JPH0693481A - 高温水蒸気電解方法 - Google Patents
高温水蒸気電解方法Info
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- JPH0693481A JPH0693481A JP4243174A JP24317492A JPH0693481A JP H0693481 A JPH0693481 A JP H0693481A JP 4243174 A JP4243174 A JP 4243174A JP 24317492 A JP24317492 A JP 24317492A JP H0693481 A JPH0693481 A JP H0693481A
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- electrolysis
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- 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
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は水蒸気を電気分解して高効率で水素
を製造する方法に関する。 【構成】 加熱源で加熱した空気と水蒸気を固体電解質
を用いた高温水蒸気電解セルに供給して高温下で電解
し、該高温水蒸気電解セルから取出される水素富化水蒸
気及び酸素富化空気の有する熱と、加熱源の熱によって
加熱した水蒸気によって蒸気タービンを作動させて発電
し、該発電された電気によって前記高温水蒸気電解セル
の電解を行うと共に、水蒸気に熱を与えた後の水素富化
水蒸気より水素を取得する高温水蒸気電解方法。
を製造する方法に関する。 【構成】 加熱源で加熱した空気と水蒸気を固体電解質
を用いた高温水蒸気電解セルに供給して高温下で電解
し、該高温水蒸気電解セルから取出される水素富化水蒸
気及び酸素富化空気の有する熱と、加熱源の熱によって
加熱した水蒸気によって蒸気タービンを作動させて発電
し、該発電された電気によって前記高温水蒸気電解セル
の電解を行うと共に、水蒸気に熱を与えた後の水素富化
水蒸気より水素を取得する高温水蒸気電解方法。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は水蒸気を電気分解して高
効率で水素を製造する方法に関する。
効率で水素を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来は炭素電極などを使用した水の電気
分解によって水素を製造するのが一般的であった。
分解によって水素を製造するのが一般的であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】水の電気分解の場合、
電極の分極が大きいことや電解温度が低いため、電解電
圧が高く電解電力効率が４０〜６０％と低い。電解電圧
は水の電解反応 Ｈ2 Ｏ → Ｈ2 ＋ 1/2Ｏ2 （１） が生じるときのエンタルピー変化ΔＨのうち下式で表わ
される。 ΔＨ ＝ ΔＧ ＋ ＴΔＳ （２） ギブスの自由エネルギ変化ΔＧに相当する電圧ΔＧ／２
Ｆを与えることによって水蒸気の電気分解が生じる。Δ
Ｇは図３のように温度によって変化するため、温度が低
いほど電解電圧は高く効率が悪い。ΔＳはエントロピー
変化を表わす。また、電解に使用される電力は火力プラ
ントで作られたものを利用するため、入熱を基準とした
水素製造効率は火力プラントの発電効率を３５％として
も、０．３５×０．４〜０．６で１４〜２１％と低い。
電極の分極が大きいことや電解温度が低いため、電解電
圧が高く電解電力効率が４０〜６０％と低い。電解電圧
は水の電解反応 Ｈ2 Ｏ → Ｈ2 ＋ 1/2Ｏ2 （１） が生じるときのエンタルピー変化ΔＨのうち下式で表わ
される。 ΔＨ ＝ ΔＧ ＋ ＴΔＳ （２） ギブスの自由エネルギ変化ΔＧに相当する電圧ΔＧ／２
Ｆを与えることによって水蒸気の電気分解が生じる。Δ
Ｇは図３のように温度によって変化するため、温度が低
いほど電解電圧は高く効率が悪い。ΔＳはエントロピー
変化を表わす。また、電解に使用される電力は火力プラ
ントで作られたものを利用するため、入熱を基準とした
水素製造効率は火力プラントの発電効率を３５％として
も、０．３５×０．４〜０．６で１４〜２１％と低い。
【０００４】本発明は上記技術水準に鑑み、高効率で水
素を製造することができる高温水蒸気電解方法を提供し
ようとするものである。
素を製造することができる高温水蒸気電解方法を提供し
ようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は加熱源で加熱し
た空気と水蒸気を固体電解質を用いた高温水蒸気電解セ
ルに供給して高温下で電解し、該高温水蒸気電解セルか
ら取出される水素富化水蒸気及び酸素富化空気の有する
熱と、加熱源の熱によって加熱した水蒸気によって蒸気
タービンを作動させて発電し、該発電された電気によっ
て前記高温水蒸気電解セルの電解を行うと共に、水蒸気
に熱を与えた後の水素富化水蒸気より水素を取得するこ
とを特徴とする高温水蒸気電解方法である。
た空気と水蒸気を固体電解質を用いた高温水蒸気電解セ
ルに供給して高温下で電解し、該高温水蒸気電解セルか
ら取出される水素富化水蒸気及び酸素富化空気の有する
熱と、加熱源の熱によって加熱した水蒸気によって蒸気
タービンを作動させて発電し、該発電された電気によっ
て前記高温水蒸気電解セルの電解を行うと共に、水蒸気
に熱を与えた後の水素富化水蒸気より水素を取得するこ
とを特徴とする高温水蒸気電解方法である。
【０００６】本発明をより具体的に述べると、本発明は
電解質としてＹＳＺ（イットリア安定ジルコニア）
などの固体電解質を用いた高温水蒸気電解セルを用い、
高温ガス炉、太陽熱、燃焼炉などの６００〜１８００
℃の高温熱源によって空気と水蒸気を加熱して、これら
によって高温水蒸気電解セルを約１０００℃まで加熱
し、 高温水蒸気電解セルから取出される水素富化水
蒸気及び酸素富化空気の有する熱と、加熱源の熱によっ
て加熱した水蒸気によって蒸気発電プラントなどを駆動
して発電を行ない、 発電した電気を用いて高温水蒸
気電解セルで水蒸気を電気分解して水素を製造する方法
である。
電解質としてＹＳＺ（イットリア安定ジルコニア）
などの固体電解質を用いた高温水蒸気電解セルを用い、
高温ガス炉、太陽熱、燃焼炉などの６００〜１８００
℃の高温熱源によって空気と水蒸気を加熱して、これら
によって高温水蒸気電解セルを約１０００℃まで加熱
し、 高温水蒸気電解セルから取出される水素富化水
蒸気及び酸素富化空気の有する熱と、加熱源の熱によっ
て加熱した水蒸気によって蒸気発電プラントなどを駆動
して発電を行ない、 発電した電気を用いて高温水蒸
気電解セルで水蒸気を電気分解して水素を製造する方法
である。
【０００７】
【作用】本発明によれば、約１０００℃で電気分解する
ため、電解電圧が低下し、水蒸気のもつ熱エネルギの一
部が水蒸気の分解に用いられるため、加熱源温度が９５
０℃のとき電解電力効率が９７％と高い。排熱を利用し
た発電プラント効率が３５％のとき水素製造効率は３
３．９％と高くなる。
ため、電解電圧が低下し、水蒸気のもつ熱エネルギの一
部が水蒸気の分解に用いられるため、加熱源温度が９５
０℃のとき電解電力効率が９７％と高い。排熱を利用し
た発電プラント効率が３５％のとき水素製造効率は３
３．９％と高くなる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１によって説明
する。空気供給ブロア４により供給される空気５と、蒸
気タービン発電プラント１５の蒸気タービンから抽気さ
れ蒸気減圧弁６で大気圧まで減圧された原料水蒸気７
は、加熱源１により熱交換器２で７００〜１１００℃に
加熱され、ＹＳＺのような固体電解質を用いた高温水蒸
気電解装置３に供給される。ここで電解電力１９で水蒸
気が酸素と水素に電気分解され、水素は水蒸気側に水素
富化水蒸気８となり、酸素は空気側に酸素富化空気９と
なって排出される。高温水蒸気電解装置３の作動温度９
００〜１１００℃で排出された水素富化水蒸気（水素＋
未反応水蒸気）８と酸素富化空気（酸素＋空気）９は蒸
気タービン発電プラント１５の給水加熱器１０及び／又
は給水加熱器１１で給水ポンプ１２で送られる給水１３
と熱交換を行ない、水素富化水蒸気８は水素１４を採取
するために回収され、酸素富化空気９は大気へ放出され
る。蒸気タービン発電プラント１５は給水１３（原料水
蒸気の抽気分を補充）と循環水１６を給水ポンプ１２で
加圧し、給水加熱器１０，１１で加熱されたあと、蒸気
発生器１７で加熱源１からの熱で加熱されて水蒸気とな
る。この水蒸気で蒸気タービン発電プラント１５の蒸気
タービンを駆動して発電を行った後、一部はコンデンサ
１８で凝縮させて循環水１６となし、一部は水蒸気のま
ゝ抽気して高温水蒸気電解装置３に送られる。蒸気ター
ビン発電プラント１５で発電された電力で高温水蒸気電
解装置３の電解電力１９をまかなう。
する。空気供給ブロア４により供給される空気５と、蒸
気タービン発電プラント１５の蒸気タービンから抽気さ
れ蒸気減圧弁６で大気圧まで減圧された原料水蒸気７
は、加熱源１により熱交換器２で７００〜１１００℃に
加熱され、ＹＳＺのような固体電解質を用いた高温水蒸
気電解装置３に供給される。ここで電解電力１９で水蒸
気が酸素と水素に電気分解され、水素は水蒸気側に水素
富化水蒸気８となり、酸素は空気側に酸素富化空気９と
なって排出される。高温水蒸気電解装置３の作動温度９
００〜１１００℃で排出された水素富化水蒸気（水素＋
未反応水蒸気）８と酸素富化空気（酸素＋空気）９は蒸
気タービン発電プラント１５の給水加熱器１０及び／又
は給水加熱器１１で給水ポンプ１２で送られる給水１３
と熱交換を行ない、水素富化水蒸気８は水素１４を採取
するために回収され、酸素富化空気９は大気へ放出され
る。蒸気タービン発電プラント１５は給水１３（原料水
蒸気の抽気分を補充）と循環水１６を給水ポンプ１２で
加圧し、給水加熱器１０，１１で加熱されたあと、蒸気
発生器１７で加熱源１からの熱で加熱されて水蒸気とな
る。この水蒸気で蒸気タービン発電プラント１５の蒸気
タービンを駆動して発電を行った後、一部はコンデンサ
１８で凝縮させて循環水１６となし、一部は水蒸気のま
ゝ抽気して高温水蒸気電解装置３に送られる。蒸気ター
ビン発電プラント１５で発電された電力で高温水蒸気電
解装置３の電解電力１９をまかなう。
【０００９】上記実施例の方法により、水素製造効率は
図２に示すように、加熱源温度により変化し、発電プラ
ント効率３５％、酸素富化空気の酸素濃度３０％、高温
水蒸気電解装置の電解セル作動温度１０００℃で、加熱
源温度９５０℃のとき水素製造効率は３３．９％であ
る。この値は従来の水電解の水素製造効率１４〜２１％
と比較して極めて高い値である。
図２に示すように、加熱源温度により変化し、発電プラ
ント効率３５％、酸素富化空気の酸素濃度３０％、高温
水蒸気電解装置の電解セル作動温度１０００℃で、加熱
源温度９５０℃のとき水素製造効率は３３．９％であ
る。この値は従来の水電解の水素製造効率１４〜２１％
と比較して極めて高い値である。
【００１０】
【発明の効果】本発明により、高効率で水素を製造する
方法が提供され、その工業的効果は極めて顕著である。
方法が提供され、その工業的効果は極めて顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高温水蒸気電解方法の一実施例の説明
図。
図。
【図２】水素製造効率と水蒸気電解装置の加熱温度との
関係を示す図表。
関係を示す図表。
【図３】水の分解反応の熱力学関数の温度変化を示す図
表。
表。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 聡 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内
Claims (1)
- 【請求項１】 加熱源で加熱した空気と水蒸気を固体電
解質を用いた高温水蒸気電解セルに供給して高温下で電
解し、該高温水蒸気電解セルから取出される水素富化水
蒸気及び酸素富化空気の有する熱と、加熱源の熱によっ
て加熱した水蒸気によって蒸気タービンを作動させて発
電し、該発電された電気によって前記高温水蒸気電解セ
ルの電解を行うと共に、水蒸気に熱を与えた後の水素富
化水蒸気より水素を取得することを特徴とする高温水蒸
気電解方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04243174A JP3085796B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 高温水蒸気電解方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04243174A JP3085796B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 高温水蒸気電解方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0693481A true JPH0693481A (ja) | 1994-04-05 |
| JP3085796B2 JP3085796B2 (ja) | 2000-09-11 |
Family
ID=17099922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04243174A Expired - Fee Related JP3085796B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 高温水蒸気電解方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3085796B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8034219B2 (en) | 2005-12-21 | 2011-10-11 | General Electric Company | System and method for the production of hydrogen |
| JP5347080B1 (ja) * | 2013-05-07 | 2013-11-20 | 株式会社センリョウ | 温度差発電船 |
| JP2014503689A (ja) * | 2010-12-20 | 2014-02-13 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 高温蒸気電解槽のセルを含む水素生成セル |
| JP2014125644A (ja) * | 2012-12-25 | 2014-07-07 | Takasago Thermal Eng Co Ltd | 充放電システム |
| JP2023006454A (ja) * | 2021-06-30 | 2023-01-18 | 三菱重工業株式会社 | 水素製造システムおよび水素製造方法 |
| JP2023032587A (ja) * | 2021-08-27 | 2023-03-09 | 三菱重工業株式会社 | 水素製造システムおよび水素製造方法 |
| JP2023106419A (ja) * | 2021-09-28 | 2023-08-01 | マイクロコントロールシステムズ株式会社 | 非酸化ガスを生成するガス生成装置及びシステム |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6494050B2 (en) | 2000-02-18 | 2002-12-17 | Toc Technology, Llc | Computer rack heat extraction device |
| US6412292B2 (en) | 2000-05-09 | 2002-07-02 | Toc Technology, Llc | Computer rack heat extraction device |
| US6574970B2 (en) | 2000-02-18 | 2003-06-10 | Toc Technology, Llc | Computer room air flow method and apparatus |
| US6557357B2 (en) | 2000-02-18 | 2003-05-06 | Toc Technology, Llc | Computer rack heat extraction device |
| CN102560523B (zh) * | 2012-03-02 | 2015-12-09 | 广州华秦机械设备有限公司 | 一种低电抗水电解节能设备 |
-
1992
- 1992-09-11 JP JP04243174A patent/JP3085796B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8034219B2 (en) | 2005-12-21 | 2011-10-11 | General Electric Company | System and method for the production of hydrogen |
| JP2014503689A (ja) * | 2010-12-20 | 2014-02-13 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 高温蒸気電解槽のセルを含む水素生成セル |
| JP2014125644A (ja) * | 2012-12-25 | 2014-07-07 | Takasago Thermal Eng Co Ltd | 充放電システム |
| JP5347080B1 (ja) * | 2013-05-07 | 2013-11-20 | 株式会社センリョウ | 温度差発電船 |
| JP2023006454A (ja) * | 2021-06-30 | 2023-01-18 | 三菱重工業株式会社 | 水素製造システムおよび水素製造方法 |
| CN117580976A (zh) * | 2021-06-30 | 2024-02-20 | 三菱重工业株式会社 | 氢制造系统以及氢制造方法 |
| JP2023032587A (ja) * | 2021-08-27 | 2023-03-09 | 三菱重工業株式会社 | 水素製造システムおよび水素製造方法 |
| JP2023106419A (ja) * | 2021-09-28 | 2023-08-01 | マイクロコントロールシステムズ株式会社 | 非酸化ガスを生成するガス生成装置及びシステム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3085796B2 (ja) | 2000-09-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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