JP3253985B2 - 電力貯蔵装置 - Google Patents

電力貯蔵装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、夜間余剰電力等の電力
を効果的に貯蔵するようにした電力貯蔵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電力消費の日中と夜間の格差が著しい場
合、発電設備の有効利用のために夜間に余剰となる電力
を貯蔵し、日中に放電してピーク負荷に対応する電力貯
蔵装置がある。最も代表的なものは揚水発電所で、夜間
にダムへポンプで水を汲み上げ、日中の電力消費の多い
時間帯に水車発電機で発電する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】揚水発電所は、山間部
にダムを築いてつくられるが、立地に制限があり、建設
期間も長く急増する電力需要と増大する一方の日中一夜
間の電力格差への対応を迅速に行なうことができない。
また、エネルギの貯蔵効率の観点からみて、揚水発電所
は６０〜７０％程度であり、より高い貯蔵効率の電力貯
蔵装置が望まれている。
【０００４】本発明は、都市部へ設置可能で、建設工期
も短かく、エネルギ効率も揚水発電より高い電力貯蔵装
置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の電力貯蔵装置
は、固体酸化物電解質を有し水蒸気電解セルと燃料電池
とを兼用する電解兼発電手段と、該電解兼発電手段に水
蒸気を供給する水蒸気供給手段と、前記電解兼発電手段
において発生する水素及び酸素を貯蔵する水素貯蔵手段
及び酸素貯蔵手段と、前記電解兼発電手段の排熱を吸収
する熱交換手段と、該熱交換手段において得た熱を用い
る暖房用熱交換器を有する暖房用熱水供給手段と、前記
熱交換手段において得た熱を用いて冷水を製造する吸収
冷凍機を有する冷房用冷水供給手段と、前記熱交換手段
で得た熱を前記暖房用熱交換器と前記吸収冷凍機とに切
換える切換手段とを具備している。
【０００６】
【作用】本発明では、固体酸化物電解質を有し水蒸気電
解セルと燃料電池とを兼用する電解兼発電手段に水蒸気
を供給し、電力を供給することによって、水蒸気中の酸
素が電解質を選択的に透過し、結果として水蒸気は酸素
と水素に分離し、化学的エネルギをもつ水素が製造され
る。製造された水素と酸素は、それぞれ水素貯蔵手段と
酸素貯蔵手段に貯蔵される。
【０００７】以上のようにそれぞれの貯蔵手段に貯蔵さ
れた水素と酸素を電解兼発電手段に戻すと、電解質を酸
素が透過してカソード電極部で水素と反応し、水蒸気に
戻る。電解質を酸素が透過する際に、燃料電池作用によ
って発電が行なわれ、電力として取り戻すことができ
る。
【０００８】また、前記の燃料電池として作用する場合
には熱が発生するが、この熱を電解兼発電手段の排熱と
して熱交換手段を介して暖房用熱交換器を有する暖房用
熱水供給手段と吸収冷凍機を有する冷房用冷水供給手段
へ伝え、それぞれ暖房用熱水と冷房用冷水が得られる。
【０００９】
【実施例】本発明の一実施例に係る電力貯蔵装置を、図
１によって説明する。本発明は暖房設備及び吸収冷凍機
を用いた冷房設備併設型の電力貯蔵装置であり、１は、
水蒸気を電気分解して水素と酸素を発生させ、かつ、水
素と酸素を反応させて水蒸気としその際に燃料電池とし
て発電を行なうリバーシブル形固体酸化物電解質セル
（以下リバーシブル形ＳＯＥ電解セルという）である。
このリバーシブル形ＳＯＥ電解セル１は、電解質として
イットリアで安定化したジルコニアなどの酸素イオン導
電体の板を用い、その板の両面に多孔質のアノード電極
とカソード電極（例えば白金製）が取りつけられ、この
電極がコンバータ３０ａを介して交流の電力幹線３０に
接続されている。同リバーシブル形ＳＯＥ電解セル１は
水蒸気の電気分解に当っては水蒸気電解セルとして作用
し、水素と酸素の反応によって水蒸気を発生させる場合
には酸素イオンが電解質を透過することによって発電を
行ない燃料電池として作用する。
【００１０】４は水タンクであり、同水タンク４に接続
されたライン２０は、順次ポンプ１２、再生熱交換器６
Ｃ，６Ｄ，加熱器５Ｂ，熱交換器７Ｂ，再生熱交換器６
Ａ，６Ｂ及び加熱器５Ａを経てリバーシブル形ＳＯＥ電
解セル１のカソード電極側へ接続されている。
【００１１】２は水素タンクであり、同水素タンク２に
接続され圧縮機２１ａをもつ水素ライン２１は、再生熱
交換器６Ｃと再生熱交換器６Ａを経てリバーシブル形Ｓ
ＯＥ電解セル１のカソード電極側へ接続されている。
【００１２】３は酸素タンクであり、同酸素タンク３に
接続され圧縮機２２ａをもつ酸素ライン２２は、再生熱
交換器６Ｄ及び再生熱交換器６Ｂを経てリバーシブル形
ＳＯＥ電解セル１のアノード電極側に接続されている。
【００１３】前記ライン２０，２１のリバーシブル形Ｓ
ＯＥ電解セル１への接続点の付近の部分を接続しサーキ
ュレータ２３と弁２４ａをもつライン２４が設けられ、
同ライン２４には熱交換器７Ａが配設されている。
【００１４】８は、ポンプ２７ａをもつ冷房用冷水ライ
ン２７が通過して同ライン２７内の水を冷却する吸収冷
凍機であり、９はポンプ２８ａをもつ暖房用熱水ライン
２８が通過して同ライン２８内の水を加熱する暖房用熱
交換器である。
【００１５】給水タンク１０の下部は切替弁１２を介し
てポンプ２５ａをもつライン２５に接続され、同ライン
２５は、順次、前記熱交換器７Ｂ，前記熱交換器７Ａ，
切換弁１１及び前記暖房用熱交換器９を経て、給水タン
ク１０へ戻るように構成されている。また、前記ライン
２５の切換弁１１の上流側の部分から分岐ライン２６が
分岐し、同ライン２６は吸収冷凍機８を経て前記切換弁
１１へ至るように構成されている。
【００１６】本実施例において、電力貯蔵時には、水タ
ンク４よりポンプ１２によって送られる水は、順次再生
熱交換器６Ｃ，６Ｄ，加熱器５Ｂ，再生熱交換器６Ａ，
６Ｂ及び加熱器５Ａにおいて加熱されて水蒸気となった
上、リバーシブル形ＳＯＥ電解セル１に送られる。同電
解セル１の電極の両極に直流を通電することによって、
水蒸気中の酸素イオンが電解質を透過し、アノード電極
側に酸素，カソード電極側に水素が分離される。
【００１７】このようにして分離された酸素は、再生熱
交換器６Ｂ，６Ｄで水タンク４からリバーシブル形ＳＯ
Ｅ電解セル１へ供給される水を加熱して温度を下げ、圧
縮機２２ａで圧縮されて酸素タンク３に貯蔵される。ま
た分離された水素は、再生熱交換器６Ａ，６Ｃで水タン
ク４からリバーシブル形ＳＯＥ電解セル１へ供給される
水を加熱して温度を下げ、圧縮機２１ａで圧縮されて水
素タンク２に貯蔵される。
【００１８】一方、発電時においては、酸素タンク３及
び，水素タンク４からそれぞれ酸素と水素を逆流させて
リバーシブル形ＳＯＥ電解セル１に戻す。この場合に
は、同電解セル内で酸素イオンが電解質を逆流し、カソ
ード電極部で水素と結合して、水蒸気に戻る。酸素イオ
ンが電解質を透過する際に発電が行なわれ、アノード電
極とカソード電極から電流リード線を出し、電気負荷に
接続することによって電力を取出すことができる。
【００１９】以上の発電時には、水素エネルギの４０〜
５０％は熱となるが、この熱は生成された水蒸気に伝え
られる。水蒸気の温度が上昇する。この加熱された水蒸
気は、弁２４ａを開くことによって、ライン２１からラ
イン２４へ入り、熱交換器２７Ａで給水タンク１０から
の水を加熱してライン２０へ入り、更に再生熱交換器６
Ａ〜６Ｄ及び熱交換器７Ｂにおいて、それぞれ水素タン
ク２からの水素、酸素タンク３からの酸素及び給水タン
ク１０からの水を加熱して自らの温度を下げて水となっ
て水タンク４へ戻ることになる。
【００２０】給水タンク１０からポンプ２５ａによって
ライン２５内を送られる水は、前記のように、熱交換器
７Ｂ及び７Ａにおいて、リバーシブル形ＳＯＥ電解セル
１からの水蒸気によって加熱されて水蒸気となる。この
加熱された水蒸気は、夏季の冷房需要時には、切替弁１
１の操作によって吸収冷凍機８へ供給され、冷房用冷水
ライン２７内の水を冷却して冷房用冷水とする。また、
冬期の暖房需要時には、切替弁１１の操作によって吸収
冷凍機８をバイパスし、暖房用熱交換器９において暖房
用熱水ライン２８内の水を加熱して暖房用熱水とする。
【００２１】以上説明したように、本実施例では、リバ
ーシブル形ＳＯＥ電解セル１において電気分解によって
水蒸気を水素と酸素に分解し、また分解された水素と酸
素をリバーシブル形ＳＯＥ電解セル１で反応させて水蒸
気として発電を行なうことによって、余剰電力を水素と
酸素の形で貯蔵し、必要な時に電力を取出すことができ
る。
【００２２】しかも、同一のリバーシブル形ＳＯＥ電解
セルで電力の貯蔵と発電が行なうことができ、装置をコ
ンパクトにすることができる。
【００２３】また、本実施例は、揚水発電所のような特
殊な地形や限られたエネルギ源を必要とせず、どのよう
な場所にも設置することが可能である。
【００２４】以上に加えて、本実施例では、リバーシブ
ル形ＳＯＥ電解セル１の発電時に発生する熱を利用して
冷暖用の熱水又は冷水を得ることができるので、エネル
ギの利用効率を極めて高いもの（８０〜８５％）とする
ことができる。
【００２５】
【発明の効果】本発明は、特許請求の範囲に記載された
構成を具備することによって、次の効果を挙げることが
できる。 （１） 水蒸気を水素と酸素に分解することによる電力
の貯蔵と水素と酸素を反応させて水蒸気とすることによ
る発電が同一の電解兼発電手段によって交互に行なわ
れ、装置をコンパクトにすることができ、建設費を低廉
のものとし、かつ短工期で建設を行なうことができる。 （２） 揚水発電所のような特殊な地形や、限られたエ
ネルギ源を必要とせず、どのような場所にも設置するこ
とができる。 （３） 電解兼発電手段の発電に際して発生する熱は、
冷暖用のエネルギとして有効に回収することができ、エ
ネルギの利用効率を著しく高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の系統図である。
【符号の説明】
１ リバーシブル形ＳＯＥ電解セル ２ 水素タンク ３ 酸素タンク ４ 水タンク ５Ａ，５Ｂ 加熱器 ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ 再生熱交換器 ７Ａ，７Ｂ 熱交換器 ８ 吸収冷凍機 ９ 暖房用熱交換器 １０ 給水タンク １１，１２ 切替弁 １２ ポンプ ３０ 電力幹線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｊ 15/00 Ｆ２８Ｄ 20/00 Ｈ (72)発明者 釘宮 啓一 神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 吉野 昌和 神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 戸倉 道男 神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 上田 三男 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (56)参考文献 特開 平３−208259（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−191824（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−17268（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−41236（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 H01M 8/06 C25B 1/04 F25B 27/00 F28D 20/00 H02J 15/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 固体酸化物電解質を有し水蒸気電解セル
    と燃料電池とを兼用する電解兼発電手段と、該電解兼発
    電手段に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、前記電解
    兼発電手段において発生する水素及び酸素を貯蔵する水
    素貯蔵手段及び酸素貯蔵手段と、前記電解兼発電手段の
    排熱を吸収する熱交換手段と、該熱交換手段において得
    た熱を用いる暖房用熱交換器を有する暖房用熱水供給手
    段と、前記熱交換手段において得た熱を用いて冷水を製
    造する吸収冷凍機を有する冷房用冷水供給手段と、前記
    熱交換手段で得た熱を前記暖房用熱交換器と前記吸収冷
    凍機とに切換える切換手段とを具備してなることを特徴
    とする電力貯蔵装置。
JP26379891A 1991-10-11 1991-10-11 電力貯蔵装置 Expired - Lifetime JP3253985B2 (ja)

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