JP5710142B2 - 廃熱利用水素製造装置および廃熱利用水素製造方法 - Google Patents
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Description
熱電変換モジュール(熱電発電モジュール)11は10kW/m2程度の発電量が得られ、太陽電池を使用するものと比較して約1/60の0.01m2の受熱面積で同量の水素を製造することができ、コンパクトな設備となりうる。また、31kW/m2程度の発電量が得られる熱電変換モジュール(熱電素子)も報告されており、今後さらなるコンパクト化、設備低廉化が期待できる。
熱電発電装置11の高温側11aは、廃熱源から直接的或いは間接的に廃熱が供給される位置に設置する。
熱電発電装置11の低温側11bは、温度を上昇させないように、水冷管等を設置して給水タンク21、22からの水で冷却する。低温側11bの温度が上昇すると、高温側11aとの温度差が小さくなり、発電量が減少するためである。低温側11bは熱伝導のよい銅ブロックを用いることが好ましい。
水の電気分解に必要なエネルギーは高温になるほど少なくなる。従って、高温の水蒸気を電気分解すれば必要な電気量を少なくすることができる。
電気化学装置部(電解装置13)においては、熱電発電装置(熱電変換モジュール11)で熱電発電した電力を用いて、水蒸気発生装置(水蒸気加熱器12、熱交換器14)によって1000℃程度の高温水蒸気あるいは600℃程度の中温水蒸気にした水蒸気を電気分解して水素と酸素を製造する。
(a)熱電発電モジュールK(4.2mm×50mm×50mm)
熱電発電性能は10kW/m2であり、2500kWの熱電発電が可能であった。
(b)熱電発電モジュールT(6mm×40mm×40mm)
熱電発電性能は31kW/m2であり、7750kWの熱電発電が可能であった。
10B 廃熱利用水素製造装置
10C 廃熱利用水素製造装置
10D 廃熱利用水素製造装置
11 熱電変換モジュール
11a 熱電変換モジュールの高温側
11b 熱電変換モジュールの低温側
12 水蒸気加熱器
13 電解装置
14 熱交換器
21 給水タンク
22 給水タンク
23 水素タンク
24 酸素タンク
30 高炉
31 冷却ステーブ
Claims (10)
- 高炉の側壁面の冷却ステーブに埋め込まれ、高炉側壁面から定常的に放出される廃熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電発電装置と、水蒸気を得るための水蒸気発生装置と、前記水蒸気発生装置で得られた水蒸気から前記熱電発電装置で得られた電気エネルギーを用いた電気分解により水素を製造する電気化学装置とを備え、
前記水蒸気発生装置は、前記熱電発電装置の高温側から放出される廃熱をエネルギーとして利用していることを特徴とする廃熱利用水素製造装置。 - 熱電発電装置の低温側は水冷管を用いて冷却することを特徴とする請求項1に記載の廃熱利用水素製造装置。
- 前記熱電発電装置の高温側の温度を所望とする温度に制御するため、熱媒体を用い、所望とする温度以上の熱エネルギーは前記水蒸気発生装置に用いることを特徴とする請求項1または2に記載の廃熱利用水素製造装置。
- 前記熱電発電装置の出力に応じて前記電気化学装置における水素の製造量を調整することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の廃熱利用水素製造装置。
- 前記熱電発電装置は、高温側が少なくとも800℃まで使用可能な酸化物系、ハーフホイスラー系の熱電素子、或いは、高温側が少なくとも600℃まで使用可能なスクッテルダイト系、シリサイド系の熱電素子を用いていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の廃熱利用水素製造装置。
- 高炉の側壁面の冷却ステーブに埋め込んだ熱電発電装置を用いて、高炉側壁面から定常的に放出される廃熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電発電工程と、水蒸気を得るための水蒸気発生工程と、前記水蒸気発生工程で得られた水蒸気から前記熱電発電工程で得られた電気エネルギーを用いた電気分解により水素を製造する電気化学工程とを備え、
前記水蒸気発生工程は、前記熱電発電工程で熱電発電装置の高温側から放出される廃熱をエネルギーとして利用していることを特徴とする廃熱利用水素製造方法。 - 熱電発電装置の低温側は水冷管を用いて冷却することを特徴とする請求項6に記載の廃熱利用水素製造方法。
- 前記熱電発電装置の高温側の温度を所望とする温度に制御するため、熱媒体を用い、所望とする温度以上の熱エネルギーは前記水蒸気発生工程に用いることを特徴とする請求項6または7に記載の廃熱利用水素製造方法。
- 前記熱電発電装置の出力に応じて前記電気化学工程における水素の製造量を調整することを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の廃熱利用水素製造方法。
- 前記熱電発電装置は、高温側が少なくとも800℃まで使用可能な酸化物系、ハーフホイスラー系の熱電素子、或いは、高温側が少なくとも600℃まで使用可能なスクッテルダイト系、シリサイド系の熱電素子を用いていることを特徴とする請求項6〜9のいずれかに記載の廃熱利用水素製造方法。
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