JP7306651B2 - Energy storage device - Google Patents

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Description

本発明は、固体電解質を有する燃料電池本体を利用した蓄エネルギー装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an energy storage device using a fuel cell body having a solid electrolyte.

水素を燃料として放電するとともに、充電時に水を電気分解して水素を生成する可逆高温燃料電池が開発されている（例えば、特許文献１）。特許文献１の技術では、放電の際、燃料極に水素が供給され、充電の際、燃料極に水が供給される。 A reversible high-temperature fuel cell has been developed that discharges hydrogen using hydrogen as a fuel and electrolyzes water during charging to generate hydrogen (for example, Patent Document 1). In the technique of Patent Document 1, hydrogen is supplied to the fuel electrode during discharging, and water is supplied to the fuel electrode during charging.

特表２０１８－５１７２３３号公報Japanese Patent Application Publication No. 2018-517233

上記特許文献１のような充電および放電が可能な燃料電池において、ラウンドトリップ効率を向上させることができる技術の開発が希求されている。 In a chargeable and dischargeable fuel cell such as that disclosed in Patent Document 1, there is a demand for the development of technology capable of improving the round-trip efficiency.

本発明は、このような課題に鑑み、ラウンドトリップ効率を向上させることが可能な蓄エネルギー装置を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an energy storage device capable of improving round-trip efficiency.

上記課題を解決するために、本発明に係る蓄エネルギー装置は、燃料極と、空気極と、燃料極と空気極との間に設けられ、プロトン伝導性を有する固体酸化物を含む電解質とを有する燃料電池本体と、少なくとも水素を含む燃料ガスと、二酸化炭素とを保持する燃料タンクを有し、燃料極に燃料ガスを供給する燃料供給部と、空気極に少なくとも酸素を含む酸素含有ガスを供給する酸素供給部と、空気極に水を供給する水供給部と、を備える。 In order to solve the above problems, an energy storage device according to the present invention includes a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte provided between the fuel electrode and the air electrode and containing a solid oxide having proton conductivity. a fuel cell body having a fuel cell body, a fuel tank that holds a fuel gas containing at least hydrogen and carbon dioxide, a fuel supply unit that supplies the fuel gas to the fuel electrode, and an oxygen-containing gas containing at least oxygen to the air electrode An oxygen supply unit for supplying oxygen and a water supply unit for supplying water to the air electrode are provided.

また、蓄エネルギー装置は、外部から受電して燃料電池本体によって水を電気分解する充電モードと、燃料電池本体を放電させる放電モードとを切り換えるモード切換部を備え、燃料供給部は、放電モードにおいて燃料ガスを供給し、酸素供給部は、放電モードにおいて酸素含有ガスを供給し、水供給部は、充電モードにおいて水を供給してもよい。 Further, the energy storage device includes a mode switching unit for switching between a charge mode in which electricity is received from the outside and water is electrolyzed by the fuel cell main body, and a discharge mode in which the fuel cell main body is discharged. A fuel gas may be supplied, an oxygen supply may supply an oxygen-containing gas in discharge mode, and a water supply may supply water in charge mode.

また、水供給部および酸素供給部は、酸素含有ガスを保持する酸素タンクを含んでもよい。 Also, the water supply and the oxygen supply may include an oxygen tank that holds an oxygen-containing gas.

上記課題を解決するために、本発明に係る他の蓄エネルギー装置は、燃料極と、空気極と、燃料極と空気極との間に設けられ、プロトン伝導性を有する固体酸化物を含む電解質とを有する燃料電池本体と、燃料極に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給する燃料供給部と、少なくとも酸素を含む酸素含有ガスと、水とを保持するタンクを有し、空気極に酸素含有ガスおよび水を供給する空気極供給部と、を備える。
また、蓄エネルギー装置は、外部から受電して燃料電池本体によって水を電気分解する充電モードと、燃料電池本体を放電させる放電モードとを切り換えるモード切換部を備え、燃料供給部は、放電モードにおいて燃料ガスを供給し、空気極供給部は、放電モードにおいて酸素含有ガスを供給し、充電モードにおいて水を供給してもよい。
また、蓄エネルギー装置は、燃料極に供給されるガスと、燃料極から排気される燃料極排気ガスとを熱交換させる第１熱交換器を備えてもよい。
 In order to solve the above problems, another energy storage device according to the present invention includes a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte provided between the fuel electrode and the air electrode and containing a solid oxide having proton conductivity. a fuel supply unit for supplying a fuel gas containing at least hydrogen to the fuel electrode; an oxygen-containing gas containing at least oxygen; and a tank for holding water; and an air electrode supply unit for supplying water.
Further, the energy storage device includes a mode switching unit for switching between a charge mode in which electricity is received from the outside and water is electrolyzed by the fuel cell main body, and a discharge mode in which the fuel cell main body is discharged. A fuel gas may be supplied, and the cathode supply may supply an oxygen-containing gas in the discharge mode and water in the charge mode.
Moreover, the energy storage device may include a first heat exchanger that exchanges heat between the gas supplied to the fuel electrode and the fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel electrode.

また、蓄エネルギー装置は、空気極に供給されるガスと、空気極から排気される空気極排気ガスとを熱交換させる第２熱交換器を備えてもよい。 Moreover, the energy storage device may include a second heat exchanger for exchanging heat between the gas supplied to the air electrode and the air electrode exhaust gas discharged from the air electrode.

本発明によれば、ラウンドトリップ効率を向上させることが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to improve round-trip efficiency.

第１の実施形態にかかる蓄エネルギー装置を説明する図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure explaining the energy storage apparatus concerning 1st Embodiment. 第１の実施形態の充電モードにおけるガスの流れを説明する図である。It is a figure explaining the flow of the gas in the charge mode of 1st Embodiment. 第１の実施形態の放電モードにおけるガスの流れを説明する図である。It is a figure explaining the flow of the gas in the discharge mode of 1st Embodiment. 水および水蒸気の電気分解における電圧を説明する図である。It is a figure explaining the voltage in electrolysis of water and steam. メタネーション反応における反応エンタルピーを説明する図である。It is a figure explaining the reaction enthalpy in a methanation reaction. シミュレーション結果を説明する図である。It is a figure explaining a simulation result. 第１の変形例にかかる蓄エネルギー装置を説明する図である。It is a figure explaining the energy storage apparatus concerning a 1st modification. 第２の変形例にかかる蓄エネルギー装置を説明する図である。It is a figure explaining the energy storage apparatus concerning a 2nd modification. 第２の変形例の充電モードにおけるガスの流れを説明する図である。It is a figure explaining the flow of the gas in the charge mode of a 2nd modification. 第２の変形例の放電モードにおけるガスの流れを説明する図である。It is a figure explaining the flow of the gas in the discharge mode of a 2nd modification.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in these embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are given the same reference numerals to omit redundant description, and elements that are not directly related to the present invention are omitted from the drawings. do.

［第１の実施形態：蓄エネルギー装置１００］
図１は、第１の実施形態にかかる蓄エネルギー装置１００を説明する図である。図１に示すように、蓄エネルギー装置１００は、燃料電池本体１１０と、燃料タンク１２０と、燃料供給管１２２と、第１排気管１２４と、酸素タンク１５０と、酸素供給管１５２と、第２排気管１５４と、第１熱交換器１６０と、第２熱交換器１６２と、中央制御部１７０とを含む。図１中、破線の矢印は、信号の流れを示す。 [First embodiment: energy storage device 100]
FIG. 1 is a diagram illustrating an energy storage device 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the energy storage device 100 includes a fuel cell body 110, a fuel tank 120, a fuel supply pipe 122, a first exhaust pipe 124, an oxygen tank 150, an oxygen supply pipe 152, a second It includes an exhaust pipe 154 , a first heat exchanger 160 , a second heat exchanger 162 and a central controller 170 . In FIG. 1, dashed arrows indicate the flow of signals.

燃料電池本体１１０は、キャリアをプロトン（Ｈ＋）とする固体酸化物形燃料電池（ＰＣＦＣ：Proton-conducting Ceramic-electrolyte Fuel Cell）である。燃料電池本体１１０は、燃料極１１２と、空気極１１４と、電解質部１１６とを含む。 The fuel cell body 110 is a solid oxide fuel cell (PCFC: Proton-conducting Ceramic-electrolyte Fuel Cell) using protons (H + ) as carriers. Fuel cell body 110 includes a fuel electrode 112 , a cathode 114 , and an electrolyte portion 116 .

燃料極１１２は、例えば、ＮｉおよびＮｉ化合物（例えば、ＮｉＯ）のいずれか一方または両方を含むサーメット材料で構成される。燃料極１１２は、多孔体である。 The fuel electrode 112 is made of, for example, a cermet material containing either one or both of Ni and a Ni compound (eg, NiO). The fuel electrode 112 is a porous body.

空気極１１４は、電子伝導性を有する酸化物を含む。電子伝導性を有する酸化物は、例えば、ランタンマンガナイト（ＬＳＭ）、ストロンチウムドープトランタンコバルタイトフェライト（ＬＳＣＦ）、および、ストロンチウムドープトランタンコバルタイト（ＬＳＣ）のうち、少なくとも１つを含む。空気極１１４は、多孔体である。 The air electrode 114 contains an oxide having electronic conductivity. The electronically conductive oxide includes, for example, at least one of lanthanum manganite (LSM), strontium-doped lanthanum cobaltite ferrite (LSCF), and strontium-doped lanthanum cobaltite (LSC). The air electrode 114 is a porous body.

電解質部１１６は、燃料極１１２と空気極１１４との間に設けられる。電解質部１１６は、プロトン伝導性を有する固体酸化物を含む。プロトン伝導性を有する固体酸化物は、例えば、ＢａＺｒＹｂＯ３－δ、ＢａＺｒＣｅＹＡＯ３－δ（ただし、Ａは、ランタノイド元素およびＳｃのうち、いずれか１または複数である）、ＢａＣｅＡＯ３－δ（ただし、Ａは、ランタノイド元素およびＳｃのうち、いずれか１または複数である）、ＢａＳｒＣｅＺｒＡＯ３－δ（ただし、Ａは、ランタノイド元素およびＳｃのうち、いずれか１または複数である）、ＢａＳｒＣｅＺｒＹＡＯ３－δ（ただし、Ａは、ランタノイド元素およびＳｃのうち、いずれか１または複数である）、ＬａＳｒＡＯ３－δ（ただし、Ａは、ランタノイド元素およびＳｃのうち、いずれか１または複数である）、および、ＬａＷＯ３－δのうち、いずれか１または複数である。なお、上記固体酸化物における各元素の含有率に限定はない。 Electrolyte portion 116 is provided between fuel electrode 112 and air electrode 114 . Electrolyte portion 116 includes a solid oxide having proton conductivity. Solid oxides having proton conductivity include, for example, BaZrYbO 3-δ , BaZrCeYAO 3-δ (provided that A is one or more of lanthanide elements and Sc), BaCeAO 3-δ (provided that A is any one or more of the lanthanoid elements and Sc), BaSrCeZrAO 3-δ (where A is any one or more of the lanthanoid elements and Sc), BaSrCeZrYAO 3-δ ( However, A is any one or more of the lanthanoid elements and Sc), LaSrAO 3-δ (where A is any one or more of the lanthanoid elements and Sc), and LaWO Any one or more of 3-δ . The content of each element in the solid oxide is not limited.

燃料タンク１２０（燃料供給部）には、水素吸着剤が収容されており、燃料タンク１２０は、燃料ガスとして水素（Ｈ２）を貯留（保持）する。水素吸着剤は、例えば、セラミックやゼオライトの多孔体、または、水素吸蔵合金である。燃料タンク１２０が水素吸着剤を備えることにより、燃料タンク１２０は、小さい容積で大量の水素を貯留することができる。また、燃料タンク１２０は、不図示の保温設備によって所定の温度（例えば、５００℃）に保持される。なお、燃料タンク１２０を蓄熱材で覆うことにより、保温設備を省略することができる。 The fuel tank 120 (fuel supply unit) contains a hydrogen adsorbent, and the fuel tank 120 stores (holds) hydrogen (H 2 ) as fuel gas. The hydrogen adsorbent is, for example, a ceramic or zeolite porous body, or a hydrogen storage alloy. By including the hydrogen adsorbent in the fuel tank 120, the fuel tank 120 can store a large amount of hydrogen in a small volume. Further, the fuel tank 120 is kept at a predetermined temperature (for example, 500° C.) by a heat retaining device (not shown). By covering the fuel tank 120 with a heat storage material, heat insulation equipment can be omitted.

燃料供給管１２２（燃料供給部）は、燃料タンク１２０と、燃料極１１２の供給口（または、供給マニホールド）とを接続（連通）する。第１排気管１２４（燃料供給部）は、燃料極１１２の排気口（または、排気マニホールド）と、燃料タンク１２０とを接続（連通）する。 The fuel supply pipe 122 (fuel supply section) connects (communicates) the fuel tank 120 and the supply port (or supply manifold) of the fuel electrode 112 . The first exhaust pipe 124 (fuel supply section) connects (communicates) the exhaust port (or exhaust manifold) of the fuel electrode 112 and the fuel tank 120 .

酸素タンク１５０（酸素供給部、水供給部）は、酸素（Ｏ２）および水蒸気（水（Ｈ２Ｏ））を貯留（保持）する。酸素タンク１５０は、不図示の保温設備によって所定の温度（例えば、５００℃）に保持される。なお、酸素タンク１５０を蓄熱材で覆うことにより、保温設備を省略することができる。 The oxygen tank 150 (oxygen supply unit, water supply unit) stores (holds) oxygen (O 2 ) and water vapor (water (H 2 O)). The oxygen tank 150 is kept at a predetermined temperature (for example, 500° C.) by heat insulation equipment (not shown). By covering the oxygen tank 150 with a heat storage material, heat insulation equipment can be omitted.

酸素供給管１５２（酸素供給部、水供給部）は、酸素タンク１５０と、空気極１１４の供給口（または、供給マニホールド）とを接続（連通）する。第２排気管１５４（酸素供給部、水供給部）は、空気極１１４の排気口（または、排気マニホールド）と、酸素タンク１５０とを接続（連通）する。 The oxygen supply pipe 152 (oxygen supply section, water supply section) connects (communicates) the oxygen tank 150 and the supply port (or supply manifold) of the air electrode 114 . The second exhaust pipe 154 (oxygen supply section, water supply section) connects (communicates) the exhaust port (or exhaust manifold) of the air electrode 114 and the oxygen tank 150 .

第１熱交換器１６０は、燃料極１１２に供給されるガス（水素）と、燃料極１１２から排気される燃料極排気ガスとを熱交換させる。本実施形態において、第１熱交換器１６０は、燃料供給管１２２を通過するガスと、第１排気管１２４を通過する燃料極排気ガスとを熱交換させる。 The first heat exchanger 160 exchanges heat between the gas (hydrogen) supplied to the fuel electrode 112 and the fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel electrode 112 . In this embodiment, the first heat exchanger 160 exchanges heat between the gas passing through the fuel supply pipe 122 and the anode exhaust gas passing through the first exhaust pipe 124 .

第２熱交換器１６２は、空気極１１４に供給される酸素と、空気極１１４から排気される空気極排気ガスとを熱交換させる。本実施形態において、第２熱交換器１６２は、酸素供給管１５２を通過する酸素と、第２排気管１５４を通過する空気極排気ガスとを熱交換させる。 The second heat exchanger 162 exchanges heat between the oxygen supplied to the cathode 114 and the cathode exhaust gas discharged from the cathode 114 . In the present embodiment, the second heat exchanger 162 exchanges heat between oxygen passing through the oxygen supply pipe 152 and cathode exhaust gas passing through the second exhaust pipe 154 .

中央制御部１７０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。中央制御部１７０は、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。中央制御部１７０は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して蓄エネルギー装置１００全体を管理および制御する。本実施形態において、中央制御部１７０は、モード切換部１７２として機能する。 The central control unit 170 is composed of a semiconductor integrated circuit including a CPU (Central Processing Unit). The central control unit 170 reads programs, parameters, etc. for operating the CPU itself from the ROM. The central control unit 170 manages and controls the entire energy storage device 100 in cooperation with a RAM as a work area and other electronic circuits. In this embodiment, the central control section 170 functions as a mode switching section 172 .

モード切換部１７２は、燃料電池本体１１０の運転モードを充電モードと、放電モードとに切り換える。以下、本実施形態の充電モードおよび放電モードについて詳述する。 Mode switching unit 172 switches the operation mode of fuel cell body 110 between a charge mode and a discharge mode. The charge mode and discharge mode of this embodiment will be described in detail below.

［充電モード］
図２は、第１の実施形態の充電モードにおけるガスの流れを説明する図である。図２中、実線の矢印は、ガスの流れを示す。充電モードは、外部から受電して燃料電池本体１１０によって水を電気分解する運転モードである。 [Charging mode]
FIG. 2 is a diagram illustrating gas flow in the charging mode of the first embodiment. In FIG. 2, solid arrows indicate gas flows. The charge mode is an operation mode in which electricity is received from the outside and water is electrolyzed by the fuel cell body 110 .

図２に示すように、運転モードを充電モードに設定する場合、モード切換部１７２は、電力供給源１０から燃料電池本体１１０に電力を供給させる。つまり、モード切換部１７２は、燃料電池本体１１０と電力供給源１０とを通電させる。電力供給源１０は、例えば、太陽光発電装置、水力発電装置、風力発電装置等の再生可能エネルギーを利用した発電装置である。 As shown in FIG. 2 , when the operation mode is set to the charging mode, the mode switching unit 172 causes the power supply source 10 to supply power to the fuel cell body 110 . In other words, mode switching unit 172 energizes fuel cell body 110 and power supply source 10 . The power supply source 10 is, for example, a power generator using renewable energy such as a solar power generator, a hydraulic power generator, and a wind power generator.

そうすると、酸素タンク１５０から空気極１１４に水蒸気Ｗが供給され、受電した電力によって、下記式（１）に示す反応が進行する。
Ｈ２Ｏ → １／２Ｏ２ ＋ ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ－ …式（１） Then, water vapor W is supplied from the oxygen tank 150 to the air electrode 114, and the reaction represented by the following formula (1) proceeds with the received electric power.
H 2 O → 1/2O 2 + 2H + + 2e − Equation (1)

そして、プロトン（Ｈ＋）が電解質部１１６を伝導（移動）することにより、燃料極１１２において下記式（２）に示す反応が進行する。
２Ｈ＋ ＋ ２ｅ－ → Ｈ２ …式（２） As the protons (H + ) conduct (move) through the electrolyte portion 116 , the reaction represented by the following formula (2) proceeds in the fuel electrode 112 .
2H + + 2e − → H 2 Formula (2)

こうして、充電モードにおいて、空気極１１４で酸素が生成される（上記式（１））。空気極１１４で生成された酸素は、空気極排気ガスとして酸素タンク１５０に導かれる。そして、酸素タンク１５０に貯留された酸素は、後述する放電モードで利用される。なお、充電モードでは、空気極１１４における水蒸気Ｗの消費量を１とすると、酸素の生成量は、１／２となる（上記式（１））。したがって、酸素供給管１５２と、第２排気管１５４との間（酸素タンク１５０と、空気極１１４との間）で差圧が生じ、空気極１１４から酸素タンク１５０へ自動的に酸素が移動することになる。なお、空気極排気ガスには、空気極１１４において未反応であった水蒸気も含まれる。 Thus, oxygen is generated at the air electrode 114 in the charging mode (equation (1) above). Oxygen produced at cathode 114 is led to oxygen tank 150 as cathode exhaust gas. Oxygen stored in the oxygen tank 150 is used in a discharge mode, which will be described later. In the charge mode, if the consumption of water vapor W at the air electrode 114 is 1, the amount of oxygen produced is 1/2 (formula (1) above). Therefore, a differential pressure is generated between the oxygen supply pipe 152 and the second exhaust pipe 154 (between the oxygen tank 150 and the air electrode 114), and oxygen automatically moves from the air electrode 114 to the oxygen tank 150. It will be. The air electrode exhaust gas also contains water vapor that has not reacted at the air electrode 114 .

また、充電モードにおいて、燃料極１１２で水素が生成される（上記式（２））。燃料極１１２で生成された水素は、燃料極排気ガスとして燃料タンク１２０に導かれる。そして、燃料タンク１２０に貯留された水素は、放電モードで利用される。なお、充電モードでは、燃料極１１２において、ガス（水素）は消費されないが、水素が生成される（上記式（２））。したがって、燃料供給管１２２と、第１排気管１２４との間（燃料タンク１２０と、燃料極１１２との間）で水素の濃度差（差圧）が生じ、燃料極１１２から燃料タンク１２０へ自動的に水素が移動することになる。 Also, in the charging mode, hydrogen is generated at the fuel electrode 112 (equation (2) above). Hydrogen produced at the anode 112 is led to the fuel tank 120 as anode exhaust gas. The hydrogen stored in fuel tank 120 is used in the discharge mode. In addition, in the charge mode, gas (hydrogen) is not consumed at the fuel electrode 112, but hydrogen is generated (the above formula (2)). Therefore, a hydrogen concentration difference (differential pressure) is generated between the fuel supply pipe 122 and the first exhaust pipe 124 (between the fuel tank 120 and the fuel electrode 112), and the fuel is automatically discharged from the fuel electrode 112 to the fuel tank 120. hydrogen will move.

［放電モード］
図３は、第１の実施形態の放電モードにおけるガスの流れを説明する図である。図３中、実線の矢印は、ガスの流れを示す。放電モードは、燃料電池本体１１０を放電させる運転モードである。 [Discharge mode]
FIG. 3 is a diagram illustrating gas flow in the discharge mode of the first embodiment. In FIG. 3, solid arrows indicate gas flows. The discharge mode is an operation mode in which the fuel cell body 110 is discharged.

図３に示すように、運転モードを放電モードに設定する場合、モード切換部１７２は、燃料電池本体１１０を負荷１２に接続する。 As shown in FIG. 3 , when the operation mode is set to the discharge mode, the mode switching unit 172 connects the fuel cell body 110 to the load 12 .

そうすると、充電モードにおいて燃料極１１２において生成され、燃料タンク１２０に貯留された水素が燃料極１１２に供給されて、下記式（３）に示す反応が進行する。
Ｈ２ → ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ－ …式（３） Then, the hydrogen generated at the fuel electrode 112 in the charge mode and stored in the fuel tank 120 is supplied to the fuel electrode 112, and the reaction represented by the following formula (3) proceeds.
H 2 → 2H + + 2e − Equation (3)

また、充電モードにおいて空気極１１４において生成され、酸素タンク１５０に貯留された酸素が空気極１１４に供給されて、下記（４）に示す反応が進行する。
１／２Ｏ２ ＋ ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ－ → Ｈ２Ｏ …式（４） Also, in the charge mode, the oxygen generated in the air electrode 114 and stored in the oxygen tank 150 is supplied to the air electrode 114, and the reaction shown in (4) below proceeds.
1/2O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O Formula (4)

そして、プロトン（Ｈ＋）が電解質部１１６を伝導（移動）することにより、燃料電池本体１１０が発電する。こうして、発電された電力は、燃料電池本体１１０に接続された負荷１２に供給される。 Then, the protons (H + ) conduct (move) through the electrolyte portion 116, so that the fuel cell main body 110 generates electricity. The electric power thus generated is supplied to the load 12 connected to the fuel cell body 110 .

また、放電モードにおいて、空気極１１４で水（水蒸気Ｗ）が生成される（上記式（４））。空気極１１４で生成された水蒸気Ｗは、空気極排気ガスとして酸素タンク１５０に導かれる。そして、酸素タンク１５０に導かれた水は、充電モードにおける水蒸気Ｗ（水）の電気分解に利用される。なお、放電モードでは、空気極１１４における酸素の消費量を１とすると、水の生成量は、２となる（上記式（４））。したがって、酸素供給管１５２と、第２排気管１５４との間（酸素タンク１５０と、空気極１１４との間）で差圧が生じ、酸素タンク１５０から空気極１１４へ自動的に酸素が移動することになる。なお、空気極排気ガスには、空気極１１４において未反応であった酸素も含まれる。 Also, in the discharge mode, water (water vapor W) is generated at the air electrode 114 (equation (4) above). The water vapor W generated at the air electrode 114 is led to the oxygen tank 150 as air electrode exhaust gas. The water led to the oxygen tank 150 is used for electrolysis of water vapor W (water) in the charge mode. In the discharge mode, if the consumption of oxygen in the air electrode 114 is 1, the amount of water produced is 2 (equation (4) above). Therefore, a differential pressure is generated between the oxygen supply pipe 152 and the second exhaust pipe 154 (between the oxygen tank 150 and the air electrode 114), and oxygen automatically moves from the oxygen tank 150 to the air electrode 114. It will be. The cathode exhaust gas also contains oxygen that has not reacted at the cathode 114 .

また、放電モードでは、燃料極１１２において、水素が消費されるものの、ガス（水素）は生成されない（上記式（３））。したがって、燃料供給管１２２と、第１排気管１２４との間（燃料タンク１２０と、燃料極１１２との間）で水素の濃度差（差圧）が生じ、燃料タンク１２０から燃料極１１２へ自動的に水素が移動することになる。なお、燃料極排気ガスには、燃料極１１２において未反応であった水素も含まれる。 In the discharge mode, hydrogen is consumed at the fuel electrode 112, but gas (hydrogen) is not generated (equation (3) above). Therefore, a hydrogen concentration difference (differential pressure) is generated between the fuel supply pipe 122 and the first exhaust pipe 124 (between the fuel tank 120 and the fuel electrode 112), and the hydrogen is automatically discharged from the fuel tank 120 to the fuel electrode 112. hydrogen will move. The fuel electrode exhaust gas also contains hydrogen that has not reacted at the fuel electrode 112 .

以上説明したように、本実施形態の蓄エネルギー装置１００は、プロトン伝導性を有する固体酸化物を含む電解質部１１６を有する燃料電池本体１１０を備える。したがって、キャリアを酸化物イオン（Ｏ２－）とする従来の固体酸化物形燃料電池と比較して、蓄エネルギー装置１００は、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage：開回路電圧）を向上させることができる。これにより、蓄エネルギー装置１００は、従来の固体酸化物形燃料電池と比較して、放電モードにおいて、発電電圧（放電電圧）を向上させることが可能となる。したがって、蓄エネルギー装置１００は、ラウンドトリップ効率を向上させることができる。 As described above, the energy storage device 100 of this embodiment includes the fuel cell main body 110 having the electrolyte portion 116 containing a solid oxide having proton conductivity. Therefore, compared to conventional solid oxide fuel cells that use oxide ions (O 2− ) as carriers, the energy storage device 100 can improve OCV (Open Circuit Voltage). As a result, the energy storage device 100 can improve the generated voltage (discharge voltage) in the discharge mode compared to conventional solid oxide fuel cells. Therefore, the energy storage device 100 can improve round trip efficiency.

また、本実施形態の蓄エネルギー装置１００は、燃料電池本体１１０の燃料極１１２に連通された燃料タンク１２０を備える。したがって、蓄エネルギー装置１００は、充電モードにおいて得られた水素を燃料タンク１２０に貯蔵することが可能となる。つまり、蓄エネルギー装置１００は、充電によって得られるエネルギーを水素に変換して、長期間安定して貯蔵することができる。 The energy storage device 100 of this embodiment also includes a fuel tank 120 that communicates with the fuel electrode 112 of the fuel cell body 110 . Therefore, energy storage device 100 can store hydrogen obtained in the charging mode in fuel tank 120 . That is, the energy storage device 100 can convert the energy obtained by charging into hydrogen and stably store it for a long period of time.

また、蓄エネルギー装置１００は、燃料極１１２と燃料タンク１２０とを連通する第１排気管１２４を備える。したがって、放電モードにおいて燃料極１１２で未反応であった水素を燃料タンク１２０に返送することができる。つまり、蓄エネルギー装置１００は、未利用の水素が外部に廃棄されてしまう事態を回避することができる。したがって、蓄エネルギー装置１００は、水素の利用率を実質的に１００％とすることが可能となる。 The energy storage device 100 also includes a first exhaust pipe 124 that communicates between the fuel electrode 112 and the fuel tank 120 . Therefore, hydrogen that has not reacted at the fuel electrode 112 in the discharge mode can be returned to the fuel tank 120 . That is, the energy storage device 100 can avoid a situation in which unused hydrogen is discarded to the outside. Therefore, the energy storage device 100 can achieve a hydrogen utilization rate of substantially 100%.

また、蓄エネルギー装置１００は、燃料タンク１２０と、燃料極１１２と燃料タンク１２０とを連通する燃料供給管１２２および第１排気管１２４とを備える。上記したように、充電モードにおいて、燃料極１１２で水素は生成されるもののガスの消費はない。一方、放電モードにおいて、燃料極１１２で水素が消費されるものの、ガスの生成はない。したがって、蓄エネルギー装置１００は、燃料極１１２に連通された燃料タンク１２０を備えることにより、差圧のみで水素を燃料極１１２に移動させたり、燃料タンク１２０に移動させたりすることができる。これにより、蓄エネルギー装置１００は、水素を移動するための専用のブロワを省略することが可能となる。 The energy storage device 100 also includes a fuel tank 120 , and a fuel supply pipe 122 and a first exhaust pipe 124 that connect the fuel electrode 112 and the fuel tank 120 . As described above, in the charge mode, hydrogen is produced at the fuel electrode 112, but no gas is consumed. On the other hand, in the discharge mode, hydrogen is consumed at the fuel electrode 112, but no gas is produced. Therefore, by providing the fuel tank 120 in communication with the fuel electrode 112, the energy storage device 100 can move hydrogen to the fuel electrode 112 or to the fuel tank 120 only by differential pressure. As a result, the energy storage device 100 can omit a dedicated blower for moving hydrogen.

また、蓄エネルギー装置１００は、酸素タンク１５０と、空気極１１４と酸素タンク１５０とを連通する酸素供給管１５２および第２排気管１５４とを備える。上記したように、充電モードにおいて、空気極１１４での水の消費量と酸素の生成量とは異なる。また、放電モードにおいて、空気極１１４での酸素の消費量と水の生成量とは異なる。したがって、蓄エネルギー装置１００は、空気極１１４に連通された酸素タンク１５０を備えることにより、差圧のみで酸素を空気極１１４に移動させたり、酸素タンク１５０に移動させたりすることができる。これにより、蓄エネルギー装置１００は、酸素を移動するための専用のブロワを省略することが可能となる。 The energy storage device 100 also includes an oxygen tank 150 , and an oxygen supply pipe 152 and a second exhaust pipe 154 that communicate between the air electrode 114 and the oxygen tank 150 . As described above, in the charge mode, the amount of water consumed and the amount of oxygen produced at the cathode 114 are different. Also, in the discharge mode, the amount of oxygen consumed and the amount of water produced at the air electrode 114 are different. Therefore, by providing the oxygen tank 150 in communication with the air electrode 114, the energy storage device 100 can move oxygen to the air electrode 114 or to the oxygen tank 150 only by the differential pressure. As a result, the energy storage device 100 can omit a dedicated blower for moving oxygen.

また、上記したように、蓄エネルギー装置１００は、第１熱交換器１６０を備える。これにより、第１熱交換器１６０は、燃料極排気ガスが有する熱を、水素に付与することができる。したがって、蓄エネルギー装置１００は、水素の加熱に要するエネルギーを削減することが可能となる。 Moreover, as described above, the energy storage device 100 includes the first heat exchanger 160 . Thereby, the first heat exchanger 160 can give the heat of the fuel electrode exhaust gas to the hydrogen. Therefore, the energy storage device 100 can reduce the energy required for heating hydrogen.

同様に、蓄エネルギー装置１００は、第２熱交換器１６２を備える。これにより、第２熱交換器１６２は、空気極排気ガスが有する熱を酸素、および、水蒸気Ｗに付与することができる。したがって、蓄エネルギー装置１００は、酸素、および、水蒸気Ｗの加熱に要するエネルギーを削減することが可能となる。 Similarly, the energy storage device 100 comprises a second heat exchanger 162 . Thereby, the second heat exchanger 162 can give the heat of the air electrode exhaust gas to the oxygen and the water vapor W. Therefore, the energy storage device 100 can reduce the energy required for heating the oxygen and the water vapor W.

［第２の実施形態］
第２の実施形態は、燃料タンク１２０が貯留するガスの組成が第１の実施形態と異なるが、他の構成は第１の実施形態と実質的に等しい。このため、上記蓄エネルギー装置１００と同一の符号を付して一部説明を省略する。 [Second embodiment]
The second embodiment differs from the first embodiment in the composition of the gas stored in the fuel tank 120, but the other configuration is substantially the same as the first embodiment. For this reason, the same reference numerals as those of the energy storage device 100 are used, and a partial description thereof is omitted.

燃料タンク１２０は、燃料ガスとして水素、および、メタン（ＣＨ４）と、二酸化炭素（ＣＯ２）とを貯留（保持）する。第２の実施形態において、燃料タンク１２０は、不図示の保温設備によって所定の温度（例えば、５００℃）に保持される。なお、燃料タンク１２０を蓄熱材で覆うことにより、保温設備を省略することができる。また、第２の実施形態において、酸素タンク１５０は、不図示の保温設備によって所定の温度（例えば、５００℃）に保持される。なお、酸素タンク１５０を蓄熱材で覆うことにより、保温設備を省略することができる。 Fuel tank 120 stores (holds) hydrogen, methane (CH 4 ), and carbon dioxide (CO 2 ) as fuel gas. In the second embodiment, the fuel tank 120 is kept at a predetermined temperature (for example, 500° C.) by heat retaining equipment (not shown). By covering the fuel tank 120 with a heat storage material, heat insulation equipment can be omitted. In addition, in the second embodiment, the oxygen tank 150 is kept at a predetermined temperature (eg, 500° C.) by heat retaining equipment (not shown). By covering the oxygen tank 150 with a heat storage material, heat insulation equipment can be omitted.

続いて、第２の実施形態の充電モードにおける反応および放電モードにおける反応について説明する。 Next, reactions in the charge mode and discharge mode of the second embodiment will be described.

［充電モード］
モード切換部１７２によって、燃料電池本体１１０に電力供給源１０が接続されると、酸素タンク１５０から空気極１１４に水蒸気が供給され、受電した電力によって、下記式（１）に示す反応が進行する。
Ｈ２Ｏ → １／２Ｏ２ ＋ ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ－ …式（１） [Charging mode]
When the power supply source 10 is connected to the fuel cell main body 110 by the mode switching unit 172, water vapor is supplied from the oxygen tank 150 to the air electrode 114, and the reaction represented by the following formula (1) proceeds with the received power. .
H 2 O → 1/2O 2 + 2H + + 2e − Equation (1)

そして、プロトン（Ｈ＋）が電解質部１１６を伝導（移動）することにより、燃料極１１２において、下記式（２）に示す反応が進行する。
２Ｈ＋ ＋ ２ｅ－ → Ｈ２ …式（２） As the protons (H + ) conduct (move) through the electrolyte portion 116 , the reaction represented by the following formula (2) proceeds in the fuel electrode 112 .
2H + + 2e − → H 2 Formula (2)

また、燃料タンク１２０から燃料極１１２に二酸化炭素および水素が供給され、下記式（５）に示す反応が進行する。
ＣＯ２ ＋ ４Ｈ２ → ＣＨ４ ＋ ２Ｈ２Ｏ …式（５） Also, carbon dioxide and hydrogen are supplied from the fuel tank 120 to the fuel electrode 112, and the reaction represented by the following formula (5) proceeds.
CO2 + 4H2- > CH4 + 2H2O ... Formula (5)

こうして、充電モードにおいて、燃料極１１２で水素、メタン、および、水（水蒸気Ｗ）が生成される（上記式（２）、式（５））。なお、平衡反応により、二酸化炭素と水素の一部は、一酸化炭素（ＣＯ）に変換される（ＣＯ２ ＋ Ｈ２ → ＣＯ ＋ Ｈ２Ｏ）。燃料極１１２で生成された水素、メタン、一酸化炭素、および、水蒸気Ｗは、燃料極排気ガスとして燃料タンク１２０に導かれる。こうして、燃料タンク１２０に導かれた水素、メタン、および、水蒸気Ｗは、後述する放電モードにおいて利用される。なお、燃料極排気ガスには、燃料極１１２において未反応であった二酸化炭素も含まれる。 Thus, in the charging mode, hydrogen, methane, and water (water vapor W) are generated at the fuel electrode 112 (equations (2) and (5) above). Note that part of carbon dioxide and hydrogen is converted to carbon monoxide (CO) by an equilibrium reaction (CO 2 + H 2 →CO + H 2 O). Hydrogen, methane, carbon monoxide, and water vapor W produced at the fuel electrode 112 are led to the fuel tank 120 as fuel electrode exhaust gas. The hydrogen, methane, and water vapor W thus led to the fuel tank 120 are used in the discharge mode, which will be described later. The fuel electrode exhaust gas also contains carbon dioxide that has not reacted at the fuel electrode 112 .

また、上記したように、充電モードにおいて、空気極１１４で酸素が生成される（上記式（１））。空気極１１４で生成された酸素は、空気極排気ガスとして酸素タンク１５０に導かれる。そして、酸素タンク１５０に貯留された酸素は、後述する放電モードで利用される。なお、空気極排気ガスには、空気極１１４において未反応だった水蒸気も含まれる。 Further, as described above, oxygen is generated at the air electrode 114 in the charging mode (equation (1) above). Oxygen produced at cathode 114 is led to oxygen tank 150 as cathode exhaust gas. Oxygen stored in the oxygen tank 150 is used in a discharge mode, which will be described later. The air electrode exhaust gas also contains water vapor that has not reacted at the air electrode 114 .

続いて、充電モードにおける二酸化炭素および水素の効果について説明する。図４は、水および水蒸気の電気分解における電圧を説明する図である。なお、図４中、横軸は温度［℃］を示し、縦軸は電解電圧［Ｖ］を示す。また、図４中、実線は理論電解電圧を示し、破線は熱中立電圧を示す。 Next, the effects of carbon dioxide and hydrogen in charge mode will be described. FIG. 4 is a diagram for explaining voltages in electrolysis of water and steam. In FIG. 4, the horizontal axis indicates temperature [° C.], and the vertical axis indicates electrolytic voltage [V]. Further, in FIG. 4, the solid line indicates the theoretical electrolytic voltage, and the dashed line indicates the thermal neutral voltage.

水および水蒸気の電気分解は吸熱反応であるため、図４に示すように、水および水蒸気の電気分解における熱中立電圧は、理論電解電圧よりも大幅に上回る。具体的に説明すると、水蒸気の電気分解において、１００℃を上回ると、温度が上昇するに従って、理論電解電圧と熱中立電圧との差が大きくなる。したがって、燃料電池本体１１０によって水蒸気のみを電気分解する場合、投入される電力の電圧を熱中立電圧（例えば、１．３Ｖ程度）まで高くしなければならない。 Since the electrolysis of water and steam is an endothermic reaction, the thermal neutral voltage in the electrolysis of water and steam greatly exceeds the theoretical electrolysis voltage, as shown in FIG. Specifically, in the electrolysis of water vapor, when the temperature exceeds 100° C., the difference between the theoretical electrolysis voltage and the thermal neutral voltage increases as the temperature rises. Therefore, when only water vapor is electrolyzed by the fuel cell main body 110, the voltage of the supplied electric power must be raised to the thermal neutral voltage (for example, about 1.3 V).

そこで、上記したように、第２の実施形態の蓄エネルギー装置１００は、充電モードにおいて、二酸化炭素および水素を燃料極１１２に供給する。これにより、上記式（１）の反応に加えて上記式（５）の反応（メタネーション反応、サバティエ反応）が進行する。 Therefore, as described above, the energy storage device 100 of the second embodiment supplies carbon dioxide and hydrogen to the fuel electrode 112 in the charging mode. As a result, the reaction of the above formula (5) (methanation reaction, Sabatier reaction) proceeds in addition to the reaction of the above formula (1).

図５は、メタネーション反応における反応エンタルピーを説明する図である。なお、図５中、横軸は温度［℃］を示し、縦軸は反応エンタルピーｄｒＨ［ｋＪ／ｍｏｌ］を示す。 FIG. 5 is a diagram explaining the reaction enthalpy in the methanation reaction. In FIG. 5, the horizontal axis indicates temperature [° C.], and the vertical axis indicates reaction enthalpy drH [kJ/mol].

図５に示すように、上記式（５）のメタネーション反応は、６９０℃程度の境界温度に到達するまでは、発熱反応である。一方、境界温度を上回ると、メタネーション反応は、吸熱反応となる。 As shown in FIG. 5, the methanation reaction of formula (5) above is exothermic until a boundary temperature of about 690° C. is reached. On the other hand, above the boundary temperature, the methanation reaction becomes endothermic.

したがって、第２の実施形態の蓄エネルギー装置１００は、充電モードを３００℃以上７００℃以下の所定の温度で実行する、すなわち、水蒸気の電気分解およびメタネーション反応を３００℃以上７００℃以下の所定の温度で行うことにより、水蒸気の電気分解に要する熱（吸熱）をメタネーション反応で生じる熱（発熱）で補うことができる。 Therefore, the energy storage device 100 of the second embodiment executes the charging mode at a predetermined temperature of 300° C. or higher and 700° C. or lower, that is, the electrolysis of water vapor and the methanation reaction are performed at a predetermined temperature of 300° C. or higher and 700° C. or lower. , the heat (endothermic) required for the electrolysis of water vapor can be compensated for by the heat (exothermic) generated by the methanation reaction.

これにより、第２の実施形態の蓄エネルギー装置１００は、熱中立電圧を理論電解電圧に近づけることが可能となる。したがって、第２の実施形態の蓄エネルギー装置１００は、充電モードにおいて、燃料電池本体１１０に投入する電力の電圧を低減することができる。 Thereby, the energy storage device 100 of the second embodiment can bring the thermal neutral voltage closer to the theoretical electrolytic voltage. Therefore, the energy storage device 100 of the second embodiment can reduce the voltage of the power supplied to the fuel cell body 110 in the charging mode.

また、水の電気分解の際に電力供給源１０から供給される電流密度が高い場合、燃料電池本体１１０の温度が高くなる。しかし、図５に示すように、メタネーション反応は、温度が上昇するに従って吸熱量が大きくなる。したがって、充電モードにおいて、水蒸気の電気分解と並行してメタネーション反応を行うことにより、第２の実施形態の蓄エネルギー装置１００は、電力供給源１０から供給される電流密度が高い場合でも燃料電池本体１１０を所定の温度に維持することが可能となる。 Further, when the current density supplied from the power supply source 10 is high during the electrolysis of water, the temperature of the fuel cell main body 110 rises. However, as shown in FIG. 5, the methanation reaction increases the amount of heat absorbed as the temperature rises. Therefore, in the charging mode, by performing the methanation reaction in parallel with the electrolysis of water vapor, the energy storage device 100 of the second embodiment can be used as a fuel cell even when the current density supplied from the power supply source 10 is high. It becomes possible to maintain the main body 110 at a predetermined temperature.

同様に、水の電気分解の際に電力供給源１０から供給される電流密度が低い場合、燃料電池本体１１０の温度が低くなる。しかし、図５に示すように、メタネーション反応は、温度が下降するに従って発熱量が大きくなる。したがって、充電モードにおいて、水蒸気の電気分解と並行してメタネーション反応を行うことにより、第２の実施形態の蓄エネルギー装置１００は、電力供給源１０から供給される電流密度が低い場合でも燃料電池本体１１０を所定の温度に維持することが可能となる。 Similarly, when the current density supplied from the power supply source 10 during electrolysis of water is low, the temperature of the fuel cell body 110 becomes low. However, as shown in FIG. 5, the methanation reaction generates more heat as the temperature decreases. Therefore, in the charging mode, by performing the methanation reaction in parallel with the electrolysis of water vapor, the energy storage device 100 of the second embodiment can be used as a fuel cell even when the current density supplied from the power supply source 10 is low. It becomes possible to maintain the main body 110 at a predetermined temperature.

つまり、第２の実施形態の蓄エネルギー装置１００は、水蒸気の電気分解と並行してメタネーション反応を行うことにより、電力供給源１０から供給される電流密度が変動した場合でも燃料電池本体１１０を所定の温度に維持することができる。 In other words, the energy storage device 100 of the second embodiment performs the methanation reaction in parallel with the electrolysis of water vapor, so that even if the current density supplied from the power supply source 10 fluctuates, the fuel cell main body 110 It can be maintained at a predetermined temperature.

［放電モード］
モード切換部１７２によって、燃料電池本体１１０に負荷１２が接続されると、燃料極１１２に水素、メタン、および、水蒸気Ｗが供給されて、下記式（３）、式（６）に示す反応が進行する。
Ｈ２ → ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ－ …式（３）
ＣＨ４ ＋ ２Ｈ２Ｏ → ＣＯ２ ＋ ４Ｈ２ …式（６） [Discharge mode]
When the load 12 is connected to the fuel cell main body 110 by the mode switching unit 172, hydrogen, methane, and water vapor W are supplied to the fuel electrode 112, and reactions shown in the following formulas (3) and (6) occur. proceed.
H 2 → 2H + + 2e − Equation (3)
CH4 + 2H2O- > CO2 + 4H2 ... Formula (6)

また、空気極１１４に酸素が供給されて、下記式（４）に示す反応が進行する。
１／２Ｏ２ ＋ ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ－ → Ｈ２Ｏ …式（４）
そして、プロトン（Ｈ＋）が電解質部１１６を伝導（移動）することにより、燃料電池本体１１０が発電する。こうして、発電された電力は、燃料電池本体１１０に接続された負荷１２に供給される。 In addition, oxygen is supplied to the air electrode 114, and the reaction represented by the following formula (4) proceeds.
1/2O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O Formula (4)
Then, the protons (H + ) conduct (move) through the electrolyte portion 116, so that the fuel cell main body 110 generates electricity. The electric power thus generated is supplied to the load 12 connected to the fuel cell body 110 .

また、放電モードにおいて、燃料極１１２で二酸化炭素および水素が生成される（上記式（６））。燃料極１１２で生成された二酸化炭素および水素は、燃料極排気ガスとして燃料タンク１２０に導かれる。こうして、燃料タンク１２０に導かれた二酸化炭素および水素は、充電モードにおけるメタネーション反応に利用される。また、燃料極１１２で生成された水素の一部または全部は、放電モードにおいて、燃料として利用することができる。なお、燃料極排気ガスには、燃料極１１２において未反応であった水素、メタン、水蒸気も含まれる。 Also, in the discharge mode, carbon dioxide and hydrogen are produced at the fuel electrode 112 (equation (6) above). Carbon dioxide and hydrogen produced at the anode 112 are led to the fuel tank 120 as anode exhaust gas. The carbon dioxide and hydrogen thus led to the fuel tank 120 are utilized for the methanation reaction in charge mode. Also, part or all of the hydrogen produced at the fuel electrode 112 can be used as fuel in the discharge mode. The fuel electrode exhaust gas also contains hydrogen, methane, and water vapor that have not reacted at the fuel electrode 112 .

以上説明したように、第２の実施形態の蓄エネルギー装置１００は、充電モードにおいて、二酸化炭素および水素を燃料極１１２に供給する。これにより、第２の実施形態の蓄エネルギー装置１００は、充電の際に投入される電力の電圧を低減することができる。 As described above, the energy storage device 100 of the second embodiment supplies carbon dioxide and hydrogen to the fuel electrode 112 in the charge mode. As a result, the energy storage device 100 of the second embodiment can reduce the voltage of the electric power supplied during charging.

［シミュレーション］
上記第１の実施形態の蓄エネルギー装置１００、第２の実施形態の蓄エネルギー装置１００、および比較例におけるラウンドトリップ効率をシミュレーションによって算出した。 [simulation]
The round-trip efficiencies of the energy storage device 100 of the first embodiment, the energy storage device 100 of the second embodiment, and the comparative example were calculated by simulation.

図６は、シミュレーション結果を説明する図である。図６（ａ）は、第１の実施形態の蓄エネルギー装置１００のシミュレーション結果を示す。図６（ｂ）は、第２の実施形態の蓄エネルギー装置１００のシミュレーション結果を示す。図６（ｃ）は、比較例のシミュレーション結果を示す。 FIG. 6 is a diagram for explaining simulation results. Fig.6 (a) shows the simulation result of the energy storage apparatus 100 of 1st Embodiment. FIG.6(b) shows the simulation result of the energy storage apparatus 100 of 2nd Embodiment. FIG. 6(c) shows the simulation result of the comparative example.

なお、ラウンドトリップ効率は、下記式（７）で算出される。
ラウンドトリップ効率 ＝ 発電電圧 ／ 電解電圧 …式（７） In addition, the round trip efficiency is calculated by the following formula (7).
Round trip efficiency = generated voltage / electrolysis voltage (7)

比較例は、蓄エネルギー装置１００の電解質部１１６に代えて、酸化物イオン伝導性を有する固体酸化物（ここでは、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア））を含む電解質部を備える装置である。図６（ｃ）に示すように、充電モードにおいて、比較例の電解電圧は、７００℃の際１．２８４Ｖであり、６００℃の際１．２８０Ｖであり、５５０℃の際１．２７８Ｖであり、５００℃の際１．２７６Ｖであった。また、比較例の放電モードにおける発電電圧は、燃料電池本体１１０の温度に拘わらず、０．８５Ｖである。 A comparative example is a device provided with an electrolyte section containing a solid oxide having oxide ion conductivity (here, YSZ (yttria-stabilized zirconia)) instead of the electrolyte section 116 of the energy storage device 100 . As shown in FIG. 6(c), in the charge mode, the electrolytic voltage of the comparative example is 1.284 V at 700° C., 1.280 V at 600° C., and 1.278 V at 550° C. , 1.276 V at 500°C. Moreover, the generated voltage in the discharge mode of the comparative example is 0.85 V regardless of the temperature of the fuel cell body 110 .

したがって、比較例のラウンドトリップ効率は、７００℃の際０．６６２であり、６００℃の際０．６６４であり、５５０℃の際０．６６５であり、５００℃の際０．６６６となった。つまり、比較例では、燃料電池本体１１０の温度に拘わらず、ラウンドトリップ効率が０．６６程度となることが確認された。 Therefore, the round-trip efficiency of the comparative example was 0.662 at 700°C, 0.664 at 600°C, 0.665 at 550°C, and 0.666 at 500°C. . That is, in the comparative example, it was confirmed that the round-trip efficiency was about 0.66 regardless of the temperature of the fuel cell body 110 .

また、図６（ａ）に示すように、充電モードにおいて、蓄エネルギー装置１００の電解電圧は、比較例と実質的に等しく、７００℃の際１．２８４Ｖであり、６００℃の際１．２８０Ｖであり、５５０℃の際１．２７８Ｖであり、５００℃の際１．２７６Ｖであった。一方、放電モードにおいて、蓄エネルギー装置１００の発電電圧は、０．９Ｖである。 Further, as shown in FIG. 6(a), in the charge mode, the electrolysis voltage of the energy storage device 100 is substantially equal to that of the comparative example, 1.284 V at 700° C. and 1.280 V at 600° C. was 1.278 V at 550°C and 1.276 V at 500°C. On the other hand, in the discharge mode, the generated voltage of energy storage device 100 is 0.9V.

したがって、蓄エネルギー装置１００のラウンドトリップ効率は、７００℃の際０．７０１であり、６００℃の際０．７０３であり、５５０℃の際０．７０４であり、５００℃の際０．７０５となった。つまり、蓄エネルギー装置１００では、燃料電池本体１１０の温度に拘わらず、ラウンドトリップ効率が０．７０程度となることが確認された。 Therefore, the round-trip efficiency of the energy storage device 100 is 0.701 at 700°C, 0.703 at 600°C, 0.704 at 550°C, and 0.705 at 500°C. became. That is, it was confirmed that the energy storage device 100 had a round-trip efficiency of about 0.70 regardless of the temperature of the fuel cell body 110 .

以上の結果から、第１の実施形態の蓄エネルギー装置１００は、比較例の蓄エネルギー装置と比較して、ラウンドトリップ効率を向上できることが確認された。 From the above results, it was confirmed that the energy storage device 100 of the first embodiment can improve the round trip efficiency compared to the energy storage device of the comparative example.

また、図６（ｂ）に示すように、充電モードにおいて、第２の実施形態の蓄エネルギー装置１００の電解電圧は、７００℃の際１．２９４Ｖであり、６００℃の際１．２１Ｖであり、５５０℃の際１．１６Ｖであり、５００℃の際１．１２Ｖであった。第２の実施形態の蓄エネルギー装置１００は、充電モードにおいて水蒸気Ｗの電気分解と並行してメタネーション反応を行うことができるため、第１の実施形態の蓄エネルギー装置１００と比較して、電解電圧を低減することが可能となることが確認された。 Further, as shown in FIG. 6B, in the charge mode, the electrolysis voltage of the energy storage device 100 of the second embodiment is 1.294 V at 700° C. and 1.21 V at 600° C. , 1.16 V at 550°C and 1.12 V at 500°C. Since the energy storage device 100 of the second embodiment can perform the methanation reaction in parallel with the electrolysis of the water vapor W in the charging mode, compared to the energy storage device 100 of the first embodiment, the electrolysis It was confirmed that the voltage can be reduced.

なお、第２の実施形態の蓄エネルギー装置１００の放電モードにおける発電電圧は、第１の実施形態の蓄エネルギー装置１００と同様に、燃料電池本体１１０の温度に拘わらず、０．９Ｖである。したがって、第２の実施形態の蓄エネルギー装置１００のラウンドトリップ効率は、７００℃の際０．６９６であり、６００℃の際０．７４４であり、５５０℃の際０．７７６であり、５００℃の際０．８０４となった。 The generated voltage in the discharge mode of the energy storage device 100 of the second embodiment is 0.9 V regardless of the temperature of the fuel cell main body 110, like the energy storage device 100 of the first embodiment. Therefore, the round-trip efficiency of the energy storage device 100 of the second embodiment is 0.696 at 700°C, 0.744 at 600°C, 0.776 at 550°C, was 0.804.

以上の結果から、第２の実施形態の蓄エネルギー装置１００は、第１の実施形態の蓄エネルギー装置１００と比較して、ラウンドトリップ効率が高いことが確認された。 From the above results, it was confirmed that the energy storage device 100 of the second embodiment has higher round-trip efficiency than the energy storage device 100 of the first embodiment.

［第１の変形例］
図７は、第１の変形例にかかる蓄エネルギー装置２００を説明する図である。図７に示すように、蓄エネルギー装置２００は、燃料電池本体１１０と、燃料タンク１２０と、燃料供給管１２２と、第１排気管１２４と、酸素タンク１５０と、酸素供給管１５２と、第２排気管１５４と、第１熱交換器１６０と、第２熱交換器１６２と、中央制御部１７０と、水タンク２１０と、加熱部２２０とを含む。図７中、破線の矢印は、信号の流れを示す。 [First modification]
FIG. 7 is a diagram illustrating an energy storage device 200 according to a first modified example. As shown in FIG. 7, the energy storage device 200 includes a fuel cell body 110, a fuel tank 120, a fuel supply pipe 122, a first exhaust pipe 124, an oxygen tank 150, an oxygen supply pipe 152, a second It includes an exhaust pipe 154 , a first heat exchanger 160 , a second heat exchanger 162 , a central control unit 170 , a water tank 210 and a heating unit 220 . In FIG. 7, dashed arrows indicate the flow of signals.

また、上記蓄エネルギー装置１００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。 In addition, the same reference numerals are given to components that are substantially the same as those of the energy storage device 100, and the description thereof is omitted.

水タンク２１０（水供給部）は、水を貯留（保持）する。水タンク２１０は、水供給管２１２を通じて、酸素タンク１５０に接続される。水供給管２１２（水供給部）には、開閉弁２１４が設けられる。 The water tank 210 (water supply unit) stores (holds) water. Water tank 210 is connected to oxygen tank 150 through water supply pipe 212 . An on-off valve 214 is provided in the water supply pipe 212 (water supply section).

加熱部２２０は、水タンク２１０を加熱する。加熱部２２０は、例えば、電気ヒータで構成される。 Heating unit 220 heats water tank 210 . The heating unit 220 is composed of, for example, an electric heater.

モード切換部１７２は、運転モードを充電モードとする場合、燃料電池本体１１０と電力供給源１０とを接続する。また、第１の変形例において、モード切換部１７２は、加熱部２２０を駆動し、開閉弁２１４を開弁する。 Mode switching unit 172 connects fuel cell body 110 and power supply source 10 when the operation mode is the charging mode. Also, in the first modification, the mode switching unit 172 drives the heating unit 220 to open the on-off valve 214 .

これにより、水タンク２１０において水蒸気が生成され、酸素タンク１５０、酸素供給管１５２を通じて、燃料電池本体１１０の空気極１１４に水蒸気が供給される。 As a result, water vapor is generated in the water tank 210 and supplied to the air electrode 114 of the fuel cell body 110 through the oxygen tank 150 and the oxygen supply pipe 152 .

以上説明したように、第１の変形例にかかる蓄エネルギー装置２００は、水タンク２１０を備える。水タンク２１０は、水を液体の状態で保持する。このため、第１の変形例にかかる蓄エネルギー装置２００は、酸素タンク１５０を小さくすることができる。 As explained above, the energy storage device 200 according to the first modification includes the water tank 210 . Water tank 210 holds water in a liquid state. Therefore, in the energy storage device 200 according to the first modified example, the oxygen tank 150 can be made smaller.

［第２の変形例］
図８は、第２の変形例にかかる蓄エネルギー装置３００を説明する図である。図８に示すように、蓄エネルギー装置３００は、燃料電池本体１１０と、燃料タンク１２０と、燃料供給管１２２と、第１排気管１２４と、第１接続管３１０Ａ、３１０Ｂと、第２接続管３３０Ａ、３３０Ｂと、開閉弁３１２Ａ、３１２Ｂ、３３２Ａ、３３２Ｂと、酸素タンク１５０と、酸素供給管１５２と、第２排気管１５４と、第１熱交換器１６０と、第２熱交換器１６２と、中央制御部１７０とを含む。 [Second modification]
FIG. 8 is a diagram illustrating an energy storage device 300 according to a second modified example. As shown in FIG. 8, the energy storage device 300 includes a fuel cell body 110, a fuel tank 120, a fuel supply pipe 122, a first exhaust pipe 124, first connecting pipes 310A and 310B, and a second connecting pipe. 330A, 330B, on-off valves 312A, 312B, 332A, 332B, oxygen tank 150, oxygen supply pipe 152, second exhaust pipe 154, first heat exchanger 160, second heat exchanger 162, and a central control unit 170 .

図８中、破線の矢印は、信号の流れを示す。なお、図を簡明化するために、図８中、モード切換部１７２から、開閉弁３１２Ａ、３１２Ｂ、３３２Ａ、３３２Ｂへの信号の流れを示す破線の図示を省略する。 In FIG. 8, dashed arrows indicate the flow of signals. In order to simplify the drawing, dashed lines indicating the flow of signals from the mode switching unit 172 to the on-off valves 312A, 312B, 332A, and 332B are omitted in FIG.

また、上記蓄エネルギー装置１００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。 In addition, the same reference numerals are given to components that are substantially the same as those of the energy storage device 100, and the description thereof is omitted.

図８に示すように、蓄エネルギー装置３００は、複数の燃料タンク１２０（図８中、１２０Ａ、１２０Ｂで示す）を備える。 As shown in FIG. 8, energy storage device 300 includes a plurality of fuel tanks 120 (indicated by 120A and 120B in FIG. 8).

第１接続管３１０Ａは、燃料供給管１２２と、燃料タンク１２０Ａとを接続（連通）する。開閉弁３１２Ａは、第１接続管３１０Ａに設けられる。開閉弁３１２Ａは、第１接続管３１０Ａに形成される流路を開放したり、遮断したりする。第１接続管３１０Ｂは、燃料供給管１２２と、燃料タンク１２０Ｂとを接続（連通）する。開閉弁３１２Ｂは、第１接続管３１０Ｂに設けられる。開閉弁３１２Ｂは、第１接続管３１０Ｂに形成される流路を開放したり、遮断したりする。 The first connection pipe 310A connects (communicates) the fuel supply pipe 122 and the fuel tank 120A. The on-off valve 312A is provided on the first connection pipe 310A. The on-off valve 312A opens or closes the flow path formed in the first connection pipe 310A. The first connection pipe 310B connects (communicates) the fuel supply pipe 122 and the fuel tank 120B. The on-off valve 312B is provided on the first connection pipe 310B. The on-off valve 312B opens or closes the flow path formed in the first connection pipe 310B.

第２接続管３３０Ａは、第１排気管１２４と、燃料タンク１２０Ａとを接続（連通）する。開閉弁３３２Ａは、第２接続管３３０Ａに設けられる。開閉弁３３２Ａは、第２接続管３３０Ａに形成される流路を開放したり、遮断したりする。第２接続管３３０Ｂは、第１排気管１２４と、燃料タンク１２０Ｂとを接続（連通）する。開閉弁３３２Ｂは、第２接続管３３０Ｂに設けられる。開閉弁３３２Ｂは、第２接続管３３０Ｂに形成される流路を開放したり、遮断したりする。 The second connection pipe 330A connects (communicates) the first exhaust pipe 124 and the fuel tank 120A. The on-off valve 332A is provided on the second connection pipe 330A. The on-off valve 332A opens and closes the flow path formed in the second connection pipe 330A. The second connection pipe 330B connects (communicates) the first exhaust pipe 124 and the fuel tank 120B. The on-off valve 332B is provided on the second connection pipe 330B. The on-off valve 332B opens or blocks the flow path formed in the second connection pipe 330B.

続いて、第２の変形例の充電モードおよび放電モードにおけるモード切換部１７２の制御について説明する。 Next, control of mode switching unit 172 in the charge mode and discharge mode of the second modification will be described.

［充電モード］
図９は、第２の変形例の充電モードにおけるガスの流れを説明する図である。図９中、実線の矢印はガスの流れを示す。また、図９中、開閉弁３１２Ａ、３１２Ｂ、３３２Ｂの閉弁状態を黒い塗りつぶしで示す。 [Charging mode]
FIG. 9 is a diagram illustrating gas flow in the charging mode of the second modification. In FIG. 9, solid arrows indicate gas flows. In addition, in FIG. 9, closed states of the on-off valves 312A, 312B, and 332B are indicated by black filling.

第２の変形例において、運転モードを充電モードに設定する場合、モード切換部１７２は、開閉弁３３２Ａを開弁する。また、モード切換部１７２は、燃料電池本体１１０と電力供給源１０とを通電させる。 In the second modification, when setting the operation mode to the charge mode, the mode switching unit 172 opens the on-off valve 332A. Also, the mode switching unit 172 energizes the fuel cell body 110 and the power supply source 10 .

そうすると、酸素タンク１５０から空気極１１４に水蒸気Ｗが供給され、受電した電力によって、空気極１１４において、水の電気分解が行われる。これにより、燃料極１１２において生成された水素は、燃料タンク１２０Ａに導かれる。 Then, water vapor W is supplied from the oxygen tank 150 to the air electrode 114 , and electrolysis of water is performed in the air electrode 114 by the received electric power. Hydrogen generated at the fuel electrode 112 is thereby guided to the fuel tank 120A.

そして、燃料タンク１２０Ａが満タンになったら、開閉弁３３２Ａを閉弁して、開閉弁３３２Ｂを開弁する。そうすると、燃料極１１２において生成された水素は、燃料タンク１２０Ｂに導かれる。 When the fuel tank 120A becomes full, the on-off valve 332A is closed and the on-off valve 332B is opened. Then, the hydrogen produced at the fuel electrode 112 is led to the fuel tank 120B.

［放電モード］
図１０は、第２の変形例の放電モードにおけるガスの流れを説明する図である。図１０中、実線の矢印はガスの流れを示す。また、図１０中、開閉弁３１２Ｂ、３３２Ｂの閉弁状態を黒い塗りつぶしで示す。 [Discharge mode]
FIG. 10 is a diagram for explaining gas flow in the discharge mode of the second modification. In FIG. 10, solid arrows indicate gas flows. In addition, in FIG. 10, closed states of the on-off valves 312B and 332B are indicated by black filling.

第２の変形例において、運転モードを放電モードに設定する場合、モード切換部１７２は、開閉弁３１２Ａ、３３２Ａを開弁する。また、モード切換部１７２は、燃料電池本体１１０と負荷１２とを接続する。 In the second modification, when setting the operation mode to the discharge mode, the mode switching unit 172 opens the on-off valves 312A and 332A. Mode switching unit 172 also connects fuel cell body 110 and load 12 .

そうすると、燃料タンク１２０Ａから燃料極１１２に水素が供給され、発電がなされる。これにより、空気極１１４において生成された水蒸気Ｗ（水）は、酸素タンク１５０に導かれる。 Then, hydrogen is supplied from the fuel tank 120A to the fuel electrode 112 to generate power. Thereby, the water vapor W (water) generated at the air electrode 114 is led to the oxygen tank 150 .

そして、燃料タンク１２０Ａが空になったら、開閉弁３１２Ａ、３３２Ａを閉弁して、開閉弁３１２Ｂ、３３２Ｂを開弁する。そうすると、燃料タンク１２０Ｂから燃料極１１２に水素が供給される。 When the fuel tank 120A becomes empty, the on-off valves 312A and 332A are closed and the on-off valves 312B and 332B are opened. Then, hydrogen is supplied to the fuel electrode 112 from the fuel tank 120B.

以上説明したように、第２の変形例の蓄エネルギー装置３００は、複数の燃料タンク１２０Ａ、１２０Ｂ、第１接続管３１０Ａ、３１０Ｂ、開閉弁３１２Ａ、３１２Ｂ、３３２Ａ、３３２Ｂ、第２接続管３３０Ａ、３３０Ｂを備える。これにより、蓄エネルギー装置３００は、燃料タンク１２０Ａ、１２０Ｂを蓄エネルギー装置３００から切り離すことができる。したがって、充電モードで運転される時間が長い場合、つまり、余剰する電力量が多い場合、燃料タンク１２０Ａ、１２０Ｂを外部の水素利用設備に移動（搬送）させることができる。 As described above, the energy storage device 300 of the second modification includes a plurality of fuel tanks 120A, 120B, first connection pipes 310A, 310B, on-off valves 312A, 312B, 332A, 332B, second connection pipes 330A, 330B. Thereby, energy storage device 300 can separate fuel tanks 120A and 120B from energy storage device 300 . Therefore, when the charging mode is operated for a long time, that is, when there is a large amount of surplus electric power, the fuel tanks 120A and 120B can be moved (transported) to the external hydrogen utilization facility.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such embodiments. It is obvious that a person skilled in the art can conceive of various modifications or modifications within the scope described in the claims, and these also belong to the technical scope of the present invention. Understood.

例えば、上記実施形態において、酸素タンク１５０が酸素を貯留する場合を例に挙げた。これにより、酸素タンク１５０を小さくすることができる。しかし、酸素タンク１５０は、少なくとも酸素を含む酸素含有ガスを貯留すればよい。酸素含有ガスは、例えば、空気である。 For example, in the above embodiment, the oxygen tank 150 stores oxygen. Thereby, the oxygen tank 150 can be made smaller. However, the oxygen tank 150 may store an oxygen-containing gas containing at least oxygen. An oxygen-containing gas is, for example, air.

また、上記実施形態において、蓄エネルギー装置１００が燃料タンク１２０および酸素タンク１５０を備える場合を例に挙げた。しかし、蓄エネルギー装置は、燃料タンク１２０および酸素タンク１５０のいずれか一方を備えていればよい。なお、燃料タンク１２０を備えない場合、蓄エネルギー装置は、燃料供給管と、ブロワと、開閉弁とを含む燃料供給部を備えるとよい。燃料供給管は、水素の供給源と、燃料極１１２の供給口（または、供給マニホールド）とを接続する。ブロワは、燃料供給管に設けられる。ブロワは、吸入側が水素の供給源に接続され、吐出側が燃料極１１２に接続される。開閉弁は、燃料供給管におけるブロワと燃料極１１２との間に設けられる。開閉弁は、燃料供給管に形成される流路を開放したり、遮断したりする。 Moreover, in the above-described embodiment, the case where the energy storage device 100 includes the fuel tank 120 and the oxygen tank 150 is taken as an example. However, the energy storage device may include either one of fuel tank 120 and oxygen tank 150 . Note that when the fuel tank 120 is not provided, the energy storage device preferably includes a fuel supply section including a fuel supply pipe, a blower, and an on-off valve. The fuel supply pipe connects the hydrogen supply source and the supply port (or supply manifold) of the fuel electrode 112 . A blower is provided in the fuel supply pipe. The blower has a suction side connected to a hydrogen supply source and a discharge side connected to the fuel electrode 112 . An on-off valve is provided between the blower and the fuel electrode 112 in the fuel supply pipe. The on-off valve opens or closes the flow path formed in the fuel supply pipe.

また、酸素タンク１５０を備えない場合、蓄エネルギー装置は、酸素供給部と、水供給部とを備えるとよい。酸素供給部は、酸素供給管と、ブロワと、開閉弁とを含む。酸素供給管は、酸素の供給源と、空気極１１４の供給口（または、供給マニホールド）とを接続する。ブロワは、酸素供給管に設けられる。ブロワは、吸入側が酸素の供給源に接続され、吐出側が空気極１１４に接続される。開閉弁は、酸素供給管におけるブロワと空気極１１４との間に設けられる。開閉弁は、酸素供給管に形成される流路を開放したり、遮断したりする。 Moreover, when the oxygen tank 150 is not provided, the energy storage device preferably includes an oxygen supply section and a water supply section. The oxygen supply unit includes an oxygen supply pipe, a blower, and an on-off valve. The oxygen supply pipe connects the oxygen supply source and the supply port (or supply manifold) of the air electrode 114 . A blower is provided on the oxygen supply pipe. The blower is connected to an oxygen supply source on the suction side and to the air electrode 114 on the discharge side. An on-off valve is provided between the blower and the air electrode 114 in the oxygen supply pipe. The on-off valve opens or closes the flow path formed in the oxygen supply pipe.

また、水供給部は、水蒸気供給管と、ブロワと、開閉弁とを含む。水蒸気供給管は、水蒸気Ｗの供給源と、空気極１１４の供給口とを接続する。ブロワは、水蒸気供給管に設けられる。ブロワは、吸入側が水蒸気Ｗの供給源に接続され、吐出側が空気極１１４に接続される。開閉弁は、水蒸気供給管におけるブロワと空気極１１４との間に設けられる。開閉弁は、水蒸気供給管に形成される流路を開放したり、遮断したりする。 Also, the water supply unit includes a steam supply pipe, a blower, and an on-off valve. The water vapor supply pipe connects the supply source of water vapor W and the supply port of the air electrode 114 . A blower is provided on the steam supply pipe. The blower is connected to the supply source of water vapor W on the suction side, and is connected to the air electrode 114 on the discharge side. An on-off valve is provided between the blower and the air electrode 114 in the steam supply pipe. The on-off valve opens or closes the flow path formed in the steam supply pipe.

また、蓄エネルギー装置１００において、燃料電池本体１１０、燃料タンク１２０、および、酸素タンク１５０の数に限定はない。 Moreover, in the energy storage device 100, the numbers of the fuel cell body 110, the fuel tank 120, and the oxygen tank 150 are not limited.

また、上記実施形態において、蓄エネルギー装置１００が第１熱交換器１６０および第２熱交換器１６２を備える場合を例に挙げた。しかし、第１熱交換器１６０および第２熱交換器１６２は、必須の構成ではない。 Moreover, in the above embodiment, the case where the energy storage device 100 includes the first heat exchanger 160 and the second heat exchanger 162 is taken as an example. However, the first heat exchanger 160 and the second heat exchanger 162 are not essential components.

また、上記実施形態において、燃料タンク１２０が水素吸着剤を収容する場合を例に挙げた。しかし、燃料タンク１２０は、水素吸着剤を収容せずともよい。 Further, in the above-described embodiment, the case where the fuel tank 120 contains the hydrogen adsorbent was taken as an example. However, the fuel tank 120 may not contain the hydrogen adsorbent.

また、上記第２の実施形態において、燃料タンク１２０が保持する二酸化炭素は、ボンベに貯留された二酸化炭素、バイオガス、発電所等から排気された排気ガスに含まれる二酸化炭素、および、空気中に含まれる二酸化炭素のいずれか１または複数であってもよい。ボンベは、液化二酸化炭素を貯留する。バイオガスは、生物の排泄物、有機質肥料、生分解性物質、汚泥、汚水、ゴミ、エネルギー作物等の発酵、または、嫌気性消化により発生するガスである。バイオガスは、二酸化炭素およびメタンを含む（例えば、含有率は、二酸化炭素：メタン＝２５％以上５０％以下：５０％以上７５％以下）。排気ガスに含まれる二酸化炭素は、例えば、ＰＳＡ（圧力スイング吸着）法等によって排気ガスから分離される。 In the second embodiment, the carbon dioxide held by the fuel tank 120 includes carbon dioxide stored in the cylinder, biogas, carbon dioxide contained in the exhaust gas discharged from the power plant, etc., and carbon dioxide in the air. Any one or more of carbon dioxide contained in may be. The cylinder stores liquefied carbon dioxide. Biogas is a gas generated by fermentation or anaerobic digestion of biological excreta, organic fertilizers, biodegradable substances, sludge, sewage, garbage, energy crops, and the like. Biogas contains carbon dioxide and methane (for example, the content is carbon dioxide: methane = 25% or more and 50% or less: 50% or more and 75% or less). Carbon dioxide contained in the exhaust gas is separated from the exhaust gas by, for example, a PSA (pressure swing adsorption) method or the like.

空気中に含まれる二酸化炭素は、ＤＡＣ（direct air capture）装置等によって分離される。ＤＡＣ装置によって二酸化炭素を分離して燃料タンク１２０に収容させる場合、ＤＡＣ装置は、充電モード以外のモード（例えば、放電モード）において空気中の二酸化炭素を吸収しておき、充電モードで二酸化炭素を放出する。 Carbon dioxide contained in the air is separated by a DAC (direct air capture) device or the like. When the DAC device separates carbon dioxide and stores it in the fuel tank 120, the DAC device absorbs carbon dioxide in the air in a mode other than the charge mode (for example, the discharge mode) and releases the carbon dioxide in the charge mode. discharge.

蓄エネルギー装置１００、２００、３００がＤＡＣ装置を備える場合、ＤＡＣ装置による二酸化炭素の吸収は、下記式（８）または式（９）によって示され、ＤＡＣ装置からの二酸化炭素の放出は、下記式（１０）によって示される。
Ｋ２Ｏ ＋ ＣＯ２ → Ｋ２ＣＯ３ …式（８）
２ＫＯＨ ＋ ＣＯ２ → Ｋ２ＣＯ３ ＋ Ｈ２Ｏ …式（９）
Ｋ２ＣＯ３ → Ｋ２Ｏ ＋ ＣＯ２ …式（１０） When the energy storage devices 100, 200, 300 include a DAC device, the absorption of carbon dioxide by the DAC device is represented by the following formula (8) or (9), and the release of carbon dioxide from the DAC device is represented by the following formula (10).
K 2 O + CO 2 → K 2 CO 3 Formula (8)
2KOH+ CO2 → K2CO3 + H2O ... Formula ( 9)
K2CO3- > K2O + CO2 ... Formula (10)

なお、ＤＡＣ装置による二酸化炭素の吸収（上記式（８）、式（９））は、常温（例えば、２５℃）以下の所定の温度範囲内で為される。一方、ＤＡＣ装置からの二酸化炭素の放出（上記式（１０））は、２５０℃以上８００℃以下の所定の温度範囲内で為される。このため、ＤＡＣ装置から二酸化炭素を放出させる場合、燃料電池本体１１０が生じる熱を利用するとよい。 Note that the absorption of carbon dioxide by the DAC device (equations (8) and (9) above) is performed within a predetermined temperature range below room temperature (for example, 25° C.). On the other hand, the release of carbon dioxide from the DAC device (equation (10) above) is performed within a predetermined temperature range of 250° C. or higher and 800° C. or lower. Therefore, when releasing carbon dioxide from the DAC device, the heat generated by the fuel cell body 110 should be used.

本発明は、固体電解質を有する燃料電池本体を利用した蓄エネルギー装置に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for an energy storage device using a fuel cell main body having a solid electrolyte.

１００、２００、３００ 蓄エネルギー装置
１１０ 燃料電池本体
１１２ 燃料極
１１４ 空気極
１１６ 電解質部
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ 燃料タンク（燃料供給部）
１５０ 酸素タンク（酸素供給部、水供給部）
１６０ 第１熱交換器
１６２ 第２熱交換器
１７２ モード切換部 100, 200, 300 energy storage device 110 fuel cell body 112 fuel electrode 114 air electrode 116 electrolyte portion 120, 120A, 120B fuel tank (fuel supply portion)
150 oxygen tank (oxygen supply unit, water supply unit)
160 First heat exchanger 162 Second heat exchanger 172 Mode switching unit

Claims (7)

燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極との間に設けられ、プロトン伝導性を有する固体酸化物を含む電解質とを有する燃料電池本体と、
少なくとも水素を含む燃料ガスと、二酸化炭素とを保持する燃料タンクを有し、前記燃料極に前記燃料ガスを供給する燃料供給部と、
前記空気極に少なくとも酸素を含む酸素含有ガスを供給する酸素供給部と、
前記空気極に水を供給する水供給部と、
を備える蓄エネルギー装置。 a fuel cell body having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte provided between the fuel electrode and the air electrode and containing a solid oxide having proton conductivity;
a fuel supply unit having a fuel tank that holds a fuel gas containing at least hydrogen and carbon dioxide, and supplying the fuel gas to the fuel electrode;
an oxygen supply unit that supplies an oxygen-containing gas containing at least oxygen to the air electrode;
a water supply unit that supplies water to the air electrode;
energy storage device. 外部から受電して前記燃料電池本体によって水を電気分解する充電モードと、前記燃料電池本体を放電させる放電モードとを切り換えるモード切換部を備え、
前記燃料供給部は、前記放電モードにおいて前記燃料ガスを供給し、
前記酸素供給部は、前記放電モードにおいて前記酸素含有ガスを供給し、
前記水供給部は、前記充電モードにおいて前記水を供給する請求項１に記載の蓄エネルギー装置。 a mode switching unit for switching between a charge mode in which electricity is received from the outside and water is electrolyzed by the fuel cell main body and a discharge mode in which the fuel cell main body is discharged;
The fuel supply unit supplies the fuel gas in the discharge mode,
The oxygen supply unit supplies the oxygen-containing gas in the discharge mode,
The energy storage device according to claim 1, wherein the water supply unit supplies the water in the charging mode. 前記水供給部および前記酸素供給部は、前記酸素含有ガスを保持する酸素タンクを含む請求項１または２に記載の蓄エネルギー装置。 The energy storage device according to claim 1 or 2 , wherein the water supply section and the oxygen supply section each include an oxygen tank that holds the oxygen-containing gas. 燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極との間に設けられ、プロトン伝導性を有する固体酸化物を含む電解質とを有する燃料電池本体と、
前記燃料極に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給する燃料供給部と、
少なくとも酸素を含む酸素含有ガスと、水とを保持するタンクを有し、前記空気極に前記酸素含有ガスおよび前記水を供給する空気極供給部と、
を備える蓄エネルギー装置。 a fuel cell body having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte provided between the fuel electrode and the air electrode and containing a solid oxide having proton conductivity;
a fuel supply unit that supplies a fuel gas containing at least hydrogen to the fuel electrode;
an air electrode supply unit having a tank that holds an oxygen-containing gas containing at least oxygen and water, and supplying the oxygen- containing gas and the water to the air electrode;
energy storage device. 外部から受電して前記燃料電池本体によって水を電気分解する充電モードと、前記燃料電池本体を放電させる放電モードとを切り換えるモード切換部を備え、
前記燃料供給部は、前記放電モードにおいて前記燃料ガスを供給し、
前記空気極供給部は、前記放電モードにおいて前記酸素含有ガスを供給し、前記充電モードにおいて前記水を供給する請求項４に記載の蓄エネルギー装置。 a mode switching unit for switching between a charge mode in which electricity is received from the outside and water is electrolyzed by the fuel cell main body and a discharge mode in which the fuel cell main body is discharged;
The fuel supply unit supplies the fuel gas in the discharge mode,
5. The energy storage device according to claim 4 , wherein the cathode supply unit supplies the oxygen-containing gas in the discharge mode and supplies the water in the charge mode. 前記燃料極に供給されるガスと、前記燃料極から排気される燃料極排気ガスとを熱交換させる第１熱交換器を備える請求項１から５のいずれか１項に記載の蓄エネルギー装置。 The energy storage device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a first heat exchanger that exchanges heat between the gas supplied to the fuel electrode and the fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel electrode. 前記空気極に供給されるガスと、前記空気極から排気される空気極排気ガスとを熱交換させる第２熱交換器を備える請求項１から６のいずれか１項に記載の蓄エネルギー装置。 The energy storage device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a second heat exchanger that exchanges heat between the gas supplied to the air electrode and the air electrode exhaust gas discharged from the air electrode.
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