JP5101444B2 - Power storage device - Google Patents

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Description

本発明は、水電解装置と燃料電池とを組み合わせた電力貯蔵装置に関する。   The present invention relates to a power storage device that combines a water electrolysis device and a fuel cell.

太陽電池や風車などの時間的変動が大きい自然エネルギー発電装置に、水電解装置と燃料電池とを組み合わせた電力貯蔵装置が接続される。発電装置が電力需要に対して余剰に発電している場合、電力貯蔵装置は水電解装置を作動させて、水を分解して水素と酸素とを発生させ、それぞれ水素タンク及び酸素タンクに貯蔵する。電力需要が発電量を上回る場合は、燃料電池を作動させて、貯蔵された水素と酸素とから水を生成する際に電力を発生させる。上記のように、自然エネルギー発電装置を電力貯蔵装置に接続させることにより、自然エネルギーで発生した電力の平準化を図ることができる。   A power storage device in which a water electrolysis device and a fuel cell are combined is connected to a natural energy power generation device such as a solar cell or a windmill that has a large temporal variation. When the power generation device is generating surplus power with respect to power demand, the power storage device operates the water electrolysis device to decompose water to generate hydrogen and oxygen, which are stored in the hydrogen tank and oxygen tank, respectively. . When the electric power demand exceeds the amount of power generation, the fuel cell is operated to generate electric power when generating water from the stored hydrogen and oxygen. As described above, leveling of the electric power generated by natural energy can be achieved by connecting the natural energy power generation device to the power storage device.

また、近年、昼間の電力需要と深夜の電力需要との格差が拡大している。電力貯蔵装置を通常の電力系統に接続する場合、夜間の余剰電力を用いた電力平準化装置としても利用することが出来る。   In recent years, the gap between daytime power demand and late-night power demand has increased. When the power storage device is connected to a normal power system, it can also be used as a power leveling device using surplus power at night.

上記の電力貯蔵装置においては、水電解装置及び燃料電池の起動と停止とが繰り返される。水電解装置または燃料電池が停止する度に、水電解装置または燃料電池の温度が低下する。そのため、水電解装置または燃料電池を起動する際に、ヒータやバーナなどにより循環水を加熱してから、水電解または発電を行わなければならず、起動に長時間を要する。その結果、システム効率が低下するという問題があった。   In the above power storage device, the water electrolysis device and the fuel cell are repeatedly started and stopped. Each time the water electrolysis device or fuel cell stops, the temperature of the water electrolysis device or fuel cell decreases. Therefore, when starting the water electrolysis apparatus or the fuel cell, it is necessary to perform water electrolysis or power generation after heating the circulating water with a heater or a burner, and it takes a long time to start. As a result, there is a problem that the system efficiency is lowered.

上記問題を解決する手段として、燃料電池からの排熱を利用して、水循環系統、特に純水タンクを加熱・保温する発電システムが、特許文献1に開示されている。当該発電システムによれば、余熱を有効利用して電解用水を加熱することにより、起動時間を短くして、水電解時の効率を向上させることができる。
特開2002−056880号公報
As a means for solving the above problem, Patent Document 1 discloses a power generation system that heats and keeps a water circulation system, particularly a pure water tank, using exhaust heat from a fuel cell. According to the power generation system, by effectively utilizing the residual heat to heat the electrolyzed water, the startup time can be shortened and the efficiency during water electrolysis can be improved.
JP 2002-056880 A

しかし、特許文献1の発電システムでは、加熱保温される電解用水の温度は60℃程度である。電解効率を向上させるためには、電解用水を60℃から120℃程度にする必要がある。そのため、特許文献1の発電システムでは、電解用水をヒータなどの加熱装置を用いて更に加熱する必要があった。   However, in the power generation system of Patent Document 1, the temperature of the electrolyzed water to be heated and kept is about 60 ° C. In order to improve the electrolysis efficiency, it is necessary to make the water for electrolysis about 60 to 120 ° C. Therefore, in the power generation system of Patent Document 1, it is necessary to further heat the water for electrolysis using a heating device such as a heater.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、装置構成が簡略化されるとともに、水電解装置と燃料電池との起動時間を短くして効率を向上させることができる電力貯蔵装置を提供する。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a power storage device that can improve the efficiency by simplifying the device configuration and shortening the startup time of the water electrolysis device and the fuel cell. .

上記課題を解決するために、本発明は、循環水を電気分解して水素と酸素とを生成する水電解装置と、水素と酸素とから循環水を生成する燃料電池と、循環水を収容する容器と、該容器内に設けられ、循環水を浄化する浄化層と、前記容器本体の頂部から垂下し、前記容器本体内を第1の部屋と第2の部屋とに分離する仕切板と、前記容器の外に設けられ、水素タンクと、前記第1の部屋と前記水素タンクとを連結する水素配管とを備える水素貯蔵部と、前記容器の外に設けられ、酸素タンクと、前記第2の部屋と前記酸素タンクとを連結する酸素配管とを備える酸素貯蔵部と、前記容器から排出された循環水を、前記燃料電池及び前記水電解装置を通過して、前記第1の部屋に送給するとともに、水素を前記第1の部屋に送給する第1の送給管と、前記容器から排出された循環水を、前記燃料電池及び前記水電解装置を通過して、前記第2の部屋に送給するとともに、酸素を前記第2の部屋に送給する第2の送給管と、一方の端部が、前記燃料電池より下流側の前記第1の送給管に接続され、前記第1の部屋から前記燃料電池に水素を供給する水素供給管と、一方の端部が、前記燃料電池より下流側の前記第2の送給管に接続され、前記第2の部屋から前記燃料電池に酸素を供給する酸素供給管とを備える電力貯蔵装置を提供する。   In order to solve the above problems, the present invention accommodates a water electrolysis device that electrolyzes circulating water to generate hydrogen and oxygen, a fuel cell that generates circulating water from hydrogen and oxygen, and the circulating water. A container, a purification layer provided in the container, for purifying circulating water, a partition plate that hangs down from the top of the container body and separates the container body into a first chamber and a second chamber; A hydrogen storage section provided outside the container and comprising a hydrogen tank and a hydrogen pipe connecting the first chamber and the hydrogen tank; an oxygen tank provided outside the container; and the second tank An oxygen storage unit comprising an oxygen pipe connecting the chamber and the oxygen tank, and the circulating water discharged from the container is passed through the fuel cell and the water electrolysis device and sent to the first chamber. And a first feed that delivers hydrogen to the first chamber. A circulating water discharged from the pipe and the container passes through the fuel cell and the water electrolysis device, and is supplied to the second chamber, and oxygen is supplied to the second chamber. A feed pipe, one end of which is connected to the first feed pipe on the downstream side of the fuel cell, and a hydrogen feed pipe for supplying hydrogen to the fuel cell from the first chamber, The power storage device includes an oxygen supply pipe that is connected to the second supply pipe on the downstream side of the fuel cell and supplies oxygen to the fuel cell from the second chamber.

本発明の電力貯蔵装置は、燃料電池と水電解装置とが、第1の送給管及び第2の送給管により直列に接続される構成であるため、燃料電池及び水電解装置の一方が運転している間に、燃料電池及び水電解装置の他方が停止している場合であっても循環水によって保温される。そのため、水電解と発電とを切り替える際に、停止していた燃料電池または水電解装置を起動させるための起動装置が不要となる上、起動時間を大幅に短縮させることができる。水素供給管及び酸素供給管が、それぞれ燃料電池より下流側の第1の送給管及び第2の送給管に接続されるため、水電解装置運転時だけでなく、燃料電池運転時においても、系内の水の自然循環を発生させることが可能となる。また、水電解時に水電解装置で発生した不純物と、発電時に燃料電池で発生した不純物とを、共通の浄化層で浄化する構成とすることができる。従って、装置構成を簡略化でき、更に、運転効率を大幅に向上させることができる。   Since the power storage device of the present invention has a configuration in which the fuel cell and the water electrolysis device are connected in series by the first feeding pipe and the second feeding pipe, one of the fuel cell and the water electrolysis device is During operation, even if the other of the fuel cell and the water electrolysis device is stopped, the temperature is maintained by the circulating water. Therefore, when switching between water electrolysis and power generation, an activation device for activating the stopped fuel cell or water electrolysis device is not required, and the activation time can be greatly shortened. Since the hydrogen supply pipe and the oxygen supply pipe are respectively connected to the first supply pipe and the second supply pipe on the downstream side of the fuel cell, not only when the water electrolysis apparatus is operated but also when the fuel cell is operated. The natural circulation of water in the system can be generated. Moreover, it can be set as the structure which purifies the impurity which generate | occur | produced in the water electrolysis apparatus at the time of water electrolysis, and the impurity which generate | occur | produced in the fuel cell at the time of power generation with a common purification layer. Therefore, the apparatus configuration can be simplified and the operating efficiency can be greatly improved.

上記発明において、前記水素配管及び前記酸素配管の少なくとも一方が、前記容器に収容される循環水内に水素または酸素を供給するように配置されることが好ましい。   In the said invention, it is preferable that at least one of the said hydrogen piping and the said oxygen piping is arrange | positioned so that hydrogen or oxygen may be supplied in the circulating water accommodated in the said container.

上記構成とすることで、水電解装置及び燃料電池に使用される電解膜を加湿させることができる。   By setting it as the said structure, the electrolytic membrane used for a water electrolysis apparatus and a fuel cell can be humidified.

上記発明によれば、水電解と発電とを切り替える際に、停止していた燃料電池または水電解装置を起動させるための起動装置が不要となり、起動時間を大幅に短縮させることができる。また、水電解装置及び燃料電池いずれの運転時においても、系内の水の自然循環を発生させることが可能となる。本発明の電力貯蔵装置は、水電解装置の浄化層と燃料電池の浄化層とを、共通で使用することができるため、装置構成を簡略化でき、更に、運転効率を大幅に向上させることができる。   According to the above invention, when switching between water electrolysis and power generation, the startup device for starting the stopped fuel cell or water electrolysis apparatus is not required, and the startup time can be greatly shortened. In addition, it is possible to generate a natural circulation of water in the system during the operation of either the water electrolysis apparatus or the fuel cell. In the power storage device of the present invention, since the purification layer of the water electrolysis device and the purification layer of the fuel cell can be used in common, the device configuration can be simplified and the operation efficiency can be greatly improved. it can.

以下に、本発明に係る電力貯蔵装置を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明に係る電力貯蔵装置の一実施形態概略図である。本実施形態に係る電力貯蔵装置10は、循環水を電気分解して水素と酸素とを発生させる水電解装置11と、水素と酸素とから循環水を生成するとともに電気を発生させる燃料電池12と、循環水を貯蔵するための容器13とを備える。水電解装置11は、例えば、固体高分子膜水電解装置とされる。燃料電池12は、例えば、固体高分子形燃料電池とされる。
Below, the electric power storage apparatus which concerns on this invention is demonstrated with reference to drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of a power storage device according to the present invention. The power storage device 10 according to this embodiment includes a water electrolysis device 11 that electrolyzes circulating water to generate hydrogen and oxygen, a fuel cell 12 that generates circulating water from hydrogen and oxygen, and generates electricity. And a container 13 for storing circulating water. The water electrolysis device 11 is, for example, a solid polymer membrane water electrolysis device. The fuel cell 12 is, for example, a solid polymer fuel cell.

容器13内に、容器13の下端面から所定間隔を有して設けられ、循環水を浄化する浄化層14と、容器13の頂部から垂下し、容器13内を第1の部屋16と第2の部屋17とに分離する仕切板15が設けられる。容器13の外周に保温材(図示されず)が配置され、容器13を保温できる構成となっている。   The container 13 is provided at a predetermined interval from the lower end surface of the container 13, purifies the circulating water, and hangs down from the top of the container 13. A partition plate 15 is provided for separation into the room 17. A heat insulating material (not shown) is disposed on the outer periphery of the container 13 so that the container 13 can be kept warm.

容器内に、循環水が収容される。容器内の循環水の水面を一定にするように、図示されない圧力計により各部屋の圧力を測定し、各部屋が均圧となるように調整される。また、水電解により循環水が消費されるので、水レベル計(図示されず)を容器に設置し、ボールタップなどにより所定量の水が給水管(図示されず)を介して給水される。   Circulating water is accommodated in the container. The pressure in each room is measured by a pressure gauge (not shown) so that the water level of the circulating water in the container is constant, and the pressure in each room is adjusted to be equal. Since circulating water is consumed by water electrolysis, a water level meter (not shown) is installed in the container, and a predetermined amount of water is supplied through a water supply pipe (not shown) by a ball tap or the like.

浄化層14は、例えばイオン交換樹脂から構成される。容器内にイオン交換樹脂を充填するために、容器13の下端面から所定距離で網または細孔を有する支持部材が設けられ、この支持部材にイオン交換樹脂が充填される。浄化層14のイオン交換樹脂を循環水が通過する際、循環水中の不純物が除去される。容器13内の浄化層14の下方部に、浄化層14で不純物が除去された循環水が貯留される。   The purification layer 14 is made of, for example, an ion exchange resin. In order to fill the container with the ion exchange resin, a support member having a net or pores at a predetermined distance from the lower end surface of the container 13 is provided, and this support member is filled with the ion exchange resin. When the circulating water passes through the ion exchange resin of the purification layer 14, impurities in the circulating water are removed. Circulating water from which impurities have been removed by the purification layer 14 is stored below the purification layer 14 in the container 13.

容器13の外部に、水素貯蔵部20と酸素貯蔵部30とが設けられる。水素貯蔵部20は、水素タンク21と、第1の部屋16の頂部と水素タンク21とを連結する水素配管22a、及び、水素タンク21と第1の部屋16の側面部とを連結する水素配管22bとを備える。酸素貯蔵部30は、酸素タンク31と、第2の部屋17の頂部と酸素タンク31とを連結する酸素配管32a、及び、酸素タンク31と第2の部屋17の側面部とを連結する酸素配管32bとを備える。   A hydrogen storage unit 20 and an oxygen storage unit 30 are provided outside the container 13. The hydrogen storage unit 20 includes a hydrogen tank 21, a hydrogen pipe 22 a that connects the top of the first chamber 16 and the hydrogen tank 21, and a hydrogen pipe that connects the hydrogen tank 21 and the side surface of the first chamber 16. 22b. The oxygen storage unit 30 includes an oxygen tank 31, an oxygen pipe 32 a that connects the top of the second chamber 17 and the oxygen tank 31, and an oxygen pipe that connects the oxygen tank 31 and the side surface of the second chamber 17. 32b.

容器13の下方部から、浄化層14で浄化された循環水を、燃料電池12及び水電解装置11を通過して、第1の部屋16上方の循環水中に供給する第1の送給管25が設けられる。また、容器13の下方部から、浄化層14で浄化された循環水を、燃料電池12及び水電解装置11を通過して、第2の部屋17上方の循環水中に供給する第2の送給管35が設けられる。すなわち、燃料電池12及び水電解装置11が、第1の送給管25及び第2の送給管35により、直列に接続される。   A first feed pipe 25 that supplies the circulating water purified by the purification layer 14 from the lower part of the container 13 to the circulating water above the first chamber 16 through the fuel cell 12 and the water electrolysis device 11. Is provided. Further, from the lower part of the container 13, the second feed that supplies the circulating water purified by the purification layer 14 to the circulating water above the second chamber 17 through the fuel cell 12 and the water electrolysis device 11. A tube 35 is provided. That is, the fuel cell 12 and the water electrolysis device 11 are connected in series by the first supply pipe 25 and the second supply pipe 35.

第1の部屋16の上部の空間に貯留される水素を、燃料電池12に供給する水素供給管26が設けられる。第2の部屋17上部の空間に貯留される酸素を、燃料電池に供給する酸素供給管36が設けられる。本実施形態において、水素供給管26の下流側(燃料電池側)端部は、第1の送給管25に接続される。また、酸素供給管36の下流側端部は、第2の送給管35に接続される。   A hydrogen supply pipe 26 that supplies hydrogen stored in the space above the first chamber 16 to the fuel cell 12 is provided. An oxygen supply pipe 36 for supplying oxygen stored in the space above the second chamber 17 to the fuel cell is provided. In the present embodiment, the downstream (fuel cell side) end of the hydrogen supply pipe 26 is connected to the first supply pipe 25. The downstream end of the oxygen supply pipe 36 is connected to the second supply pipe 35.

本実施形態の電力貯蔵装置を用いて、電力の平準化を行う工程を以下で説明する。
夜間電力を用いる場合や、自然エネルギー発電装置が電力需要に対して余剰に発電している場合、本実施形態の電力貯蔵装置は次の工程で運転される。
A process of leveling power using the power storage device of the present embodiment will be described below.
When nighttime power is used, or when the natural energy power generation device generates excessive power with respect to power demand, the power storage device of the present embodiment is operated in the following process.

水電解装置は、約80℃にて定格運転される。
循環水が、第1の送給管25から、燃料電池12を通過して水電解装置11に供給される。夜間電力または余剰電力が、水電解装置11に投入される。これにより、水電解装置11において、循環水が電気分解され、水素及び酸素が発生する。電気分解時に発生する内部損失により、循環水が加熱される。発生した水素は、余剰の循環水とともに、第1の送給管25を通じて、第1の部屋16上方の循環水中に供給される。酸素は、余剰の循環水とともに、第2の送給管35を通じて、第2の部屋17上方の循環水中に供給される。そのため、水電解装置11の下流側の第1の送給管25または第2の送給管35を流れる、循環水と水素または酸素との混合物の密度は、水電解装置11の上流側の第1の送給管25または第2の送給管35を流れる循環水の密度よりも小さくなり、系内の水に自然循環が発生する。
The water electrolyzer is rated at about 80 ° C.
Circulating water is supplied from the first supply pipe 25 to the water electrolysis apparatus 11 through the fuel cell 12. Night power or surplus power is input to the water electrolysis apparatus 11. Thereby, in the water electrolysis apparatus 11, circulating water is electrolyzed and hydrogen and oxygen are generated. Circulating water is heated by internal losses that occur during electrolysis. The generated hydrogen is supplied to the circulating water above the first chamber 16 through the first supply pipe 25 together with the excess circulating water. Oxygen is supplied to the circulating water above the second chamber 17 through the second feed pipe 35 together with the excess circulating water. Therefore, the density of the mixture of circulating water and hydrogen or oxygen flowing through the first feeding pipe 25 or the second feeding pipe 35 on the downstream side of the water electrolysis device 11 is the first density on the upstream side of the water electrolysis device 11. The density becomes lower than the density of circulating water flowing through one feeding pipe 25 or the second feeding pipe 35, and natural circulation occurs in the water in the system.

第1の部屋16に供給された水素は、第1の部屋16の頂部から排出され、水素配管22aを通じて水素タンク21に供給される。水素タンク21に供給された水素は、加圧されて水素タンク21内に貯蔵される。   The hydrogen supplied to the first chamber 16 is discharged from the top of the first chamber 16 and supplied to the hydrogen tank 21 through the hydrogen pipe 22a. The hydrogen supplied to the hydrogen tank 21 is pressurized and stored in the hydrogen tank 21.

第2の部屋17に供給された酸素は、第2の部屋17の頂部から排出され、酸素配管32aを通じて酸素タンク31に供給され、加圧されて酸素タンク31内に貯蔵される。   The oxygen supplied to the second chamber 17 is discharged from the top of the second chamber 17, supplied to the oxygen tank 31 through the oxygen pipe 32 a, pressurized, and stored in the oxygen tank 31.

第1の部屋16及び第2の部屋17の循環水は、浄化層14を透過して容器13下方部に移動する際に、浄化層14にて不純物が除去される。不純物が除去された循環水は、第1の送給管25及び第2の送給管35から、燃料電池12と通過して水電解装置11に再び供給される。   When the circulating water in the first chamber 16 and the second chamber 17 passes through the purification layer 14 and moves to the lower part of the container 13, impurities are removed by the purification layer 14. The circulating water from which impurities have been removed passes through the fuel cell 12 from the first supply pipe 25 and the second supply pipe 35 and is supplied again to the water electrolysis apparatus 11.

このように、水電気分解過程で循環水が自然循環するので、循環水を循環させるためのポンプが不要となる。電解時に発生した内部損失によって循環水が加熱されるため、ヒータなどの加熱手段が不要となり、熱的自立を図ることができる。また、燃料電池と水電解装置とが、第1の送給管及び第2の送給管により直列に接続されるので、加熱された循環水が燃料電池を通過し、水電解時(すなわち、燃料電池停止時)においても燃料電池が保温される。   Thus, since the circulating water naturally circulates in the water electrolysis process, a pump for circulating the circulating water becomes unnecessary. Since the circulating water is heated by the internal loss generated during electrolysis, no heating means such as a heater is required, and thermal independence can be achieved. Further, since the fuel cell and the water electrolysis device are connected in series by the first feeding pipe and the second feeding pipe, the heated circulating water passes through the fuel cell and is subjected to water electrolysis (that is, The fuel cell is kept warm even when the fuel cell is stopped.

昼間において電力需要が発電量を上回る場合や、自然エネルギー発電装置の発電量が電力需要に満たない場合は、本実施形態の電力貯蔵装置は次の工程で運転される。   When the power demand exceeds the power generation amount in the daytime, or when the power generation amount of the natural energy power generation device is less than the power demand, the power storage device of this embodiment is operated in the following process.

燃料電池12は、上述のように、停止時(水電解時)でも循環水により約80℃程度に保温される。従って、ヒータなどの起動装置が不要であり、起動時間が大幅に短縮される。   As described above, the fuel cell 12 is kept at about 80 ° C. by the circulating water even when it is stopped (water electrolysis). Therefore, a starting device such as a heater is unnecessary, and the starting time is greatly shortened.

水素タンク21内の水素が、水素配管22bを通じて、第1の部屋16の側面部から第1の部屋16内の循環水に供給される。第1の部屋16に供給された水素は、第1の部屋16の上部空間から水素供給管26を通じて燃料電池12に供給される。   The hydrogen in the hydrogen tank 21 is supplied to the circulating water in the first chamber 16 from the side surface of the first chamber 16 through the hydrogen pipe 22b. The hydrogen supplied to the first chamber 16 is supplied to the fuel cell 12 from the upper space of the first chamber 16 through the hydrogen supply pipe 26.

水素と同時に、酸素タンク31内の酸素が、酸素配管32bを通じて、第2の部屋17の側面部から第2の部屋17内の循環水に供給される。第2の部屋17に供給された酸素は、第2の部屋17の上部空間から酸素供給管36を通じて燃料電池12に供給される。   Simultaneously with hydrogen, oxygen in the oxygen tank 31 is supplied to the circulating water in the second chamber 17 from the side surface of the second chamber 17 through the oxygen pipe 32b. Oxygen supplied to the second chamber 17 is supplied from the upper space of the second chamber 17 to the fuel cell 12 through the oxygen supply pipe 36.

燃料電池12において、水素と酸素が反応して水が発生するとともに、発電する。発生した水は、水素と酸素との反応によって発生するジュール熱により加熱される。加熱された水は、循環水として、第1の送給管25及び第2の送給管35を介して、水電解装置11を通過して、第1の部屋16及び第2の部屋17に供給される。第1の部屋16及び第2の部屋17に供給された循環水は、浄化層14を通過し、容器13下部から排出されて、第1の送給管25及び第2の送給管35により、燃料電池12に供給される。   In the fuel cell 12, hydrogen and oxygen react to generate water and generate electricity. The generated water is heated by Joule heat generated by the reaction between hydrogen and oxygen. The heated water passes through the water electrolysis apparatus 11 through the first feed pipe 25 and the second feed pipe 35 as circulating water, and enters the first chamber 16 and the second chamber 17. Supplied. The circulating water supplied to the first chamber 16 and the second chamber 17 passes through the purification layer 14, is discharged from the lower portion of the container 13, and is discharged by the first supply pipe 25 and the second supply pipe 35. , And supplied to the fuel cell 12.

ここで、水素供給管26及び酸素供給管36から燃料電池12に供給され、反応せずに燃料電池12を通過した余剰の水素及び酸素は、燃料電池12の下流側において、それぞれ第1の送給管及び第2の送給管に供給される。そのため、燃料電池12の下流側の第1の送給管25または第2の送給管35を流れる循環水と水素または酸素との混合物の密度は、燃料電池12の上流側の第1の送給管25または第2の送給管35を流れる循環水の密度よりも小さくなり、系内の水に自然循環が発生する。   Here, surplus hydrogen and oxygen supplied to the fuel cell 12 from the hydrogen supply pipe 26 and the oxygen supply pipe 36 and passed through the fuel cell 12 without reacting with each other on the downstream side of the fuel cell 12 respectively. Supplied to the supply pipe and the second supply pipe. Therefore, the density of the mixture of circulating water and hydrogen or oxygen flowing through the first feed pipe 25 or the second feed pipe 35 on the downstream side of the fuel cell 12 is the same as that of the first feed pipe on the upstream side of the fuel cell 12. The density becomes lower than the density of the circulating water flowing through the supply pipe 25 or the second supply pipe 35, and natural circulation occurs in the water in the system.

上記のように、本実施形態の電力貯蔵装置は、燃料電池起動のための加熱手段が不要であり、起動時間を大幅に短縮させることができる。発電時に発生したジュール熱により循環水が加熱されるため、熱的自立を図ることができる。また、発電時に水電解装置を保温することができるので、水電解過程に切り替えた際に、水電解装置の起動時間が大幅に短縮できるとともに、水電解装置起動のためのヒータなどの加熱手段が不要となる。
本実施形態の電力貯蔵装置は、発電時においても循環水が自然循環するため、循環水を循環させるためのポンプが不要となる。更に、水電解時に水電解装置で発生した不純物と、発電時に燃料電池で発生した不純物とを、共通の浄化層で浄化する構成とすることができるので、装置を簡略化できる。
As described above, the power storage device of the present embodiment does not require a heating unit for starting the fuel cell, and can significantly reduce the start-up time. Since the circulating water is heated by Joule heat generated during power generation, thermal independence can be achieved. In addition, since the water electrolysis device can be kept warm during power generation, the start time of the water electrolysis device can be greatly shortened when switching to the water electrolysis process, and heating means such as a heater for starting the water electrolysis device are provided. It becomes unnecessary.
In the power storage device of the present embodiment, since the circulating water naturally circulates even during power generation, a pump for circulating the circulating water becomes unnecessary. Furthermore, since the impurities generated in the water electrolysis apparatus during water electrolysis and the impurities generated in the fuel cell during power generation can be purified by a common purification layer, the apparatus can be simplified.

本実施形態の電力貯蔵装置に固体高分子膜水電解装置を適用した場合、発電時(水電解装置停止時)においても水電解装置を循環水が通過するので、固体高分子電解質膜を加湿させることができる。   When a solid polymer membrane water electrolysis device is applied to the power storage device of this embodiment, the circulating water passes through the water electrolysis device even during power generation (when the water electrolysis device is stopped), so that the solid polymer electrolyte membrane is humidified. be able to.

以上のように、本実施形態の電力貯蔵装置は、装置構成を簡略化でき、水電解と発電との間で運転が切り替わる際に、水電解装置及び燃料電池の起動時間を大幅に短縮することができるので、運転効率を大幅に向上させることができる。また、ヒータなどの循環水加熱手段が不要であるなど、装置構成を簡略化できる点で有利である。   As described above, the power storage device of the present embodiment can simplify the device configuration, and greatly reduce the startup time of the water electrolysis device and the fuel cell when the operation is switched between water electrolysis and power generation. Therefore, the driving efficiency can be greatly improved. Further, it is advantageous in that the apparatus configuration can be simplified, for example, no circulating water heating means such as a heater is required.

なお、上記実施形態では、容器の外周に保温材が配置されるが、水分解や発電時の発熱が過多であり、循環水温度が過剰に上昇する場合は、例えば、第1の送給管及び第2の送給管にラジエータなどの放熱手段を設けることができる。   In the above embodiment, the heat insulating material is arranged on the outer periphery of the container. However, when the heat generation during water splitting or power generation is excessive and the circulating water temperature rises excessively, for example, the first supply pipe In addition, a heat radiating means such as a radiator can be provided in the second feed pipe.

本発明の電力貯蔵装置の一実施形態の概略図である。It is the schematic of one Embodiment of the electric power storage apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 電力貯蔵装置
11 水電解装置
12 燃料電池
13 容器
14 浄化層
15 仕切板
16 第1の部屋
17 第2の部屋
20 水素貯蔵部
21 水素タンク
22a,22b 水素配管
25 第1の送給管
26 水素供給管
30 酸素貯蔵部
31 酸素タンク
32a,32b 酸素配管
35 第2の送給管
36 酸素供給管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electric power storage apparatus 11 Water electrolysis apparatus 12 Fuel cell 13 Container 14 Purification layer 15 Partition plate 16 1st chamber 17 2nd chamber 20 Hydrogen storage part 21 Hydrogen tank 22a, 22b Hydrogen piping 25 1st feed pipe 26 Hydrogen Supply pipe 30 Oxygen storage section 31 Oxygen tanks 32a, 32b Oxygen pipe 35 Second supply pipe 36 Oxygen supply pipe

Claims (2)

循環水を電気分解して水素と酸素とを生成する水電解装置と、
水素と酸素とから循環水を生成する燃料電池と、
循環水を収容する容器と、
該容器内に設けられ、循環水を浄化する浄化層と、
前記容器本体の頂部から垂下し、前記容器本体内を第1の部屋と第2の部屋とに分離する仕切板と、
前記容器の外に設けられ、水素タンクと、前記第1の部屋と前記水素タンクとを連結する水素配管とを備える水素貯蔵部と、
前記容器の外に設けられ、酸素タンクと、前記第2の部屋と前記酸素タンクとを連結する酸素配管とを備える酸素貯蔵部と、
前記容器から排出された循環水を、前記燃料電池及び前記水電解装置を通過して、前記第1の部屋に送給するとともに、水素を前記第1の部屋に送給する第1の送給管と、
前記容器から排出された循環水を、前記燃料電池及び前記水電解装置を通過して、前記第2の部屋に送給するとともに、酸素を前記第2の部屋に送給する第2の送給管と、
一方の端部が、前記燃料電池より下流側の前記第1の送給管に接続され、前記第1の部屋から前記燃料電池に水素を供給する水素供給管と、
一方の端部が、前記燃料電池より下流側の前記第2の送給管に接続され、前記第2の部屋から前記燃料電池に酸素を供給する酸素供給管とを備える電力貯蔵装置。
A water electrolyzer that electrolyzes the circulating water to produce hydrogen and oxygen;
A fuel cell that generates circulating water from hydrogen and oxygen;
A container for containing circulating water;
A purification layer provided in the container for purifying circulating water;
A partition plate that hangs down from the top of the container body and separates the inside of the container body into a first chamber and a second chamber;
A hydrogen storage unit provided outside the container, comprising a hydrogen tank, and a hydrogen pipe connecting the first chamber and the hydrogen tank;
An oxygen storage unit provided outside the container and comprising an oxygen tank and an oxygen pipe connecting the second chamber and the oxygen tank;
Circulating water discharged from the container passes through the fuel cell and the water electrolyzer, and is fed to the first chamber, and hydrogen is fed to the first chamber. Tube,
Circulating water discharged from the container passes through the fuel cell and the water electrolyzer, and is supplied to the second chamber, and oxygen is supplied to the second chamber. Tube,
One end is connected to the first feed pipe downstream from the fuel cell, and a hydrogen supply pipe for supplying hydrogen from the first chamber to the fuel cell;
A power storage device comprising: one end connected to the second supply pipe downstream from the fuel cell, and an oxygen supply pipe for supplying oxygen from the second chamber to the fuel cell.
前記水素配管及び前記酸素配管の少なくとも一方が、前記容器に収容される循環水内に水素または酸素を供給するように配置される請求項1に記載の電力貯蔵装置。   The power storage device according to claim 1, wherein at least one of the hydrogen pipe and the oxygen pipe is arranged to supply hydrogen or oxygen into the circulating water stored in the container.
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