JP2021034132A - 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、燃料極と空気極との間に設けられ、プロトン伝導性を有する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、燃料極112に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給する燃料供給部(燃料タンク120)と、空気極114に少なくとも酸素を含む酸素含有ガスを供給する酸素供給部(酸素タンク150)と、空気極114に水を供給する水供給部(酸素タンク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、燃料タンク120と、燃料供給管122と、第1排気管124と、酸素タンク150と、酸素供給管152と、第2排気管154と、第1熱交換器160と、第2熱交換器162と、中央制御部170とを含む。図1中、破線の矢印は、信号の流れを示す。
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。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 → 1/2O2 + 2H+ + 2e− …式(1)
2H+ + 2e− → H2 …式(2)
図3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3中、実線の矢印は、ガスの流れを示す。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 → 2H+ + 2e− …式(3)
1/2O2 + 2H+ + 2e− → H2O …式(4)
第2の実施形態は、燃料タンク120が貯留するガスの組成が第1の実施形態と異なるが、他の構成は第1の実施形態と実質的に等しい。このため、上記蓄エネルギー装置100と同一の符号を付して一部説明を省略する。
モード切換部172によって、燃料電池本体110に電力供給源10が接続されると、酸素タンク150から空気極114に水蒸気が供給され、受電した電力によって、下記式(1)に示す反応が進行する。
H2O → 1/2O2 + 2H+ + 2e− …式(1)
2H+ + 2e− → H2 …式(2)
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O …式(5)
モード切換部172によって、燃料電池本体110に負荷12が接続されると、燃料極112に水素、メタン、および、水蒸気Wが供給されて、下記式(3)、式(6)に示す反応が進行する。
H2 → 2H+ + 2e− …式(3)
CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2 …式(6)
1/2O2 + 2H+ + 2e− → H2O …式(4)
そして、プロトン(H+)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。
上記第1の実施形態の蓄エネルギー装置100、第2の実施形態の蓄エネルギー装置100、および比較例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(7)
図7は、第1の変形例にかかる蓄エネルギー装置200を説明する図である。図7に示すように、蓄エネルギー装置200は、燃料電池本体110と、燃料タンク120と、燃料供給管122と、第1排気管124と、酸素タンク150と、酸素供給管152と、第2排気管154と、第1熱交換器160と、第2熱交換器162と、中央制御部170と、水タンク210と、加熱部220とを含む。図7中、破線の矢印は、信号の流れを示す。
図8は、第2の変形例にかかる蓄エネルギー装置300を説明する図である。図8に示すように、蓄エネルギー装置300は、燃料電池本体110と、燃料タンク120と、燃料供給管122と、第1排気管124と、第1接続管310A、310Bと、第2接続管330A、330Bと、開閉弁312A、312B、332A、332Bと、酸素タンク150と、酸素供給管152と、第2排気管154と、第1熱交換器160と、第2熱交換器162と、中央制御部170とを含む。
図9は、第2の変形例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9中、実線の矢印はガスの流れを示す。また、図9中、開閉弁312A、312B、332Bの閉弁状態を黒い塗りつぶしで示す。
図10は、第2の変形例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10中、実線の矢印はガスの流れを示す。また、図10中、開閉弁312B、332Bの閉弁状態を黒い塗りつぶしで示す。
K2O + CO2 → K2CO3 …式(8)
2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O …式(9)
K2CO3 → K2O + CO2 …式(10)
110 燃料電池本体
112 燃料極
114 空気極
116 電解質部
120、120A、120B 燃料タンク(燃料供給部)
150 酸素タンク(酸素供給部、水供給部)
160 第1熱交換器
162 第2熱交換器
172 モード切換部
Claims (7)
- 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、プロトン伝導性を有する固体酸化物を含む電解質とを有する燃料電池本体と、
前記燃料極に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給する燃料供給部と、
前記空気極に少なくとも酸素を含む酸素含有ガスを供給する酸素供給部と、
前記空気極に水を供給する水供給部と、
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する請求項1に記載の蓄エネルギー装置。 - 前記燃料供給部は、前記燃料ガスを保持する燃料タンクを含む請求項1または2に記載の蓄エネルギー装置。
- 前記燃料タンクは、前記燃料ガスに加えて二酸化炭素を保持する請求項3に記載の蓄エネルギー装置。
- 前記水供給部および前記酸素供給部は、前記酸素含有ガスを保持する酸素タンクを含む請求項1から4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5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6のいずれか1項に記載の蓄エネルギー装置。
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JP2001160404A (ja) * | 1999-12-02 | 2001-06-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 電力貯蔵システム |
JP2014072119A (ja) * | 2012-10-01 | 2014-04-21 | Takasago Thermal Eng Co Ltd | 充放電システム |
JP2018513915A (ja) * | 2015-03-19 | 2018-05-31 | エレクトリシテ・ドゥ・フランス | 電力および熱の併給用のシステムを熱的に管理するための方法ならびに関連するシステム |
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