JP6725641B2 - Storage container for solid oxide electrolytic cell stack, hydrogen production system, power storage system - Google Patents
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Description
本発明は、固体酸化物形電解セルスタックの収容容器、水素製造システム、電力貯蔵システムに関する。 The present invention relates to a container for a solid oxide electrolytic cell stack, a hydrogen production system, and a power storage system.
近年、化石燃料の枯渇、および大気中への二酸化炭素の放出による地球温暖化などの環境問題、エネルギーセキュリティー、などの観点から、太陽光や風力、地熱などに代表される再生可能エネルギーの導入が推進されている。また、二次エネルギーとして、貯蔵や輸送の観点から、水素エネルギーが注目されている。現在、水素の製造方法は、コストや技術の面から、化石燃料を改質する手法が主流となっている。 In recent years, from the perspective of environmental problems such as global warming due to depletion of fossil fuels and release of carbon dioxide into the atmosphere, energy security, etc., the introduction of renewable energy represented by sunlight, wind power, geothermal heat, etc. It is being promoted. Further, as secondary energy, hydrogen energy has attracted attention from the viewpoint of storage and transportation. Currently, the method of reforming fossil fuels is the mainstream of hydrogen production methods from the viewpoint of cost and technology.
また、再生可能エネルギーは、近年導入が拡大しているが、その特質上、出力の安定化や電力需要等に対応するように発電量を任意に調整することが難しいという問題点がある。 In addition, although the introduction of renewable energy has expanded in recent years, there is a problem in that it is difficult to arbitrarily adjust the amount of power generation to meet output stabilization, power demand, etc. due to its characteristics.
そこで、再生可能エネルギーから取得した電気エネルギーにより水の電気分解(電解)による水素製造を行い、この水素を一旦貯蔵し、必要なときにこの貯蔵された水素を燃料として発電を行う手法が検討されている。 Therefore, a method has been studied in which hydrogen is produced by electrolysis (electrolysis) of water using electric energy obtained from renewable energy, this hydrogen is temporarily stored, and when this stored hydrogen is used as fuel, power is generated. ing.
電解による水素製造方法の中で、高効率な手法として、固体酸化物形電気化学セルを用いた高温水蒸気電解がある。なお、通常、水蒸気電解は、スタックあるいはモジュールなどと称されている、複数のセルを束ね統合化した固体酸化物形電気化学セル群を用いて実施されている。 Among the methods for producing hydrogen by electrolysis, there is high-temperature steam electrolysis using a solid oxide electrochemical cell as a highly efficient method. The steam electrolysis is usually carried out by using a group of solid oxide electrochemical cells, which are referred to as a stack or a module, and in which a plurality of cells are bundled and integrated.
高温水蒸気電解による水素製造方法は、固体酸化物形電気化学セルを用い、高温(主に500〜1000℃の温度域)で水蒸気を電気分解し、水素を製造する方法である。一般に、この固体酸化物形電気化学セルは、固体酸化物(セラミックス)を主構成としていることから、金属材などと比較して強度的に不利であることが多い。このことから、固体酸化物電気化学セルやセルスタックから水素や酸素が周囲環境に拡散しないようにすることが求められる。 The hydrogen production method by high temperature steam electrolysis is a method of producing hydrogen by electrolyzing steam at high temperature (mainly in a temperature range of 500 to 1000° C.) using a solid oxide electrochemical cell. Generally, this solid oxide electrochemical cell is mainly composed of a solid oxide (ceramics), so that it is often disadvantageous in strength as compared with a metal material. Therefore, it is required to prevent hydrogen and oxygen from diffusing into the ambient environment from the solid oxide electrochemical cell or cell stack.
本発明が解決しようとする課題は、固体酸化物形電気化学セルスタックを収容する容器内で水素を速やかに酸化、燃焼させることで、容器内に水素が滞留しない安全な固体酸化物形電解セルスタックの収容容器、水素製造システム、電力貯蔵システムを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to promptly oxidize and burn hydrogen in a container containing a solid oxide electrochemical cell stack, so that a safe solid oxide electrolytic cell in which hydrogen does not stay in the container A stack container, a hydrogen production system, and a power storage system are provided.
本発明の実施形態による固体酸化物形電解セルスタックの収容容器は、この容器の内面とこの容器に収容された前記固体酸化物形電解セルスタックとの間の空隙に存在する水素を当該容器内部で酸化させる酸化剤を具備するものである。 A container for a solid oxide electrolytic cell stack according to an embodiment of the present invention is characterized in that hydrogen existing in a space between an inner surface of the container and the solid oxide electrolytic cell stack housed in the container is stored inside the container. It is equipped with an oxidant that is oxidized by.
本発明の実施形態によれば、水の電気分解により水素を製造するシステムおよび電力貯蔵システムにおいて、固体酸化物形電気化学セルスタックを収容する容器内で水素を速やかに酸化、燃焼させることで、容器内に水素が滞留せず、安全性を向上させることができる。 According to the embodiment of the present invention, in a system and a power storage system for producing hydrogen by electrolysis of water, by rapidly oxidizing and burning hydrogen in a container that houses a solid oxide electrochemical cell stack, Since hydrogen does not stay in the container, safety can be improved.
<固体酸化物形電解セルスタックの収容容器>
<< 第一の形態 >>
図1は、本発明の実施形態による酸化物形電解セルスタックの収容容器の好ましい一具体例について示すものである。
図1に示される固体酸化物形電解セルスタックの収容容器1は、この容器1の内面2とこの容器1に収容された固体酸化物形電解セルスタック3との間の空隙4に存在する水素を当該容器1内部で酸化させる酸化剤5を、前記空隙4に導入する酸化剤供給装置51を具備するものである。<Container for solid oxide electrolytic cell stack>
<< First form >>
FIG. 1 shows a preferred specific example of a container for an oxide electrolytic cell stack according to an embodiment of the present invention.
The
固体酸化物形電解セルスタック3は、電解質としてイオン伝導性を持つ固体酸化物を用い、この固体酸化物電解質を水素極と酸素極とで挟んで構成されてなる電解セルが、複数重ね合わされてなるものである。図2に示されるように、一つの電解セル30は、固体酸化物からなる電解質31を水素極32と酸素極33とで挟んで構成されてなり、この水素極32側に水(H2O)が通常水蒸気の形態で供給され、水素極32における H2O+2e− → H2+O2− の反応によって水素の生成がなされ、一方、酸素極33における O2− → 1/2 O2+2e− の反応によって酸素の生成がなされる結果、電解セル30に供給された水が、水素と酸素へと電気分解されるようになっている。The solid oxide type
この電解セル30(単セル)が複数個重ね合わせて、固体酸化物形電解セルスタック3を形成することができる。なお、個々のセルとセルとの間には、必要に応じてさらにセパレータ(図示せず)を配置する。
The solid oxide
一つの収容容器1は、固体酸化物形電解セルスタック3を1個または複数個収容することができる。
One
図1に示される実施形態による酸化物形電解セルスタック3には、水(水蒸気)を供給する燃料供給管6と、セルスタック3で生成された水素を流出させる水素流出管7と、場合により、セルスタック3から酸素を流出させる酸素流出管(図示せず)が接続されている。また、このセルスタック3には、水の電気分解を行うための電力を供給するための電力供給線(図示せず)が接続される。
The oxide
固体酸化物形電解セルスタックの収容容器1は、容器1内に収容されたセルスタック3を加熱するヒータ(図示せず)が配置されている。そして、収容容器1は、断熱性材料で形成されていることが好ましい。
The
セルスタック3からの漏えい物(例えば、水素、酸素あるいは水蒸気)がある場合、空隙4に漏出することになる。
If there is a leaked substance (for example, hydrogen, oxygen, or water vapor) from the
固体酸化物形電解セルスタックの収容容器1において、空隙4に存在する水素を当該容器1内部で酸化させる酸化剤5は、具体的には流体状の酸化剤である。なお、この酸化剤は、「可燃性物質(特に水素)の燃焼を助けるもの」であることから、本明細書においては「支燃性材料」と表記する場合がある(尚、水素ガスは、「支燃性材料」から除外する)。
In the
上記「支燃性材料」は、空気以上に酸化力が高いことが好ましいが、これは必須ではなく、空気よりも酸化力が低い場合もありえる。また、「流体」とは、収容容器1に導入する時の温度および圧力条件下において流動性を有する物質ないし混合物を意味する。特に、ガス状であるものが好ましい。
The above “flammability supporting material” preferably has a higher oxidizing power than air, but this is not essential, and the oxidizing power may be lower than air. Further, the “fluid” means a substance or mixture having fluidity under the temperature and pressure conditions when being introduced into the
本発明の実施形態において、流体状の支燃性材料として特に好ましいものとしては、例えば、酸素ガスおよび酸素含有ガス(例えば、空気)等を挙げることができる。 In the embodiment of the present invention, particularly preferable examples of the fluid combustion-supporting material include oxygen gas and oxygen-containing gas (for example, air).
そして、収容容器1に導入する支燃性材料質は、温度が高いことが好ましい。このことによって、支燃性材料導入による容器1内部の温度低下を抑制することが出来る。
Then, it is preferable that the material of the combustion-supporting material introduced into the
本発明の実施形態では、空隙4に漏えいした水素を出来るだけ速やかにかつ確実に燃焼させることが好ましい。この観点からは、収容容器1の空隙4には、漏えいした水素の燃焼に必要な量以上の支燃性物質が存在するようにすることが好ましい。したがって、空隙4への支燃性物質の供給は、少なくともセルスタック3の運転中(即ち、セルスタック3において電気分解が行われている期間)は行うことが好ましい。そして、セルスタック3の運転停止中であっても、漏えいした水素の燃焼を速やかに行うためには、空隙4に支燃性物質を供給することが好ましい。
In the embodiment of the present invention, it is preferable to burn the hydrogen leaked into the
以上の通り、第一の形態による酸化物形電解セルスタックの収容容器1によれば、固体酸化物形電解セルスタック3から空隙4に漏えいした水素を、極めて簡便な酸化装置5によって、速やかに確実にかつ穏やかに燃焼させることができる。これは、水素がごく少量漏えいした時点で、周囲に存在する豊富な支燃性物質との間で相互に拡散しあい、所謂拡散燃焼が安定的に生起し、それが持続することによって、穏やかな緩慢燃焼が実現されることによるものと推測されている。このことによって、収容容器1の空隙4における水素の滞留が抑制されるので、水素製造システムならびに電力貯蔵システムの安全性を向上させることができる。
As described above, according to the
<< 第二の形態 >>
図3は、本発明の実施形態による酸化物形電解セルスタックの収容容器の好ましい一具体例について、示すものである。
図3に示される固体酸化物形電解セルスタックの収容容器1は、この容器1の内面2とこの容器1に収容された固体酸化物形電解セルスタック3との間の空隙4に存在する水素を当該容器1内部で酸化させる酸化剤を具備するものであって、前記酸化剤が、空隙4内に配置された固体状の酸化剤52であるものである。<< Second form >>
FIG. 3 shows a preferred specific example of a container for an oxide electrolytic cell stack according to an embodiment of the present invention.
The
図3に示される固体酸化物形電解セルスタックの収容容器1は、「固体状の酸化剤52」を用いており、そして「酸化剤供給装置51」が設けられていない以外は、図1に示される収容容器1と同様のものである。したがって、固体状の酸化剤52以外は、第一の形態に関して、前記したものと同様なものを用いることができる。この酸化剤も「可燃性物質(特に水素)の燃焼を助けるもの」である。
The
本発明の実施形態において、固体状の支燃性材料としては、水素を酸化できるものであるならば特に種類を問わないが、酸化物が望ましい。特に好ましいものとしては、例えば、酸化鉄、酸化ニッケル、これらを含む固体材料などが挙げられる。 In the embodiment of the present invention, the solid combustion-supporting material is not particularly limited as long as it can oxidize hydrogen, but an oxide is preferable. Particularly preferable examples include iron oxide, nickel oxide, and solid materials containing these.
このような固体状の酸化剤52は、粒状ないし粉体、あるいは任意の形状で、あるいは成形物の形態で、空隙4に存在する水素と接するように、空隙4の中に配置することができる。例えば、容器1の内面2(例えば、容器の壁面、床面あるいは天井面)や、セルスタック3の外壁面に取り付けたり、コーティングしたり、あるいは粒状ないし粉体を容器1内に充填することができる。
Such a solid oxidant 52 can be arranged in the
本発明の実施形態では、空隙4に存在する水素を速やかにかつ確実に酸化させることが好ましい。この観点からは、収容容器1の空隙4には、漏えいした水素の酸化に必要な量以上の酸素が容器1内に存在させることが好ましい。
In the embodiment of the present invention, it is preferable to oxidize hydrogen existing in the
このような第二の形態では、セルスタック3の運転中(即ち、セルスタック3において電気分解が行われている期間)はもとより、セルスタック3の運転停止中であっても、漏えいした水素の酸化を行うことができる。
In the second mode as described above, the leaked hydrogen can be discharged not only during the operation of the cell stack 3 (that is, during the period when electrolysis is performed in the cell stack 3) but also during the operation stop of the
固体状の支燃性物質52には、温度センサ8を配置してもよい。このような実施形態では、固体状の支燃性物質が水素との反応による温度変化を温度センサ8にて検知することにより、直ちに電解セルスタック3からの水素の漏えいの有無および(または)水素の漏えい量を精度良く判定することができるようになる。
The
以上の第二の形態による酸化物形電解セルスタックの収容容器1によれば、固体酸化物形電解セルスタック3から空隙4に漏えいした水素を、極めて簡便な酸化装置によって、速やかに確実にかつ穏やかに酸化させることができる。このことによって、収容容器1の空隙4における水素の滞留が抑制されるので、水素製造システムならびに電力貯蔵システムの安全性を向上させることができる。
According to the
<< 第三の形態 >>
図4は、本発明の実施形態による酸化物形電解セルスタックの収容容器の好ましい一具体例について、示すものである。
図4に示される固体酸化物形電解セルスタックの収容容器1は、空隙4に存在する水素を燃焼させる燃焼触媒53が空隙4に設置されていること以外は、図1に示される固体酸化物形電解セルスタックの収容容器1と同様な内容のものである。したがって、燃焼触媒53以外は、第一の形態に関して、前記したものと同様なものを用いることができる。<< Third form >>
FIG. 4 shows a preferred specific example of a container for an oxide electrolytic cell stack according to an embodiment of the present invention.
The
本発明の実施形態において、燃焼触媒53については、材質や形状、設置場所などは特に問わない。材質に関しては、PtやRuなどの貴金属成分を含むものが望ましい。形状についても、粒子状、円筒状、ハニカム状等が挙げられるが、特に問わない。設置場所についても特に問わないが、支燃性ガス管51の導入口付近や、セルスタック3の外壁面を挙げることができる。これにより、漏えいした水素は瞬時に燃焼・反応し、水素が容器1の内部に滞留することを抑制することができる。
In the embodiment of the present invention, the
以上の本発明の第三の形態による酸化物形電解セルスタックの収容容器1によれば、前述の第一の形態において得られる効果を、より高度にかつ確実に達成することができる。
According to the
<< 第四の形態 >>
図5は、本発明の実施形態による酸化物形電解セルスタックの収容容器の好ましい一具体例について示すものである。
図5に示される固体酸化物形電解セルスタックの収容容器1は、この容器1の内面2とこの容器1に収容された固体酸化物形電解セルスタック3との間の空隙4に存在する水素を当該容器1内部で酸化させる酸化剤を具備するものであって、図1に示される第一の形態の収容容器1に、さらに、
(1)固体酸化物形電解セルスタック3の温度を測定する温度センサ9、
(2)空隙4に存在する水素の濃度を測定する水素濃度センサ10、
(3)空隙4に存在する酸素の濃度を測定する酸素濃度センサ11、
(4)(イ)温度センサ9から取得した固体酸化物形電解セルスタック3の温度、(ロ)水素濃度センサ10から取得した空隙4に存在する水素の濃度、(ハ)酸素濃度センサ11から取得した空隙4に存在する酸素の濃度から選ばれた1つまたは2つ以上をもとに、固体酸化物形電解セルスタック3からの水素の漏えいの有無および(または)水素の漏えい量を判定する判定装置12、
(5)判定装置12による判定をもとに、固体酸化物形電解セル収容容器3の内部に導入される支燃性物質の量を調整する制御装置13
をさらに具備する固体酸化物形電解セルスタックの収容容器1を示すものである。<< Fourth Form >>
FIG. 5 shows a preferred specific example of a container for an oxide electrolytic cell stack according to an embodiment of the present invention.
The
(1) A
(2)
(3)
(4) (a) Temperature of the solid oxide
(5) A
1 shows a
なお、図5に示される固体酸化物形電解セルスタック3および酸化剤供給装置51は、第一の形態に関して、前記したものと同様なものを用いることができる。
The solid oxide
温度センサ9、水素濃度センサ10、酸素濃度センサ11、判定装置12は、収容容器1に常に同時に設ける必要はなく、それぞれ、必要に応じて設けることができる。
The
好ましくは、例えば、判定装置12において、セルスタック3からの水素の漏えいの有無および(または)水素の漏えい量を判定する際に利用するデータに応じて、そのデータの取得に必要なセンサないし装置等を設けることができる。即ち、例えば、判定装置12を設ける場合において、この判定装置12がセルスタック3の温度のデータのみから水素の漏えいの有無および(または)水素の漏えい量を判定する際には、少なくとも温度センサ9と判定装置12の両者を具備する必要があるが、それらに加えて水素濃度センサ10や酸素濃度センサ12、その他の装置等などを更に具備することまでは要しない。
Preferably, for example, in the
収容容器1には、異なる種類のセンサないし装置を設けることができるし、同一種類のセンサないし装置を複数個設けることができる。
The
上記の温度センサ9、水素濃度センサ10、酸素濃度センサ11、判定装置12、制御装置13の設置箇所は、特に限定はなく、例えば、各種センサ(9、10、11)や収容容器1の具体的な内容、種類、測定対象、測定結果の正確性、安定性、信頼性等を考慮して、適宜最適な設置位置を選定することができる。好ましくは、例えば、水素濃度センサ10は、漏えいした水素の濃度がいち早く高まる箇所あるいはその近傍(例えば、好ましくは、セルスタック3の表面、その近傍付近、あるいは容器1内部の天井付近等)に設けることができ、例えば、酸素濃度センサ11は、酸素濃度が希薄になりがちな箇所や、あるいは容器1内において平均的な酸素濃度となる箇所等に設けることができる。
The
一般的に、温度センサ9、水素濃度センサ10、酸素濃度センサ11等は、収容容器1の内部に設置することが好ましいが、隙間4のガス状態を必要な精度あるいは支障がないレベルで検知できるならば、収容容器1の外部に設置し、そこに隙間4のガスを流通させることによって所望の測定データを得ることができる。
Generally, the
判定装置12では、(イ)固体酸化物形電解セルスタック3の温度、(ロ)空隙4に存在する水素の濃度、(ハ)空隙4に存在する酸素の濃度から選ばれたいずれか1つまたは2つ以上をもとに、前記固体酸化物形電解セルスタック3からの水素の漏えいの有無および(または)水素の漏えい量を判定することができる。これらの中では、(ロ)の「空隙4に存在する水素の濃度」から、水素の漏えいの有無および(または)水素の漏えい量を判定するのが好適である。
In the
制御装置13は、前記の判定装置12による判定をもとに、固体酸化物形電解セル収容容器3の内部に導入される支燃性物質の量を調整する制御装置である。この制御装置13の好ましい具体例としては、支燃性物質の供給ポンプおよび支燃性物質の供給量を制御する制御弁等を挙げることができる。供給ポンプおよび制御弁は、どちらか片方のみを設けることができるし、両方を設けることができる。
The
以上の本発明の第四の形態による酸化物形電解セルスタックの収容容器1によれば、固体酸化物形電解セルスタック3から空隙4に漏えいした水素を、極めて簡便な酸化装置によって、より速やかに、確実にかつ穏やかに酸化させることができる。これにより、漏えいした水素は瞬時に燃焼・反応し、水素が容器1の内部に滞留することを抑制することができる。
According to the
そして、必要に応じて、各種センサ、判定装置、制御装置等を更に具備する本発明の第四の形態による酸化物形電解セルスタックの収容容器1によれば、水素の漏えいの有無および(または)水素の漏えい量の判定を行うことができる。そして、それに基づいて、支燃性物質の供給量の制御を行うことができる。このことにより、容器1への支燃性物質の導入量の削減ならびに容器1内の温度の低下を効果的に抑制することができる。
Then, according to the
<<< 第四の形態の他の具体例 >>>
上記の第四の形態による酸化物形電解セルスタック収容容器1は、必要に応じて、燃焼触媒53、ならびにこの燃焼触媒53の温度を測定する温度センサ14を、さらに具備することができる。なお、燃焼触媒53としては、第三の形態に関して、前記したものと同様なものを用いることができる。<<< Another specific example of the fourth form >>>
The oxide-type electrolytic cell
このように、収容容器1がさらに燃焼触媒53を具備する場合の判定装置12としては、(イ)温度センサ9から取得した固体酸化物形電解セルスタック3の温度、(ロ)水素濃度センサ10から取得した空隙4に存在する水素の濃度、(ハ)酸素濃度センサ11から取得した前記空隙4に存在する酸素の濃度、(ニ)温度センサ14から取得した燃焼触媒53の温度から選ばれた1つまたは2つ以上をもとに、固体酸化物形電解セルスタック3からの水素の漏えいの有無および(または)水素の漏えい量を判定する判定装置12を挙げることができる。
As described above, as the
以上の本発明の第四の形態による酸化物形電解セルスタックの収容容器1によれば、固体酸化物形電解セルスタック3から空隙4に漏えいした水素を、極めて簡便な酸化装置によって、より速やかに、確実にかつ穏やかに酸化させることができる。これにより、漏えいした水素は瞬時に燃焼・反応し、水素が容器1の内部に滞留することを抑制することができ、水素製造システムならびに電力貯蔵システムの安全性を向上させることができる。
According to the
そして、必要に応じて、各種センサ、判定装置、制御装置等を更に具備する本発明の第四の形態による酸化物形電解セルスタックの収容容器1によれば、水素の漏えいの有無および(または)水素の漏えい量の判定と、支燃性物質の供給量の制御を行うことができる。このことにより、容器1への支燃性物質の導入量の削減ならびに容器1内の温度の低下を効果的に抑制することができる。
Then, according to the
<< 第五の形態 >>
図6は、本発明の実施形態による酸化物形電解セルスタックの収容容器の好ましい一具体例について示すものである。
図6に示される固体酸化物形電解セルスタックの収容容器1は、具体的には、図1に示される第一の形態の収容容器1に、さらに、
(6)固体酸化物形電解セルスタック3に流入する水の量を測定する流量センサ15、固体酸化物形電解セルスタック3の流出口から流出する水素の量を測定する流量センサ16、流量センサ15と流量センサ16とから取得したデータの演算をもとに、前記固体酸化物形電解セルスタック3からの水素の漏えいの有無および(または)水素の漏えい量を判定する判定装置17、
(7)判定装置17による判定をもとに、固体酸化物形電解セル収容容器3の内部に導入される支燃性物質の量を調整する制御装置13をさらに具備する固体酸化物形電解セルスタックの収容容器1を示すものである。
なお、図6に示される固体酸化物形電解セルスタック3および酸化剤供給装置51は、第一の形態に関して、前記したものと同様なものを用いることができる。<< Fifth form >>
FIG. 6 shows a preferred specific example of a container for an oxide electrolytic cell stack according to an embodiment of the present invention.
The
(6)
(7) A solid oxide electrolysis cell further comprising a
The solid oxide
判定装置17では、流量センサ15から取得された固体酸化物形電解セルスタックに流入する水の量と、流量センサ16から取得された固体酸化物形電解セルスタックの流出口から流出する水素の量との、それぞれのデータの演算をもとに、固体酸化物形電解セルスタック3からの水素の漏えいの有無および(または)水素の漏えい量を判定する。すなわち、判定装置17では、セルスタック3に供給された原料(即ち、水)と、水の分解物である生成物(即ち、水素と酸素)との物質収支から、セルスタック3からの水素漏えいの有無および(または)水素の漏えい量の判定がなされる。ここで、「固体酸化物形電解セルスタックに流入する水」とは、通常、水蒸気の状態にある水、あるいは水蒸気状態にある水と液状(水滴)にある水との混合物である。
In the
固体酸化物形電解セルスタック3からの水素の漏えいの有無および(または)水素の漏えい量を判定する際は、流量センサ15および流量センサ16から取得されたデータをもとに、例えば容器1の具体的内容やセルスタック3で行われる電気分解の運転状況等を踏まえ、必要に応じて適宜定められた条件パラメータ等を加味して適宜行うことができる。
When determining the presence/absence of hydrogen leakage from the solid oxide
制御装置13は、前記の判定装置17による判定をもとに、固体酸化物形電解セル収容容器3の内部に導入される支燃性物質の量を調整する制御装置である。この制御装置13の好ましい具体例としては、支燃性物質の供給ポンプおよび支燃性物質の供給量を制御する制御弁等を挙げることができる。供給ポンプおよび制御弁は、どちらか片方のみを設けることができるし、両方を設けることができる。
The
<<< 第五の形態の他の具体例 >>>
上記の本発明の第五の実施形態による酸化物形電解セルスタック収容容器1は、必要に応じて、燃焼触媒53、ならびにこの燃焼触媒53の温度を測定する温度センサ14を、さらに具備することができる。なお、燃焼触媒53としては、第三の形態に関して、前記したものと同様なものを用いることができる。<<< Another specific example of the fifth mode >>>
The above-mentioned oxide type electrolytic cell
さらに、本発明の第五の実施形態による酸化物形電解セルスタック収容容器1は、判定装置17に加えて、図5および第四の実施形態に記載された判定装置12やセンサ等をさらに具備することができる。
Further, the oxide-type electrolytic
以上の本発明の第五の形態による酸化物形電解セルスタックの収容容器1によれば、固体酸化物形電解セルスタック3から空隙4に漏えいした水素を、極めて簡便な酸化装置によって、より速やかに、確実にかつ穏やかに酸化させることができる。
According to the
そして、必要に応じて、各種センサ、判定装置、制御装置等を更に具備する本発明の第五の形態による酸化物形電解セルスタックの収容容器1によれば、水素の漏えいの有無および(または)水素の漏えい量の判定と、支燃性物質の供給量の制御を行うことができる。このことにより、容器1への支燃性物質の導入量の削減ならびに容器1内の温度の低下を効果的に抑制することができる。
Then, according to the
<水素製造システムおよび電力貯蔵システム>
図7は、水素製造システムおよび電力貯蔵システムの概念図である。
図7に示されるように、水素製造システムは、発電部(ないし電気エネルギー供給源)Aと、その発電部Aで発電した電力を用い、水を水素と酸素に分解して水素を製造する電気分解部Bとを具備してなるものである。また、電力貯蔵システムは、発電部(ないし電気エネルギー供給源)Aと、この発電部Aからの電力を用い、水を水素と酸素に分解して水素を製造する電気分解部Bと、電気分解部Bで製造された水素を貯蔵する貯蔵部Cと、貯蔵された水素を燃料として発電を行う発電部Dとを具備してなるものである。なお、電気分解部Bで生成された酸素は、必要に応じて、貯蔵部Eで貯蔵することができるし、この酸素を流体状の支燃性物質として利用することもできる。<Hydrogen production system and power storage system>
FIG. 7 is a conceptual diagram of a hydrogen production system and a power storage system.
As shown in FIG. 7, the hydrogen production system uses a power generation unit (or an electric energy supply source) A and electric power generated by the power generation unit A to decompose water into hydrogen and oxygen to produce hydrogen. And a disassembling section B. Further, the power storage system includes a power generation unit (or an electric energy supply source) A, an electrolysis unit B that decomposes water into hydrogen and oxygen to produce hydrogen by using electric power from the power generation unit A, and electrolysis. The storage unit C includes a storage unit C that stores the hydrogen produced in the unit B and a power generation unit D that uses the stored hydrogen as a fuel to generate electric power. The oxygen generated in the electrolysis section B can be stored in the storage section E as necessary, and the oxygen can also be used as a fluid-like combustion supporting substance.
水素製造システムは、水の電気分解によって水素を生成させる固体酸化物形電解セルスタックを含んでなる電気分解部Bを具備してなる水素製造システムであって、固体酸化物形電解セルスタックが、収容容器に収容されているものである。 The hydrogen production system is a hydrogen production system comprising an electrolysis section B including a solid oxide electrolysis cell stack that produces hydrogen by electrolysis of water, wherein the solid oxide electrolysis cell stack comprises: It is stored in a storage container.
電力貯蔵システムは、水の電気分解によって水素を製造する固体酸化物形電解セルスタックを含んでなる電気分解部Bと、電気分解部Bで製造された水素を貯蔵する貯蔵部Cと、貯蔵された水素を燃料として発電を行う発電部Dとを具備してなる電力貯蔵システムであって、固体酸化物形電解セルスタックが、収容容器に収容されているものである。 The electric power storage system includes an electrolysis unit B including a solid oxide electrolytic cell stack that produces hydrogen by electrolysis of water, a storage unit C that stores hydrogen produced by the electrolysis unit B, and a storage unit. In the power storage system, the solid oxide electrolytic cell stack is housed in a housing container.
ここで、収容容器の好ましい具体例には、第一の形態〜第五の形態において記載されたものが包含される。 Here, preferable specific examples of the container include those described in the first to fifth forms.
本発明の実施形態による水素製造システムおよび電力貯蔵システムでは、収容容器の空隙における水素の滞留が抑制されるので、水素製造システムならびに電力貯蔵システムの安全性を向上させることができる。 In the hydrogen production system and the electric power storage system according to the embodiment of the present invention, since the retention of hydrogen in the voids of the storage container is suppressed, the safety of the hydrogen production system and the electric power storage system can be improved.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modified examples are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1:収容容器、3:固体酸化物形電解セルスタック、30:電解セル、31:固体酸化物電解質、32:水素極、33:酸素極、4:空隙、51:流体状の酸化剤の供給装置、52:固体状の酸化剤、53:燃焼触媒、6:燃料供給管、7:水素流出管、8:温度センサ、9:温度センサ、10:水素濃度センサ、11:酸素濃度センサ、12:判定装置、13:制御装置、14:温度センサ、15:流量センサ、16:流量センサ、17:判定装置、A:発電部、B:電気分解部、C:水素貯蔵部、D:発電部、E:酸素貯蔵部 1: container, 3: solid oxide electrolytic cell stack, 30: electrolytic cell, 31: solid oxide electrolyte, 32: hydrogen electrode, 33: oxygen electrode, 4: void, 51: supply of fluid oxidant Device, 52: Solid oxidizer, 53: Combustion catalyst, 6: Fuel supply pipe, 7: Hydrogen outflow pipe, 8: Temperature sensor, 9: Temperature sensor, 10: Hydrogen concentration sensor, 11: Oxygen concentration sensor, 12 : Determination device, 13: control device, 14: temperature sensor, 15: flow rate sensor, 16: flow rate sensor, 17: determination device, A: power generation unit, B: electrolysis unit, C: hydrogen storage unit, D: power generation unit , E: Oxygen storage
Claims (9)
この容器の内面とこの容器に収容された前記固体酸化物形電解セルスタックとの間の空隙に存在する水素を当該容器内部で酸化させる酸化剤を具備する、固体酸化物形電解セルスタックの収容容器。A container for a solid oxide electrolytic cell stack,
Housing of a solid oxide electrolytic cell stack, comprising an oxidant that oxidizes hydrogen present in the void between the inner surface of the container and the solid oxide electrolytic cell stack housed in the container inside the container. container.
前記固体酸化物形電解セルスタックが、請求項1〜7のいずれか1項に記載の収容容器に収容されている、水素製造システム。A hydrogen production system comprising an electrolysis section comprising a solid oxide electrolytic cell stack for producing hydrogen by electrolysis of water,
A hydrogen production system in which the solid oxide electrolytic cell stack is housed in the housing container according to any one of claims 1 to 7.
前記固体酸化物形電解セルスタックが、請求項1〜7のいずれか1項に記載の収容容器に収容されている、電力貯蔵システム。An electrolysis section including a solid oxide electrolysis cell stack that produces hydrogen by electrolysis of water, a storage section that stores the hydrogen produced in the electrolysis section, and power generation using the stored hydrogen as fuel A power storage system comprising a power generation unit,
A power storage system in which the solid oxide electrolytic cell stack is housed in the housing container according to any one of claims 1 to 7.
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