JP2021034130A - 蓄エネルギー装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】蓄エネルギー装置100は、燃料極112と、空気極114と、燃料極112と空気極114との間に設けられ、固体酸化物を含む電解質部116とを有する燃料電池本体110と、少なくとも水素を含む燃料ガスを燃料極112に供給する燃料供給部120と、少なくとも酸素を含む酸素含有ガスを空気極114に供給する酸素供給部130と、燃料極112または空気極114に水を供給する水供給部140と、二酸化炭素および水素を少なくとも含む補助ガスを燃料極112に供給する補助ガス供給部150と、を備える。
【選択図】図1
Description
図1は、第1の実施形態にかかる蓄エネルギー装置100を説明する図である。図1に示すように、蓄エネルギー装置100は、燃料電池本体110と、燃料供給部120と、酸素供給部130と、水供給部140と、補助ガス供給部150と、第1排気部160と、第2排気部170と、第1熱交換器180と、第2熱交換器182と、第3熱交換器184と、中央制御部190とを含む。図1中、破線の矢印は、信号の流れを示す。なお、図を簡明化するために、図1中、モード切換部192から、ブロワ124、134、144、154、164、174、開閉弁126、136、146、156への信号の流れを示す破線の図示を省略する。
図2は、第1の実施形態の充電モードにおけるガスの流れを説明する図である。図2中、実線の矢印は、ガスの流れを示す。また、図2中、開閉弁126、136、三方弁186の閉弁状態を黒い塗りつぶしで示す。充電モードは、外部から受電して燃料電池本体110によって水を電気分解する運転モードである。
H2O + 2e− → H2 + O2− …式(1)
O2− → 1/2O2 + 2e− …式(2)
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O …式(3)
図5は、第1の実施形態の放電モードにおけるガスの流れを説明する図である。図5中、実線の矢印は、ガスの流れを示す。また、図5中、開閉弁146、156、三方弁186の閉弁状態を黒い塗りつぶしで示す。放電モードは、燃料電池本体110を放電させる運転モードである。
H2 + O2− → H2O + 2e− …式(4)
CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2 …式(5)
1/2O2 + 2e− → O2− …式(6)
そして、酸化物イオン(O2−)が電解質部116を伝導(移動)することにより、燃料電池本体110が発電する。こうして、発電された電力は、燃料電池本体110に接続された負荷12に供給される。
図6は、第2の実施形態にかかる蓄エネルギー装置200を説明する図である。図6に示すように、蓄エネルギー装置200は、燃料電池本体210と、燃料供給部120と、酸素供給部130と、水供給部240と、補助ガス供給部150と、第1排気部160と、第2排気部170と、第1熱交換器280と、第2熱交換器282と、中央制御部290とを含む。図6中、破線の矢印は、信号の流れを示す。なお、図を簡明化するために、図6中、モード切換部292から、ブロワ124、134、244、154、164、174、開閉弁126、136、246、156への信号の流れを示す破線の図示を省略する。
図7は、第2の実施形態の充電モードにおけるガスの流れを説明する図である。図7中、実線の矢印は、ガスの流れを示す。また、図7中、開閉弁126、136の閉弁状態を黒い塗りつぶしで示す。充電モードは、外部から受電して燃料電池本体210によって水を電気分解する運転モードである。
H2O → 1/2O2 + 2H+ + 2e− …式(7)
2H+ + 2e− → H2 …式(8)
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O …式(3)
図8は、第2の実施形態の放電モードにおけるガスの流れを説明する図である。図8中、実線の矢印は、ガスの流れを示す。また、図8中、開閉弁156、246の閉弁状態を黒い塗りつぶしで示す。放電モードは、燃料電池本体210を放電させる運転モードである。
H2 → 2H+ + 2e− …式(9)
CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2 …式(5)
1/2O2 + 2H+ + 2e− → H2O …式(10)
そして、プロトン(H+)が電解質部216を伝導(移動)することにより、燃料電池本体210が発電する。こうして、発電された電力は、燃料電池本体210に接続された負荷12に供給される。
上記蓄エネルギー装置100、200におけるラウンドトリップ効率をシミュレーションによって算出した。
ラウンドトリップ効率 = 発電電圧 / 電解電圧 …式(11)
CaO + CO2 → CaCO3 …式(12)
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O …式(13)
CaCO3 → CaO + CO2 …式(14)
K2O + CO2 → K2CO3 …式(15)
2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O …式(16)
K2CO3 → K2O + CO2 …式(17)
110、210 燃料電池本体
112 燃料極
114 空気極
116、216 電解質部
120 燃料供給部
130 酸素供給部
140、240 水供給部
150 補助ガス供給部
180、280 第1熱交換器
182、282 第2熱交換器
192、292 モード切換部
360 送出部
Claims (8)
- 燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極との間に設けられ、固体酸化物を含む電解質部とを有する燃料電池本体と、
少なくとも水素を含む燃料ガスを前記燃料極に供給する燃料供給部と、
少なくとも酸素を含む酸素含有ガスを前記空気極に供給する酸素供給部と、
前記燃料極または前記空気極に水を供給する水供給部と、
二酸化炭素および水素を少なくとも含む補助ガスを前記燃料極に供給する補助ガス供給部と、
を備える蓄エネルギー装置。 - 外部から受電して前記燃料電池本体によって水を電気分解する充電モードと、前記燃料電池本体を放電させる放電モードとを切り換えるモード切換部を備え、
前記燃料供給部は、前記放電モードにおいて前記燃料ガスを供給し、
前記酸素供給部は、前記放電モードにおいて前記酸素含有ガスを供給し、
前記水供給部は、前記充電モードにおいて前記水を供給し、
前記補助ガス供給部は、前記充電モードにおいて前記補助ガスを供給する請求項1に記載の蓄エネルギー装置。 - 前記補助ガスは、バイオガスを含み、
前記充電モードにおいて、前記燃料極から排気される燃料極排気ガスをメタン利用設備に送出する送出部を備える請求項2に記載の蓄エネルギー装置。 - 前記固体酸化物は、酸化物イオン伝導性を有し、
前記水供給部は、前記燃料極に水を供給する請求項1から3のいずれか1項に記載の蓄エネルギー装置。 - 前記燃料極から排気される燃料極排気ガスから水、水素、二酸化炭素を分離する分離部を備える請求項4に記載の蓄エネルギー装置。
- 前記固体酸化物は、プロトン伝導性を有し、
前記水供給部は、前記空気極に水を供給する請求項1から3のいずれか1項に記載の蓄エネルギー装置。 - 前記燃料極に供給されるガスと、前記燃料極から排気される燃料極排気ガスとを熱交換させる第1熱交換器を備える請求項1から6のいずれか1項に記載の蓄エネルギー装置。
- 前記空気極に供給されるガスと、前記空気極から排気される空気極排気ガスとを熱交換させる第2熱交換器を備える請求項1から7のいずれか1項に記載の蓄エネルギー装置。
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