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公開番号2025154295
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-10
出願番号2024057212
出願日2024-03-29
発明の名称電解モジュールの冷却方法及び電解システム
出願人三菱重工業株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C25B 9/67 20210101AFI20251002BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】容器の内部の雰囲気温度を低下させることができる電解モジュールの冷却方法及び電解システムを提供する。
【解決手段】電解セルを備え、給水から生成された水蒸気を電解することで水素を生成する少なくとも1つの電解カートリッジ220と、電解カートリッジ220を収容した圧力容器210と、を備えている電解モジュール200を冷却する、電解モジュール200の冷却方法であって、給水を加熱するために空気を給水と熱交換し、熱交換された空気を圧力容器210に供給して圧力容器210の内部を冷却する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水素極、酸素極及び前記水素極と前記酸素極との間に配置された電解質層を有した電解セルを備え、給水から生成された水蒸気を電解することで水素を生成する少なくとも１つの電解カートリッジと、
前記電解カートリッジを収容した容器と、
を備えている電解モジュールを冷却する、電解モジュールの冷却方法であって、
前記給水を加熱するために熱媒体ガスを前記給水と熱交換し、
熱交換された前記熱媒体ガスを前記容器に供給して前記容器の内部を冷却する
電解モジュールの冷却方法。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記容器に供給され前記容器の内部を冷却した前記熱媒体ガスを前記電解カートリッジに供給する
請求項１に記載の電解モジュールの冷却方法。
【請求項３】
前記容器に供給され前記容器の内部を冷却した前記熱媒体ガスを前記容器から取り出すことなく前記電解カートリッジに供給する
請求項２に記載の電解モジュールの冷却方法。
【請求項４】
前記容器に供給され前記容器の内部を冷却した前記熱媒体ガスの一部を前記電解カートリッジに供給し、
前記容器に供給され前記容器の内部を冷却した前記熱媒体ガスの残余を前記容器から取り出す
請求項２に記載の電解モジュールの冷却方法。
【請求項５】
前記容器に供給され前記容器の内部を冷却した前記熱媒体ガスを前記容器から取り出し、
取り出された前記熱媒体ガスの流量を調整し、
流量調整された前記熱媒体ガスを前記電解カートリッジに供給する
請求項２に記載の電解モジュールの冷却方法。
【請求項６】
前記容器に供給され前記容器の内部を冷却した前記熱媒体ガスを前記容器から取り出し、
前記容器から取り出された前記熱媒体ガスを前記給水と再び熱交換し、
再び熱交換された前記熱媒体ガスを前記電解カートリッジに供給する
請求項２に記載の電解モジュールの冷却方法。
【請求項７】
前記容器に供給され前記容器の内部を冷却した前記熱媒体ガスを前記容器から取り出し、
前記容器から取り出された前記熱媒体ガスを前記給水と再び熱交換し、
再び熱交換された前記熱媒体ガスを再び前記容器の内部に供給する
請求項１に記載の電解モジュールの冷却方法。
【請求項８】
前記給水と熱交換した後の前記熱媒体ガスに前記給水と熱交換する前の前記熱媒体ガスを混合する
請求項１から７のいずれかに記載の電解モジュールの冷却方法。
【請求項９】
前記容器の内部の温度及び熱交換後の前記熱媒体ガスの温度の少なくともいずれか１つに応じて、混合する前記熱媒体ガスの流量を調整する
請求項８に記載の電解モジュールの冷却方法。
【請求項１０】
電解モジュールと、
熱交換器と、
熱媒体ガス供給ラインと、
を備え、
前記電解モジュールは、
少なくとも１つの電解カートリッジ及び容器を有し、
前記電解カートリッジは、
水素極、酸素極及び前記水素極と前記酸素極との間に配置された電解質層を有した電解セルを備え、
給水から生成された水蒸気を電解することで水素を生成し、
前記容器は、
前記電解カートリッジを収容し、
前記熱媒体ガス供給ラインは、
熱媒体ガスが流通するラインであり、
前記給水を加熱する熱源としての前記熱媒体ガスを前記熱交換器に供給し、前記熱交換器で熱交換された前記熱媒体ガスを前記容器に供給するように構成されている
電解システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電解モジュールの冷却方法及び電解システムに関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、水蒸気電解により水素を生成する水蒸気電解システムが開示されている。
特許文献１が開示しているシステムは、固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ：ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＥｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓＣｅｌｌ）を有するモジュールを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第７２８２９６８号公報
特開２０１８－１３３３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水蒸気電解システムにおいて、圧力容器の内部の雰囲気温度は、例えば４００℃～４５０℃程度となる。このため、容器の内部に収容される構造部材には炭素鋼ではなく例えばステンレス材を使用して、また、通電部材には銅系の材料ではなく例えばニッケル材を使用するなどのように、耐熱性が高い材料を使用する必要があり、設備コスト増加の要因となっている。
そのため、水素製造単価の低減のために設備コスト低減が必要であり、圧力容器の内部に収容される構造部材の材料として耐熱性は高くないが比較的安価な材料を使用すること等による設備コスト低減を図るべく、圧力容器の内部の雰囲気温度を低減させることを検討している。
【０００５】
一方で、水蒸気電解システム全体として効率上は高圧化（例えば３ＭＰａ～５ＭＰａ程度）することが望ましく、システムの高圧化に伴って、圧力容器の内部の雰囲気温度が上昇することが推定されており、その対策としても雰囲気温度を低減させる必要がある。
なお、水蒸気電解システムを高圧化することが望ましい理由は、次の通りである。すなわち、生成される水素は最終的に高圧化して使用する用途が多く、生成した水素を昇圧するよりも原料となる水を昇圧する方が必要な動力が小さいからである。
【０００６】
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、容器の内部の雰囲気温度を低下させることができる電解モジュールの冷却方法及び電解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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本開示の電解モジュールの冷却方法及び電解システムは、以下の手段を採用する。
本開示の一態様に係る電解モジュールの冷却方法は、水素極、酸素極及び前記水素極と前記酸素極との間に配置された電解質層を有した電解セルを備え、給水から生成された水蒸気を電解することで水素を生成する少なくとも１つの電解カートリッジと、前記電解カートリッジを収容した容器と、を備えている電解モジュールを冷却する、電解モジュールの冷却方法であって、前記給水を加熱するために熱媒体ガスを前記給水と熱交換し、熱交換された前記熱媒体ガスを前記容器に供給して前記容器の内部を冷却する。
【０００８】
また、本開示の一態様に係る電解システムは、電解モジュールと、熱交換器と、熱媒体ガス供給ラインと、を備え、前記電解モジュールは、少なくとも１つの電解カートリッジ及び容器を有し、前記電解カートリッジは、水素極、酸素極及び前記水素極と前記酸素極との間に配置された電解質層を有した電解セルを備え、給水から生成された水蒸気を電解することで水素を生成し、前記容器は、前記電解カートリッジを収容し、前記熱媒体ガス供給ラインは、熱媒体ガスが流通するラインであり、前記給水を加熱する熱源としての前記熱媒体ガスを前記熱交換器に供給し、前記熱交換器で熱交換された前記熱媒体ガスを前記容器に供給するように構成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、容器の内部の雰囲気温度を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示の第１実施形態に係る水蒸気電解システムの概略構成図である。
図１に示した水蒸気電解システムが備えている電解モジュールの構成図である。
電解モジュールが備えている電解カートリッジの側面図である。
図３に示した電解カートリッジの正面図である。
図４に示した電解カートリッジの構造を示した模式図である。
図５に示した電解セル近傍のセルスタックの部分拡大断面図である。
図２に示した電解モジュールが備えている電解カートリッジの模式図である。
図１に示した水蒸気電解システムが備えている電解モジュールの構成図である（他の実施例１）。
図１に示した水蒸気電解システムが備えている電解モジュールの構成図である（他の実施例２）。
本開示の第２実施形態に係る水蒸気電解システムの概略構成図である。
本開示の第３実施形態に係る水蒸気電解システムの概略構成図である。
図１０に示した水蒸気電解システムが備えている電解モジュールの構成図である。
本開示の第４実施形態に係る水蒸気電解システムの概略構成図である。
本開示の第５実施形態に係る水蒸気電解システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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