特許 7426223 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】

(24)【登録日】2024-01-24

(45)【発行日】2024-02-01

(54)【発明の名称】水素製造装置

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/00 20060101AFI20240125BHJP

   C01B 3/38 20060101ALI20240125BHJP

   C01B 3/56 20060101ALI20240125BHJP

   C01B 3/48 20060101ALN20240125BHJP

   H01M 8/0606 20160101ALN20240125BHJP

【ＦＩ】

C01B3/00 Z

C01B3/38

C01B3/56 Z

C01B3/48

H01M8/0606

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019226795

(22)【出願日】2019-12-16

(65)【公開番号】P2021095302

(43)【公開日】2021-06-24

【審査請求日】2022-05-23

(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】弁理士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

(72)【発明者】

【氏名】飯沼 広基

【審査官】佐藤 慶明

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１７９４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１１１９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１５５２４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０４０６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５２５３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－００８０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭５０－００２８７８（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１４－０１４７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２１４７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】安全弁，ウィキペディア （Wayback Machine），[online]，2019年03月31日，［令和５年８月１７日検索］，インターネット＜URL：https://web.archive.org/web/20190331095408/https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%AE%89%E5%85%A8%E5%BC%81＞

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０１Ｂ ３／００ － ６／３４

Ｈ０１Ｍ ８／０４ － ８／０６６８

Ｆ１７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化水素を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、
前記改質器によって生成された改質ガスを圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機によって圧縮された改質ガスから水素ガスを精製する水素精製器と、
前記水素精製器によって精製されて供給対象設備へ向かう水素ガスが流れる水素供給管と、
前記水素供給管に配置され、前記水素精製器側の水素ガスの圧力が予め決められた設定圧力以上で、前記供給対象設備側への水素ガスの流れを許容する許容部材と、
前記水素供給管に配置される逆止弁と、
前記水素供給管において前記逆止弁に対して上流側の部分から分岐しているベント管と、
前記ベント管の途中に配置され、前記水素供給管の水素ガスの圧力が、前記設定圧力より大きい過大圧力以上となると前記ベント管の下流側への水素ガスの流れを許容する他の許容部材と、
を備える水素製造装置。

【請求項2】

前記水素供給管において前記許容部材に対して下流側に配置され、前記水素精製器によって精製された水素ガスを一旦貯留する水素ホルダを備える請求項１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】

特許文献１に記載の水素製造装置では、原料炭化水素を水蒸気改質装置によって改質された改質ガスが、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）装置（水素精製器）へ供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－３３５５０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来、水素製造装置の水素精製器で精製された水素ガスは、水素ガスの圧力に関わらず水素供給管を流れて工場等の供給対象設備へ供給される。ここで、例えば、供給対象設備で消費する水素ガスの量が変化すると、水素供給管の水素ガスの圧力が変動することがある。この水素ガスの圧力変動によって、水素精製器側の水素ガスの圧力が変動してしまうことがある。

【0005】

本発明の課題は、水素ガスの圧力に関わらず水素ガスが水素供給管を流れる場合と比して、水素供給管の水素ガスの圧力変動に起因して、水素精製器側の水素ガスの圧力が低下するのを抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１態様に係る水素製造装置は、炭化水素を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、前記改質器によって生成された改質ガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮された改質ガスから水素ガスを精製する水素精製器と、前記水素精製器によって精製されて供給対象設備へ向かう水素ガスが流れる水素供給管と、前記水素供給管に配置され、前記水素精製器側の水素ガスの圧力が予め決められた設定圧力以上で、前記供給対象設備側への水素ガスの流れを許容する許容部材と、を備えることを特徴とする。

【0007】

この構成によると、圧縮手段が、改質ガスを圧縮し、水素精製器は、圧縮された改質カスから水素ガスを精製する。さらに、水素精製器によって精製されて供給対象設備へ向かう水素ガスが流れる水素供給管に配置された許容部材は、水素精製器側の水素ガスの圧力が設定圧力以上で、供給対象設備側への水素ガスの流れを許容する。

【0008】

ここで、例えば、供給対象設備で消費する水素ガスの量が変化することで、水素供給管の水素ガスの圧力が変動してしまうことがある。しかし、水素供給管には、許容部材が配置されている。つまり、水素供給管において許容部材の上流側の部分では、水素ガスの圧力が設定圧力以上となっている。

【0009】

このため、水素ガスの圧力に関わらず水素ガスが水素供給管を流れる場合と比して、水素供給管の水素ガスの圧力変動に起因して、水素精製器側の水素ガスの圧力が低下するのを抑制することである。

【0010】

第２態様に係る水素製造装置は、第１態様に記載の水素製造装置において、前記水素供給管に配置される逆止弁と、前記水素供給管において前記逆止弁に対して上流側の部分から分岐しているベント管と、前記ベント管の途中に配置され、前記水素供給管の水素ガスの圧力が、前記設定圧力より大きい過大圧力以上となると前記ベント管の下流側への水素ガスの流れを許容する他の許容部材と、を備えることを特徴とする。

【0011】

この構成によると、逆止弁が、水素ガスの水素精製器側への流れを制限する。さらに、ベント管の途中に配置され他の許容部材が、水素供給配管の水素ガスの圧力が、設定圧力より大きい過大圧力以上となるとベント管の下流側への水素ガスの流れを許容する。

【0012】

ここで、例えば、供給対象設備で消費する水素ガスの量が変化によって、水素供給管の水素ガスの圧力が変動してしまい、水素ガスが逆方向へ流れようとすることがある。しかし、このような場合でも、逆止弁を設けることで、水素ガスの水素精製器側への流れは制限される。また、逆止弁が水素ガスの流れを制限することで、水素供給配管の水素ガスの圧力が過大に高くなることがある。

【0013】

しかし、ベント管の途中には、他の許容部材が配置されている。これにより、他の許容部材が設けられていない場合と比して、水素供給配管の水素ガスが過大圧力以上となるのを抑制することができる。

【0014】

第３態様に係る水素製造装置は、第１又は２態様に記載の水素製造装置において、前記水素供給管において前記許容部材に対して下流側に配置され、前記水素精製器によって精製された水素ガスを一旦貯留する水素ホルダを備えることを特徴とする。

【0015】

この構成によると、水素供給管において許容部材に対して下流側には、水素精製器によって精製された水素ガスを一旦貯留する水素ホルダが配置されている。このため、水素ホルダが配置されない場合と比して、水素供給管の水素ガスの圧力変動に起因して、水素精製器側の水素ガスの圧力が変化するのを抑制することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、水素ガスの圧力に関わらず水素ガスが水素供給管を流れることができる場合と比して、水素供給管の水素ガスの圧力変動に起因して、水素精製器側の水素ガスの圧力が低下するのを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の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】本発明の実施形態に係る水素製造装置に備えられた検出装置を示した構成図である。

【図3】（Ａ）（Ｂ）本発明の実施形態に係る水素製造装置に備えられた水素精製器を示し、吸着脱着工程を示した工程図である。

【図4】（Ａ）（Ｂ）本発明の実施形態に係る水素製造装置に備えられた水素精製器を示し、吸着脱着工程を示した工程図である。

【図5】（Ａ）（Ｂ）本発明の実施形態に係る水素製造装置に備えられた水素精製器を示し、吸着脱着工程を示した工程図である。

【図6】本発明の実施形態に係る水素製造装置に備えられた水素精製器を示し、吸着脱着工程を示した工程図である。

【図7】本発明の実施形態に係る水素製造装置に備えられた水素精製器の制御部を示した機能ブロック図である。

【図8】本発明の実施形態に係る水素製造装置に備えられた水素精製器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9】（Ａ）（Ｂ）本発明の実施形態に係る水素製造装置に備えられた背圧弁を示した断面図である。

【図10】本発明の実施形態に係る水素製造装置に備えられた製品水素供給管の圧力変動をグラフで示した図面である。

【図11】本発明の実施形態に対する比較形態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】

【0018】

本発明の実施形態に係る水素製造装置の一例を図１～図１１に従って説明する。

【0019】

（水素製造装置１０）
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、脱硫器６０と、改質器１２と、圧縮機１４と、水素精製器１６と、オフガスタンク１８と、昇圧前水分離部３０と、昇圧後水分離部３２と、燃焼排ガス水分離部３４とを備えている。さらに、水素製造装置１０は、水素濃度を検出する検出装置５２と、逆止弁６６と、背圧弁７０と、水素ホルダ５０とを備えている。

【0020】

この水素製造装置１０は、炭化水素原料（原料ガス）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。なお、図１では、水素製造装置１０の構成を概略的に示しており、水素製造装置１０は、他の構成を含んでいてもよい。

【0021】

〔脱硫器６０〕
脱硫器６０は、常温下で原料ガスを吸着剤に流通させることで吸着剤が硫黄化合物を吸着し、硫黄化合物を除去する常温脱硫方式の脱硫器である。脱硫器６０は、原料ガスとして都市ガスを供給するための原料供給管Ｐ１の途中に配置されている。

【0022】

脱硫器６０の出口側に、脱硫処理された都市ガスを送出する、原料供給管Ｐ１の下流側の部分が接続されている。原料供給管Ｐ１は、図１に示されるように、原料分岐管Ｐ１Ａ、及び原料分岐管Ｐ１Ｂに分岐されている。

【0023】

原料分岐管Ｐ１Ａは、後述する改質器１２の一部（燃焼部２８）に接続され、原料分岐管Ｐ１Ｂは、改質器１２に接続されている。

【0024】

〔改質器１２〕
改質器１２は、脱硫処理された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２２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２４とを備える。また、改質器１２は、改質反応の熱源となる燃焼部２８を備える。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。

【0025】

また、改質器１２は、改質ガスＧ１に含まれる一酸化炭素と水蒸気とを反応させて、水素と二酸化炭素とに変換するＣＯ変成触媒層２６を備える。ＣＯ選択酸化触媒層を経た改質ガスＧ２では、改質ガスＧ１に比べ、一酸化炭素が低減される。改質器１２としては、筒状の部材を同心円状に配置して構成される多重筒型改質器等を用いることができる。

【0026】

改質器１２の予熱流路２２には、脱硫器６０から都市ガスを供給するための原料分岐管Ｐ１Ｂ、及び、改質水を供給するための改質水供給管Ｐ９が接続されている。予熱流路２２には、原料分岐管Ｐ１Ｂから都市ガスが供給され、改質水供給管Ｐ９から改質水が供給される。都市ガス及び改質水は、予熱流路２２を流れ、燃焼部２８からの熱により加熱され、水が気化され、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。

【0027】

予熱流路２２を経た混合ガスは、改質触媒層２４へ供給される。改質触媒層２４には、都市ガスを水蒸気改質して水素を主成分とする改質ガスＧ１を生成するための触媒が設けられている。予熱流路２２にて生成された混合ガスは、改質触媒層２４で燃焼部２８からの熱により加熱され、水蒸気改質反応、二酸化炭素改質反応によって、水素を主成分とする改質ガスＧ１が生成される。

【0028】

改質触媒層２４で生成された改質ガスＧ１は、ＣＯ変成触媒層２６へ供給される。ＣＯ変成触媒層２６では、改質ガスＧ１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。なお、ＣＯ変成触媒層２６よりも下流側に、更に一酸化炭素を除去するためのＣＯ選択酸化触媒層を設けてもよい。ＣＯ変成触媒層２６、またはＣＯ変成触媒層２６及びＣＯ選択酸化触媒層を経た改質ガスＧ２は、改質ガス排出管Ｐ３へ送出される。

【0029】

燃焼部２８の上端部には、オフガス管Ｐ７が接続されており、後述するオフガスがオフガス管Ｐ７から燃料として供給される。さらに、この燃焼部２８の上端部には、燃焼用空気を供給するための空気供給管Ｐ２が接続されている。また、燃焼部２８には、原料供給管Ｐ１から分岐された原料分岐管Ｐ１Ａが接続されている。原料分岐管Ｐ１Ａには、空気供給管Ｐ２から分岐された空気分岐管Ｐ２Ａが接続されている。燃焼部２８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とのいずれか一方、または両方が、必要に応じて供給される。

【0030】

燃焼部２８からの燃焼排ガスは、改質器１２の内部での熱交換のための流路（不図示）へ送出される。熱交換後の燃焼排ガスは、改質器１２の外部のガス排出管Ｐ１０へ排出される。

【0031】

改質器１２から改質ガス排出管Ｐ３へ送出された改質ガスＧ２は、図１に示すように、昇圧前水分離部３０、圧縮機１４、昇圧後水分離部３２、及び水素精製器１６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１２、昇圧前水分離部３０、圧縮機１４、昇圧後水分離部３２、及び水素精製器１６がこの順番で配置されている。

【0032】

〔昇圧前水分離部３０〕
昇圧前水分離部３０は、上部が気体室３０ａとされ、下部が液体室３０ｂとされている。気体室３０ａには、改質ガス排出管Ｐ３の下流端が接続されている。また、気体室３０ａには、連絡流路管Ｐ４の上流端が接続されている。液体室３０ｂの底部には、改質ガス水配管Ｐ８Ａが接続されている。改質ガスＧ２中の水蒸気は、昇圧前水分離部３０の上流側に配置された熱交換器ＨＥ１において冷却されることによって凝縮される。凝縮により改質ガスＧ２から分離された水は、液体室３０ｂに貯留され、改質ガス水配管Ｐ８Ａへ送出される。

【0033】

〔圧縮機１４〕
圧縮機１４には、昇圧前水分離部３０からの改質ガスＧ２が流れる連絡流路管Ｐ４と、昇圧後水分離部３２へ供給される改質ガスＧ２が流れる連絡流路管Ｐ５とが接続されている。圧縮機１４は、昇圧前水分離部３０から供給された改質ガスＧ２を圧縮して昇圧し、昇圧後水分離部３２へ供給する。

【0034】

圧縮機１４よりも上流側、昇圧前水分離部３０よりも下流側には、バッファタンク３５が設けられている。バッファタンク３５は、昇圧前水分離部３０から供給される改質ガスＧ２を蓄積する。バッファタンク３５で一旦貯留された改質ガスＧ２が、圧縮機１４へ供給される。

【0035】

〔昇圧後水分離部３２〕
昇圧後水分離部３２は、上部が気体室３２ａとされ、下部が液体室３２ｂとされている。気体室３２ａには、連絡流路管Ｐ５の下流端が接続されている。また、気体室３２ａには、連絡流路管Ｐ６の上流端が接続されている。液体室３２ｂの底部には、改質ガス水配管Ｐ８Ｂが接続されている。改質ガスＧ２中の水蒸気は、昇圧後水分離部３２の上流側に配置された熱交換器ＨＥ２において冷却されることによって凝縮される。凝縮により改質ガスＧ２から分離された水は、液体室３２ｂに貯留され、改質ガス水配管Ｐ８Ｂへ送出される。

【0036】

昇圧後水分離部３２よりも下流側、水素精製器１６よりも上流側には、バッファタンク３６が設けられている。バッファタンク３６は、昇圧後水分離部３２から供給される改質ガスＧ２を蓄積する。バッファタンク３６で一旦貯留された改質ガスＧ２は、水素精製器１６へ供給される。

【0037】

〔水素精製器１６〕
水素精製器１６には、昇圧後水分離部３２から送出された改質ガスＧ２が流れる連絡流路管Ｐ６の下流端が接続されている。水素精製器１６には、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）装置が使用される。この水素精製器１６により改質ガスＧ２が水素ガス（製品水素ガス）と水素以外の不純物を含むオフガスとに分離される。水素精製器１６には、製品水素配管Ｐ１１が接続されており、精製された製品水素ガスは製品水素配管Ｐ１１へ送出される。オフガスは、後述するオフガス管Ｐ７へ送出される。なお、水素精製器１６の詳細については、後述する。

【0038】

製品水素配管Ｐ１１は、水素ガスを供給する供給対象設備へ向かう製品水素供給管Ｐ１１Ａと、水素濃度測定器としての検出装置５２へ向かう製品水素分析用配管Ｐ１１Ｂとに分かれる。製品水素配管Ｐ１１及び製品水素供給管Ｐ１１Ａは、水素供給管の一例である。

【0039】

製品水素供給管Ｐ１１Ａの途中には、逆止弁６６、背圧弁７０、及び水素ホルダ５０が、ガスの流れ方向において、上流側から下流側にこの順番で設けられている。さらに、製品水素供給管Ｐ１１Ａにおいて、逆止弁６６の上流側の部分から分岐するベント管Ｐ１１Ｃが設けられている。ベント管Ｐ１１Ｃの途中には、製品水素供給管Ｐ１１Ａを流れる製品水素ガスの圧力が予め決められた過大圧力以上になると開放されるリリーフ弁６８が設けられている。さらに、製品水素分析用配管Ｐ１１Ｂの途中には、流量調整バルブ４８が設けられている。この流量調整バルブ４８により、検出装置５２へ供給される製品水素ガスの流量が調整される。

【0040】

なお、逆止弁６６、ベント管Ｐ１１Ｃ、リリーフ弁６８、背圧弁７０、及び水素ホルダ５０については、詳細を後述する。

【0041】

〔検出装置５２〕
検出装置５２は、燃料電池セルの電解質層を利用した検出装置であって、図２に示されるように、筐体５２ａと、筐体５２ａの内部の空間を仕切ると共に不純物によって被毒して抵抗値が変化する電解質層５２ｂとを備えている。さらに、検出装置５２は、電解質層５２ｂの一方側に配置された電極５２ｃと、電解質層５２ｂの他方側に配置された電極５２ｄとを備えている。

【0042】

また、検出装置５２は、筐体５２ａの内部で、電極５２ｃが配置された供給室５２ｅと、筐体５２ａの内部で、電極５２ｄが配置された排気室５２ｆとを備えている。さらに、検出装置５２は、電極５２ｃと電極５２ｄとの間を流れる電流の電流値を計測する電流計５２ｇと、電極５２ｃと電極５２ｄとの間に印加される電圧の電圧値を計測する電圧計５２ｈとを備えている。

【0043】

また、検出装置５２は、電極５２ｃと電極５２ｄとの間を流れる電流を定電流制御した場合に、電極５２ｃと電極５２ｄとの間に印加される電圧の電圧値の変化から不純物の濃度を検出する濃度検出部５２ｎを備えている。

【0044】

さらに、供給室５２ｅを形成する壁部には、製品水素分析用配管Ｐ１１Ｂの下流端が接続されている第一供給口５２ｊが形成されている。また、排気室５２ｆを形成する壁部には、水素ガスを外部へ放出する放出管Ｐ１４の上流端が接続されている放出部５２ｍが形成されている。

【0045】

この構成において、図１に示す流量調整バルブ４８を制御することで製品水素分析用配管Ｐ１１Ｂに形成された流路を開放し、水素精製器１６によって精製された製品水素ガスが、検出装置５２へ供給される。

【0046】

この状態で、図２に示す電極５２ｃと電極５２ｄとの間に電圧を印加して直流電流を流すと、供給室５２ｅに供給された水素が、水素電解反応によって水素イオンとなって電解質層５２ｂを通って排気室５２ｆ側へ移動する。また、排気室５２ｆでは、水素イオンが水素生成反応によって水素となる。水素以外の不純物は電解質層５２ｂを通って排気室５２ｆ側へ移動しないため、電解質層５２ｂは、水素以外の不純物によって被毒する。この被毒により、電解質層５２ｂの抵抗値が上昇する。排気室５２ｆで生じた水素は、放出管Ｐ１４へ送出されて外部へ放出される。

【0047】

そして、電流一定の定電流制御を行い、製品水素ガスを供給室５２ｅへ供給し、供給した製品水素ガスに不純物が含まれていない場合には、電圧計５２ｈによって計測される電圧値は、一定となる。これに対して、供給した製品水素ガスに不純物が含まれている場合には、電解質層５２ｂが被毒して電解質層５２ｂの抵抗値が上昇する。これにより、電圧計５２ｈによって計測される電圧値が高くなる。濃度検出部５２ｎは、この電圧値の変化から不純物の濃度を検出する。換言すれば、濃度検出部５２ｎは、この電圧値の変化から水素濃度を検出する。

【0048】

〔燃焼排ガス水分離部３４〕
燃焼排ガス水分離部３４は、図１に示されるように、上部が気体室３４ａとされ、下部が液体室３４ｂとされている。気体室３４ａには、ガス排出管Ｐ１０の下流端が接続されている。また、気体室３４ａには、外部排出管Ｐ１２が接続されている。液体室３４ｂの底部には、燃焼排ガス水配管Ｐ８Ｃが接続されている。

【0049】

燃焼排ガスは、燃焼部２８からガス排出管Ｐ１０へ送出される。燃焼排ガス中の水蒸気は、燃焼排ガス水分離部３４の上流側に配置された熱交換器ＨＥ３において冷却されることによって凝縮される。凝縮により燃焼排ガスから分離された水は、液体室３４ｂに貯留され、燃焼排ガス水配管Ｐ８Ｃ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Ｐ１２から外部へ排出される。

【0050】

水素製造装置１０の底部には、水タンク４０が配置されている。水タンク４０には、水流入口４０ａが形成されており、改質ガス水配管Ｐ８Ａ、Ｐ８Ｂ、及び燃焼排ガス水配管Ｐ８Ｃは、合流後に水流入口４０ａに接続されている。合流後の配管を水流入管Ｐ８と称する。水流入管Ｐ８の内径は、燃焼排ガス水配管Ｐ８Ｃの内径よりも大径とされている。

【0051】

水タンク４０は、昇圧前水分離部３０、昇圧後水分離部３２、及び燃焼排ガス水分離部３４において貯留可能な水の総量よりも大容量とされており、昇圧前水分離部３０、昇圧後水分離部３２、及び燃焼排ガス水分離部３４よりも鉛直方向の下側に配置されている。ここで、「水タンク４０が昇圧前水分離部３０、昇圧後水分離部３２、及び燃焼排ガス水分離部３４よりも鉛直方向下側に配置されている」とは、液体室３０ｂの底部、液体室３２ｂの底部、及び液体室３４ｂの底部が、水タンク４０の水流入口４０ａよりも鉛直方向の上側に配置されていることを意味する。

【0052】

水タンク４０には、改質水供給管Ｐ９の上流端が接続されている。改質水供給管Ｐ９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）４２が設けられている。また、改質水供給管Ｐ９には、ポンプ４４が設けられており、ポンプ４４の駆動により、水タンク４０に貯留された水が水処理器４２を経て改質器１２へ供給される。改質水供給管Ｐ９の水処理器４２よりも下流側、ポンプ４４よりも上流側には、純水供給管Ｐ１３が接続されている。純水供給管Ｐ１３からは改質器１２へ、改質水供給管Ｐ９を経て、必要に応じ純水が供給される。

【0053】

（全体構成の作用）
次に、水素製造装置１０の作用について説明する。

【0054】

水素製造運転時には、図１に示す原料供給管Ｐ１から脱硫器６０へ都市ガスが供給される。脱硫器６０では、都市ガスから硫黄化合物が除去される。脱硫器６０からは、脱硫処理された都市ガスが、原料供給管Ｐ１へ送出される。

【0055】

脱硫処理された都市ガスが、原料供給管Ｐ１を流れて原料分岐管Ｐ１Ｂから改質器１２へ供給される。さらに、改質水が、改質水供給管Ｐ９から改質器１２へ供給される。予熱流路２２で都市ガスと改質水とが混合されつつ加熱され、混合ガスとなって改質触媒層２４へ供給される。

【0056】

改質触媒層２４では、燃焼部２８からの燃焼排ガスにより混合ガスが加熱されて水蒸気改質され、水素を主成分とする改質ガスＧ１が生成される。改質ガスＧ１は、ＣＯ変成触媒層２６へ供給され、改質ガスＧ１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、改質ガスＧ１に含まれている一酸化炭素が低減される。ＣＯ変成触媒層２６を通過した改質ガスＧ２は、改質ガス排出管Ｐ３へ送出される。

【0057】

改質ガスＧ２は、改質ガス排出管Ｐ３に設けられた熱交換器ＨＥ１を経て、昇圧前水分離部３０の気体室３０ａへ供給される。気体室３０ａへ供給された改質ガスＧ２に含まれる水は、熱交換器ＨＥ１での冷却により凝縮されて液体室３０ｂへ貯留され、改質ガス水配管Ｐ８Ａを経て水タンク４０へ供給される。水が分離された改質ガスＧ２が、気体室３０ａから連絡流路管Ｐ４を流れてバッファタンク３５へ供給される。バッファタンク３５では、改質器１２からの改質ガスＧ２を一時貯留して圧力変動を緩和し、改質ガスＧ２を圧縮機１４へ供給する。圧縮機１４では、改質ガスＧ２が圧縮される。

【0058】

圧縮された改質ガスＧ２は、連絡流路管Ｐ５を流れ熱交換器ＨＥ２を経て昇圧後水分離部３２の気体室３２ａへ供給される。気体室３２ａへ供給された改質ガスＧ２に含まれる水蒸気は、熱交換器ＨＥ２での冷却により凝縮されて液体室３２ｂへ貯留され、改質ガス水配管Ｐ８Ｂを経て水タンク４０へ供給される。水が分離された改質ガスＧ２が、気体室３２ａから連絡流路管Ｐ６を流れ、バッファタンク３６で一旦貯留された後に水素精製器１６へ供給される。

【0059】

水素精製器１６では、改質ガスＧ２が水素ガス（製品水素ガス）と、不純物を含むオフガスとに分離され、製品水素ガスは製品水素配管Ｐ１１へ送出される。送出された製品水素ガスは、製品水素供給管Ｐ１１Ａと製品水素分析用配管Ｐ１１Ｂとに分流される。製品水素供給管Ｐ１１Ａを流れる製品水素ガスは、逆止弁６６、背圧弁７０を流れて水素ホルダ５０に一旦貯留されてから供給対象設備へ供給される。また、製品水素分析用配管Ｐ１１Ｂへ分岐された製品水素ガスは、検出装置５２へ供給される。さらに、検出装置５２によって分析された製品水素ガスは、放出管Ｐ１４へ送出されて外部へ放出される。

【0060】

改質ガスＧ２から分離された水素以外の不純物を含むオフガスは、オフガス管Ｐ７を流れてオフガスタンク１８へ一時貯留される。オフガスタンク１８からは、オフガスが送出され、オフガスは、オフガス管Ｐ７を経て、燃料として改質器１２の燃焼部２８へ供給される。

【0061】

改質器１２の燃焼部２８では、オフガスが燃焼され、燃焼排ガスがガス排出管Ｐ１０を介して燃焼排ガス水分離部３４の気体室３４ａへ供給される。気体室３４ａへ供給された燃焼排ガスに含まれる水蒸気は、熱交換器ＨＥ３での冷却により凝縮されて液体室３４ｂへ貯留され、燃焼排ガス水配管Ｐ８Ｃを経て水タンク４０へ供給される。水が分離された燃焼排ガスは、外部排出管Ｐ１２を経て外部へ排出される。

【0062】

水タンク４０に貯留された水は、ポンプ４４の駆動によって水処理器４２を経て改質器１２へ供給される。純水供給管Ｐ１３からは改質器１２へ、改質水供給管Ｐ９を経て、必要に応じ純水が供給される。

【0063】

（要部）
次に、水素精製器１６、水素ホルダ５０、逆止弁６６、ベント管Ｐ１１Ｃ、リリーフ弁６８、及び背圧弁７０について説明する。

【0064】

〔水素精製器１６〕
水素精製器１６の内部構造について図３（Ａ）を用いて説明する。

【0065】

図３（Ａ）に示すように、水素精製器１６は、改質ガスＧ２の不純物を吸着させる吸着剤がそれぞれ配置された第１吸着塔１０２と、第２吸着塔１０４とを有する。第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４に充填されている吸着剤は、例えば、ゼオライト、活性炭、活性アルミナ、シリカゲル等である。

【0066】

水素精製器１６において、第１吸着塔１０２と第２吸着塔１０４の改質ガス供給側には、連絡流路管Ｐ６の端部から分岐された改質ガス供給分岐流路１１０ａ、１１０ｂと、改質ガス供給分岐流路１１０ａ、１１０ａにそれぞれ接続される共通流路１１２ａ、１１２ｂと、が配置されている。

【0067】

すなわち、第１吸着塔１０２には、連絡流路管Ｐ６、改質ガス供給分岐流路１１０ａ、共通流路１１２ａを介して改質ガスＧ２が供給可能に構成されている。同様に、第２吸着塔１０４には、連絡流路管Ｐ６、改質ガス供給分岐流路１１０ｂ、共通流路１１２ｂを介して改質ガスＧ２が供給可能に構成されている。

【0068】

また、改質ガス供給分岐流路１１０ａ、１１０ｂには、それぞれ電磁開閉弁１１４ａ、１１４ｂが配置されており、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と連絡流路管Ｐ６とが連通又は遮断される構成である。

【0069】

水素精製器１６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、オフガス管Ｐ７の端部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。

【0070】

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を介してオフガス管Ｐ７に送出可能に構成されている。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を介してオフガス管Ｐ７に送出可能に構成されている。

【0071】

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が配置されており、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とオフガス管Ｐ７とが連通又は遮断される構成である。

【0072】

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。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。

【0073】

なお、連絡流路１２２上には、一対の電磁開閉弁１２４ａ、１２４ｂが配置されており、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。

【0074】

第１吸着塔１０２、第２吸着塔１０４の製品水素ガスの送出側には、製品水素配管Ｐ１１の端部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。

【0075】

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が配置されており、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と製品水素配管Ｐ１１とが連通又は遮断される構成である。

【0076】

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が配置されている。

【0077】

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。

【0078】

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が配置されている。

【0079】

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。

【0080】

また、水素精製器１６を制御する制御部１７０は、図７に示されるように、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。また、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。

【0081】

－定格運転－
この構成において、水素精製器１６の定格運転を実行する場合には、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～１４２ｂの開閉制御を行うものである。そして、第１吸着塔１０２では、吸着作業工程として、昇圧工程、水素送出工程、及び均等工程がこの順番で実行され、第２吸着塔１０４では、脱着作業工程として、パージ工程、排気停止工程、及び均等工程がこの順番で実行される。第１吸着塔１０２と第２吸着塔１０４とを切換ながら、この制御が繰り返される。

【0082】

なお、水素製造装置１０の改質器２０及び圧縮機１４は連続的に運転され、改質器２０で製造され、圧縮機１４で圧縮された改質ガスＧ２が連続的に水素精製器１６に供給されている。

【0083】

第１吸着塔１０２で吸着作業工程が、第２吸着塔１０４で脱着作業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、制御部１７０（図７参照）からの制御信号によって制御されている。

【0084】

図３（Ｂ）、図８に示されるように、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Ｐ６から第１吸着塔１０２に改質ガスＧ２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（昇圧工程）。

【0085】

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がオフガス管Ｐ７に連通される。これにより、第２吸着塔１０４からオフガス管Ｐ７にオフガスが排出される。

【0086】

なお、図３（Ｂ）において、水素精製器１６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３（Ｂ）において、電磁開閉弁１１４ａ～１４２ｂを黒塗りで示した場合が閉弁状態を表し、電磁開閉弁１１４ａ～１４２ｂ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。

【0087】

次に、 図４（Ａ）、図８に示されるように、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が開弁される。これにより、第１吸着塔１０２と製品水素配管Ｐ１１とが連通される（水素送出工程）。

【0088】

さらに、図４（Ｂ）、図８に示されるように、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から第２吸着塔１０４に精製された製品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管Ｐ７に排出される（パージ工程）。

【0089】

また、図５（Ａ）、図８に示されるように、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とオフガス管Ｐ７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から製品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（排気停止工程）。

【0090】

さらに、図５（Ｂ）、図８に示されるように、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が連絡流路管Ｐ６と遮断されると共に、オリフィス１３６と遮断される。

【0091】

これにより、第１吸着塔１０２に改質ガスＧ２が供給されなくなると共に、第１吸着塔１０２から製品水素配管Ｐ１１に精製された製品水素ガスが送出されることも停止される。

【0092】

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。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。

【0093】

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）。

【0094】

さらに、図６、図８に示されるように、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。

【0095】

同時に、電磁開閉弁１１４ｂが開弁され、第２吸着塔１０４と連絡流路管Ｐ６とが連通され、連絡流路管Ｐ６から第２吸着塔１０４に改質ガスＧ２が供給される。

【0096】

また、電磁開閉弁１２０ａが開弁され、第１吸着塔１０２とオフガス管Ｐ７とが連通され、第１吸着塔１０２からオフガス管Ｐ７にオフガスが排出される。

【0097】

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で脱着作業工程が行われ、第２吸着塔１０４で吸着作業工程が行われる。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。

【0098】

この後は、第１吸着塔１０２と第２吸着塔１０４を切換ながら、この制御が繰り返される。

【0099】

〔水素ホルダ５０〕
水素ホルダ５０は、図１に示されるように、製品水素供給管Ｐ１１Ａの途中に配置されている。水素ホルダ５０には、水素ホルダ５０内の圧力を検出する図示せぬ圧力検出部材が設けられている。ここで、製品水素供給管Ｐ１１Ａの下流端は、工場等の供給対象設備に到達した部分である。

【0100】

この構成において、製品水素供給管Ｐ１１Ａを流れる製品水素ガスは、水素ホルダ５０に一旦貯留され、予め決められた範囲の圧力で、水素ホルダ５０から工場等の供給対象設備へ供給される。

【0101】

〔逆止弁６６、ベント管Ｐ１１Ｃ、リリーフ弁６８〕
逆止弁６６は、逆止弁６６に対して下流側から上流側へ製品水素ガスが流れないように製品水素供給管Ｐ１１Ａに配置されている。このように、逆止弁６６は、製品水素ガスの水素精製器１６側への流れを制限するようになっている。

【0102】

さらに、製品水素供給管Ｐ１１Ａにおいて逆止弁６６の上流側の部分から、ベント管Ｐ１１Ｃが分岐して設けられている。ベント管Ｐ１１Ｃの端部は開放されており、ベント管Ｐ１１Ｃの途中には、製品水素供給管Ｐ１１Ａの製品水素ガスの圧力が想定外の圧力（以下「過大圧力」）以上になると開放されるリリーフ弁６８が設けられている。リリーフ弁６８は、他の許容部材の一例である。

【0103】

この構成において、例えば、供給対象設備で消費する製品水素ガスの量が変化によって、製品水素供給管Ｐ１１Ａの製品水素ガスの圧力が変動してしまい、製品水素ガスが逆方向へ流れようとすることがある。しかし、このような場合でも、逆止弁６６を設けることで、製品水素ガスの水素精製器１６側への流れは制限される。また、逆止弁６６が製品水素ガスの流れを制限することで、製品水素供給管Ｐ１１Ａの製品水素ガスの圧力が過大に高くなることがある。

【0104】

しかし、ベント管Ｐ１１Ｃの途中には、リリーフ弁６８が配置されている。これにより、他の許容部材が設けられていない場合と比して、水素供給配管の水素ガスが過大圧力以上となると、リリーフ弁６８が開放され、製品水素ガスは、ベント管Ｐ１１Ｃを通って外部へ放出される。

【0105】

〔背圧弁７０〕
背圧弁７０は、製品水素供給管Ｐ１１Ａにおいて水素ホルダ５０に対して上流側で、かつ、逆止弁６６に対して下流側に配置されている。背圧弁７０とは、吸込側（一次側）の圧力が予め決められた圧力（以下「設定圧力」）以上で、吐出側（二次側）に水素ガスを流す弁である。ここで、設定圧力は、前述した過大圧力に対して低い圧力である。背圧弁７０は、許容部材の一例である。

【0106】

背圧弁７０は、図９（Ａ）に示されるように、吸込側の流路７４及び吐出側の流路７６が内部に形成される筐体７２と、ダイヤフラム８０と、圧縮コイルスプリング８４（以下「スプリング８４」）と、椀部材８８とを備えている。なお、図９（Ａ）、図９（Ｂ）の矢印ＵＰは、鉛直方向の上方を示す。

【0107】

吸込側の流路７４の下流端、及び吐出側の流路７６の上流端は、上方へ屈曲している。そして、背圧弁７０によって、吸込側から吐出側への製品水素ガスの流れが制限されている状態で、流路７４の下流端、及び流路７６の上流端は、ダイヤフラム８０に接触して、流路７４の下流端の開口、及び流路７６の上流端の開口は、閉塞されている。

【0108】

さらに、ダイヤフラム８０を挟んで流路７４、７６の反対側には、上方が開口した椀状の椀部材８８が配置されている。さらに、椀部材８８を挟んでダイヤフラム８０の反対側には、上下方向に延びた圧縮状態のスプリング８４が配置されている。

【0109】

この構成において、吸込側の圧力が設定圧力以上で、図９（Ｂ）に示されるように、流路７４からの圧力が、ダイヤフラム８０、及び椀部材８８を介してスプリング８４に作用し、スプリング８４が圧縮する。これにより、ダイヤフラム８０が変形し、ダイヤフラム８０と、流路７４の下流端の開口、及び流路７６の上流端の開口とが、上下方向で離間する。そして、ダイヤフラム８０が変形することで流路７８が形成され、製品水素ガスは、この流路７８によって吸込側から吐出側へ流れる。このように、吸込側から吐出側への製品水素ガスの流れは許容される。

【0110】

（要部構成の作用）
次に、要部構成の作用について、比較形態に係る水素製造装置５１０と比較しつつ説明する。水素製造装置５１０は、図１１に示されるように、逆止弁、ベント管、リリーフ弁、背圧弁、及び水素ホルダを備えていない。つまり、製品水素ガスの圧力に関わらず製品水素ガスが製品水素供給管Ｐ１１Ａを流れるようになっている。これ以外については、水素製造装置１０と同様の構成とされている。

【0111】

図１、図１１に示す水素製造装置１０、５１０の圧縮機１４では、改質ガスＧ２が圧縮される。圧縮された改質ガスＧ２は、連絡流路管Ｐ５を流れ、熱交換器ＨＥ２を経て昇圧後水分離部３２の気体室３２ａへ供給される。気体室３２ａへ供給された改質ガスＧ２は、連絡流路管Ｐ６を流れ、バッファタンク３６で一旦貯留された後に水素精製器１６へ供給される。

【0112】

図３（Ａ）に示す水素精製器１６の第１吸着塔１０２では、吸着作業工程として、昇圧工程、水素送出工程、及び均等工程がこの順番で実行され、第２吸着塔１０４では、脱着作業工程として、パージ工程、排気停止工程、及び均等工程がこの順番で実行される。そして、第１吸着塔１０２と第２吸着塔１０４とを切換ながら、この制御が繰り返される。これにより、図１、図１１に示す水素精製器１６では、改質ガスＧ２が、製品水素ガスと不純物を含むオフガスとに分離され、製品水素ガスは製品水素配管Ｐ１１へ送出される。送出された製品水素ガスは、製品水素供給管Ｐ１１Ａと製品水素分析用配管Ｐ１１Ｂとに分流される。

【0113】

図１に示す水素製造装置１０の製品水素供給管Ｐ１１Ａを流れる製品水素ガスは、逆止弁６６、及び背圧弁７０を流れて水素ホルダ５０に一旦貯留されてから供給対象設備へ供給される。これに対して、図１１に示す水素製造装置５１０の製品水素供給管Ｐ１１Ａを流れる製品水素ガスは、逆止弁及び背圧弁を流れることなく供給対象設備へ供給される。このように、水素製造装置１０では、水素精製器１６によって精製された製品水素ガスは、背圧弁７０を流れて供給対象設備へ供給される。つまり、背圧弁７０に対して上流側の製品水素ガスの圧力は、設定圧力以上となっている。

【0114】

ここで、例えば、工場等の供給対象設備で消費する製品水素ガスの量が変化によって、製品水素供給管Ｐ１１Ａの製品水素ガスの圧力が変動してしまい、製品水素ガスが逆方向へ流れようとすることがある。

【0115】

このような場合に水素製造装置５１０では、製品水素ガスが逆流して、水素精製器１６側の吐出側から製品水素ガスが水素精製器１６に流入してしまう。

【0116】

これに対して、水素製造装置１０では、逆止弁６６が配置されていることで、製品水素ガスの水素精製器１６側への流れは制限される。また、逆止弁６６が製品水素ガスの流れを制限することで、製品水素供給管Ｐ１１Ａの製品水素ガスの圧力が過大に高くなることがある。

【0117】

しかし、ベント管Ｐ１１Ｃの途中には、リリーフ弁６８が配置されている。製品水素供給管Ｐ１１Ａの製品水素ガスの圧力が過大圧力以上になると、リリーフ弁６８が開放され、製品水素ガスは、ベント管Ｐ１１Ｃを通って外部へ放出される。

【0118】

また、例えば、供給対象設備で消費する製品水素ガスの量が変化することで、製品水素供給管Ｐ１１Ａの製品水素ガスの圧力変動が生じることがある。図１０のグラフには、製品水素供給管Ｐ１１Ａの製品水素ガスの圧力変動が、一例として示されている。このグラフの横軸が時間であり、縦軸が圧力である。このグラフからわかるように、製品水素供給管Ｐ１１Ａでは、供給対象設備で消費する製品水素ガスの量が変化することで、製品水素ガスの圧力変動が生じる。なお、図１０のグラフにおいて、圧力が０．８７〔ＭＰａ〕近傍の最初の時間帯及び最後の時間帯については、水素を供給していない時間帯である。換言すれば、圧力が０．８７〔ＭＰａ〕近傍の最初の時間帯と、圧力が０．８７〔ＭＰａ〕近傍の最後の時間帯との間の時間帯で、製品水素ガスが供給対象設備へ供給されている。

【0119】

このような場合に水素製造装置５１０では、製品水素ガスの圧力に関わらず製品水素ガスが製品水素供給管Ｐ１１Ａを流れるようになっている。このため、製品水素供給管Ｐ１１Ａの製品水素ガスの圧力変動が生じると、水素精製器１６に設けられた第１吸着塔１０２、及び第２吸着塔１０４における改質ガスＧ２にも圧力変動が生じてしまう。

【0120】

第１吸着塔１０２の改質ガスＧ２の圧力、又は第２吸着塔１０４の改質ガスＧ２の圧力が低下がると、吸着作業工程において、不純物の吸着量も減るため、製品水素ガスの純度も低下してしまう。また、第１吸着塔１０２の改質ガスＧ２の圧力、又は第２吸着塔１０４の改質ガスＧ２の圧力が低下がると、脱着作業工程において、脱着中の吸着塔に流れる製品水素ガス（パージガス）の量が減少するため、吸着剤に付着した不純物の除去が不十分となってしまう。

【0121】

このような場合に水素製造装置１０では、製品水素供給管Ｐ１１Ａに背圧弁７０が配置されている。このため、背圧弁７０に対して上流側の製品水素ガスの圧力は、設定圧力以上となっている。このため、製品水素供給管Ｐ１１Ａの製品水素ガスの圧力変動に起因して、水素精製器１６側の製品水素ガスの圧力低下が抑制される。

【0122】

（まとめ）
以上説明したように、水素製造装置１０では、背圧弁７０が、製品水素供給管Ｐ１１Ａの途中に配置されている。このため、製品水素ガスの圧力に関わらず製品水素ガスが製品水素供給管Ｐ１１Ａを流れる水素製造装置５１０の場合と比して、製品水素供給管Ｐ１１Ａの製品水素ガスの圧力変動に起因して、水素精製器１６側の製品水素ガスの圧力が低下するのを抑制することができる。

【0123】

また、水素製造装置１０では、水素製造装置５１０と比して、水素精製器１６側の製品水素ガスの圧力低下が抑制されることで、第１吸着塔１０２、及び第２吸着塔１０４の改質ガスＧ２の圧力低下が抑制される。これにより、吸着作業工程において、不純物の吸着量が減るのを抑制することができる。

【0124】

また、水素製造装置１０では、水素製造装置５１０と比して、水素精製器１６側の製品水素ガスの圧力低下が抑制されることで、脱着作業工程において、脱着中の吸着塔に流れる製品水素ガス（パージガス）の量が減少するのが抑制される。これにより、吸着剤に付着した不純物の除去が不十分となるのを抑制することができる。

【0125】

また、水素製造装置１０では、製品水素供給管Ｐ１１Ａに配置された逆止弁６６と、製品水素供給管Ｐ１１Ａにおいて逆止弁６６に対して上流側の部分から分岐しているベント管Ｐ１１Ｃと、ベント管Ｐ１１Ｃに配置されたリリーフ弁６８とが設けられている。このため、逆止弁、ベント管、及びリリーフ弁が設けられていない水素製造装置５１０と比して、製品水素供給管Ｐ１１Ａの製品水素ガスの圧力が過大圧力以上となるのが抑制される。これにより、逆止弁、ベント管、及びリリーフ弁が設けられていない水素製造装置５１０と比して、製品水素ガスの圧力が高くなることに起因して水素精製器１６が損傷するのを抑制することができる。

【0126】

また、水素製造装置１０では、製品水素供給管Ｐ１１Ａおいて背圧弁７０に対して下流側には、水素ホルダ５０が設けられている。このため、水素ホルダが設けられていない水素製造装置５１０と比して、製品水素供給管Ｐ１１Ａの製品水素ガスの圧力変動に起因して、水素精製器１６側の製品水素ガスの圧力が変化するのを抑制することができる。

【0127】

なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、水素製造装置１０は、逆止弁６６、ベント管Ｐ１１Ｃ、及びリリーフ弁６８を備えたが、これらを備えていなくてもよい。しかし、この場合には、これらを備えることで奏する作用は奏しない。

【0128】

また、上記実施形態では、水素製造装置１０は、水素ホルダ５０を備えたが、備えていなくてもよい。しかし、この場合には、水素ホルダを備えることで奏する作用は奏しない。

【0129】

また、上記実施形態では、ベント管Ｐ１１Ｃ、及び逆止弁６６は、背圧弁７０の上流側に配置されたが、下流側に配置されてもよい。

【0130】

また、上記実施形態では、脱硫器６０は、常温脱硫方式の脱硫器であったが、例えば、水添脱硫方式の脱硫器であってもよい。

【0131】

また、上記実施形態では、検出装置５２は、燃料電池セルの電解質層を利用した検出装置であったが、例えば、薄膜円筒の共振周波数が周囲のガス密度により変化することを原理として用いた水素純度計や、光学的に水素の純度を測定するセンサ等、水素濃度が測定可能であれば何れの装置を用いてもよい。

【符号の説明】

【0132】

１０ 水素製造装置
１２ 改質器
１４ 圧縮機
１６ 水素精製器
５０ 水素ホルダ
６６ 逆止弁
６８ リリーフ弁（他の許容部材の一例）
７０ 背圧弁（許容部材の一例）
Ｐ１１ 製品水素配管（水素供給管の一例）
Ｐ１１Ａ 製品水素供給管（水素供給管の一例）
Ｐ１１Ｃ ベント管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】