JPH0693482A - 加圧高温水蒸気電解方法 - Google Patents
加圧高温水蒸気電解方法Info
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- JPH0693482A JPH0693482A JP4243898A JP24389892A JPH0693482A JP H0693482 A JPH0693482 A JP H0693482A JP 4243898 A JP4243898 A JP 4243898A JP 24389892 A JP24389892 A JP 24389892A JP H0693482 A JPH0693482 A JP H0693482A
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- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
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- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 水蒸気を電気分解して高効率で水素を製造す
る方法に関する。 【構成】 加熱源で加熱した加圧空気と水蒸気を固体電
解質を用いた高温水蒸気電解セルに供給して高温下で電
解し、該高温水蒸気電解セルから取出される酸素富化空
気でエクスパンダを作動して空気の加圧用コンプレッサ
の動力を回収すると共に発電を行い、該エキスパンダ出
口の排気酸素富化空気の熱及び前記高温水蒸気電解セル
から取出される水素富化水蒸気の熱と加熱源の熱によっ
て加熱した水蒸気によって蒸気タービンを作動させて発
電し、該発電された電気及び前記エキスパンダによって
発電された電気によって前記高温水蒸気電解セルの電解
を行うと共に、水蒸気に熱を与えた後の水素富化水蒸気
より水素を取得する高温水蒸気電解方法。
る方法に関する。 【構成】 加熱源で加熱した加圧空気と水蒸気を固体電
解質を用いた高温水蒸気電解セルに供給して高温下で電
解し、該高温水蒸気電解セルから取出される酸素富化空
気でエクスパンダを作動して空気の加圧用コンプレッサ
の動力を回収すると共に発電を行い、該エキスパンダ出
口の排気酸素富化空気の熱及び前記高温水蒸気電解セル
から取出される水素富化水蒸気の熱と加熱源の熱によっ
て加熱した水蒸気によって蒸気タービンを作動させて発
電し、該発電された電気及び前記エキスパンダによって
発電された電気によって前記高温水蒸気電解セルの電解
を行うと共に、水蒸気に熱を与えた後の水素富化水蒸気
より水素を取得する高温水蒸気電解方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は水蒸気を電気分解して高
効率で水素を製造する方法に関する。
効率で水素を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来は炭素電極などを使用した水の電気
分解によって水素を製造するのが一般的であったが、水
の電気分解の場合、電極の分極が大きいことや電解温度
が低いため、電解効率が４０〜６０％と低いという問題
があった。そこで、本発明者らは先に加熱源で加熱した
空気と水蒸気を固体電解質を用いた高温水蒸気電解セル
に供給して高温下で電解し、該高温水蒸気電解セルから
取出される水素富化水蒸気及び酸素富化空気の有する熱
と、加熱源の熱によって加熱した水蒸気によって蒸気タ
ービンを作動させて発電し、該発電された電気によって
前記高温水蒸気電解セルの電解を行うと共に、水蒸気に
熱を与えた後の水素富化水蒸気より水素を取得すること
を特徴とする高温水蒸気電解方法を提案した。（特願平
４−２４３１７４）
分解によって水素を製造するのが一般的であったが、水
の電気分解の場合、電極の分極が大きいことや電解温度
が低いため、電解効率が４０〜６０％と低いという問題
があった。そこで、本発明者らは先に加熱源で加熱した
空気と水蒸気を固体電解質を用いた高温水蒸気電解セル
に供給して高温下で電解し、該高温水蒸気電解セルから
取出される水素富化水蒸気及び酸素富化空気の有する熱
と、加熱源の熱によって加熱した水蒸気によって蒸気タ
ービンを作動させて発電し、該発電された電気によって
前記高温水蒸気電解セルの電解を行うと共に、水蒸気に
熱を与えた後の水素富化水蒸気より水素を取得すること
を特徴とする高温水蒸気電解方法を提案した。（特願平
４−２４３１７４）
【０００３】この方法を図３を用いて簡単に説明する
と、常圧で高温水蒸気電解セル３を用いて空気と水蒸気
を６００〜１８００℃の加熱源１で加熱し、この熱で高
温水蒸気電解セル３を約１０００℃まで加熱して電解
し、該電解セル３からの水素富化水蒸気８、酸素富化空
気９の排熱と、加熱源１の熱によって水蒸気タービン発
電プラント１５を駆動して電気を発生し、この電気によ
って前記電解セル３で水蒸気を水素に分解する方法であ
る。
と、常圧で高温水蒸気電解セル３を用いて空気と水蒸気
を６００〜１８００℃の加熱源１で加熱し、この熱で高
温水蒸気電解セル３を約１０００℃まで加熱して電解
し、該電解セル３からの水素富化水蒸気８、酸素富化空
気９の排熱と、加熱源１の熱によって水蒸気タービン発
電プラント１５を駆動して電気を発生し、この電気によ
って前記電解セル３で水蒸気を水素に分解する方法であ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記提案方法において
は、発生した水素の発熱量と電解に要した電力の比（電
力効率）は高温水蒸気電解セルの場合、空気や蒸気の加
熱温度により９５〜１２０％の値となる。また、水素製
造プラントの効率は水素製造効率＝（水素発熱量）／
（プラント入熱）＝（電力効率）×（発電プラント効
率）であるので、常圧運転で通常の蒸気タービン発電プ
ラントで電気を発生する場合には発電効率は３５〜４０
％なので、電力効率を１００％とすると３５〜４０％の
水素製造効率にしかならない。
は、発生した水素の発熱量と電解に要した電力の比（電
力効率）は高温水蒸気電解セルの場合、空気や蒸気の加
熱温度により９５〜１２０％の値となる。また、水素製
造プラントの効率は水素製造効率＝（水素発熱量）／
（プラント入熱）＝（電力効率）×（発電プラント効
率）であるので、常圧運転で通常の蒸気タービン発電プ
ラントで電気を発生する場合には発電効率は３５〜４０
％なので、電力効率を１００％とすると３５〜４０％の
水素製造効率にしかならない。
【０００５】本発明は上記技術水準及び上記提案技術に
鑑み、より一層高効率で水素を製造することができる高
温水蒸気電解方法を提供しようとするものである。
鑑み、より一層高効率で水素を製造することができる高
温水蒸気電解方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は加熱源で加熱し
た加圧空気と水蒸気を固体電解質を用いた高温水蒸気電
解セルに供給して高温下で電解し、該高温水蒸気電解セ
ルから取出される酸素富化空気でエクスパンダを作動し
て空気の加圧用コンプレッサの動力を回収すると共に発
電を行い、該エキスパンダ出口の排気酸素富化空気の熱
及び前記高温水蒸気電解セルから取出される水素富化水
蒸気の熱と加熱源の熱によって加熱した水蒸気によって
蒸気タービンを作動させて発電し、該発電された電気及
び前記エキスパンダによって発電された電気によって前
記高温水蒸気電解セルの電解を行うと共に、水蒸気に熱
を与えた後の水素富化水蒸気より水素を取得することを
特徴とする高温水蒸気電解方法である。
た加圧空気と水蒸気を固体電解質を用いた高温水蒸気電
解セルに供給して高温下で電解し、該高温水蒸気電解セ
ルから取出される酸素富化空気でエクスパンダを作動し
て空気の加圧用コンプレッサの動力を回収すると共に発
電を行い、該エキスパンダ出口の排気酸素富化空気の熱
及び前記高温水蒸気電解セルから取出される水素富化水
蒸気の熱と加熱源の熱によって加熱した水蒸気によって
蒸気タービンを作動させて発電し、該発電された電気及
び前記エキスパンダによって発電された電気によって前
記高温水蒸気電解セルの電解を行うと共に、水蒸気に熱
を与えた後の水素富化水蒸気より水素を取得することを
特徴とする高温水蒸気電解方法である。
【０００７】
【作用】水蒸気電解セルに供給される空気はコンプレッ
サで加圧され、加熱源で加熱され、水蒸気電解セルへ供
給されたのち、電解セルの作動温度で排出される。この
とき水蒸気の電解によって発生した酸素が空気中へ排出
され空気の流量は増加する。この空気側排ガスでエキス
パンダを駆動すれば、単に空気を電解セルの作動温度ま
で加熱した場合にくらべて多くの電力を発生することが
できる。
サで加圧され、加熱源で加熱され、水蒸気電解セルへ供
給されたのち、電解セルの作動温度で排出される。この
とき水蒸気の電解によって発生した酸素が空気中へ排出
され空気の流量は増加する。この空気側排ガスでエキス
パンダを駆動すれば、単に空気を電解セルの作動温度ま
で加熱した場合にくらべて多くの電力を発生することが
できる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１によって説明
する。空気コンプレッサ４０で１０〜１５ａｔｇ．に加
圧された空気５を蒸気タービン発電プラント１３の蒸気
タービンから抽気された１０〜１５ａｔｇ．の原料水蒸
気７を加熱源１によって熱交換器２で７００〜１１００
℃に加熱したのち、高温水蒸気電解装置３に供給する。
この電解装置３に電解電力１９を供給して水蒸気を酸素
と水素に電気分解する。このとき水素は水蒸気側に水素
富化水蒸気８となり、酸素は空気側に酸素富化空気９と
なって排出される。高温水蒸気電解装置３の作動温度９
００〜１１００℃で排出された酸素富化空気（酸素＋空
気）９は空気コンプレッサ４０と同軸になっているエキ
スパンダ４１で動力回収され、空気コンプレッサ４０の
動力発生と発電を行なう。約３００℃でエキスパンダ４
１から排出された酸素富化空気９は蒸気タービン発電プ
ラント１５の給水加熱器１０でボイラ給水１２を加熱し
たのち大気へ放出される。蒸気タービン発電プラント１
５では給水１２（原料水蒸気の抽気分補充）と循環水１
６を給水ポンプ１２で加圧し、前記給水加熱器８で加熱
したあと、蒸気発生器１７で加熱源１からの熱で加熱さ
れて水蒸気となる。この水蒸気で蒸気タービン発電プラ
ント１３の蒸気タービンを駆動して発電を行った後、コ
ンデンサ１８で蒸気を凝縮させる。発電された電力（蒸
気タービン発電プラント１５とエキスパンダ４１発電電
力）で高温水蒸気電解セル３の電解電力をまかなう。
する。空気コンプレッサ４０で１０〜１５ａｔｇ．に加
圧された空気５を蒸気タービン発電プラント１３の蒸気
タービンから抽気された１０〜１５ａｔｇ．の原料水蒸
気７を加熱源１によって熱交換器２で７００〜１１００
℃に加熱したのち、高温水蒸気電解装置３に供給する。
この電解装置３に電解電力１９を供給して水蒸気を酸素
と水素に電気分解する。このとき水素は水蒸気側に水素
富化水蒸気８となり、酸素は空気側に酸素富化空気９と
なって排出される。高温水蒸気電解装置３の作動温度９
００〜１１００℃で排出された酸素富化空気（酸素＋空
気）９は空気コンプレッサ４０と同軸になっているエキ
スパンダ４１で動力回収され、空気コンプレッサ４０の
動力発生と発電を行なう。約３００℃でエキスパンダ４
１から排出された酸素富化空気９は蒸気タービン発電プ
ラント１５の給水加熱器１０でボイラ給水１２を加熱し
たのち大気へ放出される。蒸気タービン発電プラント１
５では給水１２（原料水蒸気の抽気分補充）と循環水１
６を給水ポンプ１２で加圧し、前記給水加熱器８で加熱
したあと、蒸気発生器１７で加熱源１からの熱で加熱さ
れて水蒸気となる。この水蒸気で蒸気タービン発電プラ
ント１３の蒸気タービンを駆動して発電を行った後、コ
ンデンサ１８で蒸気を凝縮させる。発電された電力（蒸
気タービン発電プラント１５とエキスパンダ４１発電電
力）で高温水蒸気電解セル３の電解電力をまかなう。
【０００９】本発明の上記実施例により外部からの電力
供給を受けることなく、熱源の熱より水から水素を製造
するプラントが実現できる。またその水素製造効率を蒸
気タービン発電プラント効率３５％、酸素富化空気の酸
素濃度３０％、高温水蒸気電解セル作動温度１０００
℃、水蒸気電解セル作動圧力１０ａｔｇ．として計算し
た例を図２に示す。水素製造効率は加熱源温度の増加に
ともなって増加する。先に提案技術（図３）の水素製造
効率を破線で示すが、本発明により絶対値で約１０％の
効率増加が見込める。 水素製造効率＝（製造水素の高位発熱量）／（熱源から
供給される熱量）
供給を受けることなく、熱源の熱より水から水素を製造
するプラントが実現できる。またその水素製造効率を蒸
気タービン発電プラント効率３５％、酸素富化空気の酸
素濃度３０％、高温水蒸気電解セル作動温度１０００
℃、水蒸気電解セル作動圧力１０ａｔｇ．として計算し
た例を図２に示す。水素製造効率は加熱源温度の増加に
ともなって増加する。先に提案技術（図３）の水素製造
効率を破線で示すが、本発明により絶対値で約１０％の
効率増加が見込める。 水素製造効率＝（製造水素の高位発熱量）／（熱源から
供給される熱量）
【００１０】
【発明の効果】本発明により、高効率で水素を製造する
方法が提供され、その工業的効果は顕著である。
方法が提供され、その工業的効果は顕著である。
【図１】本発明の加圧高温水蒸気電解方法の一実施例の
説明図。
説明図。
【図２】本発明方法と先に提案した高温水蒸気電解方法
における水素製造効率と水蒸気電解装置の加熱温度との
関係を示す図表。
における水素製造効率と水蒸気電解装置の加熱温度との
関係を示す図表。
【図３】先に提案した高温水蒸気電解方法の一態様の説
明図。
明図。
Claims (1)
- 【請求項１】 加熱源で加熱した加圧空気と水蒸気を固
体電解質を用いた高温水蒸気電解セルに供給して高温下
で電解し、該高温水蒸気電解セルから取出される酸素富
化空気でエクスパンダを作動して空気の加圧用コンプレ
ッサの動力を回収すると共に発電を行い、該エキスパン
ダ出口の排気酸素富化空気の熱及び前記高温水蒸気電解
セルから取出される水素富化水蒸気の熱と加熱源の熱に
よって加熱した水蒸気によって蒸気タービンを作動させ
て発電し、該発電された電気及び前記エキスパンダによ
って発電された電気によって前記高温水蒸気電解セルの
電解を行うと共に、水蒸気に熱を与えた後の水素富化水
蒸気より水素を取得することを特徴とする高温水蒸気電
解方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04243898A JP3085798B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 加圧高温水蒸気電解方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04243898A JP3085798B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 加圧高温水蒸気電解方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0693482A true JPH0693482A (ja) | 1994-04-05 |
| JP3085798B2 JP3085798B2 (ja) | 2000-09-11 |
Family
ID=17110646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04243898A Expired - Fee Related JP3085798B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 加圧高温水蒸気電解方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3085798B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2464784A (en) * | 2008-06-13 | 2010-05-05 | Itm Power | Gas pressure booster using drive gas produced by electrolysis |
| WO2018033951A1 (ja) * | 2016-08-15 | 2018-02-22 | 株式会社 東芝 | 水素エネルギー利用システム及びその制御方法 |
| CN113278992A (zh) * | 2021-07-23 | 2021-08-20 | 北京思伟特新能源科技有限公司 | 一种水蒸气涡轮增压的燃料电池电解槽系统及其工作方法 |
| JP2021524544A (ja) * | 2018-07-12 | 2021-09-13 | ハルドール・トプサー・アクチエゼルスカベット | Ｓｏｅｃアプリケーション用エクスパンダー |
| JP2022167936A (ja) * | 2016-09-19 | 2022-11-04 | 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 | 電解槽と結合された水素化物タンクを含む水の高温可逆電解用システム |
| WO2023016998A1 (fr) * | 2021-08-10 | 2023-02-16 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Système d'électrolyseur haute température optimisé par un module de récupération à circuit intermédiaire |
| FR3126128A1 (fr) * | 2021-08-10 | 2023-02-17 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Système d’électrolyseur haute température optimisé par couplage à une pompe à chaleur et circuit intermédiaire |
-
1992
- 1992-09-14 JP JP04243898A patent/JP3085798B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2464784A (en) * | 2008-06-13 | 2010-05-05 | Itm Power | Gas pressure booster using drive gas produced by electrolysis |
| WO2018033951A1 (ja) * | 2016-08-15 | 2018-02-22 | 株式会社 東芝 | 水素エネルギー利用システム及びその制御方法 |
| JP2022167936A (ja) * | 2016-09-19 | 2022-11-04 | 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 | 電解槽と結合された水素化物タンクを含む水の高温可逆電解用システム |
| JP2021524544A (ja) * | 2018-07-12 | 2021-09-13 | ハルドール・トプサー・アクチエゼルスカベット | Ｓｏｅｃアプリケーション用エクスパンダー |
| CN113278992A (zh) * | 2021-07-23 | 2021-08-20 | 北京思伟特新能源科技有限公司 | 一种水蒸气涡轮增压的燃料电池电解槽系统及其工作方法 |
| CN113278992B (zh) * | 2021-07-23 | 2021-09-17 | 北京思伟特新能源科技有限公司 | 一种水蒸气涡轮增压的燃料电池电解槽系统及其工作方法 |
| WO2023016998A1 (fr) * | 2021-08-10 | 2023-02-16 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Système d'électrolyseur haute température optimisé par un module de récupération à circuit intermédiaire |
| FR3126129A1 (fr) * | 2021-08-10 | 2023-02-17 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Système d’électrolyseur haute température optimisé par un module de récupération à circuit intermédiaire |
| FR3126128A1 (fr) * | 2021-08-10 | 2023-02-17 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Système d’électrolyseur haute température optimisé par couplage à une pompe à chaleur et circuit intermédiaire |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3085798B2 (ja) | 2000-09-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000530 |
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