(57)【要約】【課題】  電気分解装置（１００）を提供する。【解決手段】  電気分解装置（１００）は、第１流体を電気分解して生成物流体を発生する電気分解セル（２）を含む。電気分解装置（１００）は、更に、電解流体を電解し、第２流体を加熱する燃料電池（１）を含む。電気分解装置は、更に、加熱した第２流体を燃料電池（１）から電気分解セル（２）に伝達し、電気分解セル（２）での第１流体の電気分解を促す熱を提供する流体伝達装置（１０８Ｂ）を含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気分解装置（１００）において、
第１流体を電気分解し、生成物流体を発生する電気分解セル（２）と、
燃料を酸化し、第２流体を加熱する燃料電池（１）と、
加熱した前記第２流体を前記燃料電池（１）から前記電気分解セル（２）に伝達し、前記第１流体を前記電気分解セル（２）内で電気分解するための熱を提供する手段（１０８Ｂ）とを含む、電気分解装置。
【請求項２】
電気分解装置において、
水を含む第１流体を電気分解し、水素を含む生成物流体を発生する電気分解セル（２）と、
燃料を酸化し、第２流体を加熱する燃料電池（１）と、
加熱した前記第２流体を前記燃料電池（１）から前記電気分解セル（２）に伝達し、前記第１流体を前記電気分解セル（２）内で電気分解するための熱を提供する流体伝達装置（１０８Ｂ）とを含む、電気分解装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電気分解装置において、
前記燃料電池（１）は固体酸化物燃料電池であり、前記電気分解セル（２）は固体酸化物電気分解セルである、電気分解装置。
【請求項４】
請求項１、２、又は３に記載の電気分解装置において、
前記燃料電池（１）は、前記燃料を酸化して燃料生成物を提供するアノード（１ｂ、３２）を含む、電気分解装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電気分解装置において、
前記燃料生成物の少なくとも幾分かを燃料電池（１）にリサイクルする燃料リサイクル装置（１０２ｃ、１１２、４、１０２Ａ）を含む、電気分解装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電気分解装置において、
前記リサイクル装置（１０２ｃ、１１２、４、１０２Ａ）は、燃料生成物を燃料電池（１）からリサイクルするための燃料リサイクルデバイス（４）を含む、電気分解装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の電気分解装置において、
前記燃料電池（１）が発生した電力の少なくとも幾分かを前記電気分解セル（２）に伝達し、前記電気分解セル（２）に電力を提供する、電気分解装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の電気分解装置において、
先駆燃料を燃料に変換するための燃料コンバータ（３）を含む、電気分解装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の電気分解装置において、
上述の変換を行うために前記先駆燃料を加熱するための加熱手段を含み、該加熱手段は、加熱流体を前記燃料コンバータ（３）に伝達するための加熱流体供給アッセンブリを含む、電気分解装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電気分解装置において、
前記加熱手段は、第１及び第２の側（３ａ、３ｂ）を持つ熱交換器を含み、前記加熱流体は前記第１側（３ａ）を通過し、前記先駆燃料は前記第２側（３ｂ）を通過する、電気分解装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の電気分解装置において、
前記燃料電池（１）はカソード（１ａ、３０）を含み、これによって、前記第２流体の少なくとも一つの構成要素が前記カソード（１ａ、３０）によって電気分解され、前記燃料電池（１）は、前記第２流体を前記燃料電池（１）に供給する第２流体供給手段を含む、電気分解装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のうちのいずれか一項に記載の電気分解装置において、
前記電気分解セル（２）は、前記第１流体を電気分解するためのカソード（２ｂ、３８）を含む、電気分解装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載の電気分解装置において、
燃焼生成物を提供する燃焼器（６）を含み、該燃焼器（６）は、前記燃料電池（１）からの燃料生成物の少なくとも幾分かを燃焼するように形成されている、電気分解装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電気分解装置において、
前記装置は、第２流体リサイクル装置（１０８Ｅ、１１６、６、７、１０８Ａ）を含み、前記燃焼器（６）は、前記第２流体リサイクル装置に設けられている、電気分解装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のうちのいずれか一項に記載の電気分解装置において、
前記第２流体を前記燃料電池（１）に供給する第２流体供給装置（１０６、１０８、８Ａ、７、１０８Ａ）を含む、電気分解装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のうちのいずれか一項に記載の電気分解装置において、
前記第２流体供給装置（１０６、１０８、８Ａ、７、１０８Ａ）は、前記第２流体を圧縮するためのコンプレッサ（８Ａ）を含む、電気分解セル。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載の電気分解装置において、
前記第２流体供給装置（１０６、１０８、８Ａ、７、１０８Ａ）は、燃焼生成物を前記燃焼器（６）からリサイクルするための流体リサイクルデバイス（７）を含む、電気分解装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の電気分解装置において、
前記第２流体供給装置（１０６、１０８、８Ａ、７、１０８Ａ）は、流体を前記燃料電池（１）から前記電気分解セル（２）まで流すための間断のない経路を提供する、電気分解装置。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のうちのいずれか一項に記載の電気分解装置において、
前記燃料電池（１）及び前記電気分解セル（２）は、前記第２流体の前記流れに関して互いに直列に連結されている、電気分解装置。
【請求項２０】
請求項１５、１６、又は１７に記載の電気分解装置において、
前記第２流体供給装置（１０６、１０８、８Ａ、７、１０８Ａ）は、前記第２流体を前記燃料電池（１）の前記カソード側（１ａ、３０）に供給するように構成されており、前記電気分解装置（１００）は、前記第２流体を前記電気分解セル（２）から排出するための第２流体排出装置を含む、電気分解装置。
【請求項２１】
請求項１乃至２０のうちのいずれか一項に記載の電気分解装置において、
タービン（８Ｂ）及びコンプレッサ（８Ａ）を持つガスタービン（８）を含み、前記タービン（８Ｂ）は前記コンプレッサ（８Ａ）に連結されており、これによって前記タービン（８Ｂ）が前記コンプレッサ（８Ａ）を駆動できる、電気分解装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の電気分解装置において、
前記がタービン（８）装置は、排出された第２流体の少なくとも幾分かを前記タービン（８Ｂ）に供給するタービン供給手段（１０８Ｅ、１１６、１０８Ｆ）を含む、電気分解装置。
【請求項２３】
請求項１乃至２２のうちのいずれか一項に記載の電気分解装置において、
前記排出された第２流体から熱を回収する蒸発器（１２）を含み、前記第２流体は、前記タービン（８Ｂ）から前記蒸発器（１２）に送出される、電気分解装置。
【請求項２４】
請求項１乃至２３のうちのいずれか一項に記載の電気分解装置において、
生成物流体リサイクル装置（１７Ｆ、１１５、１７Ｉ、５、１７Ｅ）は、前記生成物流体の幾分かを前記電気分解セル（２）からリサイクルするリサイクルデバイス（５）を含み、前記生成物流体リサイクルデバイス（５）は、前記第１流体供給装置（１１４）に配置されている、電気分解装置。
【請求項２５】
請求項１乃至２４のうちのいずれか一項に記載の電気分解装置において、
前記電気分解セル（２）に供給されるべき前記第１流体を加熱するための第１流体加熱器（１１）を更に含み、該第１流体加熱器（１１）は、熱を前記生成物流体から前記第１流体に伝達するための熱交換器を含む、電気分解装置。
【請求項２６】
請求項２３に記載の電気分解装置において、
前記第１流体加熱器（１１）は、前記第１流体を前記第１流体の沸点よりも高い温度まで加熱する、電気分解装置。
【請求項２７】
請求項１乃至２６のうちのいずれか一項に記載の電気分解装置において、
前記生成物流体から水を凝縮するためのセパレータ装置（１６）を含む、電気分解装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の電気分解装置において、
前記セパレータ装置（１６）は、凝縮した水を前記第１流体にリサイクルするように形成されている、電気分解装置。
【請求項２９】
請求項２７又は２８に記載の電気分解装置において、
前記セパレータ装置（１６）は、前記第１流体を蒸発器（１２）に供給し、前記第１流体を前記蒸発器（１２）から前記第１流体加熱器（１１）に供給する第１流体供給アッセンブリを含む、電気分解装置。
【請求項３０】
請求項１又は２に記載の電気分解装置において、
前記燃料電池（１）は固体酸化物燃料電池を含み、前記電気分解セル（２）は固体酸化物電気分解セルを含み、
前記燃料電池（１）はアノード（１ｂ、３２）及びカソード（１ａ、３０）を含み、前記電気分解セル（２）はアノード（２ａ、３６）及びカソード（２ｂ、３８）を含み、
前記第２流体を前記燃料電池（１）の前記カソード（１ａ、３０）に供給する手段を含み、
前記流体伝達装置は加熱された第２流体を前記燃料電池（１）の前記カソード（１ａ、３０）から前記電気分解セル（２）の前記アノード（２ａ、３６）に伝達し、
前記燃料電池（１）の前記アノード（１ｂ、３２）に前記燃料を供給する手段と、
前記第１流体を前記電気分解セル（２）の前記カソード（２ｂ、３８）に供給する手段とを含む、電気分解装置。
【請求項３１】
請求項３０に記載の電気分解装置において、
燃料リサイクル装置（１０２ｃ、１１２、４、１０２Ａ）が前記燃料生成物の少なくとも幾分かを前記燃料電池（１）の前記アノード（１ｂ、３２）から前記燃料電池（１）の前記アノード（１ｂ、３２）にリサイクルする、電気分解装置。
【請求項３２】
請求項３０又は３１に記載の電気分解装置において、
第２流体リサイクル装置（１０８Ｅ、１１６、６、７、１０８Ａ）が、前記第２流体の少なくとも幾分かを前記電気分解セル（２）の前記アノード（２ａ、３６）から前記燃料電池（１）の前記カソード（１ａ、３０）までリサイクルする、電気分解装置。
【請求項３３】
請求項３２に記載の電気分解装置において、
燃焼器（６）が前記第２流体リサイクル装置に配置されており、前記電気分解セル（２）から前記燃料電池（１）まで流れる前記第２流体で、前記燃料電池（１）の前記アノード（１ｂ、３２）からの前記燃料生成物の少なくとも幾分かを燃焼する、電気分解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気分解装置に関する。更に詳細には、本発明は流体発生装置に関するが、これに限定されない。本発明の実施例は、電気分解セルを組み込んだ水素発生装置等の水素発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素を発生するための簡単で清浄な技術として水の電気分解が使用されている。水を電気分解し、アノードのところで酸素を発生し、カソードのところで水素を発生する。次いで、水素を蓄えることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、電気分解装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一つの特徴によれば、電気分解装置において、第１流体を電気分解し、生成物流体を発生する電気分解セルと、燃料を酸化し、第２流体を加熱する燃料電池と、加熱した第２流体を燃料電池から電気分解セルに伝達し、第１流体を電気分解セル内で電気分解するための熱を提供する手段とを含む、電気分解装置が提供される。
【０００５】
一実施例では、電気分解装置は、ガス等の流体を発生させるように構成されていてもよい。ガスは、水素又は一酸化炭素であってもよい。
一実施例では、第１流体は水を含んでいてもよい。この実施例では、生成物流体は、水素を含んでいてもよい。別の実施例では、第１流体は二酸化炭素を含んでいてもよい。この実施例では、生成物流体は、一酸化炭素を含んでいてもよい。
【０００６】
電気分解セルは、８００℃乃至１０００℃の範囲の温度で作動するように構成されていてもよい。本発明の好ましい実施例の利点は、装置が、加熱値が低い流体を加熱値が高い流体に変換するのに適しているということである。
【０００７】
燃料電池は、固体酸化物燃料電池を含んでいてもよい。電気分解セルは固体酸化物電気分解セルを含んでいてもよい。燃料電池及び電気分解セルは、各々、同じ電気分解スタックの部分であってもよい。
【０００８】
第２流体伝達手段は、第２流体伝達装置を含んでいてもよい。一実施例では、燃料電池は、燃料を電気分解して燃料生成物を提供するアノードを含む。この実施例では燃料電池は、燃料を燃料電池に供給する燃料供給手段を提供する。燃料電池は、燃料生成物を燃料電池から排出する排出装置を備えていてもよい。
【０００９】
電気分解装置は、更に、燃料生成物の少なくとも幾分かを燃料電池にリサイクルするための燃料リサイクル装置を含んでいてもよい。燃料リサイクル装置は、燃料生成物の少なくとも幾分かを燃料供給装置にリサイクルしてもよい。リサイクル装置は、イジェクタ等の燃料リサイクルデバイスを含んでいてもよい。イジェクタは、上述の燃料生成物を同伴し、燃料電池からリサイクルしてもよい。燃料リサイクルデバイスは、好ましくは、燃料供給装置に配置される。
【００１０】
電気分解装置は先駆燃料を燃料に変換する燃料コンバータを含んでいてもよい。先駆燃料は、炭化水素燃料、好ましくはメタン等のアルカンを含んでいてもよい。燃料コンバータによって提供された燃料は、水素を含んでいてもよく、更に、一酸化炭素を含んでいてもよい。好ましい実施例では、燃料コンバータは、改質器を含んでいてもよい。
【００１１】
電気分解装置は、好ましくは、上述の変換を行うために先駆燃料を加熱するための加熱手段を含む。加熱手段は、加熱流体を燃料コンバータに伝達するための加熱流体供給アッセンブリを含んでいてもよい。加熱流体供給アッセンブリは、第２流体の熱を燃料コンバータに伝達するように構成されていてもよい。
【００１２】
加熱手段は、第１及び第２の熱伝達側を持つ熱交換器を含んでいてもよい。加熱流体は、第１側に沿って通過し、先駆燃料は第２側に沿って通過し、燃料に変換される。
燃料電池はカソードを含んでいてもよく、これによって第２流体の成分は、カソードによって電気分解される。燃料電池は、第２流体を燃料電池に供給するための第２流体供給手段を含んでいてもよい。上文中に言及した電気分解した第２流体の成分には酸素が含まれる。上述の実施例では、第２流体には空気が含まれる。
【００１３】
一実施例では、電気分解セルは、第１流体を電気分解するためのカソードを備えていてもよい。この実施例では、電気分解セルは、第１流体を電気分解セルに供給する第１流体供給装置を含む。電気分解セルは、生成物流体を電気分解セルから排出する生成物流体排出装置を含んでいてもよい。
【００１４】
電気分解装置は、燃焼生成物を提供するための燃焼器を含んでいてもよい。好ましくは、燃焼器は、燃料電池からの燃料生成物の少なくとも幾分かを燃焼するように構成されている。
【００１５】
電気分解装置は、第２流体を燃料電池に供給する第２流体供給装置を含んでいてもよい。第２流体供給装置は、第２流体を圧縮するコンプレッサを含んでいてもよい。第２流体供給装置は、燃焼生成物を燃焼器から燃料電池にリサイクルする流体リサイクルデバイスを含んでいてもよい。流体リサイクルデバイスは、上文中に言及した燃焼生成物を同伴する流体リサイクルイジェクタを含んでいてもよい。
【００１６】
第２流体供給装置は、第２流体を燃料電池のカソード側に供給するように構成されていてもよい。
電気分解装置は、第２流体を電気分解セルから排出する第２流体排出装置を含んでいてもよい。
【００１７】
排出された第２流体を、燃焼のため、燃焼器に供給してもよい。燃焼器からの燃焼生成物には、燃焼させた排出された第２流体が含まれていてもよい。
電気分解装置は、ガスタービン装置を含んでいてもよい。このガスタービン装置は、排出された第２流体の幾分かをタービンに供給するタービン供給手段を備えていてもよい。好ましくは、タービンはコンプレッサに連結されており、これによってタービンはコンプレッサを駆動できる。
【００１８】
電気分解装置は、タービンから送出された、排出された第２流体から熱を回収するため、蒸発器を含んでいてもよい。
電気分解装置は、更に、生成物流体の少なくとも幾分かを電気分解セルにリサイクルする生成物流体リサイクル装置を含んでいてもよい。この生成物流体リサイクル装置は、生成物流体の少なくとも幾分かを第１流体供給装置にリサイクルしてもよい。
【００１９】
生成物流体リサイクル装置は、生成物流体の少なくとも幾分かを電気分解セルからリサイクルする生成物流体リサイクルデバイスを含んでいてもよい。好ましくは、生成物流体リサイクルデバイスは、第１流体供給装置に配置されていてもよい。生成物流体リサイクルデバイスは、上述の生成物流体を同伴する生成物流体リサイクルイジェクタを含んでいてもよい。
【００２０】
電気分解装置は、更に、電気分解セルに供給されるべき第１流体を加熱する第１流体加熱器を含んでいてもよい。第１流体加熱器は、生成物流体から第１流体に熱を伝達する熱交換器を含んでいてもよい。
【００２１】
電気分解装置は、前記生成物流体から水を凝縮し、この水を第１流体にリサイクルするセパレータ装置を含んでいてもよい。セパレータ装置は、更に、このセパレータ装置から水素を供給できるように構成されていてもよい。セパレータ装置は、第１流体を電気分解セルに圧送する第１流体ポンプを含んでいてもよい。
セパレータ装置は、好ましくは、第１流体を蒸発器に供給する第１流体供給アッセンブリを含む。第１流体供給アッセンブリは、第１流体を蒸発器から第１流体加熱器に供給するように構成されていてもよい。
【００２２】
好ましくは、第１流体加熱器は、第１流体を、第１流体の沸点よりも高い温度まで加熱する。第１流体が水を含む場合には、第１流体加熱器は、第１流体を加熱して過熱水蒸気を発生してもよい。第１流体供給アッセンブリは、加熱した第１流体を第１流体イジェクタに供給し、生成物流体を同伴するように構成されていてもよい。
【００２３】
次に、本発明の一例を、添付図面を参照して単なる例として説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１を参照すると、この図には、カソード側１ａ及びアノード側１ｂを持つ固体酸化物燃料電池の形態の燃料電池１を含む水素発生装置１００の概略図が示してある。
図２を参照すると、この図には、カソード３０を持つカソード側１ａ、アノード３２を持つアノード側１ｂ、及びカソード３０とアノード３２との間に配置された固体電解質３４を含む燃料電池１が示してある。
【００２５】
装置１００は、更に、固体酸化物電気分解セルの形態の電気分解セル２を含む。この電気分解セル２は、アノード側２ａ及びカソード側２ｂを含む。
図３を参照すると、この図には、アノード３６を持つアノード側２ａと、カソード３８を持つカソード側２ｂと、アノード３６とカソード３８との間に配置された固体酸化物電解質４０とを含む電気分解セル２が示してある。
【００２６】
燃料電池１及び電気分解セル２は、電気化学的セルチューブ７２Ｂの単一のスタック７０（図４参照）の部分であってもよい。電気化学的セルチューブ７２は、当業者に周知の構造を備えた周知の電気化学的セルチューブの形態であってもよい。電気化学的セルチューブのスタックの一例が、ＷＯ２００４／０３２２７３に示されており且つ記載されている。
【００２７】
図４では、電気化学的セルチューブ７２のうちの幾つかに参照番号７２Ａが付してあり、その他に参照番号７２Ｂが付してある。電気化学的セルチューブ７２Ａは燃料電池１を形成し、電気化学的セルチューブ７２Ｂは電気分解セル２を形成する。スタック７０の構造を以下に更に詳細に説明する。
【００２８】
装置１００用の燃料を使用可能な形態に変換するため、以下に説明するように、改質器（図４に更に詳細に示す）の形態の燃料コンバータ３が設けられている。電気分解セル２のアノード側２ａを通る高温の空気は、コンバータ３の空気側３ａ（図１参照）に沿って通過し、燃料は、空気側３ａの加熱された空気によって加熱されるべきコンバータ３の燃料側３ｂ（図１参照）に沿って通過し、先駆燃料（precursor fuel）、例えばメタンから、燃料即ち水素及び一酸化炭素に変換される。燃料は、次いで、コンバータ３の燃料側３ｂから燃料電池１のアノード側１ｂに通過する。
【００２９】
装置１００は、更に、先駆燃料をコンバータ３の燃料側３ｂに供給するための燃料供給装置１０２を含む。燃料供給装置１０２は、燃料供給部１０４と、燃料を圧送するためのポンプ９と、先駆燃料から高分子量の炭化水素及び硫黄化合物を除去するため、燃料電池１への供給前に燃料を予熱するための外部燃料前置プロセッサ（ＥＦＰ）１０とを含む。燃料供給アッセンブリ１０２は、更に、以下に説明する燃料リサイクルイジェクタ４の形態の燃料リサイクルデバイスを含む。図１及び図４に示すように、先駆燃料が燃料リサイクルイジェクタ４からライン１０２Ａによってコンバータ３に供給される。変換された燃料は、コンバータ３からライン１０２Ｂ（図４参照）を介して燃料電池１のアノード側１ｂに供給される。マニホールド１０３が燃料を燃料電池のアノード側１ｂに供給する。図４からわかるように、燃料供給マニホールド１０３は、燃料を燃料電池チューブ７２Ａに供給するため、燃料電池チューブ７２Ａに連通連結されている。
【００３０】
空気の形態の第２流体をガスタービン装置８のコンプレッサ８Ａに通す。ガスタービン装置８は、更に、タービン８Ｂを含む。このタービン８Ｂの目的を以下に説明する。タービン８Ｂはコンプレッサ８Ａを駆動し、タービン８Ｂが行う仕事を使用して電力を発生できる。
【００３１】
ガスタービン装置８は、空気の形態の第２流体を燃料電池１に供給するため、空気供給装置内に配置されている。次いで、以下に説明する理由のため、コンプレッサ８Ａによって圧縮された空気を流体リサイクルイジェクタ７等の流体リサイクルデバイスに通し、その後、ライン１０８Ａを介して燃料電池１のカソード側１ａに通す。コンプレッサ８Ａによって圧縮された空気の温度は約８００℃である。燃料電池１のカソード側１ａを通過する空気に電気分解作用が加わり、酸素イオンが固体電解質３４を横切って移動する。
【００３２】
燃料電池のカソード側１ａからの酸素の含有量が低下した空気がライン１０８Ｂを通過する。
アノード３２のところで、燃料電池１のアノード側１ｂに進入する水素及び一酸化炭素の形態の燃料と、電解質３４からの酸素イオンとが電気化学的に反応し、水及び二酸化炭素を形成する。
【００３３】
電気化学的反応が発熱反応であるため、及び抵抗損及び反応損（activational loss）により発生する熱のため、燃料電池１から熱が放出される。この熱は、カソード側１ａを通過する空気によって吸収され、燃料電池１のカソード側１ａを出た空気は、ライン１０８Ｂを介して電気分解セル２のアノード側２ａに入り、約９２０℃の温度まで加熱される。かくして、熱が燃料電池１から電気分解セル２に伝達される。燃料電池１及び電気分解セル２が電気化学的セルチューブ７２の同じスタックの部分である場合には、ライン１０８Ｂは、空気を一つの電気化学的セルチューブ７２から次の電気化学的セルチューブに通すことができる手段であってもよい。
【００３４】
電気化学的反応により燃料電池１内で電子の流れが発生し、図２に参照番号１１０で示すように電力を発生する。図３は、電気分解セル２が外部電源４２を必要とするということを示す。この電力の少なくとも幾分かは、水素発生装置１００内から、燃料電池１が発生する電力等により得ることができる。
【００３５】
燃料電池１のアノード側１ｂからの排出生成物、即ち電気化学的反応により発生した水及び二酸化炭素及び電気分解されていない水素及び一酸化炭素は、アノード側１ｂからライン１０２Ｃを介してスプリッター１１２に排出される（図１参照）。
【００３６】
燃料リサイクルイジェクタ４は、ライン１０２Ｃを介して、燃料電池１のアノード側１ｂからの排出生成物の幾分かを、スプリッター１１２で同伴し、ライン１０２Ａに沿って燃料電池１にリサイクルして戻す。これらの排出生成物の残りは、以下に説明するように、スプリッター１１２から、ライン１０２Ｄを介して燃焼器６に通される。
【００３７】
燃料電池１のカソード側１ａからライン１０８Ｂに沿って通過する加熱された空気は、電気分解セル２のアノード側２ａに入る。これにより、電気分解セル２のカソード側２ｂで起る電気化学的反応に熱が提供される。水が、電気分解セル２のカソード側２ｂに、第１流体供給装置１１４を介して進入する。第１流体供給装置１１４は、復水器１８を持つセパレータ１６を含む。セパレータ１６は、ライン１７Ａから来入水を受け取り、この水をライン１７Ｂを介して蒸発器１２に送る。蒸発器１２は、この水を水蒸気に変換する。蒸発器１２は、以下に説明するように、電気分解セル２からの空気によって加熱される。
【００３８】
蒸発器１２を出た水蒸気は、ライン１７Ｃを介して過熱器１１に入り、最大５００℃の過加熱蒸気を発生する。過加熱蒸気は、次いで、過熱器１１を出てライン１７Ｄを通り、生成物流体リサイクルイジェクタ５に入る。生成物流体リサイクルイジェクタ５を通過した後、蒸気及びこの蒸気に同伴された生成物は、ライン１７Ｅを通ってマニホールド１３０（図４参照）に入り、次いで電気分解セル２のチューブ７２Ｂ内のカソード側２ｂに入る。
【００３９】
電気分解セルのカソード側２ｂで電気分解が行われた後、水素及び発生した水がライン１７Ｆを介して排出される。ライン１７Ｆは、水素及び残った水をスプリッター１１５に通し、スプリッター１１５で、水素及び水の幾分かがイジェクタ５によってライン１７Ｉを介して同伴され、電気分解セル２のカソード側２ｂにフィードバックされる。残りの８００℃乃至８５０℃の水素及び水は、スプリッター１１５からライン１７Ｇを介して過熱器１１に供給される。
【００４０】
水及び水素の混合物は、過熱器１１で熱交換がなされた後、ライン１７Ｈを通ってセパレータ１６に入る。セパレータでは、復水器１８で水を凝縮し、ライン１９から水素を取り出す。
【００４１】
次いで、凝縮した水をコンバイナー２０に供給し、ここで参照番号１５を付した脱イオン水と混合する。次いで、水を、ポンプ１４によってセパレータ１６にライン１７Ａを介して圧送し、復水器１８で水素から水を凝縮した後、ライン１７Ｂを介して蒸発器１２に送出する。
【００４２】
燃料電池１のカソード側１ａから電気分解セル２のアノード側２ａまで通過する加熱された空気は、電気分解セル２の電解質４０を横切って搬送された酸素イオンから酸素を受け取る。この空気は、電気分解セル２のアノード側２ａからスプリッター１１６にライン１０８Ｅを介して排出される。空気のうちの幾分かは、スプリッター１１６を通過し、燃焼を行うための燃焼器６に入る。次いで、燃焼器６からの燃焼生成物は、流体リサイクルイジェクタ７によって同伴され、ライン１０８Ａを介して燃料電池１のカソード側１ａにリサイクルされる。電気分解セル２のアノード側２ａからの加熱された空気の残りは、スプリッター１１６からライン１０８Ｆを介してガスタービン装置８のタービン８Ｂに送られる、タービン８Ｂを通して膨張し、コンプレッサ８Ａを駆動する。タービン８Ｂを出た空気は、来入水を加熱するため、蒸発器１２を通過する。
【００４３】
上文中に説明したように、水から水素を発生するための効率的な装置は、互いに直列に配置した燃料電池及び電気分解セルを使用する。上述の実施例には、燃料電池がをできるという利点がある。
【００４４】
本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変更を行うことができる。例えば、リサイクル装置は、必ずしも設けられていなくてもよい。更に、電気分解装置は、一酸化炭素発生器であってもよい。その場合、二酸化炭素を電気分解セル２のカソード側２ｂに供給し、電気分解により一酸化炭素を発生する。電気分解装置１０を一酸化炭素発生器として使用した場合、二酸化炭素を電気分解セル２のカソード側２ｂからの排出生成物は、一酸化炭素及び未反応の二酸化炭素である。二酸化炭素を一酸化炭素から分離するため、当業者に周知の適当なセパレータが必要とされる。
【００４５】
好ましい実施例の利点は、以下の通りである。本発明の好ましい実施例で発生した水素は、水から得られたものであって、汚染物を全く含まない。これに対し、天然ガスの改質等の従来の手段によって発生した水素は、硫黄化合物及び一酸化炭素を除去するための純化を必要とする。自動車の製造台数が増大するに従って、水素をこれらの自動車の燃料として使用するため、水素の製造が必要とされる。
【００４６】
更に、反応を進めるための温度必要条件は極端ではなく、熱交換器又は他の構成要素に対して重要な設計上の必要条件はない。更に、好ましい実施例は、上文中に説明したように、化学プラントの簡単な設計しか必要としない。
【００４７】
幾つかの情況では、燃料電池１及び／又はガスタービン装置８が発生した電力を電気分解セル２が消費できる。別の態様では、燃料電池１からの電力出力は、交流に変換した後に電気グリッドに供給できる。その場合、電気分解セル２は、電気グリッドから、直流に適当に変換された電力を受け取ることができる。
【００４８】
以上の説明において、特に重要であると考えられる本発明の特徴に注意を引こうと努めたが、本出願人は、上文中に言及した及び／又は添付図面に示した特許性のある任意の特徴又はこれらの特徴の組み合わせに関し、特に強調されているか否かに関わらず、保護を請求するものであるということは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、水素発生装置の概略図である。
【図２】図２は、燃料電池の概略断面図である。
【図３】図３は、電気分解セルの概略断面図である。
【図４】図４は、電気分解セル、燃料電池、及び燃料コンバータの概略側面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  燃料電池
１ａ  カソード側
１ｂ  アノード側
２  電気分解セル
２ａ  アノード側
２ｂ  カソード側
３  コンバータ
３ａ  空気側
３ｂ  燃料側
４  燃料リサイクルイジェクタ
７  流体リサイクルイジェクタ
８  ガスタービン装置
８Ａ  コンプレッサ
８Ｂ  タービン
９  ポンプ
１０  外部燃料前置プロセッサ
３０  カソード
３２  アノード
３４  固体電解質
３６  アノード
３８  カソード
４０  固体酸化物電解質
７０  スタック
７２Ｂ、７２Ａ  電気化学的セルチューブ
１００  水素発生装置
１０２  燃料供給装置
１０４  燃料供給部
１０３  燃料供給マニホールド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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