特許 6987098 ガス精製装置及びその制御方法、並びに水素製造装置

(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】6987098

(24)【登録日】2021年12月2日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】ガス精製装置及びその制御方法、並びに水素製造装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/047 20060101AFI20211213BHJP

   C01B 3/38 20060101ALI20211213BHJP

   C01B 3/56 20060101ALI20211213BHJP

【ＦＩ】

   B01D53/047

   C01B3/38

   C01B3/56 Z

【請求項の数】14

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2019-151455(P2019-151455)

(22)【出願日】2019年8月21日

(65)【公開番号】特開2021-30135(P2021-30135A)

(43)【公開日】2021年3月1日

【審査請求日】2021年1月27日

【早期審査対象出願】

(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】江口 晃平

(72)【発明者】

【氏名】櫛 拓人

【審査官】 山崎 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０８７０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−２０６４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２７９２６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１００７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１７／１４６２７１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ５３／０２−５３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原料ガス中の不純物を吸着する吸着剤が充填され、前記原料ガスから不純物を除去した精製ガスを送出する複数の吸着塔と、
前記吸着塔に原料ガスを供給する原料ガス供給流路と、
前記精製ガスを貯留する精製ガス貯留タンクと、
前記不純物を含有するオフガスが前記吸着塔から排出されるオフガス流路と、
装置の電源がオフされる装置停止中は、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断し、各前記吸着塔の内部圧力を第１所定値以上に維持する圧力維持手段と、
を備え、前記装置の再起動時には、停止直前に脱着工程であった吸着塔を吸着工程で運転を開始するガス精製装置。

【請求項2】

前記圧力維持手段は、装置を停止させる際、一部の吸着塔の内部圧力が第２所定値に到達するまで装置の運転を継続した後、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断する請求項１記載のガス精製装置。

【請求項3】

前記圧力維持手段は、装置を停止させる際、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断した状態で、その遮断直前に吸着工程であった少なくとも一部の吸着塔と、脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔とを連通させる請求項１又は２記載のガス精製装置。

【請求項4】

前記吸着工程であった少なくとも一部の吸着塔は、前記吸着工程であった各吸着塔であり、前記脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔は、前記脱着工程であった各吸着塔である請求項３記載のガス精製装置。

【請求項5】

前記圧力維持手段は、装置を停止させる際、吸着工程であった少なくとも一部の吸着塔を前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと遮断、又は前記原料ガス供給流路から前記吸着塔に原料ガスを供給すると共に、脱着工程であった少なくとも一部の前記吸着塔に、前記原料ガス供給流路から原料ガスを供給した後、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断する請求項１又は２記載のガス精製装置。

【請求項6】

前記脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔は、前記脱着工程であった各吸着塔である請求項５記載のガス精製装置。

【請求項7】

炭化水素を水蒸気改質した改質ガスを生成する改質器と、
前記改質ガスを圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された改質ガスを前記原料ガスとし、前記改質ガスから不純物を分離して前記精製ガスとしての水素ガスを得る請求項１〜６記載のいずれか１項記載のガス精製装置と、
を備える水素製造装置。

【請求項8】

前記ガス精製装置を停止させる際、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断するまで、前記改質器と前記圧縮機の運転を継続する請求項７記載の水素製造装置。

【請求項9】

複数の吸着塔のうちの一部の吸着塔に原料ガス供給流路から原料ガスを供給し、吸着塔内部に充填された吸着剤に不純物を吸着させて、前記原料ガスから不純物を除去した精製ガスを精製ガス貯留タンクに送出すると共に、前記複数の吸着塔のうちの他の一部の吸着塔内部に充填された吸着剤から不純物を含有するオフガスをオフガス流路に排出するガス精製装置において、
前記ガス精製装置の電源がオフされる停止中には、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔と遮断すると共に、各吸着塔の内部圧力を第１所定値以上に維持し、
前記ガス精製装置の再起動時には、停止直前に脱着工程であった吸着塔を吸着工程で運転を開始するガス精製装置の制御方法。

【請求項10】

前記ガス精製装置を停止させる際、一部の吸着塔の内部圧力が第２所定値に到達するまで装置の運転を継続した後、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断する請求項９記載のガス精製装置の制御方法。

【請求項11】

前記ガス精製装置を停止させる際、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断した状態で、その遮断直前に吸着工程であった少なくとも一部の吸着塔と、脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔とを連通させる請求項９又は１０記載のガス精製装置の制御方法。

【請求項12】

前記吸着工程であった少なくとも一部の吸着塔は、前記吸着工程であった各吸着塔であり、前記脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔は、前記脱着工程であった各吸着塔である請求項１１記載のガス精製装置の制御方法。

【請求項13】

前記ガス精製装置を停止させる際、吸着工程であった少なくとも一部の前記吸着塔を前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと遮断、又は前記原料ガス供給流路から当該吸着塔に原料ガスを供給すると共に、脱着工程であった少なくとも一部の前記吸着塔に、前記原料ガス供給流路から原料ガスを供給した後、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断する請求項９又は１０記載のガス精製装置の制御方法。

【請求項14】

前記脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔は、前記脱着工程であった各吸着塔である請求項１３記載のガス精製装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガス精製装置及びその制御方法、並びに水素製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、原料ガスから不純物を除去して精製ガスにするガス精製装置の一例としてＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）装置が知られている。

【0003】

例えば、水素製造装置では、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、ＰＳＡ装置（水素精製器）へ供給し、改質ガスから不純物を除去して水素ガスに精製している。具体的には、ＰＳＡ装置内にある吸着剤が配置された吸着塔に改質ガスを供給することによって、改質ガス中の不純物を吸着剤に吸着させて分離し、水素ガスに精製する。

【0004】

特許文献１には、三つの吸着塔を有するＰＳＡ装置を有する水素製造装置が提案されている。このＰＳＡ装置では、出力変動を予測して原料ガスの導入量及び昇圧や均圧等の各工程の所要時間を制御している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１−２７９２６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、ＰＳＡ装置は検査等で運転を停止することがある。この場合、各吸着塔からガスを抜くことが一般に行われている。なお、上記特許文献には装置の停止時の制御は記載されていない。

【0007】

各吸着塔からガスを抜いた状態でＰＳＡ装置の運転を停止すると、吸着塔の内部圧力が低下するため、吸着塔の吸着剤に付着した不純物が吸着剤内で拡散する。この結果、ＰＳＡ装置を再起動させた場合、吸着塔内から不純物を除去して所定純度の精製ガスを送出可能にするまでの時間（再起動時間）が長期化するという不都合があった。

【0008】

すなわち、ＰＳＡ装置を停止させた後の再起動時間の短縮という点では改善の余地があった。

【0009】

本発明の課題は、再起動時間を短縮したガス精製装置及びその制御方法、並びに水素製造装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

請求項１記載のガス精製装置は、原料ガス中の不純物を吸着する吸着剤が充填され、前記原料ガスから不純物を除去した精製ガスを送出する複数の吸着塔と、前記吸着塔に原料ガスを供給する原料ガス供給流路と、前記精製ガスを貯留する精製ガス貯留タンクと、前記不純物を含有するオフガスが前記吸着塔から排出されるオフガス流路と、装置の電源がオフされる装置停止中は、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断し、各前記吸着塔の内部圧力を第１所定値以上に維持する圧力維持手段と、を備え、前記装置の再起動時には、停止直前に脱着工程であった吸着塔を吸着工程で運転を開始する。

【0011】

このガス精製装置では、装置停止中に、圧力維持手段によって、原料ガス供給流路、オフガス流路、精製ガス貯留タンクと各吸着塔とが遮断されることによって各吸着塔内に残存するガスが外部に排出されることが阻止され、各吸着塔の内部圧力が第１所定値以上に維持される。

【0012】

この結果、ガス精製装置の停止中に吸着塔の吸着剤に付着した不純物が拡散することが防止又は抑制される。したがって、ガス精製装置の再起動時に吸着塔内から不純物を除去して精製ガスが所定の純度（製品ガスの純度）に到達するまでの時間が短縮される。すなわち、ガス精製装置の再起動時間が短縮される。

【0013】

請求項２記載のガス精製装置は、請求項１記載のガス精製装置において、前記圧力維持手段は、装置を停止させる際、一部の吸着塔の内部圧力が第２所定値に到達するまで装置の運転を継続した後、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断する。

【0014】

このガス精製装置では、装置を停止させる際、一部の吸着塔の内部圧力が第２所定値以上となるまで装置の運転を継続した後、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断する。

【0015】

すなわち、ガス精製装置では一部の吸着塔の内部圧力を第２所定値以上にした状態で外部と遮断しているため、装置停止中に当該吸着塔の内部圧力が高く維持される。これにより、装置停止中に、当該吸着塔の内部に充填された吸着剤の内部で不純物の拡散が一層抑制される。したがって、ガス精製装置の再起動時に当該吸着塔の吸着工程で開始すれば、他の吸着塔の
吸着行程で開始する場合と比較して相対的に純度の高い精製ガスが精製ガス貯留タンクに供給されることになる。この結果、ガス精製貯留タンクに貯留される精製ガスが所定の純度に到達するまでの時間、すなわち、ガス精製装置の再起動時間が短縮される。

【0016】

請求項３記載のガス精製装置は、請求項１又は２記載のガス精製装置において、前記圧力維持手段は、装置を停止させる際、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断した状態で、その遮断直前に吸着工程であった少なくとも一部の吸着塔と、脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔とを連通させる。

【0017】

このガス精製装置では、装置を停止させる際、圧力維持手段が前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各吸着塔とを遮断させた状態で、その遮断直前に吸着工程であった少なくとも一部の吸着塔と、脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔とを連通させる。これにより、当該吸着塔の内部圧力が平均化（均圧化）され、装置の停止中に一部の吸着塔の内部圧力が他の吸着塔の内部圧力と比較して相対的に低く、吸着剤に付着した不純物の拡散が他の吸着塔と比較して進行することが防止又は抑制される。したがって、ガス精製装置の再起動時に全吸着塔内から不純物を除去して精製ガスが所定の純度に到達するまでの時間が短縮される。すなわち、ガス精製装置の再起動時間が短縮される。

【0018】

請求項４記載のガス精製装置は、請求項３記載のガス精製装置において、前記吸着工程であった少なくとも一部の吸着塔は、前記吸着工程であった各吸着塔であり、前記脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔は、前記脱着工程であった各吸着塔である。

【0019】

このガス精製装置では、装置を停止させる際、圧力維持手段が前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各吸着塔とを遮断させた状態で、装置の停止直前に吸着工程であった各吸着塔と、脱着工程であった各吸着塔とを連通させる。

【0020】

すなわち、吸着工程であった全吸着塔と脱着工程であった全吸着塔の圧力が平均化されているため、全吸着塔の圧力が一層平均化される。この結果、複数の吸着塔間において不純物の分散度合いの差が抑制され、ガス精製装置の再起動時間が一層短縮される。

【0021】

請求項５記載のガス精製装置は、請求項１又は２記載のガス精製装置において、前記圧力維持手段は、装置を停止させる際、吸着工程であった少なくとも一部の吸着塔を前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと遮断、又は前記原料ガス供給流路から前記吸着塔に原料ガスを供給すると共に、脱着工程であった少なくとも一部の前記吸着塔に、前記原料ガス供給流路から原料ガスを供給した後、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断する。

【0022】

このガス精製装置では、装置を停止させる際、脱着工程であった吸着塔の内部圧力は、吸着工程であった吸着塔の内部圧力と比較して相対的に圧力の低い状態とされている。

【0023】

圧力維持手段は、装置を停止させる際、脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔に原料ガス供給流路から原料ガスを供給する。これにより、当該吸着塔の内部圧力が、装置の停止直前に圧力が上昇され、装置停止中の当該吸着塔内における不純物の拡散が一層抑制される。

【0024】

一方、吸着工程であった少なくとも一部の吸着塔が外部（原料ガス供給流路、オフガス流路、精製ガス貯留タンク）と遮断される、又は原料ガス供給流路から原料ガスが供給される。これにより、装置の停止直前に吸着塔の内部圧力が低下することが抑制される。この結果、装置停止中の当該吸着塔内における不純物の拡散が一層抑制される。

【0025】

したがって、ガス精製装置の再起動時に全吸着塔内から不純物を除去する時間が短縮され、ガス精製装置の再起動時間が短縮される。

【0026】

請求項６記載のガス精製装置は、請求項５記載のガス精製装置において、前記脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔は、前記脱着工程であった各吸着塔である。

【0027】

このガス精製装置では、装置を停止させる際、圧力維持手段が装置の停止直前に脱着工程であった各吸着塔に原料ガス供給流路から原料ガスが供給される。

【0028】

すなわち、装置の停止直前に脱着工程であった全吸着塔に原料ガスが供給されることによって昇圧されているため、全吸着塔の圧力が一層平均化される。この結果、複数の吸着塔間において不純物の分散度合いの差が抑制され、ガス精製装置の再起動時間が一層短縮される。

【0029】

請求項７記載の水素製造装置は、炭化水素を水蒸気改質した改質ガスを生成する改質器と、前記改質ガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された改質ガスを前記原料ガスとし、前記改質ガスから不純物を分離して前記精製ガスとしての水素ガスを得る請求項１〜６記載のいずれか１項記載のガス精製装置と、を備える。

【0030】

この水素製造装置では、原料ガスとして炭化水素を水蒸気改質した改質ガスが圧縮機で圧縮された後、ガス精製装置に供給される。ガス精製装置では、改質ガスが吸着塔に供給され、吸着工程の吸着塔から精製された水素ガスが精製ガス貯留タンクに貯留される。

【0031】

ところで、ガス精製装置では、装置停止時に圧力維持手段が各吸着塔と原料ガス供給流路、オフガス流路、精製ガス貯留タンクのいずれとも遮断し、各吸着塔の内部圧力を第１所定値以上に維持する。これにより、ガス精製装置の停止時に吸着塔内において不純物の拡散が抑制され、再起動時に吸着塔内から不純物を除去する時間が短縮される。すなわち、ガス精製装置の再起動時間を短縮することができる。

【0032】

この結果、水素製造装置の生産性が向上する。

【0033】

請求項８記載の水素製造装置は、請求項７記載の水素製造装置において、前記ガス精製装置を停止させる際、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断するまで、前記改質器と前記圧縮機の運転を継続する。

【0034】

この水素製造装置では、ガス精製装置を停止させる際、吸着工程中の吸着塔の内部圧力が所定値以上となるまで装置の運転を継続してから停止させる場合がある。

【0035】

そこで、ガス精製装置を停止させる際、少なくとも各吸着塔と外部が（原料ガス供給流路、オフガス流路、精製ガス貯留タンクのいずれとも）遮断されるまで改質器と圧縮機の運転を継続する。これによって、ガス精製装置を停止させる際に改質ガスが必要とされる場合に、吸着塔に改質ガスが確実に供給され、水素ガスに精製することができる。

【0036】

請求項９記載のガス精製装置の制御方法は、複数の吸着塔のうちの一部の吸着塔に原料ガス供給流路から原料ガスを供給し、吸着塔内部に充填された吸着剤に不純物を吸着させて、前記原料ガスから不純物を除去した精製ガスを精製ガス貯留タンクに送出すると共に、前記複数の吸着塔のうちの他の一部の吸着塔内部に充填された吸着剤から不純物を含有するオフガスをオフガス流路に排出するガス精製装置において、前記ガス精製装置の電源がオフされる停止中には、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔と遮断すると共に、各吸着塔の内部圧力を第１所定値以上に維持し、前記ガス精製装置の再起動時には、停止直前に脱着工程であった吸着塔を吸着工程で運転を開始する。

【0037】

このガス精製装置の制御方法では、ガス精製装置の停止中は、原料ガス供給流路、オフガス流路、精製ガス貯留タンクと各吸着塔とが遮断されることによって各吸着塔内に残存するガスが外部に排出されることが阻止され、各吸着塔の内部圧力が第１所定値以上に維持される。

【0038】

この結果、ガス精製装置の停止中に吸着塔の吸着剤に付着した不純物が拡散することが防止又は抑制される。したがって、ガス精製装置の再起動時に吸着塔内から不純物を除去して精製ガスが所定の純度（製品ガスの純度）に到達するまでの時間が短縮される。すなわち、ガス精製装置の再起動時間が短縮される。

【0039】

請求項１０記載のガス精製装置の制御方法は、請求項９記載のガス精製装置の制御方法において、前記ガス精製装置を停止させる際、一部の吸着塔の内部圧力が第２所定値に到達するまで装置の運転を継続した後、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断する。

【0040】

このガス精製装置の制御方法では、装置を停止させる際、一部の吸着塔の内部圧力が第２所定値以上となるまで装置の運転を継続した後、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断する。

【0041】

すなわち、ガス精製装置では停止させる際、一部の吸着塔の内部圧力を第２所定値以上にした状態で外部と遮断しているため、装置停止中に当該吸着塔の内部圧力が高く維持される。これにより、装置停止中に、当該吸着塔の内部に充填された吸着剤の内部で不純物の拡散が一層抑制される。したがって、ガス精製装置の再起動時に当該吸着塔の吸着工程で開始すれば、他の吸着塔の吸着行程で開始する場合と比較して相対的に純度の高い精製ガスが精製ガス貯留タンクに供給されることになる。この結果、ガス精製貯留タンクに貯留される精製ガスが所定の純度に到達するまでの時間、すなわち、ガス精製装置の再起動時間が短縮される。

【0042】

請求項１１記載のガス精製装置の制御方法は、請求項９又は１０記載のガス精製装置の制御方法において、前記ガス精製装置を停止させる際、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断した状態で、その遮断直前に吸着工程であった少なくとも一部の吸着塔と、脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔とを連通させる。

【0043】

このガス精製装置の制御方法では、装置を停止させる際、圧力維持手段が原料ガス供給流路、オフガス流路、精製ガス貯留タンクと各吸着塔とを遮断させた状態で、その遮断直前に吸着工程であった少なくとも一部の吸着塔と、脱着工程であった少なくとも一部の各吸着塔とを連通させる。

【0044】

これにより、当該吸着塔の内部圧力が平均化（均圧化）され、装置の停止中に一部の吸着塔の内部圧力が他の吸着塔の内部圧力と比較して相対的に低く、吸着剤に付着した不純物の拡散が他の吸着塔と比較して進行することが防止又は抑制される。

【0045】

したがって、ガス精製装置の再起動時に全吸着塔内から不純物を除去して精製ガスが所定の純度に到達するまでの時間が短縮される。すなわち、ガス精製装置の再起動時間が短縮される。

【0046】

請求項１２記載のガス精製装置の制御方法は、請求項１１項記載のガス精製装置の制御方法において、前記吸着工程であった少なくとも一部の吸着塔は、前記吸着工程であった各吸着塔であり、前記脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔は、前記脱着工程であった各吸着塔である。

【0047】

このガス精製装置の制御方法では、装置を停止させる際、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各吸着塔とを遮断させた状態で、装置の停止直前に吸着工程であった各吸着塔と、脱着工程であった各吸着塔とを連通させる。

【0048】

すなわち、吸着工程であった全吸着塔と脱着工程であった全吸着塔の圧力が平均化されているため、全吸着塔の圧力が一層平均化される。この結果、複数の吸着塔間において不純物の分散度合いの差が抑制され、ガス精製装置の再起動時間が一層短縮される。

【0049】

請求項１３記載のガス精製装置の制御方法は、請求項９又は１０項記載のガス精製装置の制御方法において、前記ガス精製装置を停止させる際、吸着工程であった少なくとも一部の前記吸着塔を前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと遮断、又は前記原料ガス供給流路から当該吸着塔に原料ガスを供給すると共に、脱着工程であった少なくとも一部の前記吸着塔に、前記原料ガス供給流路から原料ガスを供給した後、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断する。

【0050】

このガス精製装置の制御方法では、装置を停止させる際、脱着工程であった吸着塔の内部圧力は、吸着工程であった吸着塔の内部圧力と比較して相対的に低い状態とされている。

【0051】

そこで、装置を停止させる際、脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔に原料ガス供給流路から原料ガスを供給する。これにより、当該吸着塔の内部圧力が、装置の停止直前に上昇し、装置停止中の当該吸着塔内における不純物の拡散が一層抑制される。

【0052】

一方、吸着工程であった少なくとも一部の吸着塔が外部（原料ガス供給流路、オフガス流路、精製ガス貯留タンク）と遮断される、又は原料ガス供給流路から原料ガスが供給される。これにより、装置の停止直前に吸着塔の内部圧力が低下することが防止又は抑制される。この結果、装置停止中の当該吸着塔内における不純物の拡散が一層抑制される。

【0053】

したがって、ガス精製装置の再起動時に全吸着塔内から不純物を除去する時間が短縮され、ガス精製装置の再起動時間が短縮される。

【0054】

請求項１４記載のガス精製装置の制御方法は、請求項１３記載のガス精製装置の制御方法において、前記脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔は、前記脱着工程であった各吸着塔である。

【0055】

このガス精製装置の制御方法では、装置を停止させる際、装置の停止直前に脱着工程であった各吸着塔に原料ガス供給流路から原料ガスが供給される。

【0056】

すなわち、装置の停止直前に脱着工程であった全吸着塔に原料ガスが供給されることにより当該吸着塔が昇圧されているため、全吸着塔の圧力が一層平均化される。この結果、複数の吸着塔間において不純物の分散度合いの差が抑制され、ガス精製装置の再起動時間が一層短縮される。

【発明の効果】

【0057】

請求項１〜６記載の発明に係るガス精製装置、請求項７、８記載の発明に係る水素製造装置、請求項９〜１４記載の発明に係るガス精製装置の制御方法は、上記構成としたので、ガス精製装置の再起動時に精製ガスが所定純度に到達するまでの時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【0058】

【図1】第１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】第１実施形態に係るＰＳＡ装置を示した概略構成図である。

【図3】第１実施形態に係るＰＳＡ装置の制御部のハードウェア構成を示したブロック図である。

【図4】第１実施形態に係るＰＳＡ制御部の機能ブロック図である。

【図5】第１実施形態に係るＰＳＡ装置の電磁開閉弁の切換制御のタイミングチャートと、各吸着塔の内部圧力変化を示す図である。

【図6】第１実施形態に係るＰＳＡ装置の定格運転時の昇圧過程における電磁開閉弁の開閉状態を示す図である。

【図7】第１実施形態に係るＰＳＡ装置の定格運転時の水素送出過程における電磁開閉弁の開閉状態を示す図である。

【図8】第１実施形態に係るＰＳＡ装置の定格運転時のパージ過程における電磁開閉弁の開閉状態を示す図である。

【図9】第１実施形態に係るＰＳＡ装置の定格運転時の排気停止過程における電磁開閉弁の開閉状態を示す図である。

【図10】第１実施形態に係るＰＳＡ装置の定格運転時の均圧工程における電磁開閉弁の開閉状態を示す図である。

【図11】第１実施形態に係るＰＳＡ装置の定格運転時において、吸着塔を切り換えた吸着工程における電磁開閉弁の開閉状態を示す図である。

【図12】第１実施形態に係るＰＳＡ装置の停止制御を示すフローチャートである。

【図13】第１実施形態に係るＰＳＡ装置において、停止制御時の電磁開閉弁の切換制御のタイミングチャートと、各吸着塔の内部圧力変化を示す図である。

【図14】第１実施形態に係る停止制御時の水素供給停止過程における電磁開閉弁の開閉状態を示す図である。

【図15】第１実施形態に係るＰＳＡ装置の停止制御時の均圧工程における電磁開閉弁の開閉状態を示す図である。

【図16】第２実施形態に係るＰＳＡ装置の停止制御を示すフローチャートである。

【図17】第２実施形態に係るＰＳＡ装置において、停止制御時の電磁開閉弁の切換制御のタイミングチャートと、各吸着塔の内部圧力変化を示す図である。

【図18】第２実施形態に係る停止制御時の脱着工程側の吸着塔に対する昇圧過程における電磁開閉弁の開閉状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0059】

［第１実施形態］
第１実施形態に係るＰＳＡ装置、及びそのＰＳＡ装置が適用された水素製造装置を図１〜図１５を参照して説明する。

【0060】

〈水素製造装置〉
水素製造装置１０は、図１に示すように、炭化水素（都市ガス）から水蒸気改質した改質ガスを生成する改質器２０と、改質ガスを圧縮する圧縮機３０と、圧縮された改質ガスから不純物を除去して水素ガスを精製するＰＳＡ装置４０と、を備えている。なお、ＰＳＡ装置４０が「ガス精製装置」に相当する。

【0061】

また、水素製造装置１０は、圧縮機３０の上流側、下流側でそれぞれ改質ガスから水分を分離・除去する昇圧前水分離部５０、昇圧後水分離部６０と、改質器２０の後述する燃焼排ガスから水分を分離・除去する燃焼排ガス水分離部７０と、を備えている。

【0062】

なお、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、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。

【0063】

（改質器）
改質器２０は、原料として供給される都市ガスと改質用の水とを混合しつつ加熱し、混合ガスを発生させる予熱流路と、水蒸気改質反応によって、混合ガスから水素を主成分とする改質ガスＧ１を生成する改質触媒層とを備えている。改質ガスＧ１には、水素、一酸化炭素、水蒸気、メタンが含まれている。

【0064】

また、改質器２０は、改質ガスＧ１に含まれる一酸化炭素と水蒸気とが反応して、水素と二酸化炭素とに変換された改質ガスＧ２を生成する（水性シフト反応が行われる）ＣＯ変成触媒層を備えている。改質ガスＧ２は、改質ガスＧ１に比べて一酸化炭素が低減される構成である。この改質ガスＧ２は、改質ガス排出管２４を通じて排出される構成である。

【0065】

さらに、改質器２０には、バーナーが配置された燃焼室２２が設けられており、バーナーに都市ガス又はオフガスが燃料として供給され、燃焼室２２で空気と混合されて燃焼され、燃焼排ガスがガス排出管２６へ案内される構成である。なお、この燃焼熱によって、水蒸気改質反応が促進される構成である。

【0066】

改質器２０において生成された改質ガスは、図１に示すように、昇圧前水分離部５０、圧縮機３０、昇圧後水分離部６０、及びＰＳＡ装置４０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、改質器２０、昇圧前水分離部５０、圧縮機３０、昇圧後水分離部６０、及びＰＳＡ装置４０がこの順番で配置されている。

【0067】

（昇圧前水分離部）
昇圧前水分離部５０には、改質器２０から改質ガスＧ２を流入させる改質ガス排出管２４の下流端が接続されている。昇圧前水分離部５０の底部には水回収管５２が接続され、昇圧前水分離部５０の上部には連絡流路管５４が接続されている。

【0068】

改質ガス排出管２４上には、チラー５６で冷却された水と改質ガスＧ２とを熱交換する熱交換器ＨＥ１が設けられている。

【0069】

すなわち、改質ガスＧ２は、昇圧前水分離部５０の上流の改質ガス排出管２４に配置された熱交換器ＨＥ１において、冷却水との熱交換による冷却により水が凝縮されて分離され、昇圧前水分離部５０の下部に水（液相）が貯留可能とされている。当該水（液相）は、水回収管５２へ送出される構成である。改質ガスＧ２から水が凝縮された後の改質ガスＧ３は、連絡流路管５４へ送出される構成である。

【0070】

なお、連絡流路管５４上において、昇圧前水分離部５０と圧縮機３０との間には、バッファタンク５８が配設されている。

【0071】

（圧縮機）
圧縮機３０には、昇圧前水分離部５０からの改質ガスＧ３が流れる連絡流路管５４と、昇圧後水分離部６０へ供給される改質ガスＧ３が圧縮された改質ガスＧ４が流れる連絡流路管３２とが接続されている。圧縮機３０は、昇圧前水分離部５０から供給された改質ガスＧ３を圧縮し、圧縮された改質ガスＧ４を昇圧後水分離部６０へ供給可能とされている。

【0072】

（昇圧後水分離部）
昇圧後水分離部６０には、圧縮機３０から改質ガスＧ４を流入させる連絡流路管３２の下流端が接続されている。昇圧後水分離部６０の底部には水回収管６２が接続され、昇圧後水分離部６０の上部には連絡流路管６４が接続されている。

【0073】

連絡流路管３２上には、チラー６６で冷却された水と改質ガスＧ４とを熱交換する熱交換器ＨＥ２が設けられている。

【0074】

すなわち、改質ガスＧ４は、昇圧後水分離部６０の上流の連絡流路管３２に配置された熱交換器ＨＥ２において、冷却水との熱交換による冷却により水が凝縮されて分離され、昇圧後水分離部６０の下部に水（液相）が貯留可能されている。当該水（液相）は、水回収管６２へ送出される構成である。改質ガスＧ４から水が凝縮された後の改質ガスＧ５は、連絡流路管６４へ送出される構成である。

【0075】

なお、連絡流路管６４上において、昇圧後水分離部６０とＰＳＡ装置４０との間には、バッファタンク６８が配設されている。

【0076】

（ＰＳＡ装置（概略））
ＰＳＡ装置４０には、昇圧後水分離部６０からの改質ガスＧ５が流れる連絡流路管６４の下流端と、精製された水素が送出される水素供給管４２の上流端と、ＰＳＡ装置４０で分離されたオフガスが送出されるオフガス供給管４４の上流端とが接続されている。さらに、ＰＳＡ装置４０には、内部の水素（ガス）圧力が過剰となった場合に、水素製造装置１０の外部に水素を排出するベント管４５の上流端が接続されている。

【0077】

ＰＳＡ装置４０は、水素精製器として用いられるものである。このＰＳＡ装置４０は、一対の吸着塔を備え、一方の吸着塔で吸着剤に不純物を吸着させる吸着工程を行い、他方の吸着塔で吸着剤に吸着した不純物を脱着させる脱着工程を行い、次に一方の吸着塔で脱着工程、他方の吸着塔で吸着工程を行う。これを周期的に繰り返すことで、改質ガスＧ５を水素と一酸化炭素を含む不純物（オフガスＯＧ）とに連続的に分離して、精製された水素が水素供給管４２に送出される構成である。

【0078】

一方、オフガス供給管４４は、改質器２０の燃焼室２２に連通している。また、オフガス供給管４４上には、オフガスバッファタンク４６が設けられている。したがって、オフガスＯＧは、オフガスバッファタンク４６を介して改質器２０の燃焼室２２にバーナーの燃料として供給される構成である。

【0079】

なお、ＰＳＡ装置４０の詳細については、後述する。また、ＰＳＡ装置４０が「ガス精製装置」に相当する。

【0080】

（燃焼排ガス水分離部）
燃焼排ガス水分離部７０には、改質器２０の燃焼室２２から燃焼排ガスを導くガス排出管２６の下流端が接続されている。燃焼排ガス水分離部７０の底部には水回収管７２が接続され、燃焼排ガス水分離部７０の上部にはガス排出管７４が接続されている。

【0081】

ガス排出管２６上には、チラー７６で冷却された水と燃焼排ガスとを熱交換する熱交換器ＨＥ３が設けられている。

【0082】

すなわち、燃焼室２２から排出される燃焼排ガスは、燃焼排ガス水分離部７０の上流のガス排出管２６に配置された熱交換器ＨＥ３において、冷却水との熱交換による冷却により水が凝縮されて分離され、燃焼排ガス水分離部７０の下部に水（液相）が貯留可能とされている。当該水（液相）は、水回収管７２へ送出される構成である。水が凝縮された後の燃焼排ガスは、ガス排出管７４から外気中へ排出される構成である。

【0083】

水回収管５２、６２、７２の各々の下流端は、改質用水供給管８０に接続されている。改質用水供給管８０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）８２が設けられている。また、改質用水供給管８０には、外部水供給部８４が接続されている。外部水供給部８４から改質用水供給管８０に、例えば純水または市水が供給される構成である。

【0084】

さらに、改質用水供給管８０には、ポンプＰ１が設けられている。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、又は外部水供給部８４から供給された水は、ポンプＰ１によって改質器２０へ供給される構成である。

【0085】

(ＰＳＡ装置（詳細））
ＰＳＡ装置４０の内部構造について図２を参照して詳細に説明する。

【0086】

図２に示すように、ＰＳＡ装置４０は、それぞれ改質ガスＧ５の不純物を吸着させる吸着剤が配置された第１吸着塔１０２と、第２吸着塔１０４と、改質ガスＧ５を精製して製造された製品水素ガスを貯留する水素ガス貯留タンク１０６と、を有する。なお、水素ガス貯留タンク１０６が「精製ガス貯留タンク」に相当する。

【0087】

また、第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４に充填される吸着剤には、例えば、ゼオライト、活性炭、活性アルミナ、シリカゲル等が考えられる。

【0088】

ＰＳＡ装置４０において、第１吸着塔１０２と第２吸着塔１０４の原料ガス（改質ガスＧ５）供給側には、一端に連絡流路管６４に接続される原料ガス供給流路１０８と、原料ガス供給流路１０８の他端から分岐された原料ガス供給分岐流路１１０Ａ、１１０Ｂと、原料ガス供給分岐流路１１０Ａ、１１０Ｂにそれぞれ接続される共通流路１１２Ａ、１１２Ｂと、が配設されている。

【0089】

すなわち、第１吸着塔１０２には、原料ガス供給流路１０８、原料ガス供給分岐流路１１０Ａ、共通流路１１２Ａを介して連絡流路管６４から改質ガスＧ５が供給可能に構成されている。

【0090】

同様に、第２吸着塔１０４には、原料ガス供給流路１０８、原料ガス供給分岐流路１１０Ｂ、共通流路１１２Ｂを介して連絡流路管６４から改質ガスＧ５が供給可能に構成されている。

【0091】

また、原料ガス供給分岐流路１１０Ａ、１１０Ｂには、それぞれ電磁開閉弁１１４Ａ、１１４Ｂが配設されており、電磁開閉弁１１４Ａ、１１４Ｂの開閉によって第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４と原料ガス供給流路１０８（連絡流路管６４）とが連通又は遮断される構成である。

【0092】

ＰＳＡ装置４０において、第１吸着塔１０２と第２吸着塔１０４のオフガス排出側には、オフガス供給管４４に一端が接続されたオフガス排出流路１１６と、オフガス排出流路１１６の他端で分岐されたオフガス排出分岐流路１１８Ａ、１１８Ｂと、オフガス排出分岐流路１１８Ａ、１１８Ｂがそれぞれ接続される共通流路１１２Ａ、１１２Ｂと、が設けられている。なお、オフガス排出流路１１６が「オフガス流路」に相当する。

【0093】

すなわち、第１吸着塔１０２から排出されたオフガスは、共通流路１１２Ａ、オフガス排出分岐流路１１８Ａ、オフガス排出流路１１６を介してオフガス供給管４４に送出可能に構成されている。

【0094】

同様に、第２吸着塔１０４から排出されたオフガスは、共通流路１１２Ｂ、オフガス排出分岐流路１１８Ｂ、オフガス排出流路１１６を介してオフガス供給管４４に送出可能に構成されている。

【0095】

なお、オフガス排出分岐流路１１８Ａ、１１８Ｂには、それぞれ電磁開閉弁１２０Ａ、１２０Ｂが配設されており、電磁開閉弁１２０Ａ、１２０Ｂの開閉によって第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４とオフガス排出流路１１６（オフガス供給管４４）とが連通又は遮断される構成である。

【0096】

さらに、共通流路１１２Ａと共通流路１１２Ｂは、連絡流路１２２で接続されている。

【0097】

したがって、第１吸着塔１０２と第２吸着塔１０４は、共通流路１１２Ａ、連絡流路１２２、共通流路１１２Ｂを介して連通されている。

【0098】

なお、連絡流路１２２上には、一対の電磁開閉弁１２４Ａ、１２４Ｂが配設されており、一対の電磁開閉弁１２４Ａ、１２４Ｂの開閉によって第１吸着塔１０２と第２吸着塔１０４とが連通又は遮断される構成である。

【0099】

第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４の精製ガス（製品水素ガス）の送出側には、水素ガス貯留タンク１０６に一端が接続された製品水素ガス送出流路１２６と、製品水素ガス送出流路１２６の他端が接続される製品水素ガス送出分岐流路１２８Ａ、１２８Ｂと、製品水素ガス送出分岐流路１２８Ａと第１吸着塔１０２とを連通させる共通流路１３０Ａと、製品水素ガス送出分岐流路１２８Ｂと第２吸着塔１０４とを連通させる共通流路１３０Ｂと、が設けられている。

【0100】

なお、製品水素ガス送出分岐流路１２８Ａ、１２８Ｂ上には、それぞれ電磁開閉弁１３２Ａ、１３２Ｂが配設されており、電磁開閉弁１３２Ａ、１３２Ｂを開閉することにより、第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４と水素ガス貯留タンク１０６とが連通又は遮断される構成である。

【0101】

また、共通流路１３０Ａ、１３０Ｂ間には、両者を接続する連絡流路１３４が設けられている。連絡流路１３４の略中央には、局部的に縮径されたオリフィス１３６が設けられている。また、連絡流路１３４においてオリフィス１３６の両側には、それぞれ電磁開閉弁１３８Ａ、１３８Ｂが配設されている。

【0102】

したがって、電磁開閉弁１３８Ａ、１３８Ｂを開閉することにより、第１吸着塔１０２と第２吸着塔１０４とが共通流路１３０Ａ、連絡流路１３４（オリフィス１３６）、共通流路１３０Ｂを介して連通又は遮断される構成である。

【0103】

また、連絡流路１３４において電磁開閉弁１３８Ａよりも共通流路１３０Ａ側と電磁開閉弁１３８Ｂよりも共通流路１３０Ｂ側とを連通させた連絡流路１４０が設けられており、連絡流路１４０上にも一対の電磁開閉弁１４２Ａ、１４２Ｂが配設されている。

【0104】

したがって、電磁開閉弁１４２Ａ、１４２Ｂを開閉することにより、第１吸着塔１０２と第２吸着塔１０４とが連絡流路１４０を介して（オリフィス１３６を介さずに）連通又は遮断される構成である。

【0105】

水素ガス貯留タンク１０６の下流側には、製品水素ガス供給流路１４４の一端が接続されており、製品水素ガス供給流路１４４の他端が水素供給管４２に接続されている。

【0106】

製品水素ガス供給流路１４４上には、上流側からプレッシャーレギュレータ１４８、マスフロコントローラ１５０、電磁開閉弁１５２が配設されている。マスフロコントローラ１５０は省略しても良い。

【0107】

プレッシャーレギュレータ１４８は、製品水素ガスを所定の圧力に調整して水素ガス利用者側に供給するものである。

【0108】

マスフロコントローラ１５０は、製品水素ガスの流量を調整するものである。

【0109】

電磁開閉弁１５２は、水素ガス貯留タンク１０６と水素供給管４２とを連通又は遮断させるものである。すなわち、製品水素ガスを水素ガス利用者側に供給可能又は供給不能（遮断）とするものである。

【0110】

なお、製品水素ガス供給流路１４４においてプレッシャーレギュレータ１４８の上流側から分岐して、ＰＳＡ装置４０の外部のベント管４５に接続されるベント流路１５４が設けられている。ベント流路１５４には、所定圧力以上の場合のみ開放される逆止（リリーフ）弁１５６が設けられている。

【0111】

したがって、製品水素ガス供給流路１４４においてプレッシャーレギュレータ１４８の上流側の圧力が過剰となった場合に逆止弁１５６が開放され、製品水素ガスがベント流路１５４からベント管４５を介して水素製造装置１０の外部に排出される構成である。

【0112】

原料ガス供給流路１０８、第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４、製品水素ガス供給流路１４４には、それぞれ圧力センサ１６０、１６２、１６４、１６６が配設されている。

【0113】

原料ガス供給流路１０８に配設された圧力センサ１６０によってＰＳＡ装置４０に供給された原料ガス、すなわち改質ガスＧ５の圧力が検出される構成である。

【0114】

また、第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４にそれぞれ配設された圧力センサ１６２、１６４によって第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４の内部圧力がそれぞれ検出される構成である。

【0115】

さらに、製品水素ガス供給流路１４４においてプレッシャーレギュレータ１４８とマスフロコントローラ１５０との間に配設された圧力センサ１６６によってＰＳＡ装置４０から供給された製品水素ガスの圧力が検出される構成である。

【0116】

（制御部）
ＰＳＡ装置４０は、ＰＳＡ制御部１７０を有している。ＰＳＡ制御部１７０は、図３に示すように、電磁開閉弁１１４Ａ、１１４Ｂ、１２０Ａ、１２０Ｂ、１２４Ａ、１２４Ｂ、１３２Ａ、１３２Ｂ、１３８Ａ、１３８Ｂ、１４２Ａ、１４２Ｂ、１５２（以下、「電磁開閉弁１１４Ａ〜１５２」という）及び圧力センサ１６２、１６４と図示しない信号線で接続されており、後述する停止制御プログラムに沿って圧力センサ１６２、１６４の検出値等に基づいて各電磁開閉弁１１４Ａ〜１５２を開閉制御するものである。

【0117】

なお、ＰＳＡ制御部１７０及び電磁開閉弁１１４Ａ〜１５２が「圧力維持手段」に相当する。

【0118】

ＰＳＡ制御部１７０のハードウェア構成について説明する。

【0119】

図４に示すように、ＰＳＡ制御部１７０は、ＣＰＵ（CenＴral Processing UniＴ：プロセッサ）１７２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１７４、ＲＡＭ（Random Access Memory）１７６、ストレージ１７８、及びインタフェース１８０を含んで構成されている。各構成は、バス１８２を介して相互に通信可能に接続されている。

【0120】

ＣＰＵ１７２は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、ＣＰＵ１７２は、ＲＯＭ１７４又はストレージ１７８からプログラムを読み出し、ＲＡＭ１７６を作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ１７２は、ＲＯＭ１７４又はストレージ１７８に記録されているプログラムに従って、上記各構成の制御および各種の演算処理を行う。

【0121】

ＲＯＭ１７４は、各種プログラムおよび各種データを格納する。ＲＡＭ１７６は、作業領域として一時的にプログラムまたはデータを記憶する。ストレージ１７８は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）またはＳＳＤ（Solid SＴaＴe Drive）により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、および各種データを格納する。

【0122】

インタフェース１８０は、ＰＳＡ制御部１７０が他の機器と接続するためのインタフェースである。

【0123】

（作用）
次に、水素製造装置１０及びＰＳＡ装置４０の作用について説明する。先ず、水素製造装置１０の作用について説明する。

【0124】

図１に示すように、水素製造装置１０の改質器２０へ供給された都市ガスは、予熱流路で改質用の水と混合されつつ加熱され、改質触媒層へ供給される。改質触媒層では、燃焼室２２の燃焼排ガスからの熱を受け、水蒸気改質反応によって混合ガスから水素を主成分とする改質ガスＧ１が生成される。この改質ガスＧ１は、改質ガス流路を通ってＣＯ変成触媒層へ供給される。ＣＯ変成触媒層では、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た改質ガスＧ２は、改質ガス排出管２４へ送出される。

【0125】

この際、改質器２０の燃焼室２２では、供給された都市ガス又はオフガスと空気とが混合された気体がバーナーによって燃焼される。燃焼排ガスは、燃焼室２２からガス排出管２６を介して燃焼排ガス水分離部７０へ供給される。図１に示すように、燃焼排ガスに含まれる水は、熱交換器ＨＥ３での熱交換により冷却されて凝縮され、燃焼排ガス水分離部７０に貯留され、水回収管７２へ送出される。水が分離された燃焼排ガスは、ガス排出管７４から外気中へ排出される。

【0126】

一方、図１に示すように、改質ガスＧ２は、改質ガス排出管２４を経て、昇圧前水分離部５０へ供給される。昇圧前水分離部５０では、熱交換器ＨＥ１での熱交換による冷却により凝縮された水が貯留され、水回収管５２へ送出される。改質ガスＧ２から水が分離された改質ガスＧ３は、連絡流路管５４からバッファタンク５８を介して圧縮機３０へ供給され、圧縮機３０によって圧縮される。

【0127】

改質ガスＧ３が圧縮された改質ガスＧ４は、連絡流路管３２から昇圧後水分離部６０へ供給される。昇圧後水分離部６０では、熱交換器ＨＥ２での熱交換による冷却により凝縮された水が貯留され、水回収管６２へ送出される。改質ガスＧ４から水が分離された改質ガスＧ５は、連絡流路管６４からバッファタンク６８を介してＰＳＡ装置４０へ供給される。

【0128】

なお、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からそれぞれ水回収管５２、６２、７２に送出された水は、改質用水供給管８０に戻される。ポンプＰ１の駆動により、改質用水供給管８０から改質器２０に改質水として供給される。

【0129】

ＰＳＡ装置４０では、圧力スイング方式が採用されており、一対の吸着塔の一方では吸着剤に水素以外の不純物が吸着され、他方の吸着塔では吸着剤に吸着された不純物が脱着されている。ＰＳＡ装置４０では、この吸着工程と脱着工程をそれぞれの吸着塔で一定の周期で繰り返すことにより、改質ガスＧ３から連続的に水素と不純物が分離されて水素が精製される。

【0130】

続いて、ＰＳＡ装置４０の具体的動作について図５〜図１５を参照して説明する。

【0131】

図５は、第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４の工程と、電磁開閉弁１１４Ａ〜１５２の開閉タイミングを記載したタイミングチャートと、その際の第１吸着塔１０２、１０４の圧力変化（実線が第１吸着塔１０２の圧力（圧力センサ１６２の検出値）、破線が第２吸着塔１０４の圧力（圧力センサ１６４の検出値）の変化）を模式的に示したものである。

【0132】

（定格運転）
先ず、ＰＳＡ装置４０の定格運転について図５〜図１１を参照して説明する。この場合には、ＰＳＡ制御部１７０は、定格運転制御プログラムをストレージ１７８から読み出し、実行することにより、電磁開閉弁１１４Ａ〜１５２の開閉制御を行うものである。

【0133】

なお、水素製造装置１０の改質器２０及び圧縮機３０は連続的に運転され、改質器２０で製造され、圧縮機３０で圧縮された改質ガスＧ５が連続的にＰＳＡ装置４０に供給されている。

【0134】

第１吸着塔１０２で吸着工程が、第２吸着塔１０４で脱着工程が開始される状態から説明する。なお、各電磁開閉弁の開閉は、ＰＳＡ制御部１７０からの制御信号によって制御されている。

【0135】

図５及び図６に示すように、先ず、時刻Ｔ０において、電磁開閉弁１１４Ａが開弁され、連絡流路管６４から原料ガス供給流路１０８を介して第１吸着塔１０２に改質ガスＧ５が供給される。この際、第１吸着塔１０２の下流側に位置する電磁開閉弁１３２Ａ、１３８Ａ、１４２Ａは全て閉弁している。この結果、第１吸着塔１０２内の圧力が上昇する（昇圧過程）。

【0136】

また、時刻Ｔ０において、電磁開閉弁１２０Ｂが開弁され、第２吸着塔１０４がオフガス排出流路１１６に連通される。これにより、第２吸着塔１０４からオフガス排出流路１１６を介してオフガス供給管４４にオフガスＯＧが排出される。

【0137】

なお、図６において、ＰＳＡ装置４０の各流路のうち太線で記載されている部分が、ガスが流れている部分である。また、図６において、電磁開閉弁１１４Ａ〜１５２を黒塗りで示した場合が閉弁状態を表し、電磁開閉弁１１４Ａ〜１５２を白抜きで示した場合が開弁状態を表す。以下、他の図でも同様である。

【0138】

次に、図５及び図７に示すように、第１吸着塔１０２内の圧力が十分に上昇し、吸着剤が不純物を十分に吸着して所定の純度の水素ガスが送出可能となった時刻Ｔ１で電磁開閉弁１３２Ａを開弁する。これにより、第１吸着塔１０２と水素ガス貯留タンク１０６とを連通させ、第１吸着塔１０２で精製された精製水素ガスを水素ガス貯留タンク１０６に供給する（水素送出過程）。

【0139】

なお、ＰＳＡ装置４０の定格運転中は、電磁開閉弁１５２は常時開弁されており、水素ガス貯留タンク１０６から送出された精製水素ガスは、プレッシャーレギュレータ１４８で所定圧力とされ、マスフロコントローラ１５０で所定流量とされた後、水素供給管４２を介して水素ガス利用者側に供給される。

【0140】

さらに、図５及び図８に示すように、時刻Ｔ１から所定時間経過後の時刻Ｔ２で、電磁開閉弁１３８Ａ、１３８Ｂを開放する。これにより、第１吸着塔１０２又は水素ガス貯留タンク１０６と第２吸着塔１０４とが、オリフィス１３６を介して連通する。これにより、第１吸着塔１０２又は水素ガス貯留タンク１０６から第２吸着塔１０４に精製された水素ガスが供給され、第２吸着塔１０４内の吸着剤に付着した不純物が水素ガスで除去され、オフガスとしてオフガス排出流路１１６からオフガス供給管４４に排出される（パージ過程）。

【0141】

また、図５及び図９に示すように、時刻Ｔ２から所定時間経過後の時刻Ｔ３で、電磁開閉弁１２０Ｂが閉弁される。すなわち、第２吸着塔１０４とオフガス排出流路１１６との連通が遮断される。これにより、第２吸着塔１０４では、オリフィス１３６から水素ガスが供給される一方、オフガスの排出が停止されるため、内部の圧力が上昇する（排気停止過程）。

【0142】

さらに、図５及び図１０に示すように、時刻Ｔ３から所定時間経過後の時刻Ｔ４で電磁開閉弁１１４Ａ、１３２Ａ、１３８Ａ、１３８Ｂが閉弁される。これにより、第１吸着塔１０２が原料ガス供給流路１０８と遮断されると共に、水素ガス貯留タンク１０６及びオリフィス１３６と遮断される。

【0143】

これにより、第１吸着塔１０２に改質ガスが供給されなくなると共に、第１吸着塔１０２から水素ガス貯留タンク１０６に精製された水素ガスが送出されることも停止される。

【0144】

また、第１吸着塔１０２と第２吸着塔１０４とのオリフィス１３６介しての連通も遮断される。

【0145】

このタイミングで電磁開閉弁１２４Ａ、１２４Ｂと電磁開閉弁１４２Ａ、１４２Ｂが開弁される。これにより、第１吸着塔１０２の上流側と第２吸着塔１０４の上流側、第１吸着塔１０２の下流側と第２吸着塔１０４の下流側が連通される。

【0146】

このように、第１吸着塔１０２と第２吸着塔１０４がオリフィス１３６を介さずに上流側と下流側で連通されることにより、圧力が均等化される（均圧工程）。

【0147】

さらに、図５及び図１１に示すように、時刻Ｔ４から所定時間経過後の時刻Ｔ５で、電磁開閉弁１２４Ａ、１２４Ｂと電磁開閉弁１４２Ａ、１４２Ｂが閉弁され、第１吸着塔１０２と第２吸着塔１０４との連通が遮断される。

【0148】

同時に、電磁開閉弁１１４Ｂが開弁され、第２吸着塔１０４と原料ガス供給流路１０８とが連通され、連絡流路管６４から原料ガス供給流路１０８を介して第２吸着塔１０４に改質ガスＧ５が供給される。

【0149】

また、電磁開閉弁１２０Ａが開弁され、第１吸着塔１０２とオフガス排出流路１１６とが連通され、第１吸着塔１０２からオフガス排出流路１１６を介してオフガス供給管４４にオフガスが排出される。

【0150】

以下、時刻Ｔ０から時刻Ｔ５までのタイミングと同様に、時刻Ｔ５から時刻Ｔ１０までのタイミングで電磁開閉弁の開閉制御が行われることにより、第１吸着塔１０２で脱着工程と均圧工程が行われ、第２吸着塔１０４で吸着工程と均圧工程が行われる。これは、吸着塔を入れ替えただけで動作は同様であるので詳細な説明を省略する。

【0151】

この後は、第１吸着塔１０２と第２吸着塔１０４を切換ながら、この制御を繰り返していく。

【0152】

なお、このＰＳＡ装置４０には、図５に示すように、定格運転中の第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４の最大圧力値よりも少し高い圧力に第１閾値圧力Ｔｈ１が設定されている。

【0153】

これは、ＰＳＡ装置４０の定格運転期間中に、何らかの異常により第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４の圧力が第１閾値圧力Ｔｈ１よりも高まった場合には、逆止弁１５６が開弁されることにより、水素ガス貯留タンク１０６からベント流路１５４、ベント管４５を介して水素製造装置１０の外部に水素が排出される構成とされている。

【0154】

また、ＰＳＡ装置４０には、後述する停止処理時に使用するために、定格運転中の第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４の最大圧力値よりも少し低い圧力（例えば、最大圧力値の９０%程度）に第２閾値圧力Ｔｈ２が設定されている。この第２閾値圧力Ｔｈ２が「第２所定値」に相当する。

【0155】

なお、「ＰＳＡ装置の定格運転」とは、第１吸着塔１０２と第２吸着塔１０４の一方が吸着工程を行い、他方が脱着工程を行い、次に一方が脱着工程を行い、他方が吸着工程を行うことを繰り返し行う運転のことをいう。本実施形態のように吸着塔（吸着工程と脱着工程）を切り換える際に、均圧工程を挟むものも含む。また、各工程の切換は、時間制御、圧力制御、時間圧力併用制御のいずれでも良い。

【0156】

（停止信号入力時）（停止制御時）
次に、定格運転中にＰＳＡ装置４０を停止させる場合について、図１２〜図１５を参照して説明する。なお、本実施形態において「ＰＳＡ装置４０の停止」とは、ＰＳＡ装置４０の電源がＯＦＦされて、電磁開閉弁１１４Ａ〜１５２が切換不可とされた状態のことを意味する。また、本実施形態において、「ＰＳＡ装置４０を停止させる際」とは、ＰＳＡ装置４０のＰＳＡ制御部１７０に停止信号が入力されてから、ＰＳＡ装置４０が停止されるまでの期間をさす。

【0157】

検査時等、ＰＳＡ装置４０を停止させる必要が生じた場合には、水素製造装置１０の図示しない制御部からＰＳＡ装置４０のＰＳＡ制御部１７０に停止信号が入力される。

【0158】

ＰＳＡ制御部１７０では、停止信号が入力されると、停止制御プログラムを起動させる。

【0159】

ＰＳＡ制御部１７０では、停止制御プログラムに基づいて、図１３に示すように、停止信号入力タイミング（図１３、時刻Ｔ１１参照）で電磁開閉弁１５２に閉弁信号を出力する（図１２、ステップＳ１０２（以下、「図１２、」を省略する））。これにより、電磁開閉弁１５２が閉弁され、ＰＳＡ装置４０（水素ガス貯留タンク１０６、製品水素ガス供給流路１４４）から、水素供給管４２を介しての水素ガス利用者側への水素ガスの供給が停止される（図１４参照）。

【0160】

続いて、ＰＳＡ制御部１７０では、第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４のいずれかが吸着工程中か判定する（ステップＳ１０４）。例えば、ＰＳＡ制御部１７０では、電磁開閉弁１１４Ａ、又は電磁開閉弁１１４Ｂのいずれか一方が開弁されているか否かに基いて判定する。

【0161】

すなわち、電磁開閉弁１１４Ａが開弁されていれば第１吸着塔１０２が吸着工程中であり、電磁開閉弁１１４Ｂが開弁されていれば、第２吸着塔１０４が吸着工程中であると判定する。

【0162】

一方、電磁開閉弁１１４Ａ、１１４Ｂのいずれも閉弁されている場合には、均圧工程中であると判定する（ステップＳ１０４でＮＯ）。

【0163】

第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４のいずれか一方が吸着工程中の場合（ステップＳ１０４でＹＥＳ）には、吸着工程中の吸着塔の内部圧力（圧力センサ１６２又は圧力センサ１６４の検出値）が第２閾値圧力Ｔｈ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。本実施形態では、電磁開閉弁１１４Ａが開弁されていたため、第１吸着塔１０２の内部圧力が第２閾値圧力Ｔｈ２以上であるか否かを判定する。

【0164】

第１吸着塔１０２の内部圧力が第２閾値圧力Ｔｈ２未満の場合（ステップＳ１０６でＮＯ）には、第２閾値圧力Ｔｈ２となるまで定格運転を継続する（電磁開閉弁１５２を除く）。

【0165】

この停止制御では、後述するように、第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４を外部と遮断して内部圧力を所定圧力Ｐ０以上となるように維持するものであるため、後述するように均圧化した場合に第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４の内部圧力が所定圧力Ｐ０となるように、吸着工程側の吸着塔の内部圧力が所定圧力Ｐ０以上の第２閾値圧力Ｔｈ２以上となるまで吸着工程を継続する。

【0166】

なお、所定圧力Ｐ０が「第１所定値」に相当する。

【0167】

ここで、第２閾値圧力Ｔｈ２とは、例えば、定格運転時の吸圧工程中における吸着塔の内部圧力の最大値の９０％である。

【0168】

すなわち、第１吸着塔１０２の内部圧力が第２閾値圧力Ｔｈ２未満の場合には、定格運転を継続する。

【0169】

一方、第１吸着塔１０２の内部圧力が第２閾値圧力Ｔｈ２以上となった場合（ステップＳ１０６でＹＥＳ）には、定格運転を停止する（図１３、時刻Ｔ１２参照）。具体的には、電磁開閉弁１１４Ａ、１３２Ａに閉弁信号を出力することにより閉弁させ、第１吸着塔１０２と原料ガス供給流路１０８、水素ガス貯留タンク１０６とを遮断する。また、電磁開閉弁１２０Ｂに閉弁信号を出力して閉弁させることにより、第２吸着塔１０４とオフガス排出流路１１６とを遮断する（ステップＳ１０８）。

【0170】

すなわち、第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４を外部と遮断する。

【0171】

この際、オリフィス１３６を介して第１吸着塔１０２と第２吸着塔１０４を連通させる電磁開閉弁１３８Ａ、１３８Ｂが開弁されている場合には、同様に電磁開閉弁１３８Ａ、１３８Ｂに閉弁信号を出力して閉弁させる。

【0172】

続いて、ＰＳＡ制御部１７０は、均圧工程用の電磁開閉弁に開弁信号を出力する（ステップＳ１１０）。本実施形態では、電磁開閉弁１２４Ａ、１２４Ｂ、１４２Ａ、１４２Ｂを開弁させることで、第１吸着塔１０２と第２吸着塔１０４とを連通させる。これにより、吸着工程であった第１吸着塔１０２と脱着工程であった第２吸着塔１０４との圧力を平均化（均圧）する（図１５参照）。

【0173】

本実施形態では、第１吸着塔１０２の圧力を均圧工程時に所定圧力Ｐ０以上となるように、所定圧力Ｐ０よりも高い第２閾値圧力Ｔｈ２まで到達させた後、第１吸着塔１０２と第２吸着塔１０４を外部と遮断して均圧化している。したがって、均圧化された場合に、第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４が所定圧力Ｐ０以上とすることができる。

【0174】

均圧工程を所定時間行った後、ＰＳＡ制御部１７０は、時刻Ｔ１３で電磁開閉弁１２４Ａ、１２４Ｂ、１４２Ａ、１４２Ｂに閉弁信号を出力する（ステップＳ１１２）。

【0175】

このタイミングで、ＰＳＡ制御部１７０は、水素製造装置１０の制御部に停止完了信号を出力する（ステップＳ１１４）。水素製造装置１０の制御部は、停止完了信号の受信により、改質器２０、圧縮機３０の運転を停止する。すなわち、ＰＳＡ装置４０に対する改質ガスＧ５の供給を停止する。

【0176】

なお、ステップＳ１０４において、第１吸着塔１０２及び第２吸着塔１０４とのいずれもが吸着工程中ではないと判定された場合（ステップＳ１０４でＹＥＳ）には、均圧工程中であるとして均圧工程が完了するまで待機する（ステップＳ１１６でＮＯ）。

【0177】

均圧工程の処理時間が経過する（ステップＳ１１６でＹＥＳ）と、ＰＳＡ制御部１７０は電磁開閉弁１２４Ａ、１２４Ｂ、１４２Ａ、１４２Ｂに閉弁信号を出力し、均圧工程を終了させる（ステップＳ１１２）。

【0178】

なお、この状態は、ＰＳＡ制御部１７０にＰＳＡ装置４０の駆動信号が入力されるまで維持される。換言すれば、ＰＳＡ装置４０が再起動されるまで、第１吸着塔１０２と第２吸着塔１０４との締切状態が維持される。

【0179】

さらに、このようにして停止されたＰＳＡ装置４０が再起動される場合には、ＰＳＡ制御部１７０は、電磁開閉弁１１４Ｂに開弁信号を出力し、停止直前に脱着工程であった吸着塔、本実施形態では第２吸着塔１０４が吸着工程（第１吸着塔１０２が脱着工程）で運転を再開するようにしている。

【0180】

これは、停止直前に脱着工程であった第２吸着塔１０４は、不純物が除去された状態で停止されていたため、停止直前に吸着工程であった第１吸着塔１０２よりも不純物が少ない状態であること、及び均圧工程によって第１吸着塔１０２で精製された水素が含有されているため、この水素を製品水素として利用するためである。

【0181】

なお、停止直前にいずれの吸着塔が脱着工程であったかは、ＰＳＡ制御部１７０に記憶されている。

【0182】

（効果）
このように、ＰＳＡ装置４０では、定格運転中に停止信号が入力した際、電磁開閉弁１５２を直ちに閉弁させることにより、水素ガス利用者側への製品水素ガスの送出を直ちに停止することができる。

【0183】

また、ＰＳＡ装置４０では、運転停止時に第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４と外部（原料ガス供給流路１０８、水素ガス貯留タンク１０６、オフガス排出流路１１６）との連通が遮断されるため、停止中に第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４の内部圧力が維持される。すなわち、ＰＳＡ装置４０の停止中に第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４の内部圧力が低下することによって、第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４の吸着剤に付着した不純物が拡散し、ＰＳＡ装置４０の再起動時に所定純度の水素ガスを精製するまでの時間（再起動時間）が長期化することを防止又は抑制することができる。

【0184】

特に、ＰＳＡ装置４０では、定格運転中に停止信号が入力された場合、均圧工程中でなければ、吸着工程中の吸着塔が第２閾値圧力Ｔｈ２以上となるまで定格運転（吸着工程・脱着工程）を継続させた後、各吸着塔を外部と遮断するものである。

【0185】

すなわち、ＰＳＡ装置４０では、吸着工程中の吸着塔の内部圧力を第２閾値圧力Ｔｈ２まで上昇させた後、各吸着塔を外部と遮断するため、停止中に吸着塔の内部圧力を一層高めた状態が維持される。これにより、ＰＳＡ装置４０の停止中に吸着塔の吸着剤に付着した不純物が拡散することが抑制される。

【0186】

ＰＳＡ装置４０は、各吸着塔を外部と遮断した後に電磁開閉弁１２４Ａ、１２４Ｂ、１４２Ａ、１４２Ｂを開弁することで、第１吸着塔１０２と第２吸着塔１０４とをそれぞれ上流側、下流側で連通させて均圧化している。これにより、相対的に圧力が低い脱着工程側の吸着塔の内部圧力を上昇させ、当該吸着塔の吸着剤に付着した不純物の拡散が一層抑制される。すなわち、ＰＳＡ装置４０の再起動時に吸着剤に付着した不純物を除去して所定の純度の製品水素ガスを精製するまでの時間（再起動時間）を短縮することができる。

【0187】

特に、均圧工程前に、吸着工程中であった第１吸着塔１０２の圧力を所定圧力Ｐ０以上である第２閾値圧力Ｔｈ２以上としているため、均圧工程によって第１吸着塔１０２と脱着工程中であった第２吸着塔１０４を所定の圧力Ｐ０以上に確実にすることができ、当該吸着塔の吸着剤に付着した不純物の拡散が一層抑制される。すなわち、ＰＳＡ装置４０の再起動時間を一層短縮することができる。

【0188】

また、第１吸着塔１０２で精製された水素ガスを第２吸着塔１０４に移動させることで、ＰＳＡ装置４０の再起動時に吸着工程で開始される第２吸着塔１０４から水素ガス貯留タンク１０６に移動させられた水素を供給できる。すなわち、ＰＳＡ装置４０の停止時に吸着工程であった第１吸着塔１０２で精製された水素を外部に排出することなく、製品として利用することができる。

【0189】

なお、ＰＳＡ装置４０に停止信号が入力されたのが均圧処理中の場合には、電磁開閉弁１５２を直ちに閉弁させることにより水素ガス利用者側への製品水素ガスの送出を直ちに停止するだけで、均圧工程終了まで運転する（あるいは、吸着工程を行っても良い）。すなわち、均圧工程中は、各吸着塔は外部と遮断されており内部圧力が維持されているためである。

【0190】

なお、このように停止制御を行う場合には、ＰＳＡ装置４０の吸着塔が吸着工程中の場合には第２閾値圧力Ｔｈ２に到達するまで定格運転を継続してから各吸着塔を外部と遮断するため、停止制御終了時にＰＳＡ装置４０から水素製造装置１０の制御部に停止完了信号を出力する。これにより、水素製造装置１０の改質器２０と圧縮機３０が運転を停止する。

【0191】

すなわち、ＰＳＡ装置４０に停止信号が入力されてから定格運転している場合には、確実にＰＳＡ装置４０に改質ガスが供給されると共に、不要となった時点で確実に供給を停止することができる。

【0192】

水素製造装置１０でも、ＰＳＡ装置４０を停止させる際、停止信号をＰＳＡ装置４０のＰＳＡ制御部１７０に停止信号を出力した後、ＰＳＡ制御部１７０から停止完了信号が入力するまで改質器２０と圧縮機３０の運転を継続し、ＰＳＡ装置４０に改質ガスＧ５を供給可能としている。

【0193】

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係るＰＳＡ装置及び水素製造装置２００について、図１６〜図１８を参照して説明する。第１実施形態と同様の構成要素については同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、ＰＳＡ装置及び水素製造装置２００は、停止制御の一部のみを変更したのみなので、当該部分に関する構成及び作用のみを説明し、第１実施形態と同様の作用効果については詳細な説明を省略する。

【0194】

停止制御は、吸着工程中の吸着塔、例えば第１吸着塔１０２の圧力が第２閾値圧力Ｔｈ２まで到達し、第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４と外部とを連通させる電磁開閉弁１１４Ａ、１３２Ａ、１２０Ｂを閉弁させるところ（図１６、ステップＳ１０８参照、以下、「図１６」を省略する）まで同第１実施形態と同様である。

【0195】

この後、ＰＳＡ制御部１７０は、電磁開閉弁１１４Ｂに開弁信号を出力し、電磁開閉弁１１４Ｂを開弁させる（ステップＳ２０２）。これにより、連絡流路管６４から原料ガス供給流路１０８を介して第２吸着塔１０４に改質ガスＧ５を供給する。第２吸着塔１０２は原料ガス供給流路１０８以外のいずれとも連通していないため、昇圧される。

【0196】

ＰＳＡ制御部１７０は、圧力センサ１６２の検出値に基づいて第２吸着塔１０４の内部圧力と第２閾値圧力Ｔｈ２とを比較する（ステップＳ２０４）。

【0197】

第２吸着塔１０４の圧力が第２閾値圧力Ｔｈ２に到達する（ステップＳ２０４でＹＥＳ）と、電磁開閉弁１１４Ｂに閉弁信号が出力され、電磁開閉弁１１４Ｂが閉弁される（ステップＳ２０６）。

【0198】

これにより、ＰＳＡ装置４０は停止され、水素製造装置１０の制御部に停止完了信号が出力される（ステップＳ１１４）。

【0199】

なお、ＰＳＡ装置４０に停止信号が入力されたタイミングで、いずれかの吸着塔が吸着工程中でない場合（ステップＳ１０４でＮＯ）、本実施形態であれば均圧工程中であれば、均圧工程が終了していずれかの吸着塔が吸着工程になるまで定格運転を継続する。

【0200】

（その他）
本実施形態では、ＰＳＡ装置４０を水素製造装置１０に適用したものであり、ＰＳＡ装置４０は改質ガスＧ５から水素を精製していたが、これに限定するものではない。ＰＳＡ装置が原料ガスから不純物を除去して精製ガスに精製するものであれば、適用可能である。

【0201】

また、本実施形態ではＰＳＡ装置４０の定格運転時に、吸着工程中の吸着塔では内部圧力が単調増加していたが、ガス流量や管径によってはパージ過程等で圧力が低下する場合も考えられる。本実施形態の停止制御で吸着工程中の吸着塔の内部圧力が第２閾値圧力Ｔｈ２以下で低下する場合には、他の吸着塔の内部圧力が第２閾値圧力Ｔｈ２に到達するまで定格運転を継続する制御とすれば良い。

【0202】

さらに、第２実施形態の停止制御では、吸着工程中の吸着塔の内部圧力を第２閾値圧力Ｔｈ２まで上昇させた後、脱着工程中の吸着塔の内部圧力を第２閾値圧力Ｔｈ２まで上昇させる制御としたが、停止信号入力と同時に双方の吸着塔に改質ガスを供給して内部圧力を上昇させる制御でも良い。

【0203】

また、本実施形態のＰＳＡ装置４０では、定格運転時に排気停止過程を含んでいたが、排気停止過程を省略しても良い。すなわち、パージ過程後、直ちに均圧工程となるように制御しても良い。

【0204】

ところで、第１実施形態の停止制御において、「定格運転の終了」は、第１吸着塔１０２の内部圧力が第２閾値圧力Ｔｈ２に到達したタイミング（図１３、時刻Ｔ１２参照）である。したがって、この後の均圧工程（図１３、時刻Ｔ１２〜Ｔ１３参照）は、定格運転に含まれない。

【0205】

また、第２実施形態の停止制御においても、「定格運転の終了」は、第１吸着塔１０２の内部圧力が第２閾値圧力Ｔｈ２に到達したタイミング（図１７、時刻Ｔ１２参照）である。したがって、この後の第２吸着塔１０４の昇圧過程（図１７、時刻Ｔ１２〜Ｔ１４参照）は、定格運転に含まれない。

【0206】

さらに、第１実施形態又は第２実施形態において、ＰＳＡ装置４０を停止させる際、均圧工程を省略しても良い。この場合には、少なくとも吸着行程中であった吸着塔の圧力が第２閾値圧力Ｔｈ２以上となる。したがって、ＰＳＡ装置４０の停止期間中、この吸着塔の圧力は高い状態が維持され、その吸着塔における不純物の拡散が抑制される。したがって、ＰＳＡ装置４０の再起動時に、吸着行程中であった吸着塔の吸着工程から再開すれば、他の吸着塔の吸着行程で再開される場合と比較して当該吸着塔から相対的に純度の高い水素ガスが水素ガス貯留タンク１０６に供給されることになり、水素ガス貯留タンク１０６に貯留される水素ガスの純度がいち早く所定の純度に到達することになる。すなわち、ＰＳＡ装置４０の再起動時間が短縮されることになる。

【0207】

なお、本実施形態で規定された第２閾値圧力Ｔｈ２や所定圧力Ｐ０等は一例であり、この値に限定するものではない。

【0208】

また、ＰＳＡ装置４０が均圧工程中にＰＳＡ制御部１７０で圧力センサ１６０の圧力をモニタリングすることにより、圧力センサ１６０で検出された圧力が閾値圧力以上となった場合に連絡流路管６４から水素製造装置１０の外部に改質ガスをベントする構成としても良い。

【符号の説明】

【0209】

１０、２００水素製造装置
２０ 改質器
３０ 圧縮機
４０ ＰＳＡ装置
１０２ 第１吸着塔
１０４ 第２吸着塔
１０６ 水素ガス貯留タンク（精製ガス貯留タンク）
１０８ 原料ガス供給流路
１１４Ａ 電磁開閉弁（圧力維持手段）
１１４Ｂ 電磁開閉弁（圧力維持手段）
１１６ オフガス排出流路（オフガス流路）
１２０Ａ 電磁開閉弁（圧力維持手段）
１２０Ｂ 電磁開閉弁（圧力維持手段）
１３２Ａ 電磁開閉弁（圧力維持手段）
１３２Ｂ 電磁開閉弁（圧力維持手段）
１７０ ＰＳＡ制御部（圧力維持手段）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】