JP6878230B2 - Hydrogen production equipment and hydrogen production system - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、高温水蒸気電解法を用いた水素製造技術に関する。 An embodiment of the present invention relates to a hydrogen production technique using a high temperature steam electrolysis method.
近年、水素をエネルギー媒体として利用する水素エネルギー社会の実現に向けて、種々の水素製造方法が研究されている。 In recent years, various hydrogen production methods have been studied for the realization of a hydrogen energy society in which hydrogen is used as an energy medium.
水素製造方法の一つに、高温にした水蒸気を水蒸気電解装置で電気分解して、水素ガスと酸素ガスとを生成する高温水蒸気電解法がある。
従来から、水素吸蔵材料による水素吸蔵時の発熱を水素生成源の水蒸気の生成に利用して、水素製造のエネルギー効率を改善した水素製造技術が知られている。
高温水蒸気電解法では、水蒸気の電解時に電解セルを約600度〜800度の高温に昇温して保持する必要がある。
One of the hydrogen production methods is a high-temperature steam electrolysis method in which high-temperature steam is electrolyzed by a steam electrolyzer to generate hydrogen gas and oxygen gas.
Conventionally, there has been known a hydrogen production technique in which the energy efficiency of hydrogen production is improved by utilizing the heat generated by the hydrogen storage material during hydrogen storage to generate water vapor as a hydrogen production source.
In the high-temperature steam electrolysis method, it is necessary to raise the temperature of the electrolytic cell to a high temperature of about 600 ° C. to 800 ° C. and maintain it during steam electrolysis.
なお、関連する技術として、再生可能エネルギーなど変動する電源電力を利用して、その変動に応じて電解セルの接続数を変更しながら水素を生成する水素製造技術が知られている。 As a related technology, there is known a hydrogen production technology that uses fluctuating power supply power such as renewable energy to generate hydrogen while changing the number of connected electrolytic cells according to the fluctuation.
現在、高温水蒸気電解法による効率的な水素製造を実際に実現するための具体的な製造装置の開発が求められている。
また、上述した従来の技術では、起動時及び停止時における電解部周辺の温度の昇降に起因して、水素製造装置の構成機器に熱延びが生じてこれら構成機器が劣化するおそれがあるという課題があった。
At present, there is a demand for the development of a concrete production apparatus for actually realizing efficient hydrogen production by the high temperature steam electrolysis method.
Further, in the above-mentioned conventional technique, there is a problem that heat elongation may occur in the constituent devices of the hydrogen production apparatus due to the temperature rise and fall around the electrolytic unit at the time of starting and stopping, and these constituent devices may deteriorate. was there.
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、電解部周辺の温度の昇降に起因した構成機器の劣化を軽減することができる水素製造装置及び水素製造システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a hydrogen production apparatus and a hydrogen production system capable of reducing deterioration of constituent equipment due to temperature rise and fall around the electrolytic part. To do.
本実施形態に係る水素製造装置は、ベースに起立するように固定された柱部と、前記柱
部に密着して前記柱部を一側面にもつ炉内閉空間を形成する加熱炉筐体と、前記炉内閉空
間の外部から前記炉内閉空間の内部に水蒸気を供給する水蒸気供給管と、前記水蒸気供給
管から供給される前記水蒸気を分解して水素を生成する電解セルと、生成した前記水素を
前記炉内閉空間の外部に取り出す水素排出管と、前記柱部に一部が固定されるとともに自
由端を有して前記電解セルを載置する架台と、を備えるものである。
The hydrogen production apparatus according to the present embodiment includes a pillar portion fixed so as to stand up on the base, and a heating furnace housing that is in close contact with the pillar portion to form a closed space inside the furnace having the pillar portion on one side surface. , A steam supply pipe that supplies water vapor from the outside of the closed space inside the furnace to the inside of the closed space inside the furnace, and an electrolytic cell that decomposes the water vapor supplied from the water vapor supply pipe to generate hydrogen. It is provided with a hydrogen discharge pipe for taking out the hydrogen to the outside of the closed space in the furnace, and a pedestal on which the electrolytic cell is placed, which is partially fixed to the pillar and has a free end.
本発明により、電解部周辺の温度の昇降に起因した構成機器の劣化を軽減することができる水素製造装置及び水素製造システムが提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a hydrogen production apparatus and a hydrogen production system capable of reducing deterioration of constituent equipment due to temperature rise and fall around the electrolytic unit.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、実施形態に係る水素製造システム100の模式図である。
実施形態に係る水素製造システム100は、図1に示されるように、水素製造装置10に、水供給機構11、水素回収機構12、電流供給機構13、及び酸素回収機構14が接続されて構成される。
FIG. 1 is a schematic view of a
As shown in FIG. 1, the
水素製造装置10の外形は、主に、ヒータ16を備えた加熱炉筐体17及び柱部18で構成される加熱炉19で形成される。
加熱炉筐体17は、柱部18に密着して、柱部18を一側面にもつ炉内閉空間20を内部に形成する。
炉内閉空間20には、電解部25、及び電解部25を載置するための架台27が設けられる。
The outer shape of the
The
In the closed
電気分解時には、ヒータ16によって、炉内閉空間20は600℃〜800℃まで昇温される。
水素は、水供給機構11及び電流供給機構13に接続された電解部25において、水蒸気が電気分解されることで生成される。
この水素は、水素回収機構12に回収されて、例えばエネルギー利用される。
一方、水蒸気の電気分解によって水素とともに発生した酸素は、酸素回収機構14に回収される。
At the time of electrolysis, the
Hydrogen is generated by electrolyzing water vapor in the
This hydrogen is recovered by the
On the other hand, oxygen generated together with hydrogen by electrolysis of water vapor is recovered by the
図2は、実施形態に係る水素製造装置10の概略側面断面図である。
実施形態に係る水素製造装置10は、図2に示されるように、ベース22に起立するように柱部18が固定される。
ベース22は、柱部18を固定するために専用に設けられたベースプレートであっても、床面であってもよい。
この柱部18には、例えばローラ23が設けられた支持柱24によって平行移動可能に支持された加熱炉筐体17が密着して加熱炉19を形成する。
FIG. 2 is a schematic side sectional view of the
In the
The
For example, a
また、この柱部18には、電解部25を載置する架台27が固定される。この架台27は、一部が柱部18に固定される一方、自由端を有する。
ヒータ16による昇温によって電解部25、柱部18、配管26(26a〜26e)又は架台27自体に熱応力が発生した場合、この自由端によって架台27が撓んで、熱延びを吸収する。
Further, a
When thermal stress is generated in the
なお、加熱炉筐体17に、架台27の自由端を支持する支持台28を設けてもよい。
自由端の自由な変形を維持するため、支持台28には、荷重を感知するロードセル等によって支持台28による支持力を微小調整する調整部29が設けられることが望ましい。
支持台28で、熱延びによって強度が低下した架台27を支持することによって、架台27を水平に維持するとともに、架台27の劣化による破損を防止することができる。
The
In order to maintain the free deformation of the free end, it is desirable that the
By supporting the
電解部25は、通常、複数の電解セル25aで構成される。
電解セル25aには、水蒸気供給管26a及び水素排出管26bが、加熱炉19の側面を貫通して、それぞれ水蒸気供給支流管26d及び水素排出支流管26eを介して接続される。
これら水素排出管26b及び水蒸気供給管26aには、それぞれ図1に示す水素回収機構12及び水供給機構11が接続される。
The
A
The
また、酸素回収機構14が接続された酸素排出管26cが、同様に加熱炉19の側面を貫通して炉内閉空間20に接続される。
なお、電解セル25aの種類又は加熱炉19の構成によっては、酸素排出管26cを直接電解セル25aに接続して積極的に酸素を排出してもよい。
例えば、生成した酸素を電解セル25a又は加熱炉19内に滞留させないために、電解セル25aに空気又は窒素等の別種の気体を供給するための配管を接続し、発生した酸素を酸素排出管26cから排出してもよい。
また、水素排出管26bは、電解セル25aに直接接続されていなくてもよい。
Further, the oxygen discharge pipe 26c to which the
Depending on the type of the
For example, in order to prevent the generated oxygen from staying in the
Further, the
これら水蒸気供給管26a、水素排出管26b、及び酸素排出管26cは、いずれも柱部18に集約して貫通させて設けることが望ましい。
これらの配管26(26a〜26c)の貫通箇所を柱部18に集約させることで、シーリング箇所を柱部18に集約することができ、炉内閉空間20を気密に維持することが容易になるからである。
It is desirable that the water
By consolidating the penetrating points of these pipes 26 (26a to 26c) on the
炉内閉空間20の気密性を高めることで、例えば、炉内閉空間20で発生した酸素の酸素回収機構14による回収率を向上させることができる。
また、配管26の貫通箇所を柱部18に集約することで、電解セル25aの設置又は取外し作業と、加熱炉筐体17の柱部18への接続作業と、を独立させることも容易になる。
By increasing the airtightness of the closed
Further, by consolidating the penetrating points of the pipe 26 in the
以上のように、実施形態に係る水素製造装置10及び水素製造システム100によれば、架台27の一部を自由端にすることで、炉内閉空間20の温度の昇降に起因した構成機器(18,25〜27)の劣化を軽減することができる。
As described above, according to the
本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。
実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
Although embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention.
The embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the gist of the invention.
The embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention as well as in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
100…水素製造システム、10…水素製造装置、11…水供給機構、12…水素回収機構、13…電流供給機構、14…酸素回収機構、16…ヒータ、17…加熱炉筐体、18…柱部、19…加熱炉、20…炉内閉空間、22…ベース、23…ローラ(平行移動機構)、24…支持柱、25(25a)…電解部(電解セル)、26(26a〜26e)…配管、26a…水蒸気供給管、26b…水素排出管、26c…酸素排出管、26d…水蒸気供給支流管、26e…水素排出支流管、27…架台、28…支持台、29…調整部。 100 ... Hydrogen production system, 10 ... Hydrogen production equipment, 11 ... Water supply mechanism, 12 ... Hydrogen recovery mechanism, 13 ... Current supply mechanism, 14 ... Oxygen recovery mechanism, 16 ... Heater, 17 ... Heating furnace housing, 18 ... Pillar Part, 19 ... Heating furnace, 20 ... Closed space in the furnace, 22 ... Base, 23 ... Roller (parallel movement mechanism), 24 ... Support column, 25 (25a) ... Electrolytic part (electrolytic cell), 26 (26a-26e) ... Pipe, 26a ... Hydrogen discharge pipe, 26b ... Hydrogen discharge pipe, 26c ... Oxygen discharge pipe, 26d ... Steam supply tributary pipe, 26e ... Hydrogen discharge tributary pipe, 27 ... Stand, 28 ... Support stand, 29 ... Adjustment unit.
Claims (6)
前記ベースから底面が離隔して配置されるとともに前記柱部に密着して前記柱部を一側面にもつ炉内閉空間を形成する加熱炉筐体と、
前記炉内閉空間の外部から前記炉内閉空間の内部に水蒸気を供給する水蒸気供給管と、
前記水蒸気供給管から供給される前記水蒸気を分解して水素を生成する電解セルと、
生成した前記水素を前記炉内閉空間の外部に取り出す水素排出管と、
前記柱部に片持支持されるとともに前記架台の撓みを許容する自由端を有して前記電解セルを載置する架台と、
を備えることを特徴とする水素製造装置。 The pillars fixed to stand up on the base and
A heating furnace housing in which the bottom surface is arranged away from the base and is in close contact with the pillar portion to form a closed space inside the furnace having the pillar portion on one side surface.
A steam supply pipe that supplies steam from the outside of the closed space inside the furnace to the inside of the closed space inside the furnace.
An electrolytic cell that decomposes the water vapor supplied from the water vapor supply pipe to generate hydrogen, and
A hydrogen discharge pipe that takes out the generated hydrogen to the outside of the closed space in the furnace, and
A pedestal on which the electrolytic cell is placed, which is cantilevered by the pillar and has a free end that allows the pedestal to bend.
A hydrogen production apparatus characterized by comprising.
前記水蒸気供給管に接続されて前記水蒸気となる水を供給する水供給機構と、
前記水素排出管に接続されて前記水素を回収する水素回収機構と、を備える水素製造システム。 The hydrogen production apparatus according to any one of claims 1 to 5.
A water supply mechanism connected to the steam supply pipe to supply water that becomes the steam,
A hydrogen production system including a hydrogen recovery mechanism connected to the hydrogen discharge pipe and recovering the hydrogen.
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