JP5498191B2 - 水素電力貯蔵システムおよび水素電力貯蔵方法 - Google Patents
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Description
以下のようにして粘性材料1〜6を作製した。まず、室温硬化型樹脂組成物として室温硬化性を有するエポキシ系樹脂組成物とフェノール系樹脂組成物とを用意した。表1に示す室温硬化型樹脂組成物の主剤に、平均粒子径が0.5〜5μmの範囲の炭化ケイ素粉末と平均粒子径が0.3〜3μmの範囲の炭素粉末とを添加して混合した。炭化ケイ素粉末および炭素粉末の平均粒子径、粘性材料における炭化ケイ素粉末の体積比および炭化ケイ素粉末と炭素粉末との合計質量比は表1に示す通りである。
平均粒子径が0.8μmの炭化ケイ素粉末と平均粒子径が0.4μmの炭素粉末(カーボンブラック)とを、質量比で10:3(=SiC:C)となるように混合した。この混合粉末を適当量の有機バインダと共に混合した後、溶媒中に分散させてスラリーを調製した。このスラリーを圧力鋳込み成形機を用いて成形型内に加圧しながら充填した。このようにして、2個のSiC−C複合成形体(圧粉体)を作製した。
実施例1と同様に作製した2個のSiC−C複合成形体を不活性ガス雰囲気中にて600℃の温度で加熱・保持し、有機バインダを除去した。脱脂後の成形体を1×10-1Paの減圧雰囲気中にて1450℃の温度に加熱し、この加熱状態を維持した成形体に溶融シリコンを含浸した。溶融シリコンの含浸工程で成形体を反応焼結(SiCの生成並びにSi相による緻密化)させることによって、2個のSiC−Si複合焼結体を作製した。
被接合部材としてSiC−C複合成形体、SiC−Si複合焼結体、粉末焼結法によるSiC焼結体、Si3N4焼結体を用意した。これらを表2に示す組合せに基づいて接合してセラミックス接合部材を作製した。接合工程は実施例1、2と同様にして実施した。接合に使用した粘性材料は表2に示す通りである。表3に接合部の構成を示す。各セラミックス接合部材の接合部はいずれもSiC粒子の隙間にSi相が網目状に連続して存在する組織を有していた。各セラミックス接合部材を後述する特性評価に供した。
実施例2と同様に作製した2個のSiC−Si複合焼結体の間にシリコン箔を挟み、これらを治具で固定した後に、シリコン箔が溶ける温度まで加熱して接合した。このようにして得たセラミックス接合部材を後述する特性評価に供した。
実施例1と同様に作製した2個のSiC−C複合成形体の接合面に、炭化ケイ素粉末や炭素粉末等を溶媒中に分散させたスラリーを塗布して接着し、これらを治具で固定した後に、実施例1と同様にして溶融シリコンを含浸した。このようにして得たセラミックス接合部材を後述する特性評価に供した。
実施例2と同様にしてSiC−Si複合焼結体を作製し、これに補修部を形成するための切り欠き部を形成した。切り欠き部の大きさは20mmとした。このSiC−Si複合焼結体の切り欠き部に、表1の粘性材料2を塗布して充填した後、室温硬化型樹脂組成物を硬化させた。このSiC−Si複合焼結体を不活性雰囲気中にて1000℃の温度に加熱して、室温硬化型樹脂組成物の硬化物を炭化した。この炭化処理で粘性材料の固化体は多孔質体となる。多孔質体の平均気孔径は0.5〜2.0μmであった。この後、SiC−Si複合焼結体を1Pa以下の減圧雰囲気中にて1450℃の温度に加熱しながら、補修部を構成する多孔質体に溶融シリコンを含浸した。
被補修部材としてSiC−Si複合焼結体、SiC−C複合成形体、および粉末焼結法によるSiC焼結体を用意した。これらを表4に示す組合せに基づいて補修してセラミックス補修部材を作製した。補修工程は実施例11と同様にして実施した。補修に使用した粘性材料は表4に示す通りである。各セラミックス補修部材の強度を測定した結果を表5に示す。表5には補修部の構成を併せて示す。
Claims (14)
- 水素と酸化剤ガスとを用いて発電する発電部と、
水蒸気を電気分解して水素を生成する電解部と、
前記電気分解により生成された水素を貯蔵し、当該水素を前記発電時に前記発電部に供給する水素貯蔵部と、
前記発電に伴って発生する第1の熱を貯蔵し、当該第1の熱を前記電気分解時に前記電解部に供給する高温蓄熱部と、
前記高温蓄熱部で熱交換され、前記高温蓄熱部に貯蔵する前記第1の熱の温度より低温の第2の熱を貯蔵し、当該第2の熱で前記電解部に供給される前記水蒸気を発生させる低温蓄熱部と
を具備することを特徴とする水素電力貯蔵システム。 - 請求項1記載の水素電力貯蔵システムにおいて、
前記発電部および前記電解部は、固体酸化物電解質を備え、燃料電池と水蒸気電解セルとを兼ねる固体電解質燃料電池からなり、前記発電部と前記電解部の各運転モードを時間的に切り替えて運転可能に構成されていることを特徴とする水素電力貯蔵システム。 - 請求項1記載の水素電力貯蔵システムにおいて、
前記発電部は固体酸化物電解質を備える固体電解質燃料電池からなり、前記電解部は固体酸化物電解質を備え、前記固体電解質燃料電池とは別個の水蒸気電解セルからなることを特徴とする水素電力貯蔵システム。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項記載の水素電力貯蔵システムにおいて、
前記高温蓄熱部および前記低温蓄熱部の少なくとも一方は、複数のカプセルと、前記複数のカプセル内に封入され、蓄熱するときに溶融すると共に放熱するときに凝固する融点を有する蓄熱材と、前記複数のカプセルが収容され、前記カプセルの周りを流れる熱媒流体の流路を形成する蓄熱器容器とを具備することを特徴とする水素電力貯蔵システム。 - 請求項4記載の水素電力貯蔵システムにおいて、
前記カプセルは、炭化ケイ素焼結体、炭化ケイ素−シリコン複合焼結体、炭化ケイ素基長繊維複合材料、炭化ホウ素焼結体、窒化ケイ素焼結体、窒化ホウ素焼結体、および黒鉛から選ばれる少なくとも1種からなることを特徴とする水素電力貯蔵システム。 - 請求項4または請求項5記載の水素電力貯蔵システムにおいて、
前記カプセルは、少なくとも一方が容器形状を有する第1のセラミックス部材および第2のセラミックス部材を有し、前記第1のセラミックス部材と前記第2のセラミックス部材とは、それらの間に前記蓄熱材が挿入された状態で、セラミック前駆体を焼成してなるセラミックス層、カーボン接着剤を焼成してなるカーボン層、またはシリコンろう材を焼成してなるシリコン層からなる接合層を介して接合されていることを特徴とする水素電力貯蔵システム。 - 請求項4または請求項5記載の水素電力貯蔵システムにおいて、
前記カプセルは、少なくとも一方が容器形状を有する第1のセラミックス部材および第2のセラミックス部材を有し、前記第1のセラミックス部材と前記第2のセラミックス部材とは、それらの間に前記蓄熱材が挿入された状態で、炭化ケイ素−シリコン複合体からなる接合層を介して接合されており、前記炭化ケイ素−シリコン複合体は炭化ケイ素粒子と前記炭化ケイ素粒子の隙間に連続的に存在するシリコン相とを有することを特徴とする水素電力貯蔵システム。 - 請求項7記載の水素電力貯蔵システムにおいて、
前記接合層を構成する前記炭化ケイ素−シリコン複合体は、第1の炭化ケイ素粒子と炭素とを有する多孔質体に溶融シリコンを含浸し、前記炭素を前記溶融シリコンと反応させて第2の炭化ケイ素粒子を生成すると共に、前記溶融シリコンの一部を前記シリコン相として残存させることにより形成されることを特徴とする水素電力貯蔵システム。 - 請求項8記載の水素電力貯蔵システムにおいて、
前記多孔質体は、前記第1のセラミックス部材と前記第2のセラミックス部材との間に配置された、平均粒子径が0.5〜5μmの範囲の炭化ケイ素粉末と平均粒子径が0.3〜3μmの範囲の炭素粉末と室温硬化型樹脂およびその硬化剤とを含有する粘性材料を、前記室温硬化型樹脂を室温下で硬化させて固化体とした後に、前記固化体に熱処理を施して前記室温硬化型樹脂の硬化物を炭化することにより形成されることを特徴とする水素電力貯蔵システム。 - 請求項9記載の水素電力貯蔵システムにおいて、
前記粘性材料中の全粉末成分に対する前記炭化ケイ素粉末の体積比が18〜60%の範囲であり、かつ前記炭化ケイ素粉末と前記炭素粉末との合計質量比が前記粘性材料全体の29〜55%の範囲であることを特徴とする水素電力貯蔵システム。 - 請求項1ないし請求項10のいずれか1項記載の水素電力貯蔵システムにおいて、
前記高温蓄熱部は、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、および水素化リチウムから選ばれる少なくとも1種からなる蓄熱材を備えることを特徴とする水素電力貯蔵システム。 - 請求項1ないし請求項11のいずれか1項記載の水素電力貯蔵システムにおいて、
前記低温蓄熱部は、キシリトール、エリスリトール、マンニトール、ソルビトール、アルジトール、および尿素から選ばれる少なくとも1種からなる蓄熱材を備えることを特徴とする水素電力貯蔵システム。 - 請求項1ないし請求項11のいずれか1項記載の水素電力貯蔵システムにおいて、
前記低温蓄熱部は、塩化アルミニウム、塩化鉄、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸リチウム、硝酸ナトリウム、および硝酸カリウムから選ばれる少なくとも1種からなる蓄熱材を備えることを特徴とする水素電力貯蔵システム。 - 水素と酸化剤ガスとを用いて発電する発電工程と、
水蒸気を電気分解して水素を生成する電解工程と、
前記電解工程で生成された水素を、前記発電工程に供給するために貯蔵する水素貯蔵工程と、
前記発電に伴って発生する第1の熱を、前記電解工程に供給するために貯蔵する第1の蓄熱工程と、
前記第1の蓄熱工程で熱交換され、前記第1の蓄熱工程で貯蔵する前記第1の熱の温度より低温の第2の熱を、前記電解工程に供給される前記水蒸気を発生させるために貯蔵する第2の蓄熱工程と
を具備することを特徴とする水素電力貯蔵方法。
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