JP7374152B2 - Hydrogen production system and hydrogen production method - Google Patents

Hydrogen production system and hydrogen production method Download PDF

Info

Publication number
JP7374152B2
JP7374152B2 JP2021138814A JP2021138814A JP7374152B2 JP 7374152 B2 JP7374152 B2 JP 7374152B2 JP 2021138814 A JP2021138814 A JP 2021138814A JP 2021138814 A JP2021138814 A JP 2021138814A JP 7374152 B2 JP7374152 B2 JP 7374152B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydrogen production
steam
heat medium
hydrogen
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021138814A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2023032587A (en
Inventor
基裕 中桐
志典 碓井
耕司 浅野
健 松尾
伸英 原
理史 勝田
育昌 小城
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2021138814A priority Critical patent/JP7374152B2/en
Publication of JP2023032587A publication Critical patent/JP2023032587A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7374152B2 publication Critical patent/JP7374152B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

本開示は、水素製造システムおよび水素製造方法に関するものである。 The present disclosure relates to a hydrogen production system and a hydrogen production method.

低炭素社会を実現する技術として、例えば、高温ガス炉がある。高温ガス炉は、運転温度が軽水炉に比べて高温である。高温ガス炉は、燃料の被覆にセラミックス材料を使用し、冷却材がヘリウム、減速材が黒鉛である。高温ガス炉は、運転温度が高く、高い熱エネルギーが得られることから、発電以外のエネルギー利用が可能であり、水素製造装置への適用が進められている。従来の水素製造システムとして、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。 For example, high-temperature gas furnaces are a technology for realizing a low-carbon society. The operating temperature of a high-temperature gas reactor is higher than that of a light water reactor. High-temperature gas reactors use ceramic materials for the fuel coating, helium as the coolant, and graphite as the moderator. High-temperature gas furnaces have high operating temperatures and can obtain high thermal energy, so they can be used for energy purposes other than power generation, and are being applied to hydrogen production equipment. As a conventional hydrogen production system, for example, there is one described in Patent Document 1 below.

特許第４９２８７７２号公報Patent No. 4928772

上述した高温ガス炉は、高温の熱エネルギーを使用して水素を製造する。高温の熱エネルギーを用いた水素製造技術としては、メタン熱分解法、熱化学分解法（ＩＳ法）や高温水蒸気電解法（ＳＯＥＣ）などがある。ところが、従来の高温の熱エネルギーを用いた水素製造技術は、熱エネルギーにおける高温領域で利用される技術を利用したものでしかない。そのため、従来の水素製造技術は、利用できる熱エネルギーの温度範囲が限定されており、熱エネルギーの利用効率の向上が求められている。 The high temperature gas furnace described above uses high temperature thermal energy to produce hydrogen. Hydrogen production technologies using high-temperature thermal energy include methane pyrolysis, thermochemical decomposition (IS), and high-temperature steam electrolysis (SOEC). However, conventional hydrogen production technology using high-temperature thermal energy only utilizes technology used in the high-temperature range of thermal energy. Therefore, in conventional hydrogen production technology, the temperature range of heat energy that can be used is limited, and there is a need to improve the efficiency of using heat energy.

本開示は、上述した課題を解決するものであり、二酸化炭素の発生を抑制すると共に熱エネルギーの利用効率の向上を図る水素製造システムおよび水素製造方法を提供することを目的とする。 The present disclosure solves the above-mentioned problems, and aims to provide a hydrogen production system and a hydrogen production method that suppress the generation of carbon dioxide and improve the utilization efficiency of thermal energy.

上記の目的を達成するための本開示の水素製造システムは、７００℃以上の熱エネルギーにより加熱された熱媒体を使用して水素を製造する水素製造装置と、前記水素製造装置で使用された前記熱媒体を使用して発電を行うと共に発電された電力を前記水素製造装置に供給する発電装置と、を備える。 The hydrogen production system of the present disclosure for achieving the above object includes a hydrogen production device that produces hydrogen using a heat medium heated by thermal energy of 700° C. or higher, and a A power generation device that generates power using a heat medium and supplies the generated power to the hydrogen production device.

また、本開示の水素製造方法は、７００℃以上の熱エネルギーにより加熱された熱媒体を使用して水素を製造する工程と、水素の製造で使用された前記熱媒体を使用して発電を行う工程と、発電された電力を水素製造装置に供給する工程と、を有する。 Further, the hydrogen production method of the present disclosure includes a step of producing hydrogen using a heat medium heated by thermal energy of 700° C. or higher, and generating power using the heat medium used in hydrogen production. and a step of supplying the generated power to the hydrogen production device.

本開示の水素製造システムおよび水素製造方法によれば、二酸化炭素の発生を抑制することができると共に熱エネルギーの利用効率の向上を図ることができる。 According to the hydrogen production system and hydrogen production method of the present disclosure, it is possible to suppress the generation of carbon dioxide and to improve the efficiency of thermal energy use.

図１は、第１実施形態の水素製造システムを表す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a hydrogen production system according to a first embodiment. 図２は、水素製造システムの起動時の作動を表すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing the operation at startup of the hydrogen production system. 図３は、第２実施形態の水素製造システムを表す概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a hydrogen production system according to the second embodiment.

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。 Preferred embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the drawings. Note that the present disclosure is not limited to this embodiment, and if there are multiple embodiments, the present disclosure also includes a configuration in which each embodiment is combined. In addition, the components in the embodiments include those that can be easily imagined by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those that are in the so-called equivalent range.

［第１実施形態］
＜水素製造システム＞
図１は、第１実施形態の水素製造システムを表す概略構成図である。 [First embodiment]
<Hydrogen production system>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a hydrogen production system according to a first embodiment.

第１実施形態において、図１に示すように、水素製造システム１０は、水素製造装置としての高温固体電解質型水蒸気電解装置（ＳＯＥＣ）１１と、発電装置１２とを備える。 In the first embodiment, as shown in FIG. 1, a hydrogen production system 10 includes a high temperature solid electrolyte steam electrolyzer (SOEC) 11 as a hydrogen production device and a power generation device 12.

高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、７００℃以上の熱エネルギーにより加熱された熱媒体を使用して水素を製造する。発電装置１２は、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１で使用された熱媒体を使用して発電を行うと共に発電された電力を高温固体電解質型水蒸気電解装置１１に供給する。 The high-temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 produces hydrogen using a heat medium heated by thermal energy of 700° C. or higher. The power generation device 12 generates power using the heat medium used in the high temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 and supplies the generated power to the high temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 .

すなわち、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、７００℃以上の熱エネルギーにより加熱された高温熱媒体を使用して水素を製造する。発電装置１２は、高温熱媒体が高温固体電解質型水蒸気電解装置１１で使用されることで温度が低下した低温の低温熱媒体を使用して発電を行う。このとき、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、発電装置１２が発電した電力の供給を受けて水素を製造する。 That is, the high-temperature solid electrolyte type steam electrolyzer 11 produces hydrogen using a high-temperature heat medium heated by thermal energy of 700° C. or higher. The power generation device 12 generates electricity using a low-temperature heat medium whose temperature has been lowered by being used in the high-temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 . At this time, the high-temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 receives the power generated by the power generator 12 and produces hydrogen.

また、水素製造システム１０は、熱源２１を備える。熱源２１は、高温ガス炉であり、９００℃以上の熱エネルギーを発生可能である。なお、熱源２１は、高温ガス炉に限定されるものではなく、７００℃以上の熱エネルギーを発生可能なものであればよい。熱源としては、例えば、電気炉、ヘリオスタット式太陽熱集光装置、ボイラ、ガスタービン排熱などを適用してもよい。 Further, the hydrogen production system 10 includes a heat source 21. The heat source 21 is a high temperature gas furnace and is capable of generating thermal energy of 900° C. or higher. Note that the heat source 21 is not limited to a high-temperature gas furnace, and may be any source capable of generating thermal energy of 700° C. or higher. As the heat source, for example, an electric furnace, a heliostatic solar heat collector, a boiler, gas turbine exhaust heat, etc. may be applied.

熱源２１としての高温ガス炉は、燃料の被覆にセラミックス材料を使用し、冷却材をヘリウムとし、減速材を黒鉛とする原子炉である。高温ガス炉は、９００℃以上の熱媒体としてのヘリウムガスを生成可能である。熱源２１としての高温ガス炉は、第１循環経路Ｌ１１が連結される。第１循環経路Ｌ１１は、熱源２１の他に、中間熱交換器２２が連結される。 The high-temperature gas reactor serving as the heat source 21 is a nuclear reactor that uses a ceramic material for covering the fuel, uses helium as the coolant, and uses graphite as the moderator. A high-temperature gas furnace can generate helium gas as a heat medium at a temperature of 900° C. or higher. The high temperature gas furnace serving as the heat source 21 is connected to the first circulation path L11. In addition to the heat source 21, an intermediate heat exchanger 22 is connected to the first circulation path L11.

中間熱交換器２２は、第１循環経路Ｌ１１を流れる１次ヘリウム（１次熱媒体）と第２循環経路Ｌ１２を流れる２次ヘリウム（２次熱媒体）との間で熱交換を行う。すなわち、中間熱交換器２２は、第１循環経路Ｌ１１を流れる、例えば、９５０℃の１次ヘリウムにより第２循環経路Ｌ１２を流れる２次ヘリウムを、例えば、９００℃に加熱する。 The intermediate heat exchanger 22 performs heat exchange between primary helium (primary heat medium) flowing through the first circulation path L11 and secondary helium (secondary heat medium) flowing through the second circulation path L12. That is, the intermediate heat exchanger 22 heats the secondary helium flowing through the second circulation path L12 to, for example, 900° C. using the primary helium flowing through the first circulation path L11 at, for example, 950°C.

第１循環経路Ｌ１１は、熱源２１および中間熱交換器２２の他に、再生熱交換器２３、冷却器２４、循環機２５が連結される。冷却器２４は、中間熱交換器２２で熱交換した１次ヘリウムを冷却する。循環機２５は、第１循環経路Ｌ１１を流れて冷却器２４により冷却された１次ヘリウムを圧縮する。再生熱交換器２３は、中間熱交換器２２で熱交換した１次ヘリウムと、冷却器２４により冷却されて循環機２５により圧縮された１次ヘリウムとの間で熱交換する。 In addition to the heat source 21 and the intermediate heat exchanger 22, the first circulation path L11 is connected with a regenerative heat exchanger 23, a cooler 24, and a circulation machine 25. The cooler 24 cools the primary helium that has been heat exchanged with the intermediate heat exchanger 22. The circulator 25 compresses the primary helium that flows through the first circulation path L11 and is cooled by the cooler 24. The regenerative heat exchanger 23 exchanges heat between the primary helium that has been heat exchanged in the intermediate heat exchanger 22 and the primary helium that has been cooled by the cooler 24 and compressed by the circulator 25 .

高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、固体酸化物型電解セルを用い、約７００℃～８００℃の高温で水電解により水素製造するものである。高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、緻密電解質層１１ａと、多孔質水素電極層１１ｂと、多孔質酸素電極層１１ｃとを有する。 The high-temperature solid electrolyte type steam electrolyzer 11 uses a solid oxide type electrolytic cell to produce hydrogen by water electrolysis at a high temperature of about 700°C to 800°C. The high temperature solid electrolyte type steam electrolyzer 11 has a dense electrolyte layer 11a, a porous hydrogen electrode layer 11b, and a porous oxygen electrode layer 11c.

緻密電解質層１１ａは、固体電解質からなる緻密電解質層である。緻密電解質層１１ａは、一方に多孔質水素電極層１１ｂが配置され、他方に多孔質酸素電極層１１ｃが配置される。ここで、多孔質水素電極層１１ｂは、水素発生側の陰極電極であり、多孔質酸素電極層１１ｃは、酸素発生側の陽極電極である。高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、例えば、ケース１１ｄの内部に緻密電解質層１１ａと多孔質水素電極層１１ｂと多孔質酸素電極層１１ｃが配置されて構成される。 The dense electrolyte layer 11a is a dense electrolyte layer made of a solid electrolyte. In the dense electrolyte layer 11a, a porous hydrogen electrode layer 11b is arranged on one side, and a porous oxygen electrode layer 11c is arranged on the other side. Here, the porous hydrogen electrode layer 11b is a cathode electrode on the hydrogen generation side, and the porous oxygen electrode layer 11c is an anode electrode on the oxygen generation side. The high-temperature solid electrolyte type steam electrolyzer 11 is configured, for example, by disposing a dense electrolyte layer 11a, a porous hydrogen electrode layer 11b, and a porous oxygen electrode layer 11c inside a case 11d.

第２循環経路Ｌ１２は、中間熱交換器２２の他に、加熱装置３１、ガス加熱器（熱交換器）３２、発電装置１２、第１蒸気発生器３３、冷却器３４、循環機３５が連結される。 In addition to the intermediate heat exchanger 22, the second circulation path L12 is connected to a heating device 31, a gas heater (heat exchanger) 32, a power generation device 12, a first steam generator 33, a cooler 34, and a circulation machine 35. be done.

中間熱交換器２２により加熱された直後の２次ヘリウム（高温熱媒体）は、第２循環経路Ｌ１２により加熱装置３１に供給される。加熱装置３１は、２次ヘリウムにより高温固体電解質型水蒸気電解装置１１を加熱する。このとき、加熱装置３１は、例えば、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１のケース１１ｄの内部に２次ヘリウムを導入し、多孔質水素電極層１１ｂおよび多孔質酸素電極層１１ｃを加熱する。 Secondary helium (high temperature heat medium) immediately after being heated by the intermediate heat exchanger 22 is supplied to the heating device 31 through the second circulation path L12. The heating device 31 heats the high temperature solid electrolyte type steam electrolyzer 11 using secondary helium. At this time, the heating device 31, for example, introduces secondary helium into the case 11d of the high temperature solid electrolyte steam electrolysis device 11, and heats the porous hydrogen electrode layer 11b and the porous oxygen electrode layer 11c.

加熱装置３１により高温固体電解質型水蒸気電解装置１１を加熱した２次ヘリウム（低温熱媒体）は、第２循環経路Ｌ１２によりガス加熱器３２、発電装置１２、第１蒸気発生器３３、冷却器３４、循環機３５を介して中間熱交換器２２に戻される。 The secondary helium (low-temperature heat medium) heated by the heating device 31 in the high-temperature solid electrolyte steam electrolysis device 11 is sent to the gas heater 32, the power generation device 12, the first steam generator 33, and the cooler 34 via the second circulation path L12. , and is returned to the intermediate heat exchanger 22 via the circulator 35.

第１蒸気発生器３３は、２次ヘリウムの熱エネルギーにより水を加熱して水蒸気を生成する。給水タンク３６は、加圧水を貯留する。給水タンク３６は、給水経路Ｌ２１が連結され、加圧水が供給される。第１蒸気発生器３３は、給水タンク３６から水供給経路Ｌ２２が連結され、加圧水が供給される。第１蒸気発生器３３は、第２循環経路Ｌ１２を流れる２次ヘリウムの熱エネルギーにより、給水タンク３６から水供給経路Ｌ２２を介して供給された加圧水を加熱して水蒸気を生成する。 The first steam generator 33 heats water using the thermal energy of secondary helium to generate water vapor. The water supply tank 36 stores pressurized water. The water supply tank 36 is connected to the water supply path L21 and is supplied with pressurized water. The first steam generator 33 is connected to the water supply path L22 from the water supply tank 36, and is supplied with pressurized water. The first steam generator 33 heats the pressurized water supplied from the water supply tank 36 via the water supply route L22 using the thermal energy of the secondary helium flowing through the second circulation route L12 to generate water vapor.

ガス加熱器３２は、第１蒸気発生器３３から第１水蒸気供給経路Ｌ２３が連結され、水蒸気が供給される。ガス加熱器３２は、第２循環経路Ｌ１２を流れる２次ヘリウムの熱エネルギーと、第１蒸気発生器３３から第１水蒸気供給経路Ｌ２３を介して供給された水蒸気との間で熱交換し、水蒸気を過熱して過熱水蒸気を生成する。ガス加熱器３２は、第２水蒸気供給経路Ｌ２４を介して高温固体電解質型水蒸気電解装置１１に連結され、過熱水蒸気を高温固体電解質型水蒸気電解装置１１に供給する。 The gas heater 32 is connected to the first steam supply path L23 from the first steam generator 33, and is supplied with steam. The gas heater 32 exchanges heat between the thermal energy of the secondary helium flowing through the second circulation path L12 and the steam supplied from the first steam generator 33 via the first steam supply path L23, and generates steam. to produce superheated steam. The gas heater 32 is connected to the high temperature solid electrolyte type steam electrolyzer 11 via the second steam supply path L24, and supplies superheated steam to the high temperature solid electrolyte type steam electrolyzer 11.

高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、水素ガス排出経路Ｌ３１と酸素ガス排出経路Ｌ３２が連結される。また、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、発電装置１２から電力供給経路Ｌ４１が接続され、電力（電気エネルギー）が供給可能である。 In the high temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11, a hydrogen gas exhaust path L31 and an oxygen gas exhaust path L32 are connected. Further, the high-temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 is connected to a power supply path L41 from the power generator 12, and can be supplied with power (electrical energy).

また、第１水蒸気供給経路Ｌ２３および水素ガス排出経路Ｌ３１に水蒸気加熱器３７が設けられる。水蒸気加熱器３７は、水素ガス排出経路Ｌ３１を流れる水素と、第１水蒸気供給経路Ｌ２３を流れる水蒸気との間で熱交換し、水蒸気を加熱する。また、水素ガス排出経路Ｌ３１は、水蒸気加熱器３７より下流側に凝縮器３８が設けられる。凝縮器３８は、水素を冷却することで、水素に含まれる水蒸気を凝縮させて水とする。凝縮器３８は、ドレン経路Ｌ３３を介して給水タンク３６に連結され、凝縮水が給水タンク３６に排出される。 Further, a steam heater 37 is provided in the first steam supply route L23 and the hydrogen gas discharge route L31. The steam heater 37 heats the steam by exchanging heat between the hydrogen flowing through the hydrogen gas discharge path L31 and the steam flowing through the first steam supply path L23. Further, in the hydrogen gas discharge path L31, a condenser 38 is provided downstream of the steam heater 37. The condenser 38 cools the hydrogen and condenses water vapor contained in the hydrogen into water. The condenser 38 is connected to the water supply tank 36 via a drain path L33, and condensed water is discharged to the water supply tank 36.

高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、２次ヘリウムの熱エネルギーにより加熱された水蒸気を用いると共に、電力供給経路Ｌ４１から供給された電気エネルギーを使用して水素を製造する。加熱装置３１は、２次ヘリウムの熱エネルギーを使用して高温固体電解質型水蒸気電解装置１１を加熱する。この場合、加熱装置３１は、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１が水素を製造するときに吸熱反応により損失する熱エネルギーを補う。 The high-temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 uses steam heated by the thermal energy of secondary helium and also uses electrical energy supplied from the power supply path L41 to produce hydrogen. The heating device 31 heats the high temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 using the thermal energy of secondary helium. In this case, the heating device 31 compensates for the thermal energy lost due to an endothermic reaction when the high temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 produces hydrogen.

高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、第２水蒸気供給経路Ｌ２４から高温の過熱水蒸気が多孔質水素電極層１１ｂに供給される。高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、電力供給経路Ｌ４１から電力が供給され、多孔質水素電極層１１ｂおよび多孔質酸素電極層１１ｃに電圧が印加される。電圧を印加することで、水蒸気は、多孔質水素電極層１１ｂで電気分解され、水素が発生する。発生した水素は、水素ガス排出経路Ｌ３１に排出される。一方、多孔質水素電極層１１ｂで電気分解されて発生した酸素イオンは、緻密電解質層１１ａを透過し、多孔質酸素電極層１１ｃで酸素として発生し、酸素ガス排出経路Ｌ３２に排出される。 In the high-temperature solid electrolyte type steam electrolyzer 11, high-temperature superheated steam is supplied to the porous hydrogen electrode layer 11b from the second steam supply path L24. The high-temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 is supplied with power from the power supply path L41, and a voltage is applied to the porous hydrogen electrode layer 11b and the porous oxygen electrode layer 11c. By applying a voltage, water vapor is electrolyzed in the porous hydrogen electrode layer 11b, and hydrogen is generated. The generated hydrogen is discharged to the hydrogen gas discharge path L31. On the other hand, oxygen ions generated by electrolysis in the porous hydrogen electrode layer 11b pass through the dense electrolyte layer 11a, are generated as oxygen in the porous oxygen electrode layer 11c, and are discharged to the oxygen gas discharge path L32.

高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、下記式に応じた電気分解反応に基づいて水素と酸素が生成される。
Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋１／２Ｏ２ In the high-temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11, hydrogen and oxygen are generated based on an electrolysis reaction according to the following formula.
H2O → H2 +1/ 2O2

高温固体電解質型水蒸気電解装置１１の多孔質酸素電極層１１ｃに気体を供給する第１気体供給経路Ｌ５１が設けられる。第１気体供給経路Ｌ５１は、気体供給装置４１、気体予熱器４２が設けられる。気体供給装置４１は、圧縮機であり、気体（空気または水蒸気）を高温固体電解質型水蒸気電解装置１１の多孔質酸素電極層１１ｃに供給する。気体予熱器４２は、酸素ガス排出経路Ｌ３２を流れる酸素と、第１気体供給経路Ｌ５１を流れる気体との間で熱交換し、気体を加熱する。 A first gas supply path L51 is provided to supply gas to the porous oxygen electrode layer 11c of the high temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11. The first gas supply path L51 is provided with a gas supply device 41 and a gas preheater 42. The gas supply device 41 is a compressor, and supplies gas (air or steam) to the porous oxygen electrode layer 11c of the high temperature solid electrolyte steam electrolysis device 11. The gas preheater 42 heats the gas by exchanging heat between the oxygen flowing through the oxygen gas discharge path L32 and the gas flowing through the first gas supply path L51.

第１気体供給経路Ｌ５１は、ガス加熱器３２に連結される。ガス加熱器３２は、第１気体供給経路Ｌ５１から気体が供給される。ガス加熱器３２は、第２循環経路Ｌ１２を流れる２次ヘリウムの熱エネルギーと、第１気体供給経路Ｌ５１から供給された気体との間で熱交換し、気体を加熱する。ガス加熱器３２は、第２気体供給経路Ｌ５２を介して高温固体電解質型水蒸気電解装置１１に連結され、高温の気体を高温固体電解質型水蒸気電解装置１１の多孔質酸素電極層１１ｃに供給する。 The first gas supply path L51 is connected to the gas heater 32. The gas heater 32 is supplied with gas from the first gas supply path L51. The gas heater 32 heats the gas by exchanging heat between the thermal energy of the secondary helium flowing through the second circulation path L12 and the gas supplied from the first gas supply path L51. The gas heater 32 is connected to the high temperature solid electrolyte type steam electrolyzer 11 via the second gas supply path L52, and supplies high temperature gas to the porous oxygen electrode layer 11c of the high temperature solid electrolyte type steam electrolyzer 11.

高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、水蒸気を電気分解することで、水素を製造し、水素と共に酸素が発生する。気体供給装置４１は、気体を第１気体供給経路Ｌ５１に供給し、気体予熱器４２は、気体を予熱し、ガス加熱器３２は、気体を加熱する。加熱された気体は、ガス加熱器３２から多孔質酸素電極層１１ｃに供給される。多孔質酸素電極層１１ｃで発生した酸素は、高温の気体により酸素ガス排出経路Ｌ３６に排出される。 The high-temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 produces hydrogen by electrolyzing steam, and generates oxygen together with hydrogen. The gas supply device 41 supplies gas to the first gas supply path L51, the gas preheater 42 preheats the gas, and the gas heater 32 heats the gas. The heated gas is supplied from the gas heater 32 to the porous oxygen electrode layer 11c. Oxygen generated in the porous oxygen electrode layer 11c is discharged to the oxygen gas discharge path L36 using high-temperature gas.

発電装置１２は、加熱装置３１およびガス加熱器３２により温度が低下した２次ヘリウム（低温熱媒体）を使用して発電する。発電装置１２は、第２蒸気発生器５１と、タービン５２と、発電機５３と、復水器５４と、圧縮機５５とを備える。 The power generation device 12 generates power using secondary helium (low-temperature heat medium) whose temperature has been lowered by the heating device 31 and the gas heater 32. The power generation device 12 includes a second steam generator 51, a turbine 52, a generator 53, a condenser 54, and a compressor 55.

第２蒸気発生器５１は、第２循環経路Ｌ１２を２次ヘリウムの熱エネルギーにより水を加熱して水蒸気を生成する。タービン５２と発電機５３は、回転軸５６により駆動連結される。タービン５２は、第２蒸気発生器５１からの水蒸気循環経路Ｌ６１が連結されると共に、水蒸気循環経路Ｌ６２を介して復水器５４が連結される。復水器５４は、水蒸気循環経路Ｌ６３を介して圧縮機５５が連結され、圧縮機５５は、水蒸気循環経路Ｌ６４を介して第２蒸気発生器５１が連結される。 The second steam generator 51 generates water vapor by heating water in the second circulation path L12 using thermal energy of secondary helium. The turbine 52 and the generator 53 are drivingly connected by a rotating shaft 56 . The turbine 52 is connected to a steam circulation path L61 from the second steam generator 51, and is connected to a condenser 54 via a steam circulation path L62. The condenser 54 is connected to a compressor 55 via a steam circulation path L63, and the compressor 55 is connected to a second steam generator 51 via a steam circulation path L64.

タービン５２は、第２蒸気発生器５１が生成した水蒸気により駆動する。タービン５２の駆動回転力は、回転軸５６を介して発電機５３に伝達され、発電機５３が駆動して発電を行う。タービン５２を駆動した水蒸気は、復水器で冷却されて復水となり、圧縮機５５で圧縮されて第２蒸気発生器５１に戻される。 The turbine 52 is driven by steam generated by the second steam generator 51. The driving rotational force of the turbine 52 is transmitted to the generator 53 via the rotating shaft 56, and the generator 53 is driven to generate electricity. The steam that drove the turbine 52 is cooled in a condenser to become condensed water, compressed in a compressor 55, and returned to the second steam generator 51.

第２循環経路Ｌ１２における第２蒸気発生器５１の下流側に第１蒸気発生器３３が設けられ、第１蒸気発生器３３の下流側に冷却器３４と循環機３５が設けられる。冷却器３４は、第１蒸気発生器３３で水蒸気を生成することで温度低下した２次ヘリウムを冷却する。なお、第１蒸気発生器３３にて、２次ヘリウムの温度が低下して入れば、冷却器３４を省略してもよい。循環機３５は、タービン３５ａと電動機３５ｂとを有する。循環機３５は、電動機３５ｂによりタービン３５ａを駆動することで、２次ヘリウムを圧縮する。なお、循環機３５は、第２循環経路Ｌ１２に２次ヘリウムを循環させるものであり、ポンプなどの循環機であってもよい。 A first steam generator 33 is provided downstream of the second steam generator 51 in the second circulation path L12, and a cooler 34 and a circulator 35 are provided downstream of the first steam generator 33. The cooler 34 cools the secondary helium whose temperature has been lowered by generating water vapor in the first steam generator 33 . Note that if the temperature of the secondary helium is lowered and introduced into the first steam generator 33, the cooler 34 may be omitted. Circulating machine 35 has a turbine 35a and an electric motor 35b. The circulator 35 compresses secondary helium by driving a turbine 35a with an electric motor 35b. Note that the circulator 35 circulates secondary helium in the second circulation path L12, and may be a circulator such as a pump.

発電装置１２は、発電機５３が電力供給経路Ｌ４１により高温固体電解質型水蒸気電解装置１１に接続されると共に、電力供給経路Ｌ４２により循環機３５の電動機３５ｂに接続される。発電装置１２は、発電機５３が発電した電力を電力供給経路Ｌ４１から高温固体電解質型水蒸気電解装置１１に供給可能であると共に、電力供給経路Ｌ４２から電動機３５ｂに供給可能である。 In the power generation device 12, a generator 53 is connected to the high temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 through a power supply path L41, and is connected to the motor 35b of the circulator 35 through a power supply path L42. The power generation device 12 can supply the power generated by the generator 53 to the high temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 through the power supply path L41, and can also supply the power generated by the power generator 53 to the electric motor 35b through the power supply path L42.

＜水素製造方法＞
第１実施形態の水素製造方法は、７００℃以上の熱エネルギーにより加熱された２次ヘリウム（熱媒体）を使用して水素を製造する工程と、水素の製造で使用された２次ヘリウムを使用して発電を行う工程と、発電された電力を高温固体電解質型水蒸気電解装置（水素製造装置）１１に供給する工程とを有する。 <Hydrogen production method>
The hydrogen production method of the first embodiment includes a step of producing hydrogen using secondary helium (thermal medium) heated with thermal energy of 700°C or higher, and a process of producing hydrogen using secondary helium used in hydrogen production. and a step of supplying the generated power to a high temperature solid electrolyte steam electrolysis device (hydrogen production device) 11.

熱源２１としての高温ガス炉は、例えば、９５０℃の１次ヘリウムを生成する。高温の１次ヘリウムは、第１循環経路Ｌ１１を流れ、中間熱交換器２２にて、第２循環経路Ｌ１２を流れる２次ヘリウムと交換を行い、２次ヘリウムを、例えば、９００℃まで加熱する。 A high-temperature gas furnace as the heat source 21 generates primary helium at 950° C., for example. The high temperature primary helium flows through the first circulation path L11, and is exchanged with the secondary helium flowing through the second circulation path L12 at the intermediate heat exchanger 22, thereby heating the secondary helium to, for example, 900°C. .

循環機３５が駆動すると、中間熱交換器２２で熱交換された２次ヘリウムは、第２循環経路Ｌ１２を循環する。第２循環経路Ｌ１２を循環する高温の２次ヘリウムは、まず、例えば、８９０℃程度の高温熱媒体として加熱装置３１に供給され、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１を加熱する。次に、温度が低下した高温の２次ヘリウムは、例えば、８００℃程度の低温熱媒体として、ガス加熱器３２を介して発電装置１２に供給され、第２蒸気発生器５１で水蒸気を生成する。 When the circulator 35 is driven, the secondary helium heat exchanged in the intermediate heat exchanger 22 circulates through the second circulation path L12. The high-temperature secondary helium circulating in the second circulation path L12 is first supplied to the heating device 31 as a high-temperature heat medium of, for example, about 890° C., and heats the high-temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11. Next, the high-temperature secondary helium whose temperature has been lowered is supplied to the power generation device 12 via the gas heater 32 as a low-temperature heat medium of, for example, about 800° C., and the second steam generator 51 generates steam. .

発電装置１２は、第２蒸気発生器５１により生成された水蒸気によりタービン５２を駆動し、タービン５２により発電機５３を駆動して発電を行う。発電装置１２で発電された電力は、電力供給経路Ｌ４１により高温固体電解質型水蒸気電解装置１１に供給されると共に、電力供給経路Ｌ４２により電動機３５ｂに供給される。 The power generation device 12 drives a turbine 52 with the steam generated by the second steam generator 51, and the turbine 52 drives a generator 53 to generate electricity. The electric power generated by the power generation device 12 is supplied to the high temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 through a power supply path L41, and is also supplied to the electric motor 35b through a power supply path L42.

第２循環経路Ｌ１２を循環する２次ヘリウムは、発電装置１２から第１蒸気発生器３３に供給され、水蒸気を生成する。第１蒸気発生器３３で生成された水蒸気は、水蒸気加熱器３７で加熱された後、ガス加熱器３２で過熱されて過熱水蒸気となり、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１に供給される。 The secondary helium circulating through the second circulation path L12 is supplied from the power generation device 12 to the first steam generator 33 to generate water vapor. The steam generated by the first steam generator 33 is heated by a steam heater 37 and then superheated by a gas heater 32 to become superheated steam, which is then supplied to the high-temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11.

ところで、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、予め設定された所定の水素製造可能温度（例えば、７５０℃）に到達しないと、水素を製造することが困難である。そのため、発電装置１２は、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１が水素製造可能温度に到達すると、電力を供給する。図２は、水素製造システムの起動時の作動を表すフローチャートである。 By the way, it is difficult for the high-temperature solid electrolyte type steam electrolyzer 11 to produce hydrogen unless the temperature reaches a predetermined hydrogen-producing temperature (for example, 750° C.). Therefore, the power generation device 12 supplies electric power when the high temperature solid electrolyte type steam electrolyzer 11 reaches a temperature capable of producing hydrogen. FIG. 2 is a flowchart showing the operation at startup of the hydrogen production system.

図１および図２に示すように、ステップＳ１１にて、熱源としての高温ガス炉を起動する。ステップＳ１２にて、循環機３５を駆動し、２次ヘリウムを第２循環経路Ｌ１２で循環させる。このとき、発電装置１２は、発電を行っていないため、循環機３５は、外部から給電される。すると、中間熱交換器２２で熱交換された２次ヘリウムは、第２循環経路Ｌ１２を流れ、加熱装置３１、発電装置１２、第１蒸気発生器３３に供給される。 As shown in FIGS. 1 and 2, in step S11, a high temperature gas furnace as a heat source is started. In step S12, the circulator 35 is driven to circulate the secondary helium through the second circulation path L12. At this time, since the power generation device 12 is not generating power, the circulator 35 is supplied with power from the outside. Then, the secondary helium heat exchanged in the intermediate heat exchanger 22 flows through the second circulation path L12 and is supplied to the heating device 31, the power generation device 12, and the first steam generator 33.

すると、ステップＳ１３にて、高温の２次ヘリウムは、加熱装置３１に供給され、加熱装置３１は、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１を加熱する。続いて、ステップＳ１４にて、高温の２次ヘリウムは、発電装置１２に供給され、発電装置１２は、タービン５２により発電機５３を駆動して発電を行う。そして、ステップ１５にて、高温の２次ヘリウムは、第１蒸気発生器３３からガス加熱器３２に供給され、第１蒸気発生器３３は、水蒸気を生成し、ガス加熱器３２は、過熱水蒸気を生成する。なお、発電装置１２は、発電が開始されると、循環機３５の給電を開始する。 Then, in step S13, the high-temperature secondary helium is supplied to the heating device 31, and the heating device 31 heats the high-temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11. Subsequently, in step S14, the high temperature secondary helium is supplied to the power generation device 12, and the power generation device 12 drives the generator 53 with the turbine 52 to generate electricity. Then, in step 15, the high temperature secondary helium is supplied from the first steam generator 33 to the gas heater 32, the first steam generator 33 generates steam, and the gas heater 32 generates superheated steam. generate. Note that the power generation device 12 starts supplying power to the circulation machine 35 when power generation is started.

ステップＳ１６にて、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１が水素製造可能温度に到達したか否かを判定する。ここで、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１が水素製造可能温度に到達していない（Ｎｏ）と、この状態を継続する。一方、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１が水素製造可能温度に到達する（Ｙｅｓ）と、ステップＳ１７にて、発電装置１２は、発電した電力を電力供給経路Ｌ４１により高温固体電解質型水蒸気電解装置１１に供給する。 In step S16, it is determined whether the high-temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 has reached a hydrogen production temperature. Here, if the high-temperature solid electrolyte type steam electrolyzer 11 has not reached the hydrogen production temperature (No), this state continues. On the other hand, when the high-temperature solid electrolyte type steam electrolyzer 11 reaches the temperature at which hydrogen can be produced (Yes), the power generator 12 supplies the generated power to the high-temperature solid electrolyte type steam electrolyzer 11 via the power supply path L41 in step S17. supply to.

図１に示すように、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、加熱装置３１の２次ヘリウムにより加熱されることで、水素製造可能温度に到達すると、発電装置１２から電力供給経路Ｌ４１からを通して電力が供給される。すると、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、供給された電力により高温の過熱水蒸気を電気分解し、水素と酸素を生成する。 As shown in FIG. 1, the high-temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 is heated by secondary helium in the heating device 31, and when it reaches a temperature at which hydrogen can be produced, electric power is passed through the power supply path L41 from the power generation device 12. is supplied. Then, the high-temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 electrolyzes the high-temperature superheated steam using the supplied electric power to generate hydrogen and oxygen.

高温固体電解質型水蒸気電解装置１１で生成された水素は、水素ガス排出経路Ｌ３１から排出され、酸素は、酸素ガス排出経路Ｌ３２から排出される。このとき、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１で生成された酸素は、気体供給経路Ｌ５１，Ｌ５２から供給された高温の気体により酸素ガス排出経路Ｌ３６に押し出される。 Hydrogen generated in the high-temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 is exhausted from a hydrogen gas exhaust path L31, and oxygen is exhausted from an oxygen gas exhaust path L32. At this time, the oxygen generated in the high temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 is pushed out to the oxygen gas exhaust path L36 by the high temperature gas supplied from the gas supply paths L51 and L52.

［第２実施形態］
図３は、第２実施形態の水素製造システムを表す概略構成図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。 [Second embodiment]
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a hydrogen production system according to the second embodiment. Note that members having the same functions as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

第２実施形態において、図３に示すように、水素製造システム１０Ａは、水素製造装置としての高温固体電解質型水蒸気電解装置（ＳＯＥＣ）１１と、発電装置１２Ａとを備える。 In the second embodiment, as shown in FIG. 3, a hydrogen production system 10A includes a high temperature solid electrolyte steam electrolyzer (SOEC) 11 as a hydrogen production device and a power generation device 12A.

高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、第１実施形態と同様に、７００℃以上の熱エネルギーにより加熱された熱媒体（高温熱媒体）を使用して水素を製造する。発電装置１２Ａは、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１で使用された熱媒体（低温熱媒体）を使用して発電を行うと共に発電された電力を高温固体電解質型水蒸気電解装置１１に供給する。このとき、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、発電装置１２Ａが発電した電力の供給を受けて水素を製造する。 The high-temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 produces hydrogen using a heat medium (high-temperature heat medium) heated by thermal energy of 700° C. or higher, as in the first embodiment. The power generation device 12A generates power using the heat medium (low temperature heat medium) used in the high temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11, and supplies the generated power to the high temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11. At this time, the high-temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 receives the power generated by the power generator 12A and produces hydrogen.

発電装置１２Ａは、加熱装置３１およびガス加熱器３２により温度が低下した２次ヘリウム（低温熱媒体）を使用して発電する。発電装置１２Ａは、タービン６１と、発電機６２とを備える。 The power generation device 12A generates power using secondary helium (low-temperature heat medium) whose temperature has been lowered by the heating device 31 and the gas heater 32. The power generation device 12A includes a turbine 61 and a generator 62.

タービン６１と発電機６２は、回転軸６３により駆動連結される。タービン６１は、第２循環経路Ｌ１２に設けられる。タービン６１は、第２循環経路Ｌ１２を循環する低温の２次ヘリウムにより駆動する。タービン６１の駆動回転力は、回転軸６３を介して発電機６２に伝達され、発電機６２が駆動して発電を行う。 The turbine 61 and the generator 62 are drivingly connected by a rotating shaft 63. The turbine 61 is provided in the second circulation path L12. The turbine 61 is driven by low-temperature secondary helium circulating in the second circulation path L12. The driving torque of the turbine 61 is transmitted to the generator 62 via the rotating shaft 63, and the generator 62 is driven to generate electricity.

発電装置１２Ａは、発電機６２が電力供給経路Ｌ４１により高温固体電解質型水蒸気電解装置１１に接続されると共に、電力供給経路Ｌ４２により循環機３５の電動機３５ｂに接続される。発電装置１２Ａは、発電機６２が発電した電力を電力供給経路Ｌ４１から高温固体電解質型水蒸気電解装置１１に供給可能であると共に、電力供給経路Ｌ４２から電動機３５ｂに供給可能である。 In the power generation device 12A, the generator 62 is connected to the high temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 through a power supply path L41, and is connected to the electric motor 35b of the circulator 35 through a power supply path L42. The power generation device 12A can supply the electric power generated by the generator 62 to the high temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 from the power supply path L41, and can also supply the electric power to the electric motor 35b from the power supply path L42.

なお、水素製造システム１０Ａの作動は、第１実施形態の水素製造システム１０の作動とほぼ同様であることから、説明は省略する。 Note that the operation of the hydrogen production system 10A is almost the same as the operation of the hydrogen production system 10 of the first embodiment, so a description thereof will be omitted.

［本実施形態の作用効果］
第１の態様に係る水素製造システムは、７００℃以上の熱エネルギーにより加熱された熱媒体としての２次ヘリウムを使用して水素を製造する水素製造装置としての高温固体電解質型水蒸気電解装置１１と、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１で使用された２次ヘリウムを使用して発電を行うと共に発電された電力を高温固体電解質型水蒸気電解装置１１に供給する発電装置１２，１２Ａとを備える。 [Actions and effects of this embodiment]
The hydrogen production system according to the first aspect includes a high-temperature solid electrolyte steam electrolysis device 11 as a hydrogen production device that produces hydrogen using secondary helium as a heat medium heated by thermal energy of 700° C. or higher. , power generation devices 12 and 12A that generate power using the secondary helium used in the high temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 and supply the generated power to the high temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11.

第１の態様に係る水素製造システムによれば、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、２次ヘリウムを使用して水素を製造し、発電装置１２は、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１で使用された２次ヘリウムを使用して発電を行い、発電された電力を高温固体電解質型水蒸気電解装置１１に供給する。そのため、水素製造システム１０，１０Ａで使用する電力を系統内で確保することができ、二酸化炭素の発生を抑制することができると共にエネルギーコストの低減を図ることができる。 According to the hydrogen production system according to the first aspect, the high temperature solid electrolyte steam electrolysis device 11 produces hydrogen using secondary helium, and the power generation device 12 is used in the high temperature solid electrolyte steam electrolysis device 11. The generated secondary helium is used to generate electricity, and the generated electricity is supplied to the high temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11. Therefore, the electric power used in the hydrogen production systems 10 and 10A can be secured within the system, suppressing the generation of carbon dioxide, and reducing energy costs.

第２の態様に係る水素製造システムは、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、７００℃以上の熱エネルギーにより加熱された高温の２次ヘリウムを使用して水素を製造し、発電装置１２，１２Ａは、低温の２次ヘリウムを使用して発電を行う。これにより、高温の２次ヘリウムおよび低温の２次ヘリウムの熱エネルギーを利用して効率良く水素製造と水素製造に必要な発電を行うことができる。 In the hydrogen production system according to the second aspect, the high-temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 produces hydrogen using high-temperature secondary helium heated by thermal energy of 700° C. or higher, and the power generation devices 12, 12A generates electricity using low-temperature secondary helium. Thereby, hydrogen production and the power generation necessary for hydrogen production can be efficiently performed using the thermal energy of high-temperature secondary helium and low-temperature secondary helium.

第３の態様に係る水素製造システムは、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１は、発電装置１２，１２Ａにより発電された電力により２次ヘリウムで加熱された水蒸気を電気分解して水素を製造する。これにより、発電装置１２，１２Ａで発電した電力の有効利用を図ることができる。 In the hydrogen production system according to the third aspect, the high-temperature solid electrolyte steam electrolysis device 11 produces hydrogen by electrolyzing steam heated with secondary helium using electric power generated by the power generation devices 12 and 12A. Thereby, it is possible to effectively utilize the electric power generated by the power generation devices 12 and 12A.

第４の態様に係る水素製造システムは、２次ヘリウムを使用して高温固体電解質型水蒸気電解装置１１を加熱する加熱装置３１を有する。これにより、二酸化炭素の発生量を低減することができる。 The hydrogen production system according to the fourth aspect includes a heating device 31 that heats the high temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 using secondary helium. Thereby, the amount of carbon dioxide generated can be reduced.

第５の態様に係る水素製造システムは、熱エネルギーを発生可能な熱源２１として高温ガス炉が設けられ、加熱装置３１は、高温ガス炉で生成された高温の２次ヘリウムの熱エネルギーにより高温固体電解質型水蒸気電解装置１１を加熱する。これにより、二酸化炭素の発生量を低減することができる。 In the hydrogen production system according to the fifth aspect, a high-temperature gas furnace is provided as a heat source 21 capable of generating thermal energy, and the heating device 31 uses thermal energy of high-temperature secondary helium generated in the high-temperature gas furnace to solidify high-temperature solids. The electrolyte type steam electrolyzer 11 is heated. Thereby, the amount of carbon dioxide generated can be reduced.

第６の態様に係る水素製造システムは、発電装置１２は、２次ヘリウムを使用して水蒸気を生成する第２蒸気発生器５１と、第２蒸気発生器５１により生成された水蒸気により駆動するタービン５２と、タービン５２に駆動連結される発電機５３とを有する。これにより、発電装置１２の構成を簡素化することで、水素製造システム１０，１０Ａの信頼性を向上することができる。 In the hydrogen production system according to the sixth aspect, the power generation device 12 includes a second steam generator 51 that generates steam using secondary helium, and a turbine that is driven by the steam generated by the second steam generator 51. 52 and a generator 53 drivingly connected to the turbine 52. Thereby, by simplifying the configuration of the power generation device 12, the reliability of the hydrogen production systems 10 and 10A can be improved.

第７の態様に係る水素製造方法は、７００℃以上の熱エネルギーにより加熱された熱媒体としての２次ヘリウムを使用して水素を製造する工程と、水素の製造で使用された２次ヘリウムを使用して発電を行う工程と、発電された電力を水素製造装置としての高温固体電解質型水蒸気電解装置１１に供給する工程とを有する。これにより、水素製造システム１０，１０Ａで使用する電力を系統内で確保することができ、二酸化炭素の発生を抑制することができると共にエネルギーコストの低減を図ることができる。 The hydrogen production method according to the seventh aspect includes a step of producing hydrogen using secondary helium as a heat medium heated by thermal energy of 700°C or higher, and a step of producing hydrogen using secondary helium used in hydrogen production. and a step of supplying the generated power to the high-temperature solid electrolyte steam electrolyzer 11 as a hydrogen production device. Thereby, the electric power used in the hydrogen production systems 10 and 10A can be secured within the system, suppressing the generation of carbon dioxide, and reducing energy costs.

なお、上述した実施形態では、水素製造装置として、高温固体電解質型水蒸気電解装置１１を適用したが、この構成に限定されるものではない。水素製造装置としては、例えば、メタン熱分解法、高温アルカリ水電解法、熱化学分解法（ＩＳ法）、水蒸気改質法などを利用した水素製造装置としてもよい。 In addition, in the embodiment mentioned above, the high temperature solid electrolyte type steam electrolysis device 11 was applied as the hydrogen production device, but the structure is not limited to this. The hydrogen production apparatus may be, for example, a hydrogen production apparatus using a methane thermal decomposition method, a high-temperature alkaline water electrolysis method, a thermochemical decomposition method (IS method), a steam reforming method, or the like.

また、上述した実施形態では、発電装置として、タービンを利用した発電装置１２，１２Ａとしたが、この構成に限定されるものではない。発電装置としては、例えば、燃料電池（ＳＯＦＣ）を適用してもよい。すなわち、水素製造装置で製造した水素を用いて燃料電池を稼働し、燃料電池で発電した電力を用いて水素製造装置を作動する。 Further, in the above-described embodiment, the power generation devices 12 and 12A using turbines are used as the power generation devices, but the present invention is not limited to this configuration. As the power generation device, for example, a fuel cell (SOFC) may be applied. That is, the hydrogen produced by the hydrogen production device is used to operate the fuel cell, and the power generated by the fuel cell is used to operate the hydrogen production device.

１０，１０Ａ 水素製造システム
１１ 高温固体電解質型水蒸気電解装置（水素製造装置）
１２，１２Ａ 発電装置
２１ 熱源
２２ 中間熱交換器
２３ 再生熱交換器
２４ 冷却器
２５ 循環機
３１ 加熱装置
３２ ガス加熱器
３３ 第１蒸気発生器
３４ 冷却器
３５ 循環機
３６ 給水タンク
３７ 水蒸気加熱器
３８ 凝縮器
４１ 気体供給装置
４２ 気体予熱器
５１ 第２蒸気発生器
５２ タービン
５３ 発電機
５４ 復水器
５５ 圧縮機
５６ 回転軸
６１ タービン
６２ 発電機
６３ 回転軸
Ｌ１１ 第１循環経路
Ｌ１２ 第２循環経路
Ｌ２１ 給水経路
Ｌ２２ 水供給経路
Ｌ２３ 第１水蒸気供給経路
Ｌ２４ 第２水蒸気供給経路
Ｌ３１ 水素ガス排出経路
Ｌ３２ 酸素ガス排出経路
Ｌ４１，Ｌ４２ 電力供給経路
Ｌ５１ 第１気体供給経路
Ｌ５２ 第２気体供給経路
Ｌ６１，Ｌ６２，Ｌ６３，Ｌ６４ 水蒸気循環経路
10,10A Hydrogen production system 11 High temperature solid electrolyte steam electrolysis device (hydrogen production device)
12,12A Power generation device 21 Heat source 22 Intermediate heat exchanger 23 Regenerative heat exchanger 24 Cooler 25 Circulator 31 Heating device 32 Gas heater 33 First steam generator 34 Cooler 35 Circulator 36 Water supply tank 37 Steam heater 38 Condenser 41 Gas supply device 42 Gas preheater 51 Second steam generator 52 Turbine 53 Generator 54 Condenser 55 Compressor 56 Rotating shaft 61 Turbine 62 Generator 63 Rotating shaft L11 First circulation path L12 Second circulation path L21 Water supply route L22 Water supply route L23 First steam supply route L24 Second steam supply route L31 Hydrogen gas discharge route L32 Oxygen gas discharge route L41, L42 Power supply route L51 First gas supply route L52 Second gas supply route L61, L62, L63, L64 Water vapor circulation path

Claims (6)

７００℃以上の熱エネルギーにより熱媒体が加熱されてこの加熱された前記熱媒体を使用して水素を製造する水素製造装置と、
前記水素製造装置で使用された前記熱媒体を使用して発電を行うと共に発電された電力を前記水素製造装置に供給する発電装置と、
前記熱媒体を前記水素製造装置から前記発電装置に供給して循環する循環経路と、
前記循環経路における前記水素製造装置および前記発電装置より下流側に配置され、前記発電装置により発電された電力により駆動して前記熱媒体を循環させる循環機と、
を備え、
前記水素製造装置は、前記発電装置により発電された電力により前記熱媒体で加熱された水蒸気を電気分解して水素を製造する高温固体電解質型水蒸気電解装置を有し、
前記循環機は、前記熱媒体を圧縮するタービンと、前記タービンを駆動する電動機とを有する、
水素製造システム。 A hydrogen production device that heats a heat medium with thermal energy of 700° C. or more and produces hydrogen using the heated heat medium;
a power generation device that generates power using the heat medium used in the hydrogen production device and supplies the generated power to the hydrogen production device;
a circulation path that supplies and circulates the heat medium from the hydrogen production device to the power generation device;
a circulator disposed downstream of the hydrogen production device and the power generation device in the circulation path, and driven by electric power generated by the power generation device to circulate the heat medium;
Equipped with
The hydrogen production device includes a high-temperature solid electrolyte steam electrolysis device that produces hydrogen by electrolyzing steam heated by the heat medium using electric power generated by the power generation device,
The circulator includes a turbine that compresses the heat medium and an electric motor that drives the turbine.
Hydrogen production system. 前記水素製造装置は、７００℃以上の熱エネルギーにより加熱された高温熱媒体を使用して水素を製造し、前記発電装置は、前記高温熱媒体より低温の低温熱媒体を使用して発電を行う、
請求項１に記載の水素製造システム。 The hydrogen production device produces hydrogen using a high-temperature heat medium heated by thermal energy of 700° C. or higher, and the power generation device generates power using a low-temperature heat medium that is lower than the high-temperature heat medium. ,
The hydrogen production system according to claim 1. 前記熱媒体を使用して前記高温固体電解質型水蒸気電解装置を加熱する加熱装置を有する、
請求項１または請求項２に記載の水素製造システム。 comprising a heating device that heats the high temperature solid electrolyte steam electrolyzer using the heat medium;
The hydrogen production system according to claim 1 or claim 2 . 前記熱エネルギーを発生可能な熱源として高温ガス炉が設けられ、前記加熱装置は、高温ガス炉で生成された高温ヘリウムの熱エネルギーにより高温固体電解質型水蒸気電解装置を加熱する、
請求項３に記載の水素製造システム。 A high-temperature gas furnace is provided as a heat source capable of generating the thermal energy, and the heating device heats the high-temperature solid electrolyte type steam electrolyzer with the thermal energy of high-temperature helium generated in the high-temperature gas furnace.
The hydrogen production system according to claim 3 . 前記発電装置は、前記熱媒体を使用して水蒸気を生成する蒸気発生器と、前記蒸気発生器により生成された水蒸気により駆動するタービンと、前記タービンに駆動連結される発電機とを有する、
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。 The power generation device includes a steam generator that generates steam using the heat medium, a turbine that is driven by the steam generated by the steam generator, and a generator that is drivingly connected to the turbine.
The hydrogen production system according to any one of claims 1 to 4 . 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の水素製造システムを用いる水素製造方法において、
７００℃以上の熱エネルギーにより加熱された熱媒体を使用して水素を製造する工程と、
水素の製造で使用された前記熱媒体を使用して発電を行う工程と、
発電された電力を水素製造装置に供給する工程と、
を有する水素製造方法。 In a hydrogen production method using the hydrogen production system according to any one of claims 1 to 5,
A step of producing hydrogen using a heat medium heated by thermal energy of 700°C or more;
a step of generating electricity using the heat medium used in hydrogen production;
A step of supplying the generated electricity to a hydrogen production device,
A method for producing hydrogen.
JP2021138814A 2021-08-27 2021-08-27 Hydrogen production system and hydrogen production method Active JP7374152B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021138814A JP7374152B2 (en) 2021-08-27 2021-08-27 Hydrogen production system and hydrogen production method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021138814A JP7374152B2 (en) 2021-08-27 2021-08-27 Hydrogen production system and hydrogen production method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023032587A JP2023032587A (en) 2023-03-09
JP7374152B2 true JP7374152B2 (en) 2023-11-06

Family

ID=85416277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021138814A Active JP7374152B2 (en) 2021-08-27 2021-08-27 Hydrogen production system and hydrogen production method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7374152B2 (en)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4293384A (en) 1978-06-13 1981-10-06 Sulzer Brothers Limited Nuclear reactor plant for generating process heat
JP2002047591A (en) 2000-07-28 2002-02-15 Japan Atom Energy Res Inst Electrochemical reaction device
JP2007218604A (en) 2006-02-14 2007-08-30 Japan Atomic Energy Agency Nuclear power generation system adaptable to load fluctuations
US20080137797A1 (en) 2005-12-21 2008-06-12 Andrew Maxwell Peter Electricity and steam generation from a helium-cooled nuclear reactor
JP4244035B2 (en) 2004-12-09 2009-03-25 国立大学法人広島大学 Tin alloy for fuse and electric wire fuse using the same
JP2009513829A (en) 2005-10-28 2009-04-02 ロールス・ロイス・ピーエルシー Electrolysis
JP4320999B2 (en) 2002-02-04 2009-08-26 株式会社ニコン X-ray generator and exposure apparatus
JP2010176939A (en) 2009-01-28 2010-08-12 Toshiba Corp Power storage system, and operation method thereof
JP2010535284A (en) 2007-08-02 2010-11-18 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ External heat type high temperature / high pressure electrolytic cell
US20110131991A1 (en) 2007-12-17 2011-06-09 Battelle Energy Alliance, Llc Methods and systems for the production of hydrogen
CN105508051A (en) 2015-12-07 2016-04-20 集美大学 High-temperature gas-cooled reactor helium and indirect cyclic hydrogen production coupled power generation system and method
JP6093481B2 (en) 2014-04-01 2017-03-08 ヤマハ発動機株式会社 Substrate processing equipment
JP6093482B2 (en) 2013-12-11 2017-03-08 百度在▲綫▼网▲絡▼技▲術▼（北京）有限公司 Method and apparatus for displaying search results on portable terminal

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4293384A (en) 1978-06-13 1981-10-06 Sulzer Brothers Limited Nuclear reactor plant for generating process heat
JP2002047591A (en) 2000-07-28 2002-02-15 Japan Atom Energy Res Inst Electrochemical reaction device
JP4320999B2 (en) 2002-02-04 2009-08-26 株式会社ニコン X-ray generator and exposure apparatus
JP4244035B2 (en) 2004-12-09 2009-03-25 国立大学法人広島大学 Tin alloy for fuse and electric wire fuse using the same
JP2009513829A (en) 2005-10-28 2009-04-02 ロールス・ロイス・ピーエルシー Electrolysis
US20080137797A1 (en) 2005-12-21 2008-06-12 Andrew Maxwell Peter Electricity and steam generation from a helium-cooled nuclear reactor
JP2007218604A (en) 2006-02-14 2007-08-30 Japan Atomic Energy Agency Nuclear power generation system adaptable to load fluctuations
JP2010535284A (en) 2007-08-02 2010-11-18 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ External heat type high temperature / high pressure electrolytic cell
US20110131991A1 (en) 2007-12-17 2011-06-09 Battelle Energy Alliance, Llc Methods and systems for the production of hydrogen
JP2010176939A (en) 2009-01-28 2010-08-12 Toshiba Corp Power storage system, and operation method thereof
JP6093482B2 (en) 2013-12-11 2017-03-08 百度在▲綫▼网▲絡▼技▲術▼（北京）有限公司 Method and apparatus for displaying search results on portable terminal
JP6093481B2 (en) 2014-04-01 2017-03-08 ヤマハ発動機株式会社 Substrate processing equipment
CN105508051A (en) 2015-12-07 2016-04-20 集美大学 High-temperature gas-cooled reactor helium and indirect cyclic hydrogen production coupled power generation system and method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Nuclear Hydrogen Production in China Based on High Temperature Gas Cooled Reactors"，Strategic Study of Chinese Academy of Engineering，2019年，Vol. 21, No. 1，p.20-28

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023032587A (en) 2023-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101346494B (en) Electrolysis
WO2013100490A1 (en) Fuel cell hybrid system
JPH11233129A (en) Solid electrolyte fuel cell generating system
JP2006307290A (en) Method for producing hydrogen
JP4154680B2 (en) Fuel cell power generator that injects steam into the anode exhaust gas line
JP7374152B2 (en) Hydrogen production system and hydrogen production method
KR101215337B1 (en) Fuel cell system using hydrogen from electrolyzer of sea water
JP2002056880A (en) Water electrolysis device and solid polymer type fuel cell generating system
JP7374150B2 (en) Hydrogen production system and hydrogen production method
JP2022157169A (en) Hydrogen production system and hydrogen production method
KR20110136195A (en) Fuel cell system using hydrogen from electrolyzer of sea water
JP7374155B2 (en) Hydrogen production system and hydrogen production method
WO2009058110A1 (en) Method and apparatus for operating a fuel cell in combination with an orc system
WO2023007877A1 (en) High-temperature steam electrolysis device, hydrogen production method, and hydrogen production system
JP3546234B2 (en) Solid oxide fuel cell / internal combustion type Stirling engine combined system
CN114738062B (en) Aluminum fuel energy storage system coupling SOFC and gas turbine and working method
JP7373054B2 (en) manufacturing system
JPH08255622A (en) Power generating system for fuel cell
JP2022157170A (en) Hydrogen carrier production system and hydrogen carrier production method
JP2001332271A (en) Storage generator
CN113224363A (en) Power generation system of molten carbonate fuel cell and working method thereof
CN116591793A (en) Aluminum supercritical water hydrogen-heat-power poly-generation system and working method
JPS5834575A (en) Fuel-cell generation system
KR20230030298A (en) Fuel cell system
KR20110136197A (en) Fuel cell system using hydrogen from electrolyzer of sea water

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230501

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230627

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230825

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230926

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20231024

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7374152

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150