply source (not shown). Further, cathode off-gas as a heat exchange medium (heat medium) or cathode air as a heat exchange medium (refrigerant) is supplied to the medium flow path layer 84 of the boiling cooling type CO 2 separators 80a and 80b. .

［５．１．３． 凝縮器］
凝縮器１０６は、ＣＯ2分離器１０４のフィード流路から排出されるオフガス（Ｂout）に含まれる水蒸気を凝縮させ、凝縮水を得るためのものである。凝縮器１０６は、ガス管１０８に対して並列に接続されている。そのため、Ｂoutを任意の比率で凝縮器１０６に分配することができる。 [5.1.3. Condenser]
The condenser 106 is for condensing water vapor contained in the off gas (B out ) discharged from the feed flow path of the CO 2 separator 104 to obtain condensed water. The condenser 106 is connected in parallel to the gas pipe 108. Therefore, Bout can be distributed to the condenser 106 at an arbitrary ratio.

［５．１．４． エジェクタ、アノードオフガス循環手段］
エジェクタ１１０は、燃料をＳＯＦＣ１０２ａのアノード流路に供給するためのものである。エジェクタ１１０の駆動側の入口は、ＣＨ4などの燃料の供給源（図示せず）に接続されている。エジェクタ１１０の出口は、ＳＯＦＣ１０２ａのアノード流路の入口に接続されている。さらに、エジェクタ１１０の吸引側は、ガス管１０８を介してＣＯ2分離器１０４のフィード流路の出口に接続されている。図６に示す例において、アノードオフガス循環手段は、凝縮器１０６、ガス管１０８及びエジェクタ１１０により構成されている。 [5.1.4. Ejector, anode off-gas circulation means]
The ejector 110 is for supplying fuel to the anode flow path of the SOFC 102a. The drive-side inlet of the ejector 110 is connected to a fuel supply source (not shown) such as CH 4 . The outlet of the ejector 110 is connected to the inlet of the anode flow path of the SOFC 102a. Further, the suction side of the ejector 110 is connected to the outlet of the feed flow path of the CO 2 separator 104 via the gas pipe 108. In the example shown in FIG. 6, the anode off-gas circulation means includes a condenser 106, a gas pipe 108, and an ejector 110.

［５．２． 運転方法］
エジェクタ１１０を介して燃料をＳＯＦＣ１０２ａのアノード流路に供給し、カソード流路に空気を供給すると、ＳＯＦＣ１０２ａから電力を取り出すことができる。アノードオフガス（Ａout）は、ＣＯ2分離器１０４のフィード流路に送られ、ＣＯ2が除去される。ＣＯ2分離器１０４のフィード流路から排出されるオフガス（Ｂout）の一部は、凝縮器１０６に分配され、Ｂoutに含まれる水蒸気の一部が除去される。燃料としてＣＨ4を用いる場合、ＣＨ4を水蒸気改質する必要があるため、Ｂoutから水蒸気の一部が除去される。なお、燃料として水素を用いる場合には、Ｂoutから水蒸気の全部を除去しても良い。 [5.2. how to drive]
When fuel is supplied to the anode flow path of the SOFC 102a through the ejector 110 and air is supplied to the cathode flow path, electric power can be taken out from the SOFC 102a. The anode off gas (A out ) is sent to the feed flow path of the CO 2 separator 104 to remove CO 2 . A part of the off gas (B out ) discharged from the feed flow path of the CO 2 separator 104 is distributed to the condenser 106, and a part of the water vapor contained in B out is removed. When CH 4 is used as the fuel, it is necessary to steam reform CH 4 , so that a part of the steam is removed from B out . In addition, when using hydrogen as a fuel, you may remove all the water vapor | steam from Bout.

水蒸気の全部又は一部が除去されたＢoutは、ガス管１０８を介してエジェクタ１１０の吸引側から吸引される。吸引されたＢoutは、そのままＳＯＦＣ１０２ａのアノードに供給される。その結果、Ｂoutに含まれる未反応の燃料及び顕熱を発電に再利用することができる。 B out from which all or part of the water vapor has been removed is sucked from the suction side of the ejector 110 through the gas pipe 108. The suctioned B out is supplied as it is to the anode of the SOFC 102a. As a result, it is possible to reuse the fuel and sensible heat of the unreacted contained in B out power generation.

この時、図６の左下図に示すように、沸騰冷却式ＣＯ2分離器８０ａのフィード流路（反応流路層８２）にアノードオフガス（Ａout）を流し、媒体流路層８４にカソード用空気を流すと、カソード用空気により、フィード流路の温度が最適なＣＯ2吸収温度域まで低下する。その結果、Ａoutに含まれるＣＯ2を効率良く除去することができる。また、ＣＯ2除去後のアノードオフガス（Ｂout）は、高温状態を維持したままＳＯＦＣ１０２ａのアノード流路に戻される。さらに、媒体流路層８４から排出される熱交換後のカソード用空気は、ＳＯＦＣ発電用のカソード空気として使用される。 At this time, as shown in the lower left diagram of FIG. 6, the anode off gas (A out ) is caused to flow through the feed flow path (reaction flow path layer 82) of the boiling cooling type CO 2 separator 80 a and the medium flow path layer 84 is used for the cathode. When air is flowed, the temperature of the feed flow path is lowered to the optimum CO 2 absorption temperature range by the cathode air. As a result, CO 2 contained in A out can be efficiently removed. Further, the anode off gas (B out ) after the CO 2 removal is returned to the anode flow path of the SOFC 102a while maintaining the high temperature state. Further, the cathode air after heat exchange discharged from the medium flow path layer 84 is used as cathode air for SOFC power generation.

一方、沸騰冷却式ＣＯ2分離器８０ｂのパージ流路（反応流路層８２）に高温の水蒸気を流すと、ＣＯ2吸収材からＣＯ2が放出される。これと同時に、媒体流路層８４に高温のカソードオフガスを流すと、カソードオフガスの顕熱により、反応流路層８２の温度が上昇する。冷却されたカソードオフガスは、カソード用空気と熱交換器（図示せず）にて熱交換後、系外に排出される。
所定時間経過後に、図６の右下図に示すように、パージ流路とフィード流路を切り替えると、ＣＯ2の吸収と放出を連続的に行うことができる。 On the other hand, when high-temperature water vapor is passed through the purge flow path (reaction flow path layer 82) of the boiling cooling CO 2 separator 80b, CO 2 is released from the CO 2 absorbent. At the same time, when a high-temperature cathode off gas is allowed to flow through the medium channel layer 84, the temperature of the reaction channel layer 82 increases due to the sensible heat of the cathode off gas. The cooled cathode off-gas is discharged out of the system after heat exchange with cathode air and a heat exchanger (not shown).
When the purge flow path and the feed flow path are switched after a predetermined time has elapsed, as shown in the lower right diagram of FIG. 6, CO 2 can be absorbed and released continuously.

［６． ＳＯＦＣシステム（２）］
［６．１． 構成］
図７に、本発明の第２の実施の形態に係るＳＯＦＣシステムの模式図を示す。図７において、ＳＯＦＣシステム１００ｂは、
燃料から電力を生成する固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）１０２ａと、
ＳＯＦＣ１０２ａのアノードオフガス（Ａout）からＣＯ2を分離するＣＯ2分離器１０４と、
ＣＯ2分離器１０４のフィード流路から排出されるオフガス（Ｂout）に含まれる水蒸気を凝縮させ、凝縮水を得る凝縮器１０６と、
水蒸気の全部又は一部が分離されたＢoutをＳＯＦＣ１０２ａのアノード流路に戻すアノードオフガス循環手段と
を備えている。 [6. SOFC system (2)]
[6.1. Constitution]
FIG. 7 shows a schematic diagram of an SOFC system according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 7, the SOFC system 100b
A solid oxide fuel cell (SOFC) 102a that generates electric power from fuel;
A CO 2 separator 104 that separates CO 2 from the anode off gas (A out ) of the SOFC 102a;
A condenser 106 for condensing water vapor contained in off-gas (B out ) discharged from the feed flow path of the CO 2 separator 104 to obtain condensed water;
And an anode off-gas circulation means for returning B out from which all or part of the water vapor has been separated to the anode flow path of the SOFC 102a.

本実施の形態において、ＳＯＦＣシステム１００ｂは、凝縮器１０６で凝縮させた水をＣＯ2分離器１０４（沸騰冷却式ＣＯ2分離器）の沸騰冷却流路（Ａ）及び沸騰冷却流路（Ｂ）にそれぞれ供給する水供給手段（Ａ）をさらに備えている。また、ＳＯＦＣシステム１００ｂは、ＣＯ2分離器１０４のパージ流路に水蒸気を供給するための蒸発器１１４をさらに備えている。この点が、第１の実施の形態に係るＳＯＦＣシステム１００ａとは異なる。 In the present embodiment, the SOFC system 100b includes the boiling cooling channel (A) and the boiling cooling channel (B) of the CO 2 separator 104 (boiling cooled CO 2 separator) obtained by condensing the water condensed by the condenser 106. Are further provided with water supply means (A) for supplying them respectively. The SOFC system 100 b further includes an evaporator 114 for supplying water vapor to the purge flow path of the CO 2 separator 104. This point is different from the SOFC system 100a according to the first embodiment.

凝縮器１０６の凝縮水の排出口は、水管１１２の一端に接続され、水管１１２の他端は、ＣＯ2分離器１０４の沸騰冷却式バルブ１０、１０の入口に接続されている。水管１１２には、開閉バルブＶ１及び液ポンプＰが接続されている。図７に示す例において、水供給手段（Ａ）は、水管１１２、開閉バルブＶ１、及び液ポンプＰにより構成されている。さらに、凝縮器１０６のガスの出口とガス管１０８との間には、蒸発器１０６へのＢoutの分配量を制御する流量制御バルブＶCが設けられている。
沸騰冷却式バルブ１０、１０の出口は、蒸発器１１４の入口に接続されている。さらに、蒸発器１１４の出口は、調圧弁を介してＣＯ2分離器１０４のパージ流路の入口に接続されている。 The outlet of the condensed water of the condenser 106 is connected to one end of the water pipe 112, and the other end of the water pipe 112 is connected to the inlets of the boiling cooling type valves 10 and 10 of the CO 2 separator 104. An open / close valve V1 and a liquid pump P are connected to the water pipe 112. In the example shown in FIG. 7, the water supply means (A) includes a water pipe 112, an opening / closing valve V <b> 1, and a liquid pump P. Further, a flow rate control valve V C for controlling the distribution amount of B out to the evaporator 106 is provided between the gas outlet of the condenser 106 and the gas pipe 108.
The outlets of the boiling cooling valves 10 and 10 are connected to the inlet of the evaporator 114. Furthermore, the outlet of the evaporator 114 is connected to the inlet of the purge flow path of the CO 2 separator 104 via a pressure regulating valve.

ＣＯ2分離器１０４は、図７の下図に示すように、本発明に係る２個の沸騰冷却式ＣＯ2分離器が並列に接続されたものからなる。沸騰冷却式ＣＯ2分離器８０ａ、８０ｂの反応流路層８２（フィード流路、パージ流路）には、ＳＯＦＣ１０２ａのアノードオフガス、又は、水蒸気が供給される。また、沸騰冷却式ＣＯ2分離器８０ａ、８０ｂの媒体流路層８４には、カソードオフガス（熱媒）、又は、カソード用空気（冷媒）が供給される。 As shown in the lower diagram of FIG. 7, the CO 2 separator 104 is composed of two boiling-cooled CO 2 separators according to the present invention connected in parallel. The anode off gas or water vapor of the SOFC 102a is supplied to the reaction channel layer 82 (feed channel, purge channel) of the boiling cooling type CO 2 separators 80a and 80b. Further, cathode offgas (heating medium) or cathode air (refrigerant) is supplied to the medium flow path layer 84 of the boiling cooling type CO 2 separators 80a and 80b.

［６．２． 運転方法］
ＳＯＦＣ１０２ａのアノードオフガス（Ａout）は、ＣＯ2分離器１０４のフィード流路に送られ、ＣＯ2が除去される。ＣＯ2分離器１０４のフィード流路から排出されるオフガス（Ｂout）の一部は、凝縮器１０６に分配され、Ｂoutに含まれる水蒸気の全部又は一部が除去される。凝縮器１０６で分離された凝縮水は、液ポンプＰにより沸騰冷却式バルブ１０、１０の沸騰冷却流路（Ａ）及び沸騰冷却流路（Ｂ）に供給される。沸騰冷却式バルブ１０、１０から排出される沸騰水は、蒸発器１１４に送られる。さらに、蒸発器１１４で生成した水蒸気は、ＣＯ2分離器１０４のパージガスとして用いられる。 [6.2. how to drive]
The anode off gas (A out ) of the SOFC 102a is sent to the feed flow path of the CO 2 separator 104 to remove CO 2 . A part of the off gas (B out ) discharged from the feed flow path of the CO 2 separator 104 is distributed to the condenser 106, and all or a part of the water vapor contained in B out is removed. The condensed water separated by the condenser 106 is supplied to the boiling cooling channel (A) and the boiling cooling channel (B) of the boiling cooling type valves 10 and 10 by the liquid pump P. Boiling water discharged from the boiling cooling type valves 10 and 10 is sent to the evaporator 114. Further, the water vapor generated by the evaporator 114 is used as a purge gas for the CO 2 separator 104.

この時、図７の左下図に示すように、沸騰冷却式ＣＯ2分離器８０ａの反応流路層８２（フィード流路）にアノードオフガス（Ａout）を流し、媒体流路層８４にカソード用空気を流すと、カソード用空気により、フィード流路の温度が最適なＣＯ2吸収温度域まで低下する。その結果、Ａoutに含まれるＣＯ2を効率良く除去することができる。また、ＣＯ2除去後のアノードオフガス（Ｂout）は、高温状態を維持したままＳＯＦＣ１０２ａのアノード流路に戻される。さらに、媒体流路層８４から排出される熱交換後のカソード用空気は、ＳＯＦＣ発電用のカソード空気として使用される。 At this time, as shown in the lower left diagram of FIG. 7, the anode off gas (A out ) is caused to flow through the reaction flow path layer 82 (feed flow path) of the boiling cooling type CO 2 separator 80a, and the cathode flow through the medium flow path layer 84. When air is flowed, the temperature of the feed flow path is lowered to the optimum CO 2 absorption temperature range by the cathode air. As a result, CO 2 contained in A out can be efficiently removed. Further, the anode off gas (B out ) after the CO 2 removal is returned to the anode flow path of the SOFC 102a while maintaining the high temperature state. Further, the cathode air after heat exchange discharged from the medium flow path layer 84 is used as cathode air for SOFC power generation.

一方、沸騰冷却式ＣＯ2分離器８０ｂの反応流路層８２（パージ流路）に高温の水蒸気を流すと、ＣＯ2吸収材からＣＯ2が放出される。これと同時に、媒体流路層８４に高温のカソードオフガスを流すと、カソードオフガスの顕熱により、反応流路層８２の温度が上昇する。冷却されたカソードオフガスは、カソード用空気と熱交換器（図示せず）にて熱交換後、系外に排出される。
所定時間経過後に、図７の右下図に示すように、パージ流路とフィード流路を切り替えると、ＣＯ2の吸収と放出を連続的に行うことができる。 On the other hand, when high-temperature water vapor is passed through the reaction flow path layer 82 (purge flow path) of the boiling cooled CO 2 separator 80b, CO 2 is released from the CO 2 absorbent. At the same time, when a high-temperature cathode off gas is allowed to flow through the medium channel layer 84, the temperature of the reaction channel layer 82 increases due to the sensible heat of the cathode off gas. The cooled cathode off-gas is discharged out of the system after heat exchange with cathode air and a heat exchanger (not shown).
When the purge flow path and the feed flow path are switched after the predetermined time has elapsed, as shown in the lower right diagram of FIG. 7, absorption and release of CO 2 can be performed continuously.

［７． ＳＯＥＣシステム］
［７．１． 構成］
図８に、本発明に係るＳＯＥＣシステムの模式図を示す。図８において、ＳＯＥＣシステム１００ｃは、
Ｈ2Ｏ及びＣＯ2から合成ガスを生成させる固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）１０２ｂと、
ＳＯＥＣ１０２ｂのカソードオフガス（以下、「Ａ'out」ともいう）からＣＯ2を分離する第１ＣＯ2分離器１０４と、
第１ＣＯ2分離器１０４のフィード流路から排出されるオフガス（Ｂout）から水蒸気の全部又は一部を分離するＨ2Ｏ分離器１１６と、
ＣＯ2源から供給されるガスからＣＯ2を分離し、分離されたＣＯ2をＳＯＥＣ１０２ｂに供給する第２ＣＯ2分離器１１８と、
ＳＯＥＣ１０２ｂに電解用のＨ2Ｏを供給する蒸発器１１４ａ、１１４ｂと、
ＳＯＥＣ１０２ｂのカソードオフガス（Ａ'out）に含まれる合成ガスから炭化水素を製造する燃料製造器１２０と、
第１ＣＯ2分離器１０４のパージ流路から排出される分離ガス（以下、「Ｃout」ともいう）をＳＯＥＣ１０２ｂのカソード流路に戻すカソードオフガス循環手段と、
を備えている。 [7. SOEC system]
[7.1. Constitution]
FIG. 8 shows a schematic diagram of an SOEC system according to the present invention. In FIG. 8, the SOEC system 100c is
A solid oxide electrolytic cell (SOEC) 102b for generating synthesis gas from H 2 O and CO 2 ;
A first CO 2 separator 104 that separates CO 2 from the cathode off-gas (hereinafter also referred to as “A ′ out ”) of the SOEC 102b;
An H 2 O separator 116 that separates all or part of water vapor from off-gas (B out ) discharged from the feed flow path of the first CO 2 separator 104;
Separating the CO 2 from the gas supplied from the CO 2 source, a first 2CO 2 separator 118 supplies the separated CO 2 to SOEC102b,
Evaporator 114a, and 114b to supply of H 2 O for electrolysis SOEC102b,
A fuel generator 120 for producing hydrocarbons from synthesis gas contained in the cathode off-gas (A ′ out ) of the SOEC 102b;
Cathode off-gas circulation means for returning separation gas (hereinafter also referred to as “C out ”) discharged from the purge flow path of the first CO 2 separator 104 to the cathode flow path of the SOEC 102b;
It has.

［７．１．１． ＳＯＥＣ］
ＳＯＥＣ１０２ｂは、Ｈ2Ｏ及びＣＯ2を原料として、合成ガス（Ｈ2＋ＣＯ）を製造するためのものである。ＳＯＥＣ１０２ｂは、使用方法が異なる以外は、ＳＯＦＣ１０２ａと同一の構造を備えている。
ＳＯＥＣ１０２ｂのカソード流路の入口は、第２ＣＯ2分離器１１８のパージ流路の出口に接続されている。また、カソード流路の出口は、第１ＣＯ2分離器１０４のフィード流路の入口に接続されている。 [7.1.1. SOEC]
The SOEC 102b is for producing synthesis gas (H 2 + CO) using H 2 O and CO 2 as raw materials. The SOEC 102b has the same structure as the SOFC 102a except that the usage method is different.
The cathode channel inlet of the SOEC 102 b is connected to the purge channel outlet of the second CO 2 separator 118. The outlet of the cathode channel is connected to the inlet of the feed channel of the first CO 2 separator 104.

［７．１．２． 第１ＣＯ2分離器、第２ＣＯ2分離器］
第１ＣＯ2分離器１０４は、ＳＯＥＣ１０２ｂのカソードオフガスから未反応原料（ＣＯ2）を回収するためのものである。一方、第２ＣＯ2分離器１１８は、ＣＯ2源（例えば、自動車、工場など）から排出されるガスからＣＯ2を分離し、ＳＯＥＣ１０２ｂに供給するためのものである。
第１ＣＯ2分離器１０４及び第２ＣＯ2分離器１１８は、いずれも、本発明に係る２個の沸騰冷却式ＣＯ2分離器（図示せず）が並列に接続されたものからなる。 [7.1.2. The 1 CO 2 separator, the 2CO 2 separator]
The first CO 2 separator 104 is for recovering unreacted raw material (CO 2 ) from the cathode offgas of the SOEC 102b. On the other hand, the second CO 2 separator 118 is for separating CO 2 from gas discharged from a CO 2 source (for example, automobile, factory, etc.) and supplying it to the SOEC 102b.
Each of the first CO 2 separator 104 and the second CO 2 separator 118 is composed of two boiling-cooled CO 2 separators (not shown) according to the present invention connected in parallel.

第１ＣＯ2分離器１０４のフィード流路の入口は、ＳＯＥＣ１０２ｂのカソード流路の出口に接続され、第１ＣＯ2分離器１０４のフィード流路の出口は、Ｈ2Ｏ分離器１１６のフィード流路の入口に接続されている。第１ＣＯ2分離器１０４のパージ流路の入口は、蒸発器１１４ａの出口に接続され、第１ＣＯ2分離器１０４のパージ流路の出口は、第２ＣＯ2分離器１１８のパージ流路の入口に接続されている。
第２ＣＯ2分離器１１８のフィード流路の入口は、ＣＯ2源（図示せず）に接続され、第２ＣＯ2分離器１１８のフィード流路の出口は、大気に開放されている。さらに、第２ＣＯ2分離器１１８のパージ流路の出口は、ＳＯＥＣ１０２ｂのカソード流路の入口に接続されている。 The inlet of the feed channel of the first CO 2 separator 104 is connected to the outlet of the cathode channel of the SOEC 102b, and the outlet of the feed channel of the first CO 2 separator 104 is the feed channel of the H 2 O separator 116. Connected to the entrance. Inlet of the purge flow path of the 1 CO 2 separator 104 is connected to the outlet of the evaporator 114a, the outlet of the purge flow path of the 1 CO 2 separator 104, to the inlet of the purge flow path of the 2CO 2 separator 118 It is connected.
The inlet of the feed channel of the 2CO 2 separator 118 is connected to the CO 2 source (not shown), the outlet of the feed channel of the 2CO 2 separator 118 is open to the atmosphere. Further, the outlet of the purge channel of the second CO 2 separator 118 is connected to the inlet of the cathode channel of the SOEC 102b.

［７．１．３． Ｈ2Ｏ分離器］
Ｈ2Ｏ分離器１１６は、第１ＣＯ2分離器１０４のフィード流路から排出されるオフガス（Ｂout）から水蒸気の全部又は一部を分離するためのものである。分離されたＨ2Ｏは、第１ＣＯ2分離器１０４で回収されたＣＯ2と共に、ＳＯＥＣ１０２ｂのカソード流路に戻される。
Ｈ2Ｏ分離器１１６のフィード流路の入口は、第１ＣＯ2分離器１０４のフィード流路の出口に接続され、Ｈ2Ｏ分離器１１６のフィード流路の出口は、燃料製造器１２０の入口に接続されている。さらに、Ｈ2Ｏ分離器１１６のパージ流路の出口は、蒸発器１１４ａの入口に接続されている。 [7.1.3. H 2 O separator]
The H 2 O separator 116 is for separating all or part of the water vapor from the off-gas (B out ) discharged from the feed flow path of the first CO 2 separator 104. The separated H 2 O, together with CO 2 recovered in the 1 CO 2 separator 104 is returned to the cathode channel of SOEC102b.
The inlet of the feed channel of the H 2 O separator 116 is connected to the outlet of the feed channel of the 1 CO 2 separator 104, the outlet of the feed channel of the H 2 O separator 116, the inlet of the fuel production 120 It is connected to the. Further, the outlet of the purge flow path of the H 2 O separator 116 is connected to the inlet of the evaporator 114a.

［７．１．４． 蒸発器］
蒸発器１１４ａ、１１４ｂは、液ポンプＰを介して水供給源（図示せず）から供給される水を蒸発させ、ＳＯＥＣ１０２ｂに電解用のＨ2Ｏを供給するためのものである。発生させたＨ2Ｏは、ＣＯ2のパージにも用いられる。
また、ＳＯＥＣシステム１００ｃは、電解用のＨ2Ｏを沸騰冷却流路（Ａ）及び沸騰冷却流路（Ｂ）にそれぞれ供給する水供給手段（Ｂ）を備えている。すなわち、ＳＯＥＣシステム１００ｃにおいて、水は、直接、蒸発器１１４ａ、１１４ｂには供給されず、沸騰冷却式ＣＯ2分離器（第１ＣＯ2分離器１０４、第２ＣＯ2分離器１１８）の沸騰冷却流路（Ａ）及び沸騰冷却流路（Ｂ）にそれぞれ供給される。蒸発器１１４ａ、１１４ｂには、沸騰冷却流路（Ａ）及び沸騰冷却流路（Ｂ）から排出される沸騰水が供給される。 [7.1.4. Evaporator]
Evaporator 114a, 114b through the liquid pump P to evaporate the water supplied from the water supply source (not shown), is intended to supply of H 2 O for electrolysis SOEC102b. The generated H 2 O is also used for purging CO 2 .
The SOEC system 100c also includes water supply means (B) for supplying H 2 O for electrolysis to the boiling cooling channel (A) and the boiling cooling channel (B), respectively. That is, in SOEC system 100c, water is directly evaporator 114a, not supplied to the 114b, boiling cooling channels boiling cooled CO 2 separator (first 1 CO 2 separator 104, first 2CO 2 separator 118) (A) and the boiling cooling channel (B) are respectively supplied. Boiling water discharged from the boiling cooling channel (A) and the boiling cooling channel (B) is supplied to the evaporators 114a and 114b.

第１ＣＯ2分離器１０４の沸騰冷却式バルブ１０、１０の入口は、液ポンプＰを介して水供給源（図示せず）に接続されている。沸騰冷却式バルブ１０、１０の出口は、蒸発器１１４ａの入口に接続されている。さらに、蒸発器１１４ａの出口は、第１ＣＯ2分離器１０４のパージ流路の入口に接続されている。
同様に、第２ＣＯ2分離器１０４の沸騰冷却式バルブ１０、１０の入口は、液ポンプＰを介して水供給源（図示せず）に接続されている。沸騰冷却式バルブ１０、１０の出口は、蒸発器１１４ｂの入口に接続されている。さらに、蒸発器１１４ｂの出口は、第２ＣＯ2分離器１１８のパージ流路の出口に接続されている。 The inlets of the boiling cooling valves 10 and 10 of the first CO 2 separator 104 are connected to a water supply source (not shown) via a liquid pump P. The outlets of the boiling cooling type valves 10 and 10 are connected to the inlet of the evaporator 114a. Further, the outlet of the evaporator 114 a is connected to the inlet of the purge flow path of the first CO 2 separator 104.
Similarly, the inlets of the boiling cooling type valves 10 and 10 of the second CO 2 separator 104 are connected to a water supply source (not shown) via the liquid pump P. The outlets of the boiling cooling type valves 10 and 10 are connected to the inlet of the evaporator 114b. Further, the outlet of the evaporator 114 b is connected to the outlet of the purge flow path of the second CO 2 separator 118.

［７．１．５． 燃料製造器］
燃料製造器１２０は、ＳＯＥＣ１０２ｂのカソードオフガス（Ａ'out）に含まれる合成ガスから炭化水素を製造するためのものである。燃料製造器１２０の構造は、特に限定されるものではなく、公知の装置を用いることができる。 [7.1.5. Fuel maker]
The fuel producer 120 is for producing hydrocarbons from synthesis gas contained in the cathode offgas (A ′ out ) of the SOEC 102b. The structure of the fuel maker 120 is not particularly limited, and a known device can be used.

［７．１．６． カソードオフガス循環手段］
カソードオフガス循環手段は、第１ＣＯ2分離器１０４のパージ流路から排出される分離ガス（Ｃout）をＳＯＥＣ１０２ｂのカソード流路に戻すための手段である。図８に示す例において、第１ＣＯ2分離器１０４のパージ流路の出口は、第２ＣＯ2分離器１１８を介して、ＳＯＥＣ１０２ｂのカソード流路の入口に接続されている。また、第１ＣＯ2分離器１０４では、Ｈ2Ｏ分離器１１６から排出される水蒸気を用いて、ＣＯ2のパージを行っている。そのため、本実施の形態において、カソードオフガス循環手段は、第１ＣＯ2分離器１０４、第２ＣＯ2分離器１１８、及びＨ2Ｏ分離器１１６、並びに、これらを繋ぐ配管により構成されていてる。 [7.1.6. Cathode off-gas circulation means]
The cathode off-gas circulation means is means for returning the separation gas (C out ) discharged from the purge flow path of the first CO 2 separator 104 to the cathode flow path of the SOEC 102b. In the example shown in FIG. 8, the outlet of the purge flow path of the first CO 2 separator 104 is connected to the inlet of the cathode flow path of the SOEC 102b via the second CO 2 separator 118. In the first CO 2 separator 104, CO 2 is purged using the water vapor discharged from the H 2 O separator 116. Therefore, in this embodiment, cathode off-gas circulation means, first 1 CO 2 separator 104, first 2CO 2 separator 118, and H 2 O separator 116, and it has been configured by a pipe connecting these.

［７．２． 運転方法］
第２ＣＯ2分離器１１８のフィード流路にＣＯ2を含むガスを供給する。これと同時に、蒸発器１１４ｂに水を供給し、水蒸気を発生させる。発生した水蒸気を第２ＣＯ2分離器１１８のパージ流路に流すと、パージ流路からＨ2ＯとＣＯ2の混合ガスが排出される。
Ｈ2ＯとＣＯ2の混合ガスをＳＯＥＣ１０２ｂのカソード流路に供給し、電極間に電力を供給すると、Ｈ2ＯとＣＯ2の共電解が起こる。その結果、ＳＯＥＣ１０２ｂのカソード流路から、Ｈ2とＣＯを含むカソードオフガス（Ａ'out）が排出される。 [7.2. how to drive]
A gas containing CO 2 is supplied to the feed flow path of the second CO 2 separator 118. At the same time, water is supplied to the evaporator 114b to generate water vapor. When flow generated steam purge flow path of the 2CO 2 separator 118, a mixed gas of between H 2 O and CO 2 are discharged from the purge flow path.
When a mixed gas of H 2 O and CO 2 is supplied to the cathode channel of the SOEC 102b and electric power is supplied between the electrodes, co-electrolysis of H 2 O and CO 2 occurs. As a result, the cathode off gas (A ′ out ) containing H 2 and CO is discharged from the cathode flow path of the SOEC 102b.

カソードオフガス（Ａ'out）は、第１ＣＯ2分離器１０４でＣＯ2が除去され、かつ、Ｈ2Ｏ分離器１１６でＨ2Ｏが除去された後、燃料製造器１２０に供給される。燃料製造器１２０では、Ａ'outに含まれるＨ2及びＣＯから炭化水素が合成される。
また、Ｈ2Ｏ分離器１１６で分離されたＨ2Ｏは、蒸発器１１４ａに送られる。蒸発器１１４ａで発生させた水蒸気は、第１ＣＯ2分離器１０４に送られ、ＣＯ2のパージに用いられる。その結果、第１ＣＯ2分離器１０４のパージ流路から、ＣＯ2及びＨ2Ｏを含む混合ガスが排出される。得られた混合ガスは、蒸発器１１４ｂ、及び第２ＣＯ2分離器１１８を通って、ＳＯＥＣ１０ｂのカソード流路に戻される。 The cathode off gas (A ′ out ) is supplied to the fuel producer 120 after CO 2 is removed by the first CO 2 separator 104 and H 2 O is removed by the H 2 O separator 116. In the fuel producer 120, hydrocarbons are synthesized from H 2 and CO contained in A ′ out .
Also, H 2 O, separated with H 2 O separator 116 is sent to the evaporator 114a. Steam generated in the evaporator 114a is sent to the 1 CO 2 separator 104, it is used to purge the CO 2. As a result, the mixed gas containing CO 2 and H 2 O is discharged from the purge flow path of the first CO 2 separator 104. The obtained mixed gas is returned to the cathode flow path of the SOEC 10b through the evaporator 114b and the second CO 2 separator 118.

一方、沸騰冷却バルブ１０、１０…には、液ポンプＰを介して水が供給される。供給された水は、沸騰冷却流路（Ａ）及び沸騰冷却流路（Ｂ）において沸騰水となる。沸騰冷却バルブ１０、１０…から排出された沸騰水は、蒸発器１１４ａ、１１４ｂに送られ、水蒸気となる。得られた水蒸気は、電解用原料及びパージガスとして、第１ＣＯ2分離器１０４、第２ＣＯ2分離器１１８、及びＳＯＥＣ１０２ｂに送られる。 On the other hand, water is supplied to the boiling cooling valves 10, 10. The supplied water becomes boiling water in the boiling cooling channel (A) and the boiling cooling channel (B). The boiling water discharged from the boiling cooling valves 10, 10... Is sent to the evaporators 114a and 114b to become water vapor. The resulting water vapor, as the electrolyte for raw material and the purge gas, the 1 CO 2 separator 104 is sent first 2CO 2 separator 118, and SOEC102b.

［８． Ｒ−ＳＯＣシステム］
［８．１． 構成］
図９に、本発明に係るＲ−ＳＯＣシステムの模式図を示す。図９において、Ｒ−ＳＯＣシステム１００ｄは、
燃料から電力を生成するＳＯＦＣモードと、Ｈ2Ｏ及びＣＯ2から合成ガスを生成させるＳＯＥＣモードとを切替可能なリバーシブルＳＯＣ（Ｒ−ＳＯＣ）１０２ｃと、
Ｒ−ＳＯＣ１０２ｃのオフガス（Ａout又はＡ'out）からＣＯ2を分離する第１ＣＯ2分離器１０４と、
第１ＣＯ2分離器１０４のフィード流路から排出されるオフガス（Ｂout）から水蒸気の全部又は一部を分離するＨ2Ｏ分離器１１６と、
前記Ｂoutに含まれる水蒸気を凝縮させ、凝縮水を得る凝縮器１０６と、
Ｒ−ＳＯＣ１０２ｃがＳＯＥＣモードにある時に、ＣＯ2源から供給されるガスからＣＯ2を分離し、分離されたＣＯ2をＲ−ＳＯＣ１０２ｃに供給する第２ＣＯ2分離器１１８と、
Ｒ−ＳＯＣ１０２ｃがＳＯＥＣモードにある時に、Ｒ−ＳＯＣ１０２ｃに電解用のＨ2Ｏを供給する蒸発器１１４ａ、１１４ｂと、
Ｒ−ＳＯＣ１０２ｃがＳＯＥＣモードにある時に、Ｒ−ＳＯＣ１０２ｃのオフガス（Ａ'out）に含まれる合成ガスから炭化水素を製造し、貯蔵する燃料製造・貯蔵手段と、
Ｒ−ＳＯＣ１０２ｃがＳＯＥＣモードにある時に、第１ＣＯ2分離器１０４のパージ流路から排出される分離ガス（Ｃout）をＲ−ＳＯＣ１０２ｃのカソード流路に戻すカソードオフガス循環手段と、
Ｒ−ＳＯＣ１０２ｃがＳＯＦＣモードにある時に、前記水蒸気の全部又は一部が分離された前記ＢoutをＲ−ＳＯＣ１０２ｃのアノード流路に戻すアノードオフガス循環手段と、
Ｒ−ＳＯＣ１０２ｃがＳＯＦＣモードにある時に、貯蔵された前記炭化水素をＲ−ＳＯＣ１０２ｃに供給する燃料供給手段と
を備えている。 [8. R-SOC system]
[8.1. Constitution]
FIG. 9 shows a schematic diagram of an R-SOC system according to the present invention. In FIG. 9, the R-SOC system 100d
Reversible SOC (R-SOC) 102c capable of switching between an SOFC mode for generating electric power from fuel and an SOEC mode for generating syngas from H 2 O and CO 2 ;
A first CO 2 separator 104 that separates CO 2 from off-gas (A out or A ′ out ) of the R-SOC 102c;
An H 2 O separator 116 that separates all or part of water vapor from off-gas (B out ) discharged from the feed flow path of the first CO 2 separator 104;
A condenser 106 for condensing water vapor contained in the B out to obtain condensed water;
When in the R-SOC102c is SOEC mode, to separate the CO 2 from the gas supplied from the CO 2 source, a first 2CO 2 separator 118 supplies the separated CO 2 to the R-SOC102c,
Evaporators 114a and 114b for supplying H 2 O for electrolysis to the R-SOC 102c when the R-SOC 102c is in the SOEC mode;
Fuel production / storage means for producing and storing hydrocarbons from synthesis gas contained in off-gas (A ′ out ) of R-SOC 102c when R-SOC 102c is in the SOEC mode;
Cathode off-gas circulation means for returning separation gas (C out ) discharged from the purge flow path of the first CO 2 separator 104 to the cathode flow path of the R-SOC 102c when the R-SOC 102c is in the SOEC mode;
An anode off-gas circulating means for returning the B out from which all or part of the water vapor has been separated to the anode flow path of the R-SOC 102c when the R-SOC 102c is in the SOFC mode;
Fuel supply means for supplying the stored hydrocarbons to the R-SOC 102c when the R-SOC 102c is in the SOFC mode.

すなわち、図９に示すＲ−ＳＯＣシステム１００ｄは、図７に示すＳＯＦＣシステム１００ｂと、図８に示すＳＯＥＣシステム１００ｃとを組み合わせたものからなる。
換言すれば、図９に示すＲ−ＳＯＣシステム１００ｄは、図８に示すＳＯＥＣシステム１００ｃに対して、
（ａ）凝縮器１０６、
（ｂ）エジェクタ１１０（アノードオフガス循環手段、燃料供給手段）、並びに、
（ｃ）貯蔵タンク１２２、第１調圧器１２４、及び第２調圧器１２６（燃料製造・貯蔵手段、燃料供給手段）
が付加されたものからなる。 That is, the R-SOC system 100d shown in FIG. 9 is a combination of the SOFC system 100b shown in FIG. 7 and the SOEC system 100c shown in FIG.
In other words, the R-SOC system 100d shown in FIG. 9 is different from the SOEC system 100c shown in FIG.
(A) the condenser 106,
(B) Ejector 110 (anode off gas circulation means, fuel supply means), and
(C) Storage tank 122, first pressure regulator 124, and second pressure regulator 126 (fuel production / storage means, fuel supply means)
Is added.

［８．１．１． Ｒ−ＳＯＣ］
Ｒ−ＳＯＣ１０２ｃは、燃料から電力を生成するＳＯＦＣモードと、Ｈ2Ｏ及びＣＯ2から合成ガスを生成させるＳＯＥＣモードとを切替可能なものからなる。Ｒ−ＳＯＣ１０２ｃは、使用方法が異なる以外は、ＳＯＦＣ又はＳＯＥＣと同一の構造を備えている。 [8.1.1. R-SOC]
The R-SOC 102c can be switched between a SOFC mode for generating electric power from fuel and a SOEC mode for generating synthesis gas from H 2 O and CO 2 . The R-SOC 102c has the same structure as the SOFC or SOEC except that the usage method is different.

［８．１．２． 第１ＣＯ2分離器、第２ＣＯ2分離器］
第１ＣＯ2分離器１０４は、Ｒ−ＳＯＣ１０２ｃのオフガス（ＳＯＦＣモード時はアノードオフガス（Ａout）、ＳＯＥＣモード時はカソードオフガス（Ａ'out））からＣＯ2を分離するためのものである。第２ＣＯ2分離器１１８は、Ｒ−ＳＯＣ１０２ｃがＳＯＥＣモードにある時に、ＣＯ2源から供給されるガスからＣＯ2を分離し、分離されたＣＯ2をＲ−ＳＯＣ１０２ｃに供給するためのものである。 [8.1.2. The 1 CO 2 separator, the 2CO 2 separator]
The first CO 2 separator 104 is for separating CO 2 from the off-gas of the R-SOC 102c (the anode off-gas (A out ) in the SOFC mode and the cathode off-gas (A ′ out ) in the SOEC mode). The second CO 2 separator 118 is for separating CO 2 from the gas supplied from the CO 2 source and supplying the separated CO 2 to the R-SOC 102c when the R-SOC 102c is in the SOEC mode. .

第１ＣＯ2分離器１０４のパージ流路の出口と第２ＣＯ2分離器１１８のパージ流路の入口との間には、第３三方弁Ｖ３３が設けられている。第３三方弁Ｖ３３は、Ｒ−ＳＯＣ１０２ｃがＳＯＦＣモードにある時に、第２ＣＯ2分離器１１８をシステムから切り離すためのものである。
第１ＣＯ2分離器１０４及び第２ＣＯ2分離器１１８に関するその他の点については、図８に示すＳＯＥＣシステム１００ｃと同様であるので、説明を省略する。 Between the inlet of the purge flow path of the 1 CO 2 separator 104 of the purge flow path outlet and the 2CO 2 separator 118, the third three-way valve V33 are provided. The third three-way valve V33 is for disconnecting the second CO 2 separator 118 from the system when the R-SOC 102c is in the SOFC mode.
The other points relating to the 1 CO 2 separator 104 and the 2CO 2 separator 118 is the same as SOEC system 100c shown in FIG. 8, a description thereof will be omitted.

［８．１．３． Ｈ2Ｏ分離器］
Ｈ2Ｏ分離器１１６は、第１ＣＯ2分離器１０４のフィード流路から排出されるオフガス（Ｂout）から水蒸気の全部又は一部を分離するためのものである。Ｈ2Ｏ分離器１１６のフィード流路の出口と燃料製造器１２０の入口との間には、第２三方弁Ｖ３２が設けられている。第２三方弁Ｖ３２は、Ｒ−ＳＯＣ１０２ｃがＳＯＦＣモードにある時に、アノードオフガスをエジェクタ１１０の吸引側に戻すためのものであり、アノードオフガス循環手段の一部を構成する。 [8.1.3. H 2 O separator]
The H 2 O separator 116 is for separating all or part of the water vapor from the off-gas (B out ) discharged from the feed flow path of the first CO 2 separator 104. A second three-way valve V32 is provided between the feed channel outlet of the H 2 O separator 116 and the fuel producer 120 inlet. The second three-way valve V32 is for returning the anode off gas to the suction side of the ejector 110 when the R-SOC 102c is in the SOFC mode, and constitutes a part of the anode off gas circulation means.

また、Ｈ2Ｏ分離器１１６のパージ流路と蒸発器１１４ａとの間には、第２開閉バルブＶ２が設けられている。第２開閉バルブＶ２は、ＳＯＦＣモード時にＨ2Ｏ分離器１１６をシステムから切り離すために用いられる。
Ｈ2Ｏ分離器１１６に関するその他の点については、図８に示すＳＯＥＣシステム１００ｃと同様であるので、説明を省略する。 A second open / close valve V2 is provided between the purge flow path of the H 2 O separator 116 and the evaporator 114a. The second on-off valve V2 is used to disconnect the H 2 O separator 116 from the system during the SOFC mode.
The other points regarding the H 2 O separator 116 are the same as those of the SOEC system 100c shown in FIG.

［８．１．４． 凝縮器］
凝縮器１０６は、Ｒ−ＳＯＣ１０２ｃがＳＯＦＣモードにある時に、Ｂoutに含まれる水蒸気を凝縮させ、凝縮水を得るために用いられる。得られた凝縮水は、第１開閉バルブＶ１及び液ポンプＰ１を介して、第１ＣＯ2分離器１０４の沸騰冷却バルブ１０、１０…に供給される。
すなわち、Ｒ−ＳＯＣシステム１００ｄは、Ｒ−ＳＯＣ１０２ｃがＳＯＦＣモードにある時に、凝縮器１０６で凝縮させた水を第１ＣＯ2分離器１０４（沸騰冷却式ＣＯ2分離器）の沸騰冷却流路（Ａ）及び沸騰冷却流路（Ｂ）にそれぞれ供給する水供給手段（Ａ）を備えている。 [8.1.4. Condenser]
Condenser 106, when the R-SOC102c is in SOFC mode, to condense water vapor contained in B out, used to obtain the condensed water. The obtained condensed water is supplied to the boiling cooling valves 10, 10... Of the first CO 2 separator 104 via the first opening / closing valve V1 and the liquid pump P1.
That, R-SOC system 100d, when the R-SOC102c is in SOFC mode, boiling cooling channels were condensed in the condenser 106 water first 1 CO 2 separator 104 (boiling cooled CO 2 separator) (A ) And a water cooling means (A) for supplying the water to the boiling cooling flow path (B).

また、凝縮器１０６の出口とＨ2Ｏ分離器１１６の出口との間には、流量制御バルブＶcが設けられている。流量制御バルブＶcは、ＳＯＦＣモード時に凝縮器１０６に分配するＢoutの量を制御するために用いられる。
凝縮器１０６に関するその他の点については、図７に示すＳＯＦＣシステム１００ｂと同様であるので、説明を省略する。 A flow rate control valve V c is provided between the outlet of the condenser 106 and the outlet of the H 2 O separator 116. The flow control valve V c is used to control the amount of B out distributed to the condenser 106 in the SOFC mode.
Since the other points regarding the condenser 106 are the same as those of the SOFC system 100b shown in FIG.

［８．１．５． 蒸発器］
蒸発器１１４ａ、１１４ｂは、液ポンプＰ２を介して水供給源（図示せず）から供給される水を蒸発させ、ＳＯＥＣ１０２ｂに電解用のＨ2Ｏを供給するためのものである。
また、Ｒ−ＳＯＣシステム１００ｄは、電解用のＨ2Ｏを沸騰冷却流路（Ａ）及び沸騰冷却流路（Ｂ）にそれぞれ供給する水供給手段（Ｂ）を備えている。すなわち、Ｒ−ＳＯＣシステム１００ｄにおいて、水は、直接、蒸発器１１４ａ、１１４ｂには供給されず、第１ＣＯ2分離器１０４、第２ＣＯ2分離器１１８（沸騰冷却式ＣＯ2分離器）の沸騰冷却流路（Ａ）及び沸騰冷却流路（Ｂ）にそれぞれ供給される。蒸発器１１４ａ、１１４ｂには、沸騰冷却流路（Ａ）及び沸騰冷却流路（Ｂ）から排出される沸騰水が供給される。
蒸発器１１４ａ、１１４ｂに関するその他の点については、図８に示すＳＯＥＣシステム１００ｃと同様であるので、説明を省略する。 [8.1.5. Evaporator]
The evaporators 114a and 114b are for evaporating water supplied from a water supply source (not shown) via the liquid pump P2 and supplying H 2 O for electrolysis to the SOEC 102b.
The R-SOC system 100d also includes water supply means (B) for supplying H 2 O for electrolysis to the boiling cooling channel (A) and the boiling cooling channel (B), respectively. That is, in the R-SOC system 100d, water is not supplied directly to the evaporators 114a and 114b, and the first CO 2 separator 104 and the second CO 2 separator 118 (boiling cooled CO 2 separator) are boiled and cooled. It supplies to a flow path (A) and a boiling cooling flow path (B), respectively. Boiling water discharged from the boiling cooling channel (A) and the boiling cooling channel (B) is supplied to the evaporators 114a and 114b.
Since the other points regarding the evaporators 114a and 114b are the same as those of the SOEC system 100c shown in FIG.

［８．１．６． 貯蔵タンク、第１調圧器、第２調圧器］
貯蔵タンク１１２は、燃料製造器１２０で製造された炭化水素を貯蔵するためのものである。第１調圧器１２４は、燃料製造器１２０から排出されたガスを減圧又は昇圧するためのものである。また、第２調圧器１２６は、貯蔵タンク１１２から排出されたガスを昇圧又は減圧するためのものである。第１調圧器１２４と貯蔵タンク１２２の間には、第５開閉バルブＶ５が設けられている。また、第２調圧器１２６とエジェクタ１１０との間には、第４開閉バルブＶ４が設けられている。 [8.1.6. Storage tank, first pressure regulator, second pressure regulator]
The storage tank 112 is for storing hydrocarbons produced by the fuel producer 120. The first pressure regulator 124 is for reducing or increasing the pressure of the gas discharged from the fuel producer 120. The second pressure regulator 126 is for increasing or decreasing the pressure of the gas discharged from the storage tank 112. A fifth open / close valve V <b> 5 is provided between the first pressure regulator 124 and the storage tank 122. A fourth open / close valve V4 is provided between the second pressure regulator 126 and the ejector 110.

［８．１．７． エジェクタ］
エジェクタ１１０は、Ｒ−ＳＯＣシステム１００ｄがＳＯＦＣモードにある時に、Ｒ−ＳＯＣ１００ｃに燃料を供給し、かつ、アノードオフガスを循環させるためのものである。エジェクタ１１０の出口は、第１三方弁Ｖ３１を介してＲ−ＳＯＣ１０２ｃのアノード流路に接続されている。また、第１三方弁Ｖ３１の残りの入口は、第２ＣＯ2分離器１１８のパージ流路の出口に接続されている。 [8.1.7. Ejector]
The ejector 110 is for supplying fuel to the R-SOC 100c and circulating the anode off-gas when the R-SOC system 100d is in the SOFC mode. The outlet of the ejector 110 is connected to the anode flow path of the R-SOC 102c via the first three-way valve V31. The remaining inlet of the first three-way valve V31 is connected to the outlet of the purge flow path of the second CO 2 separator 118.

第１三方弁Ｖ３１は、
（ａ）Ｒ−ＳＯＣシステム１００ｄがＳＯＥＣモードにある時に、エジェクタ１１０をシステムから切り離すため、及び、
（ｂ）Ｒ−ＳＯＣシステム１００ｄがＳＯＦＣモードにある時に、第２ＣＯ2分離器１１８をシステムから切り離すため
に用いられる。 The first three-way valve V31 is
(A) to disconnect the ejector 110 from the system when the R-SOC system 100d is in the SOEC mode; and
(B) Used to disconnect the second CO 2 separator 118 from the system when the R-SOC system 100d is in the SOFC mode.

［８．２． 運転方法］
［８．２．１． ＳＯＦＣモード］
ＳＯＦＣモードで運転する場合、第１三方弁Ｖ３１を介して、Ｒ−ＳＯＣ１０２ｃとエジェクタ１１０とを接続する。また、第２開閉バルブＶ２を閉とし、Ｈ2Ｏ分離器１１６をシステムから切り離す。また、第２三方弁Ｖ３２をエジェクタ１１０側に切り替えて、燃料製造器１２０をシステムから切り離す。さらに、第３三方弁を大気側に切り替えて、第２ＣＯ2分離器１１８をシステムから切り離す。この状態で、貯蔵タンク１１２からＲ−ＳＯＣ１０２ｃに燃料を供給する。以下、図７に示すＳＯＦＣシステム１００ｂと同様にして、発電を行う。 [8.2. how to drive]
[8.2.1. SOFC mode]
When operating in the SOFC mode, the R-SOC 102c and the ejector 110 are connected via the first three-way valve V31. Further, the second opening / closing valve V2 is closed, and the H 2 O separator 116 is disconnected from the system. Further, the second three-way valve V32 is switched to the ejector 110 side to disconnect the fuel producer 120 from the system. Further, the third three-way valve is switched to the atmosphere side to disconnect the second CO 2 separator 118 from the system. In this state, fuel is supplied from the storage tank 112 to the R-SOC 102c. Thereafter, power generation is performed in the same manner as the SOFC system 100b shown in FIG.

［８．２．２． ＳＯＥＣモード］
ＳＯＥＣモードで運転する場合、第１三方弁Ｖ３１を介して、Ｒ−ＳＯＣ１０２ｃと第２ＣＯ2分離器１１８とを接続する。また、第２開閉バルブＶ２を開とし、Ｈ2Ｏ分離器１１６をシステムに接続する。また、第２三方弁Ｖ３２を燃料製造器１２０側に切り替える。さらに、第３三方弁Ｖ３３を介して第１ＣＯ2分離器１０４と第２ＣＯ2分離器１１８とを接続する。以下、図８に示すＳＯＥＣシステム１００ｃと同様にして、Ｈ2ＯとＣＯ2の共電解を行う。また、燃料製造器１２０において合成ガスから炭化水素を合成し、得られた炭化水素を貯蔵タンク１２２に貯蔵する。 [8.2.2. SOEC mode]
When operating in the SOEC mode, the R-SOC 102c and the second CO 2 separator 118 are connected via the first three-way valve V31. Further, the second on-off valve V2 is opened, and the H 2 O separator 116 is connected to the system. The second three-way valve V32 is switched to the fuel producer 120 side. Furthermore, connected to the first 1 CO 2 separator 104 via a third three-way valve V33 and a second 2CO 2 separator 118. Thereafter, co-electrolysis of H 2 O and CO 2 is performed in the same manner as in the SOEC system 100c shown in FIG. Further, the fuel maker 120 synthesizes hydrocarbons from the synthesis gas, and stores the obtained hydrocarbons in the storage tank 122.

［９． 作用］
［９．１． 沸騰冷却式ＣＯ2分離器］
［９．１．１． 反応流路層と媒体流路層との間の熱交換］
アノードオフガス循環式ＳＯＦＣシステムでは、循環ガス中の生成物（ＣＯ2、Ｈ2Ｏ）の濃度が増大すると、濃度分極の増加により発電起電力が低下する。このため、循環ガス中の反応生成物の除去が必要となる。一方、ガス循環は、可燃成分の有効利用の他、オフガスの顕熱を再利用することができる。その結果、系外への放熱量が低減され、発電効率を向上させることが可能となる。そのためには、循環ガス中のＣＯ2を高温で除去することが必要不可欠となる。 [9. Action]
[9.1. Boiling-cooled CO 2 separator]
[9.1.1. Heat exchange between reaction channel layer and medium channel layer]
In the anode off-gas circulation SOFC system, when the concentration of the product (CO 2 , H 2 O) in the circulation gas increases, the generated electromotive force decreases due to an increase in concentration polarization. For this reason, it is necessary to remove reaction products in the circulating gas. On the other hand, the gas circulation can reuse the sensible heat of off-gas in addition to effective use of combustible components. As a result, the amount of heat released to the outside of the system is reduced, and the power generation efficiency can be improved. For that purpose, it is indispensable to remove CO 2 in the circulating gas at a high temperature.

ＣＯ2吸収／放出反応を利用したＣＯ2ガス分離では、２台の分離器をバッチ方式で切り替えることにより、連続的なガス分離が可能となる。ＣＯ2放出／吸収反応を独立に作動させるためには、カソードオフガスとの熱交換／反応流路へのアノードオフガスの供給を切り替え可能な合計８個の高温耐熱バルブが必要となる。ＳＯＦＣ／ＳＯＥＣの作動温度は高温（７００〜８００℃）であるため、金属やセラミックスを原料としたガスシールが必要となる。 In the CO 2 gas separation using the CO 2 absorption / release reaction, continuous gas separation can be performed by switching two separators in a batch system. In order to operate the CO 2 release / absorption reaction independently, a total of eight high temperature heat resistant valves capable of switching the heat exchange with the cathode off gas / the supply of the anode off gas to the reaction flow path are required. Since the operating temperature of SOFC / SOEC is high (700 to 800 ° C.), a gas seal using metal or ceramic as a raw material is required.

しかし、従来の高温耐熱バルブは、低・中温用バルブと比較してコストが高く、長期連続使用時における耐久性にも問題がある。また、不完全なガスシールでは、循環ガス中の燃料ガス濃度の低下／系外への放出によりシステム効率が低下するため、連続的な気密シールが要求される。シールの気密性を確保するためには、シール部における高い圧力が必要で、駆動のための高圧空気・電気エネルギーが必要となる。   However, the conventional high-temperature heat-resistant valve is more expensive than the low / medium temperature valve and has a problem in durability during long-term continuous use. Further, incomplete gas seals require continuous airtight seals because the system efficiency is reduced due to a decrease in the concentration of fuel gas in the circulating gas / release to the outside of the system. In order to ensure the hermeticity of the seal, a high pressure in the seal portion is required, and high-pressure air / electric energy for driving is required.

これに対し、図４に示す沸騰冷却式ＣＯ2分離器８０は、ハウジング部２０内にバルブ部４０が摺動可能に収容された沸騰冷却式バルブ（第１切替バルブ８６ａ、８６ｂ、第２切替バルブ８８ａ、８８ｂ）を備えている。これらの沸騰冷却式バルブは、電気エネルギー、空気圧力エネルギーなどを用いてバルブを開閉することができる。 On the other hand, the boiling cooling type CO 2 separator 80 shown in FIG. 4 is a boiling cooling type valve (first switching valves 86a and 86b, second switching valves) in which the valve unit 40 is slidably accommodated in the housing unit 20. Valves 88a and 88b) are provided. These boiling cooling valves can be opened and closed using electrical energy, air pressure energy, and the like.

ＣＯ2吸収時では、媒体流路層８４側（第２切替バルブ８８ａ、８８ｂ側）においてバルブ部４０が下方向に移動し、第２室２４と第３室２６が接続される。その結果、媒体流路層８４に、カソードＩｎガス（カソード用空気）を流すことが可能となる。
一方、反応流路層８２側（第１切替バルブ８６ａ、８６ｂ側）では、バルブ部４０が下方向に移動し、第２室２４と第３室２６が接続される。その結果、反応流路層８２には、アノードオフガスを流すことが可能となる。また、ＣＯ2吸収反応により温度が上昇した反応流路層８２をカソードＩｎガスにより冷却することができる。 At the time of CO 2 absorption, the valve section 40 moves downward on the medium flow path layer 84 side (second switching valves 88a and 88b side), and the second chamber 24 and the third chamber 26 are connected. As a result, the cathode In gas (cathode air) can flow through the medium flow path layer 84.
On the other hand, on the reaction channel layer 82 side (first switching valves 86a and 86b side), the valve unit 40 moves downward, and the second chamber 24 and the third chamber 26 are connected. As a result, the anode off gas can flow through the reaction channel layer 82. In addition, the reaction channel layer 82 whose temperature has been increased by the CO 2 absorption reaction can be cooled by the cathode In gas.

ＣＯ2放出時では、媒体流路層８４側（第２切替バルブ８８ａ、８８ｂ側）においてバルブ部４０が上方向に移動し、第１室２２と第３室２６が接続される。その結果、媒体流路層８４にカソードオフガスを流すことができる。
一方、反応流路層８２側（第１切替バルブ８６ａ、８６ｂ側）では、バルブ部が上方向に移動し、第１室２２と第３室２６が接続される。その結果、反応流路層８２にパージガスを流すことができる。また、媒体流路層８４に供給されるカソードオフガスを熱源として、ＣＯ2放出反応が進行する。 At the time of CO 2 release, the valve unit 40 moves upward on the medium flow path layer 84 side (second switching valves 88a and 88b side), and the first chamber 22 and the third chamber 26 are connected. As a result, the cathode off gas can flow through the medium flow path layer 84.
On the other hand, on the reaction channel layer 82 side (first switching valves 86a and 86b side), the valve portion moves upward, and the first chamber 22 and the third chamber 26 are connected. As a result, the purge gas can flow through the reaction channel layer 82. Further, the CO 2 releasing reaction proceeds using the cathode off gas supplied to the medium flow path layer 84 as a heat source.

［９．１．２． ２重管式流路構造］
沸騰冷却式バルブ１０のシャフト４２が２重管式流路構造であり、かつ、内管と外管との間に緻密なセラミックスからなる断熱材が挿入されている場合において、内管に冷却水を流し、外管に沸騰冷却後の沸騰水（沸点温度）を流すと、内管と外管の温度差を小さくすることができる。これにより、冷却水への入熱量が抑制され、冷却水が沸騰冷却流路へ到達するまでのクオリティ（＝気化分の蒸発潜熱[Ｗ]／供給水全量の蒸発潜熱出力[Ｗ]）の増加を抑制することができる。 [9.1.2. Double pipe channel structure]
When the shaft 42 of the boiling cooling type valve 10 has a double-pipe type flow path structure and a heat insulating material made of dense ceramics is inserted between the inner pipe and the outer pipe, the cooling water is supplied to the inner pipe. When boiling water (boiling point temperature) after boiling cooling is passed through the outer pipe, the temperature difference between the inner pipe and the outer pipe can be reduced. As a result, the amount of heat input to the cooling water is suppressed, and the quality until the cooling water reaches the boiling cooling flow path (= evaporation latent heat [W] for vaporization / evaporation latent heat output [W] of the total amount of supplied water) is increased. Can be suppressed.

［９．１．３． シール部材、及び沸騰冷却流路］
本発明に係る沸騰冷却式バルブ１０において、気密性の高いガスシールを得るために、バルブ部４０とハウジング部２０のシール面の間に高温耐熱性のシール部材５２、５４（例えば、ＰＥＥＫ材等、耐熱温度３８０℃）が挿入されている。また、シール面の近傍には沸騰冷却流路が設けられ、沸騰冷却流路内に冷却水を流せるようになっている。そのため、シール面とシール部材５２、５４との間の温度差を小さくすることができる。 [9.1.3. Seal member and boiling cooling channel]
In the boiling cooling type valve 10 according to the present invention, in order to obtain a gas seal with high airtightness, high temperature and heat resistant seal members 52 and 54 (for example, PEEK material or the like) are provided between the valve portion 40 and the seal surface of the housing portion 20. , Heat resistant temperature of 380 ° C.). In addition, a boiling cooling channel is provided in the vicinity of the seal surface so that cooling water can flow in the boiling cooling channel. Therefore, the temperature difference between the sealing surface and the sealing members 52 and 54 can be reduced.

特に、熱伝達率の高い対流核沸騰熱伝達（１．０×１０5Ｗ／ｍ2／Ｋ）による冷却効果により、沸騰水の温度を供給水の圧力における沸点温度に制御することができる。また、ハウジング部２０及びバルブ部４０のシール面近傍の材料がステンレス鋼（熱伝導率１７Ｗ／ｍ／Ｋ）などの金属からなる場合、シール部材５２、５４と沸騰冷却流路との間の温度差が小さい場合であっても、熱輸送が可能となる。また、沸騰冷却流路に供給する冷却水の圧力を制御すると、沸騰水の沸点温度、及びシール部材５２、５４の温度を制御することができる。 In particular, the temperature of the boiling water can be controlled to the boiling point temperature of the feed water by the cooling effect by convective nucleate boiling heat transfer (1.0 × 10 5 W / m 2 / K) having a high heat transfer coefficient. Further, when the material in the vicinity of the seal surface of the housing part 20 and the valve part 40 is made of a metal such as stainless steel (thermal conductivity 17 W / m / K), the temperature between the seal members 52 and 54 and the boiling cooling flow path. Even if the difference is small, heat transport is possible. Moreover, if the pressure of the cooling water supplied to the boiling cooling flow path is controlled, the boiling temperature of the boiling water and the temperatures of the seal members 52 and 54 can be controlled.

バルブ部４０のシャフト４２及びハウジング部２０からの熱伝導、並びに、高温ガス（７００℃）からの熱伝導による入熱と、沸騰冷却流路（沸点温度）への放熱との熱バランスにより、シール面の温度をシール部材５２、５４の耐熱温度以下に制御することができる。その結果、バルブ４４、４６のシール性と耐久性の確保を両立させることができる。
バルブ簡易モデルによる沸騰冷却解析（ＦＥＭ解析）により、バルブ４４、４６側のシール面の温度を６９９．５℃から２７５℃（ＰＥＥＫ製シール部材内部の最大温度）まで低減できることが分かった。一方、ハウジング部２０のシール面の温度は、沸騰冷却効果により１１７．６℃まで低下することがわかった。これにより、バルブ閉時におけるシール部材５２、５４の高温接触を回避し、開閉サイクルの耐久性を向上することができる。 Sealing is achieved by the heat balance between the heat conduction from the shaft 42 and the housing part 20 of the valve part 40 and the heat input from the high-temperature gas (700 ° C.) and the heat radiation to the boiling cooling channel (boiling point temperature). The surface temperature can be controlled below the heat resistance temperature of the seal members 52 and 54. As a result, both the sealing performance and durability of the valves 44 and 46 can be ensured.
It was found by boiling cooling analysis (FEM analysis) using a simple valve model that the temperature of the seal surfaces on the side of the valves 44 and 46 can be reduced from 699.5 ° C. to 275 ° C. (maximum temperature inside the PEEK seal member). On the other hand, it has been found that the temperature of the sealing surface of the housing part 20 decreases to 117.6 ° C. due to the boiling cooling effect. Thereby, the high temperature contact of the sealing members 52 and 54 when the valve is closed can be avoided, and the durability of the open / close cycle can be improved.

［９．２． 沸騰冷却式蒸気駆動バルブ］
図３に示す沸騰冷却式バルブ１０ｂは、ハウジング部２０の上部に蒸気バッファタンク６２が設けられ、蒸気バッファタンク６２内にはピストン６４が挿入され、ピストン６４とバルブ部４０のシャフト４２とが連結されている。さらに、ピストン６４の上面及び下面は、それぞれ、沸騰冷却流路の出口に連結している。このような構成を備えた沸騰冷却式バルブ１０ｂにおいて、沸騰冷却流路から排出される沸騰水をピストン６４の上面又は下面に排出すると、沸騰水に含まれる水蒸気の圧力によりバルブ４４、４６を開閉することができる。 [9.2. Boiling cooled steam driven valve]
The boiling cooling type valve 10b shown in FIG. 3 is provided with a vapor buffer tank 62 in the upper part of the housing part 20, a piston 64 is inserted into the vapor buffer tank 62, and the piston 64 and the shaft 42 of the valve part 40 are connected. Has been. Furthermore, the upper surface and the lower surface of the piston 64 are respectively connected to the outlet of the boiling cooling channel. In the boiling cooling type valve 10b having such a configuration, when the boiling water discharged from the boiling cooling channel is discharged to the upper surface or the lower surface of the piston 64, the valves 44 and 46 are opened and closed by the pressure of water vapor contained in the boiling water. can do.

このような沸騰冷却式バルブ１０ｂを備えた沸騰冷却式ＣＯ2分離器８０’（図３、図５）において、ＣＯ2吸収時では、媒体流路層８４側（第２切替バルブ８８ｃ、８８ｄ側）において蒸気バッファタンク６２のＡ室と沸騰冷却流路の出口が接続される（Ｖ１／Ｖ２を閉／開、Ｖ３／Ｖ４を開／閉）。その結果、ガスシールに要求される圧力相当の蒸気圧力がＡ室に印加される。これにより、ハウジング部２０の第２室２４と第３室２６が接続され、媒体流路層８４にカソードＩｎガスを流すことができる。 In the boiling cooling type CO 2 separator 80 ′ (FIGS. 3 and 5) provided with such a boiling cooling type valve 10b, the medium flow path layer 84 side (second switching valves 88c and 88d side) during CO 2 absorption. ), The A chamber of the vapor buffer tank 62 is connected to the outlet of the boiling cooling flow path (V1 / V2 is closed / opened, V3 / V4 is opened / closed). As a result, a vapor pressure corresponding to the pressure required for the gas seal is applied to the A chamber. As a result, the second chamber 24 and the third chamber 26 of the housing portion 20 are connected, and the cathode In gas can flow through the medium flow path layer 84.

一方、反応流路層８２側（第１切替バルブ８６ｃ、８６ｄ側）においては、蒸気バッファタンク６２のＡ室と沸騰冷却流路の出口が接続される（Ｖ１／Ｖ２を閉／開、Ｖ３／Ｖ４を開／閉）。その結果、ガスシールに要求される圧力相当の蒸気圧力がＡ室に印加される。これにより、ハウジング部２０の第２室２４と第３室２６が接続され、反応流路層８２にアノードオフガスを流すことができる。また、ＣＯ2吸収反応により温度が上昇した反応流路層８２をカソードＩｎガスにより冷却することができる。 On the other hand, on the reaction channel layer 82 side (first switching valves 86c, 86d side), the A chamber of the vapor buffer tank 62 and the outlet of the boiling cooling channel are connected (V1 / V2 is closed / open, V3 / V4 open / close). As a result, a vapor pressure corresponding to the pressure required for the gas seal is applied to the A chamber. As a result, the second chamber 24 and the third chamber 26 of the housing portion 20 are connected, and the anode off gas can flow through the reaction flow path layer 82. In addition, the reaction channel layer 82 whose temperature has been increased by the CO 2 absorption reaction can be cooled by the cathode In gas.

ＣＯ2放出時では、媒体流路層８４側（第２切替バルブ８８ｃ、８８ｄ側）において蒸気バッファタンク６２のＢ室と沸騰冷却流路の出口が接続される（Ｖ１／Ｖ２を開／閉、Ｖ３／Ｖ４を閉／開）。その結果、ガスシールに要求される圧力相当の蒸気圧力がＢ室に印加される。これにより、第１室２２と第３室２６が接続され、媒体流路層８４にカソードオフガスを流すことができる。 At the time of CO 2 release, the chamber B of the vapor buffer tank 62 and the outlet of the boiling cooling channel are connected on the medium channel layer 84 side (second switching valves 88c and 88d side) (V1 / V2 is opened / closed, V3 / V4 closed / open). As a result, a vapor pressure corresponding to the pressure required for the gas seal is applied to the B chamber. As a result, the first chamber 22 and the third chamber 26 are connected, and the cathode off gas can flow through the medium flow path layer 84.

一方、反応流路層８２側（第１切替バルブ８６ｃ、８６ｄ側）においては、蒸気バッファタンク６２のＢ室と沸騰冷却流路の出口が接続される（Ｖ１／Ｖ２を開／閉、Ｖ３／Ｖ４を閉／開）。その結果、ガスシールに要求される圧力相当の蒸気圧力がＢ室に印加される。これにより、第１室２２と第３室２６が接続され、反応流路層８２にパージガスを流すことができる。また、媒体流路層８４に供給されるカソードオフガスを熱源として、ＣＯ2放出反応が進行する。 On the other hand, on the reaction channel layer 82 side (first switching valves 86c, 86d side), the B chamber of the vapor buffer tank 62 and the outlet of the boiling cooling channel are connected (V1 / V2 is opened / closed, V3 / V4 closed / open). As a result, a vapor pressure corresponding to the pressure required for the gas seal is applied to the B chamber. Thereby, the first chamber 22 and the third chamber 26 are connected, and the purge gas can flow through the reaction flow path layer 82. Further, the CO 2 releasing reaction proceeds using the cathode off gas supplied to the medium flow path layer 84 as a heat source.

沸騰冷却流路に供給する冷却水の圧力を制御すると、沸騰水の沸点温度、及びシール部材５２、５４の温度を制御することができる。
また、バルブ部４０のシャフト４２及びハウジング部２０からの熱伝導、並びに、高温ガス（７００℃）からの熱伝導による入熱と、沸騰冷却流路（沸点温度）への放熱との熱バランスにより、シール面の温度をシール部材５２、５４の耐熱温度以下に制御することができる。その結果、バルブ４４、４６のシール性と耐久性の確保を両立させることができる。 When the pressure of the cooling water supplied to the boiling cooling flow path is controlled, the boiling temperature of the boiling water and the temperature of the seal members 52 and 54 can be controlled.
Further, due to the heat balance between the heat conduction from the shaft 42 and the housing part 20 of the valve part 40 and the heat conduction from the high temperature gas (700 ° C.) and the heat radiation to the boiling cooling channel (boiling point temperature). The temperature of the sealing surface can be controlled below the heat resistance temperature of the sealing members 52 and 54. As a result, both the sealing performance and durability of the valves 44 and 46 can be ensured.

［９．３． 断熱部］
図２に示すように、バルブ部４０の傘部４８及びハウジング部２０の受部３２を金属製とし、これに隣接してセラミックス製の断熱部５０、３４を設けると、熱伝導による容器からシール面への入熱を抑制することができる。金属製の傘部４８及び受部３２と断熱部５０、３４との間は、バルブ閉時において高い気密性が必要となる。セラミックス製の断熱部５０、３４の表面を緻密な金属膜によりメタライズ処理し、ろう材（Ｎｉ系ろう材、又はＡｇ系ろう材）又は拡散接合により高い気密シールを行うことで、バルブ部４０及びハウジング部２０からの入熱と、バルブ４４、４６のシール面よりも上流からのガスの流入を遮断することが可能となる。 [9.3. Heat insulation part]
As shown in FIG. 2, when the umbrella portion 48 of the valve portion 40 and the receiving portion 32 of the housing portion 20 are made of metal and adjacent to the ceramic heat insulating portions 50 and 34, sealing is performed from the container by heat conduction. Heat input to the surface can be suppressed. A high airtightness is required between the metallic umbrella portion 48 and the receiving portion 32 and the heat insulating portions 50 and 34 when the valve is closed. The surfaces of the ceramic heat insulating portions 50 and 34 are metallized with a dense metal film, and a high airtight seal is achieved by brazing (Ni-based brazing material or Ag-based brazing material) or diffusion bonding. It is possible to block heat input from the housing portion 20 and inflow of gas from upstream of the sealing surfaces of the valves 44 and 46.

高温ガスからバルブ部４０及びハウジング部２０のシール面への入熱量と、沸騰冷却熱伝達による放熱量との熱バランスにより、シール面をより効果的に低温に維持することができる。その結果、シール部材５２、５４の温度制御性と長期耐久性を確保することができる。
さらに、金属製の部材及びセラミックス製の部材に、線膨張係数の近い材料（金属：コバール（５．０×１０-6／Ｋ）、セラミックス：マグネシア（４．７×１０-6／Ｋ））を用いると、界面における熱膨張による変位差が抑制される。その結果、変位差に起因して発生するせん断応力が抑制され、ろう付け部のガスシール耐久性を確保することが可能となる。また、バルブ部４０及びハウジング部２０の断熱効果により、シャフト４２やハウジング部２０からの入熱量が抑制され、シール面近傍の沸騰冷却による低温領域を拡大することができる。 Due to the heat balance between the amount of heat input from the high-temperature gas to the sealing surfaces of the valve unit 40 and the housing unit 20 and the amount of heat released by the boiling cooling heat transfer, the sealing surface can be more effectively maintained at a low temperature. As a result, the temperature controllability and long-term durability of the seal members 52 and 54 can be ensured.
Furthermore, a material having a linear expansion coefficient close to that of a metal member or a ceramic member (metal: Kovar (5.0 × 10 −6 / K), ceramics: magnesia (4.7 × 10 −6 / K)) Is used, the displacement difference due to thermal expansion at the interface is suppressed. As a result, the shear stress generated due to the displacement difference is suppressed, and the gas seal durability of the brazed portion can be ensured. Moreover, the heat insulation effect of the valve part 40 and the housing part 20 suppresses the amount of heat input from the shaft 42 and the housing part 20, and the low temperature region due to boiling cooling near the seal surface can be expanded.

［９．４． 凝縮水を用いた沸騰冷却］
アノードオフガス循環式ＳＯＦＣシステムでは、凝縮器により循環ガスから不要な水分を凝縮分離することにより、循環ガス中の水分量は改質に必要な水分量（Steam/Carbon比＝２〜３）に維持される。分離除去された液水は、液ポンプ・調圧弁により圧力・流量が制御され、冷却水として沸騰冷却流路に供給される。これにより、沸騰冷却温度を沸点温度に制御し、シール部材５２、５４の温度を耐熱温度以下に制御することができる。また、蒸気駆動バルブにおいては、シール圧力に必要な蒸気圧を確保することが可能となる。 [9.4. Boiling cooling using condensed water]
In the anode off-gas circulation SOFC system, the moisture content in the circulation gas is maintained at the moisture content necessary for reforming (Steam / Carbon ratio = 2-3) by condensing and separating unnecessary moisture from the circulation gas using a condenser. Is done. The separated and removed liquid water is controlled in pressure and flow rate by a liquid pump and a pressure regulating valve, and is supplied to the boiling cooling flow path as cooling water. Thereby, the boiling cooling temperature can be controlled to the boiling point temperature, and the temperature of the seal members 52 and 54 can be controlled to the heat resistant temperature or lower. Further, in the steam drive valve, it is possible to ensure the steam pressure necessary for the seal pressure.

［９．５． ＳＯＥＣシステム］
カソードオフガス循環式ＳＯＥＣシステムでは、循環ガス中の生成物（ＣＯ、Ｈ2）の濃度が増大すると、濃度分極の増加によりＳＯＥＣ電解電圧が増大する。このため、循環ガス中の反応生成物の除去が必要となる。一方、ガス循環は、原料成分の有効利用の他、オフガスの顕熱を再利用することができる。その結果、系外への放熱量が低減され、電解効率を向上させることが可能となる。そのためには、循環ガス中のＣＯ2を高温で分離することが必要不可欠となる。 [9.5. SOEC system]
In the cathode off-gas circulation type SOEC system, when the concentration of the product (CO, H 2 ) in the circulation gas increases, the SOEC electrolysis voltage increases due to an increase in concentration polarization. For this reason, it is necessary to remove reaction products in the circulating gas. On the other hand, the gas circulation can reuse the sensible heat of off-gas in addition to the effective use of raw material components. As a result, the amount of heat released to the outside of the system is reduced, and the electrolytic efficiency can be improved. For that purpose, it is indispensable to separate CO 2 in the circulating gas at a high temperature.

ＣＯ2吸収／放出反応を利用したＣＯ2ガス分離では、２台の分離器をバッチ方式で切り替えることにより、連続的なガス分離が可能となる。ＣＯ2放出／吸収反応を独立に作動させるためには、カソードオフガスとの熱交換／反応流路へのアノードオフガス／水蒸気の供給を切り替え可能な合計１６個の高温耐熱バルブが必要となる。ＳＯＦＣ／ＳＯＥＣの作動温度は高温（７００〜８００℃）であるため、金属やセラミックスを原料としたガスシールが必要となる。 In the CO 2 gas separation using the CO 2 absorption / release reaction, continuous gas separation can be performed by switching two separators in a batch system. In order to operate the CO 2 release / absorption reaction independently, a total of 16 high temperature heat resistant valves capable of switching the heat exchange with the cathode off gas / the supply of the anode off gas / water vapor to the reaction flow path are required. Since the operating temperature of SOFC / SOEC is high (700 to 800 ° C.), a gas seal using metal or ceramic as a raw material is required.

しかし、従来の高温耐熱バルブは、低・中温用バルブと比較してコストが高く、長期連続使用時における耐久性にも問題がある。また、不完全なガスシールでは、循環ガス中の原料ガス濃度の低下／系外への放出によりシステム効率が低下するため、連続的な気密シールが要求される。シールの気密性を確保するためには、シール部における高い圧力が必要で、駆動のための高圧空気・電気エネルギーが必要となる。   However, the conventional high-temperature heat-resistant valve is more expensive than the low / medium temperature valve and has a problem in durability during long-term continuous use. Further, incomplete gas seals require continuous airtight seals because the system efficiency decreases due to a decrease in the concentration of the raw material gas in the circulating gas / release to the outside of the system. In order to ensure the hermeticity of the seal, a high pressure in the seal portion is required, and high-pressure air / electric energy for driving is required.

図８に示すカソードオフガス循環式ＳＯＥＣシステム１００ｃでは、電解反応後の生成物（ＣＯ、Ｈ2）は、第１ＣＯ2分離器１０４及びＨ2Ｏ分離器１１６で未反応原料（ＣＯ2、Ｈ2Ｏ）が除去された後、燃料ガスとして貯蔵・利用される。Ｈ2Ｏ分離器１１６により分離されたＨ2Ｏは、蒸発器１１４ａの出口に接続された配管を流れ、蒸発器１１４ａにより生成された水蒸気と合流する。
一方、電解用の原料であるＨ2Ｏは、まず第１ＣＯ2分離器１０４の沸騰冷却流路に送られ、沸騰冷却水として利用される。また、沸騰冷却流路から排出された沸騰水は、蒸発器１１４ａに送られる。そのため、シール部材５２、５４の温度を耐熱温度以下に制御するだけでなく、電解用の水の蒸発潜熱を沸騰冷却流路から得ることができる。 In the cathode off-gas circulation type SOEC system 100c shown in FIG. 8, the products (CO, H 2 ) after the electrolytic reaction are unreacted raw materials (CO 2 , H 2 ) in the first CO 2 separator 104 and the H 2 O separator 116. After O) is removed, it is stored and used as fuel gas. H 2 O, separated by H 2 O separator 116 flows through the pipe connected to the outlet of the evaporator 114a, merges with steam generated by the evaporator 114a.
On the other hand, H 2 O, which is a raw material for electrolysis, is first sent to the boiling cooling flow path of the first CO 2 separator 104 and used as boiling cooling water. Moreover, the boiling water discharged | emitted from the boiling cooling flow path is sent to the evaporator 114a. Therefore, not only the temperature of the seal members 52 and 54 can be controlled to be equal to or lower than the heat resistant temperature, but also the latent heat of evaporation of electrolyzed water can be obtained from the boiling cooling channel.

［９．６． Ｒ−ＳＯＣシステム］
図９に示すＲ−ＳＯＣシステム１００ｄをＳＯＦＣモードで運転する場合、第１開閉バルブＶ１を開き、液ポンプＰ１を稼働させる。第２開閉バルブＶ２を閉じ、Ｈ2Ｏ分離器１１６はバイパス（Ｈ2Ｏ分離なし）とする。第１三方弁Ｖ３１及び第２三方弁Ｖ３２をエジェクタ１１０側に切り替え、第３三方弁Ｖ３３を排気側に切り替える。また、第４開閉バルブＶ４を開き、第５開閉バルブＶ５を閉じて、燃料をＲ−ＳＯＣ１０２ｃに供給する。 [9.6. R-SOC system]
When the R-SOC system 100d shown in FIG. 9 is operated in the SOFC mode, the first on-off valve V1 is opened and the liquid pump P1 is operated. The second on-off valve V2 is closed, and the H 2 O separator 116 is bypassed (no H 2 O separation). The first three-way valve V31 and the second three-way valve V32 are switched to the ejector 110 side, and the third three-way valve V33 is switched to the exhaust side. Further, the fourth on-off valve V4 is opened, the fifth on-off valve V5 is closed, and the fuel is supplied to the R-SOC 102c.

流量制御バルブＶcをアノード循環ガス中のSteam/Carbon比が一定となるように制御することで、発電で生成した余剰のＨ2Ｏを凝縮器１０６にて回収することができる。回収された液水は、液ポンプＰ１により昇圧され、第１ＣＯ2分離器１０４の沸騰冷却式バルブ（８箇所）の沸騰冷却流路を流れる。生成した沸騰水（水蒸気＋水）は、第１蒸発器１１４ａにてクオリティ１００％の水蒸気となる。水蒸気は、第１ＣＯ2分離器１０４のＣＯ2放出用のパージガスとして使用される。パージ流路から排出されるＣＯ2＋Ｈ2Ｏの混合ガスは、第３三方弁Ｖ３３にて系外へ放出される。 By controlling the flow rate control valve V c so that the Steam / Carbon ratio in the anode circulation gas becomes constant, surplus H 2 O generated by power generation can be recovered by the condenser 106. The recovered liquid water is pressurized by the liquid pump P <b> 1 and flows through the boiling cooling flow path of the boiling cooling type valve (eight locations) of the first CO 2 separator 104. The produced boiling water (water vapor + water) becomes water vapor with a quality of 100% in the first evaporator 114a. The steam is used as a purge gas for releasing CO 2 in the first CO 2 separator 104. The mixed gas of CO 2 + H 2 O discharged from the purge flow path is discharged out of the system by the third three-way valve V33.

ＳＯＥＣモードで運転する場合、第１開閉バルブＶ１を閉じ、液ポンプＰ１を停止させる。第２開閉バルブＶ２を開き、流量制御バルブＶcを閉とすると、全カソードオフガスはＨ2Ｏ分離器１１６を流れる。Ｈ2Ｏ分離器１１６で分離されたＨ2Ｏは、電解用原料として再利用可能となる。第３三方弁Ｖ３１を第２ＣＯ2分離器１１８側に切り替え、第２三方弁Ｖ３２を燃料製造器１２０側に切り替え、第３三方弁Ｖ３３を第２ＣＯ2分離器１１８側に切り替える。また、第４開閉バルブＶ４を閉じ、第５開閉バルブＶ５を開くことにより、燃料製造器１２０で合成された炭化水素は貯蔵タンク１２２に貯蔵される。 When operating in the SOEC mode, the first on-off valve V1 is closed and the liquid pump P1 is stopped. When the second opening / closing valve V2 is opened and the flow control valve Vc is closed, the entire cathode off gas flows through the H 2 O separator 116. H 2 O, separated with H 2 O separator 116 becomes reusable as an electrolyte for a raw material. The third three-way valve V31 is switched to the second CO 2 separator 118 side, the second three-way valve V32 is switched to the fuel producer 120 side, and the third three-way valve V33 is switched to the second CO 2 separator 118 side. Further, by closing the fourth on-off valve V4 and opening the fifth on-off valve V5, the hydrocarbon synthesized in the fuel maker 120 is stored in the storage tank 122.

この時、電解に必要なＨ2Ｏの内、Ｈ2Ｏ分離器１１６から供給されるＨ2Ｏの補完分は、液ポンプＰ２により昇圧され、第１ＣＯ2分離器１０４及び第２ＣＯ2分離器１１８の沸騰冷却式バルブ（全１６箇所）に供給される。供給されたＨ2Ｏは、沸騰冷却流路において沸騰水（水蒸気＋水）となる。また、生成した沸騰水は、蒸発器１１４ａ、１１４ｂにおいて、クオリティ１００％の水蒸気となる。さらに、生成した水蒸気は、ＣＯ2放出用のパージガスとして使用され、電解用原料（Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2）を生成する。 At this time, of the H 2 O necessary for electrolysis, the supplement of H 2 O supplied from the H 2 O separator 116 is boosted by the liquid pump P2, and the first CO 2 separator 104 and the second CO 2 separator. 118 boil-cooled valves (total of 16 locations). The supplied H 2 O becomes boiling water (water vapor + water) in the boiling cooling channel. Further, the produced boiling water becomes water vapor having a quality of 100% in the evaporators 114a and 114b. Furthermore, the generated steam is used as purge gas for the CO 2 emission, and generates an electrolytic material (H 2 O + CO 2) .

さらに、電力余剰時にはＳＯＥＣモードとし、電力不足時にはＳＯＦＣモードとするリバーシブル作動とすることで、電力を化学エネルギーとして貯蔵し、あるいは、化学エネルギーを電力に変換することができる。また、これによって、再生可能エネルギーを用いた発電システムの出力の平準化が可能となる。   Furthermore, by using the reversible operation in the SOEC mode when power is surplus and in the SOFC mode when power is short, power can be stored as chemical energy or chemical energy can be converted into power. This also makes it possible to level the output of the power generation system using renewable energy.

（実施例１）
［１． 試験方法］
沸騰冷却効果（シール面の温度、及び蒸気圧力）をＦＥＭ熱解析により評価した。図１０に、沸騰冷却効果の数値解析（ＦＥＭ熱解析）に用いたバルブ簡易モデルを示す。なお、ガス温度は、７００℃とした。また、評価は、
（ａ）沸騰冷却流路があるケースと、沸騰冷却流路がないケース、並びに、
（ｂ）断熱部があるケースと、断熱部がないケース、
について行った。 Example 1
[1. Test method]
The boiling cooling effect (sealing surface temperature and vapor pressure) was evaluated by FEM thermal analysis. FIG. 10 shows a simple valve model used for the numerical analysis (FEM thermal analysis) of the boiling cooling effect. The gas temperature was 700 ° C. Moreover, evaluation is
(A) a case with a boiling cooling channel, a case without a boiling cooling channel, and
(B) a case with a heat insulating part and a case without a heat insulating part,
Went about.

［２． 結果］
［２．１． シール面の温度］
図１１に、沸騰冷却流路がない場合（左図）及び沸騰冷却流路がある場合（右図）のバルブ部／ハウジング部のシール部材付近の温度を示す。図１２に、沸騰冷却流路がある場合のバルブオープン時（左図）、及びバルブクローズ時（右図）のシール部材付近の温度を示す。さらに、図１３に、バルブ部及びハウジング部に断熱部がない場合（左図）、及び断熱部がある場合（右図）のシール部材近傍の温度を示す。図１１〜図１３より、以下のことが分かる。 [2. result]
[2.1. Seal surface temperature]
FIG. 11 shows the temperature in the vicinity of the seal member of the valve part / housing part when there is no boiling cooling channel (left diagram) and when there is a boiling cooling channel (right diagram). FIG. 12 shows the temperature in the vicinity of the seal member when the valve is open (left diagram) and when the valve is closed (right diagram) when there is a boiling cooling channel. Furthermore, FIG. 13 shows the temperature in the vicinity of the seal member when the valve part and the housing part do not have a heat insulating part (left figure) and when there is a heat insulating part (right figure). The following can be understood from FIGS.

（１）バルブが開いている場合において、沸騰冷却を行わない時には、ハウジング部のシール面（Ａ）の温度は６９７℃であり、バルブのシール面（Ｂ）の温度は６９９．５℃であった。一方、沸騰冷却を行った時には、ハウジング部のシール面（Ａ）の温度は１１７．６℃まで低下し、バルブのシール面（Ｂ）の温度は２７５．１℃まで低下した（図１１参照）。
（２）沸騰冷却を行った状態でバルブを閉じると、ハウジング部のシール面（Ａ）の温度は１２４℃に上昇した。一方、バルブのシール面（Ｂ）の温度は、１４１℃まで低下した（図１２参照）。
（３）バルブが開いている場合において、ハウジング部が金属製の受部とセラミックス製の断熱部を備えている時には、バルブ開時のシール面（Ａ）の温度は、１１６℃に低下した。同様に、バルブが金属製の傘部とセラミックス製の断熱部とを備えている時には、バルブ開時のシール面（Ｂ）の温度は２６９℃まで低下した。 (1) When the valve is open and boiling cooling is not performed, the temperature of the sealing surface (A) of the housing is 697 ° C, and the temperature of the sealing surface (B) of the valve is 699.5 ° C. It was. On the other hand, when boiling cooling is performed, the temperature of the sealing surface (A) of the housing portion is reduced to 117.6 ° C., and the temperature of the sealing surface (B) of the valve is decreased to 275.1 ° C. (see FIG. 11). .
(2) When the valve was closed with boiling cooling, the temperature of the sealing surface (A) of the housing part increased to 124 ° C. On the other hand, the temperature of the sealing surface (B) of the valve decreased to 141 ° C. (see FIG. 12).
(3) When the valve is open, the temperature of the sealing surface (A) when the valve is open is lowered to 116 ° C. when the housing part is provided with a metal receiving part and a ceramic heat insulating part. Similarly, when the valve was provided with a metal umbrella and a ceramic heat insulating part, the temperature of the sealing surface (B) when the valve was opened decreased to 269 ° C.

［２．２． 沸騰冷却流路内の蒸気圧力］
図１４に、沸点温度と蒸気圧力との関係を示す。図１５に、沸点、ハウジング部材のシール面（Ｂ）の表面温度、及びシール部材の温度の沸騰冷却蒸気圧力依存性を示す。図１４及び図１５より、以下のことが分かる。 [2.2. Steam pressure in boiling cooling channel]
FIG. 14 shows the relationship between the boiling point temperature and the vapor pressure. FIG. 15 shows the boiling cooling steam pressure dependence of the boiling point, the surface temperature of the sealing surface (B) of the housing member, and the temperature of the sealing member. 14 and 15 show the following.

（１）沸騰冷却式バルブの沸騰冷却流路において発生する蒸気圧力は、沸騰冷却流路に供給される水の圧力及び流量により制御することができる。図１４に示すように、沸騰冷却流路内の蒸気圧力が高くなるほど、沸騰冷却流路内の沸点温度が上昇する。
（２）図１５に示すように、沸騰冷却流路内の沸点温度の上昇に伴い、ハウジング部のシール面（Ａ）の温度及びシール部材内部の最大温度も上昇する。しかし、蒸気圧力が５ａｔｍでも、シール部材内部の最大温度は、ＰＥＥＫ製シール部材の耐熱温度（３８０℃）未満に抑えることができた。すなわち、沸騰冷却式蒸気駆動バルブは、シール部材の温度を耐熱温度以下に制御しつつ、高いシール圧力を確保することができる。 (1) The vapor pressure generated in the boiling cooling channel of the boiling cooling valve can be controlled by the pressure and flow rate of water supplied to the boiling cooling channel. As shown in FIG. 14, the boiling point temperature in the boiling cooling channel increases as the vapor pressure in the boiling cooling channel increases.
(2) As shown in FIG. 15, the temperature of the sealing surface (A) of the housing part and the maximum temperature inside the seal member also rise with the rise of the boiling point temperature in the boiling cooling channel. However, even when the steam pressure was 5 atm, the maximum temperature inside the seal member could be kept below the heat resistance temperature (380 ° C.) of the PEEK seal member. In other words, the boil-cooled steam-driven valve can ensure a high sealing pressure while controlling the temperature of the sealing member below the heat-resistant temperature.

（実施例２）
［１． 試験方法］
沸騰冷却式ＣＯ2分離器を備えたＳＯＦＣシステム（図７）において、沸騰冷却式バルブの伝熱面積、最大流量、及び圧力損失をＦＥＭ熱解析により評価した。図１６に、伝熱面積の数値解析（ＦＥＭ熱解析）に用いたバルブ簡易モデルを示す。なお、沸騰冷却式バルブの温度は７００℃とし、沸騰冷却式バルブの個数は８個とした。また、凝縮器のＨ2Ｏ分離速度は、４４０ｃｃ／ｍｉｎとした。 (Example 2)
[1. Test method]
In a SOFC system (FIG. 7) equipped with a boiling cooled CO 2 separator, the heat transfer area, maximum flow rate, and pressure loss of the boiling cooled valve were evaluated by FEM thermal analysis. FIG. 16 shows a simple valve model used for numerical analysis of the heat transfer area (FEM thermal analysis). The temperature of the boiling cooling type valve was 700 ° C., and the number of boiling cooling type valves was eight. The H 2 O separation rate of the condenser was 440 cc / min.

［２． 結果］
［２．１． 伝熱面積］
図１７に、ＳＯＦＣシステムにおけるバルブ流路直径と伝熱面積との関係を示す。
ここで、「バルブ流路直径Ｄ」とは、ハウジング部２０の隔壁２８、３０に設けられた貫通孔２８ａ、３０ａの直径をいう（図２参照）。
「伝熱面積」とは、沸騰冷却流路における流路断面０．３×１（ｃｍ）×流路長１４．４（ｃｍ）とする。
「許容伝熱面積」とは、沸騰熱伝達率１００００Ｗ／ｍ2／Ｋ、クオリティ≦１０％を確保するために必要なバルブ１個当たりの伝熱面積の最大値（＝１０４ｃｍ2）をいう。
図１７より、以下のことが分かる。 [2. result]
[2.1. Heat transfer area]
FIG. 17 shows the relationship between the valve flow path diameter and the heat transfer area in the SOFC system.
Here, the “valve channel diameter D” refers to the diameters of the through holes 28a and 30a provided in the partition walls 28 and 30 of the housing portion 20 (see FIG. 2).
The “heat transfer area” is defined as channel cross section 0.3 × 1 (cm) × channel length 14.4 (cm) in the boiling cooling channel.
“Allowable heat transfer area” refers to the maximum value (= 104 cm 2 ) of the heat transfer area per valve necessary for ensuring a boiling heat transfer rate of 10000 W / m 2 / K and quality ≦ 10%.
FIG. 17 shows the following.

（１）伝熱面積を許容伝熱面積以下にするためには、バルブ流路直径Ｄを３０ｍｍ以下にする必要がある。 (1) In order to make the heat transfer area equal to or less than the allowable heat transfer area, the valve flow path diameter D needs to be 30 mm or less.

［２．２． 最大流量、及び圧力損失］
図１８に、ＳＯＦＣのアノードオフガスを沸騰冷却式バルブに供給した時のバルブ流路直径と最大流速との関係を示す。図１９に、ＳＯＦＣのアノードオフガスを沸騰冷却式バルブに供給した時のバルブ流路直径と圧力損失との関係を示す。図２０に、ＳＯＦＣのカソードオフガスを沸騰冷却式バルブに供給した時のバルブ流路直径と最大流速との関係を示す。図２１に、ＳＯＦＣのカソードオフガスを沸騰冷却式バルブに供給した時のバルブ流路直径と圧力損失との関係を示す。図１８〜図２１より、以下のことが分かる。 [2.2. Maximum flow rate and pressure loss]
FIG. 18 shows the relationship between the valve flow path diameter and the maximum flow rate when the SOFC anode off gas is supplied to the boiling cooling type valve. FIG. 19 shows the relationship between the valve flow path diameter and the pressure loss when the SOFC anode off gas is supplied to the boiling cooling type valve. FIG. 20 shows the relationship between the valve flow path diameter and the maximum flow velocity when the SOFC cathode off-gas is supplied to the boiling cooling type valve. FIG. 21 shows the relationship between the valve flow path diameter and the pressure loss when the SOFC cathode off gas is supplied to the boiling cooling type valve. The following can be understood from FIGS.

（１）アノードオフガスを沸騰冷却式バルブに供給する場合において、１０％のクオリティを確保し、最大流速を音速以下とし、かつ、圧力損失を５０Ｐａ以下とするためには、バルブ流路直径を１５ｍｍ以上にする必要がある。
（２）カソードオフガスを沸騰冷却式バルブに供給する場合において、１０％のクオリティを確保し、最大流速を音速以下とし、かつ、圧力損失を５０Ｐａ以下とするためには、バルブ流路直径を２５ｍｍ以上にする必要がある。 (1) When supplying anode off gas to the boiling cooling type valve, in order to ensure 10% quality, maximum flow velocity is less than sonic velocity, and pressure loss is less than 50 Pa, the valve channel diameter is 15 mm. It is necessary to do more.
(2) When supplying the cathode off gas to the boiling cooling type valve, in order to ensure 10% quality, the maximum flow velocity is less than the sonic velocity, and the pressure loss is 50 Pa or less, the valve channel diameter is 25 mm. It is necessary to do more.

（実施例３）
［１． 試験方法］
ＦＥＭ熱解析により、ＳＯＥＣシステムの伝熱面積、最大流量、及び圧力損失を評価した。図２２に、伝熱面積の数値解析（ＦＥＭ熱解析）に用いたバルブ簡易モデルを示す。なお、沸騰冷却式バルブの温度は７００℃とし、沸騰冷却式バルブの個数は１６個とした。また、電解用Ｈ2Ｏの供給速度は、１．９Ｌ／ｍｉｎとした。 (Example 3)
[1. Test method]
The heat transfer area, maximum flow rate, and pressure loss of the SOEC system were evaluated by FEM thermal analysis. FIG. 22 shows a simple valve model used for numerical analysis (FEM thermal analysis) of the heat transfer area. The temperature of the boiling cooling type valve was 700 ° C., and the number of boiling cooling type valves was 16. The supply rate of H 2 O for electrolysis was 1.9 L / min.

［２． 結果］
［２．１． 伝熱面積］
図２３に、ＳＯＥＣシステムにおけるバルブ流路直径と伝熱面積との関係を示す。ここで、「許容伝熱面積」とは、沸騰熱伝達率１００００Ｗ／ｍ2／Ｋ、クオリティ≦１０％を確保するために許容されるバルブ１個当たりの伝熱面積の最大値（＝２２０ｃｍ2）をいう。図２３より、以下のことが分かる。 [2. result]
[2.1. Heat transfer area]
FIG. 23 shows the relationship between the valve flow path diameter and the heat transfer area in the SOEC system. Here, “allowable heat transfer area” means the maximum value of heat transfer area per valve (= 220 cm 2 ) allowed to ensure a boiling heat transfer rate of 10000 W / m 2 / K and quality ≦ 10%. ). FIG. 23 shows the following.

（１）ＳＯＥＣシステムの場合、伝熱面積を許容伝熱面積以下にするためには、バルブ流路直径を１０２ｍｍ以下にすればよい。すなわち、ＳＯＦＣシステムに比べて、バルブ流路直径を大きくすることができる。これは、ＳＯＥＣシステムでは電解用Ｈ2Ｏが沸騰冷却流路に供給され、十分な冷却水量の確保が可能なためである。 (1) In the case of an SOEC system, in order to make the heat transfer area less than the allowable heat transfer area, the valve flow path diameter may be made 102 mm or less. That is, the valve flow path diameter can be increased as compared with the SOFC system. This is because in the SOEC system, H 2 O for electrolysis is supplied to the boiling cooling channel, and a sufficient amount of cooling water can be secured.

［２．２． 最大流量、及び圧力損失］
図２４に、ＳＯＥＣのアノードオフガスを沸騰冷却式バルブに供給した時のバルブ流路直径と最大流速との関係を示す。図２５に、ＳＯＥＣのアノードオフガスを沸騰冷却式バルブに供給した時のバルブ流路直径と圧力損失との関係を示す。図２６に、ＳＯＥＣのカソードオフガスを沸騰冷却式バルブに供給した時のバルブ流路直径と最大流速との関係を示す。図２７に、ＳＯＥＣのカソードオフガスを沸騰冷却式バルブに供給した時のバルブ流路直径と圧力損失との関係を示す。図２４〜図２７より、以下のことが分かる。 [2.2. Maximum flow rate and pressure loss]
FIG. 24 shows the relationship between the valve flow path diameter and the maximum flow velocity when the SOEC anode off-gas is supplied to the boiling cooling type valve. FIG. 25 shows the relationship between the valve flow path diameter and the pressure loss when the SOEC anode off gas is supplied to the boiling cooling type valve. FIG. 26 shows the relationship between the valve flow path diameter and the maximum flow rate when the SOEC cathode off-gas is supplied to the boiling cooling type valve. FIG. 27 shows the relationship between the valve flow path diameter and the pressure loss when the SOEC cathode off-gas is supplied to the boiling cooling type valve. The following can be understood from FIGS.

（１）アノードオフガスを沸騰冷却式バルブに供給する場合において、１０％のクオリティを確保し、最大流速を音速以下とし、かつ、圧力損失を５０Ｐａ以下とするためには、バルブ流路直径を１０ｍｍ以上にする必要がある。
（２）カソードオフガスを沸騰冷却式バルブに供給する場合において、１０％のクオリティを確保し、最大流速を音速以下とし、かつ、圧力損失を５０Ｐａ以下とするためには、バルブ流路直径を１５ｍｍ以上にする必要がある。 (1) When supplying anode off-gas to the boiling cooling type valve, in order to ensure 10% quality, maximum flow velocity is less than sonic velocity, and pressure loss is less than 50 Pa, the valve channel diameter is 10 mm. It is necessary to do more.
(2) When supplying the cathode off gas to the boiling cooling type valve, in order to ensure 10% quality, the maximum flow velocity is less than the sonic velocity, and the pressure loss is less than 50 Pa, the valve channel diameter is 15 mm. It is necessary to do more.

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

本発明に係る沸騰冷却式バルブは、ＣＯ2分離器の高温耐熱バルブなどに用いることができる。
本発明に係る沸騰冷却式ＣＯ2分離器は、ＳＯＦＣシステム、ＳＯＥＣシステム、及びＲ−ＳＯＣシステムのオフガスの処理に用いることができる。
本発明に係るＳＯＦＣシステム、ＳＯＥＣシステム、及びＲ−ＳＯＣシステムは、電力貯蔵システムとして用いることができる。 The boiling cooling type valve according to the present invention can be used for a high temperature heat resistant valve of a CO 2 separator and the like.
The boiling cooled CO 2 separator according to the present invention can be used for off-gas processing of SOFC systems, SOEC systems, and R-SOC systems.
The SOFC system, the SOEC system, and the R-SOC system according to the present invention can be used as a power storage system.

１０、１０ａ、１０ｂ 沸騰冷却式バルブ
２０ ハウジング部
４０ バルブ部
４２ シャフト
４４、４６ バルブ
５２、５４ シール部材
８０、８０’ 沸騰冷却式ＣＯ2分離器
１００ａ、１００ｂ ＳＯＦＣシステム
１００ｃ ＳＯＥＣシステム
１００ｄ Ｒ−ＳＯＣシステム 10, 10a, 10b Boiling cooling type valve 20 Housing part 40 Valve part 42 Shaft 44, 46 Valve 52, 54 Seal member 80, 80 'Boiling cooling type CO 2 separator 100a, 100b SOFC system 100c SOEC system 100d R-SOC system

Claims (11)

以下の構成を備えた沸騰冷却式バルブ。
（１）前記沸騰冷却式バルブは、
ガスの流通経路を備えたハウジング部と、
シャフトに、前記流通経路の切り替えを行うためのバルブが接合されたバルブ部と、
前記ハウジング部のシール面（Ａ）と、前記シール面（Ａ）に着座する前記バルブのシール面（Ｂ）との間に挿入されたシール部材と、
前記シール部材を冷却するための沸騰冷却手段と、
前記シャフトの軸方向に沿って前記バルブ部を摺動させるための駆動手段と
を備えている。
（２）前記沸騰冷却手段は、
前記ハウジング部の前記シール面（Ａ）の直下であって、前記シール部材との接触面の近傍に形成された沸騰冷却流路（Ａ）と、
前記沸騰冷却流路（Ａ）に水を供給し、かつ、前記沸騰冷却流路（Ａ）から沸騰水を排出するための冷媒流路（Ａ）と、
前記バルブの前記シール面（Ｂ）の直下であって、前記シール部材との接触面の近傍に形成された沸騰冷却流路（Ｂ）と、
前記沸騰冷却流路（Ｂ）に水を供給し、かつ、前記沸騰冷却流路（Ｂ）から沸騰水を排出するための冷媒流路（Ｂ）と、
を備えている。 A boil-cooled valve with the following configuration.
(1) The boiling cooling type valve is
A housing with a gas flow path;
A valve portion in which a valve for switching the flow path is joined to a shaft;
A seal member inserted between a seal surface (A) of the housing part and a seal surface (B) of the valve seated on the seal surface (A);
Boiling cooling means for cooling the sealing member;
Drive means for sliding the valve portion along the axial direction of the shaft.
(2) The boiling cooling means is
A boiling cooling flow path (A) formed immediately below the seal surface (A) of the housing portion and in the vicinity of the contact surface with the seal member;
A coolant channel (A) for supplying water to the boiling cooling channel (A) and discharging the boiling water from the boiling cooling channel (A);
A boiling cooling channel (B) formed immediately below the sealing surface (B) of the valve and in the vicinity of the contact surface with the sealing member;
A coolant channel (B) for supplying water to the boiling cooling channel (B) and discharging boiling water from the boiling cooling channel (B);
It has. 以下の構成をさらに備えた請求項１に記載の沸騰冷却式バルブ。
（３）前記ハウジング部は、
第１ガスを導入又は排出するための第１室と、
第２ガスを導入又は排出するための第２室と、
前記第１室又は前記第２室の間に設けられた、前記第１ガス又は前記第２ガスを排出又は導入するための第３室と
を備え、
前記第１室と前記第３室との間の第１隔壁には第１貫通穴が設けられ、前記第１貫通孔の内表面又は周囲には第１シール面（Ａ）が設けられ、
前記第２室と前記第３室との間の第２隔壁には第２貫通穴が設けられ、前記第２貫通孔の内表面又は周囲には第２シール面（Ａ）が設けられている。
（４）前記バルブ部は、
シャフトと、
前記シャフトに接合された、第１シール面（Ｂ）を備えた第１バルブと、
前記シャフトに接合された、第２シール面（Ｂ）を備えた第２バルブと、
を備えている。
（５）前記第１シール面（Ａ）と前記第１シール面（Ｂ）との間には、第１シール部材が挿入され、
前記第２シール面（Ａ）と前記第２シール面（Ｂ）との間には、第２シール部材が挿入されている。 The boiling cooling valve according to claim 1, further comprising the following configuration.
(3) The housing part is
A first chamber for introducing or discharging a first gas;
A second chamber for introducing or discharging a second gas;
A third chamber provided between the first chamber or the second chamber for discharging or introducing the first gas or the second gas;
A first through hole is provided in the first partition wall between the first chamber and the third chamber, and a first seal surface (A) is provided on the inner surface or the periphery of the first through hole,
A second through hole is provided in the second partition wall between the second chamber and the third chamber, and a second seal surface (A) is provided on the inner surface or the periphery of the second through hole. .
(4) The valve portion is
A shaft,
A first valve having a first sealing surface (B) joined to the shaft;
A second valve having a second sealing surface (B) joined to the shaft;
It has.
(5) A first seal member is inserted between the first seal surface (A) and the first seal surface (B),
A second seal member is inserted between the second seal surface (A) and the second seal surface (B). 以下の構成をさらに備えた請求項１又は２に記載の沸騰冷却式バルブ。
（７）前記駆動手段は、前記冷媒流路（Ｂ）から排出される前記沸騰水に含まれる水蒸気の圧力を用いて前記シャフトを摺動させる蒸気駆動手段である。
（６）前記蒸気駆動手段は、
前記ハウジング部に隣接して設けられた蒸気バッファタンクと、
前記シャフトの基端に接合された、前記蒸気バッファタンク内を摺動するピストンと、
前記沸騰水を前記ピストンの一方の面側又は他方の面側に切り替えて排出することにより、前記ピストンを摺動させる切替手段と
を備えている。 The boiling cooling valve according to claim 1 or 2, further comprising the following configuration.
(7) The drive means is steam drive means for sliding the shaft using the pressure of water vapor contained in the boiling water discharged from the refrigerant flow path (B).
(6) The steam driving means includes:
A vapor buffer tank provided adjacent to the housing part;
A piston that slides in the vapor buffer tank, joined to the proximal end of the shaft;
Switching means for sliding the piston by switching the boiling water to one surface side or the other surface side of the piston and discharging it. 以下の構成をさらに備えた請求項１から３までのいずれか１項に記載の沸騰冷却式バルブ。
（７）前記ハウジング部は、
前記シール面（Ａ）及び前記沸騰冷却流路（Ａ）が形成された金属製の受部と、
前記受部の底面及び側面に接合された、セラミックス製の断熱部（Ａ）と
を備えている。
（８）前記バルブは、
前記シール面（Ｂ）及び前記沸騰冷却流路（Ｂ）が形成された金属製の傘部と、
前記傘部の底面に接合された、セラミックス製の断熱部（Ｂ）と
を備えている。 The boiling cooling valve according to any one of claims 1 to 3, further comprising the following configuration.
(7) The housing part is
A metal receiving part in which the sealing surface (A) and the boiling cooling channel (A) are formed;
And a ceramic heat insulating part (A) joined to the bottom and side surfaces of the receiving part.
(8) The valve is
A metal umbrella portion on which the sealing surface (B) and the boiling cooling channel (B) are formed;
And a ceramic heat insulating part (B) joined to the bottom surface of the umbrella part. 以下の構成を備えた沸騰冷却式ＣＯ2分離器。
（１）前記沸騰冷却式ＣＯ2分離器は、
ＣＯ2を吸収・放出するためのＣＯ2吸収材を備えた反応流路層と、
熱交換媒体を流通させることにより、前記反応流路層と熱交換を行うための媒体流路層と、
前記反応流路層にＣＯ2を含むガス又はパージガスのいずれか一方を切り替えて供給・排出するための第１切替バルブと、
前記媒体流路層に第１熱交換媒体又は第２熱交換媒体のいずれか一方を切り替えて供給・排出するための第２切替バルブと
を備えている。
（２）前記第１切替バルブ及び前記第２切替バルブは、それぞれ、請求項１から４までのいずれか１項に記載の沸騰冷却式バルブからなる。 A boil-cooled CO 2 separator having the following configuration.
(1) The boiling cooling CO 2 separator is
A reaction channel layer with a CO 2 absorbent material for absorbing and releasing CO 2,
By circulating a heat exchange medium, a medium flow path layer for performing heat exchange with the reaction flow path layer,
A first switching valve for switching and supplying / discharging either the gas containing CO 2 or the purge gas to the reaction channel layer;
The medium flow path layer includes a second switching valve for switching and supplying / discharging either the first heat exchange medium or the second heat exchange medium.
(2) Each of the first switching valve and the second switching valve includes the boiling cooling type valve according to any one of claims 1 to 4. 以下の構成を備えたＳＯＦＣシステム。
（１）前記ＳＯＦＣシステムは、
燃料から電力を生成する固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）と、
前記ＳＯＦＣのアノードオフガス（Ａout）からＣＯ2を分離するＣＯ2分離器と、
前記ＣＯ2分離器のフィード流路から排出されるオフガス（Ｂout）に含まれる水蒸気を凝縮させ、凝縮水を得る凝縮器と、
前記水蒸気の全部又は一部が分離された前記Ｂoutを前記ＳＯＦＣのアノード流路に戻すアノードオフガス循環手段と
を備えている。
（２）前記ＣＯ2分離器は、請求項５に記載の沸騰冷却式ＣＯ2分離器からなる。 SOFC system with the following configuration.
(1) The SOFC system
A solid oxide fuel cell (SOFC) that generates electricity from fuel;
A CO 2 separator for separating CO 2 from the SOFC anode off-gas (A out );
A condenser for condensing water vapor contained in off-gas (B out ) discharged from the feed flow path of the CO 2 separator to obtain condensed water;
And an anode off-gas circulation means for returning the B out from which all or part of the water vapor has been separated to the anode flow path of the SOFC.
(2) The CO 2 separator comprises the boiling cooling CO 2 separator according to claim 5. 以下の構成をさらに備えた請求項６に記載のＳＯＦＣシステム。
（３）前記ＳＯＦＣシステムは、前記凝縮器で凝縮させた水を前記沸騰冷却式ＣＯ2分離器の沸騰冷却流路（Ａ）及び沸騰冷却流路（Ｂ）にそれぞれ供給する水供給手段（Ａ）を備えている。 The SOFC system according to claim 6, further comprising the following configuration.
(3) The SOFC system includes water supply means (A) for supplying water condensed by the condenser to the boiling cooling channel (A) and the boiling cooling channel (B) of the boiling cooling CO 2 separator, respectively. ). 以下の構成を備えたＳＯＥＣシステム。
（１）前記ＳＯＥＣシステムは、
Ｈ2Ｏ及びＣＯ2から合成ガスを生成させる固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）と、
前記ＳＯＥＣのカソードオフガス（Ａ'out）からＣＯ2を分離する第１ＣＯ2分離器と、
前記第１ＣＯ2分離器のフィード流路から排出されるオフガス（Ｂout）から水蒸気の全部又は一部を分離するＨ2Ｏ分離器と、
ＣＯ2源から供給されるガスからＣＯ2を分離し、分離されたＣＯ2を前記ＳＯＥＣに供給する第２ＣＯ2分離器と、
前記ＳＯＥＣに電解用のＨ2Ｏを供給する蒸発器と、
前記ＳＯＥＣのカソードオフガス（Ａ'out）に含まれる合成ガスから炭化水素を製造する燃料製造器と、
前記第１ＣＯ2分離器のパージ流路から排出される分離ガス（Ｃout）を前記ＳＯＥＣのカソード流路に戻すカソードオフガス循環手段と、
を備えている。
（２）前記第１ＣＯ2分離器及び前記第２ＣＯ2分離器は、それぞれ、請求項５に記載の沸騰冷却式ＣＯ2分離器からなる。 An SOEC system with the following configuration.
(1) The SOEC system
A solid oxide electrolytic cell (SOEC) for generating synthesis gas from H 2 O and CO 2 ;
And the 1 CO 2 separator for separating CO 2 from the cathode off-gas (A 'out) of the SOEC,
An H 2 O separator for separating all or part of water vapor from off-gas (B out ) discharged from the feed flow path of the first CO 2 separator;
Separating the CO 2 from the gas supplied from the CO 2 source, a first 2CO 2 separator for supplying the separated CO 2 to the SOEC,
An evaporator for supplying the SOEC with H 2 O for electrolysis;
A fuel producing unit for producing hydrocarbons from synthesis gas contained in the cathode off-gas (A 'out) of the SOEC,
Cathode off-gas circulation means for returning separation gas (C out ) discharged from the purge flow path of the first CO 2 separator to the cathode flow path of the SOEC;
It has.
(2) the first 1 CO 2 separator and the first 2CO 2 separator, respectively, consist of a boiling-cooled CO 2 separator of claim 5. 以下の構成をさらに備えた請求項８に記載のＳＯＥＣシステム。
（３）前記ＳＯＥＣシステムは、前記電解用のＨ2Ｏを前記沸騰冷却式ＣＯ2分離器の沸騰冷却流路（Ａ）及び沸騰冷却流路（Ｂ）にそれぞれ供給する水供給手段（Ｂ）を備えている。 The SOEC system according to claim 8, further comprising:
(3) The SOEC system includes water supply means (B) for supplying H 2 O for electrolysis to the boiling cooling channel (A) and the boiling cooling channel (B) of the boiling cooling CO 2 separator, respectively. It has. 以下の構成を備えたＲ−ＳＯＣシステム。
（１）前記Ｒ−ＳＯＣシステムは、
燃料から電力を生成するＳＯＦＣモードと、Ｈ2Ｏ及びＣＯ2から合成ガスを生成させるＳＯＥＣモードとを切替可能なリバーシブルＳＯＣ（Ｒ−ＳＯＣ）と、
前記Ｒ−ＳＯＣのオフガス（Ａout又はＡ'out）からＣＯ2を分離する第１ＣＯ2分離器と、
前記第１ＣＯ2分離器のフィード流路から排出されるオフガス（Ｂout）から水蒸気の全部又は一部を分離するＨ2Ｏ分離器と、
前記Ｂoutに含まれる水蒸気を凝縮させ、凝縮水を得る凝縮器と、
前記Ｒ−ＳＯＣが前記ＳＯＥＣモードにある時に、ＣＯ2源から供給されるガスからＣＯ2を分離し、分離されたＣＯ2を前記Ｒ−ＳＯＣに供給する第２ＣＯ2分離器と、
前記Ｒ−ＳＯＣが前記ＳＯＥＣモードにある時に、前記Ｒ−ＳＯＣに電解用のＨ2Ｏを供給する蒸発器と、
前記Ｒ−ＳＯＣが前記ＳＯＥＣモードにある時に、前記Ｒ−ＳＯＣのオフガス（Ａ'out）に含まれる合成ガスから炭化水素を製造し、貯蔵する燃料製造・貯蔵手段と、
前記Ｒ−ＳＯＣが前記ＳＯＥＣモードにある時に、前記第１ＣＯ2分離器のパージ流路から排出される分離ガス（Ｃout）を前記Ｒ−ＳＯＣのカソード流路に戻すカソードオフガス循環手段と、
前記Ｒ−ＳＯＣが前記ＳＯＦＣモードにある時に、前記水蒸気の全部又は一部が分離された前記Ｂoutを前記Ｒ−ＳＯＣのアノード流路に戻すアノードオフガス循環手段と、
前記Ｒ−ＳＯＣが前記ＳＯＦＣモードにある時に、貯蔵された前記炭化水素を前記Ｒ−ＳＯＣに供給する燃料供給手段と
を備えている。
（２）前記第１ＣＯ2分離器及び前記第２ＣＯ2分離器は、それぞれ、請求項５に記載の沸騰冷却式ＣＯ2分離器からなる。 An R-SOC system having the following configuration.
(1) The R-SOC system is
Reversible SOC (R-SOC) capable of switching between SOFC mode for generating electric power from fuel and SOEC mode for generating synthesis gas from H 2 O and CO 2 ;
And the 1 CO 2 separator for separating CO 2 from the R-SOC offgas (A out or A 'out),
An H 2 O separator for separating all or part of water vapor from off-gas (B out ) discharged from the feed flow path of the first CO 2 separator;
A condenser for condensing water vapor contained in the B out to obtain condensed water;
Wherein when R-SOC is in the SOEC mode, to separate the CO 2 from the gas supplied from the CO 2 source, a first 2CO 2 separator for supplying the separated CO 2 to the R-SOC,
An evaporator that supplies H 2 O for electrolysis to the R-SOC when the R-SOC is in the SOEC mode;
Fuel production and storage means for producing and storing hydrocarbons from synthesis gas contained in the off-gas (A ′ out ) of the R-SOC when the R-SOC is in the SOEC mode;
Cathode off-gas circulating means for returning separation gas (C out ) discharged from the purge flow path of the first CO 2 separator to the cathode flow path of the R-SOC when the R-SOC is in the SOEC mode;
An anode off-gas circulating means for returning the B out from which all or part of the water vapor has been separated to the anode flow path of the R-SOC when the R-SOC is in the SOFC mode;
Fuel supply means for supplying the stored hydrocarbon to the R-SOC when the R-SOC is in the SOFC mode.
(2) the first 1 CO 2 separator and the first 2CO 2 separator, respectively, consist of a boiling-cooled CO 2 separator of claim 5. 以下の構成をさらに備えた請求項１０に記載のＲ−ＳＯＣシステム。
（３）前記Ｒ−ＳＯＣシステムは、
前記Ｒ−ＳＯＣが前記ＳＯＦＣモードにある時に、前記凝縮器で凝縮させた水を前記沸騰冷却式ＣＯ2分離器の沸騰冷却流路（Ａ）及び沸騰冷却流路（Ｂ）にそれぞれ供給する水供給手段（Ａ）と、
前記Ｒ−ＳＯＣが前記ＳＯＥＣモードにある時に、電解用のＨ2Ｏを前記沸騰冷却流路（Ａ）及び前記沸騰冷却流路（Ｂ）にそれぞれ供給する水供給手段（Ｂ）と
を備えている。 The R-SOC system according to claim 10, further comprising the following configuration.
(3) The R-SOC system is
When the R-SOC is in the SOFC mode, water condensed by the condenser is supplied to the boiling cooling channel (A) and the boiling cooling channel (B) of the boiling cooling CO 2 separator, respectively. Supply means (A);
Water supply means (B) for supplying H 2 O for electrolysis to the boiling cooling channel (A) and the boiling cooling channel (B), respectively, when the R-SOC is in the SOEC mode. Yes.
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