特開 2023-176697 水素製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023176697

(43)【公開日】2023-12-13

(54)【発明の名称】水素製造装置

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/02 20060101AFI20231206BHJP

【ＦＩ】

C01B3/02 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022089127

(22)【出願日】2022-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】戸田 甫

(72)【発明者】

【氏名】和田 博文ジュニア

(57)【要約】

【課題】水素の生成効率が高い水素製造装置を提供する。
【解決手段】水素製造装置は、反応媒体と、容器と、水蒸気供給部と、排気管と、を備える。容器は、反応媒体を収容する。水蒸気供給部は、反応媒体に水蒸気供給路を通じて水蒸気を供給する。排気管は、加熱炉から加熱された排気ガスを排出する。また、容器は、排気管内に位置する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

反応媒体と、
前記反応媒体を収容する容器と、
前記反応媒体に水蒸気供給路を通じて水蒸気を供給する水蒸気供給部と、
加熱炉から加熱された排気ガスを排出する排気管と、
を備え、
前記容器は、前記排気管内に位置する
水素製造装置。

【請求項2】

前記水蒸気供給部は、前記容器よりも前記排気管の上流側に位置する第１熱交換器を有する
請求項１に記載の水素製造装置。

【請求項3】

前記水蒸気供給部は、前記容器よりも前記排気管の下流側に位置する第２熱交換器を有し、
前記水蒸気供給路において、前記第２熱交換器は前記第１熱交換器よりも上流側に位置する
請求項２に記載の水素製造装置。

【請求項4】

前記水蒸気供給部は、前記水蒸気供給路において前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間に位置する第３熱交換器を有し、
前記第３熱交換器は、前記容器から水素ガスを排出する水素排出路に位置する
請求項３に記載の水素製造装置。

【請求項5】

前記容器は、セラミックスからなる
請求項１～３のいずれか一つに記載の水素製造装置。

【請求項6】

前記容器は、前記反応媒体を加熱する加熱部を有する
請求項１～３のいずれか一つに記載の水素製造装置。

【請求項7】

前記水蒸気供給路からは、フローガスも供給され、
前記フローガスは、非酸化性ガスである
請求項１～３のいずれか一つに記載の水素製造装置。

【請求項8】

前記反応媒体に流体供給路を通じてフローガスを供給する流体供給部、を備え、
前記フローガスは、非酸化性ガスである
請求項１～３のいずれか一つに記載の水素製造装置。

【請求項9】

前記流体供給部は、前記容器よりも前記排気管の上流側に位置する第４熱交換器を有する
請求項８に記載の水素製造装置。

【請求項10】

前記流体供給部は、前記容器よりも前記排気管の下流側に位置する第５熱交換器を有し、
前記流体供給路において、前記第５熱交換器は前記第４熱交換器よりも上流側に位置する
請求項９に記載の水素製造装置。

【請求項11】

前記フローガスは、Ａｒガス、Ｎ_２ガス、ＣＯ_２ガスの少なくとも一種を含有する
請求項７に記載の水素製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示の実施形態は、水素製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、高炉等の工業炉から放出される熱を利用して反応媒体を還元し、還元された反応媒体に水蒸気を接触させることで、水素を発生させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１３／１４１３８５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記の従来技術では、水素を効率よく生成する点について更なる改善の余地があった。

【0005】

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、水素の生成効率が高い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】

実施形態の一態様に係る水素製造装置は、反応媒体と、容器と、水蒸気供給部と、排気管と、を備える。容器は、前記反応媒体を収容する。水蒸気供給部は、前記反応媒体に水蒸気供給路を通じて水蒸気を供給する。排気管は、加熱炉から加熱された排気ガスを排出する。また、前記容器は、前記排気管内に位置する。

【発明の効果】

【0007】

実施形態の一態様によれば、水素の生成効率が高い水素製造装置が提供可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態に係る水素製造装置の構成および水素製造時の動作を模式的に示す図である。

【図2】図２は、実施形態に係る水素製造装置における反応媒体の還元処理時の動作を模式的に示す図である。

【図3】図３は、実施形態に係る水素製造装置の容器の構成の一例を示す斜視図である。

【図4】図４は、実施形態に係る水素製造装置の容器の構成の一例を示す断面図である。

【図5】図５は、実施形態に係る水素製造装置の第１熱交換器の構成の一例を示す斜視図である。

【図6】図６は、実施形態に係る水素製造装置の第１熱交換器の構成の一例を示す断面図である。

【図7】図７は、実施形態の変形例１に係る水素製造装置の容器の構成の一例を示す断面図である。

【図8】図８は、実施形態の変形例１に係る水素製造装置の容器の構成の一例を示す平面図である。

【図9】図９は、実施形態の変形例２に係る水素製造装置の構成および水素製造時の動作を模式的に示す図である。

【図10】図１０は、実施形態の変形例２に係る水素製造装置の反応媒体の還元処理時の動作を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照して、本願の開示する水素製造装置の各実施形態について説明する。なお、以下に示す各実施形態により本開示が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

【0010】

＜水素製造装置の構成＞
最初に、実施形態に係る水素製造装置１の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る水素製造装置１の構成および水素製造時の動作を模式的に示す図である。図１に示すように、実施形態に係る水素製造装置１は、排気管１０と、反応媒体２０と、容器３０と、水蒸気供給部４０と、を備える。

【0011】

排気管１０は、加熱された排気ガスＧを加熱炉２から排出部ＥＸＨに排出する。加熱炉２は、さまざまな工業で用いられ、内部が高い温度となる各種の炉である。加熱炉２は、排気ガスＧを発生させる。

【0012】

排気ガスＧの温度は、たとえば、４００℃以上であればよく、たとえば、１１００℃程度であってもよい。加熱炉２は、たとえば、焼成炉、熱処理炉、発電所、ごみ焼却炉、高炉、電炉、産業ガス合成装置、ガス化装置およびセメントクリンカーの焼成炉などであってもよい。

【0013】

反応媒体２０は、水蒸気Ｖと接触し、水蒸気Ｖから酸素を奪い、水蒸気Ｖを還元することで水素を生成する機能を有している。反応媒体２０は、たとえば、熱により還元されて酸素欠陥が生じる酸化物であってもよい。

【0014】

反応媒体２０としては、たとえば、ペロブスカイト型酸化物を用いることができる。特許文献１に記載のペロブスカイト酸化物ならば、４００℃以上かつ１６００℃以下の温度範囲で水素製造サイクルを行うことができる。反応媒体２０は、たとえば、球状で微細な多孔体であってもよい。

【0015】

容器３０は、水素の製造に用いられる反応媒体２０を収容する。容器３０は、排気管１０の内部に位置する。かかる容器３０の詳細な構成については後述する。

【0016】

水蒸気供給部４０は、容器３０に水蒸気Ｖを供給することで、かかる容器３０内に収容される反応媒体２０に水蒸気Ｖを供給する。水蒸気供給部４０は、フローガス供給源４１と、第２熱交換器４２と、第３熱交換器４３と、第１熱交換器４４と、水蒸気供給路５０とを有していてもよい。

【0017】

水蒸気供給部４０には、フローガス供給源４１を基準にして、水蒸気供給路５０の上流側から順に、第２熱交換器４２、第３熱交換器４３および第１熱交換器４４が位置していてもよい。また、水蒸気供給路５０は、供給路５１と、供給路５２と、供給路５３と、供給路５４とを有していてもよい。

【0018】

供給路５１は、たとえば、フローガス供給源４１と第２熱交換器４２との間を接続する配管である。供給路５２は、たとえば、第２熱交換器４２と第３熱交換器４３との間を接続する配管である。供給路５３は、たとえば、第３熱交換器４３と第１熱交換器４４との間を接続する配管である。供給路５４は、たとえば、第１熱交換器４４と容器３０との間を接続する配管である。

【0019】

フローガス供給源４１は、供給路５１を通じて、水蒸気供給部４０の第２熱交換器４２に水Ｌを供給してもよい。なお、フローガス供給源４１は、供給路５１を通じて、水Ｌではなく水蒸気を供給してもよい。また、フローガス供給源４１から供給される水蒸気は、水蒸気発生装置で生成されてもよいし、別の炉から供給される水蒸気であってもよい。

【0020】

また、フローガス供給源４１から第２熱交換器４２へは、フローガスＦ（図２参照）も供給されてもよい。かかるフローガスＦは、たとえば、非酸化性ガスであってもよく、たとえば、Ｎ_２ガス、ＡｒガスおよびＣＯ_２ガスなどであってもよい。

【0021】

第２熱交換器４２は、排気管１０において容器３０よりも下流側に位置する。第２熱交換器４２は、排気管１０の内部を通流する排気ガスＧの熱を利用して、フローガス供給源４１から供給される各種フローガスを加熱する。

【0022】

第３熱交換器４３は、後述する水素排出路６０に位置する。第３熱交換器４３は、水素排出路６０の内部を通流するフローガスの熱を利用して、第２熱交換器４２で加熱された各種フローガスをさらに加熱する。

【0023】

第１熱交換器４４は、排気管１０において容器３０よりも上流側に位置する。第１熱交換器４４は、排気管１０の内部を通流する排気ガスＧの熱を利用して、第３熱交換器４３で加熱された各種フローガスをさらに加熱する。そして、第１熱交換器４４で加熱された各種フローガスは、容器３０に供給される。

【0024】

また、容器３０には、内部の反応媒体２０に供給された各種フローガスと、たとえば水蒸気Ｖから生成された水素ガスとを容器３０の内部から排出する水素排出路６０が接続される。かかる水素排出路６０には、容器３０を基準にして、上流側から順に、第３熱交換器４３、冷却器７１、気液分離器７２および回収部７３が位置していてもよい。

【0025】

また、水素排出路６０は、排出路６１と、排出路６２と、排出路６３と、排出路６４とを有していてもよい。排出路６１は、たとえば、容器３０と第３熱交換器４３との間を接続する配管である。排出路６２は、たとえば、第３熱交換器４３と冷却器７１との間を接続する配管である。

【0026】

排出路６３は、たとえば、冷却器７１と気液分離器７２との間を接続する配管である。排出路６４は、たとえば、気液分離器７２と回収部７３との間を接続する配管である。

【0027】

第３熱交換器４３は、水蒸気供給路５０を通流する各種フローガスを利用して、容器３０から排出された各種フローガスを冷却する。冷却器７１は、第３熱交換器４３で冷却された各種フローガスをさらに冷却する。かかる冷却器７１には、たとえば、図示しない冷却媒体、たとえば冷却水が供給される。

【0028】

気液分離器７２は、冷却器７１で冷却された各種フローガスを、気体と液体とに分離する。回収部７３は、気液分離器７２で分離された気体を回収する。また、気液分離器７２で分離された液体は、回収路７４を通じてフローガス供給源４１に戻される。

【0029】

＜水素製造装置の動作＞
つづいて、水素製造装置１の具体的な動作について、引き続き図１を参照しながら説明する。図１に示すように、水素製造時において、フローガス供給源４１は、供給路５１を通じて、水蒸気供給部４０の第２熱交換器４２に水Ｌを供給する。かかる水Ｌは、たとえば室温であるが、室温よりも高い温度に昇温されていてもよい。なお、フローガス供給源４１は、供給路５１を通じて、第２熱交換器４２に水Ｌではなく水蒸気を供給してもよい。

【0030】

第２熱交換器４２は、排気管１０の内部を通流する排気ガスＧの熱を利用して、フローガス供給源４１から供給される水Ｌを加熱し、水蒸気Ｖを生成する。実施形態に係る水素製造処理において、第２熱交換器４２の近傍を流れる排気ガスＧの温度は、たとえば、３５０℃程度であってもよい。また、第２熱交換器４２で生成される水蒸気Ｖの温度は、たとえば、２５０℃程度であってもよい。

【0031】

第３熱交換器４３は、水素排出路６０の内部を通流するフローガスの熱を利用して、第２熱交換器４２から供給される水蒸気Ｖをさらに３００℃程度に加熱する。水素排出路６０の内部を通流する媒体の温度は、６００℃程度であってもよい。

【0032】

第１熱交換器４４は、排気管１０の内部を通流する排気ガスＧの熱を利用して、第３熱交換器４３から供給される水蒸気Ｖをさらに加熱する。実施形態に係る水素製造処理において、第１熱交換器４４の近傍を流れる排気ガスＧの温度は、たとえば、１１００℃程度であってもよい。また、第１熱交換器４４で加熱された水蒸気Ｖの温度は、たとえば、６００℃程度であってもよい。このように複数の熱交換器を連結することで、水蒸気Ｖの温度を徐々に高くできる。

【0033】

そして、第１熱交換器４４は、水蒸気供給路５０を通じて容器３０内に加熱した水蒸気Ｖを供給する。容器３０内に供給される水蒸気Ｖは、還元された反応媒体２０と接触して酸素および水素に分解される。

【0034】

すなわち、実施形態では、容器３０内で還元された反応媒体２０と水蒸気Ｖとが接触することにより、水蒸気Ｖに含まれる酸素が反応媒体２０の酸素欠陥に取り込まれるとともに、水素が発生する。

【0035】

ここで、実施形態では、容器３０が排気管１０の内部に位置していてもよい。これにより、容器３０内部の反応媒体２０を所望の反応温度まで効率よく昇温することができる。したがって、実施形態によれば、水素の生成効率が高い。

【0036】

なお、実施形態に係る水素製造処理において、容器３０の近傍を流れる排気ガスＧの温度は、たとえば、８００℃程度であってもよい。

【0037】

また、実施形態では、水蒸気供給路５０において最も下流側に位置する第１熱交換器４４が、排気管１０において容器３０よりも上流側に位置していてもよい。これにより、反応媒体２０に供給される水蒸気Ｖを、より高温の排気ガスＧによって所望の反応温度まで効率よく昇温することができる。

【0038】

したがって、実施形態によれば、水素の生成効率が高い。

【0039】

また、実施形態では、水蒸気供給路５０において上流側に位置する第２熱交換器４２が、排気管１０において容器３０よりも下流側に位置していてもよい。

【0040】

これにより、排気管１０において第１熱交換器４４および容器３０よりも下流側に位置しているものの、室温と比べて十分に高温な排気ガスＧの熱を無駄にすることなく、かかる排気ガスＧの熱で室温の水Ｌから水蒸気Ｖを生成することができる。したがって、実施形態によれば、水素の生成効率が高い。

【0041】

また、実施形態では、図１に示すように、反応媒体２０内部での水蒸気Ｖの向きと、排気管１０における排気ガスＧの向きとが向かい合うように、すなわち水蒸気Ｖと排気ガスＧとが向流になるように水蒸気Ｖおよび排気ガスＧの向きが設定されてもよい。

【0042】

これにより、反応媒体２０における温度差を小さくできるため、水素の生成効率がさらに高い。

【0043】

図１の説明を続ける。実施形態に係る水素製造処理において、容器３０からは、反応媒体２０によって生成された水素ガスと、反応に用いられなかった水蒸気Ｖとの混合ガスが排出される。なお、本開示の各図面では、水素ガスを「Ｈ_２」と記載する。

【0044】

そして、容器３０から排出される混合ガスは、第３熱交換器４３において、第２熱交換器４２から供給される水蒸気Ｖと熱交換して冷却される。換言すると、第３熱交換器４３において、第２熱交換器４２から供給される水蒸気Ｖは、容器３０から排出される混合ガスと熱交換して加熱される。

【0045】

このように、実施形態では、第３熱交換器４３において、容器３０から排出される混合ガスと、第２熱交換器４２から供給される水蒸気Ｖとの間で熱交換することで、室温と比べて十分に高温な混合ガスの熱を無駄にすることなく、かかる混合ガスの熱で水蒸気Ｖを加熱することができる。さらに、実施形態では、第３熱交換器４３において、容器３０から排出される混合ガスを効率よく冷却することができる。

【0046】

冷却器７１は、第３熱交換器４３から供給される混合ガスをさらに冷却する。これにより、冷却器７１からは水素ガスと水Ｌとの混合流体が排出される。

【0047】

気液分離器７２は、冷却器７１から供給される水素ガスと水Ｌとの混合流体の水素ガスと水Ｌとを分離する。そして、気液分離器７２で分離された水素ガスは、回収部７３で回収される。また、気液分離器７２で分離された水Ｌは、回収路７４を通じてフローガス供給源４１に戻される。これにより、気液分離器７２まで到達した水Ｌを再利用することができる。

【0048】

また、実施形態では、排気管１０、水蒸気供給路５０および水素排出路６０を構成する配管の周囲に、断熱材が備わってもよい。これにより、これらの配管から熱が逃げることを抑制できるため、水素の生成効率がさらに高い。

【0049】

かかる断熱材としては、たとえば、レンガ、グラスウール、セラミックファイバー、ロックウールなどであり、接合には無機接着剤などを使用してもよい。

【0050】

図２は、実施形態に係る水素製造装置１における反応媒体２０の還元処理時の動作を模式的に示す図である。図２に示すように、反応媒体２０の還元処理時において、フローガス供給源４１は、供給路５１を通じて、水蒸気供給部４０の第２熱交換器４２にフローガスＦを供給する。かかるフローガスＦは、たとえば室温であるが、室温よりも高い温度に昇温されていてもよい。

【0051】

第２熱交換器４２は、排気管１０の内部を通流する排気ガスＧの熱を利用して、フローガス供給源４１から供給されるフローガスＦを加熱する。実施形態に係る水素製造処理において、第２熱交換器４２の近傍を流れる排気ガスＧの温度は、たとえば、３５０℃程度であってもよい。また、第２熱交換器４２で加熱されたフローガスＦの温度は、たとえば、３００℃程度であってもよい。

【0052】

第３熱交換器４３は、水素排出路６０の内部を通流するフローガスの熱を利用して、第２熱交換器４２から供給されるフローガスＦをさらに加熱する。

【0053】

第１熱交換器４４は、排気管１０の内部を通流する排気ガスＧの熱を利用して、第３熱交換器４３から供給されるフローガスＦをさらに加熱する。実施形態に係る水素製造処理において、第１熱交換器４４の近傍を流れる排気ガスＧの温度は、たとえば、１１００℃程度であってもよい。また、第１熱交換器４４で加熱されたフローガスＦの温度は、たとえば、１０００℃程度であってもよい。

【0054】

そして、第１熱交換器４４は、水蒸気供給路５０を通じて容器３０内に加熱したフローガスＦを供給する。なお、本開示において、第３熱交換器４３で加熱されたフローガスＦは、図示しないバイパス路を通じて、第１熱交換器４４を経由せずに容器３０に直接供給されてもよい。

【0055】

容器３０内に供給される高熱のフローガスＦは、保持する熱によって反応媒体２０を還元する。反応媒体２０の還元反応は、たとえば、フローガスＦで輸送される熱により、反応媒体２０を約１０００℃の温度まで加熱することによって実現される。なお、本開示において、反応媒体２０を還元する温度は、１０００℃より高くてもよいし、１０００℃より低くてもよい。

【0056】

ここで、実施形態では、容器３０が排気管１０の内部に位置していてもよい。これにより、容器３０内部の反応媒体２０を所望の反応温度まで効率よく昇温することができる。したがって、実施形態によれば、反応媒体２０の還元効率が高い。

【0057】

また、実施形態では、水蒸気供給路５０において最も下流側に位置する第１熱交換器４４が、排気管１０において容器３０よりも上流側に位置していてもよい。これにより、反応媒体２０に供給されるフローガスＦを、より高温の排気ガスＧによって所望の反応温度まで効率よく昇温することができる。

【0058】

したがって、実施形態によれば、反応媒体２０の還元効率が高い。

【0059】

また、実施形態では、水蒸気供給路５０において上流側に位置する第２熱交換器４２が、排気管１０において容器３０よりも下流側に位置していてもよい。

【0060】

これにより、排気管１０において第１熱交換器４４および容器３０よりも下流側に位置しているものの、室温と比べて十分に高温な排気ガスＧの熱を無駄にすることなく、かかる排気ガスＧの熱でフローガスＦを加熱することができる。したがって、実施形態によれば、反応媒体２０の還元効率が高い。

【0061】

また、実施形態では、図２に示すように、反応媒体２０内部でのフローガスＦの向きと、排気管１０における排気ガスＧの向きとが向かい合うように、すなわちフローガスＦと排気ガスＧとが向流になるように水蒸気Ｖおよび排気ガスＧの向きが設定されてもよい。

【0062】

これにより、反応媒体２０における温度差を小さくできるため、反応媒体２０の還元効率をさらに向上させることができる。

【0063】

図２の説明を続ける。実施形態に係る反応媒体２０の還元処理において、容器３０からは、反応媒体２０の還元反応によって生成された酸素ガスと、フローガスＦと、水素生成処理時に残っていた水蒸気Ｖとの混合ガスが排出される。なお、本開示の各図面では、酸素ガスを「Ｏ_２」と記載する。

【0064】

そして、容器３０から排出される酸素ガスとフローガスＦと水蒸気Ｖとの混合ガスは、第３熱交換器４３において、第２熱交換器４２から供給されるフローガスＦと熱交換して冷却される。換言すると、第３熱交換器４３において、第２熱交換器４２から供給されるフローガスＦは、容器３０から排出される混合ガスと熱交換して加熱される。

【0065】

このように、実施形態では、第３熱交換器４３において、容器３０から排出される混合ガスと、第２熱交換器４２から供給されるフローガスＦとの間で熱交換することで、室温と比べて十分に高温な混合ガスの熱を無駄にすることなく、かかる混合ガスの熱でフローガスＦを加熱することができる。さらに、実施形態では、第３熱交換器４３において、容器３０から排出される混合ガスを効率よく冷却することができる。

【0066】

冷却器７１は、第３熱交換器４３から供給される酸素ガスとフローガスＦと水蒸気Ｖとの混合ガスをさらに冷却する。これにより、冷却器７１からは酸素ガスとフローガスＦと水Ｌとの混合流体が排出される。なお、この水Ｌは、反応媒体２０から放出された酸素と、配管や容器に残っていた水素とが反応して発生したものであることから、発生しない場合もある。

【0067】

気液分離器７２は、冷却器７１から供給される酸素ガスとフローガスＦと水Ｌとの混合流体の酸素ガスおよびフローガスＦと、水Ｌとを分離する。そして、気液分離器７２で分離された酸素ガスおよびフローガスＦは、回収部７３で回収される。また、気液分離器７２で分離された水Ｌは、回収路７４を通じてフローガス供給源４１に戻される。これにより、気液分離器７２まで到達した水Ｌを、次に実施される水素製造処理において再利用することができる。

【0068】

＜容器の構成＞
つづいて、実施形態に係る容器３０の構成について、図３および図４を参照しながら説明する。図３は、実施形態に係る水素製造装置１の容器３０の構成の一例を示す斜視図であり、図４は、実施形態に係る水素製造装置１の容器３０の構成の一例を示す断面図である。

【0069】

図３および図４に示すように、実施形態に係る容器３０は、複数のプレート３１と、複数の連結部３２と、複数の補強部３３とを有していてもよい。プレート３１は、たとえば平板状であってもよく、内部に流路３１ａ（図７参照）を有していてもよい。

【0070】

連結部３２は、たとえば筒状であってもよく、隣接するプレート３１の流路３１ａ同士を連結していてもよい。連結部３２は、プレート３１の長手方向における一方の端部近傍に位置していてもよく、隣接するプレート３１同士の間を支持してもよい。

【0071】

補強部３３は、図４に示すように、プレート３１の長手方向において、連結部３２が位置する側とは反対側の端部近傍に位置し、隣接するプレート３１同士の間を支持する。

【0072】

また、実施形態では、図４に示すように、同じプレート３１に接続されるとともに、かかるプレート３１の反対面に接続される連結部３２同士において、一方の連結部３２が位置する側とは反対側の端部近傍に他方の連結部３２が位置する。

【0073】

これにより、容器３０の内部では、流路が蛇行するように位置する。また、かかる流路の上流側には、水蒸気供給路５０の供給路５４（図１参照）に繋がる導入部３４が接続され、下流側には水素排出路６０の排出路６１（図１参照）に繋がる排出部３５が接続される。

【0074】

また、容器３０の内部で蛇行する流路に、複数の反応媒体２０が充填されるように位置する。そして、隣接する反応媒体２０同士の間の隙間を通り抜けるように、容器３０の内部で蛇行する流路を水蒸気ＶやフローガスＦなどの各種フローガスが通流する。さらに、容器３０の外部では、隣接するプレート３１同士の間の隙間を排気ガスＧが通流する。

【0075】

ここまで説明したような構成にすることで、容器３０では、内部の流路と隣り合う表面の面積が広い。したがって、実施形態によれば、容器３０内に位置する複数の反応媒体２０を、容器３０の表面に接する排気ガスＧによって効率よく加熱することができる。

【0076】

また、実施形態では、隣接するプレート３１同士の間において、連結部３２が位置しない側に補強部３３を配置してもよく、このような構成を有すると、容器３０の強度が高い。さらに、容器３０に補強部３３を設けてもよく、このような構成とすると、隣接するプレート３１同士の間を通流する排気ガスＧの流れをプレート３１間に誘導できるため、容器３０において排気ガスＧの熱を受けやすくすることができる。

【0077】

また、実施形態では、プレート３１の内部のみならず、連結部３２の内部にも複数の反応媒体２０が位置してもよい。これにより、容器３０の内部に位置する反応媒体２０の量を増えるため、水素の生成効率がさらに高い。

【0078】

また、実施形態では、図３に示すように、隣接するプレート３１同士を同じ箇所で接続する連結部３２が複数位置し、かかる複数の連結部３２同士の間に隙間３２ａが形成されてもよい。これにより、隙間３２ａにも高温の排気ガスＧが通流することから、連結部３２内部での水素の生成効率がさらに高い。

【0079】

また、実施形態では、容器３０および各種の熱交換器が金属およびセラミックスのうち少なくとも一方で構成されてもよい。そのような構造ならば、耐熱性が高いので信頼性を向上することができる。金属としては、ステンレス、インコネルを含むニッケル合金などが好ましい。セラミックスとしては、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどが好ましい。

【0080】

また、実施形態では、反応媒体２０が多孔体であってもよい。これにより、反応媒体２０の内部にまで水蒸気ＶやフローガスＦを到達させることができるため、反応媒体２０の酸化還元反応が起こりやすい。したがって、実施形態によれば、水素の生成効率がさらに高い。

【0081】

また、実施形態では、反応媒体２０の大きさが小さいほどよい。これにより、反応媒体２０を導入部３４または排出部３５から容易に流し込むことができる。また、実施形態では、反応媒体２０は球状体であってもよい。これにより、隣接する反応媒体２０同士の間に隙間が形成されるため、フローガスや水蒸気などの圧損を小さくすることができる。

【0082】

＜熱交換器の構成＞
つづいて、実施形態に係る熱交換器、たとえば第１熱交換器４４の構成について、図５および図６を参照しながら説明する。図５は、実施形態に係る水素製造装置１の第１熱交換器４４の構成の一例を示す斜視図であり、図６は、実施形態に係る水素製造装置１の第１熱交換器４４の構成の一例を示す断面図である。

【0083】

なお、以下の説明では、第１熱交換器４４の構成について示すが、本開示に記載のその他の熱交換器、たとえば第２熱交換器４２なども同様の構成であってもよい。

【0084】

図５および図６に示すように、実施形態に係る第１熱交換器４４は、複数のプレート４５と、複数の連結部４６と、複数の補強部４７とを有していてもよい。プレート４５は、たとえば平板状であってもよく、内部に流路を有していてもよい。

【0085】

連結部４６は、たとえば筒状であってもよく、隣接するプレート４５の流路同士を連結してもよい。連結部４６は、プレート４５の長手方向における一方の端部近傍に位置してもよく、隣接するプレート４５同士の間を支持してもよい。

【0086】

補強部４７は、図６に示すように、プレート４５の長手方向において、連結部４６が位置する側とは反対側の端部近傍に位置し、隣接するプレート４５同士の間を支持する。

【0087】

また、実施形態では、図６に示すように、連結部４６は、一つのプレート４５の両面にそれぞれ接続されていてもよい。図６に示すように、一方の連結部４６が一つのプレート４５の上側端部に接続する場合、他方の連結部４６は、一つのプレート４５の下側端部に接続されていてもよい。

【0088】

このような構造とすることで、第１熱交換器４４の内部では、流路が蛇行するように位置してもよい。また、かかる流路の上流側には、水蒸気供給路５０の供給路５３（図１参照）に繋がる導入部４８が接続され、下流側には水蒸気供給路５０の供給路５４（図１参照）に繋がる排出部４９が接続される。さらに、第１熱交換器４４の外部では、隣接するプレート４５同士の間の隙間を排気ガスＧが通流する。

【0089】

ここまで説明したような構成にすることで、第１熱交換器４４では、内部の流路と隣り合う表面の面積が広い。したがって、実施形態によれば、第１熱交換器４４内を通流する各種フローガスを、第１熱交換器４４の表面に接する排気ガスＧによって効率よく加熱することができる。

【0090】

また、実施形態では、隣接するプレート４５同士の間において、連結部４６が位置しない側に補強部４７を配置することで、第１熱交換器４４の強度が高い。さらに、第１熱交換器４４に補強部４７を設けることで、隣接するプレート３１同士の間を通流する排気ガスＧの流れを阻害できるため、第１熱交換器４４において排気ガスＧの熱を受けやすくすることができる。

【0091】

また、実施形態では、図５に示すように、隣接するプレート４５同士を同じ箇所で接続する連結部４６が複数位置していてもよく、かかる複数の連結部４６同士の間に隙間４６ａが形成されてもよい。これにより、隙間４６ａに高温の排気ガスＧが通流することから、連結部４６内部での各種フローガスの加熱効率がさらに高い。

【0092】

＜変形例１＞
つづいて、実施形態に係る水素製造装置１の各種変形例について、図７～図１０を参照しながら説明する。なお、以下に示す各種変形例では、実施形態と同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略することがある。

【0093】

図７は、実施形態の変形例１に係る水素製造装置１の容器３０の構成の一例を示す断面図であり、図８は、実施形態の変形例１に係る水素製造装置１の容器３０の構成の一例を示す平面図である。

【0094】

図７に示すように、変形例１に係る容器３０は、上記の実施形態と同様に、複数のプレート３１と、連結部３２と、補強部３３とを有する。

【0095】

また、変形例１では、プレート３１、連結部３２および補強部３３が一体のセラミックスで構成されてもよい。プレート３１、連結部３２および補強部３３を構成する一体のセラミックスは、たとえば、図７に示すように、所定の形状のグリーンシートを積層して積層体を形成し、かかる積層体を焼成することで形成されてもよい。

【0096】

このように、プレート３１、連結部３２および補強部３３を一体のセラミックスで構成することで、容器３０の強度が高い。

【0097】

また、変形例１では、連結部３２および補強部３３を構成する一体のセラミックスの内部に、加熱部３６が位置してもよい。加熱部３６は、たとえばヒータであり、タングステン、モリブデン、タンタル、タングステン炭化物、モリブデン炭化物、タンタル炭化物または窒化チタンなどの電熱部３６ａを有していてもよい。加熱部３６は、この電熱部３６ａに電極取出部３６ｂを介して電力が供給されることで加熱する。

【0098】

電熱部３６ａの両端と繋がる電極取出部３６ｂは、たとえば、窒化チタンで構成されてもよい。なお、加熱部３６は、ヒータでなくてもよく、たとえば加熱気体が供給されることで反応媒体２０を加熱する機能を有するものでもよい。

【0099】

変形例１では、所望の酸化還元反応に対して排気ガスＧが十分な温度でない場合でも、加熱部３６を動作させて反応媒体２０を追加熱することで、所望の酸化還元反応を良好に実施することができる。したがって、変形例１によれば、本開示の水素製造装置１を各種の加熱炉２に適用させることができる。

【0100】

また、変形例１では、たとえば、電熱部３６ａがプレート３１の内部に埋め込まれるとともに、電極取出部３６ｂが導入部３４または排出部３５の内部に埋め込まれてもよい。これにより、電熱部３６ａおよび電極取出部３６ｂが排気ガスＧに直接曝されなくなるため、電熱部３６ａおよび電極取出部３６ｂの信頼性が高い。

【0101】

なお、電熱部３６ａおよび電極取出部３６ｂを容器３０の内部に埋め込む手法としては、所定の形状のグリーンシートを積層して積層体を形成する際に、グリーンシート上に金属ペーストを所定のパターンで塗布し、積層体を焼成することで形成することができる。

【0102】

また、変形例１では、複数の反応媒体２０が、容器３０の内部を流れる各種フローガスの流れに沿って配置されてもよい。これにより、水蒸気Ｖが複数の反応媒体２０に効率よく接触するため、水素の生成効率がさらに高い。

【0103】

電熱部３６ａは、反応媒体２０を加熱する機能を有するため、電熱部３６ａと反応媒体２０間の距離は小さい方がよい。また、電熱部３６ａの熱を反応媒体２０に効率よく伝えるために、電熱部３６ａの表面から垂直な方向から見た場合、変形例１のように、複数の反応媒体２０は電熱部３６ａと重なっていてもよい。

【0104】

また、変形例１では、図８に示すように、加熱部３６の電熱部３６ａにおいて、電極取出部３６ｂに近い部位が遠い部位よりも幅広になっていてもよい。これにより、電極取出部３６ｂに近い部位の電熱部３６ａの過剰な発熱を抑制できるため、電極取出部３６ｂの温度上昇を抑制することができる。

【0105】

なお、本開示において、加熱部３６の電熱部３６ａの平面配置は図８の例に限られず、たとえば、電熱部３６ａが平面視で蛇行して位置していてもよい。これにより、複数の反応媒体２０を効率よく加熱することができる。

【0106】

＜変形例２＞
図１などに示した上記の実施形態では、水蒸気供給部４０が水蒸気Ｖだけでなく、フローガスＦも供給する例について示したが、本開示はかかる例に限られない。図９は、実施形態の変形例２に係る水素製造装置１の構成および水素製造時の動作を模式的に示す図である。

【0107】

図９に示すように、変形例２に係る水素製造装置１は、容器３０に水蒸気Ｖを供給する水蒸気供給部４０と、容器３０にフローガスＦを供給する流体供給部８０とを備える。

【0108】

図９に示すように、水素製造時において、フローガス供給源４１は、供給路５１を通じて、水蒸気供給部４０の第２熱交換器４２に水Ｌを供給する。かかる水Ｌは、たとえば室温であるが、室温よりも高い温度に昇温されていてもよい。

【0109】

第２熱交換器４２は、排気管１０の内部を通流する排気ガスＧの熱を利用して、フローガス供給源４１から供給される水Ｌを加熱し、水蒸気Ｖを生成してもよい。変形例２に係る水素製造処理において、第２熱交換器４２の近傍を流れる排気ガスＧの温度は、たとえば、６８０℃程度であってもよい。また、第２熱交換器４２で生成される水蒸気Ｖの温度は、たとえば、１３８℃程度であってもよい。

【0110】

第３熱交換器４３は、水素排出路６０の内部を通流するフローガスの熱を利用して、第２熱交換器４２から供給される水蒸気Ｖをさらに加熱する。変形例２に係る水素製造処理において、第３熱交換器４３の近傍を流れるフローガスの温度は、たとえば、６００℃程度であってもよい。また、第３熱交換器４３で加熱された水蒸気Ｖの温度は、たとえば、３７０℃程度であってもよい。

【0111】

第１熱交換器４４は、排気管１０の内部を通流する排気ガスＧの熱を利用して、第３熱交換器４３から供給される水蒸気Ｖをさらに加熱する。変形例２に係る水素製造処理において、第１熱交換器４４の近傍を流れる排気ガスＧの温度は、たとえば、１０００℃程度であってもよい。また、第１熱交換器４４で加熱された水蒸気Ｖの温度は、たとえば、６００℃程度であってもよい。

【0112】

変形例２に係る流体供給部８０は、流体供給源８１と、第５熱交換器８２と、第３熱交換器４３と、第４熱交換器８３と、流体供給路９０とを有する。これらの部位のうち、第３熱交換器４３は、水蒸気供給部４０と共用されてもよい。

【0113】

流体供給部８０には、流体供給源８１を基準にして、流体供給路９０の上流側から順に、第５熱交換器８２、第３熱交換器４３および第４熱交換器８３が位置する。また、流体供給路９０は、供給路９１と、供給路９２と、供給路９３と、供給路９４とを有する。

【0114】

供給路９１は、たとえば、流体供給源８１と第５熱交換器８２との間を接続する配管である。供給路９２は、たとえば、第５熱交換器８２と第３熱交換器４３との間を接続する配管である。供給路９３は、たとえば、第３熱交換器４３と第４熱交換器８３との間を接続する配管である。供給路９４は、たとえば、第４熱交換器８３と容器３０との間を接続する配管である。

【0115】

図９に示すように、水素製造時において、流体供給源８１は、供給路９１を通じて、流体供給部８０の第５熱交換器８２にフローガスＦを供給する。かかるフローガスＦは、たとえば室温であるが、室温よりも高い温度に昇温されていてもよい。

【0116】

第５熱交換器８２は、排気管１０において容器３０よりも下流側に位置する。第５熱交換器８２は、排気管１０の内部を通流する排気ガスＧの熱を利用して、流体供給源８１から供給されるフローガスＦを加熱する。

【0117】

流体供給部８０における第３熱交換器４３は、水素排出路６０の内部を通流するフローガスの熱を利用して、第５熱交換器８２から供給されるフローガスＦをさらに加熱する。すなわち、変形例２の第３熱交換器４３は、２系統ｖｓ１系統のマルチチャンネルの熱交換器である。

【0118】

第４熱交換器８３は、排気管１０において容器３０よりも上流側に位置する。第４熱交換器８３は、排気管１０の内部を通流する排気ガスＧの熱を利用して、第３熱交換器４３で加熱されたフローガスＦをさらに加熱する。そして、第４熱交換器８３で加熱されたフローガスＦは、容器３０に供給される。

【0119】

変形例２に係る水素製造処理において、第４熱交換器８３の近傍を流れる排気ガスＧの温度は、たとえば、１０００℃程度であってもよい。また、第４熱交換器８３で加熱されたフローガスＦの温度は、たとえば、６００℃程度であってもよい。

【0120】

そして、変形例２では、第１熱交換器４４が水蒸気供給路５０を通じて容器３０内に加熱された水蒸気Ｖを供給するとともに、第４熱交換器８３が流体供給路９０を通じて容器３０内に加熱されたフローガスＦを供給する。容器３０内に供給される水蒸気Ｖは、還元された反応媒体２０と接触して酸素および水素に分解される。

【0121】

すなわち、変形例２では、容器３０内で還元された反応媒体２０と水蒸気Ｖとが接触することにより、水蒸気Ｖに含まれる酸素が反応媒体２０の酸素欠陥に取り込まれるとともに、水素が発生する。なお、変形例２に係る水素製造処理において、容器３０の近傍を流れる排気ガスＧの温度は、たとえば、８０４℃程度であってもよい。

【0122】

ここまで説明した変形例２では、容器３０に水蒸気Ｖを供給する水蒸気供給部４０と、容器３０にフローガスＦを供給する流体供給部８０とを個別に設けることで、容器３０に供給される水蒸気Ｖの温度とフローガスＦの温度とをそれぞれ独立に調整することができる。

【0123】

したがって、変形例２によれば、反応媒体２０に供給される水蒸気Ｖの温度とフローガスＦの温度とをそれぞれ最適化できるため、水素の生成効率がさらに高い。

【0124】

また、変形例２では、容器３０に水蒸気Ｖを供給する水蒸気供給部４０と、容器３０にフローガスＦを供給する流体供給部８０とを個別に設けることで、容器３０に供給される水蒸気Ｖの分圧とフローガスＦの分圧とをそれぞれ独立に調整することができる。

【0125】

したがって、変形例２によれば、反応媒体２０に供給される水蒸気Ｖの分圧とフローガスＦの分圧とをそれぞれ最適化できるため、水素の生成効率がさらに高い。

【0126】

また、変形例２では、水蒸気供給路５０において最も下流側に位置する第１熱交換器４４と、流体供給路９０において最も下流側に位置する第４熱交換器８３とが、排気管１０において容器３０よりも上流側に位置していてもよい。これにより、反応媒体２０に供給される水蒸気ＶおよびフローガスＦを、より高温の排気ガスＧによって所望の反応温度まで効率よく昇温することができる。

【0127】

したがって、変形例２によれば、水素の生成効率が高い。なお、図９の例では、第４熱交換器８３が第１熱交換器４４よりも排気管１０の上流側に位置しているが、第４熱交換器８３は第１熱交換器４４よりも排気管１０の下流側に位置してもよい。

【0128】

また、変形例２では、水蒸気供給路５０において上流側に位置する第２熱交換器４２と、流体供給路９０において上流側に位置する第５熱交換器８２とが、排気管１０において容器３０よりも下流側に位置していてもよい。

【0129】

これにより、排気管１０において第１熱交換器４４および容器３０よりも下流側に位置しているものの、室温と比べて十分に高温な排気ガスＧの熱を無駄にすることなく、かかる排気ガスＧの熱で室温の水Ｌから水蒸気Ｖを生成することができる。さらに、室温と比べて十分に高温な排気ガスＧの熱を無駄にすることなく、かかる排気ガスＧの熱でフローガスＦを加熱することができる。

【0130】

したがって、変形例２によれば、水素の生成効率が高い。なお、図９の例では、第５熱交換器８２が第２熱交換器４２よりも排気管１０の上流側に位置しているが、第５熱交換器８２は第２熱交換器４２よりも排気管１０の下流側に位置してもよい。

【0131】

また、変形例２では、図９に示すように、反応媒体２０内部での水蒸気ＶおよびフローガスＦの向きと、排気管１０における排気ガスＧの向きとが向かい合うように、すなわち水蒸気ＶおよびフローガスＦと、排気ガスＧとが向流になるように向きが設定されてもよい。

【0132】

これにより、反応媒体２０における温度差を小さくできるため、水素の生成効率がさらに高い。

【0133】

図９の説明を続ける。変形例２に係る水素製造処理において、容器３０からは、反応媒体２０によって生成された水素ガスと、反応に用いられなかった水蒸気Ｖと、フローガスＦとの混合ガスが排出される。

【0134】

そして、容器３０から排出される水素ガス、水蒸気ＶおよびフローガスＦの混合ガスは、第３熱交換器４３において、第２熱交換器４２から供給される水蒸気Ｖおよび第５熱交換器８２から供給されるフローガスＦと熱交換して冷却される。

【0135】

換言すると、第３熱交換器４３において、第２熱交換器４２から供給される水蒸気Ｖと、第５熱交換器８２から供給されるフローガスＦとは、容器３０から排出される混合ガスと熱交換して加熱される。

【0136】

このように、変形例２では、第３熱交換器４３において、容器３０から排出される混合ガスと、第２熱交換器４２から供給される水蒸気Ｖおよび第５熱交換器８２から供給されるフローガスＦとの間で熱交換することで、室温と比べて十分に高温な混合ガスの熱を無駄にすることなく、かかる混合ガスの熱で水蒸気ＶおよびフローガスＦを加熱することができる。

【0137】

さらに、変形例２では、第３熱交換器４３において、容器３０から排出される混合ガスを効率よく冷却することができる。

【0138】

冷却器７１は、第３熱交換器４３から供給される水素ガス、水蒸気ＶおよびフローガスＦの混合ガスをさらに冷却する。これにより、冷却器７１からは水素ガス、水ＬおよびフローガスＦの混合流体が排出される。

【0139】

気液分離器７２は、冷却器７１から供給される水素ガス、水Ｌ、およびフローガスＦの混合流体を分離する。そして、気液分離器７２で分離された水素ガスおよびフローガスＦは、回収部７３で回収される。

【0140】

変形例２では、回収部７３で回収されたフローガスＦを流体供給源８１に戻すことで、かかるフローガスＦを再利用することができる。また、気液分離器７２で分離された水Ｌは、回収路７４を通じてフローガス供給源４１に戻される。これにより、気液分離器７２まで到達した水Ｌを再利用することができる。

【0141】

また、変形例２では、排気管１０、水蒸気供給路５０、水素排出路６０および流体供給路９０を構成する配管の周囲に、断熱材が備わってもよい。これにより、これらの配管から熱が逃げることを抑制できるため、水素の生成効率がさらに高い。

【0142】

図１０は、実施形態の変形例２に係る水素製造装置１における反応媒体２０の還元処理時の動作を模式的に示す図である。

【0143】

図１０に示すように、反応媒体２０の還元処理時において、流体供給部８０は、上記の水素製造時と同様に、フローガスＦを容器３０に供給する。一方で、反応媒体２０の還元処理時において、水蒸気供給部４０は、水蒸気Ｖを容器３０に供給しない。

【0144】

容器３０内に供給される高熱のフローガスＦは、保持する熱によって反応媒体２０を還元する。反応媒体２０の還元反応は、たとえば、フローガスＦで輸送される熱により、反応媒体２０を約１０００℃の温度まで加熱することによって実現される。反応媒体２０を還元する温度は、１０００℃より高くてもよいし、１０００℃より低くてもよい。

【0145】

変形例２に係る反応媒体２０の還元処理において、容器３０からは、反応媒体２０の還元反応によって生成された酸素ガスと、フローガスＦと、水素生成処理時に残っていた水蒸気Ｖとの混合ガスが排出される。

【0146】

そして、容器３０から排出される酸素ガスとフローガスＦと水蒸気Ｖとの混合ガスは、第３熱交換器４３において、第５熱交換器８２から供給されるフローガスＦと熱交換して冷却される。換言すると、第３熱交換器４３において、第５熱交換器８２から供給されるフローガスＦは、容器３０から排出される混合ガスと熱交換して加熱される。

【0147】

冷却器７１は、第３熱交換器４３から供給される酸素ガスとフローガスＦと水蒸気Ｖとの混合ガスをさらに冷却する。これにより、冷却器７１からは酸素ガスとフローガスＦと水Ｌとの混合流体が排出される。なお、この水Ｌは、反応媒体２０から放出された酸素と、配管や容器に残っていた水素とが反応して発生したものであることから、発生しない場合もある。

【0148】

気液分離器７２は、冷却器７１から供給される酸素ガスとフローガスＦと水Ｌとの混合流体を分離する。そして、気液分離器７２で分離された酸素ガスおよびフローガスＦは、回収部７３で回収される。

【0149】

変形例２では、回収部７３で回収されたフローガスＦを流体供給源８１に戻すことで、かかるフローガスＦを再利用することができる。また、気液分離器７２で分離された水Ｌは、回収路７４を通じてフローガス供給源４１に戻される。これにより、気液分離器７２まで到達した水Ｌを、次に実施される水素製造処理において再利用することができる。

【0150】

実施形態に係る水素製造装置１は、反応媒体２０と、容器３０と、水蒸気供給部４０と、排気管１０と、を備える。容器３０は、反応媒体２０を収容する。水蒸気供給部４０は、反応媒体２０に水蒸気供給路５０を通じて水蒸気Ｖを供給する。排気管１０は、加熱炉２から加熱された排気ガスＧを排出する。また、容器３０は、排気管１０内に位置する。これにより、水素の生成効率が高い。

【0151】

また、実施形態に係る水素製造装置１において、水蒸気供給部４０は、容器３０よりも排気管１０の上流側に位置する第１熱交換器４４を有する。これにより、水素の生成効率が高い。

【0152】

また、実施形態に係る水素製造装置１において、水蒸気供給部４０は、容器３０よりも排気管１０の下流側に位置する第２熱交換器４２を有し、水蒸気供給路５０において、第２熱交換器４２は第１熱交換器４４よりも上流側に位置する。これにより、水素の生成効率が高い。

【0153】

また、実施形態に係る水素製造装置１において、水蒸気供給部４０は、水蒸気供給路５０において第１熱交換器４４と第２熱交換器４２との間に位置する第３熱交換器４３を有する。また、第３熱交換器４３は、容器３０から水素ガスを排出する水素排出路６０に位置する。これにより、水素の生成効率が高い。

【0154】

また、実施形態に係る水素製造装置１において、容器３０は、セラミックスからなる。これにより、容器３０の信頼性を向上させることができる。

【0155】

また、実施形態に係る水素製造装置１において、容器３０は、反応媒体２０を加熱する加熱部３６を有する。これにより、各種の加熱炉２に本開示の水素製造装置１を適用させることができる。

【0156】

また、実施形態に係る水素製造装置１において、水蒸気供給路５０からは、フローガスＦも供給され、フローガスＦは、非酸化性ガスである。これにより、水素の生成効率が高い。

【0157】

また、実施形態に係る水素製造装置１は、反応媒体２０に流体供給路９０を通じてフローガスＦを供給する流体供給部８０、を備える。また、フローガスＦは、非酸化性ガスである。これにより、水素の生成効率がさらに高い。

【0158】

また、実施形態に係る水素製造装置１において、流体供給部８０は、容器３０よりも排気管１０の上流側に位置する第４熱交換器８３を有する。これにより、水素の生成効率が高い。

【0159】

また、実施形態に係る水素製造装置１において、流体供給部８０は、容器３０よりも排気管１０の下流側に位置する第５熱交換器８２を有する。また、流体供給路９０において、第５熱交換器８２は第４熱交換器８３よりも上流側に位置する。これにより、水素の生成効率が高い。

【0160】

また、実施形態に係る水素製造装置１において、フローガスＦは、Ａｒガス、Ｎ_２ガス、ＣＯ_２ガスの少なくとも一種を含有する。これにより、水素の生成効率が高い。

【0161】

以上、本開示の各実施形態について説明したが、本開示は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

【0162】

今回開示された各実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した各実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の各実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【符号の説明】

【0163】

１ 水素製造装置
２ 加熱炉
１０ 排気管
２０ 反応媒体
３０ 容器
３６ 加熱部
４０ 水蒸気供給部
４２ 第２熱交換器
４３ 第３熱交換器
４４ 第１熱交換器
５０ 水蒸気供給路
６０ 水素排出路
８０ 流体供給部
８２ 第５熱交換器
８３ 第４熱交換器
９０ 流体供給路
Ｆ フローガス
Ｇ 排気ガス
Ｌ 水
Ｖ 水蒸気

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】