JP6415941B2 - 水素製造装置、水素製造方法及び電力貯蔵システム - Google Patents
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Description
ΔH=ΔG+TΔS (1)
このため、水素を水素吸蔵材料に吸蔵する水素貯蔵方法は、熱エネルギーが水素製造に及ぼす寄与が大きい高温水蒸気電解法との組み合わせに適している。
また、特許文献2には、水素吸蔵材料に吸蔵した水素を取り出すためには熱源として、固体酸化物型燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)の排熱を利用する技術が提案されている。
以下、本実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1に示すように、第1実施形態に係る水素製造装置10は、供給された原料水を加熱して水蒸気を発生させて、所定の温度まで昇温させる第1加熱部12と、水蒸気を入力して、高温水蒸気電解により水素と酸素とを生成する電解セル17と、生成された水素と電解未反応分の水蒸気とを入力して、水素吸蔵材料の水素化反応に必要な温度よりも高い温度で、水素と水蒸気とを分離する水分分離器18と、分離された水素と水素吸蔵材料との混合物を水素化反応させて、水素を水素吸蔵材料に吸蔵させる水素化反応器21と、を備える。なお、図1は、水素吸蔵材料として不飽和炭化水素を使用する場合の構成を示している。
一方、電解セル17から出力された水素と水蒸気との混合ガス52は、熱交換器16で第1加熱部12を流動する水蒸気と熱交換を行った後に、水分分離器18に出力される。
一方、分離された水素54は、不飽和炭化水素貯留槽19から供給され、熱交換器20を介して昇温された不飽和炭化水素56(水素吸蔵材料)と合流、混合される。不飽和炭化水素として、トルエン、ベンゼン、ナフタレン等が例示される。
図3は、第2実施形態に係る水素製造装置10の構成図である。なお、第1実施形態と共通の構成又は機能を有する部分については、同一符号で示し、重複する説明を省略する。なお、第2実施形態では、水素化反応器21内に、水素吸蔵材料として合金系または無機系の材料が充填されているものとする。
図4は、本実施形態に係る電力貯蔵システム40の構成図である。
一方、酸素極側から出力される窒素65は、熱交換器32で燃料電池セル33に供給される窒素及と酸素の混合ガス64と熱交換を行った後に、外部に排出される。
一方、燃料電池セル33には、酸素と窒素の混合ガス64を温度20℃、酸素0.4kmol/h、窒素1.6kmol/hで供給する。また、燃料電池セル33の運転温度850℃、水素利用率(水蒸気生成量/水素供給量)100%とする。
また、熱交換器31出口の水蒸気66が、温度114℃、0.8kmol/hとなり、熱交換器32出口の窒素65が温度68℃、1.6kmol/hとなった。
さらには、水素を単独またはほかの燃料に混合して燃焼し燃焼ガスを二酸化炭素等の媒体と混合してガスタービンを駆動する発電プロセスを適用することも可能である。
Claims (9)
- 供給された原料水を加熱して水蒸気を発生させて、所定の温度まで昇温させる第1加熱部と、
前記水蒸気を入力して、高温水蒸気電解により水素と酸素とを生成する電解セルと、
生成された前記水素と電解未反応分の前記水蒸気とを入力して、水素吸蔵材料の水素化反応に必要な温度よりも高い温度で、前記水素と前記水蒸気とを分離する水分分離器と、
分離された前記水素と前記水素吸蔵材料との混合物を水素化反応させて、前記水素を前記水素吸蔵材料に吸蔵させる水素化反応器と、を備えることを特徴とする水素製造装置。 - 前記第1加熱部は、水素吸蔵後の前記水素吸蔵材料と前記原料水との間で熱交換させる第1の熱交換器を有することを特徴とする請求項1に記載の水素製造装置。
- 循環する冷媒を圧縮及び膨張させて熱エネルギーを移動させるヒートポンプをさらに備えて、
前記ヒートポンプは、前記冷媒を介して前記水素化反応の際に生じる熱エネルギーを前記原料水に伝達させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の水素製造装置。 - 前記水素吸蔵材料は、不飽和炭化水素であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の水素製造装置。
- 供給された原料水を加熱して水蒸気を発生させて、所定の温度まで昇温させるステップと、
前記水蒸気を入力して、高温水蒸気電解により水素と酸素とを生成するステップと、
生成された前記水素と電解未反応分の前記水蒸気とを入力して、水素吸蔵材料の水素化反応に必要な温度よりも高い温度で、前記水素と前記水蒸気とを分離するステップと、
分離された前記水素と前記水素吸蔵材料との混合物を水素化反応させて、前記水素を前記水素吸蔵材料に吸蔵させるステップと、を含むことを特徴とする水素製造方法。 - 供給された原料水を加熱して水蒸気を発生させて、所定の温度まで昇温させる第1加熱部と、
前記水蒸気を入力して、高温水蒸気電解により水素と酸素とを生成する電解セルと、
生成された前記水素と電解未反応分の前記水蒸気とを入力して、水素吸蔵材料の水素化反応に必要な温度よりも高い温度で、前記水素と前記水蒸気とを分離する水分分離器と、
分離された前記水素と前記水素吸蔵材料との混合物を水素化反応させて、前記水素を前記水素吸蔵材料に吸蔵させる水素化反応器と、
水素吸蔵後の前記水素吸蔵材料を入力して、所定の温度まで加熱する第2加熱部と、
前記第2加熱部において加熱された水素吸蔵後の前記水素吸蔵材料を脱水素化反応させて、前記水素を脱離させる脱水素化反応器と、
前記脱水素化反応器により脱離された前記水素と前記水素吸蔵材料とを入力して、前記水素と前記水素吸蔵材料とに分離する分離器と、
前記分離器において分離された前記水素を入力して、燃料電池反応により発電する燃料電池セルと、を備えることを特徴とする電力貯蔵システム。 - 前記第2加熱部は、前記脱水素化反応器により脱離された前記水素と水素吸蔵後の前記水素吸蔵材料との間で熱交換させる第2の熱交換器を有することを特徴とする請求項6に記載の電力貯蔵システム。
- 前記第2加熱部は、前記分離器により分離された前記水素吸蔵材料と水素吸蔵後の前記水素吸蔵材料との間で熱交換させる第3の熱交換器を有することを特徴とする請求項6または請求項7に記載の電力貯蔵システム。
- 前記第2加熱部は、前記燃料電池セルにおいて発電時に生じるジュール熱を用いて、水素吸蔵後の前記水素吸蔵材料を加熱することを特徴とする請求項6から請求項8のいずれか一項に記載の電力貯蔵システム。
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