(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｈ２Ｏを電気分解してＨ２を生成する固体酸化物形電解セルと、
上記固体酸化物形電解セルが生成した上記Ｈ２を吸蔵する水素吸蔵材と、
上記水素吸蔵材から上記固体酸化物形電解セルへ熱を輸送する熱輸送手段と、
上記固体酸化物形電解セルに上記Ｈ２Ｏを供給するための二つの経路と、を備え、
上記熱輸送手段は、上記二つの経路のうち一方の経路を流れる上記Ｈ２Ｏと、上記水素吸蔵材との間で熱交換する第一の熱交換器を備え、
上記第一の熱交換器は、上記一方の経路を流れる上記Ｈ２Ｏを気化させるようになっていることを特徴とする電気化学装置。
【請求項２】
上記二つの経路のうち他方の経路を流れる上記Ｈ２Ｏと、上記固体酸化物形電解セルが排出した気体との間で熱交換する第二の熱交換器を備え、
上記第二の熱交換器は、上記他方の経路を流れる上記Ｈ２Ｏを気化させるようになっており、
上記他方の経路を流れる上記Ｈ２Ｏは、上記第二の熱交換器によって気化された後に、上記一方の経路を流れる上記Ｈ２Ｏと合流するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学装置。
【請求項３】
上記水素吸蔵材が上記Ｈ２を吸蔵するときの温度が、２５℃以上５００℃以下の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の電気化学装置。
【請求項４】
上記固体酸化物形電解セルは、上記水素吸蔵材が放出するＨ２を燃料として発電を行う固体酸化物形燃料電池セルとしても動作する可逆電気化学セルであり、
上記熱輸送手段は、上記可逆電気化学セルが上記固体酸化物形電解セルとして動作するときは、上記水素吸蔵材から上記可逆電気化学セルへ熱を輸送し、上記可逆電気化学セルが上記固体酸化物形燃料電池セルとして動作するときは、上記可逆電気化学セルから上記水素吸蔵材へ熱を輸送するようになっていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電気化学装置。
【請求項５】
上記可逆電気化学セルが上記固体酸化物形燃料電池セルとして動作するときに、上記可逆電気化学セルが排出した排ガスと、上記水素吸蔵材との間で熱交換する第三の熱交換器を備えていることを特徴とする請求項４に記載の電気化学装置。
【請求項６】
上記可逆電気化学セルが上記固体酸化物形電解セルとして動作するときに、上記可逆電気化学セルに供給すべき上記Ｈ２Ｏが流れる流路と、上記可逆電気化学セルが上記固体酸化物形燃料電池セルとして動作するときに、上記可逆電気化学セルが排出した排ガスが流れる流路とが共有されており、
上記第三の熱交換器は、上記可逆電気化学セルが上記固体酸化物形電解セルとして動作するときに、上記第一の熱交換器として機能することを特徴とする請求項５に記載の電気化学装置。
【請求項７】
請求項４〜６の何れか一項に記載の電気化学装置と、
蓄電時には、上記可逆電気化学セルを上記固体酸化物形電解セルとして動作させ、放電時には、上記可逆電気化学セルを上記固体酸化物形燃料電池セルとして動作させる蓄電制御装置と、を備えていることを特徴とする蓄電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学装置および蓄電システムに関するものであり、特に、固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ：solid oxide electrolyzer cell）を備えた電気化学装置および蓄電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池ならびにその燃料となるＨ２を製造および貯蔵する技術が注目されており、様々な技術が開発されている（特許文献１〜６、非特許文献１）。
【０００３】
例えば、固体酸化物形電解セルは、固体酸化物形燃料電池セル（ＳＯＦＣ：solid oxide fuel cell）を逆モードで動作させるものであり、Ｈ２Ｏを電気分解してＨ２を製造することができる（非特許文献１、特許文献３、４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７０２９２号公報（２００７年１０月１８日公開）
【特許文献２】特開２００３−２３２４９７号公報（２００３年８月２２日公開）
【特許文献３】特開２０１０−１５９４５８号公報（２０１０年７月２２日公開）
【特許文献４】特表２００９−５４４８４３号公報（２００９年１２月１７日公開）
【特許文献５】特開２００７−５１３２８号公報（２００７年３月１日公開）
【特許文献６】特開平１１−２１４０２２号公報（１９９９年８月６日公開）
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Technological development of hydrogen production by solid oxide electrolyzer cell (SOEC), International Journal of Hydrogen Energy, Volume 33, Issue 9, May 2008, Pages 2337-2354
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した固体酸化物形電解セルを利用する技術において、エネルギー効率を向上させることは非常に有益である。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、固体酸化物形電解セルを利用する技術のエネルギー効率を向上させることを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決するために、固体酸化物形電解セルと水素吸蔵材とを組み合わせることについて検討した。なお、固体酸化物形電解セルと水素吸蔵材との組合せは、何れの先行技術文献にも記載されていない独自の技術である。そして、鋭意検討の結果、本発明者は、固体酸化物形電解セルと水素吸蔵材との組合せにおいて、水素吸蔵材から固体酸化物形電解セルへ熱を輸送するようにすれば、エネルギー効率を向上させ得ることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明に係る電気化学装置は、Ｈ２Ｏを電気分解してＨ２を生成する固体酸化物形電解セルと、上記固体酸化物形電解セルが生成した上記Ｈ２を吸蔵する水素吸蔵材と、上記水素吸蔵材から上記固体酸化物形電解セルへ熱を輸送する熱輸送手段と、を備えていることを特徴としている。
【００１０】
固体酸化物形電解セルがＨ２を生成する反応は、吸熱的であり、熱を供給する必要がある。一方、水素吸蔵材がＨ２を吸蔵する反応は、発熱的であり、熱を取り除く必要がある。ここで、上記の構成によれば、水素吸蔵材から固体酸化物形電解セルへ熱を輸送するようになっているので、水素吸蔵材から取り除くべき熱によって、固体酸化物形電解セルに必要な熱のほとんどまたは一部を補うことができる。このように、固体酸化物形電解セルの吸熱と水素吸蔵材の発熱とを相殺することにより、熱マネジメントの効率性を向上し、全体的なエネルギー効率を向上させることができる。
【００１１】
なお、通常、固体酸化物形電解セルは、水素吸蔵材の温度よりも遙かに高い温度で動作する。そのため、上記の構成のように、水素吸蔵材から固体酸化物形電解セルへ熱を輸送することは、当業者といえども容易には想到し得ないことである。
【００１２】
本発明に係る電気化学装置では、上記熱輸送手段は、上記固体酸化物形電解セルに供給すべき上記Ｈ２Ｏと、上記水素吸蔵材との間で熱交換する第一の熱交換器を備えていることが好ましい。
【００１３】
上記の構成によれば、第一の熱交換器が、水素吸蔵材から、固体酸化物形電解セルに供給すべきＨ２Ｏへ熱を移動させることができるため、水素吸蔵材から固体酸化物形電解セルへ熱を首尾よく輸送することができる。
【００１４】
上記電気化学装置では、上記第一の熱交換器は、上記固体酸化物形電解セルに供給すべき上記Ｈ２Ｏを気化させるようになっていることが好ましい。
【００１５】
上記の構成によれば、固体酸化物形電解セルに供給すべきＨ２Ｏを気化するための熱を水素吸蔵材から受け取ることができる。このように、顕熱ではなく潜熱として熱エネルギーを輸送することにより、より多くの熱を水素吸蔵材から固体酸化物形電解セルへ輸送することができる。これによって、より効率的な熱マネジメントを行うことができる。
【００１６】
本発明に係る電気化学装置では、上記水素吸蔵材が上記Ｈ２を吸蔵するときの温度が、２５℃以上５００℃以下の範囲であってもよい。
【００１７】
上記の構成によれば、水素吸蔵材の熱により、固体酸化物形電解セルに供給するＨ２Ｏを好適に加熱または気化させることができるため、熱マネジメント効率を向上させることができる。
【００１８】
本発明に係る電気化学装置では、上記固体酸化物形電解セルが排出した気体と、上記固体酸化物形電解セルに供給する上記Ｈ２Ｏとの間で熱交換する第二の熱交換器を備えているものであってもよい。
【００１９】
固体酸化物形電解セルは高温で動作するため、固体酸化物形電解セルに供給するＨ２Ｏを加熱することが好ましい。上記の構成によれば、固体酸化物形電解セルが排出した気体の熱を利用して固体酸化物形電解セルに供給するＨ２Ｏを加熱することができるため、熱の有効利用率を向上させることができる。
【００２０】
本発明に係る電気化学装置では、上記固体酸化物形電解セルは、上記水素吸蔵材が放出するＨ２を燃料として発電を行う固体酸化物形燃料電池セルとしても動作する可逆電気化学セルであり、上記熱輸送手段は、上記可逆電気化学セルが上記固体酸化物形電解セルとして動作するときは、上記水素吸蔵材から上記可逆電気化学セルへ熱を輸送し、上記可逆電気化学セルが上記固体酸化物形燃料電池セルとして動作するときは、上記可逆電気化学セルから上記水素吸蔵材へ熱を輸送するようになっているものであってもよい。
【００２１】
従来技術において、水素吸蔵材は、Ｈ２を吸蔵させるときには冷却が必要であり、Ｈ２を放出させるときには熱を供給する必要がある。通常、Ｈ２の吸蔵と放出とには時間的なずれがあるために、Ｈ２を吸蔵して放出するという一連のサイクルの上で、多量の熱損失が生じることになる。同様に、固体酸化物形電解セルおよび固体酸化物形燃料電池セルの何れとしても動作し得る可逆電気化学セルでも、発電時には冷却が必要であり、電解時には熱供給が必要であるため、発電と電解との時間的なずれのために、発電し、電解するという一連のサイクルの上で、多量の熱損失が生じることになる。
【００２２】
これに対し、上記の構成によれば、可逆電気化学セルを固体酸化物形電解セルとして動作させるとき、水素吸蔵材から可逆電気化学セルへ熱を輸送することにより、可逆電気化学セルの吸熱と水素吸蔵材の発熱とを相殺することができる。また、可逆電気化学セルを固体酸化物形燃料電池セルとして動作させるとき、可逆電気化学セルから水素吸蔵材へ熱を輸送することにより、可逆電気化学セルの発熱と水素吸蔵材の吸熱とを相殺することができる。
【００２３】
このように、水素吸蔵材を蓄熱材としても活用することにより、熱マネジメントを効率的に行い、可逆電気化学セルと水素吸蔵材との双方の吸熱と発熱とを時間的なずれなく相殺することによって、熱の有効利用率を高め、全体的なエネルギー効率を飛躍的に向上させることができる。
【００２４】
上記電気化学装置では、上記可逆電気化学セルが上記固体酸化物形燃料電池セルとして動作するときに、上記可逆電気化学セルが排出した排ガスと、上記水素吸蔵材との間で熱交換する第三の熱交換器を備えていることが好ましい。
【００２５】
上記の構成によれば、可逆電気化学セルは、固体酸化物形燃料電池セルとして動作するため発熱している。この熱を、可逆電気化学セルが排出した排ガスを介して、水素吸蔵材へ輸送することができるため、Ｈ２を放出する吸熱反応を行う水素吸蔵材を加熱し、首尾よくＨ２の放出を継続させることができる。
【００２６】
上記電気化学装置では、上記可逆電気化学セルが上記固体酸化物形電解セルとして動作するときに、上記可逆電気化学セルに供給すべき上記Ｈ２Ｏが流れる流路と、上記可逆電気化学セルが上記固体酸化物形燃料電池セルとして動作するときに、上記可逆電気化学セルが排出した排ガスが流れる流路とが共有されており、上記第三の熱交換器は、上記可逆電気化学セルが上記固体酸化物形電解セルとして動作するときに、上記可逆電気化学セルに供給すべき上記Ｈ２Ｏと、上記水素吸蔵材との間で熱交換する第一の熱交換器として機能することが好ましい。
【００２７】
上記の構成によれば、可逆電気化学セルが固体酸化物形電解セルとして動作するときと、固体酸化物形燃料電池セルとして動作するときとで、流路および熱交換器を共用することにより、装置全体の部品点数を削減することができる。
【００２８】
本発明に係る蓄電システムは、上記電気化学装置と、蓄電時には、上記可逆電気化学セルを上記固体酸化物形電解セルとして動作させ、放電時には、上記可逆電気化学セルを上記固体酸化物形燃料電池セルとして動作させる蓄電制御装置と、を備えていることを特徴としている。
【００２９】
上記の構成によれば、本発明に係る蓄電システムは、蓄電時には、上記可逆電気化学セルを上記固体酸化物形電解セルとして動作させ、製造した水素を貯蔵することによりエネルギーを貯蔵し、放電時には、上記貯蔵水素を燃料として、上記可逆電気化学セルを上記固体酸化物形燃料電池セルとして動作させて発電するようになっている。すなわち、蓄電制御装置が、可逆電気化学セルを固体酸化物形電解セルとして動作させることにより、外部の電力から水素を製造して水素吸蔵材に蓄積し、蓄電制御装置が、可逆電気化学セルを固体酸化物形燃料電池セルとして動作させることにより、水素吸蔵材に蓄積した水素を電力に再変換し、同時に固体酸化物形燃料電池セルの余剰熱を水素吸蔵材に蓄熱することができる。これにより、効率のよい蓄電システムを提供することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る電気化学装置によれば、Ｈ２Ｏを電気分解してＨ２を生成する固体酸化物形電解セルと、上記固体酸化物形電解セルが生成した上記Ｈ２を吸蔵する水素吸蔵材と、上記水素吸蔵材から上記固体酸化物形電解セルへ熱を輸送する熱輸送手段と、を備えているので、固体酸化物形電解セルの吸熱と水素吸蔵材の発熱とを相殺することにより、熱マネジメントの効率性を向上し、全体的なエネルギー効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態（第１実施形態）に係る電気化学装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】固体酸化物形燃料電池セルおよび固体酸化物形電解セルの概略動作および電流−電圧特性を示す図である。
【図３】固体酸化物形電解セルによる水素製造時のエネルギーバランスの一例を示す図である。
【図４】固体酸化物形電解セルにおける温度と各エネルギーとの関係を示す図である。
【図５】水素吸蔵材の反応に伴う温度および圧力の変化を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態（第１実施形態）に係る電気化学装置の一構成例を示す図である。
【図７】固体酸化物形電解セルと水素吸蔵材とを単に組み合わせた場合の一構成例を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態（第１実施形態）に係る電気化学装置における熱収支の試算例を説明するための図である。
【図９】固体酸化物形電解セルと水素吸蔵材とを単に組み合わせた場合の熱収支の試算例を説明するための図である。
【図１０】本発明の一実施形態（第２実施形態）に係る電気化学装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態（第２実施形態）に係る電気化学装置の一構成例を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態（第２実施形態）に係る蓄電システムの概略構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
（固体酸化物形燃料電池セル、固体酸化物形電解セルおよび水素吸蔵材の一般的な特性について）
本発明の実施形態の説明の前に、まず、固体酸化物形燃料電池セル、固体酸化物形電解セルおよび水素吸蔵材の一般的な特性について説明する。
【００３３】
図２（ａ）は、固体酸化物形燃料電池セルの概略動作を模式的に示す図であり、図２（ｂ）は、固体酸化物形電解セルの概略動作を模式的に示す図である。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、固体酸化物形燃料電池セルでは、カソード側に空気（Ｏ２）を供給し、アノード側に燃料（Ｈ２）を供給する。カソード側では、外部の回路から４ｅ−を受け取り、Ｏ２から２Ｏ２−が生じる。Ｏ２−は、電解質を介してアノード側に移動し、Ｈ２と結合してＨ２Ｏが生じるとともに、２ｅ−が放出される。放出されたｅ−は、外部の回路を介してカソード側に移動する（電流の発生）。
【００３５】
一方、固体酸化物形電解セルでは、図２（ｂ）に示すように、カソード側に水蒸気（Ｈ２Ｏ）を供給し、外部の回路に電圧を印加することによってｅ−をアノード側からカソード側へ移動させる。カソード側では、外部の回路から２ｅ−を受け取り、Ｈ２Ｏを電気分解することにより、Ｈ２およびＯ２−が生じる。そして、２Ｏ２−が、電解質を介してアノード側に移動し、４ｅ−を外部の回路に放出することにより、Ｏ２が生じる。
【００３６】
以上のように、固体酸化物形燃料電池セルでは、空気（Ｏ２）および燃料（Ｈ２）を供給することにより、電流を生じさせることができる。一方、固体酸化物形電解セルでは、水蒸気（Ｈ２Ｏ）を供給し、電流を流すことによって、Ｈ２を得ることができる。
【００３７】
なお、図２（ｃ）は、固体酸化物形燃料電池セルにおける電流−電圧特性を示すグラフである。また、図２（ｄ）は、固体酸化物形電解セルにおける電流−電圧特性を示すグラフである。両グラフにおける直線の傾きは、各セルの内部抵抗等に起因するものである。
【００３８】
ここで、固体酸化物形電解セルにおける反応は吸熱反応であり、反対に、固体酸化物形燃料電池セルにおける反応は発熱反応となる。すなわち、固体酸化物形燃料電池セルにおいて、水素の燃焼熱（ΔＨ、エンタルピー変化）のうち、仕事（電気エネルギー）として取り出せるエネルギーは、水素の自由エネルギー変化（ΔＧ、ギブズエネルギー変化）に相当する。それゆえ、燃焼熱と自由エネルギー変化との差（ＴΔＳ）は、熱エネルギーとして放出される。同様に、固体酸化物形電解セルにおいて、水素の燃焼熱（ΔＨ、エンタルピー変化）のうち、仕事（電気エネルギー）として供給すべき最低のエネルギーは、水素の自由エネルギー変化（ΔＧ、ギブズエネルギー変化）に相当する。それゆえ、燃焼熱と自由エネルギー変化との差（ＴΔＳ）は、熱エネルギーとして供給すればよい。この場合水素の燃焼熱（ΔＨ、エンタルピー変化）の全量を仕事（電気エネルギー）として供給することも可能である。
【００３９】
図３に電解セルによる水素製造時のエネルギーバランスの一例を示す。固体酸化物形電解セル（電解モード）では、仕事として自由エネルギー変化ΔＧに相当する電気エネルギーを投入する場合には、エンタルピー変化ΔＨと自由エネルギー変化ΔＧとの差ＴΔＳが不足エネルギーとなる。従って、最低でもこの不足分を熱エネルギーとして補う必要がある。図中電流ｉ１を流す場合には、投入している電気エネルギーは自由エネルギー変化ΔＧよりも大きく、自由エネルギー変化ΔＧよりも多いエネルギー分は、セルの内部抵抗等において電気から熱に変換されるエネルギー（内部発熱）である。この内部発熱は不足エネルギーの一部を補うことができるため、結果的に補うべき不足エネルギーはＴΔＳよりも小さくなる。更に電流を増やしてｉ３で運転する場合には、内部発熱がＴΔＳに相当するため、熱エネルギーを別途加える必要はない（以降、この状態を熱自立状態と呼ぶ）。
【００４０】
また、図４に示すように、温度が高くなるほど、水素の燃焼熱に対する自由エネルギーの相対量が減少する。言い換えれば、電解時の吸熱量および発電時の発熱量が増大する。ここで、固体酸化物形燃料電池セル（ＳＯＦＣ）／固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）のように高い温度（例えば、６００℃〜９００℃）で動作するセルは、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）のように低い温度（例えば、２５℃〜８０℃）で動作するセルに比べて、発熱量／吸熱量の燃焼熱に対する割合が大きくなる。このことは、固体酸化物形電解セルでは、固体高分子形燃料電池に比べ、少ない電気エネルギーで水素を製造し得ることを示している。
【００４１】
また、水素吸蔵材（水素吸蔵合金）は、一般に、水素を吸蔵するとき発熱し、水素を放出するとき吸熱する。図５は、代表的な水素吸蔵材であるＭｇの吸蔵（Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）および放出（Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ）の際の温度および圧力の変化を示すグラフである。図５に示すように、Ｍｇは、水素を吸蔵するとき発熱し、水素を放出するとき吸熱する。その熱量はそれぞれ約７４ｋＪ／ｍｏｌである。
【００４２】
以上を前提に、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。
【００４３】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の一実施形態（第１実施形態）に係る電気化学装置１の概略構成を模式的に示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る電気化学装置１は、固体酸化物形電解セル１０および水素吸蔵材２０を備えている。そして、固体酸化物形電解セル１０から水素吸蔵材２０へＨ２を、水素吸蔵材２０から固体酸化物形電解セル１０へ熱を輸送するようになっている。
【００４４】
電気化学装置１では、固体酸化物形電解セル１０が、Ｈ２Ｏを電気分解してＨ２を生成し、水素吸蔵材２０が、固体酸化物形電解セル１０が生成したＨ２を吸蔵することにより、水素吸蔵材２０にＨ２を貯蔵することができる。水素吸蔵材２０に貯蔵されたＨ２は、これに限定されるものではないが、例えば、Ｈ２を燃料とする燃料電池を備えた任意の機器（例えば、燃料電池自動車（ＦＣＶ：Fuel Cell Vehicle）等）に提供するために用いることができる。
【００４５】
上述したように、固体酸化物形電解セル１０がＨ２を生成する反応は、吸熱的であり、熱を供給する必要がある。一方、水素吸蔵材２０がＨ２を吸蔵する反応は、発熱的であり、熱を取り除く必要がある。ここで、電気化学装置１では、水素吸蔵材２０から固体酸化物形電解セル１０へ熱を輸送するようになっているので、水素吸蔵材２０から取り除くべき熱によって、固体酸化物形電解セル１０に必要な熱を補うことができる。このように、固体酸化物形電解セル１０の吸熱と水素吸蔵材２０の発熱とを相殺することにより、熱マネジメントの効率性を向上し、全体的なエネルギー効率を向上させることができる。
【００４６】
なお、通常、固体酸化物形電解セル１０は、水素吸蔵材２０の温度よりも遙かに高い温度で動作する。そのため、電気化学装置１のように、水素吸蔵材２０から固体酸化物形電解セル１０へ熱を輸送することは、当業者といえども容易には想到し得ないことである。
【００４７】
以下、各部材について詳細に説明する。
【００４８】
（固体酸化物形電解セル）
固体酸化物形電解セル１０としては、公知の固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）を用いればよく、円筒型であっても平板型であってもよい。ただし、アノード側とカソード側とは、それぞれの流路がきちんと分離されており、お互いを流れるガスが混合されないように十分にシールされている必要がある。固体酸化物形電解セル１０は、アノード、電解質およびカソードの他に、インターコネクタ、集電材、ガス供給および排出用配管（マニホルド）、外枠等をさらに備えていてもよい。
【００４９】
なお、公知の固体酸化物形燃料電池セルは、アノードおよびカソードから排出される気体が混合されずに分離されている構造であれば、固体酸化物形電解セル１０としても利用可能である。
【００５０】
また、電極、電解質を構成する物質は、公知の固体酸化物形電解セルに用いられる物質を用いればよく、例えば、電解質としては、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳＳＺ）、ＬＳＧＭ（ＬａＳｒＧａＭｇ）、ＳＤＣ（ＣｅＳｍＯ）、ＧＤＣ（ＣｅＧｄＯ）等を用いることができるがこれらに限定されない。また、これらに任意の物質をドープしたものを用いてもよい。また、燃料極電極としては、サーメット（ＮｉとＹＳＺとのコンポジット材）、空気極電極として、ＬＳＭ（ＬａＳｒＭｎ）、ＬＳＣＦ（ＬａＳｒＣｏＦｅ）等を用いることができるが、これらに限定されない。
【００５１】
固体酸化物形電解セル１０の動作温度は、６００℃以上９００℃以下であり、当該温度まで加温するための加熱手段を備えていてもよい。
【００５２】
（水素吸蔵材）
水素吸蔵材２０としては、公知の水素吸蔵合金を用いればよく、特に限定されないが、例えば、純金属型（例えば、Ｍｇ、ＭｇＴｉ、Ｖ、Ｐｄ等）、ＡＢ型（例えば、ＴｉＦｅ等）、ＡＢ５型（例えば、ＬａＮｉ５等）、ＡＢ２型（例えば、ＴｉＣｒ２等）、Ａ２Ｂ型（例えば、Ｍｇ２Ｎｉ等）、ＢＣＣ合金型（例えば、ＴｉＣｒＶ等）等を含んでいる水素吸蔵材を用いることができる。水素吸蔵材２０は、例えば、粉状、粒状等であり得る。また、水素吸蔵材２０の圧力は、プラトー圧付近であることが好ましい。
【００５３】
なお、水素吸蔵材２０が水素を吸蔵するときの温度は、２５℃以上５００℃以下の範囲であることが好ましいが、下限値は、例えば、３０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃または３００℃であってもよく、上限値は、例えば、５００℃、４５０℃、４００℃または３５０℃であってもよい。水素吸蔵材２０が水素を吸蔵するときの温度が、このような温度であれば、後述するように、水素を吸蔵する際に発生する熱を首尾よく受け渡して、固体酸化物形電解セル１０に供給するＨ２Ｏを好適に加熱または気化させることができるため、電気化学装置１の熱マネジメント効率を向上させることができる。
【００５４】
（配管および熱交換器）
電気化学装置１は、また、各種配管（流路）および熱交換器を備えていることが好ましい。電気化学装置２における配管および熱交換器の構成については、固体酸化物形電解セル１０から水素吸蔵材２０へＨ２を輸送し、水素吸蔵材２０から固体酸化物形電解セル１０へ熱を輸送するようになっていればよく、特に限定されないが、例えば、図６に示すような構成とすることができる。
【００５５】
図６は、電気化学装置１の一構成例を模式的に示す図である。図６に示すように、電気化学装置１は、固体酸化物形電解セル１０にＨ２Ｏを供給するための配管４０、固体酸化物形電解セル１０から水素吸蔵材２０へＨ２を輸送するための配管４２、および固体酸化物形電解セル１０からＯ２を排出するための配管４４を備えていてもよい。なお、固体酸化物形電解セル１０が配置されている領域を電気化学セル部１１と称する。
【００５６】
ここで、電気化学装置１は、配管４０と水素吸蔵材２０との間で熱交換する熱交換器（第一の熱交換器、熱輸送手段）３０を備えていることが好ましい。熱交換器３０によれば、水素吸蔵材２０から、固体酸化物形電解セル１０に供給すべきＨ２Ｏへ熱を移動させることができるため、水素吸蔵材２０から固体酸化物形電解セル１０へ熱を首尾よく輸送することができる。特に、熱交換器３０において固体酸化物形電解セル１０に供給すべきＨ２Ｏを気化させるようになっていることが好ましい。これにより、固体酸化物形電解セル１０に供給すべきＨ２Ｏを気化するための熱を水素吸蔵材から受け取ることができる。このように、顕熱ではなく潜熱として熱エネルギーを輸送することにより、より多くの熱を水素吸蔵材２０から固体酸化物形電解セル１０へ輸送することができる。これによって、より効率的な熱マネジメントを行うことができる。
【００５７】
また、固体酸化物形電解セル１０は高温で動作するため、固体酸化物形電解セルに供給するＨ２Ｏを加熱することが好ましい。そこで、配管４２および配管４４を通る固体酸化物形電解セル１０から排出された気体と、配管４０を通る固体酸化物形電解セル１０に供給すべきＨ２Ｏとの間で熱交換する熱交換器３１（３１ａ、３１ｂ、第二の熱交換器）を備えていることが好ましい。これにより、固体酸化物形電解セル１０が排出した気体の熱を利用して固体酸化物形電解セルに供給するＨ２Ｏを加熱することができるため、熱の有効利用率を向上させることができる。
【００５８】
なお、固体酸化物形電解セル１０のカソードからは、通常、生成されたＨ２および電気分解されずに残存したＨ２Ｏが混合した気体が排出される。そのため、水素吸蔵材２０に対してＨ２のみを輸送するために、配管４２には、当該気体を冷却後にドレイン水を除くための配管４３が設けられていることが好ましい。なお、当該気体の冷却には、例えば、図６に示すように、冷却水が循環する配管４５を接触させた熱交換器３１ｃを利用することができる。
【００５９】
また、図示していないが、電気化学装置１は、電気的なインバータ、各部を支持する支持材、配管４２、４４および４６における気体または液体の輸送のためのブロアまたはポンプ、固体酸化物形電解セル１０および水素吸蔵材２０を保温するための断熱材、固体酸化物形電解セル１０および水素吸蔵材２０を保持する筐体等をさらに備えていてもよい。
【００６０】
（熱収支の試算例）
続いて、本実施形態に係る電気化学装置１の熱マネジメントが優れていることについて、熱収支の試算例により説明する。試算例では、熱自立状態を前提条件として計算を行っている。本実施形態に係る電気化学装置１に対比する対照として、図７に示すような、固体酸化物形電解セル１０および水素吸蔵材２０を備え、固体酸化物形電解セル１０から水素吸蔵材２０へＨ２を輸送するようになっているが、水素吸蔵材２０から固体酸化物形電解セル１０へ熱を輸送するようにはなっていない電気化学装置１’を用いた。図７に示すように、電気化学装置１’は、熱交換器３０の代わりに、単に水素吸蔵材２０を冷却するための熱交換器３２およびそのための冷却水を循環させる配管４６を備えている点が、電気化学装置１とは異なっている。
【００６１】
試算例では、固体酸化物形電解セル１０には、１．８ｍｏｌ／ｓの流量でＨ２Ｏを供給し、固体酸化物形電解セル１０におけるＨ２Ｏの利用率が８０％であり、１．４４ｍｏｌ／ｓのＨ２が生成されるものとした。また、水素吸蔵材２０としては、Ｍｇを用い、Ｈ２を吸蔵する毎に、７４ｋＪ／ｍｏｌの発熱が生じるものとした。また、固体酸化物形電解セル１０は、８００℃で動作し、８００℃における水素の燃焼熱に相当する２４８．２ｋＪ／ｍｏｌの電気エネルギーを加えるものとした。
【００６２】
まず、電気化学装置１における熱収支の試算例について、図８を参照して説明する。まず、配管４０の地点４０ａでは、２５℃のＨ２Ｏ（水）が１．５ｍｏｌ／ｓの流量で供給されており、配管４１の地点４１ａでは、２５℃のＨ２Ｏが０．３ｍｏｌ／ｓの流量で供給されているものとした。Ｈ２Ｏを二つの経路から供給するようにした理由については後述する。
【００６３】
配管４０を流れるＨ２Ｏは、熱交換器３０において気化されて、３７０℃のＨ２Ｏ（水蒸気）になる。その際受け取る熱は、水加熱量８．５ｋＪ／ｓおよび蒸発熱６０．９９ｋＪ／ｓである。その後、部分４０ｂにおいて２．７６ｋＪ／ｓの熱ロスが生じ、Ｈ２Ｏの温度は３２０℃となる。そして、熱交換器３１において、２２．０５ｋＪ／ｓの熱を受け取り、７００℃に加熱される。一方、配管４１を流れるＨ２Ｏは、熱交換器３１において、水加熱量１２．２０ｋＪ／ｓおよび蒸発熱６．７４ｋＪ／ｓの熱を受け取り、７００℃に加熱され、配管４０に合流する。そして、合流した１．８ｍｏｌ／ｓのＨ２Ｏは、部分４０ｃにおいて７．４８ｋＪ／ｓの熱アシストを受け、８００℃に加熱され、固体酸化物形電解セル１０に供給される。
【００６４】
固体酸化物形電解セル１０から排出されたＨ２＋Ｈ２Ｏ（水素流量１．４４ｍｏｌ／ｓおよび水蒸気流量０．３６ｍｏｌ／ｓ）は、地点４２ａでは８００℃であるが、部分４２ｂにおいて２．９４ｋＪ／ｓの熱ロスが生じ、７５０℃となる。そして、熱交換器３１において水蒸気及び水素の顕熱３８．６２ｋＪ／ｓ、水の潜熱１４．６ｋＪ／ｓおよび水の顕熱１．３６ｋＪ／ｓを失い、液化した０．３６ｍｏｌ／ｓのＨ２Ｏが配管４３から除去される。水素吸蔵材２０には、１．４４ｍｏｌ／ｓのＨ２のみが供給される。
【００６５】
固体酸化物形電解セル１０から排出された０．７２ｍｏｌ／ｓのＯ２は、地点４４ａでは８００℃であるが、部分４４ｂにおいて１．２５ｋＪ／ｓの熱ロスが生じ、７５０℃となる。そして、熱交換器３１において剰余熱７．７２ｋＪ／ｓを失い、３５０℃となって排出される。なお、電気化学セル部１１における熱ロスの合計は４．２０ｋＪ／ｓとなる。
【００６６】
また、配管４５を流れる冷却水は、地点４５ａを、２５℃、５ｍｏｌ／ｓで流れ、熱交換器３１において２１．３２ｋＪ／ｓの熱を受け取り、８１．５３℃となる。
【００６７】
ここで、熱交換器３０では、水素吸蔵材２０における発熱が７４×１．４４ｋＪ／ｓ（１０６．５６ｋＪ／ｓ）であり、上述したＨ２Ｏに与えられる熱および熱ロスの合計８．５＋６０．９９＋７．２８ｋＪ／ｓ（７６．７７ｋＪ／ｓ）を十分にまかない、熱アシストは必要ない。なお、配管４０に、固体酸化物形電解セル１０に供給すべきＨ２Ｏの一部のみを供給しているのは、水素吸蔵材２０における発熱で、配管４０を流れるＨ２Ｏの気化熱を全てまかなうためである。それゆえ、水素吸蔵材２０における発熱でＨ２Ｏの気化熱をまかなえるのであれば、全てのＨ２Ｏを配管４０に供給することがより好ましい。
【００６８】
また、熱交換器３１では、配管４０、４１および４５を流れるＨ２Ｏに与えた熱量が、２２．０５＋１２．２０＋６．７４＋２１．３２ｋＪ／ｓ（６２．３０ｋＪ／ｓ）であり、配管４２および４４を流れる気体から受け取った熱量が、３８．６２＋１４．６＋１．３６＋７．７２ｋＪ／ｓ（６２．３０ｋＪ／ｓ）となる。
【００６９】
以上より、試算例における電気化学装置１が必要とする熱アシストは、部分４０ｃにおける７．４８ｋＪ／ｓであり、得られたＨ２１モルあたり５ｋＪとなる。固体酸化物形電解セル１０に供給する電気エネルギーは、Ｈ２１モルあたり２４８ｋＪであり、得られたＨ２１モルあたりの室温における燃焼熱は２８６ｋＪであるので、エネルギー効率は、２８６／（２４８＋５）＝１１３％となる。
【００７０】
次に、電気化学装置１’における熱収支の試算例について、図９を参照して説明する。試算例では、熱自立状態を前提条件としている。まず、配管４０の地点４０ａでは、２５℃のＨ２Ｏ（水）が１．８ｍｏｌ／ｓの流量で供給されているものとした。配管４０を流れるＨ２Ｏは、熱交換器３１ａにおいて加熱されて、１００℃となる。その際受け取る熱は、水加熱量１０．２ｋＪ／ｓである。続いて、熱交換器３１において、７３．１９ｋＪ／ｓの蒸発熱を受け取り気化される。そして、部分４０ｂにおいて４７．８９ｋＪの熱アシストを受け、８００℃に加熱され、固体酸化物形電解セル１０に供給される。
【００７１】
固体酸化物形電解セル１０から排出されたＨ２＋Ｈ２Ｏ（水素流量１．４４ｍｏｌ／ｓおよび水蒸気流量０．３６ｍｏｌ／ｓ）は、地点４２ａでは８００℃であるが、部分４２ｂにおいて１１．６３ｋＪ／ｓの熱ロスが生じ、６００℃となる。そして、熱交換器３１ｂにおいて顕熱２７．８ｋＪ／ｓおよび潜熱１４．６ｋＪ／ｓを失い、さらに熱交換器３１ａにおいて顕熱２．１２ｋＪ／ｓを失い、液化した０．３６ｍｏｌ／ｓのＨ２Ｏが配管４３から除去される。水素吸蔵材２０には、１．４４ｍｏｌ／ｓのＨ２のみが供給される。
【００７２】
固体酸化物形電解セル１０から排出された０．７２ｍｏｌ／ｓのＯ２は、地点４４ａでは８００℃であるが、部分４４ｂにおいて１．２５ｋＪ／ｓの熱ロスが生じ、７５０℃となる。そして、熱交換器３１ｂにおいて剰余熱１５．２８ｋＪ／ｓを失い、１００℃となり、さらに、熱交換器３１ａにおいて顕熱１．０７ｋＪ／ｓを失い、５０℃となって排出される。なお、電気化学セル部１１における熱ロスの合計は１２．８９ｋＪ／ｓとなる。
【００７３】
ここで、熱交換器３１ａおよび３１ｂでは、配管４０を流れるＨ２Ｏに与えた熱量が、１０．２２＋７３．１９ｋＪ／ｓ（８３．４１ｋＪ／ｓ）であり、配管４２および４４を流れる気体から受け取った熱量が、２７．８＋１４．６＋２．１２＋１５．２８＋１．０７ｋＪ／ｓ（６０．８７ｋＪ／ｓ）となる。よって、８３．４１−６０．８７＝２２．５４ｋＪ／ｓの熱アシストが必要となる。
【００７４】
以上より、試算例における電気化学装置１’が必要とする熱アシストは、部分４０ｂ、熱交換器３１ａおよび３１ｂにおける４７．８９＋２２．５４＝７０．４３ｋＪ／ｓであり、得られたＨ２１モルあたり４９ｋＪとなる。固体酸化物形電解セル１０に供給する電気エネルギーは、Ｈ２１モルあたり２４８ｋＪであり、得られたＨ２１モルあたりの室温における燃焼熱は２８６ｋＪであるので、エネルギー効率は、２８６／（２４８＋４９）＝９６％となる。
【００７５】
以上のように、本実施形態に係る電気化学装置１では、エネルギー効率は１１３％と試算され、水素吸蔵材２０から固体酸化物形電解セル１０へ熱を輸送しない電気化学装置１’では、エネルギー効率は９６％と試算される。このように、本実施形態によれば、水素吸蔵材２０から固体酸化物形電解セル１０へ熱を輸送するようになっていることにより、エネルギー効率を向上させることができる。
【００７６】
（変形例）
なお、各種配管、熱交換器等の構成は図に示したものに限定されず、各種改変することができる。すなわち、本実施形態では、水素吸蔵材２０から固体酸化物形電解セル１０へ熱を輸送するようになっていればよく、必ずしも熱交換器３０を備える必要はない。すなわち、水素吸蔵材２０と熱交換する熱交換媒体を電気化学装置１内を循環させて、固体酸化物形電解セル１０等に熱アシストする構成であってもよい。
【００７７】
また、配管４３におけるドレイン水を、さらに配管４０に供給してＨ２Ｏをリサイクルしてもよい。
【００７８】
また、外部からの熱（廃熱等）を装置内に取り込むように構成してもよい。
【００７９】
〔第２実施形態〕
図１０は、本発明の一実施形態（第２実施形態）に係る電気化学装置２の概略構成を模式的に示す図である。図１０に示すように、電気化学装置２は、第１実施形態における固体酸化物形電解セル１０の代わりに、固体酸化物形電解セルおよび固体酸化物形燃料電池セルの何れとしても動作し得る可逆電気化学セル１２を備えている。図１０（ａ）は、可逆電気化学セル１２が固体酸化物形電解セルとして動作するときの構成を示し、図１０（ｂ）は、可逆電気化学セル１２が固体酸化物形燃料電池セルとして動作するときの構成を示す。以下、第１実施形態と同様の構成には同じ部材番号を付し、説明を省略する。
【００８０】
可逆電気化学セル１２は、第１実施形態における固体酸化物形電解セル１０とほぼ同様に構成することができる。すなわち、可逆電気化学セル１２は、Ｈ２を電解セルのカソードに供給する配管、空気またはＯ２を電解セルのアノードに供給する配管、カソードとアノードとの間に生じた電流を流すための回路を備えていればよく、その他の構成については第１実施形態における固体酸化物形電解セル１０と同様に構成することができる。そして、可逆電気化学セル１２は、Ｈ２Ｏを供給すると共に、外部から電圧を印加することにより、固体酸化物形電解セルとして動作させることができる。また、Ｈ２と空気またはＯ２とを供給することにより、固体酸化物形燃料電池セルとして動作させることができる。なお、可逆電気化学セル１２の動作温度は、固体酸化物形電解セル１０と同様である。
【００８１】
図１０（ａ）に示すように、可逆電気化学セル１２を固体酸化物形電解セルとして動作させるときは、水素吸蔵材２０から可逆電気化学セル１２へ熱を輸送することにより、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。熱を輸送するための構成は、第１実施形態と同様である。
【００８２】
一方、可逆電気化学セル１２を固体酸化物形燃料電池セルとして動作させるときは、図１０（ｂ）に示すように、水素吸蔵材２０から可逆電気化学セル１２へＨ２を輸送するとともに、可逆電気化学セル１２から水素吸蔵材２０へ熱を輸送するようにする。これにより、可逆電気化学セル１２は、水素吸蔵材２０が放出したＨ２を燃料として発電を行うことができる。また、上述したように、固体酸化物形燃料電池セルにおける反応は発熱的であり、水素吸蔵材がＨ２を放出する反応は吸熱的である。したがって、可逆電気化学セル１２から水素吸蔵材２０へ熱を輸送することにより、可逆電気化学セルの発熱と水素吸蔵材の吸熱とを相殺することにより、熱マネジメントの効率性を向上し、全体的なエネルギー効率を向上させることができる。
【００８３】
このように、本実施形態に係る電気化学装置２では、水素吸蔵材２０は、単にＨ２を出し入れするものというだけではなく、そのときに適した熱を出し入れするものでもある。言い換えれば、電気化学装置２では、水素吸蔵材２０を蓄熱材としても活用している。
【００８４】
従来技術において、水素吸蔵材は、Ｈ２を吸蔵させるときには冷却が必要であり、Ｈ２を放出させるときには熱を供給する必要がある。通常、Ｈ２の吸蔵と放出とには時間的なずれがあるために、Ｈ２を吸蔵して放出するという一連のサイクルの上で、多量の熱損失が生じることになる。同様に、固体酸化物形電解セルおよび固体酸化物形燃料電池セルの何れとしても動作し得る可逆電気化学セルでも、発電時には冷却が必要であり、電解時には熱供給が必要であるため、発電と電解との時間的なずれのために、発電し、電解するという一連のサイクルの上で、多量の熱損失が生じることになる。
【００８５】
これに対し、本実施形態に係る電気化学装置２では、水素吸蔵材２０を蓄熱材としても活用することにより、熱マネジメントを効率的に行い、可逆電気化学セルと水素吸蔵材との双方の吸熱と発熱とを時間的なずれなく相殺することによって、熱の有効利用率を高め、全体的なエネルギー効率を飛躍的に向上させることができる。
【００８６】
電気化学装置２における配管および熱交換器の構成については、（ｉ）可逆電気化学セル１２を固体酸化物形電解セルとして動作させるときは、可逆電気化学セル１２から水素吸蔵材２０へＨ２を輸送し、水素吸蔵材２０から可逆電気化学セル１２へ熱を輸送するようになっており、（ｉｉ）可逆電気化学セル１２を固体酸化物形燃料電池セルとして動作させるときは、水素吸蔵材２０から可逆電気化学セル１２へＨ２を輸送し、可逆電気化学セル１２から水素吸蔵材２０へ熱を輸送するようになっていればよく、特に限定されないが、例えば、図１１に示すような構成とすることができる。
【００８７】
図１１は、電気化学装置２の一構成例を模式的に示す図である。図１１（ａ）は、可逆電気化学セル１２を固体酸化物形電解セルとして動作させる場合を示し、図１１（ｂ）は、可逆電気化学セル１２を固体酸化物形燃料電池セルとして動作させる場合を示す。
【００８８】
図１１（ａ）に示すように、可逆電気化学セル１２を固体酸化物形電解セルとして動作させる場合は、第１実施形態とほぼ同様の構成とすることができる。配管４５および配管４３には、それぞれ弁３５および弁３６が設けられているが、弁３５および弁３６は何れも開かれている。
【００８９】
一方、可逆電気化学セル１２を固体酸化物形燃料電池セルとして動作させる場合は、図１１（ｂ）に示すように、弁３５および弁３６を閉め、配管４２を介して、水素吸蔵材２０から可逆電気化学セル１２へＨ２を輸送し、配管４４を介して、空気またはＯ２を可逆電気化学セル１２へ供給し、可逆電気化学セル１２から排出された排ガスを配管４０を介して排出すればよい。
【００９０】
このとき、熱交換器（第三の熱交換器）３０は、可逆電気化学セル１２が排出した排ガスと、水素吸蔵材２０との間で熱交換するように働く。これによって、Ｈ２を放出する吸熱反応を行う水素吸蔵材２０を加熱し、首尾よくＨ２の放出を継続させることができる。
【００９１】
また、図１１（ａ）（ｂ）に示す構成例では、可逆電気化学セル１２が固体酸化物形電解セルとして動作するときに、可逆電気化学セル１２に供給すべきＨ２Ｏが流れる配管４０と、可逆電気化学セル１２が固体酸化物形燃料電池セルとして動作するときに、可逆電気化学セル１２が排出した排ガスが流れる配管４０とが共有されており、熱交換器３０も共有している。さらに、可逆電気化学セル１２が固体酸化物形電解セルとして動作するときに、可逆電気化学セル１２が排出した気体が流れる配管４２、４４と、可逆電気化学セル１２が固体酸化物形燃料電池セルとして動作するときに、可逆電気化学セル１２に供給する気体が流れる配管４２、４４とが共有されており、熱交換器３１も共有している。このように、可逆電気化学セル１２が固体酸化物形電解セルとして動作するときと、固体酸化物形燃料電池セルとして動作するときとで、配管および熱交換器を共用することにより、装置全体の部品点数を削減することができる。
【００９２】
なお、さらに詳細に説明すれば、図１１（ａ）（ｂ）のＡで示す部分は、例えば、図１１（ｃ）（ｄ）に示すように構成され得る。すなわち、図１１（ｃ）（ｄ）に示すように、配管４０は、燃焼室１３および配管４６および４７を介して可逆電気化学セル１２に接続され得る。配管４２および配管４６は、電解セルのカソードにつながっており、配管４４および配管４７は、電解セルのアノードにつながっている。
【００９３】
可逆電気化学セル１２を固体酸化物形電解セルとして動作させる場合、図１１（ｃ）に示すように、電解セルのカソードには、配管４０からのＨ２Ｏ（水蒸気）が燃焼室１３および配管４６を介して供給され、電解セルのカソードで生じたＨ２が配管４２を介して輸送される。また、電解セルのアノードで生じたＯ２は配管４４を介して排出される。配管４７は使用されない。
【００９４】
一方、可逆電気化学セル１２を固体酸化物形燃料電池セルとして動作させる場合、図１１（ｄ）に示すように、燃料電池セルのアノードには、配管４２からＨ２が供給され、生じたオフガスが配管４６を介して排出される。また、燃料電池セルのカソードには、配管４４から空気が供給され、オフ空気が配管４７を介して排出される。配管４６および４７は燃焼室１３につながっており、燃焼室１３においてオフガスおよびオフ空気を燃焼させ、排ガスとして配管４０を介して排出する。
【００９５】
このように、可逆電気化学セル１２が固体酸化物形電解セルとして動作するときと、固体酸化物形燃料電池セルとして動作するときとで、燃焼室を含む構成についても共用することができる。
【００９６】
（蓄電システム）
本実施形態に係る電気化学装置２は、可逆電気化学セル１２を固体酸化物形電解セルとして動作させることにより、外部の電力から水素を製造して水素吸蔵材２０に蓄積し、可逆電気化学セル１２を固体酸化物形燃料電池セルとして動作させることにより、水素吸蔵材２０に蓄積した水素を電力に再変換し、同時に固体酸化物形燃料電池セルの余剰熱を水素吸蔵材に蓄熱することができる。したがって、電気化学装置２は、本発明の一実施形態に係る蓄電システム４の一部を構成することができる。
【００９７】
図１２は、蓄電システム４の概略構成を模式的に示す図である。図１２に示すように、蓄電システム４は、蓄電時には、可逆電気化学セル１２を固体酸化物形電解セルとして動作させ、放電時には、可逆電気化学セル１２を固体酸化物形燃料電池セルとして動作させる蓄電制御装置３を備えている。
【００９８】
蓄電制御装置３は、これらに限定されないが、蓄電および放電の制御の切替を、時間に応じて行ってもよいし、水素吸蔵材２０に蓄積された水素の量に応じて行ってもよい。また、要求される電力の需給バランスに応じて蓄電および放電を切り替えてもよい。例えば、蓄電システム４が、太陽電池からの電力を蓄電するシステムである場合には、太陽電池による発電が行われる日中は蓄電を行い、夜に放電するように蓄電制御装置３が制御することにより、一日を通した安定した電力供給に資することができる。また、同様に、蓄電システム４が、風力発電からの電力を蓄電するシステムである場合には、風力が強いときに蓄電を行い、無風のときに放電するように蓄電制御装置３が制御することにより、安定した電力供給を行うことができる。
【００９９】
（変形例）
本実施形態においても、第１実施形態と同様、各種配管、熱交換器等の構成は図に示したものに限定されず、各種改変することができる。例えば、図１１に示す構成例では、可逆電気化学セル１２が固体酸化物形電解セルとして動作するときと、固体酸化物形燃料電池セルとして動作するときとで、配管および熱交換器を共用していたが、操作弁等を用いて、それぞれ別個の配管を用いるように構成してもよい。
【０１００】
なお、本実施形態では、可逆電気化学セル１２が、固体酸化物形電解セルとしても固体酸化物形燃料電池セルとして働く構成について説明したが、他の実施形態として、固体酸化物形燃料電池セルとしてのみ働く構成であってもよい。言い換えれば、電気化学装置が、固体酸化物形燃料電池セルを備えている構成であってもよい。このような構成であっても、図１０（ｂ）に示すように、固体酸化物形燃料電池セルから水素吸蔵材２０へ熱を輸送するように構成することで、上述したように熱の有効利用率を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は、水素製造、蓄電および発電の分野において利用可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１、２  電気化学装置
３      蓄電制御装置
４      蓄電システム
１０    固体酸化物形電解セル
１１    電気化学セル部
１２    可逆電気化学セル
１３    燃焼室
２０    水素吸蔵材
３０    熱交換器（第一の熱交換器、第三の熱交換器）
３１    熱交換器（第二の熱交換器）
３２    熱交換器
４０〜４７  配管（流路）
【図１】
0005711687.tif 000002
【図２】
0005711687.tif 000003
【図３】
0005711687.tif 000004
【図４】
0005711687.tif 000005
【図５】
0005711687.tif 000006
【図６】
0005711687.tif 000007
【図７】
0005711687.tif 000008
【図８】
0005711687.tif 000009
【図９】
0005711687.tif 000010
【図１０】
0005711687.tif 000011
【図１１】
0005711687.tif 000012
【図１２】
0005711687.tif 000013