JP6815415B2 - 再生型燃料電池システム及び水電解システム - Google Patents
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Description
まず、本開示の一実施形態に係る再生型燃料電池システムの構成について説明する。本実施形態に係る再生型燃料電池システムは、燃料電池が特に純水素と純酸素とを用いて発電するものを想定している。このような再生型燃料電池システムは、高空を飛行する航空機、海中を航行する潜水艦、宇宙ステーション等、大気から酸素を取り込むことができない環境や閉鎖空間などで、水分解により発生した酸素を貯蔵し燃料電池で発電することができる点で有利である。
プロトンは、電解質膜70を通って、電子は、導線を通って、それぞれカソード72に移動する。
ここで、電子を通す上記導線の部分を電力負荷73とすることで、燃料電池1は、発電することができる。なお、本実施形態では、上記のとおり、燃料電池1は、純水素と純酸素とを用いる。したがって、燃料電池1では、式(1)及び式(2)により、純水素と純酸素とが反応して純水が生成されることになるので、再生型燃料電池システム100は、この純水をリサイクルすることで、省エネ化や二酸化炭素の削減に寄与する。
次に、本開示の一実施形態に係る水電解システムについて説明する。本実施形態に係る水電解システムは、上記の再生型燃料電池システム100の一構成要素として用いられ得る水分解ユニット30に相当する。ただし、再生型燃料電池システム100では、水電解装置7で生成された水素を昇圧するための第1弁の一例として、水分解ユニット30とは別ユニットであるガス貯蔵ユニット40内の切替弁13aを採用した。同様に、再生型燃料電池システム100では、水電解装置7で生成された酸素を昇圧するための第2弁の一例として、ガス貯蔵ユニット40内の切替弁14aを採用した。これに対して、本実施形態に係る水電解システムは、それ自身の構成のみで安全性と効率性とを両立させるのに有利となるように、第1弁及び第2弁を内部に含む。
Claims (13)
- 水素を貯蔵する水素貯蔵部と、
酸素を貯蔵する酸素貯蔵部と、
前記水素貯蔵部からの水素と、前記酸素貯蔵部からの酸素とを反応させて発電する燃料電池と、
前記燃料電池から排出された水を電気分解して水素と酸素とを生成する水電解装置と、
前記水電解装置で生成された水素と、前記水電解装置で生成された水素に混合されている水とを分離する第1気水分離器と、
前記第1気水分離器の下流側に設置され、前記水電解装置で生成された水素と、前記水電解装置で生成された水素に随伴する酸素とを反応させ、反応後に残留した水素を前記水素貯蔵部へ戻す第1反応部と、
前記水電解装置で生成された酸素と、前記水電解装置で生成された酸素に混合されている水とを分離する第2気水分離器と、
前記第2気水分離器の下流側に設置され、前記水電解装置で生成された酸素と、前記水電解装置で生成された酸素に随伴する水素とを反応させ、反応後に残留した酸素を前記酸素貯蔵部へ戻す第2反応部と、
前記水電解装置と前記水素貯蔵部とを結ぶ配管に連設される第1弁と、
前記水電解装置と前記酸素貯蔵部とを結ぶ配管に連設される第2弁と、
を備え、
前記第1反応部又は前記第2反応部は、水素と酸素とを反応させて水を生成する触媒であり、
前記第1気水分離器若しくは前記第2気水分離器で分離された前記水、及び、前記第1反応部若しくは前記第2反応部で生成された前記水は、前記水電解装置に戻される、再生型燃料電池システム。 - 前記第1弁は、前記水電解装置が水素を生成している状態で、前記水電解装置で生成された水素を前記水素貯蔵部に戻すことが可能な圧力に調整する請求項1に記載の再生型燃料電池システム。
- 前記第2弁は、前記水電解装置が酸素を生成している状態で、前記水電解装置で生成された酸素を前記酸素貯蔵部に戻すことが可能な圧力に調整する請求項1に記載の再生型燃料電池システム。
- 前記第1反応部で残留した水素を選択して透過させる第1透過層を備える請求項1乃至3のいずれか1項に記載の再生型燃料電池システム。
- 前記第2反応部で残留した酸素を透過させ、酸素に随伴した水素を吸着する層を含む第2透過層を備える請求項1乃至4のいずれか1項に記載の再生型燃料電池システム。
- 前記第1弁は、前記第1反応部と前記水素貯蔵部とを結ぶ配管に連設され、
前記第2弁は、前記第2反応部と前記酸素貯蔵部とを結ぶ配管に連設される、
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の再生型燃料電池システム。 - 前記水電解装置は、前記第1反応部又は前記第2反応部で生成された水を電気分解し、さらに水素と酸素とを生成する請求項1乃至6のいずれか1項に記載の再生型燃料電池システム。
- 外部から水を導入する導入口と、
前記導入口から導入された水を電気分解して水素と酸素とを生成する水電解装置と、
前記水電解装置で生成された水素と、前記水電解装置で生成された水素に混合されている水とを分離する第1気水分離器と、
前記第1気水分離器の下流側に設置され、前記水電解装置で生成された水素と、前記水電解装置で生成された水素に随伴する酸素とを反応させて酸素を除去する第1反応部と、
前記第1反応部で残留した水素を外部に排出する第1排出口と、
前記水電解装置で生成された酸素と、前記水電解装置で生成された酸素に混合されている水とを分離する第2気水分離器と、
前記第2気水分離器の下流側に設置され、前記水電解装置で生成された酸素と、前記水電解装置で生成された酸素に随伴する水素とを反応させて水素を除去する第2反応部と、
前記第2反応部で残留した酸素を外部に排出する第2排出口と、
前記水電解装置と前記第1排出口とを結ぶ配管に連設される第1弁と、
前記水電解装置と前記第2排出口とを結ぶ配管に連設される第2弁と、
を備え、
前記第1反応部又は前記第2反応部は、水素と酸素とを反応させて水を生成する触媒であり、
前記第1気水分離器若しくは前記第2気水分離器で分離された前記水、及び、前記第1反応部若しくは前記第2反応部で生成された前記水は、前記水電解装置に戻される、水電解システム。 - 前記第1弁は、前記水電解装置が水素を生成している状態で、前記水電解装置で生成された水素を昇圧させる請求項8に記載の水電解システム。
- 前記第2弁は、前記水電解装置が酸素を生成している状態で、前記水電解装置で生成された酸素を昇圧させる請求項8又は9に記載の水電解システム。
- 前記第1反応部で残留した水素を選択して透過させる第1透過層を備える請求項8乃至10のいずれか1項に記載の水電解システム。
- 前記第2反応部で残留した酸素を透過させ、酸素に随伴した水素を吸着する層を含む第2透過層を備える請求項8乃至11のいずれか1項に記載の水電解システム。
- 前記第1弁は、前記第1反応部と前記第1排出口とを結ぶ配管に連設され、
前記第2弁は、前記第2反応部と前記第2排出口とを結ぶ配管に連設される、
請求項8乃至12のいずれか1項に記載の水電解システム。
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