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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-12-26
(54)【発明の名称】固体酸化物電解セルコアプラント
(51)【国際特許分類】
C25B 9/00 20210101AFI20241219BHJP
C25B 1/042 20210101ALI20241219BHJP
【ＦＩ】
C25B9/00 A
C25B1/042
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024537921
(86)(22)【出願日】2022-11-25
(85)【翻訳文提出日】2024-07-09
(86)【国際出願番号】 EP2022083336
(87)【国際公開番号】W WO2023117303
(87)【国際公開日】2023-06-29
(31)【優先権主張番号】21217287.8
(32)【優先日】2021-12-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】590000282
【氏名又は名称】トプソー・アクチエゼルスカベット
(74)【代理人】
【識別番号】100069556
【弁理士】
【氏名又は名称】江崎 光史
(74)【代理人】
【識別番号】100111486
【弁理士】
【氏名又は名称】鍛冶澤 實
(74)【代理人】
【識別番号】100139527
【弁理士】
【氏名又は名称】上西 克礼
(74)【代理人】
【識別番号】100164781
【弁理士】
【氏名又は名称】虎山 一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100221981
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 大成
(72)【発明者】
【氏名】ボー・ミカエル
(72)【発明者】
【氏名】リスビェア・ヤレコヴ・クラウス
(72)【発明者】
【氏名】ハンスン・アナス・ヘルボー
(72)【発明者】
【氏名】ビャークリウ・クレスチャン
【テーマコード（参考）】
4K021
【Ｆターム（参考）】
4K021AA01
4K021BC03
4K021BC05
4K021CA12
4K021EA01
(57)【要約】
本発明はＳＯＥＣコアプラントに関し、複数のＳＯＥＣコアに組み立てられた複数のＳＯＥＣスタックを含み、ＳＯＥＣコアの各々は、プラントの他のＳＯＥＣコアから独立して個々に隔離され、制御され得ることを特徴とする。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のＳＯＥＣスタックを含む固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）プラントであって、前記ＳＯＥＣプラントは、複数のＳＯＥＣコアに分割され、ここで、前記ＳＯＥＣコアの各々は、個々に分離され、個々に制御され、他の複数のＳＯＥＣコアから独立して作動するように適合される、前記固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）プラント。
【請求項2】
前記ＳＯＥＣコアの各々が複数のＳＯＥＣスタックモジュールを含み、前記ＳＯＥＣスタックモジュールの各々が１つ以上の前記ＳＯＥＣスタックを含む、請求項１に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項3】
前記ＳＯＥＣプラントが、１０個以上のＳＯＥＣコアを備える、請求項１または２に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項4】
前記ＳＯＥＣプラントが、２５個以上のＳＯＥＣコアを備える、請求項１～３のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項5】
前記ＳＯＥＣプラントが、１００個以上のＳＯＥＣコアを備える、請求項１～４のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項6】
前記複数のＳＯＥＣコアが、各々、少なくとも前記ＳＯＥＣコアシェルの外側にシェル断熱クラッディング（被覆）を有するＳＯＥＣコアシェルを含み、前記ＳＯＥＣコアへ、もしくは前記ＳＯＥＣコアから、または前記ＳＯＥＣコアへおよび前記ＳＯＥＣコアから流れる１つまたは複数のプロセス流体を遮断するように適合された複数の遮断バルブをさらに含み、前記複数の遮断バルブが、前記ＳＯＥＣコアシェルの外側に配置される、請求項１～５のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項7】
前記ＳＯＥＣコアの各々が、ＳＯＥＣコアシェル内のホットゾーン断熱材で少なくとも部分的に囲まれた内側のホットゾーンと、前記ホットゾーン断熱材の外側の周囲およびＳＯＥＣコアシェル内に少なくとも部分的に配置され、ホットゾーンをＳＯＥＣコアシェルから分離し、復熱流体のための復熱流体経路を提供する復熱空間とを有する、請求項６に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項8】
前記ホットゾーンが、ＳＯＥＣコアシェルのそれぞれの中心におよび中心軸の周囲に配置されている、請求項７に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項9】
前記ＳＯＥＣコアシェルの各々が、ＳＯＥＣコアシェルの第１の端部を有する第１のシェル部と、ＳＯＥＣコアシェルの第２の端部を有する第２のシェル部とを少なくとも備え、前記シェル部はフランジ接続部によって組み立てられ、１つのフランジが第１のシェル部上に配置され、別のフランジが第２のシェル部上に配置され、フランジ接続部はＳＯＥＣコアシェルの第１の端部の近傍に配置される、請求項６、７または８のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項10】
前記ＳＯＥＣコアの各々が、１つ以上の熱交換器、１つ以上のヒーター、複数の流体接続部、および複数のＳＯＥＣスタックモジュールへの複数の電気接続部をさらに備え、前記１つ以上の熱交換器、１つ以上のヒーター、複数の流体接続部、複数の電気接続部、および複数のＳＯＥＣスタックは、前記第１のシェル部に固定される、請求項９に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項11】
前記１つ以上の熱交換器および１つ以上のヒーターが、前記ホットゾーン内に配置されている、請求項１０に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項12】
前記複数の電気接続部の少なくとも大部分が、前記ホットゾーンの外側に配置されている、請求項１０または１１に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項13】
前記複数の流体接続部のための複数のリードスルー孔、および複数の電気接続部をさらに備え、前記リードスルー孔は、前記第１のシェル部に配置される、請求項１０、１１または１２のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項14】
前記複数の遮断バルブが、前記複数の流体接続部のうちの１つ以上に接続され、前記流体接続部内を流れる流体を遮断するように適合されている、請求項１０～１３のいずれかに記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項15】
前記電気接続部に流れる電力を遮断するように適合された複数のサーキットブレーカをさらに備える、請求項１０～１４のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項16】
前記ホットゾーン内に位置する部品および材料が、少なくとも８２５℃までの温度に耐えるように適合されている、請求項７～１５のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項17】
前記ホットゾーン内に位置する部品および材料が、１０００℃までの温度に耐えるように適合されている、請求項７～１６のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項18】
前記複数の流体接続部のうちの少なくとも１つが、前記ＳＯＥＣコアシェルの各々に配置されたプロセス流体入口から、さらに前記ＳＯＥＣコアシェル内の復熱空間へ、さらに前記複数のＳＯＥＣスタックモジュールへ、プロセス流体接続部を提供するように適合されたプロセス流体接続部である、請求項１０～１７のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項19】
前記複数のＳＯＥＣスタックモジュールが、前記ＳＯＥＣコアシェルの中心軸の周囲に少なくとも部分的に円形に配置される、請求項６～１８のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項20】
前記ＳＯＥＣコアの各々が、２～５０個のＳＯＥＣスタックモジュール、好ましくは３～２０個のＳＯＥＣスタックモジュール、好ましくは５～９個のＳＯＥＣスタックモジュール、好ましくは６個のＳＯＥＣスタックモジュールを含む、請求項２～１９のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項21】
複数のＳＯＥＣスタックを含む固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）プラントを作動する方法であって、前記ＳＯＥＣプラントは、ＳＯＥＣコアシェルを含む複数のＳＯＥＣコアに分割され、前記ＳＯＥＣコアは、ＳＯＥＣコアシェル内のホットゾーン断熱材で少なくとも部分的に囲まれた内側のホットゾーンと、前記ホットゾーン断熱材の外側の周囲およびＳＯＥＣコアシェル内に少なくとも部分的に配置され、ホットゾーンをＳＯＥＣコアシェルから分離し、復熱流体のための復熱流体経路を提供する復熱空間とを有し、前記方法は、
－前記複数のＳＯＥＣスタックに電力を供給するステップ、
－プロセス流体を、プロセス流体入口を通して、さらに復熱空間を通して、ＳＯＥＣコアの各々に供給し、前記復熱空間は、前記内側ホットゾーンから逃げる熱エネルギーを回復し、これがプロセス流体を加熱するステップ、
－今や加熱されたプロセス流体を前記ＳＯＥＣスタックに供給するステップを含む、
前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
発明の分野
本発明は、複数のＳＯＥＣコアに組み立てられた複数のＳＯＥＣスタックを含む固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）コアプラントに関し、ＳＯＥＣコアの各々は、プラントの他のＳＯＥＣコアから独立して個別に分離および制御され得る。
本発明は、複数のＳＯＥＣコアに組み立てられた複数のＳＯＥＣスタックを含む固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）コアプラントに関し、ＳＯＥＣコアの各々は、プラントの他のＳＯＥＣコアから独立して個別に分離および制御され得る。
【背景技術】
【0002】
発明の背景
作動温度が６００℃～１０００℃、好ましくは６００℃～８５０℃であるＳＯＥＣスタックにおいては、複数のセルユニットが組み立てられてスタックを形成し、インターコネクタによって互いに連結される。インターコネクタは、隣接するセルユニットのアノード側とカソード側を分離するガスバリアとしての役割を果たすと同時に、隣接するセル間、すなわち１つのセルのアノードと隣接するセルのカソード間の電流の伝導を可能にする。さらに、インターコネクタは通常、インターコネクタの両側にプロセスガスを通すための複数の流路を備えている。ＳＯＥＣスタックの性能を最適化するためには、最小化すべき関連する不利な値の別の範囲に許容できない結果を及ぼすことなく、有利な値の範囲を最大化する必要がある。これらの値には次のようなものがある：
作動温度が６００℃～１０００℃、好ましくは６００℃～８５０℃であるＳＯＥＣスタックにおいては、複数のセルユニットが組み立てられてスタックを形成し、インターコネクタによって互いに連結される。インターコネクタは、隣接するセルユニットのアノード側とカソード側を分離するガスバリアとしての役割を果たすと同時に、隣接するセル間、すなわち１つのセルのアノードと隣接するセルのカソード間の電流の伝導を可能にする。さらに、インターコネクタは通常、インターコネクタの両側にプロセスガスを通すための複数の流路を備えている。ＳＯＥＣスタックの性能を最適化するためには、最小化すべき関連する不利な値の別の範囲に許容できない結果を及ぼすことなく、有利な値の範囲を最大化する必要がある。これらの値には次のようなものがある：
【0003】
最大化すべき値 最小化すべき値
－ プロセスガス利用 － コスト
－ 電気効率 － 寸法
－ 寿命 － 製造時間
－ 欠陥率
－ 部品点数
－ 材料使用
－ 寄生損失（加熱、冷却、ブロワーなど）
－ プロセスガス利用 － コスト
－ 電気効率 － 寸法
－ 寿命 － 製造時間
－ 欠陥率
－ 部品点数
－ 材料使用
－ 寄生損失（加熱、冷却、ブロワーなど）
【0004】
上記の値のほとんどすべては相互に関連しており、これは１つの値を変更すると他の値にも影響することを意味する。ここでは、セル内のプロセスガス流の特性と上記の値との関係をいくつか挙げる：
【0005】
プロセスガスの利用：
インターコネクタ上の流路は、スタック内の各セルへのプロセスガスの等しい量を求めるために設計されるべきであり、すなわちスタックを通るフロー「ショートカット」はあるべきではない
インターコネクタ上の流路は、スタック内の各セルへのプロセスガスの等しい量を求めるために設計されるべきであり、すなわちスタックを通るフロー「ショートカット」はあるべきではない
【0006】
寄生損失：ＳＯＥＣスタックおよびそのセルユニット中のプロセスガス流路の設計は、単位体積あたりの圧力損失を低くするよう努めるべきであり、これによりブロワーへの寄生損失を低減することとなる。
【0007】
電気効率：
インターコネクタは、隣接するセルのアノード層とカソード層の間において電流を案内する。したがって、内部抵抗を低減するために、インターコネクタの電気伝導性接点（以下、単に「接点」と示す）は、電極（アノードおよびカソード）に良好な電気的接触を確立するように設計されるべきであり、接点は、どこにも離れるべきではなく、その場合は、電流がより長い距離の電極を流れることを余儀なくされ、結果として内部抵抗が高くなるからである。
インターコネクタは、隣接するセルのアノード層とカソード層の間において電流を案内する。したがって、内部抵抗を低減するために、インターコネクタの電気伝導性接点（以下、単に「接点」と示す）は、電極（アノードおよびカソード）に良好な電気的接触を確立するように設計されるべきであり、接点は、どこにも離れるべきではなく、その場合は、電流がより長い距離の電極を流れることを余儀なくされ、結果として内部抵抗が高くなるからである。
【0008】
寿命：
ＳＯＥＣスタックの寿命が最大化されること、すなわちＳＯＥＣモードでは電解生成物（例えばＨ２Ｏおよび／またはＣＯ）の量が最大化されることが望ましい。スタックの寿命は、多くの要因、例えば、インターコネクタとスペーサの選択、インターコネクタの両プロセスガス側状の流れの分配、材料上の均一に分布した保護コーティング、作動条件（温度、電流密度、電圧など）、セルの設計と材料、および多くの他の因子に依存する。
ＳＯＥＣスタックの寿命が最大化されること、すなわちＳＯＥＣモードでは電解生成物（例えばＨ２Ｏおよび／またはＣＯ）の量が最大化されることが望ましい。スタックの寿命は、多くの要因、例えば、インターコネクタとスペーサの選択、インターコネクタの両プロセスガス側状の流れの分配、材料上の均一に分布した保護コーティング、作動条件（温度、電流密度、電圧など）、セルの設計と材料、および多くの他の因子に依存する。
【0009】
コスト：
ＳＯＥＣスタックのコストは、希少な材料を使用しないこと、ＳＯＥＣスタックの製造時間を短縮すること、部品点数を最小限に抑えること、材料損失（製造工程で廃棄される材料の量）を最小限に抑えることで低減できる。
ＳＯＥＣスタックのコストは、希少な材料を使用しないこと、ＳＯＥＣスタックの製造時間を短縮すること、部品点数を最小限に抑えること、材料損失（製造工程で廃棄される材料の量）を最小限に抑えることで低減できる。
【0010】
寸法：
セルスタックの全体的な寸法は、スタックとその部品の設計が、有効セル領域の高い利用率を保証する時に縮小される。プロセスガス流速の低いデッドエリアは減少するべきであり、そしてシーリング表面用の不活性ゾーンは最小化するべきである。
セルスタックの全体的な寸法は、スタックとその部品の設計が、有効セル領域の高い利用率を保証する時に縮小される。プロセスガス流速の低いデッドエリアは減少するべきであり、そしてシーリング表面用の不活性ゾーンは最小化するべきである。
【0011】
製造時間：
ＳＯＥＣスタックの製造時間は最短化するべきであり、そしてインターコネクタ設計もまた、スタック全体の高速な組み立てに寄与するべきである。一般的に、全ての部品に関してのスタック設計は不要であり、というのも、製造時間が増加するからである。
ＳＯＥＣスタックの製造時間は最短化するべきであり、そしてインターコネクタ設計もまた、スタック全体の高速な組み立てに寄与するべきである。一般的に、全ての部品に関してのスタック設計は不要であり、というのも、製造時間が増加するからである。
【0012】
欠陥率：
スタック部品の製造方法と材料は、低い欠陥率（例えば、インターコネクタガスバリア中の望ましくない穴、不均一な材料厚または特性）を可能にするべきである。さらに、インターコネクタ設計が組み立てるべき全部品点数を減らしおよびシール表面の長さおよび数を減らす時に、組み立てられたセルスタックの欠陥率を減少させることできる。
スタック部品の製造方法と材料は、低い欠陥率（例えば、インターコネクタガスバリア中の望ましくない穴、不均一な材料厚または特性）を可能にするべきである。さらに、インターコネクタ設計が組み立てるべき全部品点数を減らしおよびシール表面の長さおよび数を減らす時に、組み立てられたセルスタックの欠陥率を減少させることできる。
【0013】
部品点数：
すでに述べたように、エラーおよび組み立て時間を最小化する他、部品点数の減少はコストを低下させる。
すでに述べたように、エラーおよび組み立て時間を最小化する他、部品点数の減少はコストを低下させる。
【0014】
アノードおよびカソードガス流がＳＯＥＣスタック内でどのように分配されるかは、酸素および燃料ガス二つのプロセスガスのそれぞれのための共通のマニホールドを備えることによる。これらのマニホールドは、内部マニホールドまたは外部マニホールドのいずれかであることができる。マニホールドは、ＳＯＥＣスタック中の個々の層へ、各々の層への流路によってプロセスガスを供給する。これらの流路は、通常はＳＯＥＣスタック中に含まれる反復する要素の１つの層、すなわちスペーサまたはインターコネクタ中に配置される。内部ガスマニホールドは、セルおよび／またはインターコネクタ部品に設けられた開口部の形態であることが多く、セル部品が積層されたときに、１つまたは複数のチャネルおよびガス出入口を形成する。一方、外部マニホールドは、例えばＳＯＥＣスタックの１つ以上の側面を覆い、それによってプロセスガスをスタックの側面、ひいてはスタック内の各セルの端部に分配するカバーとして形成されることが多い。カバーの代わりに、スタックをプロセスガスが流れる容器内に配置し、プロセスガスがスタックの側面にアクセスできるようにすることもできる。
【0015】
高温電解（ＳＯＥＣ）は、燃料電池の燃料側でＨ２ＯをＨ２に、またはＣＯ２をＣＯに吸熱電気化学的に変換するものである。吸熱電気化学プロセスは、オーム損失（ジュール発熱）からＳＯＥＣスタック内部で発生する熱によって相殺され、この熱はスタックを流れる電流に比例する。吸熱プロセスがオーム損失と釣り合っている場合、スタックは「熱中立的」に作動することができる。しかし、多くの作動ポイント、特に部分負荷では、オームロスによって発生する熱は、電気化学プロセスで消費される熱よりも小さい。これにより、セル全体の温度プロファイルが形成され、入口から出口まで温度が低下する。
【0016】
セルの所定領域における局所電流密度（ｉ）は、ネルンスト電位によって制御されるが、この電位は局所的な温度とガス組成に影響される。局所的なガス組成は、スタック設計、例えば流路の選択によって制御される。この場合、目標は、セル全体、スタック内のセル間、スタック間のガス分布をできるだけ均等にすることであり、同時に圧力損失を最小限に抑えることである。しかし、流量分布が完全であっても、燃料入口では常に燃料濃度が高くなり（生成物濃度は低くなり）、平均電流密度より高くなる。スタックが熱中性点以下の作動点（電流）で作動される場合、燃料入口の温度はセルの他の部分よりも高くなり、局所的な電流密度がさらに増加する。したがって、ほとんどの作動点では、最大電流密度（ｉｍａｘ）は燃料入口領域に位置する。
【0017】
いくつかの劣化メカニズムは電流密度に大きく影響され、電流密度がある「しきい値」以上になると加速されることさえある。例えば、Ｃｈｅｎら（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，１６０（８）Ｆ８８３－Ｆ８９１（２０１３））は、高電流密度（電解モードでは１Ａ／ｃｍ２または１．５Ａ／ｃｍ２）で作動させたＳＯＥＣでは、ＺｒＯ２ナノ粒子の形成などの追加的な劣化メカニズムが観察される一方、電解モードでは０．７５Ａ／ｃｍ２または０．５Ａ／ｃｍ２で作動させた試験には同じ劣化メカニズムが存在しなかったことを示している。別の例（Ｋｎｉｂｂｅ ｅｔ ａｌ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，１５７（８）Ｂ１２０９－Ｂ１２１７（２０１０））では、電解電流を１Ａ／ｃｍ２から１．５Ａ／ｃｍ２から２Ａ／ｃｍ２と増加させた場合、酸素電極／電解質界面での酸素バブル形成と剥離によるオーム抵抗の劣化増加が観察された。Ｍｏｇｅｎｓｅｎらは、Ｎｉ／ＹＳＺ電極をベースとするＳＯＥＣにおいて、高電流密度（高電極過電位）での作動は、電気化学的に活性な燃料極／電解質界面からのＮｉの損失につながる可能性があることを報告している（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌｓ，１７，２０１７，Ｎｏ．４，４３４－４４１）。ＳＯＦＣモードにおいて、Ｈａｇｅｎら（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，１５３（６） Ａ１１６５－Ａ１１７１（２００６））は、試験したすべての作動温度（７５０℃、８５０℃、９５０℃）において、劣化率がセル分極（電流密度）の関数として増加することを実証した。一定の電流密度における劣化率は、８５０℃（および９５０℃）よりも７５０℃でより急峻に増加したことから、劣化現象が電極の過電位に関係していることが示唆された。
【0018】
したがって、スタックの劣化とシステム効率の低下を最小限に抑えるには、高い製造率（ｉａｖｇ）を維持しながら最大電流密度（ｉｍａｘ）をできるだけ低く保つことが非常に望ましい。言い換えれば、スタック全体で均一な電流密度プロファイルを得ること、特に一定のｉａｖｇを維持しながら低いｉｍａｘを得ることが望ましい。
【0019】
スタックからの製造速度は活性領域（電気化学的プロセスが発生する領域）と連動しているため、活性領域を最大化することが望ましい。スタックの活性領域は当然ながらセルのサイズと連動しているが、セルの活性領域はシシーリング領域やマニホールドに使用される領域によって減少する。したがって、シールやマニホールドに使われる領域を減らすことで、セルの活性領域（活性面積）を最大化することが望ましい。
【0020】
ＳＯＥＣモードにおいては、生成物は変換されたガスであり、変換されたガス（生成物ガスとも呼ばれる）の品質は、下流のアプリケーションにとって非常に重要である。したがって、高純度を得るためには、生成物への望ましくない成分（空気など）の漏出（リーク）を最小限に抑えることが望ましい。
【0021】
電解が行われる個々のＳＯＥＣスタックは、物理的な大きさに制限があり、その結果、変換できるガスの量も制限される。これは、工業用サイズの固体酸化物電解槽では、数千本という多数のスタックを使用することを意味する。すべてのスタックを一定期間ごとに新しいスタックと交換する必要があり、さらに個々のスタックに早期に不具合が生じ、予期せぬ交換が必要になることもある。スタックの交換には時間がかかる。また、貴重な製造時間も、交換前にスタックを冷却し、交換後に新しいスタックを加熱するために失われる。定期的なスタック交換と予期せぬスタック交換は、プラントの稼働時間を著しく減少させ、電解槽プラントの価値を著しく低下させる。
【0022】
ＵＳ２０２１０９８７９６は、可逆性固体酸化物電解槽および燃料電池、エネルギー貯蔵システム、再生可能な燃料製造、固体水素ポンプおよび液化、酸素輸送膜を含む様々な加圧電気化学用途で使用および代替するためのモジュール式加圧ホットボックスを開示している。これは、バナジア－イットリアおよびバナジア－カルシア安定化ジルコニアの混合電子伝導性およびイオン伝導性組成物と、セラミックコアスタックの乾燥粉末製造法によって可能になる。
【0023】
ＵＳ２０２１１５６０３９は、複数のコアとハブを含む水素生成用モジュラーシステムを記載している。各コアは、電解槽と電源を含む。電源は、コアの電解槽への電力を管理するように作動可能であり、複数のコアのうちの少なくとも別のコアの電源に対して冗長である。ハブは、水モジュール、熱交換モジュール、および開閉器モジュールを含む。前記水モジュールは、複数のコアの各１つの電解槽と流体連結する水源を含み、熱交換モジュールは、複数のコアの各１つの電解槽と熱連結する熱交換器を含み、開閉器モジュールは、複数のコアの各１つの電源を電気的に絶縁するように作動可能なスイッチを含む。
【0024】
ＷＯ１５１６９９４０は、燃料電池ベースの発電のための統合されたモジュールの形をしたコアユニットを開示しており、燃料電池に適した燃料のための入口または複数の入口、水素、炭化水素ベースの燃料、水蒸気改質燃料（炭化水素、アルコールおよびエーテルなど）およびアンモニアを含む前記燃料、空気のための１つまたは複数の入口、１つまたは複数のオフガス出口、熱交換器、および燃料電池アセンブリから構成され、これらはすべて、断熱ハウジングまたは関連する配管によって接続された複数の別々の断熱ハウジングに取り付けられている。このユニットはＳＯＦＣサブシステムであり、好ましくは１．５ｋＷ（ＤＣ）出力の範囲で、天然ガスベースのＳＯＦＣ技術に簡単なインターフェースを提供するように設計されている。このシステムは、ＳＯＦＣスタックまたはスタックモジュールと、プラントコンポーネントのすべてのホットバランスとの緊密な統合を特徴としている。このシステムはアノードオフガスリサイクルのために設計されているため、作動開始後は外部からの給水が不要となる。アノードガスの再利用により、全体的な燃料利用率が高くなり、電気効率も高くなる。
【0025】
ＷＯ２０１６５５４８は、液体を電解処理するための電解セルを開示しており、この電解セルは、電解チャンバを画定するレセプタクル；電解チャンバ内に配置される導電性プレートの第１セット、導電性プレートの第２セット、および導電性プレートの第３セットであって、第１組、第２、および第３の導電性プレートは、レセプタクルの長手方向軸に対して放射状に延在する、導電性プレートの第１、第２、および第３セット；導電性プレートの第１、第２、および第３セットに電気を供給するように構成された電源；導電性プレートの第１、第２、および第３セットへの電気の供給を中断し、導電性プレートの第１、第２、および第３セットと電源のプラスおよびマイナス端子との間の電気的接続を修正するように構成されたスイッチング装置；ならびに作動サイクルにしたがってスイッチング装置を制御するように構成された制御ユニットを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0026】
【特許文献1】ＵＳ２０２１０９８７９６
【特許文献2】ＵＳ２０２１１５６０３９
【特許文献3】ＷＯ１５１６９９４０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0027】
上述した公知技術文献はいずれも、本発明によって解決される上述した問題に対する解決策を提供していない。
【0028】
したがって、上記に列挙された考察を参照すると、ＳＯＥＣコアの各々が、複数のＳＯＥＣコアのうちの他のＳＯＥＣコアから個々に隔離され、制御され、独立して作動するように適合され、上述の問題を効果的に解決できる、複数のＳＯＥＣスタックを各々含む複数のＳＯＥＣコアを含むＳＯＥＣコアプラントに対する必要性が存在する。
【0029】
これらおよびその他の目的は、以下に説明する本発明によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【0030】
発明の概要
本発明は、複数のＳＯＥＣコアを含み、各ＳＯＥＣコアは複数のＳＯＥＣスタックを含む固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）プラントに関する。ＳＯＥＣコアの各々は、個々に隔離されることができ、個々に制御されることができ、かつ、適合されことができ、ＳＯＥＣプラント内の複数のＳＯＥＣコアの他のものから独立して作動する。したがって、ＳＯＥＣコアが整備（サービス）を必要とする場合、ＳＯＥＣプラント全体を停止させることなく、作動停止させることができる。したがって、ＳＯＥＣプラントを複数のＳＯＥＣコアに分割することにより、プラントひいては製造が余剰となる（冗長化される）。
本発明は、複数のＳＯＥＣコアを含み、各ＳＯＥＣコアは複数のＳＯＥＣスタックを含む固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）プラントに関する。ＳＯＥＣコアの各々は、個々に隔離されることができ、個々に制御されることができ、かつ、適合されことができ、ＳＯＥＣプラント内の複数のＳＯＥＣコアの他のものから独立して作動する。したがって、ＳＯＥＣコアが整備（サービス）を必要とする場合、ＳＯＥＣプラント全体を停止させることなく、作動停止させることができる。したがって、ＳＯＥＣプラントを複数のＳＯＥＣコアに分割することにより、プラントひいては製造が余剰となる（冗長化される）。
【発明を実施するための形態】
【0031】
一実施形態においては、ＳＯＥＣコアはそれぞれ、少なくとも当該ＳＯＥＣコアシェルの外側にシェル断熱クラッディングを有するＳＯＥＣコアシェルを備える。コアは、他の機器を収容するのに十分な大きさの内部容積を有する機器の一部と理解される。コアシェルは、例えば金属製であり、コアが流体を含むことを可能にするバリアと、コアの外部との圧力差を提供する。記載のように、コアはＳＯＥＣコアシェル内に複数のＳＯＥＣスタックを含む。ＳＯＥＣスタックは、複数のＳＯＥＣスタックモジュールに配置することができる。スタックモジュールは、１つ以上のスタックを保持するための取り付け手段（固定具）を提供する機器として理解される。
【0032】
一実施形態においては、ＳＯＥＣコアは、ＳＯＥＣコアシェル内のホットゾーン断熱材で少なくとも部分的に囲まれた内側のホットゾーンと、ホットゾーンをＳＯＥＣコアシェルから分離し、復熱流体のための復熱流体経路を提供するために、前記ホットゾーン断熱材の外側とＳＯＥＣコアシェル内に少なくとも部分的に配置された復熱空間とを有する。したがって、コアは、コアシェルを熱的に断熱する外側と、内側のホットゾーンを熱的に断熱する内側の２つの断熱部分を含む。断熱材の２つの部分の間には、復熱空間がある。そのため、内側のホットゾーンの断熱が完全に効果を発揮しなくても、ホットゾーンからの熱損失は、復熱空間を流れる復熱流体によって吸収されることができ、ホットゾーンによるコアシェルへの熱応力を最小限に抑えることができる。
【0033】
上記の本発明によれば、製造プラントのＳＯＥＣスタックをすべて１つの機器に収容する代わりに、ＳＯＥＣスタックを部分に分割し、各部分をコアと呼ばれる別個の機器に封入する。各コアは、プロセス入口側、プロセス出口側、オキシ入口側、オキシ出口側の遮断バルブを閉じることにより、製造プラントの他のコアからプロセスに関して隔離することができる。ここでの温度が低いため、プロセス入口側とオキシ入口側の遮断バルブは、コアの熱交換器の前に設置することができる。ここの温度が低いので、プロセス側とオキシ出口側の遮断バルブは、熱交換器の後に配置することができる。バルブの位置の温度が低いほど、バルブのコストが大幅に削減され、バルブ機能の信頼性が高くなる。残りのプロセスから遮断されたコア、すなわち製造プラントの残りのコアは、ＳＯＥＣスタックの交換やその他の整備を受けることができるが、製造プラントの残りのコアは、プラント全体をシャットダウンする代わりに電解製造を継続することができる。製造プラントをコアに分割することから生じる問題は、高温の電解プロセスからの熱損失の増加である。これは、ＳＯＥＣスタックが、すべてのスタックを１つの容積にのみ充填するのに比べて、多くの小さなコアに配置された場合に、熱損失が起こり得るはるかに大きな表面が形成されることから生じる。この熱損失問題は、断熱材、ホットゾーン、蓄熱スペースを含む上記のようなコア設計を適用することによって相殺することができ、それによってホットゾーンから失われた熱エネルギーをホットゾーンの断熱材によって回復させることができる。圧力軸受が熱交換器とヒーターにおいてプロセスガスを加熱する前に入口温度で低温に保たれるので、シェルコア設計は、高入口ガス圧力運転で有利である。さらに高圧用途では、壁厚を抑えるためにユニットを小型化することが有利であり、したがって、すべてのＳＯＥＣスタックを保持する単一の大型容器よりも、多数の小型コアの利用が有利である。
【0034】
本発明の一実施形態においては、ＳＯＥＣプラントは１０個以上のＳＯＥＣコアを含む。したがって、例えばＳＯＥＣスタックの交換のような整備のためにＳＯＥＣコアを停止する場合、ＳＯＥＣプラント全体の製造量は１０％以下しか低下しない。
【0035】
本発明の一実施形態においては、ＳＯＥＣプラントは２５以上のＳＯＥＣコアを含む。したがって、１つのＳＯＥＣコアを停止させた場合、製造量は４％以下の低下しか生じない。
【0036】
さらなる実施形態においては、ＳＯＥＣプラントは１００以上のＳＯＥＣコアで構成され、その結果、ＳＯＥＣコアを１つ停止させても製造量の低下はさらに少なくなる。
【0037】
本発明の一実施形態においては、ホットゾーンは、コアシェルの中心軸の周囲の中心に位置する。なぜなら、ホットゾーンの中心位置は、熱損失を最小限に抑え、ホットゾーンの周囲に均等な厚さの断熱材および復熱空間を設ける可能性を提供し、熱損失を最小限に抑える最も効果的な方法でもあり得るので、これは、上述した熱損失の観点から有利であると考えられる。
【0038】
本発明のさらなる実施形態においては、ＳＯＥＣコアシェルは、ＳＯＥＣコアシェルの第１の端部を構成する少なくとも第１のシェル部分と、ＳＯＥＣコアシェルの第２の端部を構成する第２のシェル部分とを有し、前記シェル部分はフランジ接続部によって組み立てられ、１つのフランジが第１のシェル部分に配置され、別のフランジが第２のシェル部分に配置され、フランジ接続部はＳＯＥＣコアシェルの第１の端部付近に配置される。したがって、ＳＯＥＣコアシェルは２部品形式であってもよく、２つの部品はフランジ接続部を介して流体密かつ圧力密に組み立てることができる。これにより、ＳＯＥＣコアシェルを簡単に分解して、ＳＯＥＣコアシェル内の機器の整備やメンテナンスを行うことができる。フランジ接続部がＳＯＥＣコアシェルの第１の端部付近に位置するため、ＳＯＥＣコアシェルの内部へのアクセスがこれまで以上に容易になり、これは、第２シェル部分が除去されると、内部のほとんどが明らかにされ、整備に適していることを意味する。
【0039】
本発明の一実施形態においては、ＳＯＥＣコアは、１つまたは複数の熱交換器、１つまたは複数のヒーター、複数の流体接続部、および複数のＳＯＥＣスタックモジュールへの複数の電気接続部をさらに備える。これは、ＳＯＥＣスタックが適切な温度と電流でプロセスガスを必要とするため、ＳＯＥＣスタックのプロセスを可能にするために当該技術分野で知られているすべての機器である。しかしさらに、前記１つ以上の熱交換器、１つ以上のヒーター、複数の流体接続部、複数の電気接続部、および複数のＳＯＥＣスタックモジュールは、第１シェル部に固定されている。これにより、上述したようにフランジ接続部を外すことによって第２シェル部が取り外されたときでも、関連するすべての機器が提供され、アクセスおよび整備のための第１シェル部に安全に固定されることができる。
【0040】
本発明のさらなる実施形態においては、前記１つまたは複数の熱交換器および１つまたは複数のヒーターは、前記ホットゾーン内に配置される。これには、このホット機器（加熱機器）がホットゾーンの断熱材によって断熱され、このホット機器（加熱機器）から失われた熱が、上記で説明したように、復熱空間内を流れる復熱流体によって復熱されるという利点がある。さらなる実施形態においては、前記複数の電気接続部の少なくとも大部分は、比較的低温に保たれるように、前記ホットゾーンの外側に配置される。
【0041】
本発明の一実施形態において、前記ＳＯＥＣコアは、前記複数の流体接続部リードスルー、および前記複数の電気接続部をさらに備え、前記リードスルー孔は、前記第１のシェル部に配置される。さらに、前記ＳＯＥＣコアは、前記流体接続部内を流れる流体を遮断するように適合された、前記複数の流体接続部のうちの１つ以上に接続された複数の遮断バルブを備えることができ、前記複数の遮断バルブは、前記ＳＯＥＣコアシェルの外側に配置され、それにより、前記ホットゾーンおよび前記復熱空間の両方の外側に配置される。前述した機器の第１シェル部に配置されることにより、前述したように、第２シェル部を取り外して容易にアクセスし、整備することができる。複数の遮断バルブがＳＯＥＣコアシェルの外側に配置されることは、遮断バルブが高温またはその他の攻撃的な環境に配置されないため、遮断バルブの機能、コスト、および材料の選択が最適化されるという利点を有する。さらに、ＳＯＥＣコアシェルの外側に配置することで、非常に容易かつ迅速に遮断バルブへのアクセスできるようになり、ＳＯＥＣコア（またはＳＯＥＣコア内の機器）が故障した場合に有利である。さらに、ＳＯＥＣコアは、前記電気接続部に流れる電力を遮断するように適合された１つ以上のサーキットブレーカ（回路遮断装置）を含むことができる。また、サーキットブレーカはＳＯＥＣコアの外部に配置することもできる。ホットゾーン内に配置される部品および材料は、少なくとも８２５℃までの温度に耐えるように適合させることができる。それゆえ、上述したように、ホットゾーンは断熱されており、さらに少なくとも部分的に復熱空間によって囲まれているため、ホットゾーンの外側に配置される部品や材料は、それほど高温で作動するように適合させる必要はない。
【0042】
本発明の一実施形態においては、言及された複数の流体接続部のうちの少なくとも１つは、ＳＯＥＣコアシェル内に配置されたプロセス流体入口から、さらにＳＯＥＣコアシェル内の復熱空間へ、さらに前記複数のＳＯＥＣスタックモジュールへのプロセス流体接続を提供するように適合されたプロセス流体接続部である。これは、復熱空間内を流れる復熱流体がプロセス流体であってもよいことを意味する。これにより、復熱を行うための専用の余分な流体が不要になるだけでなく、プロセス流体を予熱する目的も果たすことができる。したがって、プロセス流体を必要な作動温度まで加熱するために必要なエネルギーが少なくて済み、必要な流体の数が最小化され、前述のように、ホットゾーンから失われた熱エネルギーが復熱されるため、コアシェルに影響を与えず、プラントをいくつかの小さな自体（コア）に分割した場合の効果である過剰な熱損失につながることもない。したがって、本発明は、「分割されない」プラントよりもダウンタイムが少なく、より整備フレンドリーで堅牢な製造プラントを可能にすると同時に、そうでなければ大きな熱損失を回収し、このエネルギーをＳＯＥＣプロセスに使用する。
【0043】
本発明の一実施形態においては、複数のＳＯＥＣスタックモジュールは、少なくとも部分的に、前記ＳＯＥＣコアシェルの中心軸の周囲に円形に配置される。これは、実用性、アクセス性、生産性、およびＳＯＥＣスタックモジュール内で行われるプロセスに関して、ＳＯＥＣスタックモジュールの有利な配置であり得る。
【0044】
本発明の一実施形態においては、ＳＯＥＣコアは、２～５０個のＳＯＥＣスタックモジュール、好ましくは３～２０個のＳＯＥＣスタックモジュール、好ましくは５～９個のＳＯＥＣスタックモジュール、好ましくは６個のＳＯＥＣスタックモジュールを含む。ＳＯＥＣコアのＳＯＥＣスタックモジュールの数は、総プラントサイズ、材料コスト、エネルギー消費、ＳＯＥＣスタックモジュール数あたりのＳＯＥＣスタック数、プロセス流体などに応じて最適化することができる。
【0045】
さらなる実施形態において、本発明は、固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）プラントを作動する方法を含む。ＳＯＥＣコアは、上述した実施形態のいずれかを含むことができる。一実施形態においては、ＳＯＥＣプラントは、複数のＳＯＥＣコアを備え、各ＳＯＥＣコアは、上述したように、少なくとも前記ＳＯＥＣコアシェルの外側にシェル断熱クラッディングを有するＳＯＥＣコアシェルを備える。さらに、ＳＯＥＣコアは、ＳＯＥＣコアシェル内に複数のＳＯＥＣスタックモジュールを備え、各ＳＯＥＣスタックモジュールは、１つまたは複数のＳＯＥＣスタックを備え、ここで、前記ＳＯＥＣコアは、ＳＯＥＣコアシェル内のホットゾーン断熱材で少なくとも部分的に囲まれた内側のホットゾーンと、上記でより詳細に説明されるように、ホットゾーンをＳＯＥＣコアシェルから分離し、復熱流体のための復熱流体経路を提供するために、前記ホットゾーン断熱材の外側の周囲およびＳＯＥＣコアシェル内に少なくとも部分的に配置された復熱空間とを備える。本方法は、以下のステップを含む：前記ＳＯＥＣスタックに電力を供給し、当該技術分野で知られているように、適切なプロセス流体がさらに供給された場合に、電解スタックが電気分解を行うことを可能にする。プロセス流体を、プロセス流体入口を通してＳＯＥＣコアに供給し、さらに、プロセス流体を加熱する前記内側ホットゾーンから逃げる熱エネルギーを回復する前記回復空間を通して供給する。このように、本発明のこの特徴により、ＳＯＥＣコアは、プロセス流体を予熱するために使用することによって、ホットゾーンの断熱材を通してもホットゾーンから逃げるあらゆる廃熱を利用することができ；さらに、これによって、コアの外側に横たわる部分を高温に対して保護することを可能にする。固体酸化物セルは高温セルであるため、この熱エネルギーの回収は、このようなコアで製造プラント全体を分割するにもかかわらず、ＳＯＥＣコアの全体的な効率を著しく向上させる。本方法のさらなるステップでは、加熱されたプロセス流体が前記ＳＯＥＣスタックに供給される。
【0046】
本発明の特徴
特徴１．複数のＳＯＥＣスタックを含む固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）プラントであって、前記ＳＯＥＣプラントは、複数のＳＯＥＣコアに分割され、ここで、前記ＳＯＥＣコアの各々は、個々に分離され、個々に制御され、他の複数のＳＯＥＣコアから独立して作動するように適合される、前記固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）プラント。
特徴１．複数のＳＯＥＣスタックを含む固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）プラントであって、前記ＳＯＥＣプラントは、複数のＳＯＥＣコアに分割され、ここで、前記ＳＯＥＣコアの各々は、個々に分離され、個々に制御され、他の複数のＳＯＥＣコアから独立して作動するように適合される、前記固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）プラント。
【0047】
特徴２．前記ＳＯＥＣコアの各々が複数のＳＯＥＣスタックモジュールを含み、前記ＳＯＥＣスタックモジュールの各々が１つ以上の前記ＳＯＥＣスタックを含む、特徴１に記載のＳＯＥＣプラント。
【0048】
特徴３．前記ＳＯＥＣプラントが、１０個以上のＳＯＥＣコアを備える、特徴１または２に記載のＳＯＥＣプラント。
【0049】
特徴４．前記ＳＯＥＣプラントが、２５個以上のＳＯＥＣコアを備える、特徴１～３のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【0050】
特徴５．前記ＳＯＥＣプラントが、１００個以上のＳＯＥＣコアを備える、特徴１～４のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【0051】
特徴６．前記複数のＳＯＥＣコアが、各々、少なくとも前記ＳＯＥＣコアシェルの外側にシェル断熱クラッディング（被覆）を有するＳＯＥＣコアシェルを含み、前記ＳＯＥＣコアへ、もしくは前記ＳＯＥＣコアから、または前記ＳＯＥＣコアへおよび前記ＳＯＥＣコアから流れる１つまたは複数のプロセス流体を遮断するように適合された複数の遮断バルブをさらに含み、前記複数の遮断バルブが、前記ＳＯＥＣコアシェルの外側に配置される、特徴１～５のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【0052】
特徴７．前記ＳＯＥＣコアの各々が、ＳＯＥＣコアシェル内のホットゾーン断熱材で少なくとも部分的に囲まれた内側のホットゾーンと、前記ホットゾーン断熱材の外側の周囲およびＳＯＥＣコアシェル内に少なくとも部分的に配置され、ホットゾーンをＳＯＥＣコアシェルから分離し、復熱流体のための復熱流体経路を提供する復熱空間とを有する、特徴６に記載のＳＯＥＣプラント。
【0053】
特徴８．前記ホットゾーンが、ＳＯＥＣコアシェルのそれぞれの中心におよび中心軸の周囲に配置されている、特徴７に記載のＳＯＥＣプラント。
【0054】
特徴９．前記ＳＯＥＣコアシェルの各々が、ＳＯＥＣコアシェルの第１の端部を有する第１のシェル部と、ＳＯＥＣコアシェルの第２の端部を有する第２のシェル部とを少なくとも備え、前記シェル部はフランジ接続部によって組み立てられ、１つのフランジが第１のシェル部上に配置され、別のフランジが第２のシェル部上に配置され、フランジ接続部はＳＯＥＣコアシェルの第１の端部の近傍に配置される、前記特徴６、７または８のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【0055】
特徴１０．前記ＳＯＥＣコアの各々が、１つ以上の熱交換器、１つ以上のヒーター、複数の流体接続部、および複数のＳＯＥＣスタックモジュールへの複数の電気接続部をさらに備え、前記１つ以上の熱交換器、１つ以上のヒーター、複数の流体接続部、複数の電気接続部、および複数のＳＯＥＣスタックは、前記第１のシェル部に固定される、特徴９に記載のＳＯＥＣプラント。
【0056】
特徴１１．前記１つ以上の熱交換器および１つ以上のヒーターが、前記ホットゾーン内に配置されている、特徴１０に記載のＳＯＥＣプラント。
【0057】
特徴１２．前記複数の電気接続部の少なくとも大部分が、前記ホットゾーンの外側に配置されている、特徴１０または１１に記載のＳＯＥＣプラント。
【0058】
特徴１３．前記複数の流体接続部のための複数のリードスルー孔、および前記複数の電気接続部のための複数のリードスルー孔をさらに備え、前記リードスルー孔は、前記第１のシェル部に配置される、前記特徴１０、１１または１２のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【0059】
特徴１４．前記複数の遮断バルブが、前記複数の流体接続部のうちの１つ以上に接続され、前記流体接続部内を流れる流体を遮断するように適合されている、前記特徴１０～１３のいずれかに記載のＳＯＥＣプラント。
【0060】
特徴１５．前記電気接続部に流れる電力を遮断するように適合された複数のサーキットブレーカをさらに備える、前記特徴１０～１４のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【0061】
特徴１６．前記ホットゾーン内に位置する部品および材料が、８２５℃までの温度に耐えるように適合されている、前記特徴７～１５のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【0062】
特徴１７．前記ホットゾーン内に位置する部品および材料が、１０００℃までの温度に耐えるように適合されている、前記特徴７～１６のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【0063】
特徴１８．前記複数の流体接続部のうちの少なくとも１つが、前記ＳＯＥＣコアシェルの各々に配置されたプロセス流体入口から、さらに前記ＳＯＥＣコアシェル内の復熱空間へ、さらに前記複数のＳＯＥＣスタックモジュールへ、プロセス流体接続部を提供するように適合されたプロセス流体接続部である、特徴１０～１７のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【0064】
特徴１９．前記複数のＳＯＥＣスタックモジュールが、前記ＳＯＥＣコアシェルの中心軸の周囲に少なくとも部分的に円形に配置される、特徴６～１８のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【0065】
特徴２０．前記ＳＯＥＣコアの各々が、２～５０個のＳＯＥＣスタックモジュール、好ましくは３～２０個のＳＯＥＣスタックモジュール、好ましくは５～９個のＳＯＥＣスタックモジュール、好ましくは６個のＳＯＥＣスタックモジュールを含む、前記特徴２～１９のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
【0066】
特徴２１．複数のＳＯＥＣスタックを含む固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）プラントを作動する方法であって、
前記ＳＯＥＣプラントは、ＳＯＥＣコアシェルを含む複数のＳＯＥＣコアに分割され、前記ＳＯＥＣコアは、ＳＯＥＣコアシェル内のホットゾーン断熱材で少なくとも部分的に囲まれた内側のホットゾーンと、前記ホットゾーン断熱材の外側の周囲およびＳＯＥＣコアシェル内に少なくとも部分的に配置され、ホットゾーンをＳＯＥＣコアシェルから分離し、復熱流体のための復熱流体経路を提供する復熱空間とを有し、前記方法は、
－前記複数のＳＯＥＣスタックに電力を供給するステップ、
－プロセス流体を、プロセス流体入口を通して、さらに復熱空間を通して、ＳＯＥＣコアの各々に供給し、前記復熱空間は、前記内側ホットゾーンから逃げる熱エネルギーを回復し、これがプロセス流体を加熱するステップ、
－今や加熱されたプロセス流体を前記ＳＯＥＣスタックに供給するステップを含む、
前記方法。
前記ＳＯＥＣプラントは、ＳＯＥＣコアシェルを含む複数のＳＯＥＣコアに分割され、前記ＳＯＥＣコアは、ＳＯＥＣコアシェル内のホットゾーン断熱材で少なくとも部分的に囲まれた内側のホットゾーンと、前記ホットゾーン断熱材の外側の周囲およびＳＯＥＣコアシェル内に少なくとも部分的に配置され、ホットゾーンをＳＯＥＣコアシェルから分離し、復熱流体のための復熱流体経路を提供する復熱空間とを有し、前記方法は、
－前記複数のＳＯＥＣスタックに電力を供給するステップ、
－プロセス流体を、プロセス流体入口を通して、さらに復熱空間を通して、ＳＯＥＣコアの各々に供給し、前記復熱空間は、前記内側ホットゾーンから逃げる熱エネルギーを回復し、これがプロセス流体を加熱するステップ、
－今や加熱されたプロセス流体を前記ＳＯＥＣスタックに供給するステップを含む、
前記方法。
【図面の簡単な説明】
【0067】
図面の簡単な説明
本発明は、本発明の実施形態の例を示す添付図面によってさらに説明される。特許請求の範囲による発明は、具体例を挙げて本発明を説明する目的に役立つ図面に示された実施形態以外の多くの実施形態をカバーすることを理解されたい。
本発明は、本発明の実施形態の例を示す添付図面によってさらに説明される。特許請求の範囲による発明は、具体例を挙げて本発明を説明する目的に役立つ図面に示された実施形態以外の多くの実施形態をカバーすることを理解されたい。
【0068】
図１は、本発明の一実施形態による複数のＳＯＥＣスタックを示す。
【0069】
図２は、本発明の一実施形態による、並列のプロセス流体接続された多数のＳＯＥＣコアを含むＳＯＥＣプラントを示す。
【0070】
図３は、本発明の実施形態によるＳＯＥＣコアをより詳細に示す。
【0071】
位置番号
０１．ＳＯＥＣコア
０２．ＳＯＥＣコアシェル
０３．ＳＯＥＣコアシェルの断熱材
０４．ＳＯＥＣスタック
０５．ホットゾーン
０６．ホットゾーンの断熱材
０７．ウォームゾーン（ｗａｒｍ ｚｏｎｅ）
０８．復熱空間
０９．熱交換器部
１０．ヒーター
１１．流体接続部
１２．遮断バルブ
１３．プロセス流体接続部
０１．ＳＯＥＣコア
０２．ＳＯＥＣコアシェル
０３．ＳＯＥＣコアシェルの断熱材
０４．ＳＯＥＣスタック
０５．ホットゾーン
０６．ホットゾーンの断熱材
０７．ウォームゾーン（ｗａｒｍ ｚｏｎｅ）
０８．復熱空間
０９．熱交換器部
１０．ヒーター
１１．流体接続部
１２．遮断バルブ
１３．プロセス流体接続部
【0072】
詳細な説明
図１は、本発明の一実施形態による多数のＳＯＥＣスタック０４を示す。当該技術分野で周知のように、スタックはアノード、電解質およびカソードを有するセルから構成される。図１では、ＳＯＥＣスタックは、セルとスタックの正確な詳細が示されているのではなく、スタックがボックスとして視覚化されている。流体接続部１１、特にプロセス流体接続部１３が示されており、これらはＳＯＥＣスタックが作動できるように、ＳＯＥＣスタックに、およびＳＯＥＣスタックから、流体を供給する。各スタックにはプロセス側とオキシ側がある。ＳＯＥＣスタックが正しく作動するためには、プロセス流体と酸素流体の両方が正しい作動温度に加熱される必要がある。この目的のために、プロセス側とオキシ側の両方に熱交換器０９があり、スタックを出る流体の熱エネルギーによって流体を予熱する。プロセス流体およびオキシ流体を適切な作動温度までさらに加熱するために、熱交換器の下流側にプロセス流体とオキシ流体を加熱するヒーター１０が配置されている。ＳＯＥＣスタックのアセンブリ全体は、熱交換器への入口の上流および熱交換器の出口の下流に配置された遮断バルブ１２によって流体から遮断することができる。図１では原理図としてのみ示されている多数のＳＯＥＣスタックのこのアセンブリは、本発明によればＳＯＥＣコア０１と示される。
図１は、本発明の一実施形態による多数のＳＯＥＣスタック０４を示す。当該技術分野で周知のように、スタックはアノード、電解質およびカソードを有するセルから構成される。図１では、ＳＯＥＣスタックは、セルとスタックの正確な詳細が示されているのではなく、スタックがボックスとして視覚化されている。流体接続部１１、特にプロセス流体接続部１３が示されており、これらはＳＯＥＣスタックが作動できるように、ＳＯＥＣスタックに、およびＳＯＥＣスタックから、流体を供給する。各スタックにはプロセス側とオキシ側がある。ＳＯＥＣスタックが正しく作動するためには、プロセス流体と酸素流体の両方が正しい作動温度に加熱される必要がある。この目的のために、プロセス側とオキシ側の両方に熱交換器０９があり、スタックを出る流体の熱エネルギーによって流体を予熱する。プロセス流体およびオキシ流体を適切な作動温度までさらに加熱するために、熱交換器の下流側にプロセス流体とオキシ流体を加熱するヒーター１０が配置されている。ＳＯＥＣスタックのアセンブリ全体は、熱交換器への入口の上流および熱交換器の出口の下流に配置された遮断バルブ１２によって流体から遮断することができる。図１では原理図としてのみ示されている多数のＳＯＥＣスタックのこのアセンブリは、本発明によればＳＯＥＣコア０１と示される。
【0073】
図２においても、原理図として、並列に接続された複数のＳＯＥＣコアが示され、それらが一体となってＳＯＥＣプラント全体を形成している。プロセス流体イン、プロセス流体アウト、オキシ流体イン、オキシ流体アウトのための共通の流体ラインが、すべてのＳＯＥＣコアを接続しているのが示されている。この接続は、前述したように、遮断バルブを介して実行される。したがって、ＳＯＥＣコアの１つが整備やエラーのためにシャットダウン（停止）を必要とする場合、接続するすべての遮断バルブを遮断することによって、その１つのＳＯＥＣコアを隔離することが可能であり、それによって、残りのＳＯＥＣコアを稼動させたまま、その特定のＳＯＥＣコアの整備を可能にする。すでに述べたように、多数のＳＯＥＣコアをこの原理にしたがって接続し、ＳＯＥＣプラント全体を提供することができる。
【0074】
図３においては、１つのＳＯＥＣコアをより詳細に示している。２つの異なるゾーン、少なくとも部分的にホットゾーン断熱材０６で囲まれた内側のホットゾーン０５と、ＳＯＥＣコアシェル０３を断熱するＳＯＥＣコアシェル０２内に位置する外側のホットゾーン０７（ホットゾーンより比較的低温）が設けられている。この２つのゾーンの間には、流体の流れを可能にする空間がある。この空間を流れる流体は、内側のホットゾーンから失われた熱を回収し、ホットゾーンの断熱材を通して逃がすため、この空間は復熱空間０８となる。したがって、内側のホットゾーンから失われた熱は、復熱空間を流れる流体に伝達される。この流体が、実際にはホットゾーン内のＳＯＥＣスタックに流れる流体である実施形態においては、熱交換器とヒーターに入る前の流体の予熱として、復熱されて流体に伝達された熱が使用されるため、エネルギーが節約される。ヒーターと熱交換器の両方がホットゾーン内に配置されているため、熱交換器とヒーターから周囲への熱損失が最小限に抑えられていることが、図３からさらにわかる。
【図1】
【図2】
【図3】
【手続補正書】
【提出日】2024-08-22
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のＳＯＥＣスタックを含む固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）プラントであって、前記ＳＯＥＣプラントは、複数のＳＯＥＣコアに分割され、ここで、前記ＳＯＥＣコアの各々は、個々に分離され、個々に制御され、他の複数のＳＯＥＣコアから独立して作動するように適合される、前記固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）プラント。
【請求項2】
前記ＳＯＥＣコアの各々が複数のＳＯＥＣスタックモジュールを含み、前記ＳＯＥＣスタックモジュールの各々が１つ以上の前記ＳＯＥＣスタックを含む、請求項１に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項3】
前記ＳＯＥＣプラントが、１０個以上のＳＯＥＣコアを備える、請求項１または２に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項4】
前記ＳＯＥＣプラントが、２５個以上のＳＯＥＣコアを備える、請求項３に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項5】
前記ＳＯＥＣプラントが、１００個以上のＳＯＥＣコアを備える、請求項３に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項6】
前記複数のＳＯＥＣコアが、各々、少なくとも前記ＳＯＥＣコアシェルの外側にシェル断熱クラッディング（被覆）を有するＳＯＥＣコアシェルを含み、前記ＳＯＥＣコアへ、もしくは前記ＳＯＥＣコアから、または前記ＳＯＥＣコアへおよび前記ＳＯＥＣコアから流れる１つまたは複数のプロセス流体を遮断するように適合された複数の遮断バルブをさらに含み、前記複数の遮断バルブが、前記ＳＯＥＣコアシェルの外側に配置される、請求項１または２に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項7】
前記ＳＯＥＣコアの各々が、ＳＯＥＣコアシェル内のホットゾーン断熱材で少なくとも部分的に囲まれた内側のホットゾーンと、前記ホットゾーン断熱材の外側の周囲およびＳＯＥＣコアシェル内に少なくとも部分的に配置され、ホットゾーンをＳＯＥＣコアシェルから分離し、復熱流体のための復熱流体経路を提供する復熱空間とを有する、請求項６に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項8】
前記ホットゾーンが、ＳＯＥＣコアシェルのそれぞれの中心におよび中心軸の周囲に配置されている、請求項７に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項9】
前記ＳＯＥＣコアシェルの各々が、ＳＯＥＣコアシェルの第１の端部を有する第１のシェル部と、ＳＯＥＣコアシェルの第２の端部を有する第２のシェル部とを少なくとも備え、前記シェル部はフランジ接続部によって組み立てられ、１つのフランジが第１のシェル部上に配置され、別のフランジが第２のシェル部上に配置され、フランジ接続部はＳＯＥＣコアシェルの第１の端部の近傍に配置される、請求項６に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項10】
前記ＳＯＥＣコアの各々が、１つ以上の熱交換器、１つ以上のヒーター、複数の流体接続部、および複数のＳＯＥＣスタックモジュールへの複数の電気接続部をさらに備え、前記１つ以上の熱交換器、１つ以上のヒーター、複数の流体接続部、複数の電気接続部、および複数のＳＯＥＣスタックは、前記第１のシェル部に固定される、請求項９に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項11】
前記１つ以上の熱交換器および１つ以上のヒーターが、前記ホットゾーン内に配置されている、請求項１０に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項12】
前記複数の電気接続部の少なくとも大部分が、前記ホットゾーンの外側に配置されている、請求項１０に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項13】
前記複数の流体接続部のための複数のリードスルー孔、および複数の電気接続部をさらに備え、前記リードスルー孔は、前記第１のシェル部に配置される、請求項１０に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項14】
前記複数の遮断バルブが、前記複数の流体接続部のうちの１つ以上に接続され、前記流体接続部内を流れる流体を遮断するように適合されている、請求項１０に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項15】
前記電気接続部に流れる電力を遮断するように適合された複数のサーキットブレーカをさらに備える、請求項１０に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項16】
前記ホットゾーン内に位置する部品および材料が、少なくとも８２５℃までの温度に耐えるように適合されている、請求項７に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項17】
前記ホットゾーン内に位置する部品および材料が、１０００℃までの温度に耐えるように適合されている、請求項７に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項18】
前記複数の流体接続部のうちの少なくとも１つが、前記ＳＯＥＣコアシェルの各々に配置されたプロセス流体入口から、さらに前記ＳＯＥＣコアシェル内の復熱空間へ、さらに前記複数のＳＯＥＣスタックモジュールへ、プロセス流体接続部を提供するように適合されたプロセス流体接続部である、請求項１０に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項19】
前記複数のＳＯＥＣスタックモジュールが、前記ＳＯＥＣコアシェルの中心軸の周囲に少なくとも部分的に円形に配置される、請求項６に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項20】
前記ＳＯＥＣコアの各々が、２～５０個のＳＯＥＣスタックモジュール、好ましくは３～２０個のＳＯＥＣスタックモジュール、好ましくは５～９個のＳＯＥＣスタックモジュール、好ましくは６個のＳＯＥＣスタックモジュールを含む、請求項２に記載のＳＯＥＣプラント。
【請求項21】
複数のＳＯＥＣスタックを含む固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）プラントを作動する方法であって、前記ＳＯＥＣプラントは、ＳＯＥＣコアシェルを含む複数のＳＯＥＣコアに分割され、前記ＳＯＥＣコアは、ＳＯＥＣコアシェル内のホットゾーン断熱材で少なくとも部分的に囲まれた内側のホットゾーンと、前記ホットゾーン断熱材の外側の周囲およびＳＯＥＣコアシェル内に少なくとも部分的に配置され、ホットゾーンをＳＯＥＣコアシェルから分離し、復熱流体のための復熱流体経路を提供する復熱空間とを有し、前記方法は、
－前記複数のＳＯＥＣスタックに電力を供給するステップ、
－プロセス流体を、プロセス流体入口を通して、さらに復熱空間を通して、ＳＯＥＣコアの各々に供給し、前記復熱空間は、前記内側ホットゾーンから逃げる熱エネルギーを回復し、これがプロセス流体を加熱するステップ、
－今や加熱されたプロセス流体を前記ＳＯＥＣスタックに供給するステップを含む、
前記方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0074】
図３においては、１つのＳＯＥＣコアをより詳細に示している。２つの異なるゾーン、少なくとも部分的にホットゾーン断熱材０６で囲まれた内側のホットゾーン０５と、ＳＯＥＣコアシェル０３を断熱するＳＯＥＣコアシェル０２内に位置する外側のホットゾーン０７（ホットゾーンより比較的低温）が設けられている。この２つのゾーンの間には、流体の流れを可能にする空間がある。この空間を流れる流体は、内側のホットゾーンから失われた熱を回収し、ホットゾーンの断熱材を通して逃がすため、この空間は復熱空間０８となる。したがって、内側のホットゾーンから失われた熱は、復熱空間を流れる流体に伝達される。この流体が、実際にはホットゾーン内のＳＯＥＣスタックに流れる流体である実施形態においては、熱交換器とヒーターに入る前の流体の予熱として、復熱されて流体に伝達された熱が使用されるため、エネルギーが節約される。ヒーターと熱交換器の両方がホットゾーン内に配置されているため、熱交換器とヒーターから周囲への熱損失が最小限に抑えられていることが、図３からさらにわかる。
本発明は以下の項目を含む。
［項目１］
複数のＳＯＥＣスタックを含む固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）プラントであって、前記ＳＯＥＣプラントは、複数のＳＯＥＣコアに分割され、ここで、前記ＳＯＥＣコアの各々は、個々に分離され、個々に制御され、他の複数のＳＯＥＣコアから独立して作動するように適合される、前記固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）プラント。
［項目２］
前記ＳＯＥＣコアの各々が複数のＳＯＥＣスタックモジュールを含み、前記ＳＯＥＣスタックモジュールの各々が１つ以上の前記ＳＯＥＣスタックを含む、項目１に記載のＳＯＥＣプラント。
［項目３］
前記ＳＯＥＣプラントが、１０個以上のＳＯＥＣコアを備える、項目１または２に記載のＳＯＥＣプラント。
［項目４］
前記ＳＯＥＣプラントが、２５個以上のＳＯＥＣコアを備える、項目１～３のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目５］
前記ＳＯＥＣプラントが、１００個以上のＳＯＥＣコアを備える、項目１～４のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目６］
前記複数のＳＯＥＣコアが、各々、少なくとも前記ＳＯＥＣコアシェルの外側にシェル断熱クラッディング（被覆）を有するＳＯＥＣコアシェルを含み、前記ＳＯＥＣコアへ、もしくは前記ＳＯＥＣコアから、または前記ＳＯＥＣコアへおよび前記ＳＯＥＣコアから流れる１つまたは複数のプロセス流体を遮断するように適合された複数の遮断バルブをさらに含み、前記複数の遮断バルブが、前記ＳＯＥＣコアシェルの外側に配置される、項目１～５のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目７］
前記ＳＯＥＣコアの各々が、ＳＯＥＣコアシェル内のホットゾーン断熱材で少なくとも部分的に囲まれた内側のホットゾーンと、前記ホットゾーン断熱材の外側の周囲およびＳＯＥＣコアシェル内に少なくとも部分的に配置され、ホットゾーンをＳＯＥＣコアシェルから分離し、復熱流体のための復熱流体経路を提供する復熱空間とを有する、項目６に記載のＳＯＥＣプラント。
［項目８］
前記ホットゾーンが、ＳＯＥＣコアシェルのそれぞれの中心におよび中心軸の周囲に配置されている、項目７に記載のＳＯＥＣプラント。
［項目９］
前記ＳＯＥＣコアシェルの各々が、ＳＯＥＣコアシェルの第１の端部を有する第１のシェル部と、ＳＯＥＣコアシェルの第２の端部を有する第２のシェル部とを少なくとも備え、前記シェル部はフランジ接続部によって組み立てられ、１つのフランジが第１のシェル部上に配置され、別のフランジが第２のシェル部上に配置され、フランジ接続部はＳＯＥＣコアシェルの第１の端部の近傍に配置される、項目６、７または８のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目１０］
前記ＳＯＥＣコアの各々が、１つ以上の熱交換器、１つ以上のヒーター、複数の流体接続部、および複数のＳＯＥＣスタックモジュールへの複数の電気接続部をさらに備え、前記１つ以上の熱交換器、１つ以上のヒーター、複数の流体接続部、複数の電気接続部、および複数のＳＯＥＣスタックは、前記第１のシェル部に固定される、項目９に記載のＳＯＥＣプラント。
［項目１１］
前記１つ以上の熱交換器および１つ以上のヒーターが、前記ホットゾーン内に配置されている、項目１０に記載のＳＯＥＣプラント。
［項目１２］
前記複数の電気接続部の少なくとも大部分が、前記ホットゾーンの外側に配置されている、項目１０または１１に記載のＳＯＥＣプラント。
［項目１３］
前記複数の流体接続部のための複数のリードスルー孔、および複数の電気接続部をさらに備え、前記リードスルー孔は、前記第１のシェル部に配置される、項目１０、１１または１２のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目１４］
前記複数の遮断バルブが、前記複数の流体接続部のうちの１つ以上に接続され、前記流体接続部内を流れる流体を遮断するように適合されている、項目１０～１３のいずれかに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目１５］
前記電気接続部に流れる電力を遮断するように適合された複数のサーキットブレーカをさらに備える、項目１０～１４のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目１６］
前記ホットゾーン内に位置する部品および材料が、少なくとも８２５℃までの温度に耐えるように適合されている、項目７～１５のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目１７］
前記ホットゾーン内に位置する部品および材料が、１０００℃までの温度に耐えるように適合されている、項目７～１６のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目１８］
前記複数の流体接続部のうちの少なくとも１つが、前記ＳＯＥＣコアシェルの各々に配置されたプロセス流体入口から、さらに前記ＳＯＥＣコアシェル内の復熱空間へ、さらに前記複数のＳＯＥＣスタックモジュールへ、プロセス流体接続部を提供するように適合されたプロセス流体接続部である、項目１０～１７のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目１９］
前記複数のＳＯＥＣスタックモジュールが、前記ＳＯＥＣコアシェルの中心軸の周囲に少なくとも部分的に円形に配置される、項目６～１８のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目２０］
前記ＳＯＥＣコアの各々が、２～５０個のＳＯＥＣスタックモジュール、好ましくは３～２０個のＳＯＥＣスタックモジュール、好ましくは５～９個のＳＯＥＣスタックモジュール、好ましくは６個のＳＯＥＣスタックモジュールを含む、項目２～１９のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目２１］
複数のＳＯＥＣスタックを含む固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）プラントを作動する方法であって、
前記ＳＯＥＣプラントは、ＳＯＥＣコアシェルを含む複数のＳＯＥＣコアに分割され、前記ＳＯＥＣコアは、ＳＯＥＣコアシェル内のホットゾーン断熱材で少なくとも部分的に囲まれた内側のホットゾーンと、前記ホットゾーン断熱材の外側の周囲およびＳＯＥＣコアシェル内に少なくとも部分的に配置され、ホットゾーンをＳＯＥＣコアシェルから分離し、復熱流体のための復熱流体経路を提供する復熱空間とを有し、前記方法は、
－前記複数のＳＯＥＣスタックに電力を供給するステップ、
－プロセス流体を、プロセス流体入口を通して、さらに復熱空間を通して、ＳＯＥＣコアの各々に供給し、前記復熱空間は、前記内側ホットゾーンから逃げる熱エネルギーを回復し、これがプロセス流体を加熱するステップ、
－今や加熱されたプロセス流体を前記ＳＯＥＣスタックに供給するステップを含む、
前記方法。
本発明は以下の項目を含む。
［項目１］
複数のＳＯＥＣスタックを含む固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）プラントであって、前記ＳＯＥＣプラントは、複数のＳＯＥＣコアに分割され、ここで、前記ＳＯＥＣコアの各々は、個々に分離され、個々に制御され、他の複数のＳＯＥＣコアから独立して作動するように適合される、前記固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）プラント。
［項目２］
前記ＳＯＥＣコアの各々が複数のＳＯＥＣスタックモジュールを含み、前記ＳＯＥＣスタックモジュールの各々が１つ以上の前記ＳＯＥＣスタックを含む、項目１に記載のＳＯＥＣプラント。
［項目３］
前記ＳＯＥＣプラントが、１０個以上のＳＯＥＣコアを備える、項目１または２に記載のＳＯＥＣプラント。
［項目４］
前記ＳＯＥＣプラントが、２５個以上のＳＯＥＣコアを備える、項目１～３のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目５］
前記ＳＯＥＣプラントが、１００個以上のＳＯＥＣコアを備える、項目１～４のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目６］
前記複数のＳＯＥＣコアが、各々、少なくとも前記ＳＯＥＣコアシェルの外側にシェル断熱クラッディング（被覆）を有するＳＯＥＣコアシェルを含み、前記ＳＯＥＣコアへ、もしくは前記ＳＯＥＣコアから、または前記ＳＯＥＣコアへおよび前記ＳＯＥＣコアから流れる１つまたは複数のプロセス流体を遮断するように適合された複数の遮断バルブをさらに含み、前記複数の遮断バルブが、前記ＳＯＥＣコアシェルの外側に配置される、項目１～５のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目７］
前記ＳＯＥＣコアの各々が、ＳＯＥＣコアシェル内のホットゾーン断熱材で少なくとも部分的に囲まれた内側のホットゾーンと、前記ホットゾーン断熱材の外側の周囲およびＳＯＥＣコアシェル内に少なくとも部分的に配置され、ホットゾーンをＳＯＥＣコアシェルから分離し、復熱流体のための復熱流体経路を提供する復熱空間とを有する、項目６に記載のＳＯＥＣプラント。
［項目８］
前記ホットゾーンが、ＳＯＥＣコアシェルのそれぞれの中心におよび中心軸の周囲に配置されている、項目７に記載のＳＯＥＣプラント。
［項目９］
前記ＳＯＥＣコアシェルの各々が、ＳＯＥＣコアシェルの第１の端部を有する第１のシェル部と、ＳＯＥＣコアシェルの第２の端部を有する第２のシェル部とを少なくとも備え、前記シェル部はフランジ接続部によって組み立てられ、１つのフランジが第１のシェル部上に配置され、別のフランジが第２のシェル部上に配置され、フランジ接続部はＳＯＥＣコアシェルの第１の端部の近傍に配置される、項目６、７または８のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目１０］
前記ＳＯＥＣコアの各々が、１つ以上の熱交換器、１つ以上のヒーター、複数の流体接続部、および複数のＳＯＥＣスタックモジュールへの複数の電気接続部をさらに備え、前記１つ以上の熱交換器、１つ以上のヒーター、複数の流体接続部、複数の電気接続部、および複数のＳＯＥＣスタックは、前記第１のシェル部に固定される、項目９に記載のＳＯＥＣプラント。
［項目１１］
前記１つ以上の熱交換器および１つ以上のヒーターが、前記ホットゾーン内に配置されている、項目１０に記載のＳＯＥＣプラント。
［項目１２］
前記複数の電気接続部の少なくとも大部分が、前記ホットゾーンの外側に配置されている、項目１０または１１に記載のＳＯＥＣプラント。
［項目１３］
前記複数の流体接続部のための複数のリードスルー孔、および複数の電気接続部をさらに備え、前記リードスルー孔は、前記第１のシェル部に配置される、項目１０、１１または１２のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目１４］
前記複数の遮断バルブが、前記複数の流体接続部のうちの１つ以上に接続され、前記流体接続部内を流れる流体を遮断するように適合されている、項目１０～１３のいずれかに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目１５］
前記電気接続部に流れる電力を遮断するように適合された複数のサーキットブレーカをさらに備える、項目１０～１４のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目１６］
前記ホットゾーン内に位置する部品および材料が、少なくとも８２５℃までの温度に耐えるように適合されている、項目７～１５のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目１７］
前記ホットゾーン内に位置する部品および材料が、１０００℃までの温度に耐えるように適合されている、項目７～１６のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目１８］
前記複数の流体接続部のうちの少なくとも１つが、前記ＳＯＥＣコアシェルの各々に配置されたプロセス流体入口から、さらに前記ＳＯＥＣコアシェル内の復熱空間へ、さらに前記複数のＳＯＥＣスタックモジュールへ、プロセス流体接続部を提供するように適合されたプロセス流体接続部である、項目１０～１７のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目１９］
前記複数のＳＯＥＣスタックモジュールが、前記ＳＯＥＣコアシェルの中心軸の周囲に少なくとも部分的に円形に配置される、項目６～１８のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目２０］
前記ＳＯＥＣコアの各々が、２～５０個のＳＯＥＣスタックモジュール、好ましくは３～２０個のＳＯＥＣスタックモジュール、好ましくは５～９個のＳＯＥＣスタックモジュール、好ましくは６個のＳＯＥＣスタックモジュールを含む、項目２～１９のいずれか１つに記載のＳＯＥＣプラント。
［項目２１］
複数のＳＯＥＣスタックを含む固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）プラントを作動する方法であって、
前記ＳＯＥＣプラントは、ＳＯＥＣコアシェルを含む複数のＳＯＥＣコアに分割され、前記ＳＯＥＣコアは、ＳＯＥＣコアシェル内のホットゾーン断熱材で少なくとも部分的に囲まれた内側のホットゾーンと、前記ホットゾーン断熱材の外側の周囲およびＳＯＥＣコアシェル内に少なくとも部分的に配置され、ホットゾーンをＳＯＥＣコアシェルから分離し、復熱流体のための復熱流体経路を提供する復熱空間とを有し、前記方法は、
－前記複数のＳＯＥＣスタックに電力を供給するステップ、
－プロセス流体を、プロセス流体入口を通して、さらに復熱空間を通して、ＳＯＥＣコアの各々に供給し、前記復熱空間は、前記内側ホットゾーンから逃げる熱エネルギーを回復し、これがプロセス流体を加熱するステップ、
－今や加熱されたプロセス流体を前記ＳＯＥＣスタックに供給するステップを含む、
前記方法。
【国際調査報告】