特許 6764384 水素製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6764384

(24)【登録日】2020年9月15日

(45)【発行日】2020年9月30日

(54)【発明の名称】水素製造装置

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/38 20060101AFI20200917BHJP

   C01B 3/56 20060101ALI20200917BHJP

【ＦＩ】

   C01B3/38

   C01B3/56 Z

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-180508(P2017-180508)

(22)【出願日】2017年9月20日

(65)【公開番号】特開2019-55893(P2019-55893A)

(43)【公開日】2019年4月11日

【審査請求日】2020年2月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大橋 雅史

(72)【発明者】

【氏名】江口 晃平

(72)【発明者】

【氏名】馬場 好孝

【審査官】 廣野 知子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−０８８４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２７２９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２７２５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０７０７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２６９５９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１３７２４５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−１６５７０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｂ ３／００−６／３４

Ｈ０１Ｍ ８／０４−８／０６６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化水素原料を水蒸気改質して水素を主成分とした改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器で生成された改質ガスを圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された前記改質ガスを不純物と水素とに分離して水素を精製する水素精製器と、
前記改質器の下流側且つ前記圧縮機の上流側で前記改質ガスから水を分離する昇圧前水分離部と、
前記圧縮機の下流側且つ前記水素精製器の上流側で前記改質ガスから水を分離する昇圧後水分離部と、
前記昇圧後水分離部の下流側且つ前記水素精製器の上流側に一端が接続され、前記改質器の下流側且つ前記圧縮機の上流側に他端が接続され、前記圧縮機で圧縮された前記改質ガスの一部を前記圧縮機の上流側へ戻す圧縮ガス戻し路と、
前記圧縮ガス戻し路に設けられ、前記改質器から送出される改質ガスの流量に応じて前記圧縮ガス戻し路を流通する前記改質ガスの流量を調整する流量調整部と、
を備えた水素製造装置。

【請求項2】

前記圧縮ガス戻し路の他端の下流側、且つ前記圧縮機の上流側に、第１バッファタンクが設けられている、請求項１に記載の水素製造装置。

【請求項3】

前記圧縮ガス戻し路の一端の上流側、且つ前記圧縮機の下流側に、第２バッファタンクが設けられている、請求項１または請求項２に記載の水素製造装置。

【請求項4】

前記昇圧前水分離部及び前記昇圧後水分離部で分離された水の少なくとも一方を改質水として前記改質器へ戻す水戻し路、をさらに備えた、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の水素製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水素製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、水素を得るための水素製造装置としては、原料炭化水素を水蒸気改質装置で改質ガスに改質した後、圧縮機で改質ガスを圧縮し、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）装置へ供給して水素精製するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の水素製造装置では、製造する水素量の増減に関わりなく、圧縮機で加圧される改質ガスの量を一定とするスピルバック構成が開示されている。すなわち、圧縮機の吐出側から圧縮機の吸引側へ改質ガスを戻す配管に流量調整弁を設け、圧縮機の吸引側圧力を一定に維持する構成が開示されている。このような構成を設けることにより、圧縮機で特に調整を行うことなく、製造する水素の量に応じた量の改質ガスが水素精製機に送出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許４２１０８０９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、水素精製機における精製処理を効率的に行うため、改質ガスから水を除去することが行われる。この場合、前述のスピルバック構成と組み合わせた効率化が求められる。本発明の課題は、改質器より送出された改質ガスから水を除去しつつ、効率的に圧縮機を運転することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

請求項１に係る水素製造装置は、炭化水素原料を水蒸気改質して水素を主成分とした改質ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成された改質ガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記改質ガスを不純物と水素とに分離して水素を精製する水素精製器と、前記改質器の下流側且つ前記圧縮機の上流側で前記改質ガスから水を分離する昇圧前水分離部と、前記圧縮機の下流側且つ前記水素精製器の上流側で前記改質ガスから水を分離する昇圧後水分離部と、前記昇圧後水分離部の下流側且つ前記水素精製器の上流側に一端が接続され、前記改質器の下流側且つ前記圧縮機の上流側に他端が接続され、前記圧縮機で圧縮された前記改質ガスの一部を前記圧縮機の上流側へ戻す圧縮ガス戻し路と、前記圧縮ガス戻し路に設けられ、前記改質器から送出される改質ガスの流量に応じて前記圧縮ガス戻し路を流通する前記改質ガスの流量を調整する流量調整部と、を備えている。

【0006】

請求項１に係る水素製造装置では、改質器で改質された改質ガスは、昇圧前水分離部で水が分離され、圧縮機へ送られて圧縮される。圧縮された改質ガスは、昇圧後水分離部で水が分離され、水素精製器へ送られて水素が精製される。圧縮された改質ガスの一部は、圧縮ガス戻し路を通って圧縮機の上流側へ戻される。圧縮戻し路を流通する前記改質ガスの流量は、圧縮機へ供給される改質ガスの流量に応じて、流量調整部によって調整されている。これにより、圧縮機での圧縮に供される改質ガスの量には増減がなく、圧縮機の出力調整を行う必要はないが、水素精製器へ供給される改質ガス量を増減させることができる。本発明では、圧縮機の下流側且つ水素精製器の上流側において昇圧後水分離部で水が分離されるので、圧縮ガス戻し路を通って圧縮機へ戻される改質ガスから水が除去されている。したがって、圧縮機で圧縮する改質ガス中の水が低減され、圧縮機で効率よく改質ガスを圧縮することができる。

【0007】

請求項２に係る水素製造装置は、前記圧縮ガス戻し路の他端の下流側、且つ前記圧縮機の上流側に、第１バッファタンクが設けられている。

【0008】

請求項２に係る水素製造装置によれば、第１バッファタンクが設けられているので、改質器から送出された改質ガスと圧縮ガス戻し路により圧縮機へ戻された改質ガスとが合流した後のガス流れについて圧力変動が抑制され、圧縮機を効率よく運転することができる。

【0009】

請求項３に係る水素製造装置は、前記圧縮ガス戻し路の一端の上流側、且つ前記圧縮機の下流側に、第２バッファタンクが設けられている。

【0010】

請求項３に係る水素製造装置によれば、第２バッファタンクが設けられているので、圧縮機で圧縮された改質ガスについて圧力変動が抑制され、圧縮ガス戻し路における流量調整を安定して行うことができると共に、水素精製器での水素精製を効率的に行うことができる。

【0011】

請求項４に係る水素製造装置は、前記昇圧前水分離部及び前記昇圧後水分離部で分離された水の少なくとも一方を改質水として前記改質器へ戻す水戻し路、をさらに備えている。

【0012】

請求項４に係る水素製造装置によれば、改質ガス中に含まれる水を再利用することができ、新たに外部から改質器へ供給する水の量を少なくすることができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明の水素製造装置では、改質ガスを含む改質器より送出されたガスから水を除去しつつ、効率的に圧縮機を運転することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態に係る水素製造装置を示した概略構成図である。

【図2】本実施形態に係る水素製造装置の多重筒型改質器を示した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の実施形態に係る水素製造装置の一例を図１、図２に従って説明する。

【0016】

本実施形態に係る水素製造装置１０は、図１に示されるように、多重筒型改質器１２、空気供給部１８、改質用水供給部３０、圧縮機８０、水素精製器９０を備えている。また、昇圧前水分離部５０、昇圧後水分離部６０、燃焼排ガス水分離部７０、第１バッファタンク８８、及び第２バッファタンク８６を備えている。さらに、圧縮ガス戻し路１００、及び流量調整部１０２を備えている。この水素製造装置１０は、炭化水素原料から水素を製造するものであり、第１実施形態では、炭化水素原料の一例としてメタンを主成分とする都市ガスが用いられる場合について説明する。

【0017】

（多重筒型改質器）
多重筒型改質器１２は、図２に示されるように、多重に配置された複数の筒状壁２１、２２、２３、２４を有している。複数の筒状壁２１、２２、２３、２４は、例えば円筒状や楕円筒状に形成される。複数の筒状壁２１、２２、２３、２４のうち内側から一番目の筒状壁２１の内部には、燃焼室２５が形成されており、この燃焼室２５の上部には、バーナ２６が下向きに配置されている。このバーナ２６には、補給管３８から水素精製器９０のオフガスが燃料として供給される。多重筒型改質器１２は、改質器の一例である。さらに、この燃焼室２５の上端部には、空気供給部１８（図１参照）から燃焼用空気を供給するための空気供給管４０が接続されている。バーナ２６には、さらに都市ガスが原料供給管３３から分岐された原料分岐管３３Ａが接続されている。原料分岐管３３Ａには、空気供給管４０から分岐された空気分岐管４０Ａが接続されている。バーナ２６には、都市ガスに空気が混合された気体が、オフガスとは別に供給される。燃焼用のオフガスと都市ガスは、いずれか一方、または両方が、必要に応じて供給される。

【0018】

一番目の筒状壁２１と二番目の筒状壁２２との間には、燃焼排ガス流路２７が形成されている。燃焼排ガス流路２７の下端部は、燃焼室２５と連通されており、燃焼排ガス流路２７の上端部には、ガスを排出するためのガス排出管２８が接続されている。燃焼室２５から排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路２７を下側から上側に流れ、ガス排出管２８を通じて外部に排出される。

【0019】

また、二番目の筒状壁２２と三番目の筒状壁２３との間には、第一流路３１が形成されている。この第一流路３１の上部は、予熱流路３２として形成されており、この予熱流路３２の上端部には、都市ガスを供給するための原料供給管３３と、改質用水供給部３０（図１参照）から改質用水を供給するための改質用水供給管３４とが接続されている。さらに、二番目の筒状壁２２と三番目の筒状壁２３との間には、螺旋部材３５が設けられており、この螺旋部材３５により、予熱流路３２は、螺旋状に形成されている。原料供給管３３は、流路管の一例である。

【0020】

予熱流路３２には、都市ガスが原料供給管３３から供給され、さらに、後述する改質用水供給部３０の改質用水が改質用水供給管３４から供給される。都市ガス及び改質用水は、予熱流路３２を上側から下側に流れ、二番目の筒状壁２２を介して燃焼排ガスと熱交換され水が気化される。この予熱流路３２では、都市ガス及び気相の改質用水（水蒸気）が混合されることにより、混合ガスが生成される。

【0021】

また、第一流路３１における予熱流路３２の下側には、改質触媒層３６が設けられており、予熱流路３２にて生成された混合ガスは、改質触媒層３６へ供給される。改質触媒層３６では、燃焼排ガス流路２７を流れる燃焼排ガスからの熱を受けて混合ガスが水蒸気改質反応によって、水素を主成分とする改質ガスが生成される。

【0022】

さらに、三番目の筒状壁２３と四番目の筒状壁２４との間には、第二流路４２が形成されている。第二流路４２の下端部は、第一流路３１の下端部と連通されている。第二流路４２の下部は、改質ガス流路４３として形成されており、第二流路４２の上端部には、改質ガス排出管４４が接続されている。

【0023】

また、第二流路４２における改質ガス流路４３よりも上側には、ＣＯ変成触媒層４５が設けられており、改質触媒層３６にて生成された改質ガスは、改質ガス流路４３を通過した後、ＣＯ変成触媒層４５へ供給される。ＣＯ変成触媒層４５では、改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気が反応して、水素と二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が低減される。

【0024】

さらに、ＣＯ変成触媒層４５の上側には、酸化剤ガス供給管４６が接続されており、第二流路４２におけるＣＯ変成触媒層４５よりも上側には、ＣＯ選択酸化触媒層４７が設けられている。酸化剤ガス供給管４６を通じて取り入れられた酸化剤ガス、及び、ＣＯ変成触媒層４５を通過した改質ガスは、ＣＯ選択酸化触媒層４７へ供給される。ＣＯ選択酸化触媒層４７では、例えば白金やルテニウム等の貴金属触媒上で一酸化炭素が酸素と反応して二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が除去される。ＣＯ変成触媒層４５及びＣＯ選択酸化触媒層４７で一酸化炭素が低減された改質ガスＧ１は、改質ガス排出管４４を通じて排出される。

【0025】

多重筒型改質器１２にて生成された改質ガスは、図１に示したように、昇圧前水分離部５０、圧縮機８０、昇圧後水分離部６０、及び水素精製器９０をこの順番で流れる。つまり、ガスの流れ方向において、上流側から下流側に、多重筒型改質器１２、昇圧前水分離部５０、圧縮機８０、昇圧後水分離部６０、及び水素精製器９０がこの順番で配置されている。

【0026】

（昇圧前分離部）
昇圧前水分離部５０は、図３に示されるように、上部が気体室５２とされ、下部が液体室５４とされている。気体室５２には、改質ガス排出管４４の下流端が接続されている。また、気体室５２には、連絡流路管５６の上流端が接続されている。液体室５４の底部には、水回収管５９が接続されている。改質ガスＧ１は、昇圧前水分離部５０の上流に配置された熱交換器ＨＥ１での冷却水との熱交換による冷却によって水が凝縮されて分離される。分離された水は、液体室５４を経て水回収管５９へ送出される。

【0027】

（第１バッファタンク）

【0028】

第１バッファタンク８８は、連絡流路管５６の昇圧前水分離部５０の下流側、且つ圧縮機８０の上流側に設けられている。第１バッファタンク８８は、内部に所定量の改質ガスＧ２を一時貯留するための空間を有しており、改質ガスＧ２及び圧縮ガス戻し流路１００により戻された改質ガスの圧力の脈動を抑制する。第１バッファタンク８８には、第１バッファタンク８８内の圧力を検出する圧力センサ８８Ａが設けられている。

【0029】

（圧縮機）
圧縮機８０には、昇圧前水分離部５０からの改質ガスＧ２が流れる連絡流路管５６と、昇圧後水分離部６０へ供給される改質ガスＧ２が流れる連絡流路管６６とが接続されている。圧縮機８０は、昇圧前水分離部５０から供給された大気圧の改質ガスをポンプで圧縮し、昇圧後水分離部６０へ供給する。

【0030】

（昇圧後分離部）
昇圧後水分離部６０は、上部が気体室６２とされ、下部が液体室６４とされている。気体室６２には、連絡流路管６６の下流端が接続されている。また、気体室６２には、連絡流路管６８の上流端が接続されている。液体室６４の底部には、水回収管６９が接続されている。改質ガスＧ２は、昇圧後水分離部６０の上流に配置された熱交換器ＨＥ２での冷却水との熱交換による冷却によって水が凝縮されて分離される。分離された水は、液体室６４を経て水回収管６９へ送出される。

【0031】

（第２バッファタンク）
第２バッファタンク８６は、連絡流路管６８の昇圧後水分離部６０の下流側、且つ水素精製器９０の上流側に設けられている。第２バッファタンク８６は、内部に所定量の改質ガスＧ３を一時貯留するための空間を有しており、圧縮機８０から送出された改質ガスＧ３の圧力の脈動を抑制する。

【0032】

（水素精製器）
水素精製器９０には、昇圧後水分離部６０からの改質ガスＧ３が流れる連絡流路管６８の下流端と、多重筒型改質器１２へ供給される水素精製器９０のオフガスが流れる補給管３８の上流端とが接続されている。水素精製器９０には、一例として、ＰＳＡ装置が使用されている。この水素精製器９０が改質ガスを不純物と水素とに分離することで、水素が精製される。精製された水素は、水素供給配管９２へ送出され、不図示のタンクへ貯留されたり、水素供給ラインへ送られたりする。

【0033】

水素精製器９０のオフガスは、補給管３８を流れて燃料として多重筒型改質器１２のバーナ２６（図２参照）へ供給される。

【0034】

（圧縮ガス戻し流路）
圧縮ガス戻し路１００は、他端１００Ａが、連絡流路管５６の第１バッファタンク８８の上流側、且つ昇圧前水分離部５０の下流側に接続されている。また、圧縮ガス戻し路１００は、一端１００Ｂが連絡流路管６８の第２バッファタンク８６の下流側、且つ水素精製器９０の上流側に接続されている。

【0035】

（流量調整部）
圧縮ガス戻し路１００には、流量調整部１０２が設けられている。流量調整部１０２は、開度の調整が可能なバルブで構成されており、圧力センサ８８Ａと接続されている。流量調整部１０２は、圧力センサ８８Ａで検出された第１バッファタンク８８内の圧力に基づいて、当該第１バッファタンク８８内の圧力が一定になるように、開度を変えることにより圧縮ガス戻し路１００を流通する改質ガスの流量を調整する。

【0036】

（燃焼排ガス分離部）
燃焼排ガス水分離部７０は、上部が気体室７２とされ、下部が液体室７４とされている。気体室７２には、ガス排出管２８の下流端が接続されている。また、気体室７２には、外部排出管７６が接続されている。液体室７４の底部には、水回収管７８が接続されている。燃焼室２５からは、燃焼排ガスが排出され、燃焼排ガスは、燃焼排ガス水分離部７０の上流に配置された熱交換器ＨＥ３での冷却水との熱交換による冷却によって水が凝縮されて分離される。分離された水は、液体室７４を経て水回収管７８へ送出される。水が分離された後の燃焼排ガスは、外部排出管７６から外部へ排出される。

【0037】

（改質用水供給部）
改質用水供給部３０には、水回収管５９、水回収管６９、水回収管７８の各々の下流端が接続されている。また、改質用水供給部３０には、改質用水供給管３４の上流端が接続されている。改質用水供給管３４には、溶存イオン成分を除去するための水処理器（イオン交換樹脂）３４Ａが設けられている。また、改質用水供給部３０には、外部水供給管１７Ａを介して外部水供給部１７が接続されている。外部水供給部１７から改質用水供給部３０へは、外部水供給管１７Ａを介して外部の水供給源から、例えば純水または市水が供給される。市水を使用する場合、外部から供給する水が減るので、水処理器３４Ａの負荷が減り、水処理器３４Ａの長寿命化または小サイズ化を図ることができる。

【0038】

改質用水供給部３０には、水量検出部８４が接続されている。水量検出部８４としては、一例として液位センサを用いることができる。また、水量検出部８４は、外部水供給部１７と接続されている。水量検出部８４は、改質用水供給部３０へ流入された水量（単位時間当たり）を検出し、当該検出した水量及び多重筒型改質器１２での改質に必要な改質水の量に基づいて、外部から供給が必要な水量を算出し、当該算出された水量が外部水供給部１７から送出されるように外部水供給部１７を制御する。

【0039】

改質用水供給管３４には、ポンプＰが設けられている。改質用水供給部３０には、昇圧前水分離部５０、昇圧後水分離部６０、燃焼排ガス水分離部７０で分離された水が流入され、当該水は、ポンプＰによって多重筒型改質器１２へ供給される。

【0040】

（作用）
次に、水素製造装置１０の作用について説明する。

【0041】

都市ガスは、原料供給管３３を流れて多重筒型改質器１２へ供給される。多重筒型改質器１２へ供給された都市ガスは、多重筒型改質器１２の予熱流路３２で改質用の水と混合されつつ加熱され、改質触媒層３６へ供給される。改質触媒層３６では、燃焼排ガス流路２７を流れる燃焼排ガスからの熱を受けて混合ガスが水蒸気改質反応によって、水素を主成分とする改質ガスが生成される。当該改質ガスは、改質ガス流路４３を通ってＣＯ変成触媒層４５へ供給される。ＣＯ変成触媒層４５では、改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気が反応して、水素と二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が低減される。

【0042】

さらに、ＣＯ変成触媒層４５を通過した改質ガスは、酸化剤ガス供給管４６から供給される酸化ガス（空気）と共にＣＯ選択酸化触媒層４７へ供給され、貴金属触媒上で一酸化炭素が酸素と反応して二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が除去される。ＣＯ選択酸化触媒層４７で一酸化炭素が低減された改質ガスＧ１は、改質ガス排出管４４へ送出される。

【0043】

改質ガスＧ１は、改質ガス排出管４４を経て、昇圧前水分離部５０の気体室５２へ供給される。気体室５２へ供給された改質ガスＧ１に含まれる水は、凝縮されて液体室５４へ貯留され、水回収管５９を経て改質用水供給部３０へ送出される。水が分離された改質ガスＧ２は、連絡流路管５６を介して第１バッファタンク８８へ送られ、第１バッファタンク８８内に一時貯留された後、連絡流路管５６を流れて圧縮機８０へ供給され、圧縮機８０によって圧縮される。

【0044】

圧縮された改質ガスＧ２は、連絡流路管６６を流れて昇圧後水分離部６０の気体室６２へ供給される。気体室６２へ供給された改質ガスＧ２に含まれる水は、凝縮されて液体室６４へ貯留され、水回収管６９を経て改質用水供給部３０へ送出される。水が分離された改質ガスＧ３は、連絡流路管６８を介して第２バッファタンク８６へ送られ、圧力の脈動が抑えられた後、連絡流路管６８を流れて水素精製器９０へ供給される。また、第２バッファタンク８６から送出された改質ガスＧ３の一部は、圧縮ガス戻し路１００へ分岐される。

【0045】

水素精製器９０では、改質ガスＧ３が不純物と水素とに分離され、水素は水素供給配管９２へ送出される。送出された水素は、不図示のタンクへ貯留されたり、水素供給ラインへ送られたりする。一方、改質ガスＧ３からの水素以外の不純物を含むオフガスは、補給管３８を流れて燃料として多重筒型改質器１２のバーナ２６へ供給される。

【0046】

一方、圧縮ガス戻し路１００へ流入した改質ガスＧ３は、一端１００Ｂから流量調整部１０２を経て他端１００Ａへ流れ、連絡流路管５６で改質ガスＧ２と合流され、第１バッファタンク８８へ送られる。第１バッファタンク８８へ送られた改質ガスは、一時貯留されて圧力の脈動が抑えられた後、圧縮機８０へ供給される。ここで、圧縮ガス戻し路１００では、流量調整部１０２により、圧縮ガス戻し路１００を通過する改質ガスＧ３の流量が、第１バッファタンク８８内の圧力が一定になるように調整されている。したがって、圧縮機８０の出力を一定に維持したまま、昇圧前水分離部５０から送出される改質ガスＧ２の量の増減に応じて、水素精製器９０へ供給される改質ガスＧ３の量も増減させることができる。

【0047】

多重筒型改質器１２の燃焼室２５では、オフガスが燃焼され、燃焼排ガスがガス排出管２８を介して燃焼排ガス水分離部７０の気体室７２へ供給される。気体室７２へ供給された燃焼排ガスに含まれる水は、凝縮されて液体室７４へ貯留され、水回収管７８を経て改質用水供給部３０へ送出される。水が分離された燃焼排ガスは、外部排出管７６を流れて外部へ排出される。

【0048】

水量検出部８４は、改質用水供給部３０への流入水量を検出する。外部水供給部１７は、水量検出部８４で検出された水量及び必要な改質水の量に基づいて、新たに外部から供給が必要な水量分の純水を、改質用水供給部３０へ供給する。

【0049】

改質用水供給部３０からは、ポンプＰの駆動により改質水が多重筒型改質器１２へ供給される。

【0050】

本実施形態の水素製造装置１０では、昇圧前水分離部５０、昇圧後水分離部６０によって改質ガスから水が分離され、燃焼排ガス水分離部７０によって燃焼排ガスから水が分離されて、分離された水が、改質用水供給管３４によって多重筒型改質器１２へ改質水として戻される。したがって、改質ガスや燃焼排ガスに含まれる水を再利用することができ、改質水として新たに外部（外部水供給部１７）から供給する水の量を少なくすることができる。

【0051】

また、圧縮機８０へ供給される改質ガスＧ２は、昇圧前水分離部５０によって水が分離されるので、水が分離されていない改質ガスＧ１が圧縮機８０へ供給される場合と比して、改質ガスの体積が減少することで、改質ガスを圧縮させるための動力を削減することができる。

【0052】

また、水素精製器９０へ供給される改質ガスＧ３は、昇圧前水分離部５０によって水が分離されている上に、昇圧後水分離部６０によっても水が分離されるので、水が分離されていない改質ガスＧ２が水素精製器９０へ供給される場合と比して、水素精製器９０へ供給される改質ガスに含まれる不純物が少なくなり、水素精製器９０で精製する改質ガスの水素濃度が高くなるため、水素精製器９０による精製効率を高くすることができ、かつ水素精製器９０のサイズを小型化することができる。

【0053】

また、本実施形態では、圧縮ガス戻し路１００を通って圧縮機８０へ戻される改質ガスからは、水が除去されている。したがって、昇圧後水分離部６０よりも上流側で分岐した改質ガスを圧縮機８０へ戻す場合と比較して、圧縮機８０で圧縮する改質ガス中の水が低減され、圧縮機８０で効率よく改質ガスを圧縮することができる。

【0054】

また、本実施形態では、第２バッファタンク８６が設けられているので、圧力の脈動が抑えられた後に圧縮ガス戻し路１００へ分岐され、流量調整部１０２による流量調整を安定して行うことができる。また、水素精製器９０へ供給される改質ガスＧ３の圧力の脈動が抑えられているので、水素精製器９０での水素精製を効率的に行うことができる。

【0055】

また、本実施形態では、第１バッファタンク８８が設けられているので、改質ガスの圧力の脈動が抑えられた後に圧縮機８０へ供給される。したがって、圧縮機８０を効率よく運転することができる。

【0056】

なお、本実施形態では、第２バッファタンク８６と水素精製器９０の間に圧縮ガス戻し路１００の一端１００Ｂを接続したが、昇圧後水分離部６０と第２バッファタンク８６の間に圧縮ガス戻し路１００の一端１００Ｂを接続してもよい。また、本実施形態では、昇圧前水分離部５０と第１バッファタンク８８の間に圧縮ガス戻し路１００の他端１００Ａを接続したが、多重筒型改質器１２〜圧縮機８０の間のいずれかに圧縮ガス戻し路１００の他端１００Ａを接続してもよい。

【0057】

また、本実施形態では、第１バッファタンク８８、第バッファタンク８６を設けたが、これらのバッファタンクは必ずしも設ける必要はない。また、第１バッファタンク８８、第バッファタンク８６のいずれか一方のみを設けてもよい。

【0058】

また、本実施形態では、改質器として、多重筒型改質器１２を用い、ＣＯ選択酸化触媒層４７を設けたが、ＣＯ選択酸化触媒層４７は必須ではなく、ＣＯ選択酸化触媒層４７を設けない構成とすることもできる。この場合には、酸化剤ガス供給管４６も不要となる。

【符号の説明】

【0059】

１０ 水素製造装置
１２ 多重筒型改質器（改質器）
３４ 改質用水供給管（水戻し路）
５０ 昇圧前水分離部
６０ 昇圧後水分離部
８０ 圧縮機
８８ 第１バッファタンク
８６ 第２バッファタンク
９０ 水素精製器
１００ 圧縮ガス戻し路
１０２ 流量調整部

【図1】

【図2】