(57)【要約】【課題】電解部周辺の温度の昇降に起因した構成機器の劣化を軽減することができる水素製造装置及び水素製造システムを提供する。【解決手段】水素製造装置１０は、ベースに起立するように固定された柱部１８と、柱部１８に密着して柱部１８を一側面にもつ炉内閉空間２０を形成する加熱炉筐体と、炉内閉空間２０の外部から炉内閉空間２０の内部に水蒸気を供給する水蒸気供給管２６ａと、水蒸気供給管２６ａから供給される水蒸気を分解して水素を生成する電解セル２５ａと、生成した水素を炉内閉空間２０の外部に取り出す水素排出管２６ｂと、柱部１８に一部が固定されるとともに自由端を有して電解セル２５ａを載置する架台２７と、を備えることを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースに起立するように固定された柱部と、
前記柱部に密着して前記柱部を一側面にもつ炉内閉空間を形成する加熱炉筐体と、
前記炉内閉空間の外部から前記炉内閉空間の内部に水蒸気を供給する水蒸気供給管と、
前記水蒸気供給管から供給される前記水蒸気を分解して水素を生成する電解セルと、
生成した前記水素を前記炉内閉空間の外部に取り出す水素排出管と、
前記柱部に一部が固定されるとともに自由端を有して前記電解セルを載置する架台と、を備えることを特徴とする水素製造装置。
【請求項２】
前記加熱炉筐体に設けられて前記架台の前記自由端を支持する支持台を備える請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項３】
前記水蒸気供給管、前記水素排出管、及び前記水蒸気の分解で発生する酸素を前記炉内閉空間の外部に排出する酸素排出管を前記柱部に貫通させて設ける請求項１又は請求項２に記載の水素製造装置。
【請求項４】
前記加熱炉筐体を移動可能にする移動機構を備える請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水素製造装置。
【請求項５】
前記架台に加わる負荷に応じて前記支持台の支持力を調整する調整部を備える請求項２に記載の水素製造装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の水素製造装置と、
前記水蒸気供給管に接続されて前記水蒸気となる水を供給する水供給機構と、
前記水素排出管に接続されて前記水素を回収する水素回収機構と、を備える水素製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、高温水蒸気電解法を用いた水素製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素をエネルギー媒体として利用する水素エネルギー社会の実現に向けて、種々の水素製造方法が研究されている。
【０００３】
水素製造方法の一つに、高温にした水蒸気を水蒸気電解装置で電気分解して、水素ガスと酸素ガスとを生成する高温水蒸気電解法がある。
従来から、水素吸蔵材料による水素吸蔵時の発熱を水素生成源の水蒸気の生成に利用して、水素製造のエネルギー効率を改善した水素製造技術が知られている。
高温水蒸気電解法では、水蒸気の電解時に電解セルを約６００度〜８００度の高温に昇温して保持する必要がある。
【０００４】
なお、関連する技術として、再生可能エネルギーなど変動する電源電力を利用して、その変動に応じて電解セルの接続数を変更しながら水素を生成する水素製造技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１９９６７５号公報
【特許文献２】特開２００５−１２６７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在、高温水蒸気電解法による効率的な水素製造を実際に実現するための具体的な製造装置の開発が求められている。
また、上述した従来の技術では、起動時及び停止時における電解部周辺の温度の昇降に起因して、水素製造装置の構成機器に熱延びが生じてこれら構成機器が劣化するおそれがあるという課題があった。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、電解部周辺の温度の昇降に起因した構成機器の劣化を軽減することができる水素製造装置及び水素製造システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態に係る水素製造装置は、ベースに起立するように固定された柱部と、前記柱部に密着して前記柱部を一側面にもつ炉内閉空間を形成する加熱炉筐体と、前記炉内閉空間の外部から前記炉内閉空間の内部に水蒸気を供給する水蒸気供給管と、前記水蒸気供給管から供給される前記水蒸気を分解して水素を生成する電解セルと、生成した前記水素を前記炉内閉空間の外部に取り出す水素排出管と、前記柱部に一部が固定されるとともに自由端を有して前記電解セルを載置する架台と、を備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、電解部周辺の温度の昇降に起因した構成機器の劣化を軽減することができる水素製造装置及び水素製造システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る水素製造システムの模式図。
【図２】実施形態に係る水素製造装置の概略側面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、実施形態に係る水素製造システム１００の模式図である。
実施形態に係る水素製造システム１００は、図１に示されるように、水素製造装置１０に、水供給機構１１、水素回収機構１２、電流供給機構１３、及び酸素回収機構１４が接続されて構成される。
【００１３】
水素製造装置１０の外形は、主に、ヒータ１６を備えた加熱炉筐体１７及び柱部１８で構成される加熱炉１９で形成される。
加熱炉筐体１７は、柱部１８に密着して、柱部１８を一側面にもつ炉内閉空間２０を内部に形成する。
炉内閉空間２０には、電解部２５、及び電解部２５を載置するための架台２７が設けられる。
【００１４】
電気分解時には、ヒータ１６によって、炉内閉空間２０は６００℃〜８００℃まで昇温される。
水素は、水供給機構１１及び電流供給機構１３に接続された電解部２５において、水蒸気が電気分解されることで生成される。
この水素は、水素回収機構１２に回収されて、例えばエネルギー利用される。
一方、水蒸気の電気分解によって水素とともに発生した酸素は、酸素回収機構１４に回収される。
【００１５】
図２は、実施形態に係る水素製造装置１０の概略側面断面図である。
実施形態に係る水素製造装置１０は、図２に示されるように、ベース２２に起立するように柱部１８が固定される。
ベース２２は、柱部１８を固定するために専用に設けられたベースプレートであっても、床面であってもよい。
この柱部１８には、例えばローラ２３が設けられた支持柱２４によって平行移動可能に支持された加熱炉筐体１７が密着して加熱炉１９を形成する。
【００１６】
また、この柱部１８には、電解部２５を載置する架台２７が固定される。この架台２７は、一部が柱部１８に固定される一方、自由端を有する。
ヒータ１６による昇温によって電解部２５、柱部１８、配管２６（２６ａ〜２６ｅ）又は架台２７自体に熱応力が発生した場合、この自由端によって架台２７が撓んで、熱延びを吸収する。
【００１７】
なお、加熱炉筐体１７に、架台２７の自由端を支持する支持台２８を設けてもよい。
自由端の自由な変形を維持するため、支持台２８には、荷重を感知するロードセル等によって支持台２８による支持力を微小調整する調整部２９が設けられることが望ましい。
支持台２８で、熱延びによって強度が低下した架台２７を支持することによって、架台２７を水平に維持するとともに、架台２７の劣化による破損を防止することができる。
【００１８】
電解部２５は、通常、複数の電解セル２５ａで構成される。
電解セル２５ａには、水蒸気供給管２６ａ及び水素排出管２６ｂが、加熱炉１９の側面を貫通して、それぞれ水蒸気供給支流管２６ｄ及び水素排出支流管２６ｅを介して接続される。
これら水素排出管２６ｂ及び水蒸気供給管２６ａには、それぞれ図１に示す水素回収機構１２及び水供給機構１１が接続される。
【００１９】
また、酸素回収機構１４が接続された酸素排出管２６ｃが、同様に加熱炉１９の側面を貫通して炉内閉空間２０に接続される。
なお、電解セル２５ａの種類又は加熱炉１９の構成によっては、酸素排出管２６ｃを直接電解セル２５ａに接続して積極的に酸素を排出してもよい。
例えば、生成した酸素を電解セル２５ａ又は加熱炉１９内に滞留させないために、電解セル２５ａに空気又は窒素等の別種の気体を供給するための配管を接続し、発生した酸素を酸素排出管２６ｃから排出してもよい。
また、水素排出管２６ｂは、電解セル２５ａに直接接続されていなくてもよい。
【００２０】
これら水蒸気供給管２６ａ、水素排出管２６ｂ、及び酸素排出管２６ｃは、いずれも柱部１８に集約して貫通させて設けることが望ましい。
これらの配管２６（２６ａ〜２６ｃ）の貫通箇所を柱部１８に集約させることで、シーリング箇所を柱部１８に集約することができ、炉内閉空間２０を気密に維持することが容易になるからである。
【００２１】
炉内閉空間２０の気密性を高めることで、例えば、炉内閉空間２０で発生した酸素の酸素回収機構１４による回収率を向上させることができる。
また、配管２６の貫通箇所を柱部１８に集約することで、電解セル２５ａの設置又は取外し作業と、加熱炉筐体１７の柱部１８への接続作業と、を独立させることも容易になる。
【００２２】
以上のように、実施形態に係る水素製造装置１０及び水素製造システム１００によれば、架台２７の一部を自由端にすることで、炉内閉空間２０の温度の昇降に起因した構成機器（１８，２５〜２７）の劣化を軽減することができる。
【００２３】
本発明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。
実施形態は、その他の様々な形態で実施され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、組み合わせを行うことができる。
実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００２４】
１００…水素製造システム、１０…水素製造装置、１１…水供給機構、１２…水素回収機構、１３…電流供給機構、１４…酸素回収機構、１６…ヒータ、１７…加熱炉筐体、１８…柱部、１９…加熱炉、２０…炉内閉空間、２２…ベース、２３…ローラ（平行移動機構）、２４…支持柱、２５（２５ａ）…電解部（電解セル）、２６（２６ａ〜２６ｅ）…配管、２６ａ…水蒸気供給管、２６ｂ…水素排出管、２６ｃ…酸素排出管、２６ｄ…水蒸気供給支流管、２６ｅ…水素排出支流管、２７…架台、２８…支持台、２９…調整部。
【図１】
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【図２】
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