JP6620236B2 - 反応器スタック(hte)又は燃料電池(sofc)のステージとして組み込まれた交換器を用いる高温での水の(共)電気分解(soec)又は発電のための方法 - Google Patents
反応器スタック(hte)又は燃料電池(sofc)のステージとして組み込まれた交換器を用いる高温での水の(共)電気分解(soec)又は発電のための方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6620236B2 JP6620236B2 JP2018521695A JP2018521695A JP6620236B2 JP 6620236 B2 JP6620236 B2 JP 6620236B2 JP 2018521695 A JP2018521695 A JP 2018521695A JP 2018521695 A JP2018521695 A JP 2018521695A JP 6620236 B2 JP6620236 B2 JP 6620236B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- port
- metal sheet
- gas
- electrolysis
- high 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
Links
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 title claims description 121
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 75
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 36
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 23
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 239
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 239
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 172
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 57
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 56
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 50
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims description 49
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 40
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 37
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 35
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 27
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 25
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 23
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 22
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 19
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 17
- 210000002105 tongue Anatomy 0.000 claims description 15
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 12
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- -1 for example Substances 0.000 claims description 7
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 4
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 claims description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 21
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 21
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 9
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 4
- 210000001520 comb Anatomy 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 239000010416 ion conductor Substances 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000018459 dissociative disease Diseases 0.000 description 1
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000011532 electronic conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000006057 reforming reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/02—Process control or regulation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
- C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
- C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
- C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04701—Temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
- H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
-
- 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
- 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
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- 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
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、固体酸化物形燃料電池(SOFC)の分野、及び同じく固体酸化物を用いる水の高温電気分解(HTE又はHTSE、高温蒸気電気分解(High Temperature Steam Electrolysis)の頭字語)の分野(SOEC、固体酸化物形電気分解セル(Solid Oxide Electrolysis Cell)の頭字語)に関する。
水の電気分解は、以下の反応:
H2O→H2 + 1/2 O2
により電流を用いて、水を気体の酸素分子(dioxygen)及び水素分子(dihydrogen)へと分解する電解反応である。
2 H2O + 4 e- → 2 H2 + 2 O2-。
2 O2- → O2+ 4 e-。
A/スタックにおける2つの隣接するインターコネクター間の良好な電気絶縁(さもなくば、該2つのインターコネクター間に挿入された個別電気化学的セルが、短絡することとなる)、
B/2つの別個のコンパートメント、すなわちアノード及びカソードコンパートメント間の良好な耐漏性(さもなくば、生成したガスが再結合してしまい、出力低下、及び、特に、電解装置に損傷を与えるホットスポットの出現もたらすこととなる)、
C/入口で、及び生成したガスの回収時の双方でのガスの良好な分配(さもなくば、出力の低下、異なる個別セル内での圧力の不均一性、及び温度の不均一性、又はさらには許容し得ないセルの劣化が生じることとなる)
が必要とされる。
−印加電圧UimpがΔH/2Fと等しい「自己熱」モード。解離反応によって消費される熱が、電解装置の種々の電気抵抗によって完全に補われる(不可逆性)。電解装置は、特定の熱管理を何ら必要としないと同時に、温度安定的であり続ける。
−印加電圧UimpがΔH/2F未満である「吸熱」モード。電解装置は、そこでの電気損失よりも多くの熱を消費する。従って、この必要とされる熱は、別の手段によってそれに供給されなければならない。さもなければ、その温度は、回復不可能なほど低下してしまうこととなる。
−印加電圧UimpがΔH/2Fを超える「発熱」モード。この場合、電気分解は、ジュール効果による電気損失よりも少ない熱を消費する。この場合、電解装置内のこの熱の放出は、別の手段によって放出されなければならない。さもなければ、その温度は、許容できないほど上昇してしまう。
−内部改質、即ち、アノードの触媒活性のおかげで可能な、式CH4+H2O→3H2+COによるメタンと水との混合物の変換をセル内で直接行うこと、
−燃料の使用のレベルを低下させること、
−空気流速を増加させること
にある。
この目的のために、本発明は、第1の選択肢において、異なるステージの2つのグループの交互スタックを備える高温電気分解反応器であって:
−電気化学的ステージと呼ばれる複数のステージのグループであって、該電気化学的ステージの各々が、カソード、アノード、及び該カソードと該アノードとの間に挿入された電解質から形成される、SOEC固体酸化物タイプの個別電気分解セルと、各々が電気及び流体相互接続をもたらすのに適しており、該個別セルの両側に配置された2つのインターコネクターとからなる、前記複数のステージのグループと、
−ガスが通過するのを可能とする少なくとも1つの電気的接触要素と、各々が電気及び流体相互接続をもたらすのに適しており、該接触要素の両側に配置された2つのインターコネクターとからなる熱調整ステージと呼ばれる少なくとも1つのステージのグループと
を備え、
該電気化学的ステージ及び該熱的ステージのインターコネクターが:
・該スタックを通じて、蒸気、又は蒸気H2Oと二酸化炭素CO2との混合物、排出用ガス、例えば、空気、及び熱交換ガスを流通させること、
・該セルの該カソードで生成する水素H2又は生成する合成ガス(一酸化炭素COと水素H2との混合物)を回収すること、該セルの該アノードで生成する酸素O2を回収すること、及び、適切な場合には、該要素の出口で該排出用ガス及び該熱交換ガスを回収すること
の双方に適しており、
該インターコネクターのうちの該電気化学的ステージ用に意図されたものは、蒸気、又は該蒸気H2Oと二酸化炭素CO2との混合物を該セルの該カソードへ分配すること、及び該排出用ガスを該セルの該アノードに分配することの双方にも適しており、
一方で、該インターコネクターのうちの該熱調整ステージ用に意図されたものは、ガスが通過するのを可能とする該電気的接触要素に該熱交換ガスのみを分配することに適している、前記高温電気分解反応器に関する。
−電気化学的ステージと呼ばれる複数のステージのグループであって、該電気化学的ステージの各々が、カソード、アノード、及び該カソードと該アノードとの間に挿入された電解質から形成される、SOFC固体酸化物タイプの個別電気化学的セルと、各々が電気及び流体相互接続をもたらすのに適しており、かつ該個別セルの両側に配置された2つのインターコネクターとからなる、前記複数のステージのグループと、
−ガスが通過するのを可能とする少なくとも1つの電気的接触要素と、各々が電気及び流体相互接続をもたらすのに適しており、該接触要素の両側に配置された2つのインターコネクターとからなる熱調整ステージと呼ばれる少なくとも1つのステージのグループと
を備え、
該電気化学的ステージ及び該熱的ステージのインターコネクターが:
・該スタックを通じて、燃料、酸化剤、例えば、空気、及び熱交換ガスを流通させること、
・該セルの該アノードで余剰燃料及び生成する水を回収すること、該セルの該カソードで余剰酸化剤を回収すること、及び該要素の出口で熱交換ガスを回収すること
の双方に適しており、
該インターコネクターのうちの該電気化学的ステージ用に意図されたものは、該燃料を該セルの該アノードに分配すること及び該酸化剤を該セルの該アノードに分配することの双方にも適しており、
一方で、該インターコネクターのうちの該熱調整ステージ用に意図されたものは、ガスが通過するのを可能とする該電気的接触要素に該熱交換ガスのみを分配することに適している、前記高温燃料電池に関する。
該装置において:
−中央金属シート及び該端部金属シートのうちの第1の端部金属シートと呼ばれる一方の一部には孔が開けられていないのに対し、第2の端部金属シートと呼ばれる他方の端部金属シートの中央部には孔が開けられており、
−該3枚の平らな金属シートの各々には、それらの中央部の周辺において、6つのポートで孔が開けられており、各々の金属シートの該第1〜第4のポートは、該金属シートの軸のうちの一方Xに沿って該中央部の長さの一部に対応する長さにわたって伸びており、かつ該軸Xの両側に対をなして分布しているのに対し、該第5及び第6のポートは、該軸のうちの他方Yに沿って該中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって伸びており、
−該第1の端部金属シートは、その第1〜第4のポートの内側で、該軸Xの両側に対称的に配置され、かつ該軸Xに沿って、該中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって伸びている第7及び第8のポートも備え、
−該第2の端部金属シートは、それぞれが、その第5のポート及びその第6のポートの内側で、該軸Yの両側に対称的に配置され、かつ該軸Yに沿って、該中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって伸びている第7及び第8のポートも備え、かつ
−該中央金属シートの該第1、第3、第5、及び第6のポートは、それぞれ、各々の端部金属シートの該第1、第3、第5、及び第6のポートと比較して幅広であるのに対し、該3枚の金属シートの該第2及び第4のポートは、互いに実質的に同一寸法のものであり、
−該中央金属シートの該幅広ポートは全て、それらの幅広部分において、互いに離間し、櫛を形成する金属シートの舌を備え、幅広スリットの縁部と舌との間又は2つの連続した舌の間に画定されるスリットの各々が、該第1又は第2の端部金属シートの内側ポートのうちの1つの上へ開口しており、
−該3枚の金属シートが:
・該金属シートの舌が、第1の端部金属シートと第2の端部金属シートとの間、それぞれ、該第1の端部金属シートの該第1のポートと該第7のポートとの間、該第1の端部金属シートの該第3のポートと該第8のポートとの間、該第2の端部金属シートの該第5のポートと該第7のポートとの間、及び該第2の端部金属シートの該第6のポートと該第8のポートとの間にスペーサーを形成し、
・該3枚の金属シートのうちの1枚の該第1〜第6のポートの各々が、それぞれ、他の2枚の金属シートの対応する第1〜第6のポートのうちの1つと個別に流体連通し、
・該第1の端部金属シートの該第1の又はその代わりに該第2のポートが、該中央金属シートの該第1の幅広ポートの該スリットを介して、該第1の端部金属シートの該第7のポートと流体連通し、
・該第1の端部金属シートの該第3のポート又はその代わりに該第4のポートが、該中央金属シートの該第3の幅広ポートの該スリットを介して、該第1の端部金属シートの該第8のポートと流体連通し、
・該第2の端部金属シートの該第5及び第7のポートが、該中央金属シートの該第5の幅広ポートの該スリットを介して流体連通し、
・該第2の端部金属シートの該第6及び第8のポートが、該中央金属シートの該第6の幅広ポートの該スリットを介して流体連通する
ように一緒に積層され組み立てられている。
−電気化学的ステージ用に意図されたインターコネクターにおいて、インターコネクターの中央金属シートを、隣接するインターコネクターのそれと比べて上下逆にすること;
−熱調整ステージ用に意図されたインターコネクターにおいて、排出用ガス又は酸化剤のいずれかの供給及び回収のためのポートを取り除くことは十分である。従って、より低いコストで、インターコネクターの全てが、同じ設計の3枚の平らな金属シートを用いて製造されたスタックが得られる。
−スタックの中央の実質的に断熱的な反応ゾーンを標的とする可能性のためのスタックの熱の調整/管理、
−電気化学的ステージを予熱又は冷却するために、熱交換ガスをセルへの供給ガスH2/H2Oと直列に連結すること、
−熱調整ステージに関する設計の低コスト改良(これらの改良が、電気的接触要素、例えば金属格子での固体酸化物セルの置き換えからなるため)、及び酸化剤ガスの供給及び回収のためのポートの孔を開けないことのみを意図するインターコネクターに関する設計の低コスト改良、並びに、従って、厚い板を用いるか、又は熱交換ガスを流通させるための特定の管を用いるインターコネクターを製造するという制約の非存在、
−最新式の解決手段のアセンブリーと比べて、より安価なインターコネクターのアセンブリーの製造(生産手段、生産及びフィッティング範囲が、積層され組み立てられた平らな金属シートを備えるインターコネクターの全てについて同一であるため)
に言及し得る。
−蒸気(EH2(1))又は蒸気H2Oと二酸化炭素CO2との混合物が、燃料として前記電気化学的ステージのインターコネクターから供給され、かつそれが、前記セルの前記カソードに分配され、その後、生成する水素H2(SH2(1))又は合成ガス(一酸化炭素COと水素H2との混合物)が、該カソードの出口で回収され、
−排出用ガス、例えば、空気(E(O2))が、該電気化学的ステージの該インターコネクターから供給され、かつそれが、該セルの前記アノードに分配され、その後、生成する酸素O2、及び適切な場合には、該排出用ガス(S(O2))が、該アノードの出口で回収され、
−熱交換ガス(EH2(2))が、前記熱調整ステージの前記インターコネクターから供給され、かつそれが、前記電気的接触要素に分配され、その後、それが、該要素の出口で回収される、前記方法である。
−前記燃料(EH2(1))が、前記電気化学的ステージの前記インターコネクターから供給され、かつそれが、前記セルの前記アノードに分配され、その後、前記余剰燃料及び生成する水(SH2(1))が、該アノードの出口で回収され、
−前記酸化剤、例えば、空気(E(O2))が、該電気化学的ステージの該インターコネクターから供給され、かつそれが、該セルの前記カソードに分配され、その後、前記余剰酸化剤(S(O2))が、該カソードの出口で回収され、
−熱交換ガス(EH2(2))が、前記熱調整ステージの前記インターコネクターから供給され、かつそれが、前記電気的接触要素に分配され、その後、それが、該要素の出口で回収される、前記方法である。
本発明の別の有利な点及び特徴は、以下の図面に関連してなされる本発明の例示的な実施態様の非限定的かつ例示的な詳細な説明を読むことにより、よりはっきりと明らかとなろう。
−EH2(1):電気分解セルC1、C2に供給される「燃料」としての蒸気の、スタックを通じた流通を示す;
−SH2(1):電気分解セルC1、C2により生成される水素の、スタックを通じた流通を示す;
−EH2(2):熱調整ステージに供給される熱交換ガスの、スタックを通じた流通を示す;
−SH2(2):熱調整ステージの出口での熱交換ガスの、スタックを通じた流通を示す;
−E(O2):電気分解セルC1、C2に供給される排出用ガスの、スタックを通じた流通を示す;
−S(O2):電気分解セルC1、C2で生成する酸素の、スタックを通じた流通を示す。
−蒸気EH2(1)が、燃料として、電気化学的ステージのインターコネクター5.1、5.2から供給され、かつ、それが、電気分解セルC1、C2のカソードへ分配され、その後、生成する水素H2 SH2(1)が、カソード2.1、2.2の出口で回収される、
−排出用ガス、例えば、空気E(O2)が、電気化学的ステージのインターコネクター5.1、5.2から供給され、かつ、それが、セルのアノード4.1、4.2に分配され、その後、生成する酸素O2、及び適切な場合には、排出用ガスS(O2)が、アノードの出口で回収される、
−熱交換ガスEH2(2)が、熱調整ステージのインターコネクター5.2、5.3から供給され、かつ、それが、電気的接触要素14に分配され、その後、それは、これらの要素14の出口SH2(2)で回収される。
−「燃料」としての蒸気H2Oの供給、蒸気及びセルC1で生成する水素の流通、生成する水素の回収、並びにそれに加え電気分解反応器のスタック内で生成する酸素O2の供給及び回収、
−熱交換ガスの供給、金属格子14での該熱交換ガスの流通、及びそれに加え電気分解反応器のスタック内で金属格子14を超えて流通した熱交換ガスの回収、
の双方を提供することを可能とする、本発明による電気化学的ステージのインターコネクター5.1又は5.2の分解図を示す。
・3枚の金属シートのうちの1枚の第1〜第6のポート61〜66の各々が、それぞれ、他の2枚の金属シート7、8の対応する第1〜第6のポート71〜76及び81〜86のうちの1つと、個別に流体連通し、
・第1の端部金属シート6の第1のポート61が、中央金属シート7の第1のポート71を介して第1の端部金属シート6の第7のポート67と流体連通し、
・第1の端部金属シート6の第3のポート63が、中央金属シート7の第3のポート73を介して第1の端部金属シート6の第8のポート68と流体連通し、
・第2の端部金属シート8の第5のポート85及び第7のポート87が、中央金属シート7の第5のポート75を介して流体連通し、
・第2の端部金属シート8の第6のポート86及び第8のポート88が、中央金属シート7の第6のポート76を介して流体連通する
ように行われる。
・3枚の金属シートのうちの1枚の第1〜第6のポート61〜66の各々が、それぞれ、2つの他の金属シート7、8の対応する第1〜第6のポート71〜76及び81〜86のうちの1つと個別に流体連通し、
・第1の端部金属シート6の第2のポート62が、中央金属シート7の第3のポート73を介して、第1の端部金属シート6の第7のポート67と流体連通し、
・第1の端部金属シート6の第4のポート64が、中央金属シート7の第1のポート71を介して、第1の端部金属シート6の第8のポート68と流体連通し、
・第2の端部金属シート8の第5のポート85及び第7のポート87が、中央金属シート7の第5のポート75を介して流体連通し、
・第2の端部金属シート8の第6のポート86及び第8のポート88が、中央金属シート7の第6のポート76を介して流体連通する
ように一緒に積層され組み立てられる。
本件出願は、以下の構成の発明を提供する。
(構成1)
異なるステージの2つのグループの交互スタックを備える高温電気分解(HTE)反応器であって:
−電気化学的ステージと呼ばれる複数のステージのグループであって、該電気化学的ステージの各々が、カソード(2.1、2.2、…)、アノード(4.1、4.2、…)、及び該カソードと該アノードとの間に挿入された電解質(3.1、3.2…)から形成される、SOEC固体酸化物タイプの個別電気分解セル(C1、C2、C3)と、各々が電気及び流体相互接続に適しており、該個別セル(C1、C2)の両側に配置された2つのインターコネクター(5.1、5.2)とからなる、前記複数のステージのグループと、
−ガスが通過するのを可能とする少なくとも1つの電気的接触要素(14)と、各々が電気及び流体相互接続に適しており、該接触要素の両側に配置された2つのインターコネクター(5.2、5.3)とからなる熱調整ステージと呼ばれる少なくとも1つのステージのグループとを備え、
該電気化学的ステージ及び該熱的ステージのインターコネクターが:
・該スタックを通じて、蒸気(EH 2 (1))、又は蒸気H 2 Oと二酸化炭素CO 2 との混合物、排出用ガス、例えば、空気(E(O 2 ))、及び熱交換ガス(EH 2 (2))を流通させること、
・該セルの該カソードで生成する水素H 2 (SH 2 (1))又は生成する合成ガス(一酸化炭素COと水素H 2 との混合物)を回収すること、該セルの該アノードで生成する酸素O 2 (S(O 2 ))を回収すること、及び、適切な場合には、該要素(14)の出口で該排出用ガス及び該熱交換ガス(SH 2 (2))を回収すること
の双方に適しており、
該インターコネクターのうちの該電気化学的ステージ用に意図されたものは、蒸気(EH 2 (1))又は該蒸気H 2 Oと二酸化炭素CO 2 との混合物を該セルの該カソードへ分配すること、及び該排出用ガス(E(O 2 ))を該セルの該アノードに分配することの双方にも適しており、
一方で、該インターコネクターのうちの該熱調整ステージ用に意図されたものは、ガスが通過するのを可能とする該電気的接触要素(14)に該熱交換ガスのみを分配することに適している、前記高温電気分解(HTE)反応器。
(構成2)
異なるステージの2つのグループの交互スタックを備える高温燃料電池(SOFC)であって:
−電気化学的ステージと呼ばれる複数のステージのグループであって、該電気化学的ステージの各々が、カソード(2.1、2.2、…)、アノード(4.1、4.2、…)、及び該カソードと該アノードとの間に挿入された電解質(3.1、3.2…)から形成される、SOFC固体酸化物タイプの個別電気化学的セル(C1、C2、C3)と、各々が電気及び流体相互接続に適しており、かつ該個別セル(C1、C2)の両側に配置された2つのインターコネクター(5.1、5.2)とからなる、前記複数のステージのグループと、
−ガスが通過するのを可能とする少なくとも1つの電気的接触要素(14)と、各々が電気及び流体相互接続に適しており、該接触要素の両側に配置された2つのインターコネクター(5.2、5.3)とからなる熱調整ステージと呼ばれる少なくとも1つのステージのグループとを備え、
該電気化学的ステージ及び該熱的ステージのインターコネクターが:
・該スタックを通じて、燃料(EH 2 (1))、酸化剤、例えば、空気(E(O 2 ))、及び熱交換ガス(EH 2 (2))を流通させること、
・該セルの該アノードで余剰燃料及び生成する水(SH 2 (1))を回収すること、該セルの該カソードで余剰酸化剤(S(O 2 ))を回収すること、及び該要素(14)の出口で熱交換ガス(SH 2 (2))を回収すること
の双方に適しており、
該インターコネクターのうちの該電気化学的ステージ用に意図されたものは、該燃料(EH 2 (1))を該セルの該アノードに分配すること及び該酸化剤(E(O 2 ))を該セルの該アノードに分配することの双方にも適しており、
一方で、該インターコネクターのうちの該熱調整ステージ用に意図されたものは、ガスが通過するのを可能とする該電気的接触要素(14)に該熱交換ガスのみを分配することに適している、前記高温燃料電池(SOFC)。
(構成3)
ガスが通過するのを可能とする前記電気的接触要素が、金属格子である、構成1又は2記載の高温電気分解(HTE)反応器又は高温燃料電池(SOFC)。
(構成4)
前記電気化学的ステージのインターコネクターの各々が、互いに直交する2つの対称軸(X、Y)に沿って伸びた3枚の平らな金属シート(6、7、8)からなる装置からなり、端部金属シートのうちの一方が、個別セル(C2)のカソード(2)の平面と機械的に接触することが意図され、かつ該端部金属シートのうちの他方が、隣接する個別セル(C1)のアノード(4)の平面と機械的に接触することが意図され、
該装置において:
−中央金属シート(7)及び該端部金属シートのうちの第1の端部金属シート(6)と呼ばれる一方の金属シートの中央部(60、70)には孔が開けられていないのに対し、第2の端部金属シート(8)と呼ばれる他方の端部金属シートの中央部(8)には孔が開けられており(80)、
−該3枚の平らな金属シート(6、7、8)の各々には、それらの中央部の周辺において、6つのポート(61、62、63、64、65、66;71、72、73、74、75、76;81、82、83、84、85、86)で孔が開けられており、各々の金属シートの該第1〜第4のポート(61〜64;71〜74;81〜84)は、該金属シートの軸のうちの一方Xに沿って該中央部の長さの一部に対応する長さにわたって伸びており、かつ該軸Xの両側に対をなして分布しているのに対し、該第5及び第6のポート(65、75、85;66、76、86)は、該軸のうちの他方Yに沿って該中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって伸びており、
−該第1の端部金属シート(6)は、その第1〜第4のポート(61、62、63、64)の内側で、該軸Xの両側に対称的に配置され、かつ該軸Xに沿って、該中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって伸びている第7のポート(67)及び第8のポート(68)も備え、
−該第2の端部金属シート(8)は、それぞれが、その第5のポート(85)及びその第6のポート(86)の内側で、該軸Yの両側に対称的に配置され、かつ該軸Yに沿って、該中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって伸びている第7のポート(87)及び第8のポート(88)も備え、かつ
−該中央金属シート(7)の該第1のポート(71)、第3のポート(73)、第5のポート(75)、及び第6のポートは、それぞれ、各々の端部金属シートの該第1のポート(61、81)、第3のポート(63、83)、第5のポート(65、85)、及び第6のポート(66、86)と比較して幅広であるのに対し、該3枚の金属シートの該第2のポート(62、72、82)及び第4のポート(64、74、84)は、互いに実質的に同一寸法のものであり、
−該中央金属シート(7)の該幅広ポート(71、73、75、76)は全て、それらの幅広部分において、互いに離間し、櫛を形成する金属シートの舌を備え、幅広スリット(71、73、75、76)の縁部と舌との間又は2つの連続した舌の間に画定されるスリットの各々が、該第1の端部金属シート(6)又は該第2の端部金属シート(8)の内側ポートのうちの1つの上へ開口しており、
−該3枚の金属シート(6、7、8)が:
・該金属シートの舌が、第1の端部金属シート(6)と第2の端部金属シート(8)との間、それぞれ、該第1の端部金属シート(6)の該第1のポート(61)と該第7のポート(67)との間、該第1の端部金属シート(6)の該第3のポート(63)と該第8のポート(68)との間、該第2の端部金属シート(8)の該第5のポート(85)と該第7のポート(87)との間、及び該第2の端部金属シート(8)の該第6のポート(86)と該第8のポート(88)との間にスペーサーを形成し、
・該3枚の金属シートのうちの1枚の第1〜第6のポート(61〜66)の各々が、それぞれ、他の2枚の金属シートの対応する第1〜第6のポート(71〜76;81〜86)のうちの1つと個別に流体連通し、
・該第1の端部金属シート(6)の該第1のポート(61)又はその代わりに該第2のポート(62)が、該中央金属シート(7)の該第1の幅広ポート(71)の該スリットを介して、該第1の端部金属シート(6)の該第7のポート(66)と流体連通し、
・該第1の端部金属シート(6)の該第3のポート(63)又はその代わりに該第4のポート(64)が、該中央金属シート(7)の該第3の幅広ポート(73)の該スリットを介して、該第1の端部金属シート(6)の該第8のポート(68)と流体連通し、
・該第2の端部金属シート(8)の該第5のポート(85)及び該第7のポート(87)が、該中央金属シート(7)の該第5の幅広ポート(75)の該スリットを介して流体連通し、
・該第2の端部金属シート(8)の該第6のポート(86)及び該第8のポート(88)が、該中央金属シート(7)の該第6の幅広ポート(76)の該スリットを介して流体連通する
ように、一緒に積層され組み立てられている、構成1〜3のいずれか1項記載の高温電気分解(HTE)反応器又は高温燃料電池(SOFC)。
(構成5)
前記熱調整ステージの前記2つのインターコネクターのうちの少なくとも一方が、前記電気化学的ステージのインターコネクターとしての前記3枚の金属シートから構成されるが、前記第2の端部金属シート(8)の前記第7のポート(87)及び前記第8のポート(88)は含まない、構成4記載の高温電気分解(HTE)反応器又は高温燃料電池(SOFC)。
(構成6)
同じ電気化学的ステージ(5.1、5.2)の前記2つのインターコネクターの各々が、3つの同一の平らな金属シート(6、7、8)から構成されるが、該インターコネクターのうちの一方の前記中央金属シートが、該インターコネクターのうちの他方の前記中央金属シートと比べて上下逆である、構成4又は5記載の高温電気分解(HTE)反応器又は高温燃料電池(SOFC)。
(構成7)
電気化学的ステージの数とは異なる数の熱調整ステージを備える、構成1〜6のいずれか1項記載の高温電気分解(HTE)反応器又は高温燃料電池(SOFC)。
(構成8)
前記スタックの端部でよりも該スタックの中央部で数が多い熱調整ステージを備える、構成1〜7のいずれか1項記載の高温電気分解(HTE)反応器又は高温燃料電池(SOFC)。
(構成9)
熱調整ステージが、前記スタックの外側からは見えない、構成1〜8のいずれか1項記載の高温電気分解(HTE)反応器又は高温燃料電池(SOFC)。
(構成10)
構成1及び3〜9のいずれか1項記載の反応器において実施される、蒸気H 2 Oの高温電気分解、又は蒸気H 2 O及び二酸化炭素CO 2 の共電気分解のための方法であって:
−蒸気(EH 2 (1))又は蒸気H 2 Oと二酸化炭素CO 2 との混合物が、燃料として前記電気化学的ステージの前記インターコネクター(5.1、5.2)から供給され、かつそれが、前記セルの前記カソードに分配され、その後、生成する水素H 2 (SH 2 (1))又は合成ガス(一酸化炭素COと水素H 2 との混合物)が、該カソードの出口で回収され、
−排出用ガス、例えば、空気(E(O 2 ))が、該電気化学的ステージの該インターコネクター(5.1、5.2)から供給され、かつそれが、該セルの前記アノードに分配され、その後、生成する酸素O 2 、及び適切な場合には、該排出用ガス(S(O 2 ))が、該アノードの出口で回収され、
−熱交換ガス(EH 2 (2))が、前記熱調整ステージの前記インターコネクター(5.2、5.3)から供給され、かつそれが、前記電気的接触要素(14)に分配され、その後、それが、該要素(14)の出口で回収される、前記方法。
(構成11)
前記熱交換ガス(EH 2 (2))が、前記燃料(蒸気H 2 O、もしくは蒸気H 2 Oと水素H 2 との混合物、もしくは蒸気H 2 Oと二酸化炭素CO 2 との混合物)、又は前記排出用ガス、例えば、空気(E(O 2 ))である、構成10記載の蒸気H 2 Oの高温電気分解又は蒸気H 2 O及び二酸化炭素CO 2 の共電気分解のための方法。
(構成12)
構成3〜9のいずれか1項記載の固体酸化物燃料電池(SOFC)において実施される、高温での発電のための方法であって:
−前記燃料(EH 2 (1))が、前記電気化学的ステージの前記インターコネクター(5.1、5.2)から供給され、かつそれが、前記セルの前記アノードに分配され、その後、前記余剰燃料及び生成する水(SH 2 (1))が、該アノードの出口で回収され、
−前記酸化剤、例えば、空気(E(O 2 ))が、該電気化学的ステージの該インターコネクター(5.1、5.2)から供給され、かつそれが、該セルの前記カソードに分配され、その後、前記余剰酸化剤(S(O 2 ))が、該カソードの出口で回収され、
−熱交換ガス(EH 2 (2))が、前記熱調整ステージの前記インターコネクター(5.2、5.3)から供給され、かつそれが、前記電気的接触要素(14)に分配され、その後、それが、該要素(14)の出口で回収される、前記方法。
(構成13)
前記燃料が、水素又はメタン(CH 4 )である、構成12記載の高温での発電のための方法。
(構成14)
前記燃料ガスの供給が、前記熱交換ガスの供給と直列に接続される、構成10又は11記載の蒸気H 2 Oの高温電気分解又は蒸気H 2 O及び二酸化炭素CO 2 の共電気分解のための方法、及び構成13又は12記載の高温での発電のための方法。
(構成15)
前記燃料ガスの供給が、前記熱交換ガスの供給に対して並行流である、構成10、11、及び14のいずれか1項記載の蒸気H 2 Oの高温電気分解又は蒸気H 2 O及び二酸化炭素CO 2 の共電気分解のための方法、及び構成12、13、及び14のいずれか1項記載の高温での発電のための方法。
(構成16)
前記燃料ガスの供給が、前記熱交換ガスの供給に対して対向流である、構成10、11、及び14のいずれか1項記載の蒸気H 2 Oの高温電気分解又は蒸気H 2 O及び二酸化炭素CO 2 の共電気分解のための方法、及び構成12、13、及び14のいずれか1項記載の高温での発電のための方法。
(構成17)
発熱又は吸熱化学反応が、前記熱交換ガスと前記電気的接触要素(14)との間で行われる、構成10、11、及び14〜16のいずれか1項記載の蒸気H 2 Oの高温電気分解又は蒸気H 2 O及び二酸化炭素CO 2 の共電気分解のための方法、及び構成12、13、及び14〜16のいずれか1項記載の高温での発電のための方法。
Claims (21)
- 異なるステージの2つのグループの交互スタックを備える高温電気分解(HTE)反応器であって:
−電気化学的ステージと呼ばれる複数のステージのグループであって、該電気化学的ステージの各々が、カソード(2.1、2.2、…)、アノード(4.1、4.2、…)、及び該カソードと該アノードとの間に挿入された電解質(3.1、3.2…)から形成される、SOEC固体酸化物タイプの個別電気分解セル(C1、C2、C3)と、該個別セル(C1、C2)の両側に配置された電気及び流体相互接続のための2つのインターコネクター(5.1、5.2)とからなる、前記複数のステージのグループと、
−ガスが通過するのを可能とする少なくとも1つの電気的接触要素(14)と、該接触要素の両側に配置された電気及び流体相互接続のための2つのインターコネクター(5.2、5.3)とからなる熱調整ステージと呼ばれる少なくとも1つのステージのグループとを備え、
ここで、該電気化学的ステージのインターコネクター及び該熱的ステージのインターコネクターが:
・該スタックを通じて、蒸気(EH2(1))、又は蒸気H2Oと二酸化炭素CO2との混合物、排出用ガス、例えば、空気(E(O2))、及び熱交換ガス(EH2(2))を流通し、
・該セルの該カソードで生成する水素H2(SH2(1))又は生成する合成ガス(一酸化炭素COと水素H2との混合物)を回収し、該セルの該アノードで生成する酸素O2(S(O2))を回収し、該要素(14)の出口で該排出用ガス及び該熱交換ガス(SH2(2))を回収するのに使用され、
ここで、該インターコネクターのうちの該電気化学的ステージ用に意図されたものは、蒸気(EH2(1))、又は該蒸気H2Oと二酸化炭素CO2との混合物を該セルの該カソードに分配し、及び該排出用ガス(E(O2))を該セルの該アノードに分配し、
一方で、該インターコネクターのうちの該熱調整ステージ用に意図されたものは、ガスが通過するのを可能とする該電気的接触要素(14)に該熱交換ガスのみを分配する、前記高温電気分解(HTE)反応器。 - 異なるステージの2つのグループの交互スタックを備える高温燃料電池(SOFC)であって:
−電気化学的ステージと呼ばれる複数のステージのグループであって、該電気化学的ステージの各々が、カソード(2.1、2.2、…)、アノード(4.1、4.2、…)、及び該カソードと該アノードとの間に挿入された電解質(3.1、3.2…)から形成される、SOFC固体酸化物タイプの個別電気化学的セル(C1、C2、C3)と、該個別セル(C1、C2)の両側に配置された電気及び流体相互接続のための2つのインターコネクター(5.1、5.2)とからなる、前記複数のステージのグループと、
−ガスが通過するのを可能とする少なくとも1つの電気的接触要素(14)と、該接触要素の両側に配置された電気及び流体相互接続のための2つのインターコネクター(5.2、5.3)とからなる熱調整ステージと呼ばれる少なくとも1つのステージのグループとを備え、
ここで、該電気化学的ステージのインターコネクター及び該熱的ステージのインターコネクターが:
・該スタックを通じて、燃料(EH2(1))、酸化剤、例えば、空気(E(O2))、及び熱交換ガス(EH2(2))を流通し、
・該セルの該アノードで余剰燃料及び生成する水(SH2(1))を回収し、該セルの該カソードで余剰酸化剤(S(O2))を回収し、かつ該要素(14)の出口で熱交換ガス(SH2(2))を回収するのに使用され、
ここで、該インターコネクターのうちの該電気化学的ステージ用に意図されたものは、該燃料(EH2(1))を該セルの該アノードに分配し、及び該酸化剤(E(O2))を該セルの該アノードに分配し、
一方で、該インターコネクターのうちの該熱調整ステージ用に意図されたものは、ガスが通過するのを可能とする該電気的接触要素(14)に該熱交換ガスのみを分配する、前記高温燃料電池(SOFC)。 - ガスが通過するのを可能とする前記電気的接触要素が、金属格子である、請求項1又は請求項2記載の高温電気分解(HTE)反応器又は高温燃料電池(SOFC)。
- 前記電気化学的ステージのインターコネクターの各々が、互いに直交する2つの対称軸(X、Y)に沿って伸びた3枚の平らな金属シート(6、7、8)からなる装置からなり、端部金属シートのうちの一方が、個別セル(C2)のカソード(2)の平面と機械的に接触することが意図され、かつ該端部金属シートのうちの他方が、隣接する個別セル(C1)のアノード(4)の平面と機械的に接触することが意図され、
該装置において:
−中央金属シート(7)及び該端部金属シートのうちの第1の端部金属シート(6)と呼ばれる一方の端部金属シートの中央部(60、70)には孔が開けられていないのに対し、第2の端部金属シート(8)と呼ばれる他方の端部金属シートの中央部(8)には孔が開けられており(80)、
−該3枚の平らな金属シート(6、7、8)の各々には、それらの中央部の周辺において、6つのポート(61、62、63、64、65、66; 71、72、73、74、75、76; 81、82、83、84、85、86)で孔が開けられており、各々の金属シートの該第1〜第4のポート(61〜64; 71〜74; 81〜84)は、該金属シートの軸のうちの一方Xに沿って該中央部の長さの一部に対応する長さにわたって伸びており、かつ該軸Xの両側に対をなして分布しているのに対し、該第5及び第6のポート(65、75、85; 66、76、86)は、該軸のうちの他方Yに沿って該中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって伸びており、
−該第1の端部金属シート(6)は、その第1〜第4のポート(61、62、63、64)の内側で、該軸Xの両側に対称的に配置され、かつ該軸Xに沿って、該中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって伸びている第7のポート(67)及び第8のポート(68)も備え、
−該第2の端部金属シート(8)は、それぞれが、その第5のポート(85)及びその第6のポート(86)の内側で、該軸Yの両側に対称的に配置され、かつ該軸Yに沿って、該中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって伸びている第7のポート(87)及び第8のポート(88)も備え、かつ
−該中央金属シート(7)の該第1のポート(71)、第3のポート(73)、第5のポート(75)、及び第6のポートは、それぞれ、各々の端部金属シートの該第1のポート(61、81)、第3のポート(63、83)、第5のポート(65、85)、及び第6のポート(66、86)と比較して幅広であるのに対し、該3枚の金属シートの該第2のポート(62、72、82)及び第4のポート(64、74、84)は、互いに実質的に同一寸法のものであり、
−該中央金属シート(7)の該幅広ポート(71、73、75、76)は全て、それらの幅広部分において、互いに離間し、櫛を形成する金属シートの舌を備え、幅広スリット(71、73、75、76)の縁部と舌との間又は2つの連続した舌の間に画定されるスリットの各々が、該第1の端部金属シート(6)又は該第2の端部金属シート(8)の内側ポートのうちの1つの上へ開口しており、
−該3枚の金属シート(6、7、8)が:
・該金属シートの舌が、第1の端部金属シート(6)と第2の端部金属シート(8)との間、それぞれ、該第1の端部金属シート(6)の該第1のポート(61)と該第7のポート(67)との間、該第1の端部金属シート(6)の該第3のポート(63)と該第8のポート(68)との間、該第2の端部金属シート(8)の該第5のポート(85)と該第7のポート(87)との間、及び該第2の端部金属シート(8)の該第6のポート(86)と該第8のポート(88)との間にスペーサーを形成し、
・該3枚の金属シートのうちの1枚の第1〜第6のポート(61〜66)の各々が、それぞれ、他の2枚の金属シートの対応する第1〜第6のポート(71〜76;81〜86)のうちの1つと個別に流体連通し、
・該第1の端部金属シート(6)の該第1のポート(61)又はその代わりに該第2のポート(62)が、該中央金属シート(7)の該第1の幅広ポート(71)の該スリットを介して、該第1の端部金属シート(6)の該第7のポート(66)と流体連通し、
・該第1の端部金属シート(6)の該第3のポート(63)又はその代わりに該第4のポート(64)が、該中央金属シート(7)の該第3の幅広ポート(73)の該スリットを介して、該第1の端部金属シート(6)の該第8のポート(68)と流体連通し、
・該第2の端部金属シート(8)の該第5のポート(85)及び該第7のポート(87)が、該中央金属シート(7)の該第5の幅広ポート(75)の該スリットを介して流体連通し、
・該第2の端部金属シート(8)の該第6のポート(86)及び該第8のポート(88)が、該中央金属シート(7)の該第6の幅広ポート(76)の該スリットを介して流体連通する
ように、一緒に積層され組み立てられている、請求項1又は請求項2記載の高温電気分解(HTE)反応器又は高温燃料電池(SOFC)。 - 前記熱調整ステージの前記2つのインターコネクターのうちの少なくとも一方が、前記電気化学的ステージのインターコネクターとしての前記3枚の金属シートから構成されるが、前記第2の端部金属シート(8)の前記第7のポート(87)及び前記第8のポート(88)は含まない、請求項4記載の高温電気分解(HTE)反応器又は高温燃料電池(SOFC)。
- 同じ電気化学的ステージ(5.1、5.2)の前記2つのインターコネクターの各々が、3つの同一の平らな金属シート(6、7、8)から構成されるが、該インターコネクターのうちの一方の前記中央金属シートが、該インターコネクターのうちの他方の前記中央金属シートと比べて上下逆である、請求項4記載の高温電気分解(HTE)反応器又は高温燃料電池(SOFC)。
- 電気化学的ステージの数とは異なる数の熱調整ステージを備える、請求項1又は請求項2記載の高温電気分解(HTE)反応器又は高温燃料電池(SOFC)。
- 前記スタックの端部でよりも該スタックの中央部で数が多い熱調整ステージを備える、請求項1又は請求項2記載の高温電気分解(HTE)反応器又は高温燃料電池(SOFC)。
- 熱調整ステージが、前記スタックの外側からは見えない、請求項1又は請求項2記載の高温電気分解(HTE)反応器又は高温燃料電池(SOFC)。
- 請求項1記載の反応器において実施される、蒸気H2Oの高温電気分解、又は蒸気H2O及び二酸化炭素CO2の共電気分解のための方法であって:
−蒸気(EH2(1))又は蒸気H2Oと二酸化炭素CO2との混合物が、燃料として前記電気化学的ステージの前記インターコネクター(5.1、5.2)から供給され、かつそれが、前記セルの前記カソードに分配され、その後、生成する水素H2(SH2(1))又は合成ガス(一酸化炭素COと水素H2との混合物)が、該カソードの出口で回収され、
−排出用ガス、例えば、空気(E(O2))が、該電気化学的ステージの該インターコネクター(5.1、5.2)から供給され、かつそれが、該セルの前記アノードに分配され、その後、生成する酸素O2、及び該排出用ガス(S(O2))が、該アノードの出口で回収され、
−熱交換ガス(EH2(2))が、前記熱調整ステージの前記インターコネクター(5.2、5.3)から供給され、かつそれが、前記電気的接触要素(14)に分配され、その後、それが、該要素(14)の出口で回収される、前記方法。 - 前記熱交換ガス(EH2(2))が、前記燃料(蒸気H2O、もしくは蒸気H2Oと水素H2との混合物、もしくは蒸気H2Oと二酸化炭素CO2との混合物)、又は前記排出用ガス、例えば、空気(E(O2))である、請求項10記載の蒸気H2Oの高温電気分解又は蒸気H2O及び二酸化炭素CO2の共電気分解のための方法。
- 請求項2記載の固体酸化物燃料電池(SOFC)において実施される、高温での発電のための方法であって:
−前記燃料(EH2(1))が、前記電気化学的ステージの前記インターコネクター(5.1、5.2)から供給され、かつそれが、前記セルの前記アノードに分配され、その後、前記余剰燃料及び生成する水(SH2(1))が、該アノードの出口で回収され、
−前記酸化剤、例えば、空気(E(O2))が、該電気化学的ステージの該インターコネクター(5.1、5.2)から供給され、かつそれが、該セルの前記カソードに分配され、その後、前記余剰酸化剤(S(O2))が、該カソードの出口で回収され、
−熱交換ガス(EH2(2))が、前記熱調整ステージの前記インターコネクター(5.2、5.3)から供給され、かつそれが、前記電気的接触要素(14)に分配され、その後、それが、該要素(14)の出口で回収される、前記方法。 - 前記燃料が、水素又はメタン(CH4)である、請求項12記載の高温での発電のための方法。
- 前記燃料ガスの供給が、前記熱交換ガスの供給と直列に接続される、請求項10記載の蒸気H2Oの高温電気分解又は蒸気H2O及び二酸化炭素CO2の共電気分解のための方法。
- 前記燃料ガスの供給が、前記熱交換ガスの供給と直列に接続される、請求項12記載の高温での発電のための方法。
- 前記燃料ガスの供給が、前記熱交換ガスの供給に対して並行流である、請求項10記載の蒸気H2Oの高温電気分解又は蒸気H2O及び二酸化炭素CO2の共電気分解のための方法。
- 前記燃料ガスの供給が、前記熱交換ガスの供給に対して並行流である、請求項12記載の高温での発電のための方法。
- 前記燃料ガスの供給が、前記熱交換ガスの供給に対して対向流である、請求項10記載の蒸気H2Oの高温電気分解又は蒸気H2O及び二酸化炭素CO2の共電気分解のための方法。
- 前記燃料ガスの供給が、前記熱交換ガスの供給に対して対向流である、請求項12記載の高温での発電のための方法。
- 発熱又は吸熱化学反応が、前記熱交換ガスと前記電気的接触要素(14)との間で行われる、請求項10記載の蒸気H2Oの高温電気分解又は蒸気H2O及び二酸化炭素CO2の共電気分解のための方法。
- 発熱又は吸熱化学反応が、前記熱交換ガスと前記電気的接触要素(14)との間で行われる、請求項12記載の高温での発電のための方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1556727 | 2015-07-16 | ||
FR1556727A FR3038916B1 (fr) | 2015-07-16 | 2015-07-16 | Procedes d' (de co) electrolyse de l'eau (soec) ou de production d'electricite a haute temperature a echangeurs integres en tant qu'etages d'un empilement de reacteur (eht) ou d'une pile a combustible (sofc) |
PCT/EP2016/066304 WO2017009238A1 (fr) | 2015-07-16 | 2016-07-08 | Procedes d' (de co) electrolyse de l'eau (soec) ou de production d'electricite a haute temperature a echangeurs integres en tant qu'etages d'un empilement de reacteur (eht) ou d'une pile a combustible (sofc) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018528329A JP2018528329A (ja) | 2018-09-27 |
JP6620236B2 true JP6620236B2 (ja) | 2019-12-11 |
Family
ID=54608682
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018521695A Active JP6620236B2 (ja) | 2015-07-16 | 2016-07-08 | 反応器スタック(hte)又は燃料電池(sofc)のステージとして組み込まれた交換器を用いる高温での水の(共)電気分解(soec)又は発電のための方法 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10597788B2 (ja) |
EP (1) | EP3322839B1 (ja) |
JP (1) | JP6620236B2 (ja) |
CA (1) | CA2992130C (ja) |
DK (1) | DK3322839T3 (ja) |
FR (1) | FR3038916B1 (ja) |
WO (1) | WO2017009238A1 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3040061B1 (fr) * | 2015-08-12 | 2017-09-08 | Commissariat Energie Atomique | Procedes d' (de co-) electrolyse de l'eau (soec) ou de production d'electricite a haute temperature a faibles gradients thermiques au sein respectivement d'un reacteur ou d'une pile a combustible (sofc) |
US11761096B2 (en) | 2018-11-06 | 2023-09-19 | Utility Global, Inc. | Method of producing hydrogen |
US11767600B2 (en) | 2018-11-06 | 2023-09-26 | Utility Global, Inc. | Hydrogen production system |
WO2020123389A1 (en) * | 2018-12-10 | 2020-06-18 | Utility Global, Inc. | Balance of plant for electrochemical reactors |
CN109830732A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-05-31 | 哈尔滨工业大学(深圳) | 一种不对称平板型结构高温固态燃料电池的电堆结构 |
JP2022553873A (ja) * | 2019-11-12 | 2022-12-26 | レドックス パワー システムズ, エルエルシー | 固体酸化物電気化学セルのスタック構造体 |
US11777126B2 (en) | 2019-12-05 | 2023-10-03 | Utility Global, Inc. | Methods of making and using an oxide ion conducting membrane |
JP2023113576A (ja) * | 2022-01-18 | 2023-08-16 | ブルーム エネルギー コーポレイション | Soecシステムの大気動作のためのコンプレッサー統合及び安全な動作始動 |
AT525448B1 (de) * | 2022-06-27 | 2023-04-15 | H2i GreenHydrogen GmbH | Anschlusseinheit für Zellstapel |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4336122A (en) * | 1980-09-08 | 1982-06-22 | Ernst Spirig | Electrolysis apparatus |
US4574112A (en) | 1983-12-23 | 1986-03-04 | United Technologies Corporation | Cooling system for electrochemical fuel cell |
WO2004036677A2 (en) * | 2002-10-14 | 2004-04-29 | Reinz-Dichtungs-Gmbh | Electrochemical system |
WO2004079838A2 (ja) | 2003-03-05 | 2004-09-16 | Sony Corporation | セパレータ、燃料電池装置及び燃料電池装置の温度調整方法 |
US20050064270A1 (en) * | 2003-09-24 | 2005-03-24 | Marianowski Leonard G. | Fuel cell bipolar separator plate |
FR2870388B1 (fr) | 2004-05-12 | 2006-08-25 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Cellule de pile a combustible a electrolyte solide |
IL173539A0 (en) * | 2006-02-05 | 2006-07-05 | Rami Noach | Flow distributor plate |
FR2921390B1 (fr) * | 2007-09-25 | 2010-12-03 | Commissariat Energie Atomique | Electrolyseur haute temperature a dispositif d'homogeneisation de la temperature. |
US9614232B2 (en) * | 2007-12-28 | 2017-04-04 | Altergy Systems | Modular unit fuel cell assembly |
WO2011083691A1 (ja) * | 2010-01-07 | 2011-07-14 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 燃料電池 |
FR2982085B1 (fr) | 2011-10-28 | 2014-05-16 | Commissariat Energie Atomique | Systeme electrochimique type electrolyseur ou pile a combustible haute temperature a gestion thermique amelioree |
FR2999612B1 (fr) * | 2012-12-17 | 2015-02-20 | Commissariat Energie Atomique | Procede d'electrolyse a haute temperature de la vapeur d'eau et d'un autre gaz, interconnecteur, reacteur et procedes de fonctionnement associes |
US10396389B2 (en) * | 2013-03-29 | 2019-08-27 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Fuel cell stack |
JP6110488B2 (ja) * | 2013-06-28 | 2017-04-05 | 京セラ株式会社 | セルユニット、セルスタック装置、セルユニット装置およびモジュール |
-
2015
- 2015-07-16 FR FR1556727A patent/FR3038916B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2016
- 2016-07-08 JP JP2018521695A patent/JP6620236B2/ja active Active
- 2016-07-08 EP EP16736471.0A patent/EP3322839B1/fr active Active
- 2016-07-08 CA CA2992130A patent/CA2992130C/fr active Active
- 2016-07-08 DK DK16736471.0T patent/DK3322839T3/da active
- 2016-07-08 WO PCT/EP2016/066304 patent/WO2017009238A1/fr active Application Filing
- 2016-07-08 US US15/744,144 patent/US10597788B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA2992130C (fr) | 2020-11-24 |
CA2992130A1 (fr) | 2017-01-19 |
US20180202055A1 (en) | 2018-07-19 |
FR3038916A1 (fr) | 2017-01-20 |
EP3322839A1 (fr) | 2018-05-23 |
JP2018528329A (ja) | 2018-09-27 |
US10597788B2 (en) | 2020-03-24 |
DK3322839T3 (da) | 2021-07-26 |
EP3322839B1 (fr) | 2021-04-28 |
WO2017009238A1 (fr) | 2017-01-19 |
FR3038916B1 (fr) | 2017-07-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6620236B2 (ja) | 反応器スタック(hte)又は燃料電池(sofc)のステージとして組み込まれた交換器を用いる高温での水の(共)電気分解(soec)又は発電のための方法 | |
JP6448770B2 (ja) | 高温電解または共電解のための方法、sofc燃料電池を用いて電気を生成するための方法、ならびに関連するインターコネクタ、反応炉、および作動方法 | |
JP6484560B2 (ja) | 水蒸気および他の気体の高温電解のための方法、関連のある相互接続子、電解リアクター、および動作方法 | |
JP6093452B2 (ja) | 燃料電池スタック及び燃料電池モジュール | |
JP6818132B2 (ja) | 水とco2の共電解(soec)のための方法または任意選択的にh2電極内で触媒反応を促進する高温発電(sofc)のための方法 | |
JP5578332B2 (ja) | 燃料電池セル集合体及び燃料電池 | |
JP6263638B2 (ja) | セルシステムに関する組立方法及び配置 | |
US20070231669A1 (en) | Design of fuel cell and electrolyzer for small volume, low cost and high efficiency | |
JP6553192B2 (ja) | 燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 | |
JP2008536015A (ja) | 電気化学セル構造 | |
JP2017516284A (ja) | 電気化学セルと共に使用するための流れ場 | |
JP6194433B2 (ja) | 固体酸化物電池スタックの封止構成及び方法 | |
US20190348691A1 (en) | Water electrolysis reactor (soec) or fuel cell (sofc) with an increased rate of water vapour use or fuel use, respectively | |
JP6259128B2 (ja) | モジュールおよびモジュール収容装置 | |
JP6621525B2 (ja) | 反応器又は燃料電池スタック(sofc)それぞれの内部での水の(共)電気分解(soec)又は発電のための高温低温グラジエント法 | |
JP6797153B2 (ja) | 電気化学反応セルスタック | |
KR100531822B1 (ko) | 연료전지의 공기 공급 장치 | |
JP6827672B2 (ja) | 電気化学反応セルスタック | |
JP6084532B2 (ja) | 水素製造装置 | |
JP2017069093A (ja) | セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置 | |
JP2024519724A (ja) | Soec/sofc型固体酸化物スタックを製造する方法及び関連するスタック | |
WO2023156283A1 (en) | Field of the invention | |
KR20130075902A (ko) | 외부 매니폴드를 채용한 금속지지체형 고체산화물 연료전지 스택 | |
KR101360733B1 (ko) | 연료전지 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180314 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180314 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180621 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190312 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190507 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190806 |
|
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: 20191023 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191118 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6620236 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |