特許 6983086 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】6983086

(24)【登録日】2021年11月25日

(45)【発行日】2021年12月17日

(54)【発明の名称】水素製造装置

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/38 20060101AFI20211206BHJP

   C01B 3/56 20060101ALI20211206BHJP

【ＦＩ】

   C01B3/38

   C01B3/56 Z

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2018-40200(P2018-40200)

(22)【出願日】2018年3月6日

(65)【公開番号】特開2019-151537(P2019-151537A)

(43)【公開日】2019年9月12日

【審査請求日】2020年10月2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】 森坂 英昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２８９７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１３６６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２１９９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２９２２９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｂ ３／００ − ３／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原料を改質して水素を含む改質ガスを生成する改質器と、
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、
前記改質器から送出される改質ガスを前記水素精製器へ供給する第１流路と、
前記改質器から送出される改質ガスを前記水素精製器と異なる所へ導く第２流路と、
前記改質ガスの送出先流路を前記第１流路と前記第２流路との間で切り換える切換部と、
を備え、
前記切換部は、前記切換部よりも上流側の前記改質ガスの水素濃度が定格の状態である場合に前記改質ガスの送出先流路を前記第１流路へ切換え、前記改質ガスの水素濃度が定格の状態でない場合に前記改質ガスの送出先流路を前記第２流路へ切換える、
水素製造装置。

【請求項2】

前記改質ガスから水を分離する水分離部を有し、
前記第２流路は、前記水分離部よりも下流側で前記第１流路から分岐されている、請求項１に記載の水素製造装置。

【請求項3】

前記改質器は、燃焼ガスを燃焼させる燃焼部を有し、
前記第２流路は、前記燃焼部へ前記改質ガスを供給する、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】

前記第２流路は、前記改質ガスを外部へ送出する、請求項１または請求項２に記載の水素製造装置。

【請求項5】

前記改質器と前記水素精製器の間に、前記改質ガスを圧縮する圧縮機、を備え、前記第２流路は、前記圧縮機よりも上流側で前記第１流路から分岐されている、請求項１〜請求項４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ものである。

【背景技術】

【0002】

従来、水素を得るための水素製造装置として、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、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）装置へ供給して水素を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、水蒸気改質器を出た改質ガスは、冷却器で冷却された後、ＣＯ変成器に送られ、ＣＯ変成器を出た変成ガスは、冷却され、ドラムなどの脱水機で水分を除去された後、公知の吸着剤を充填したＰＳＡ装置に供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−２６１３０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＰＳＡ装置に供給される改質ガスが、ＰＳＡ装置における水素精製機能に対しての定格の水素濃度を満たさない場合、すなわち、水素以外の不純物が多過ぎる場合、改質ガスに含まれる不純物を十分に吸着することができず、十分な濃度の水素を精製できない可能性があると共に、ＰＳＡ装置へ過度な負荷がかかるおそれがある。

【0005】

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、改質ガスが不適切な状態で水素精製器へ流入することを回避可能な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】

【0006】

上記目的を達成するために、請求項１に係る水素製造装置は、原料を改質して水素を含む改質ガスを生成する改質器と、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、前記改質器から送出される改質ガスを前記水素精製器へ供給する第１流路と、前記改質器から送出される改質ガスの前記水素精製器と異なる所へ導く第２流路と、前記改質ガスの送出先流路を前記第１流路と前記第２流路との間で切り換える切換部と、を備えている。

【0007】

請求項１に係る水素製造装置は、改質器から送出される改質ガスを前記水素精製器へ供給する第１流路と、改質器から送出される改質ガスを水素精製器と異なる所へ導くへ第２流路を有する。そして、いずれの流路へ改質ガスを送出するかを、切換部で切り換える。したがって、改質ガスが不適切な状態のときには、改質ガスの供給先を第２流路へ切り換えることにより、水素精製器への改質ガスの流入を回避することができる。

【0008】

請求項１に係る水素製造装置は、前記切換部は、前記切換部よりも上流側の前記改質ガスの水素濃度が定格の状態である場合に前記改質ガスの送出先流路を前記第１流路へ切換え、前記改質ガスの水素濃度が定格の状態でない場合に前記改質ガスの送出先流路を前記第２流路へ切換える。

【0009】

請求項１に係る水素製造装置では、改質器から送出される改質ガスの水素濃度が定格の状態である場合に第１流路へ改質ガスが流れるように切換えられ、定格の状態でない場合に第２流路へ改質ガスが流れるように切換えられる。したがって、改質ガスが適切な状態で水素精製器へ流入し、不適切な状態で水素精製器へ流入しないようにすることができる。

【0010】

請求項２に係る水素製造装置は、前記改質ガスから水を分離する水分離部を有し、前記第２流路は、前記水分離部よりも下流側で前記第１流路から分岐されている。

【0011】

請求項２に係る水素製造装置によれば、水分離部で水を分離するので、分離した水を有効に再利用することができる。また、水が分離された後の改質ガスが第２流路に供給されるので、第２流路から下流へと送出される気体に含まれる水が減り、燃料として使用する場合には、熱量の高い改質ガスを燃料として供給することができる。

【0012】

請求項３に係る水素製造装置は、前記改質器は、燃焼ガスを燃焼させる燃焼部を有し、前記第２流路は、前記燃焼部へ前記改質ガスを導く。

【0013】

請求項３に係る水素製造装置によれば、水素精製器へ供給しない改質ガスを燃焼部へ導くので、燃焼部において改質ガスを燃焼に供することができ、改質ガスを有効に利用することができる。

【0014】

請求項４に係る水素製造装置は、前記第２流路は、前記改質ガスを外部へ送出する。

【0015】

請求項４に係る水素製造装置によれば、水素精製器へ供給しない改質ガスを外部へ排出することができる。

【0016】

請求項５に係る水素製造装置は、前記改質器と前記水素精製器の間に、前記改質ガスを圧縮する圧縮機、を備え、前記第２流路は、前記圧縮機よりも上流側で前記第１流路から分岐されている。

【0017】

請求項５に係る水素製造装置によれば、水素精製器での精製に必要な圧力を、改質ガスに付与することができ、水素精製器で効率よく精製を行うことができる。また、圧縮機よりも上流側で第２流路へ改質ガスが導かれるので、圧縮機の負荷を低減することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明の水素製造装置によれば、改質ガスが不適切な状態で水素精製器へ流入することを回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【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。

【図3】本実施形態に係る水素製造装置の機能ブロック図である。

【図4】本実施形態の起動時定格判断処理の一例を示すフローチャートである。

【図5】本実施形態の変形例に係る水素製造装置を示した概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る水素製造装置の一例について詳細に説明する。

【0021】

本実施形態に係る水素製造装置１０Ａ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、昇圧前水分離部５０、圧縮機８０、昇圧後水分離部５２、バッファボリューム５４、水素精製器９０、及び制御部７０を備えている。この水素製造装置１０Ａは、炭化水素原料から水素を製造するものであり、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。

【0022】

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、オフガス管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、後述する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。

【0023】

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。

【0024】

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、改質用水を供給するための水供給管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。

【0025】

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、改質用の水が水供給管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。

【0026】

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。改質触媒層３６の出口側には、温度計３６Ａが設けられている。温度計３６Ａは、改質触媒層３６の温度を測定する。温度計３６Ａは、制御部７０と接続されており（図３参照）、測定した温度のデータを制御部７０へ出力する。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。なお、ＣＯ選択酸化触媒層４７は、必須の構成ではなく、設けなくてもよい。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。

【0030】

改質ガス排出管４４の下流側には、熱交換部ＨＥ１及び昇圧前水分離部５０がこの順で設けられている。昇圧前水分離部５０では、下部に凝縮した水（液相）が貯留され、上部に改質ガス（気体）が貯留されて、気体と液体とが分離される。昇圧前水分離部５０の入口側上部には、改質ガス排出管４４の下流端が接続されている。また、昇圧前水分離部５０の出口側上部（気体貯留部分）には、連絡流路管６０の上流端が接続されている。昇圧前水分離部５０の底部（液体貯留部分）には、水回収管５０Ａが接続されている。改質ガスＧ１は、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、分離される。水が分離された後の改質ガスＧ２は、連絡流路管６０へ送出される。分離された水は、水回収管５０Ａへ送出される。

【0031】

連絡流路管６０は、圧縮機８０へ改質ガスＧ２を供給する第１流路管６２と、燃焼室２５の上部に設けられたバーナ２６へ改質ガスＧ２を供給する第２流路管６４に分岐されている。第１流路管６２の下流端には圧縮機８０の入口側が接続されており、第１流路管６２には、第１バルブＶ１が設けられている。第２流路管６４の下流端は、後述するオフガス管３８に接続されており、第２流路管６４には、第２バルブＶ２が設けられている。

【0032】

図３に示されるように、第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２は、制御部７０と接続されている。制御部７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含んで構成されており、水素製造装置１０Ａの各部と接続され、水素製造装置１０Ａの運転を制御する。第１バルブＶ１及び第２バルブＶ２は開閉バルブであり、制御部７０によって開閉が制御される。制御部７０は、水素精製器９０へ流入する改質ガスが定格の状態では、第１バルブＶ１が開放され、第２バルブＶ２が閉鎖されるように制御する。定格の状態でない時には、第１バルブＶ１が閉鎖され、第２バルブＶ２が開放されるように制御する。

【0033】

ここで、定格の状態とは、多重筒型改質器１２から送出されて水素精製器９０へ流入する改質ガス含まれる水素の濃度が所定値以上の状態をいう。水素精製器９０に流入する改質ガスに水素以外の不純物が多く含まれる場合には、吸着剤で不純物を十分に吸着することができず、精製される水素の濃度が所定の濃度を満たさないものとなる可能性があると共に、水素精製器９０へ過度な負荷がかかるおそれがある。

【0034】

特に、水素製造装置１０Ａの起動直後などでは、多重筒型改質器１２内の温度が十分に上昇しておらず、改質ガス生成のための反応が十分に進んでいない場合がある。そのような状態で生成された改質ガスは、水素以外の不純物を多く含むものとなっている。

【0035】

そこで、水素精製器９０に流入する改質ガスに含まれる水素の濃度として、水素精製器９０が適切に機能する値を、定格の状態を示す所定値（例えば、改質ガスに含まれる水素の割合が７０％以上）として定めておく。また、事前の実験などにより、多重筒型改質器１２から送出される改質ガスが、定格の状態を満たすときの多重筒型改質器１２内の温度の範囲を特定して、閾値（例えば、６００℃以上）として設定しておく。その他にも、連絡流路管６０に、改質ガスの組成を分析する分析装置を設け、この分析装置の分析結果から得られる改質ガスの水素濃度に基づいて判定してもよい。さらに、連絡流路管６０に、改質ガスの流量を測定する流量計を設けて、流量計で測定された改質ガスの流量と、改質器内に設けられた温度計で測定された温度と、予め実験などにより特定しておいた、改質ガスの流量及び改質器内の温度と水素濃度との関係とに基づいて、改質ガスの水素濃度を推定し、推定結果に基づいて判定してもよい。

【0036】

本実施形態では、制御部７０が、多重筒型改質器１２内に設けられた温度計３６Ａからの温度データを取得し、取得した温度が閾値以上かどうかを判断することにより、定格の状態かどうかを判断する。

【0037】

圧縮機８０の出口側には、連絡流路管６６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、連絡流路管６６へ送出する。

【0038】

連絡流路管６６の下流側には、熱交換部ＨＥ２及び昇圧後水分離部５２がこの順で設けられている。昇圧後水分離部５２では、下部に凝縮した水（液相）が貯留され、上部に改質ガス（気体）が貯留されて、気体と液体とが分離される。昇圧後水分離部５２の入口側上部には、連絡流路管６６の下流端が接続されている。また、昇圧後水分離部５２の出口側上部（気体貯留部分）には、連絡流路管６８の上流端が接続されている。昇圧後水分離部５２の底部（液体貯留部分）には、水回収管５２Ａが接続されている。改質ガスＧ２は、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、分離される。水が分離された後の改質ガスＧ３は、連絡流路管６８へ送出される。分離された水は、水回収管５２Ａへ送出される。

【0039】

昇圧後水分離部５２の出口側上部（気体貯留部分）には、連絡流路管６８の上流端が接続されている。連絡流路管６８の下流端はバッファボリューム５４の入口側と接続されている。バッファボリューム５４は、昇圧後水分離部５２から供給される改質ガスＧ３を一時貯留する。バッファボリューム５４の出口側には、連絡流路管６９が接続され、連絡流路管６９の下流端は、水素精製器９０の入口側と接続されている。バッファボリューム５４から、所定の圧力に昇圧された改質ガスＧ３が水素精製器９０へ供給される。

【0040】

水素精製器９０には、一例として、ＰＳＡ装置を使用することができる。また、水素精製器９０として、分離膜を用いることもできる。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。水素精製器９０で不純物として分離されたオフガスは、オフガス管３８に送出され、多重筒型改質器１２の燃焼室２５（バーナ２６）へ供給される。オフガス管３８の下流端は、バーナ２６と接続されている。また、オフガス管３８には、第２流路管６２が接続されている。

【0041】

水回収管５０Ａ、５２Ａ、及び、外部の水供給源である外部水供給部１７は、水供給管３４と接続されている。水供給管３４には、ポンプＰ１、及び、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。が設けられている。改質水は、ポンプＰ１によって多重筒型改質器１２へ供給される。

【0042】

次に、水素製造装置１０Ａの作用について説明する。

【0043】

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。

【0044】

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。
なお、ＣＯ選択酸化触媒層４７は、必ずしも使用する必要はなく、酸化剤ガス供給管４６から空気を供給せずに水素製造装置１０Ａを運転してもよい。

【0045】

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へ流入する。熱交換器ＨＥ１での熱交換により凝縮した改質ガスＧ１に含まれる水は、下部に貯留され、水回収管５０Ａから送出される。水が分離された改質ガスＧ２は、連絡流路管６０へ送出される。

【0046】

制御部７０は、水素製造装置１０Ａの運転開始時に、図４に示す起動時定格判定処置を行う。なお、運転開始時には、第１バルブＶ１は閉鎖され、第２バルブＶ２は開放されている。制御部７０は、ステップＳ１２で、温度計３６Ａで測定された温度を取得し、ステップＳ１４で、取得した温度に基づいて、改質ガスが定格の状態か否かを判定する。定格の状態であると判断された場合には、ステップＳ１６へ移行する。一方、改質ガスが定格の状態でない場合には、ステップＳ１２に戻る。

【0047】

改質ガスが定格の状態でないと判断されているとき、改質ガスＧ２は、第２流路管６４へ流れ、バーナ２６へ供給されている。すなわち、改質ガスが定格の状態でない場合には、連絡流路管６０へ送出された改質ガスＧ２は、第２流路管６４へ流れて、オフガス管３８と合流し、バーナ２６へ燃料として供給され、前述のように燃焼に供される。

【0048】

ステップＳ１６では、第１バルブＶ１が開放され、第２バルブＶ２が閉鎖され、起動時定格判定処置は終了する。

【0049】

ステップＳ１６での処置により、改質ガスＧ２の流出先が第２流路管６４から第１流路管６２へ切換えられる。連絡流路管６０へ送出された改質ガスＧ２は、第１流路管６２へ流れて圧縮機８０へ供給され、圧縮機８０によって圧縮される。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５２へ流入する。熱交換器ＨＥ２での熱交換により凝縮した改質ガスＧ２に含まれる水は、下部に貯留され、水回収管５２Ａから送出される。水が分離された改質ガスＧ３は、連絡流路管６８へ送出され、バッファボリューム５４で一時貯留された後、連絡流路管６９を経て水素精製器９０へ供給される。

【0050】

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、オフガス管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。

【0051】

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から外部へ排出される。

【0052】

水回収管５０Ａ、５２Ａへ送出された水は、ポンプＰ１の駆動により、水処理器３４Ａを経て改質水として、多重筒型改質器１２へ供給される。外部水供給部１７は、新たに外部から供給が必要な水量分の水を、多重筒型改質器１２へ供給する。

【0053】

本実施形態の水素製造装置１０Ａでは、連絡流路管６０が分岐されており、定格運転以外の時には、改質ガスＧ２を水素精製器９０へ供給しない第２流路管６２へ流す。したがって、水素濃度の低い改質ガスが、水素精製器９０へ流入することを回避することができる。

【0054】

また、本実施形態では、水素濃度の低い改質ガスを燃焼室２５のバーナ２６へ供給し、燃料として有効に利用することができる。

【0055】

なお、本実施形態では、第１流路管６２と第２流路管６４の分岐を、昇圧前水分離部５０の下流側、圧縮機８０の上流側に設けたが、この位置に限定されるものではなく、多重筒型改質器１２の出口から水素精製器９０の入口までの間で、いずれの位置にも設けることができる。

【0056】

本実施形態では、昇圧前水分離部５０よりも下流側で第２流路管６２へ分岐しているので、改質ガスに含まれる水が減り、熱量が高い改質ガスを燃焼に供することができる。さらに、分離した水を有効に再利用することができる。また、本実施形態では、圧縮機８０よりも上流側で第２流路管６２へ分岐しているので、精製しない改質ガスを圧縮することなくバーナ２６へ供給することができ、圧縮機８０の負荷を低減することができる。

【0057】

また、本実施形態では、第２流路管６４をオフガス管３８と接続したが、第２流路管６４をバーナ２６と接続してもよい。また、図５に示すように、第２流路管６４を外部へ開放した水素製造装置１０Ｂとしてもよい。

【0058】

また、本実施形態では、圧縮機８０を備えた水素製造装置について説明したが、本発明は、圧縮機８０を備えていない水素製造装置に適用してもよいし、圧縮機が多重筒型改質器１２よりも上流側に配置された水素製造装置に適用してもよい。

【0059】

なお、本実施形態では、水素製造装置１０Ａの起動時の処理として説明したが、これに限定されない。温度計３６Ａの測定値を常時監視し、多重筒型改質器１２内の温度が定格の状態を満たさないと判定された際に、改質ガスが水素精製器９０へ流入しないようにしてもよい。これにより、運転の異常などにより、不純物を多く含む改質ガスが送出されてしまった場合などにも、不適切な状態の改質ガスが水素精製器９０へ流入することを防止することができる。

【符号の説明】

【0060】

１０Ａ、１０Ｂ 水素製造装置、 １２ 多重筒型改質器（改質器）
２５ 燃焼室（燃焼部）、 ２６ バーナ（燃焼部）
５０ 昇圧前水分離部（水分離部）
６２ 第１流路管（第１流路）、 ６４ 第２流路管（第２流路）
７０ 制御部（切換部）
８０ 圧縮機
９０ 水素精製器
Ｖ１ 第１バルブ（切換部）
Ｖ２ 第２バルブ（切換部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】