JP2001126742A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電力負荷の平準化を図り、システム効率の向
上した燃料電池発電装置を提供する。 【構成】 夜間の商用電力を用いて電気分解装置4を稼
動させることにより、排熱供給設備9により供給された
排熱によって加温された温水を電気分解して水素を生成
し、生成された水素を水素貯蔵装置5に貯蔵すると共
に、昼間の電力ピーク時に、酸化剤ガスと水素貯蔵装置
5に貯蔵された水素とを夫々燃料電池本体1の酸化剤極
及び燃料極に供給し、燃料電池本体1を運転して発電を
生じさせ、発電した電力を負荷8又は商用の電力系統1
0に供給すると共に、燃料電池本体1の排熱を排熱供給
設備9により電気分解装置4に供給することで、電気分
解時に温水を供給するように構成されている。
上した燃料電池発電装置を提供する。 【構成】 夜間の商用電力を用いて電気分解装置4を稼
動させることにより、排熱供給設備9により供給された
排熱によって加温された温水を電気分解して水素を生成
し、生成された水素を水素貯蔵装置5に貯蔵すると共
に、昼間の電力ピーク時に、酸化剤ガスと水素貯蔵装置
5に貯蔵された水素とを夫々燃料電池本体1の酸化剤極
及び燃料極に供給し、燃料電池本体1を運転して発電を
生じさせ、発電した電力を負荷8又は商用の電力系統1
0に供給すると共に、燃料電池本体1の排熱を排熱供給
設備9により電気分解装置4に供給することで、電気分
解時に温水を供給するように構成されている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水の電気分解を利
用して水素を生成し、この水素を用いて発電を行なうこ
とのできる燃料電池発電装置に関し、特に夜間の商用電
力を用いて水の電気分解を行なうことにより水素を生成
し、昼間の電力ピーク時にこの水素を用いて発電するこ
とにより、電力負荷の平準化を図った燃料電池発電装置
に関する。
用して水素を生成し、この水素を用いて発電を行なうこ
とのできる燃料電池発電装置に関し、特に夜間の商用電
力を用いて水の電気分解を行なうことにより水素を生成
し、昼間の電力ピーク時にこの水素を用いて発電するこ
とにより、電力負荷の平準化を図った燃料電池発電装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池発電装置は、燃料極及び酸化剤
極に、夫々水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガス
とが供給されることによって発電する。近年、斯かる燃
料電池発電装置を用いて電力負荷の平準化を図ることが
検討されている(特開平10−233225号)。
極に、夫々水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガス
とが供給されることによって発電する。近年、斯かる燃
料電池発電装置を用いて電力負荷の平準化を図ることが
検討されている(特開平10−233225号)。
【0003】斯かる従来の燃料電池発電装置の概念的な
構成図を図5に示す。同図において101は燃料電池本
体であり、102は該燃料電池本体101から出力され
る直流電力を交流電力に変換するための変換装置、10
3及び104は夫々燃料電池本体101に燃料ガス及び
酸化剤ガスを供給するための燃料ガス供給系及び酸化剤
ガス供給系である。また、111は水を電気分解するた
めの電気分解装置であり、112は電気分解装置111
により生成された水素を貯蔵するための水素貯蔵装置で
ある。さらに、110は商用の電力系統であり、スイッ
チ121を介して前記変換装置102と接続される一方
で、スイッチ122を介して前記電気分解装置111と
接続される構成となっている。
構成図を図5に示す。同図において101は燃料電池本
体であり、102は該燃料電池本体101から出力され
る直流電力を交流電力に変換するための変換装置、10
3及び104は夫々燃料電池本体101に燃料ガス及び
酸化剤ガスを供給するための燃料ガス供給系及び酸化剤
ガス供給系である。また、111は水を電気分解するた
めの電気分解装置であり、112は電気分解装置111
により生成された水素を貯蔵するための水素貯蔵装置で
ある。さらに、110は商用の電力系統であり、スイッ
チ121を介して前記変換装置102と接続される一方
で、スイッチ122を介して前記電気分解装置111と
接続される構成となっている。
【0004】斯かる構成の燃料電池発電装置において、
夜間における電力料金の安価な時間帯にはスイッチ12
1を介して商用電力が電気分解装置111に供給され、
水の電気分解反応により水素が生成されて水素貯蔵装置
112に貯蔵される。
夜間における電力料金の安価な時間帯にはスイッチ12
1を介して商用電力が電気分解装置111に供給され、
水の電気分解反応により水素が生成されて水素貯蔵装置
112に貯蔵される。
【0005】昼間の電力ピーク時には、水素貯蔵装置1
12に貯蔵された水素が燃料ガス供給系103を介して
燃料電池本体101の燃料極に供給され、同時に空気が
酸化剤ガス供給系104を介して酸化剤極に供給される
ことで、燃料電池本体101が発電する。そして、この
燃料電池本体101で発生した直流電力は、変換装置1
02により交流電力に変換され、スイッチ121を介し
て商用の電力系統110に供給される。
12に貯蔵された水素が燃料ガス供給系103を介して
燃料電池本体101の燃料極に供給され、同時に空気が
酸化剤ガス供給系104を介して酸化剤極に供給される
ことで、燃料電池本体101が発電する。そして、この
燃料電池本体101で発生した直流電力は、変換装置1
02により交流電力に変換され、スイッチ121を介し
て商用の電力系統110に供給される。
【0006】このように、従来の燃料電池発電装置によ
れば、夜間における安価な電力を利用して水素を生成
し、この水素を利用して昼間の電力ピーク時に燃料電池
本体を発電させ、生じた電力を商用の電力系統に供給す
ることによって、電力負荷の平準化を図っている。
れば、夜間における安価な電力を利用して水素を生成
し、この水素を利用して昼間の電力ピーク時に燃料電池
本体を発電させ、生じた電力を商用の電力系統に供給す
ることによって、電力負荷の平準化を図っている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述の通り、従来の燃
料電池発電装置にあっては夜間電力を利用して水の電気
分解を行なっている。
料電池発電装置にあっては夜間電力を利用して水の電気
分解を行なっている。
【0008】ところで、水の電気分解反応は吸熱反応で
あるために、反応を生じさせるためには熱を供給する必
要がある。図6は、電気分解反応を生じさせるために必
要な全エネルギーと、そのうち電圧として供給されるべ
きエネルギーの温度との関係を示す特性図である。尚、
同図においては電気分解反応を生じさせるために必要な
全エネルギーを電圧の単位に変換した理論稼動電圧とし
て示している。また、そのうち電圧として供給されるべ
きエネルギーを理論分解電圧として示してある。同図に
示す、理論稼動電圧と理論分解電圧との差が熱として供
給すべきエネルギーであるが、これは、外部から加熱す
る以外に過電圧或いはオーム損による発熱を利用するこ
ともできる。
あるために、反応を生じさせるためには熱を供給する必
要がある。図6は、電気分解反応を生じさせるために必
要な全エネルギーと、そのうち電圧として供給されるべ
きエネルギーの温度との関係を示す特性図である。尚、
同図においては電気分解反応を生じさせるために必要な
全エネルギーを電圧の単位に変換した理論稼動電圧とし
て示している。また、そのうち電圧として供給されるべ
きエネルギーを理論分解電圧として示してある。同図に
示す、理論稼動電圧と理論分解電圧との差が熱として供
給すべきエネルギーであるが、これは、外部から加熱す
る以外に過電圧或いはオーム損による発熱を利用するこ
ともできる。
【0009】同図に示す如く、理論分解電圧は温度に対
して負の相関を有しており、温度が低いほど電圧として
供給すべきエネルギーが大きくなり、温度が高くなるほ
ど電圧として供給すべきエネルギーが小さくなる。
して負の相関を有しており、温度が低いほど電圧として
供給すべきエネルギーが大きくなり、温度が高くなるほ
ど電圧として供給すべきエネルギーが小さくなる。
【0010】従って、温度の下がる夜間に電気分解装置
を稼動する従来の燃料電池発電装置にあっては、供給す
る電圧を大きくする必要がある。加えて、従来装置にお
いては、熱として供給すべきエネルギーを過電圧或いは
オーム損として供給する必要があり、このための電力も
供給する必要がある。これらの結果、従来装置において
は電気分解により必要な水素を生成するために投入する
電力が増大するという課題がある。
を稼動する従来の燃料電池発電装置にあっては、供給す
る電圧を大きくする必要がある。加えて、従来装置にお
いては、熱として供給すべきエネルギーを過電圧或いは
オーム損として供給する必要があり、このための電力も
供給する必要がある。これらの結果、従来装置において
は電気分解により必要な水素を生成するために投入する
電力が増大するという課題がある。
【0011】特に、夜間の温度が低くなる冬季にあって
は、昼間燃料電池本体を発電させるのに十分な水素を生
成せんとすると、電気分解装置の稼動時間を長くする必
要が生じ、商用電力の供給量が増大するために、装置全
体のシステム効率が低下していた。
は、昼間燃料電池本体を発電させるのに十分な水素を生
成せんとすると、電気分解装置の稼動時間を長くする必
要が生じ、商用電力の供給量が増大するために、装置全
体のシステム効率が低下していた。
【0012】本発明は、斯かる従来の課題を解決し、シ
ステム効率の向上した燃料電池発電装置を提供すること
を目的とする。
ステム効率の向上した燃料電池発電装置を提供すること
を目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明燃料電池発電装置
は、燃料電池本体と、水の電気分解装置と、該電気分解
装置により生成された水素を貯蔵する水素貯蔵装置と、
前記燃料電池本体の運転時に生じる排熱を前記電気分解
装置に供給する排熱供給設備と、を有し、前記燃料電池
本体の運転時には該燃料電池本体で生じる排熱を前記排
熱供給設備により前記電気分解装置に供給し、該電気分
解装置の稼動時には前記排熱供給設備により供給された
排熱によって加温された温水を電気分解して水素を生成
すると共に生成された水素を前記水素貯蔵装置に貯蔵
し、酸化剤ガスと前記水素貯蔵装置に貯蔵された水素と
を夫々前記燃料電池本体の酸化剤極及び燃料極に供給す
ることで該燃料電池本体を運転して発電を生じさせるよ
うに構成されたことを特徴とする。
は、燃料電池本体と、水の電気分解装置と、該電気分解
装置により生成された水素を貯蔵する水素貯蔵装置と、
前記燃料電池本体の運転時に生じる排熱を前記電気分解
装置に供給する排熱供給設備と、を有し、前記燃料電池
本体の運転時には該燃料電池本体で生じる排熱を前記排
熱供給設備により前記電気分解装置に供給し、該電気分
解装置の稼動時には前記排熱供給設備により供給された
排熱によって加温された温水を電気分解して水素を生成
すると共に生成された水素を前記水素貯蔵装置に貯蔵
し、酸化剤ガスと前記水素貯蔵装置に貯蔵された水素と
を夫々前記燃料電池本体の酸化剤極及び燃料極に供給す
ることで該燃料電池本体を運転して発電を生じさせるよ
うに構成されたことを特徴とする。
【0014】また、燃料電池本体と、水の電気分解装置
と、該電気分解装置により生成された水素を貯蔵する水
素貯蔵装置と、前記燃料電池本体の運転時に生じる排熱
を前記電気分解装置に供給する排熱供給設備と、を有
し、夜間の商用電力を用いて前記電気分解装置を稼動さ
せることにより、前記排熱供給設備により供給された排
熱によって加温された温水を電気分解して水素を生成
し、生成された水素を前記水素貯蔵装置に貯蔵すると共
に、昼間の電力ピーク時に、酸化剤ガスと前記水素貯蔵
装置に貯蔵された水素とを夫々前記燃料電池本体の酸化
剤極及び燃料極に供給し、該燃料電池本体を運転して発
電を生じさせ、発電した電力を負荷又は商用の電力系統
に供給すると共に、燃料電池本体の排熱を前記排熱供給
設備により前記電気分解装置に供給することにより、電
気分解時に温水を供給するように構成されたことを特徴
とする。
と、該電気分解装置により生成された水素を貯蔵する水
素貯蔵装置と、前記燃料電池本体の運転時に生じる排熱
を前記電気分解装置に供給する排熱供給設備と、を有
し、夜間の商用電力を用いて前記電気分解装置を稼動さ
せることにより、前記排熱供給設備により供給された排
熱によって加温された温水を電気分解して水素を生成
し、生成された水素を前記水素貯蔵装置に貯蔵すると共
に、昼間の電力ピーク時に、酸化剤ガスと前記水素貯蔵
装置に貯蔵された水素とを夫々前記燃料電池本体の酸化
剤極及び燃料極に供給し、該燃料電池本体を運転して発
電を生じさせ、発電した電力を負荷又は商用の電力系統
に供給すると共に、燃料電池本体の排熱を前記排熱供給
設備により前記電気分解装置に供給することにより、電
気分解時に温水を供給するように構成されたことを特徴
とする。
【0015】さらに、前記排熱供給設備は、前記燃料電
池本体から排出された排水の熱を、前記電気分解装置に
供給することを特徴とし、前記燃料電池本体から排出さ
れた排ガスの熱を、前記電気分解装置に供給することを
特徴とする。
池本体から排出された排水の熱を、前記電気分解装置に
供給することを特徴とし、前記燃料電池本体から排出さ
れた排ガスの熱を、前記電気分解装置に供給することを
特徴とする。
【0016】加えて、前記排熱供給設備は前記燃料電池
本体の排熱を蓄熱するための蓄熱装置を備え、該蓄熱装
置に蓄熱された熱を前記電気分解装置の運転時に供給
し、電気分解するための水を温水とすることを特徴とす
る。
本体の排熱を蓄熱するための蓄熱装置を備え、該蓄熱装
置に蓄熱された熱を前記電気分解装置の運転時に供給
し、電気分解するための水を温水とすることを特徴とす
る。
【0017】或いは、前記電気分解装置は保温可能な電
解槽を備えると共に、前記排熱供給設備により供給され
た前記燃料電池本体の排熱により加温された温水を前記
電解槽に蓄え、前記電気分解装置の稼動時にこの温水を
電気分解することを特徴とする。
解槽を備えると共に、前記排熱供給設備により供給され
た前記燃料電池本体の排熱により加温された温水を前記
電解槽に蓄え、前記電気分解装置の稼動時にこの温水を
電気分解することを特徴とする。
【0018】さらには、前記燃料電池本体が加圧型であ
ることを特徴とし、前記電気分解装置が加圧型であるこ
とを特徴とし、前記燃料電池本体が、前記電気分解装置
として使用されることを特徴とする。
ることを特徴とし、前記電気分解装置が加圧型であるこ
とを特徴とし、前記燃料電池本体が、前記電気分解装置
として使用されることを特徴とする。
【0019】また、前記電気分解装置により水素と共に
生成された酸素を貯蔵する酸素貯蔵装置をさらに備える
と共に、前記燃料電池本体の運転時に、前記酸素貯蔵装
置に貯蔵された酸素を燃料電池本体の酸化剤極に供給し
て当該燃料電池を運転することを特徴とする。
生成された酸素を貯蔵する酸素貯蔵装置をさらに備える
と共に、前記燃料電池本体の運転時に、前記酸素貯蔵装
置に貯蔵された酸素を燃料電池本体の酸化剤極に供給し
て当該燃料電池を運転することを特徴とする。
【0020】加えて、前記燃料電池発電装置の運転及び
電気分解装置の稼動を、予め設定された設定時間に行な
うように制御する制御装置を備えることを特徴とし、前
記制御装置における前記設定時間が変更可能であること
を特徴とする。
電気分解装置の稼動を、予め設定された設定時間に行な
うように制御する制御装置を備えることを特徴とし、前
記制御装置における前記設定時間が変更可能であること
を特徴とする。
【0021】 〔発明の詳細な説明〕
【0022】
【発明の属する技術分野】本発明は、夜間の商用電力を
用いて水の電気分解を行なうことにより水素を生成し、
昼間の電力ピーク時にこの水素を用いて発電することに
より、電力負荷の平準化を図った燃料電池発電装置に関
する。
用いて水の電気分解を行なうことにより水素を生成し、
昼間の電力ピーク時にこの水素を用いて発電することに
より、電力負荷の平準化を図った燃料電池発電装置に関
する。
【0023】
【発明の実施の形態】(第1実施形態)本発明の第一の
実施の形態について以下に説明する。
実施の形態について以下に説明する。
【0024】図1は、本発明に係る燃料電池発電装置の
概念的な構成図である。同図において1は燃料電池本体
であり、2は該燃料電池本体1で発生した直流電力を交
流電力に変換するためのインバータである。11はイン
バータ2と商用の電力系統10との接続状態を切替える
ための第1スイッチである。
概念的な構成図である。同図において1は燃料電池本体
であり、2は該燃料電池本体1で発生した直流電力を交
流電力に変換するためのインバータである。11はイン
バータ2と商用の電力系統10との接続状態を切替える
ための第1スイッチである。
【0025】3は電力系統10からの交流電力を直流電
力に変換するためのコンバータであり、12は電力系統
10とコンバータ3との間の接続状態を切替えるための
第2スイッチである。4は内部に電解槽を有する電気分
解装置で、電力系統10からの交流電力がコンバータ3
により直流電力に変換されて供給されることにより、水
が電気分解される。5は電気分解装置4で生成された水
素を貯蔵するための水素貯蔵装置であり、水素吸蔵合金
や水素ボンベなどからなる。電気分解装置4と水素貯蔵
装置5との間に連通する配管には、連通状態を切替える
ための第1バルブ13が設けられている。水素貯蔵装置
5は第2バルブ14を介して燃料電池本体1と連通され
ており、第2バルブ14を開状態とすることで水素貯蔵
装置5に貯蔵された水素が燃料ガス供給系6を介して燃
料電池本体1の燃料極に供給される構成となっている。
また、燃料電池本体1の酸化剤極には酸化剤供給バルブ
15を開状態とすることにより、酸化剤供給系7を介し
て酸化剤が供給される構成を有している。
力に変換するためのコンバータであり、12は電力系統
10とコンバータ3との間の接続状態を切替えるための
第2スイッチである。4は内部に電解槽を有する電気分
解装置で、電力系統10からの交流電力がコンバータ3
により直流電力に変換されて供給されることにより、水
が電気分解される。5は電気分解装置4で生成された水
素を貯蔵するための水素貯蔵装置であり、水素吸蔵合金
や水素ボンベなどからなる。電気分解装置4と水素貯蔵
装置5との間に連通する配管には、連通状態を切替える
ための第1バルブ13が設けられている。水素貯蔵装置
5は第2バルブ14を介して燃料電池本体1と連通され
ており、第2バルブ14を開状態とすることで水素貯蔵
装置5に貯蔵された水素が燃料ガス供給系6を介して燃
料電池本体1の燃料極に供給される構成となっている。
また、燃料電池本体1の酸化剤極には酸化剤供給バルブ
15を開状態とすることにより、酸化剤供給系7を介し
て酸化剤が供給される構成を有している。
【0026】さらに、本発明にあっては運転時に発生す
る燃料電池本体1の排熱を電気分解装置4に供給するた
めの排熱供給設備9を有している。燃料電池本体1にお
ける反応は発熱反応であり、熱が発生する。従って、排
熱供給設備9によりこの熱を回収し、電気分解装置4に
供給することで該電気分解装置4中の電解槽に温水を貯
えることができる。
る燃料電池本体1の排熱を電気分解装置4に供給するた
めの排熱供給設備9を有している。燃料電池本体1にお
ける反応は発熱反応であり、熱が発生する。従って、排
熱供給設備9によりこの熱を回収し、電気分解装置4に
供給することで該電気分解装置4中の電解槽に温水を貯
えることができる。
【0027】ここで、本発明にあっては燃料電池本体1
の排熱を排熱供給設備9により電気分解装置4に供給す
ることで、該電気分解装置4内に備えられた電解槽中に
温水を貯え、この温水を電気分解に使用することを目的
としている。
の排熱を排熱供給設備9により電気分解装置4に供給す
ることで、該電気分解装置4内に備えられた電解槽中に
温水を貯え、この温水を電気分解に使用することを目的
としている。
【0028】従って、排熱の供給方法としては電気分解
装置全体を加温し、これに伴い電解槽中の水を加温する
ものであっても良いし、或いは電気分解装置中の電解槽
のみを加温するものであっても良い。さらには、排熱を
電気分解装置に供給するタイミングについても、燃料電
池本体の運転時であっても良く、また電気分解装置の稼
動時であっても良い。
装置全体を加温し、これに伴い電解槽中の水を加温する
ものであっても良いし、或いは電気分解装置中の電解槽
のみを加温するものであっても良い。さらには、排熱を
電気分解装置に供給するタイミングについても、燃料電
池本体の運転時であっても良く、また電気分解装置の稼
動時であっても良い。
【0029】燃料電池本体の運転時に該燃料電池本体の
排熱を電気分解装置に供給する場合には、電気分解装置
中の電解槽の構造を二重構造等保温可能な構造としてお
くことで、燃料電池本体から供給された排熱により加温
された温水の温度を、電気分解装置の稼動時まで保温す
ることができる。
排熱を電気分解装置に供給する場合には、電気分解装置
中の電解槽の構造を二重構造等保温可能な構造としてお
くことで、燃料電池本体から供給された排熱により加温
された温水の温度を、電気分解装置の稼動時まで保温す
ることができる。
【0030】また電気分解装置の稼動時に排熱を供給す
る場合には、燃料電池本体の排熱を一時蓄熱するための
蓄熱装置を設けておき、電気分解装置の稼動時にこの蓄
熱装置に蓄えられた熱を供給することで、電解槽中の水
を温水とすることができる。
る場合には、燃料電池本体の排熱を一時蓄熱するための
蓄熱装置を設けておき、電気分解装置の稼動時にこの蓄
熱装置に蓄えられた熱を供給することで、電解槽中の水
を温水とすることができる。
【0031】例えば、固体高分子電解質膜を用いた燃料
電池は100℃前後の温度に維持した状態で運転される
が、前述の通り燃料電池の反応は発熱反応であることか
ら、この温度に維持するために通常水冷或いは空冷が施
されている。そして、燃料電池本体を冷却した後のこの
排水或いは排空気の温度は燃料電池本体との熱交換によ
り約60℃〜80℃程度にまで加熱されている。そこ
で、本実施形態にあってはこの排水或いは排空気を電気
分解装置4の加温に用いることができる。具体的には電
気分解装置4における電解槽を保温のできる構成とする
と共に、排水を電解槽に導く配管を設け、電解槽に冷却
水の排水を貯水できる構成とすれば良い。斯かる構成と
することで、電解槽に約60℃程度の温水を貯水するこ
とが可能となる。
電池は100℃前後の温度に維持した状態で運転される
が、前述の通り燃料電池の反応は発熱反応であることか
ら、この温度に維持するために通常水冷或いは空冷が施
されている。そして、燃料電池本体を冷却した後のこの
排水或いは排空気の温度は燃料電池本体との熱交換によ
り約60℃〜80℃程度にまで加熱されている。そこ
で、本実施形態にあってはこの排水或いは排空気を電気
分解装置4の加温に用いることができる。具体的には電
気分解装置4における電解槽を保温のできる構成とする
と共に、排水を電解槽に導く配管を設け、電解槽に冷却
水の排水を貯水できる構成とすれば良い。斯かる構成と
することで、電解槽に約60℃程度の温水を貯水するこ
とが可能となる。
【0032】また、排水を用いて間接的に電気分解装置
4を加温しても良い。例えば、電解槽の周囲に排水を流
通させる配管を電解槽内部に貯水された水との間での熱
交換が可能なように取付け、排水と熱交換させることに
よって電解槽内部の水を加温するようにしても良い。
4を加温しても良い。例えば、電解槽の周囲に排水を流
通させる配管を電解槽内部に貯水された水との間での熱
交換が可能なように取付け、排水と熱交換させることに
よって電解槽内部の水を加温するようにしても良い。
【0033】或いは、排水を一時貯蔵する保温可能な貯
水槽を設けておき、稼動時にこの貯水槽に貯えられた温
水を電気分解装置に供給するようにしてもよい。
水槽を設けておき、稼動時にこの貯水槽に貯えられた温
水を電気分解装置に供給するようにしてもよい。
【0034】或いは、排空気との熱交換により電気分解
装置4を加温するようにしても良い。例えば、電解槽の
周囲に排空気を流通させる配管を、電解槽内部に貯水さ
れた水との間での熱交換が可能なように取付け、排空気
と熱交換させることで電解槽内部の水を加温するように
しても良い。また、排空気との熱交換により水を加温
し、この加温された水を電解槽内部に貯水するようにし
ても良い。さらには、上記の方法に限らず、燃料電池本
体1で生じる熱を利用するものであれば、如何なる構成
のものであっても良い。
装置4を加温するようにしても良い。例えば、電解槽の
周囲に排空気を流通させる配管を、電解槽内部に貯水さ
れた水との間での熱交換が可能なように取付け、排空気
と熱交換させることで電解槽内部の水を加温するように
しても良い。また、排空気との熱交換により水を加温
し、この加温された水を電解槽内部に貯水するようにし
ても良い。さらには、上記の方法に限らず、燃料電池本
体1で生じる熱を利用するものであれば、如何なる構成
のものであっても良い。
【0035】次に、本実施形態に係る燃料電池発電装置
の動作について以下に説明する。 (昼間)本実施形態に係る燃料電池発電装置あっては、
昼間の電力ピークの時間帯に燃料電池本体1が運転さ
れ、発電電力が負荷8或いは商用の電力系統10に供給
される。昼間の電力ピークの時間帯は一般に午後1時〜
午後4時の間とされており、通常この時間帯の電力使用
量を他の時間帯にシフトさせることで電力負荷の平準化
を図る試みがなされている。
の動作について以下に説明する。 (昼間)本実施形態に係る燃料電池発電装置あっては、
昼間の電力ピークの時間帯に燃料電池本体1が運転さ
れ、発電電力が負荷8或いは商用の電力系統10に供給
される。昼間の電力ピークの時間帯は一般に午後1時〜
午後4時の間とされており、通常この時間帯の電力使用
量を他の時間帯にシフトさせることで電力負荷の平準化
を図る試みがなされている。
【0036】本実施形態にあっては、午後1時になった
時点で第2バルブ14及び酸化剤供給バルブ15が開状
態とされ、燃料電池本体1の燃料極及び酸化剤極に夫々
水素及び酸化剤となる空気が供給され、燃料電池本体1
の発電が開始される。そして、燃料電池本体1が定格出
力を発電するまでの若干時間、例えば数分程度が経過し
た後、第1スイッチ11が開状態とされ、燃料電池本体
1で発電した電力がインバータ2により交流電力に変換
されて負荷8或いは電力系統10に供給される。そし
て、午後4時になった時点で、第2バルブ14、酸化剤
供給バルブ15及び第1スイッチ11が閉状態とされ、
燃料電池本体1の運転が停止される。
時点で第2バルブ14及び酸化剤供給バルブ15が開状
態とされ、燃料電池本体1の燃料極及び酸化剤極に夫々
水素及び酸化剤となる空気が供給され、燃料電池本体1
の発電が開始される。そして、燃料電池本体1が定格出
力を発電するまでの若干時間、例えば数分程度が経過し
た後、第1スイッチ11が開状態とされ、燃料電池本体
1で発電した電力がインバータ2により交流電力に変換
されて負荷8或いは電力系統10に供給される。そし
て、午後4時になった時点で、第2バルブ14、酸化剤
供給バルブ15及び第1スイッチ11が閉状態とされ、
燃料電池本体1の運転が停止される。
【0037】以上の第2バルブ14、酸化剤供給バルブ
15及び第1スイッチ11の開閉状態の制御は、タイマ
ーを内蔵した制御装置(図示せず)によって行なわれ
る。そして、電力ピークの時間帯である午後1時〜午後
4時の時間帯に、燃料電池本体1の発電電力が負荷8又
は商用の電力系統10に供給されることにより、電力負
荷の平準化が図られる。
15及び第1スイッチ11の開閉状態の制御は、タイマ
ーを内蔵した制御装置(図示せず)によって行なわれ
る。そして、電力ピークの時間帯である午後1時〜午後
4時の時間帯に、燃料電池本体1の発電電力が負荷8又
は商用の電力系統10に供給されることにより、電力負
荷の平準化が図られる。
【0038】さらに、本実施形態にあっては燃料電池本
体1の運転中に、排熱供給設備9を介して燃料電池本体
1の排熱を電気分解装置4に供給している。前述の通り
発電時には燃料電池本体1を空冷或いは水冷等の方法に
より冷却する必要があるが、例えば水冷の場合、燃料電
池本体1との熱交換により暖められた冷却水の排水を、
電気分解装置1における電解槽に供給することができ
る。このとき、電解槽の構造を保温可能な構造としてお
くことにより、暖められた水が夜間まで保温されて維持
されることとなる。 (夜間)夜間における電力料金の安価な時間帯、例えば
23時〜翌朝7時にかけて、第2スイッチ12及び第1
バルブ13が開状態とされる。この第2スイッチ12及
び第1バルブ13の制御も、タイマーを内蔵した制御装
置により行なわれる。タイマーには予め上記の時間帯が
設定されており、この時間帯において上記第2スイッチ
12及び第1バルブ13が開状態となるように制御され
る。この時間帯は任意に変更可能であり、電力会社の料
金体系の変更に応じて自由に再設定することができる。
尚、このとき第1スイッチ11、第2バルブ14及び酸
化剤供給バルブ15は閉状態のままである。
体1の運転中に、排熱供給設備9を介して燃料電池本体
1の排熱を電気分解装置4に供給している。前述の通り
発電時には燃料電池本体1を空冷或いは水冷等の方法に
より冷却する必要があるが、例えば水冷の場合、燃料電
池本体1との熱交換により暖められた冷却水の排水を、
電気分解装置1における電解槽に供給することができ
る。このとき、電解槽の構造を保温可能な構造としてお
くことにより、暖められた水が夜間まで保温されて維持
されることとなる。 (夜間)夜間における電力料金の安価な時間帯、例えば
23時〜翌朝7時にかけて、第2スイッチ12及び第1
バルブ13が開状態とされる。この第2スイッチ12及
び第1バルブ13の制御も、タイマーを内蔵した制御装
置により行なわれる。タイマーには予め上記の時間帯が
設定されており、この時間帯において上記第2スイッチ
12及び第1バルブ13が開状態となるように制御され
る。この時間帯は任意に変更可能であり、電力会社の料
金体系の変更に応じて自由に再設定することができる。
尚、このとき第1スイッチ11、第2バルブ14及び酸
化剤供給バルブ15は閉状態のままである。
【0039】そして、商用の電力系統10からの交流電
力がコンバータ3を介して直流電力に変換され、電気分
解装置4に供給される。電気分解装置4では水の電気分
解が行なわれ、生成された水素ガスは水素貯蔵装置5に
貯蔵される。水素貯蔵装置5としては、例えば水素吸蔵
合金や水素ボンベ等を用いることができる。
力がコンバータ3を介して直流電力に変換され、電気分
解装置4に供給される。電気分解装置4では水の電気分
解が行なわれ、生成された水素ガスは水素貯蔵装置5に
貯蔵される。水素貯蔵装置5としては、例えば水素吸蔵
合金や水素ボンベ等を用いることができる。
【0040】この際、前述の通り本実施形態にあって
は、電気分解装置4における電解槽中の水が約60℃〜
80℃程度の温度に保持されている。従って、電気分解
に要する電圧を従来に比べ低減することができ、夜間電
力の使用量を低減することができる。特に、寒冷地にお
いて冬季に使用する場合等夜間の温度が低いときに、本
発明の効果は大きい。
は、電気分解装置4における電解槽中の水が約60℃〜
80℃程度の温度に保持されている。従って、電気分解
に要する電圧を従来に比べ低減することができ、夜間電
力の使用量を低減することができる。特に、寒冷地にお
いて冬季に使用する場合等夜間の温度が低いときに、本
発明の効果は大きい。
【0041】以上の如く、本実施形態によれば電力負荷
の平準化を図ることが可能で、且つシステム効率の向上
した燃料電池発電装置を提供することができる。
の平準化を図ることが可能で、且つシステム効率の向上
した燃料電池発電装置を提供することができる。
【0042】尚、以上の実施形態にあっては、直流電力
を交流電力に変換するためのインバータ2と、交流電力
を直流電力に変換するためのコンバータ3の二台の変換
装置を用いた例について説明したが、この代わりに図2
の概念的な構成図に示す如く1台のコンバータ20を用
いても良い。
を交流電力に変換するためのインバータ2と、交流電力
を直流電力に変換するためのコンバータ3の二台の変換
装置を用いた例について説明したが、この代わりに図2
の概念的な構成図に示す如く1台のコンバータ20を用
いても良い。
【0043】また、水の電気分解によれば水素と共に酸
素も生成されるので、図3の概念的な構成図に示す如く
この酸素を貯蔵するための酸素貯蔵装置15を設けても
良い。そして、この酸素貯蔵装置15に貯蔵された酸素
を酸化剤極に供給することで、酸化剤に空気を用いた場
合と比べ燃料電池本体1の出力を向上させることがで
き、システム効率をさらに向上させることが可能とな
る。
素も生成されるので、図3の概念的な構成図に示す如く
この酸素を貯蔵するための酸素貯蔵装置15を設けても
良い。そして、この酸素貯蔵装置15に貯蔵された酸素
を酸化剤極に供給することで、酸化剤に空気を用いた場
合と比べ燃料電池本体1の出力を向上させることがで
き、システム効率をさらに向上させることが可能とな
る。
【0044】さらに、加圧型の燃料電池本体1を用いる
ことで、該燃料電池本体1から排出される排熱を増大す
ることができ、この排熱を供給することで電気分解に用
いる水の温度を20℃程度増加できるので、さらなるシ
ステム効率の向上を図ることができる。
ことで、該燃料電池本体1から排出される排熱を増大す
ることができ、この排熱を供給することで電気分解に用
いる水の温度を20℃程度増加できるので、さらなるシ
ステム効率の向上を図ることができる。
【0045】加えて、電気分解装置4として加圧型の電
気分解装置を用いても良い。通常の電気分解装置が大気
圧で使用されるのに対し、加圧型の電気分解装置は数〜
30atm程度の圧力で運転される。また、加圧型の電
気分解装置によれば、通常の大気圧の電気分解装置に比
べて数%大きい電力効率が得られる。従って、本実施形
態によれば、さらにシステム効率の向上した燃料電池発
電装置を提供することができる。
気分解装置を用いても良い。通常の電気分解装置が大気
圧で使用されるのに対し、加圧型の電気分解装置は数〜
30atm程度の圧力で運転される。また、加圧型の電
気分解装置によれば、通常の大気圧の電気分解装置に比
べて数%大きい電力効率が得られる。従って、本実施形
態によれば、さらにシステム効率の向上した燃料電池発
電装置を提供することができる。
【0046】また、水素貯蔵装置として水素ボンベを用
いた場合に、他の負荷設備を要することなく生成された
水素を水素ボンベに充填することが可能となる。
いた場合に、他の負荷設備を要することなく生成された
水素を水素ボンベに充填することが可能となる。
【0047】水素貯蔵装置として水素吸蔵合金を用いた
場合、水素を充填する際に冷却する必要があり、また水
素を放出する際に加熱することが必要となる。従って、
斯かる水素吸蔵合金の使用はシステム効率の低下を招
く。
場合、水素を充填する際に冷却する必要があり、また水
素を放出する際に加熱することが必要となる。従って、
斯かる水素吸蔵合金の使用はシステム効率の低下を招
く。
【0048】一方、水素貯蔵装置として水素ボンベを用
いた場合には、水素吸蔵合金のように冷却、加熱の必要
はないものの、充填するにあたってガスを加圧して充填
する必要があり、このため大気圧の電気分解装置を用い
た場合には別途加圧用のコンプレッサ等の負荷設備が必
要となる。
いた場合には、水素吸蔵合金のように冷却、加熱の必要
はないものの、充填するにあたってガスを加圧して充填
する必要があり、このため大気圧の電気分解装置を用い
た場合には別途加圧用のコンプレッサ等の負荷設備が必
要となる。
【0049】これに対し、加圧型の電気分解装置を用い
ると、加圧された状態で水素が生成されるため、加圧用
の負荷設備を要することなく直接水素を水素ボンベに充
填することが可能となる。従って、本実施形態によれば
さらにシステム効率の向上した燃料電池発電装置を提供
することが可能となる。
ると、加圧された状態で水素が生成されるため、加圧用
の負荷設備を要することなく直接水素を水素ボンベに充
填することが可能となる。従って、本実施形態によれば
さらにシステム効率の向上した燃料電池発電装置を提供
することが可能となる。
【0050】(第二の実施の形態)本実施形態に係る燃
料電池発電装置の概念的な構成図を図4に示す。本実施
形態が前述の実施形態と異なる点は、燃料電池本体1を
用いて水の電気分解を行なう点にある。
料電池発電装置の概念的な構成図を図4に示す。本実施
形態が前述の実施形態と異なる点は、燃料電池本体1を
用いて水の電気分解を行なう点にある。
【0051】水の電気分解法としては、前述した実施形
態以外に、固体高分子電解質膜を用いるSPE(Sol
id Polymer Electrolyte)法が
知られている。このSPE法において使用する電気分解
装置の構成は固体高分子型燃料電池と同一であり、酸化
剤極側に水を流通させた状態で電極間に電圧を印可する
ことにより、燃料極側から水素を、酸化剤極側から酸素
を取出すことができる。
態以外に、固体高分子電解質膜を用いるSPE(Sol
id Polymer Electrolyte)法が
知られている。このSPE法において使用する電気分解
装置の構成は固体高分子型燃料電池と同一であり、酸化
剤極側に水を流通させた状態で電極間に電圧を印可する
ことにより、燃料極側から水素を、酸化剤極側から酸素
を取出すことができる。
【0052】そこで、本実施形態にあっては排熱供給設
備9に蓄熱装置としての蓄熱槽9を設け、運転時に発生
する燃料電池本体1の排熱を例えば温水の形態でこの蓄
熱槽9に蓄えておく。そして、夜間の電力料金が安価な
時間帯に上記蓄熱槽9に蓄えられた温水を燃料電池本体
1の酸化剤極側に供給し、電極に電圧を印可して水素を
生成する。
備9に蓄熱装置としての蓄熱槽9を設け、運転時に発生
する燃料電池本体1の排熱を例えば温水の形態でこの蓄
熱槽9に蓄えておく。そして、夜間の電力料金が安価な
時間帯に上記蓄熱槽9に蓄えられた温水を燃料電池本体
1の酸化剤極側に供給し、電極に電圧を印可して水素を
生成する。
【0053】斯かる本実施形態の構成によれば、新たな
電気分解装置を必要とすることがないので、さらにシス
テム効率の向上を図ることができる。
電気分解装置を必要とすることがないので、さらにシス
テム効率の向上を図ることができる。
【0054】以上説明した如く、本発明によれば夜間の
安価な電力を用いて水の電気分解を行なうことにより水
素を生成し、その水素を用いて昼間の電力ピーク時に燃
料電池の発電を行ない、発生した電力を負荷或いは商用
の電力系統に供給するので、電力負荷の平準化を図るこ
とができる。
安価な電力を用いて水の電気分解を行なうことにより水
素を生成し、その水素を用いて昼間の電力ピーク時に燃
料電池の発電を行ない、発生した電力を負荷或いは商用
の電力系統に供給するので、電力負荷の平準化を図るこ
とができる。
【0055】さらに、水の電気分解を行なうにあたって
加温した状態で行なうので、電気分解に要する電力を低
減でき、システム効率の向上を図ることができる。
加温した状態で行なうので、電気分解に要する電力を低
減でき、システム効率の向上を図ることができる。
【0056】また、加圧型の燃料電池本体を用いること
により電気分解に用いる水の温度を上昇できるので、さ
らにシステム効率の向上を図ることができる。
により電気分解に用いる水の温度を上昇できるので、さ
らにシステム効率の向上を図ることができる。
【0057】さらに、加圧型の電気分解装置を用いるこ
とにより、コンプレッサ等の負荷設備を用いることなく
生成された水素を水素ボンベに充填できるので、さらに
システム効率の向上を図ることができる。
とにより、コンプレッサ等の負荷設備を用いることなく
生成された水素を水素ボンベに充填できるので、さらに
システム効率の向上を図ることができる。
【0058】加えて、水の電気分解方法としてSPE法
を用いることにより、燃料電池本体を電気分解装置とし
て用いることが可能となり、さらなるシステム効率の向
上を図ることができる。
を用いることにより、燃料電池本体を電気分解装置とし
て用いることが可能となり、さらなるシステム効率の向
上を図ることができる。
【0059】尚、以上の実施形態にあっては、直流電力
を交流電力に変換するためのインバータと、交流電力を
直流電力に変換するためのコンバータを別々に設けた
が、この代わりに一台のコンバータを用いて直流−交流
変換及び交流−直流変換を行なうようにしても良い。
を交流電力に変換するためのインバータと、交流電力を
直流電力に変換するためのコンバータを別々に設けた
が、この代わりに一台のコンバータを用いて直流−交流
変換及び交流−直流変換を行なうようにしても良い。
【0060】また、水の電気分解により水素以外に酸素
も得られるので、この酸素も酸素貯蔵装置に貯蔵し、昼
間の燃料電池発電時に酸化剤として供給するようにして
も良い。この場合、燃料電池本体の発電効率が向上する
ので、さらにシステム効率の向上を図ることができる。
も得られるので、この酸素も酸素貯蔵装置に貯蔵し、昼
間の燃料電池発電時に酸化剤として供給するようにして
も良い。この場合、燃料電池本体の発電効率が向上する
ので、さらにシステム効率の向上を図ることができる。
【0061】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば夜間
の安価な電力を用いて水の電気分解を行なうことにより
水素を生成し、その水素を用いて昼間の電力ピーク時に
燃料電池の発電を行ない、発生した電力を負荷或いは商
用の電力系統に供給するので、電力負荷の平準化を図る
ことができる。
の安価な電力を用いて水の電気分解を行なうことにより
水素を生成し、その水素を用いて昼間の電力ピーク時に
燃料電池の発電を行ない、発生した電力を負荷或いは商
用の電力系統に供給するので、電力負荷の平準化を図る
ことができる。
【0062】さらに、水の電気分解を行なうにあたって
加温した状態で行なうので、電気分解に要する電力を低
減でき、システム効率の向上を図ることができる。
加温した状態で行なうので、電気分解に要する電力を低
減でき、システム効率の向上を図ることができる。
【図1】第一の実施の形態に係る燃料電池発電装置の概
念的な構成図である。
念的な構成図である。
【図2】第一実施形態に係る別の燃料電池発電装置の概
念的な構成図である。
念的な構成図である。
【図3】第一実施形態に係るさらに別の燃料電池発電装
置の概念的な構成図である。
置の概念的な構成図である。
【図4】第二実施形態に係る燃料電池発電装置の概念的
な構成図である。
な構成図である。
【図5】従来の燃料電池発電装置の概念的な構成図であ
る。
る。
【図6】水の電気分解の理論稼動電圧と理論分解電圧を
示す特性図である。
示す特性図である。
【符号の説明】 1…燃料電池本体、2…インバータ、3…コンバータ、
4…電気分解装置、5…水素貯蔵装置、9…排熱供給設
備、10…商用の電力系統
4…電気分解装置、5…水素貯蔵装置、9…排熱供給設
備、10…商用の電力系統
【手続補正書】
【提出日】平成12年2月1日(2000.2.1)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0021
【補正方法】削除
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0022
【補正方法】削除
Claims (12)
- 【請求項1】 燃料電池本体と、水の電気分解装置と、
該電気分解装置により生成された水素を貯蔵する水素貯
蔵装置と、前記燃料電池本体の運転時に生じる排熱を前
記電気分解装置に供給する排熱供給設備と、を有し、前
記燃料電池本体の運転時には該燃料電池本体で生じる排
熱を前記排熱供給設備により前記電気分解装置に供給
し、該電気分解装置の稼動時には前記排熱供給設備によ
り供給された排熱によって加温された温水を電気分解し
て水素を生成すると共に生成された水素を前記水素貯蔵
装置に貯蔵し、酸化剤ガスと前記水素貯蔵装置に貯蔵さ
れた水素とを夫々前記燃料電池本体の酸化剤極及び燃料
極に供給することで該燃料電池本体を運転して発電を生
じさせるように構成されたことを特徴とする燃料電池発
電装置。 - 【請求項2】 燃料電池本体と、水の電気分解装置と、
該電気分解装置により生成された水素を貯蔵する水素貯
蔵装置と、前記燃料電池本体の運転時に生じる排熱を前
記電気分解装置に供給する排熱供給設備と、を有し、夜
間の商用電力を用いて前記電気分解装置を稼動させるこ
とにより、前記排熱供給設備により供給された排熱によ
って加温された温水を電気分解して水素を生成し、生成
された水素を前記水素貯蔵装置に貯蔵すると共に、昼間
の電力ピーク時に、酸化剤ガスと前記水素貯蔵装置に貯
蔵された水素とを夫々前記燃料電池本体の酸化剤極及び
燃料極に供給し、該燃料電池本体を運転して発電を生じ
させ、発電した電力を負荷又は商用の電力系統に供給す
ると共に、燃料電池本体の排熱を前記排熱供給設備によ
り前記電気分解装置に供給することにより、電気分解時
に温水を供給するように構成されたことを特徴とする燃
料電池発電装置。 - 【請求項3】 前記排熱供給設備は、前記燃料電池本体
から排出された排水の熱を、前記電気分解装置に供給す
ることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池発
電装置。 - 【請求項4】 前記排熱供給設備は、前記燃料電池本体
から排出された排ガスの熱を、前記電気分解装置に供給
することを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池
発電装置。 - 【請求項5】 前記排熱供給設備は前記燃料電池本体の
排熱を蓄熱するための蓄熱装置を備え、該蓄熱装置に蓄
熱された熱を前記電気分解装置の運転時に供給し、電気
分解するための水を温水とすることを特徴とする請求項
1乃至4のいずれかに記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項6】 前記電気分解装置は保温可能な電解槽を
備えると共に、前記排熱供給設備により供給された前記
燃料電池本体の排熱により加温された温水を前記電解槽
に蓄え、前記電気分解装置の稼動時にこの温水を電気分
解することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記
載の燃料電池発電装置。 - 【請求項7】 前記燃料電池本体が加圧型であることを
特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の燃料電池
発電装置。 - 【請求項8】 前記電気分解装置が加圧型であることを
特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の燃料電池
発電装置。 - 【請求項9】 前記燃料電池本体が、前記電気分解装置
として使用されることを特徴とする請求項1乃至8のい
ずれかに記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項10】 前記電気分解装置により水素と共に生
成された酸素を貯蔵する酸素貯蔵装置をさらに備えると
共に、前記燃料電池本体の運転時に、前記酸素貯蔵装置
に貯蔵された酸素を燃料電池本体の酸化剤極に供給して
当該燃料電池を運転することを特徴とする請求項1乃至
9のいずれかに記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項11】 前記燃料電池発電装置の運転及び電気
分解装置の稼動を、予め設定された設定時間に行なうよ
うに制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項
1乃至10のいずれかに記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項12】 前記制御装置における前記設定時間が
変更可能であることを特徴とする請求項11記載の燃料
電池発電装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30580999A JP2001126742A (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | 燃料電池発電装置 |
US09/696,993 US6660417B1 (en) | 1999-10-27 | 2000-10-26 | Fuel cell generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30580999A JP2001126742A (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | 燃料電池発電装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001126742A true JP2001126742A (ja) | 2001-05-11 |
Family
ID=17949635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30580999A Pending JP2001126742A (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6660417B1 (ja) |
JP (1) | JP2001126742A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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