JP6707368B2 - 副生水素利用システム - Google Patents
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Description
<1> 水素ガスが副次的に生成される生産設備と、前記生産設備で生成された前記水素ガスが供給されて発電する固体高分子型燃料電池と、前記固体高分子型燃料電池での発電により発生した温水、前記水素ガス以外の燃料及び前記生産設備で生成された前記水素ガスが供給され、前記燃料及び前記水素ガスを燃焼させて前記温水を加熱する燃焼設備と、を備える副生水素利用システム。
{PEout×TPE/[(PEWtemp−Wtemp)×4.18]}×[(100−PEWtemp)×4.18+2258]≦BOout×TBO・・・(1)
{PEout×TPE/[(PEWtemp−Wtemp)×4.18]}×[(BOWtemp−PEWtemp)×4.18]≦BOout×TBO・・・(1)’
PEout=H2PE×PEη・・・(2)
BOout=(H2BO+TGBO)×Bη・・・(3)
H2total=H2PE+H2BO・・・(4)
(式(1)〜式(4)中、PEoutは固体高分子型燃料電池の温水出力(W)、TPEは固体高分子型燃料電池の運転時間(秒)、PEWtempは固体高分子型燃料電池にて得られる温水の温度(℃)、Wtempは固体高分子型燃料電池に供給される水の温度(℃)、BOoutは燃焼設備の出力(W)、TBOは燃焼設備の運転時間(秒)、BOWtempは燃焼設備にて得られる加熱された温水の温度(℃)、H2PEは固体高分子型燃料電池への水素供給熱量(J)、PEηは固体高分子型燃料電池の温水回収効率(%)、H2BOは燃焼設備への水素供給熱量(J)、TGBOは燃焼設備への燃料供給熱量、Bηは燃焼設備のエネルギー変換効率(%)、及びH2totalは総水素供給熱量(J)を表す。)
PEout×TPE/[(PEWtemp−Wtemp)×4.18]=BOout×TBO/[(100−PEWtemp)×4.18+2258]・・・(1)’’
以下、副生水素利用システム100の各構成について説明する。
H2→2H++2e−・・・(a)
1/2O2+2H++e−→H2O・・・(b)
{PEout×TPE/[(PEWtemp−Wtemp)×4.18]}×[(100−PEWtemp)×4.18+2258]≦BOout×TBO・・・(1)
{PEout×TPE/[(PEWtemp−Wtemp)×4.18]}×[(BOWtemp−PEWtemp)×4.18]≦BOout×TBO・・・(1)’
PEout=H2PE×PEη・・・(2)
BOout=(H2BO+TGBO)×Bη・・・(3)
H2total=H2PE+H2BO・・・(4)
(式(1)〜式(4)中、PEoutはPEFC1の温水出力(W)、TPEはPEFC1の運転時間(秒)、PEWtempはPEFC1にて得られる温水の温度(℃)、WtempはPEFC1に供給される水の温度(℃)、BOoutは蒸気ボイラ2の出力(W)、TBOは蒸気ボイラ2の運転時間(秒)、BOWtempは蒸気ボイラ2にて得られる加熱された温水の温度(℃)、H2PEはPEFC1への水素供給熱量(J)、PEηはPEFC1の温水回収効率(%)、H2BOは蒸気ボイラ2への水素供給熱量(J)、TGBOは蒸気ボイラ2への燃料供給熱量、Bηは蒸気ボイラ2の蒸気回収効率(エネルギー変換効率)(%)、及びH2totalは総水素供給熱量(J)を表す。)
PEout×TPE/[(PEWtemp−Wtemp)×4.18]=BOout×TBO/[(100−PEWtemp)×4.18+2258]・・・(1)’’
PEFC+蒸気ボイラでの二次エネルギーの値・・・100GJ×0.5×0.55+100GJ×0.5×0.40+100GJ×0.5×0.95=95GJ
PEFC+蒸気ボイラでの一次エネルギーの換算値・・・(100GJ×0.5×0.55)×2.67GJ/GJ+(100GJ×0.5×0.40)/(95/100)+(100GJ×0.5×0.95)×1.02GJ/GJ=143GJ
蒸気ボイラのみでの二次エネルギーの値・・・100GJ×0.95=95GJ
蒸気ボイラのみでの一次エネルギーの換算値・・・100GJ×0.95×1.02GJ/GJ=96.9GJ
次に、上記実施形態の変形例を示す。変形例を図2に示す。なお、図2に示す変形例では、上記実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
2 蒸気ボイラ(燃焼設備)
3 副生水素発生プラント(生産設備)
4 精製装置
11 副生水素供給経路
12 温水供給経路
13 都市ガス供給経路
14 水蒸気供給経路
21 電力系統
100、200 副生水素利用システム
Claims (4)
- 水素ガスが副次的に生成される生産設備と、
前記生産設備で生成された前記水素ガスが供給されて発電する固体高分子型燃料電池と、
前記固体高分子型燃料電池での発電により発生した温水、前記水素ガス以外の燃料及び前記生産設備で生成された前記水素ガスが供給され、前記燃料及び前記水素ガスを燃焼させて前記温水を加熱する燃焼設備と、
分岐点を有し、前記生産設備で生産された前記水素ガスの一部を前記固体高分子型燃料電池に供給し、前記生産設備で生産された前記水素ガスの残りを前記燃焼設備に供給する副生水素供給経路と、
を備え、
前記固体高分子型燃料電池及び前記燃焼設備が、以下の式(1)又は式(1)’及び式(2)〜式(4)を満たす副生水素利用システム。
{PE out ×T PE /[(PEW temp −W temp )×4.18]}×[(100−PEW temp )×4.18+2258]≦BO out ×T BO ・・・(1)
{PE out ×T PE /[(PEW temp −W temp )×4.18]}×[(BOW temp −PEW temp )×4.18]≦BO out ×T BO ・・・(1)’
PE out =H2 PE ×PE η ・・・(2)
BO out =(H2 BO +TG BO )×B η ・・・(3)
H2 total =H2 PE +H2 BO ・・・(4)
(式(1)〜式(4)及び式(1)’中、PE out は固体高分子型燃料電池の温水出力(W)、T PE は固体高分子型燃料電池の運転時間(秒)、PEW temp は固体高分子型燃料電池にて得られる温水の温度(℃)、W temp は固体高分子型燃料電池に供給される水の温度(℃)、BO out は燃焼設備の出力(W)、T BO は燃焼設備の運転時間(秒)、BOW temp は燃焼設備にて得られる加熱された温水の温度(℃)、H2 PE は固体高分子型燃料電池への水素供給熱量(J)、PE η は固体高分子型燃料電池の温水回収効率(%)、H2 BO は燃焼設備への水素供給熱量(J)、TG BO は燃焼設備への燃料供給熱量、B η は燃焼設備のエネルギー変換効率(%)、及びH2 total は総水素供給熱量(J)を表す。) - 前記固体高分子型燃料電池及び前記燃焼設備が、以下の式(1)’’及び前記式(2)〜前記式(4)を満たす請求項1に記載の副生水素利用システム。
PEout×TPE/[(PEWtemp−Wtemp)×4.18]=BOout×TBO/[(100−PEWtemp)×4.18+2258]・・・(1)’’ - 前記固体高分子型燃料電池での発電により生じた電力及び前記燃焼設備にて前記温水が加熱されて生じた熱、は前記生産設備に供給される請求項1又は請求項2に記載の副生水素利用システム。
- 前記生産設備から供給された前記水素ガスを予め精製する精製装置をさらに備え、
前記固体高分子型燃料電池は、前記精製装置で精製された水素ガスを反応させて発電する請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の副生水素利用システム。
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