JP6605884B2 - 水素製造システム及び水素製造方法 - Google Patents
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Description
また、水素、酸素のそれぞれを電気セルの水素極、酸素極に供給して反応させることで、高温水蒸気電解の逆反応(燃料電池反応)が発生して、電力を生成することが可能となる。
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システム10は、反応容器11の内部に設けられ、水蒸気50を流入させて高温水蒸気電解を用いて水素を生成する複数のセルスタック12と、水蒸気50をセルスタック12のそれぞれに案内する第1流路13と、空気を主成分とする供給ガス51を反応容器11の内部に流入させる第2流路14と、水蒸気50の流入口に設けられて、セルスタック12のそれぞれに流入される水蒸気50の流量が均一になるように調整された流量調整部17と、を備える。
なお、図1では、第1流路13が分岐されて、並列に配置された5つのセルスタック12に接続される構成が示されているが、セルスタック12の数量、配置は本構成に限定されるものではない。
第1流路13は、水蒸気発生器(図示省略)により発生されて設定温度まで昇温された水蒸気50を反応容器11の内部に流入させる。そして、水蒸気50の流動を分岐させて、セルスタック12のそれぞれに水蒸気50を案内する。
一方、酸素流出路16は、各セルスタック12において生成された酸素53を反応容器11の外部に流出させる。
第2流量調整弁21は、第2流路14に設けられて、第2流路14の内部を流動する供給ガス51の流量を調整するための調整弁である。
図5は、第2実施形態に係る水素製造システム10の構成図を示している。なお、第1実施形態(図1)と対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
内部ヒータ23は、反応容器11の内周面に設けられて、反応容器11の内部を加熱するためのヒータである。
外部ヒータ24は、反応容器11の外周面に設けられて、反応容器11の内部を加熱するためのヒータである。
図7は、第3実施形態に係る水素製造システム10の構成図を示している。なお、水蒸気50を第1流路13を介してセルスタック12に流入させる構成等、一部の構成については図1と同様になるため記載を簡略化して説明する。
ばらつきが低減されて、高効率で水素製造運転を行うことができる。
図8は、第4実施形態に係る水素製造システム10の構成図を示している。なお、水蒸気50を第1流路13を介してセルスタック12に流入させる構成等、一部の構成については図1と同様になるため記載を簡略化して説明する。
電圧制御部28は、計測された各電流値に対応するセルスタック12の抵抗値を計算する。そして、セルスタック12に流れる電流が同一となるように、セルスタック12のそれぞれに印加する電圧を調整する。
図9は、第5実施形態に係る水素製造システム10の構成図を示している。なお、水蒸気50を第1流路13を介してセルスタック12に流入させる構成等、一部の構成については図1と同様になるため記載を簡略化して説明する。
Claims (10)
- 反応容器の内部に設けられ、水蒸気を流入させて高温水蒸気電解を用いて水素を生成する複数のセルスタックと、
前記水蒸気を前記セルスタックのそれぞれに案内する第1流路と、
空気を主成分とする供給ガスを前記反応容器の内部に流入させる第2流路と、
前記セルスタックにおける前記水蒸気の流入口に設けられて、前記セルスタックのそれぞれに流入される前記水蒸気の流量が均一になるように調整する流量調整部と、
前記第1流路の内部、または生成された前記水素の流出路の内部の圧力を計測する第1圧力計測器と、
前記セルスタックの外部の圧力である前記反応容器の内部の圧力を計測する第2圧力計測器と、
前記第1流路に設けられて、前記第1流路の内部を流動する前記水蒸気の流量を調整するための第1流量調整弁と、
前記第2流路に設けられて、前記第2流路の内部を流動する前記供給ガスの流量を調整するための第2流量調整弁と、
前記第1圧力計測器及び前記第2圧力計測器で計測された圧力値に基づいて前記セルスタックの内外における差圧を計算して、当該差圧が所定の圧力値以下になるように前記第1流量調整弁及び前記第2流量調整弁を用いて前記水蒸気及び前記供給ガスのそれぞれの流量を調整する差圧調整部と、
を備えることを特徴とする水素製造システム。 - 前記流量調整部により生じる前記水蒸気の圧力損失は、前記セルスタックが有する流動抵抗によって生じる圧力損失より大きいことを特徴とする請求項1に記載の水素製造システム。
- 前記反応容器の内周面に設けられて、前記反応容器の内部を加熱するための内部ヒータと、
前記反応容器の外周面に設けられて、前記反応容器の内部を加熱するための外部ヒータと、
前記反応容器の内部温度を計測する温度計測器と、
前記内部温度が所定の温度になるように前記内部ヒータ及び前記外部ヒータを用いて前記反応容器の前記内部温度を調整する温度調整部と、を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の水素製造システム。 - 前記セルスタックは、電圧を前記セルスタックに印加する外部電源に対して並列に接続されてい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システム。
- 並例に接続された前記セルスタックのそれぞれを流れる電流値を計測する電流計測器と、
計測された電流値のうちから最小の電流値に対応する前記セルスタックの抵抗値を計算して、所定の電流値になるように前記セルスタックに印加する電圧を調整する電圧制御部と、を備え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水素製造システム。 - 前記セルスタックのそれぞれは、外部電源から別々に電圧の供給を受けて、前記セルスタックのそれぞれを流れる電流値を計測する電流計測器と、
計測された各電流値に対応する前記セルスタックの抵抗値を計算して、前記セルスタックが同一の電流値になるように、前記セルスタックのそれぞれに印加する電圧を調整する電圧制御部と、を備え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システム。 - 前記第1流路を流れる前記水蒸気の流量を計測する流量計測器と、
計測された前記水蒸気の流量に応じて、駆動させる前記セルスタックを選定する選定部と、を備え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水素製造システム。 - 複数個の前記セルスタックを直列に接続された前記セルスタックを外部電源に対して複数列並列に接続させて、
前記選定部は、前記複数個のうちから列ごとに駆動させる前記セルスタックを選定することを特徴とする請求項7に記載の水素製造システム。 - 前記セルスタックは、前記反応容器の内部に放射状に配置されて、
前記第1流路は、放射状に配置された前記セルスタックの中央から前記水蒸気を案内することを特徴する請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の水素製造システム。 - 反応容器の内部に設けられた複数のセルスタックに、水蒸気を流入させて高温水蒸気電解を用いて水素を生成するステップと、
第1流路を用いて、前記水蒸気を前記セルスタックのそれぞれに案内するステップと、
第2流路を用いて、空気を主成分とする供給ガスを前記反応容器の内部に流入させるステップと、
前記セルスタックにおける前記水蒸気の流入口に設けられた流量調整部を用いて、前記セルスタックのそれぞれに流入される前記水蒸気の流量が均一になるように調整するステップと、
第1圧力計測器を用いて、前記第1流路の内部、または生成された前記水素の流出路の内部の圧力を計測するステップと、
第2圧力計測器を用いて、前記セルスタックの外部の圧力である前記反応容器の内部の圧力を計測するステップと、
前記第1流路に設けられた第1流量調整弁を用いて、前記第1流路の内部を流動する前記水蒸気の流量を調整するステップと、
前記第2流路に設けられた第2流量調整弁を用いて、前記第2流路の内部を流動する前記供給ガスの流量を調整するステップと、
差圧調整部が、前記第1圧力計測器及び前記第2圧力計測器で計測された圧力値に基づいて前記セルスタックの内外における差圧を計算して、当該差圧が所定の圧力値以下になるように前記第1流量調整弁及び前記第2流量調整弁を用いて前記水蒸気及び前記供給ガスのそれぞれの流量を調整するステップと、
を含むことを特徴とする水素製造方法。
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