JP5458989B2 - エネルギー変換装置 - Google Patents
エネルギー変換装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5458989B2 JP5458989B2 JP2010059808A JP2010059808A JP5458989B2 JP 5458989 B2 JP5458989 B2 JP 5458989B2 JP 2010059808 A JP2010059808 A JP 2010059808A JP 2010059808 A JP2010059808 A JP 2010059808A JP 5458989 B2 JP5458989 B2 JP 5458989B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- heat storage
- reformer
- storage material
- energy conversion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Description
蓄熱器は二酸化炭素を吸収するときに放熱するとともに熱を吸収するときに二酸化炭素を放出する蓄熱材を有し、蓄熱材が改質器における改質の際に発生する二酸化炭素を吸収するときに蓄熱材からの放熱を改質器に供給する放熱モードと、蓄熱材がエネルギー変換器におけるエネルギー変換の際に発生する熱を吸熱するときに吸収済みの二酸化炭素を放出する蓄熱モードと、を切り替え制御する制御装置を備えることを特徴とする。
制御装置は、エネルギー変換器からの熱が一方の蓄熱ユニットの蓄熱材に対して第1の熱交換装置によって供給される場合には、一方の蓄熱ユニットの第2の熱交換装置による熱の授受を遮断し、改質器によって改質されたガスが一方の蓄熱ユニットに流入することを阻止することにより蓄熱モードを実行するとともに、改質器によって改質されたガスが他方の蓄熱ユニットに流入することを許可し、他方の蓄熱ユニットの第1の熱交換装置による熱の授受を遮断し、他方の蓄熱ユニットの第2の熱交換装置による熱の授受を許可することにより放熱モードを実行することを特徴とする。
蓄熱器は、二酸化炭素を吸収するときに放熱するとともに熱を吸収するときに二酸化炭素を放出する蓄熱材、蓄熱材とエネルギー変換器との間で熱の授受を行う第1の熱交換装置、及び蓄熱材と改質器との間で熱の授受を行う第2の熱交換装置を有する蓄熱ユニットを少なくとも二組備え、
蓄熱材が改質器における改質の際に発生する二酸化炭素を吸収するときに蓄熱材からの放熱を改質器に供給する放熱モードと、蓄熱材がエネルギー変換器におけるエネルギー変換の際に発生する熱を吸熱するときに吸収済みの二酸化炭素を放出する蓄熱モードと、を制御する制御装置を備え、
制御装置は、エネルギー変換器からの熱が一方の蓄熱ユニットの蓄熱材に対して第1の熱交換装置によって供給される場合は、一方の蓄熱ユニットの第2の熱交換装置による熱の授受を遮断し、改質器によって改質されたガスが一方の蓄熱ユニットに流入することを阻止することにより蓄熱モードを実行するとともに、改質器によって改質されたガスが他方の蓄熱ユニットに流入することを許可し、他方の蓄熱ユニットの第1の熱交換装置による熱の授受を遮断し、他方の蓄熱ユニットの第2の熱交換装置による熱の授受を許可することにより放熱モードを実行することを特徴とする。
また、請求項8によると、請求項2または請求項4に記載のエネルギー変換装置において、放熱モードにおける蓄熱材からの放熱は改質器だけでなく他の加熱対象機器にも供給され、他の加熱対象機器はエネルギー変換器としての燃料電池であり、
第2の熱交換装置は、蓄熱材と改質器との間の熱の授受を行うことに加え、さらに蓄熱材と燃料電池との間で熱の授受を行えるように構成されることを特徴とする。
各発明によれば、蓄熱材が二酸化炭素を吸収する際に発生する熱を燃料電池にも供給するため、熱利用の拡大及び促進が図れ、特に、燃料電池の早期暖機が可能となる。この結果、例えば、燃料電池による発電の負荷追従が精度よく行われ、また高温燃料電池におけるDSS(デイリー・スタート・ストップ)も可能となる。
本発明の第1実施形態に係るエネルギー変換装置1について図1〜図5を用いて説明する。図1は、エネルギー変換装置1の構成を示した概略図である。図1に示すように、エネルギー変換装置1は、炭化水素系の燃料を水素等に改質する改質器3と、改質された水素の化学ポテンシャルを異種エネルギーへ変換するエネルギー変換器としての燃料電池4と、燃料電池4におけるエネルギー変換の際に発生する熱を蓄熱する蓄熱器2と、主として各機器への燃料及び電力の供給を制御する制御装置100と、を備えている。
さらに、一酸化炭素(CO)は熱化学反応式(2)に示すシフト反応により、二酸化炭素(CO2)に変換される。
改質器3は、メタン及び水を改質するために、微細な多数の流路を有し、熱化学反応式(1)及び(2)に示した反応を能率よく進行させるための周知の触媒が当該流路の表面に担持されている。熱化学反応式(1)に示した反応は吸熱反応であるので、改質器3は、この反応を能率よく進行させるため、後述する蓄熱器2からの放熱を能率よく導入する構造である熱交換器部とこの熱を外部に漏らさない断熱構造とを備えている。
Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O+70kJ/mol・・・(4)
熱化学反応式(3)及び(4)に示す反応は発熱反応であるので、炭酸化に伴って蓄熱材211から発生した熱は、蓄熱器側の熱交換部(熱交換パイプ213)で受熱されて第2の熱交換装置7を構成する回路を循環する熱媒体によって改質器側の熱交換部(熱交換パイプ71)に輸送され、改質器3の熱源として放出される(放熱モード)。
このように、蓄熱材211が充填された反応層では、上記の熱化学反応式(3)もしくは(4)及び化学反応式(5)に示す反応が可逆的に実施可能である。これらの反応は、反応層への熱の供給及び反応層への二酸化炭素の供給をトリガーとして単一の第1の蓄熱ユニット21において切り替え可能または同時進行的に実施される。
また、図3(b)に示すように、反応温度800KにおいてCaCO3のモル数が極大値となる。この数値解析結果とKp(T)3の式とから、Kp(T)3は反応温度800Kで極小となるため、熱化学反応式(3)で表される反応は左辺から右辺に向けて進行しやすくなる。このように熱化学反応式(3)の反応が右辺に向けて進行しやすいため、熱化学反応式(1)及び(2)で表される反応も左辺から右辺に向けて進行しやすくなる。熱化学反応式(1)及び(2)についての平衡定数Kp(T)1とKp(T)2と積は、各物質のモル濃度を用いて次の式で表すことができる。
ここで反応温度800KにおいてCO2のモル数は、図2に示す従来のエネルギー変換装置の場合は0.316モル、図3(a)に示す本実施形態のエネルギー変換装置1の場合は1.43×10‐3モルであるという結果が得られた。これにより、エネルギー変換装置1の方がCO2のモル濃度が著しく小さくなるため、エネルギー変換装置1では、上記のKp(T)1・Kp(T)1の右辺について[CO2]が小さくなると、反応の平衡(バランス)を保とうとするため、[H2]が大きくなり、[CH4]及び[H2O]が小さくなる。
したがって、エネルギー変換装置1では、水素ガス(H2)の生成量が増加することがわかる。
第2実施形態に係るエネルギー変換装置1Aは、第1実施形態のエネルギー変換装置1に対して、蓄熱器2Aが二組の蓄熱ユニット21,22を備えたものである。図6は第2実施形態のエネルギー変換装置1Aを示した概略図である。図7はエネルギー変換装置1Aにおけるモード切り替え制御を示すフローチャートである。図6において図1と同様の符号を付した各部は、第1実施形態の説明と同様の構成部品であり、同様の作用効果をするものである。
第3実施形態は、第2実施形態に記載のフローチャートに対して蓄熱モード及び放熱モードを開始する条件として、燃料電池の起動及び蓄熱器2Aへの熱供給の検出を採用し、これをステップ10Aで判定するものである。第3実施形態について図8を参照して説明する。図8は第3実施形態のモード切り替え制御を示すフローチャートである。なお、第3実施形態のフローチャートは、以下に説明するステップ以外の各ステップは第2実施形態のフローチャートと同様であり、その作用効果も同様である。
第4実施形態では、第1実施形態のエネルギー変換装置1に対して放熱モード時に蓄熱器2から放出される熱を第2の熱交換装置7Aを介して改質器3以外の機器にも供給するエネルギー変換装置1Bについて、図9を参照して説明する。図9は第4実施形態に係るエネルギー変換装置1Bを示した概略図である。エネルギー変換装置1Bは、図9に示す第2の熱交換装置7Aを備える以外は第1実施形態のエネルギー変換装置1と構成及び作動について同様であり、同様の作用効果を奏する。
上述の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
2,2A…蓄熱器
3…改質器
4…燃料電池(エネルギー変換器)
5…脱流器(他の加熱対象機器)
6,8…第1の熱交換装置
7,9…第2の熱交換装置
11…加熱対象機器
21…第1の蓄熱ユニット(他方の蓄熱ユニット)
22…第2の蓄熱ユニット(一方の蓄熱ユニット)
211,221…蓄熱材
Claims (16)
- 炭化水素系燃料を少なくとも水素に改質する改質器と、前記改質された水素の化学ポテンシャルを異種エネルギーへ変換するエネルギー変換器と、前記エネルギー変換器における前記エネルギー変換の際に発生する熱を蓄熱する蓄熱器と、を備えたエネルギー変換装置であって、
前記蓄熱器は二酸化炭素を吸収するときに放熱するとともに熱を吸収するときに二酸化炭素を放出する蓄熱材を有し、
前記蓄熱材が前記改質器における前記改質の際に発生する二酸化炭素を吸収するときに前記蓄熱材からの放熱を前記改質器に供給する放熱モードと、前記蓄熱材が前記エネルギー変換器における前記エネルギー変換の際に発生する熱を吸熱するときに前記吸収した二酸化炭素を放出する蓄熱モードと、を切り替え制御する制御装置を備えることを特徴とするエネルギー変換装置。 - 前記蓄熱器は、前記蓄熱材、前記蓄熱材と前記エネルギー変換器との間で熱の授受を行う第1の熱交換装置、及び前記蓄熱材と前記改質器との間で熱の授受を行う第2の熱交換装置を有する蓄熱ユニットを少なくとも二組備え、
前記制御装置は、
前記エネルギー変換器からの熱が一方の前記蓄熱ユニットの前記蓄熱材に対して前記第1の熱交換装置によって供給される場合には、前記一方の前記蓄熱ユニットの前記第2の熱交換装置による熱の授受を遮断し、前記改質器によって改質されたガスが前記一方の前記蓄熱ユニットに流入することを阻止することにより前記蓄熱モードを実行するとともに、前記改質器によって改質されたガスが前記他方の前記蓄熱ユニットに流入することを許可し、前記他方の前記蓄熱ユニットの前記第1の熱交換装置による熱の授受を遮断し、前記他方の前記蓄熱ユニットの前記第2の熱交換装置による熱の授受を許可することにより前記放熱モードを実行することを特徴とする請求項1に記載のエネルギー変換装置。 - 前記制御装置は、前記蓄熱モード及び前記放熱モードのうち一方のモードを開始した後、予め定めた時間が経過すると他方のモードに切り替えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のエネルギー変換装置。
- 炭化水素系燃料を少なくとも水素に改質する改質器と、前記改質された水素の化学ポテンシャルを異種エネルギーへ変換するエネルギー変換器と、前記エネルギー変換器における前記エネルギー変換の際に発生する熱を蓄熱する蓄熱器と、を備えたエネルギー変換装置であって、
前記蓄熱器は、二酸化炭素を吸収するときに放熱するとともに熱を吸収するときに二酸化炭素を放出する蓄熱材、前記蓄熱材と前記エネルギー変換器との間で熱の授受を行う第1の熱交換装置、及び前記蓄熱材と前記改質器との間で熱の授受を行う第2の熱交換装置を有する蓄熱ユニットを少なくとも二組備え、
前記蓄熱材が前記改質器における前記改質の際に発生する二酸化炭素を吸収するときに前記蓄熱材からの放熱を前記改質器に供給する放熱モードと、前記蓄熱材が前記エネルギー変換器における前記エネルギー変換の際に発生する熱を吸熱するときに前記吸収した二酸化炭素を放出する蓄熱モードと、を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
前記エネルギー変換器からの熱が一方の前記蓄熱ユニットの前記蓄熱材に対して前記第1の熱交換装置によって供給される場合は、
前記一方の前記蓄熱ユニットの前記第2の熱交換装置による熱の授受を遮断し、前記改質器によって改質されたガスが前記一方の前記蓄熱ユニットに流入することを阻止することにより前記蓄熱モードを実行するとともに、
前記改質器によって改質されたガスが前記他方の前記蓄熱ユニットに流入することを許可し、前記他方の前記蓄熱ユニットの前記第1の熱交換装置による熱の授受を遮断し、前記他方の前記蓄熱ユニットの前記第2の熱交換装置による熱の授受を許可することにより前記放熱モードを実行することを特徴とするエネルギー変換装置。 - 前記改質器と前記蓄熱器は一体に構成された装置であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
- 前記放熱モードにおける前記蓄熱材からの放熱は前記改質器だけでなく他の加熱対象機器にも供給されることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
- 前記放熱モードにおける前記蓄熱材からの放熱は前記改質器だけでなく他の加熱対象機器にも供給され、前記他の加熱対象機器はエネルギー変換器としての燃料電池であることを特徴とする請求項1に記載のエネルギー変換装置。
- 前記放熱モードにおける前記蓄熱材からの放熱は前記改質器だけでなく他の加熱対象機器にも供給され、
前記他の加熱対象機器はエネルギー変換器としての燃料電池であり、
前記第2の熱交換装置は、前記蓄熱材と前記改質器との間の熱の授受を行うことに加え、さらに前記蓄熱材と前記燃料電池との間で熱の授受を行えるように構成されることを特徴とする請求項2または請求項4に記載のエネルギー変換装置。 - 前記他の加熱対象機器は、暖房用機器、給湯用機器及び脱硫器の少なくとも一つであることを特徴とする請求項6に記載のエネルギー変換装置。
- 前記エネルギー変換器は高温で動作する高温型燃料電池であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
- 前記高温型燃料電池は固体酸化物型燃料電池であることを特徴とする請求項10に記載のエネルギー変換装置。
- 前記蓄熱材は固体金属酸化物を含むことを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
- 前記固体金属酸化物は酸化カルシウムであることを特徴とする請求項12に記載のエネルギー変換装置。
- 前記蓄熱材はアミン系化合物溶液を含むことを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
- 前記アミン系化合物溶液はモノエタノールアミン溶液であることを特徴とする請求項14に記載のエネルギー変換装置。
- 前記蓄熱材である前記モノエタノールアミン溶液は、前記改質器に放熱するための熱を運ぶ熱輸送媒体及び前記エネルギー変換の際に発生する吸熱するための熱輸送媒体として用いられることを特徴とする請求項15に記載のエネルギー変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010059808A JP5458989B2 (ja) | 2010-03-16 | 2010-03-16 | エネルギー変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010059808A JP5458989B2 (ja) | 2010-03-16 | 2010-03-16 | エネルギー変換装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011192609A JP2011192609A (ja) | 2011-09-29 |
JP5458989B2 true JP5458989B2 (ja) | 2014-04-02 |
Family
ID=44797285
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010059808A Expired - Fee Related JP5458989B2 (ja) | 2010-03-16 | 2010-03-16 | エネルギー変換装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5458989B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5566159B2 (ja) * | 2010-03-31 | 2014-08-06 | 重作 上田 | 二酸化炭素利用による熱生産方法、逐次発熱温度制御方法、熱生産システム、温度調節装置および融雪装置 |
JP5920066B2 (ja) * | 2012-07-06 | 2016-05-18 | 三浦工業株式会社 | 燃料電池システム |
TW202104531A (zh) * | 2019-02-26 | 2021-02-01 | 國立大學法人京都大學 | 蓄熱材、保冷材及冷媒 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5458247A (en) * | 1977-10-19 | 1979-05-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Heat-energy storing method |
JPS625095A (ja) * | 1985-07-02 | 1987-01-12 | Toyota Motor Corp | 蓄熱装置 |
JP2002208425A (ja) * | 2001-01-10 | 2002-07-26 | Rikogaku Shinkokai | 燃料電池用燃料改質器 |
MXPA03009451A (es) * | 2001-04-18 | 2004-02-12 | Texaco Development Corp | PROCESADOR DE COMBUSTIBLE INTEGRADO, PILA DE CELDA DE COMBUSTIBLE Y OXIDADOR DE GAS RESIDUAL CON REMOCIoN DE DIoXIDO DE CARBONO. |
JP2003054927A (ja) * | 2001-08-17 | 2003-02-26 | Toshiba Corp | 二酸化炭素回収システムおよび方法 |
JP3930331B2 (ja) * | 2002-01-25 | 2007-06-13 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 燃料改質方法およびそのシステム |
JP4338928B2 (ja) * | 2002-01-30 | 2009-10-07 | 株式会社荏原製作所 | ガス精製方法、ガス精製システム及び発電システム |
JP4186498B2 (ja) * | 2002-04-10 | 2008-11-26 | トヨタ自動車株式会社 | 水蒸気改質と燃料電池システム |
JP5109245B2 (ja) * | 2005-09-30 | 2012-12-26 | 株式会社村田製作所 | 水素製造システムにおける原料ガスの改質方法 |
-
2010
- 2010-03-16 JP JP2010059808A patent/JP5458989B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011192609A (ja) | 2011-09-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100952343B1 (ko) | 탄화수소 연료 처리 방법 및 장치, 연료 전지 조작 방법 | |
WO2021100767A1 (ja) | メタネーション反応装置 | |
JP5458989B2 (ja) | エネルギー変換装置 | |
US9343766B2 (en) | Fuel cell system | |
EP3316369A1 (en) | Solid oxide fuel cell system with improved thermal efficiency, and solid oxide fuel cell system heated by high-temperature gas | |
WO2007077791A1 (ja) | 間接内部改質型固体酸化物形燃料電池 | |
JP4640052B2 (ja) | 水素発生装置およびこれを備えた発電システム | |
US9102535B2 (en) | Flameless steam reformer | |
JP5102510B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2005166283A (ja) | 燃料電池用水素製造装置 | |
JP2014182923A (ja) | 燃料電池システム及びその運転方法 | |
EP2886964B1 (en) | Combined fuel cell and boiler system | |
JPH065301A (ja) | 水分分離器を備えた燃料電池発電装置 | |
JP2002356309A (ja) | 水素含有ガス生成装置の運転制御方法 | |
JP2007314419A (ja) | 水素含有ガス生成装置の運転制御方法 | |
JP3257604B2 (ja) | 燃料電池発電装置 | |
JP2009176659A (ja) | 燃料電池発電システムおよびその制御方法 | |
JP5102511B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2004119214A (ja) | 燃料電池システム | |
JP4273684B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池発電装置とその運転方法 | |
JP6218591B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP3546234B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池・内燃式スターリングエンジンコンバインドシステム | |
JP2005216488A (ja) | 燃料電池発電装置の運転方法 | |
JP5920066B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP5369327B2 (ja) | 燃料改質装置およびその前処理方法並びに燃料電池発電システムおよびその運転前処理方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120529 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130822 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130827 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131016 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20131217 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131230 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5458989 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |