特許 6924596 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】6924596

(24)【登録日】2021年8月4日

(45)【発行日】2021年8月25日

(54)【発明の名称】水素製造装置

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/38 20060101AFI20210812BHJP

   C01B 3/56 20060101ALI20210812BHJP

   H01M 8/0612 20160101ALI20210812BHJP

   H01M 8/04313 20160101ALI20210812BHJP

   H01M 8/04694 20160101ALI20210812BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20210812BHJP

【ＦＩ】

   C01B3/38

   C01B3/56 Z

   H01M8/0612

   H01M8/04313

   H01M8/04694

   H01M8/04 J

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-61507(P2017-61507)

(22)【出願日】2017年3月27日

(65)【公開番号】特開2018-162198(P2018-162198A)

(43)【公開日】2018年10月18日

【審査請求日】2019年8月9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】稲垣 信

【審査官】 小野 久子

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００６／１３７３９０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−１８６９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２９０９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２８９２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３３８９７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｂ ３／３８

Ｃ０１Ｂ ３／５６

Ｈ０１Ｍ ８／０４

Ｈ０１Ｍ ８／０４３１３

Ｈ０１Ｍ ８／０４６９４

Ｈ０１Ｍ ８／０６１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化水素を原料として供給されると共に、原料である炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器よりも下流側の前記改質ガスの流路を介して前記改質器と接続され、前記改質ガスの除湿を行う第１除湿器と、
前記改質ガスの流路を介して前記第１除湿器と接続され、前記第１除湿器で除湿された前記改質ガスを圧縮する圧縮機と、
前記改質ガスの流路を介して前記圧縮機と接続され、前記圧縮機で圧縮された前記改質ガスの除湿を行う第２除湿器と、
前記改質ガスの流路を介して前記第２除湿器と接続され、前記第２除湿器で除湿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、
前記第１除湿器、前記第２除湿器及び前記改質器の燃焼排出ガスの流路から回収された回収水を貯留する回収水タンクと、
前記回収水タンクから前記改質器の反応側に連通する回収水供給流路と、
前記改質器の反応側に酸素を供給する反応用酸素供給流路と、
前記反応用酸素供給流路と前記改質器の反応側とを連通又は遮断する切替手段と、
を備える水素製造装置。

【請求項2】

前記回収水タンクの水位が第１閾値以下となった場合に、前記切替手段を駆動して前記反応用酸素供給流路と前記改質器の反応側とを連通させ、前記水位が第２閾値を超えている場合には前記切替手段を駆動して前記反応用酸素供給流路と前記改質器の反応側とを遮断させる制御手段を備える請求項１記載の水素製造装置。

【請求項3】

前記回収水タンクには、水位を検出する水位検出手段を備え、
前記制御手段は、前記水位検出手段が検出した水位に基づいて前記切替手段を切り替える請求項２記載の水素製造装置。

【請求項4】

前記反応用酸素供給流路は、前記改質器の燃焼側に酸素を供給する燃焼用酸素供給路と前記改質器の反応側とを連通させている請求項１〜３のいずれか１項記載の水素製造装置。

【請求項5】

前記改質器で生成された改質ガスに対して前記炭化水素と前記酸素との部分酸化反応により生ずる改質ガスが占める割合に応じて水素精製度を維持するように前記水素精製器を制御する請求項１〜４のいずれか１項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、改質装置で原料である炭化水素と水蒸気（水）を反応させて改質ガスに改質した後、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）装置へ供給するものが知られている。

【0003】

このような水素製造装置において、装置内で発生する水を改質器の反応側に供給することによって、水素の製造を行っている。また、装置内の水が不足した場合には、外部の水道水から装置内に水を補給して改質ガス（水素）の製造性能を維持している。

【0004】

この際、水道水中のナトリウムイオンを含むカチオン成分等不純物を除去するために水処理器（カチオン交換樹脂）を水道水供給ラインに設けることが記載されている（例えば、特許文献１参照）。このように、水道水中のパーティクルやイオン化物質を水道水補給ラインで除去することにより、改質器に供給する水供給ライン上に設けられた水処理器（カチオン交換樹脂）の負荷を低減することができるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−２０１０８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、上記特許文献１記載の水素製造装置は、水道水補給ライン上に新たに水処理器を設けなければならない。

【0007】

本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、装置内の水が不足した場合に、水道水を補給することなく水素製造性能を維持できる水素製造装置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】

【0008】

第１態様では、炭化水素を原料として供給されると共に、原料である炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、前記改質器よりも下流側の前記改質ガスの流路を介して前記改質器と接続され、前記改質ガスの除湿を行う第１除湿器と、前記改質ガスの流路を介して前記第１除湿器と接続され、前記第１除湿器で除湿された前記改質ガスを圧縮する圧縮機と、前記改質ガスの流路を介して前記圧縮機と接続され、前記圧縮機で圧縮された前記改質ガスの除湿を行う第２除湿器と、前記改質ガスの流路を介して前記第２除湿器と接続され、前記第２除湿器で除湿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、前記第１除湿器、前記第２除湿器及び前記改質器の燃焼排出ガスの流路から回収された回収水を貯留する回収水タンクと、前記回収水タンクから前記改質器の反応側に連通する回収水供給流路と、前記改質器の反応側に酸素を供給する反応用酸素供給流路と、前記反応用酸素供給流路と前記改質器の反応側とを連通又は遮断する切替手段と、を備える。

【0009】

第１態様によれば、改質器よりも下流側の第１除湿器、第２除湿器及び改質器の燃焼排出ガスの流路から回収された回収水が回収水タンクに貯留される。回収水タンクから回収水供給流路に供給された水は、原料である炭化水素と共に改質器に供給され、水蒸気改質反応によって改質ガスが生成される。生成された改質ガスは、それ自体を最終製品としても良いし、さらに水素濃度を高めるために精製しても良い。

【0010】

ところで、水蒸気改質反応で改質ガスを生成する能力（水素製造性能）が装置内の水量（水不足）で制限される場合、あるいは制限されるおそれが大きい場合には、切替手段により反応用酸素供給流路と改質器の反応側とを連通させる。これにより、燃料用酸素が改質器の反応側に供給され、炭化水素と酸素により部分酸化改質反応を生じる。すなわち、装置全体で水が不足してきた場合には、水蒸気改質反応と部分酸化改質反応の両方によって改質ガスを製造することによって、装置に水道水を補給することなく水素製造性能を維持することができる。

【0011】

一方で、水が十分にある時は、切替手段により反応用酸素供給流路と改質器の反応側とを遮断し、水蒸気改質反応を主に運転することで、改質ガス中の不純成分を減らし水素濃度を高く運転することができる。

【0012】

第２態様では、前記回収水タンクの水位が第１閾値以下となった場合に、前記切替手段を駆動して前記反応用酸素供給流路と前記改質器の反応側とを連通させ、前記水位が第２閾値を超えている場合には前記切替手段を駆動して前記反応用酸素供給流路と前記改質器の反応側とを遮断させる制御手段を備える。

【0013】

第２態様によれば、回収水タンクの水位が第１閾値以下となった場合には、制御手段が切替手段を駆動して反応用酸素供給流路と改質器の反応側とを連通させる。これにより、燃料用酸素が改質器の反応側に供給され、炭化水素と酸素により部分酸化改質反応を生じる。すなわち、装置全体で水が不足してきた場合には、水蒸気改質反応と部分酸化改質反応の両方によって改質ガスを製造することによって、装置に水道水を補給することなく水素製造性能を維持することができる。

【0014】

一方、回収水タンクの水位が第２閾値を超えた場合には、制御手段が切替手段を駆動して反応用酸素供給流路と改質器の反応側とを遮断させる。これにより、水蒸気改質反応を主に改質器を運転することで、改質ガス中の不純成分を減らし水素濃度を高く運転することができる。

【0015】

また、回収水タンクの水位によって反応を切り替えることにより、水素製造装置が水切れをおこすことなく自動で運転を継続することができる。

【0016】

第３態様では、前記回収水タンクには、水位を検出する水位検出手段を備え、前記制御手段は、前記水位検出手段が検出した水位に基づいて前記切替手段を切り替える。

【0017】

第３態様によれば、水位検出手段で検出された回収水タンクの水位が第１閾値以下の場合には、制御手段が切替手段を切り替えて反応用酸素供給流路と改質器の反応側とを連通させる。これにより、改質器において水蒸気改質反応と部分酸化改質反応の両方によって改質ガスを製造することができ、装置に水道水を補給することなく水素製造性能を維持することができる。

【0018】

第４態様では、前記反応用酸素供給流路は、前記改質器の燃焼側に酸素を供給する燃焼用酸素供給路と前記改質器の反応側とを連通させている。

【0019】

第４態様によれば、反応用酸素供給流路は燃焼用酸素供給流路と改質器の反応側とを連通させている。したがって、改質器の反応側に供給する酸素と、改質器の燃焼側に供給する酸素を同一の供給源から供給することができる。

【0022】

第５態様では、前記改質器で生成された改質ガスに対して前記炭化水素と前記酸素との部分酸化反応により生ずる改質ガスが占める割合に応じて水素精製度を維持するように前記水素精製器を制御する。

【0023】

第５態様によれば、部分酸化反応を行うと、改質ガス中の不純物成分が増える。そこで、改質器で生成された改質ガスに対して部分酸化反応で生成された改質ガスが占める割合に応じて水素精製器の制御（運転パターンの変更）を行う。これにより、改質器で部分酸化改質反応がない場合と同様の精製水素濃度を維持することができる。

【発明の効果】

【0024】

本態様では、装置内の水が不足した場合に、水道水を補給することなく水素製造性能を維持できる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の一実施形態に係る水素製造装置の全体構成を示す図である。

【図2】図１に示される多重筒型改質器の詳細を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。

【0027】

図１に示すように、本実施形態に係る水素製造装置１０は、多重筒型改質器１２（以下、「改質器１２」という場合がある）と、第１除湿器１４と、圧縮機１６と、第２除湿器１８と、水素精製器２０と、回収水タンク２２とを備えている。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る。本実施形態では、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。

【0028】

図２に示すように、多重筒型改質器１２は、多重に配置された複数の筒状壁３０、３２、３４、３６（以下、「複数の筒状壁３０〜３６」という）を有して構成されている。複数の筒状壁３０〜３６は、例えば円筒状や楕円筒状に形成される。複数の筒状壁３０〜３６のうち内側から一番目の筒状壁３０の内部には、燃焼室３８が形成されており、この燃焼室３８の上部には、バーナ４０が下向きに配置されている。バーナ４０には、後述するオフガス供給流路７０から燃料ガスが供給されると共に、燃焼用空気供給管７２から空気が供給されるものである。なお、この燃焼室３８及びバーナ４０を改質器１２の燃焼側という場合がある。

【0029】

一番目の筒状壁３０と二番目の筒状壁３２との間には、燃焼排出ガス流路４２が形成されている。燃焼排出ガス流路４２の下端部は、燃焼室３８と連通されており、燃焼排出ガス流路４２の上端部には、ガス排出管４４が接続されている。燃焼室３８から排出された燃焼排出ガスは、燃焼排出ガス流路４２を下側から上側に流れ、ガス排出管４４を通じて外部に排出される。

【0030】

二番目の筒状壁３２と三番目の筒状壁３４との間には、第一流路４６が形成されている。この第一流路４６の上部は、予熱流路４８として形成されており、この予熱流路４８の上端部には、原料供給管５０及び改質用水供給管５２が接続されている。二番目の筒状壁３２と三番目の筒状壁３４との間には、螺旋部材５４が設けられており、この螺旋部材５４により、予熱流路４８は、螺旋状に形成されている。なお、第一流路４６を改質器１２の反応側という場合がある。

【0031】

この予熱流路４８には、原料供給管５０から都市ガスが供給されると共に、改質用水供給管５２から改質用水が供給される。都市ガス及び改質用水は、予熱流路４８を上側から下側に流れると共に、二番目の筒状壁３２を介して燃焼排出ガスと熱交換され水が気化される。この予熱流路４８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。

【0032】

第一流路４６における予熱流路４８の下側には、改質触媒層５６が設けられており、予熱流路４８にて生成された混合ガスは、改質触媒層５６に供給される。改質触媒層５６では、燃焼排出ガス流路４２を流れる燃焼排出ガスからの熱を受けて混合ガスが水蒸気改質され、水素を主成分とする改質ガスが生成される。

【0033】

三番目の筒状壁３４と四番目の筒状壁３６との間には、第二流路５８が形成されている。第二流路５８の下端部は、第一流路４６の下端部と連通されている。第二流路５８の下部は、改質ガス流路６０として形成されており、第二流路５８の上端部には、改質ガス排出管６２が接続されている。

【0034】

第二流路５８における改質ガス流路６０よりも上側には、ＣＯ変成触媒層６４が設けられており、改質触媒層５６にて生成された改質ガスは、改質ガス流路６０を通過した後、ＣＯ変成触媒層６４に供給される。ＣＯ変成触媒層６４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。

【0035】

ＣＯ変成触媒層６４の上側には、酸化剤ガス供給管６６が設けられており、第二流路５８におけるＣＯ変成触媒層６４よりも上側には、ＣＯ除去触媒層６８が設けられている。酸化剤ガス供給管６６を通じて取り入れられた酸化剤ガス、及び、ＣＯ変成触媒層６４を通過した改質ガスは、ＣＯ除去触媒層６８に供給される。ＣＯ除去触媒層６８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６４及びＣＯ除去触媒層６８で一酸化炭素が除去された改質ガスは、改質ガス排出管６２を通じて排出される。

【0036】

なお、図１に示すように、改質器１２には、バーナ４０に空気を供給する燃焼用空気供給管７２が連通されている。また、反応用空気供給管７４は、燃焼用空気供給管７２と原料供給管５０とを連通させている。反応用空気供給管７４には、燃焼用空気供給管７２と原料供給管５０とを連通又は遮断させる電磁切替弁７６が設けられている。

【0037】

また、改質器１２のガス排出管４４には、第３除湿器７８が設けられてする。したがって、ガス排出管４４において燃焼排出ガスは除湿された後、外部に排出される。第３除湿器７８は、多重筒型改質器１２から排出された燃焼排出ガスを冷却する機能を有し、燃焼排出ガスに含まれた水蒸気を冷却時に凝結して結露させ、その結露水をドレインから排出することで、燃焼排出ガスから水蒸気を分離する（除湿する）ものである。

【0038】

第１除湿器１４は、図１に示すように、多重筒型改質器１２にて生成された改質ガスが送られるものである。第１除湿器１４は、多重筒型改質器１２から送られた改質ガスを冷却する機能を有し、改質ガスに含まれた水蒸気を冷却時に凝結して結露させ、その結露水をドレンから排出することで、改質ガスから水蒸気を分離する（除湿する）ものである。

【0039】

圧縮機１６は、第１除湿器１４から送られた改質ガスをポンプで圧縮し、改質ガスの圧力を高めて送り出すものである。

【0040】

第２除湿器１８は、図１に示すように、圧縮機１６で圧縮された改質ガスが送られるものである。第２除湿器１８は、圧縮機１６から送られた改質ガスを冷却する機能を有し、改質ガスに含まれた水蒸気を冷却時に凝結して結露させ、その結露水をドレンから排出することで、改質ガスから水蒸気を分離する（除湿する）ものである。

【0041】

水素精製器２０には、一例として、ＰＳＡ装置が使用されている。水素精製器２０は、第２除湿器１８で除湿された改質ガスが送り込まれるものである。この水素精製器２０では、改質ガス中の不純物が吸着部に吸着されることにより改質ガスが不純物と水素とに分離され、水素が精製されて製品としての純水素が製造される。なお、吸着部に吸着された不純物は、吸着部の圧抜きをすることにより吸着部から脱離される。また、水素精製器２０からのオフガスには、製品水素として用いられなかった残余の水素等が含まれ、改質器１２まで連通する還流流路としてのオフガス供給流路７０を介して改質器１２に供給されバーナ４０（図２参照）の燃料として利用される。

【0042】

なお、第１除湿器１４、第２除湿器１８、第３除湿器７８で発生する結露水は、図１に示すように、回収水タンク２２に回収される構成である。

【0043】

回収水タンク２２は、改質器１２と改質用水供給管５２で連通されている。この改質用水供給管５２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）８０が設けられている。すなわち、第１除湿器１４、第２除湿器１８、第３除湿器７８から回収された水は、回収水タンク２２から水処理器８０を経て改質器１２の反応側に改質用の水として供給される構成とされている。

【0044】

また、回収水タンク２２には、タンク内部の水位を検出する水位検出センサ８２が設けられている。

【0045】

さらに、水素製造装置１０には、制御部８４が設けられており、水位検出センサ８２で検出された水位が第１閾値以下となった場合に、電磁切替弁７６に操作信号を出力して開弁させ燃焼用空気供給管７２と原料供給管５０を連通させるものである。

【0046】

一方、水位検出センサ８２で検出された水位が第２閾値を上回った場合には、電磁切替弁７６に操作信号を出力して閉弁させ燃焼用空気供給管７２と原料供給管５０を遮断させるものである。この第１閾値と第２閾値は異なる値でも同一の値でも良い。

【0047】

以上の水素製造装置１０は、例えば、燃料電池システムに適用され、水素製造装置１０で製造された水素は、燃料電池システム中の燃料電池に供給され、燃料電池による発電に利用される。あるいは、水素製造装置１０で製造された水素が水素タンクに貯留される。

【0048】

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

【0049】

水素製造装置１０では、多重筒型改質器１２の第一流路４６（反応側）に、原料供給管５０から都市ガスが供給されると共に、改質用水供給管５２から改質用の水が供給される。この状態で、多重筒型改質器１２ではバーナ４０によって加熱されることにより、水蒸気改質反応を生じ、水素を主成分とする改質ガスが生成される。

【0050】

水素製造装置１０の多重筒型改質器１２で生成された改質ガスは、第１除湿器１４で除湿後、圧縮機１６で昇圧される。圧縮機１６で昇圧された改質ガスは、第２除湿器１８で除湿後、水素精製器２０で不純物と水素とに分離され水素が精製される。これにより、水素濃度が９９％以上の純水素が製品として得られる。

【0051】

また、改質器１２のガス排出管４４から排出される燃焼排出ガスは、第３除湿器７８で除湿された後、外部に排出される。

【0052】

なお、第１除湿器１４、第２除湿器１８、第３除湿器７８で結露された水は回収水タンク２２に回収され、水処理器８０でカチオン等の溶存イオンが除去された後、改質用水供給管５２から改質器１２の第一流路４６（反応側）に供給されることより、改質器１２の改質用水として利用されている。

【0053】

この際、回収水タンク２２の水位が水位検出センサ８２で検出されている。制御部８４では検出された水位が閾値を上回っている場合には、電磁切替弁７６を閉弁させたまま維持させる。

【0054】

一方、検出された水位が第１閾値以下となった場合には、制御部８４は装置全体が水不足である、又は水不足のおそれがあると判定し、電磁切替弁７６に操作信号を出力して電磁切替弁７６を開弁させる。これにより、燃焼用空気供給管７２は原料供給管５０と連通し、原料供給管５０を介して改質器１２と連通する。したがって、燃焼用空気供給管７２から反応用空気供給管７４、原料供給管５０を介して改質器１２の第一流路４６（反応側）に、燃焼用空気の一部が燃料として供給される。これにより、原料供給管５０から改質器１２の第一流路４６に供給された都市ガス中の炭化水素と空気中の酸素によって部分酸化改質反応を生じる。

【0055】

すなわち、水素製造装置１０の全体の水が不足して水素製造能力が減少するおそれのある場合には、燃焼用空気の一部を改質器１２の反応側に供給することによって改質器１２で部分酸化反応を生じさせる。この結果、改質器１２では、改質用水と都市ガスによる水蒸気改質反応と部分酸化改質反応によって水素製造性能を維持することができる。

【0056】

このとき、改質器１２における水消費量が減少するため改質用水の供給量を減らすことができる。また、改質器１２で部分酸化改質反応に用いられなかった空気中の水分（水蒸気）が改質ガス排出管６２に供給される。さらに、製造水素量が少ない時や、起動直後には回収水が多くなる。

【0057】

この結果、水位検出センサ８２で検出された水位が第２閾値を超えた場合には、制御部８４は装置全体に十分な水があると判定し、電磁切替弁７６に操作信号を出力し、電磁切替弁７６を閉弁させる。これにより、燃焼用空気供給管７２と原料供給管５０が遮断され、改質器１２の反応側に空気が供給されることはなくなる。すなわち、改質器１２では水蒸気改質反応で改質ガスが生成されるようになる。

【0058】

このように、水素製造装置１０では、装置全体で水が不足する（おそれがある）ことを水位検出センサ８２の検出値（回収水タンク２２の水位）に基づいて制御部８４が検出し、電磁切替弁７６を開弁させる。これにより、改質器１２の反応側に空気を供給して、都市ガス（炭化水素）と空気（酸素）による部分酸化改質反応によって改質ガスの生産量（水素製造性能）の不足分を補うことができる。

【0059】

すなわち、第１除湿器１４、第２除湿器１８、第３除湿器７８から回収された水が不足することによって改質器１２の水蒸気改質による改質ガスの生産量が不足する場合に、水道水の補給が不要となる。これにより、水道水補給の場合に必要となる水道水用の水処理器等も不要となって装置が簡略化される。

【0060】

また、燃焼用空気供給管７２と原料供給管５０を結ぶ反応用空気供給管７４に電磁切替弁７６を設けているため、必要なとき（回収水が不足した場合）のみ電磁切替弁７６を開弁することによって部分酸化改質反応（空気消費量）を最小限に抑制することができ、効率の良い水蒸気改質反応を主に運転することができる。

【0061】

さらに、制御部８４では、水位検出センサ８２が検出した回収水タンク２２の水位と閾値を比較し、水位が閾値以下となっている場合に装置全体の水が不足していると判断し、電磁切替弁７６を開弁して改質器１２の反応側に空気を供給している。したがって、装置全体の水不足を精度良く検出することができ、検出された水不足に基づいて改質器１２の反応側に水を供給しているため、効率的に部分酸化反応を用いることができる。

【0062】

部分酸化反応を行うと、空気中の窒素も改質ガスに含まれるため、改質ガスの不純物成分が増える。したがって、部分酸化反応と水蒸気改質反応の割合に応じて水素精製器２０の運転パターンを変更することで、精製水素濃度を９９％以上に保つことができる。例えば、部分酸化反応（不純物）の割合が増加した場合には、水素精製器２０の吸着部で圧抜きを行う時間の割合を増加させることで、不純物を吸着部で確実に吸着できるようにすることが考えられる。不純物の種類等によって吸着部に対する吸着状態は異なるため、不純物の種類によって異なる制御で対応することが考えられる。

【0063】

次に、本実施形態の変形例について説明する。

【0064】

本実施形態では、燃料用空気を反応用空気供給管７４から原料供給管５０を介して改質器１２の反応側に供給する構成としたが、反応用空気供給管７４から改質器１２の反応側に直接供給する構成としても良い。

【0065】

また、本実施形態では、燃焼用空気供給管７２と原料供給管５０とを連通する反応用空気供給管７４を設けることによって、燃焼用空気の一部を燃料用空気として改質器１２の反応側に供給する構成とした。しかし、燃料用の空気を燃焼用空気供給管７２と別（燃焼用空気供給管７２と非連通）の反応用空気供給管７４で原料供給管５０又は改質器１２の反応側に供給する構成としても良い。

【0066】

さらに、本実施形態では、回収水タンク２２の水位検出手段として水位検出センサ８２を用いたが、これに限定するものではない。例えば、回収水タンク２２の閾値（水位）の位置にスイッチを設け、水位低下によりフロートが接触することによりＯＮ信号を制御部８４に出力し、このＯＮ信号に基づいて制御部８４が電磁切替弁７６を開弁させる構成としても良い。あるいは、回収水タンク２２の重量からタンク内部の水位を検出する構成としても良い。

【0067】

また、上記スイッチからの信号を直接電磁切替弁７６に出力して電磁切替弁７６の開閉を切り替える構成としても良い。この場合には、制御部８４を不要とすることができる。

【0068】

さらに、本実施形態では、水素製造装置１０に水素精製器２０を設けているが、水素製造装置１０は、水素精製器２０がない構成でも良い。この場合には、改質ガスを最終製品として用いても良いし、他の場所で水素精製器等によって改質ガスを精製することも考えられる。

【0069】

また、上記実施形態では、炭化水素原料の一例として都市ガスが用いられているが、メタンを主成分とする都市ガス以外の炭化水素原料、例えば、プロパンなどの炭化水素を主成分とするガスや、炭化水素系液体が用いられても良い。

【0070】

さらに、都市ガス以外の炭化水素原料が用いられる場合に、多重筒型改質器１２は、上記以外の構造（使用される炭化水素原料に適した構造）に変更されても良い。

【0071】

また、上記実施形態では、水素精製器２０として、ＰＳＡ装置が使用されているが、例えば水素分離膜を有する水素精製装置などが使用されても良い。

【0072】

さらに、本実施形態に係る水素製造装置１０は、燃料電池システムに好適に用いられるが、燃料電池システム以外の機器やシステムに用いられても良い。

【0073】

また、本実施形態では、圧縮機１６の上流側と下流側の双方に第１除湿器１４、第２除湿器１８を設けたが、圧縮機１６の上流側又は下流側のいずれか一方にのみ除湿器を設けても良い。また、第１除湿器１４、第２除湿器１８がなく、第３除湿器７８のみの構成でも良い。さらに、改質ガスの水蒸気を減少させるために、水蒸気分離膜や吸湿剤を利用しても良い。

【0074】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0075】

１０…水素製造装置、１２…多重筒型改質器（改質器）、２０…水素精製器、２２…回収水タンク、４４…ガス排出管（燃焼排出ガスの流路）５０…原料供給管（原料供給流路）、７２…燃焼用空気供給管（燃焼用酸素供給流路）、７４…反応用空気供給管（反応用酸素供給流路）、７６、電磁切替弁（切替手段）、８２…水位検出センサ（水位検出手段）、８４…制御部（制御手段）

【図1】

【図2】