(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構成で、オフガス中の一酸化炭素濃度を低減して外気中に排出する水素製造システムを提供する。【解決手段】水素製造システム１００は、水素製造装置１０の水素精製器９０で改質ガスＧ３から不純物質であるオフガスＯＧを分離し、オフガス供給管１１２を介してボイラー１０２の燃焼室１０４に燃料ガスと共に供給される。したがって、オフガスＯＧに含有される一酸化炭素は、燃焼室１０４における燃焼で二酸化炭素に変換される。このように、オフガスＯＧは、ボイラー１０２で一酸化濃度が低減されて排気管１１０から外気中に排出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素供給源から炭化水素が原料として供給されると共に、前記炭化水素を改質して水素を主成分とし一酸化炭素を含有する改質ガスを生成する改質器と、前記改質器と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離する水素精製器と、を有する水素製造装置と、
燃料ガスが燃焼されて熱媒を加熱すると共に、燃焼排ガスが外気中に排出される熱供給部と、
前記水素精製器から前記熱供給部に前記オフガスを導入するオフガス導入流路と、
を備える水素製造システム。
【請求項２】
前記熱供給部はボイラーであり、
前記ボイラーは、前記燃料ガスが供給されると共に前記オフガス導入流路を介して前記オフガスが供給され、前記燃料ガス及び前記オフガスが燃焼された燃焼排ガスが外気中に排出される燃焼室と、
前記燃焼室での燃焼により水が気化されて水蒸気が生成されると共に、前記水蒸気が外部に供給されるボイラー本体と、
を備える請求項１記載の水素製造システム。
【請求項３】
前記熱供給部は、ガスエンジン・ヒートポンプ・エアコンであり、
前記ガスエンジン・ヒートポンプ・エアコンは、前記燃料ガスが供給されると共に前記オフガス導入流路を介して前記オフガスが供給され、前記燃料ガス及び前記オフガスが燃焼された燃焼排ガスが外気中に排出されるガスエンジンと、
熱媒が循環する熱媒循環流路上に設けられており、前記ガスエンジンに駆動され前記熱媒を圧縮するコンプレッサーと、
を備える請求項１記載の水素製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素製造システムに関し、特に、炭化水素原料を改質して水素を製造する水素製造システムに関する。
【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、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（水素精製器）へ供給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、ＰＳＡ装置から送出されたオフガスを水蒸気改質装置に燃料として戻すことで、水素製造装置全体のエネルギー効率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】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】
しかし、ＰＳＡ装置から水蒸気改質装置に供給されるオフガス流量は、定常時でも周期的な変動があるため流量制御が複雑となり、装置の簡略化という点において改善の余地がある。
【０００５】
一方、水素製造装置の簡略化の観点からは、水素精製器から外気中にオフガスを排出することも考えられる。この場合には、オフガスに含まれる一酸化炭素が問題となる。
【０００６】
本発明の課題は、簡単な構成で、オフガス中の一酸化炭素濃度を低減して外気中に排出する水素製造システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の水素製造システムは、炭化水素供給源から炭化水素が原料として供給されると共に、前記炭化水素を改質して水素を主成分とし一酸化炭素を含有する改質ガスを生成する改質器と、前記改質器と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離する水素精製器と、を有する水素製造装置と、燃料ガスが燃焼されて熱媒を加熱すると共に、燃焼排ガスが外気中に排出される熱供給部と、前記水素精製器から前記熱供給部に前記オフガスを導入するオフガス導入流路と、を備える。
【０００８】
この水素製造システムでは、水素精製器で生成されたオフガスは、オフガス導入流路を介して水素製造装置の外部の熱供給部に供給される。この結果、オフガスは熱供給部で燃焼され、オフガスに含有される一酸化炭素が二酸化炭素に変換される。このように、水素精製器のオフガスは、熱供給部における燃焼で一酸化炭素が除去又は削減された後、外気中に排出される。
【０００９】
したがって、この水素製造システムでは、水素製造装置に新たな構成要素を付け加えることなく、水素製造装置の外部の熱供給部にオフガスを供給することで、オフガス中の一酸化炭素を除去又は削減して燃焼排ガスとして外気中に排出できる。
【００１０】
すなわち、水素製造システム全体が簡単な構成でオフガスを処理することができる。
【００１１】
なお、熱供給部には、燃焼によって熱媒を直接的に加熱するもののみならず、間接的に熱媒を加熱するものも含まれる。
【００１２】
さらに、熱供給部にオフガスを供給すれば、熱供給部に供給する燃料が削減され、システム全体のエネルギー効率が向上する。
【００１３】
請求項２記載の水素製造システムは、請求項１記載の水素製造システムにおいて、前記熱供給部はボイラーであり、前記ボイラーは、前記燃料ガスが供給されると共に前記オフガス導入流路を介して前記オフガスが供給され、前記燃料ガス及び前記オフガスが燃焼された燃焼排ガスが外気中に排出される燃焼室と、前記燃焼室での燃焼により水が気化されて水蒸気が生成されると共に、前記水蒸気が外部に供給されるボイラー本体と、を備える。
【００１４】
この水素製造システムでは、水素精製器で生成されたオフガスは、オフガス導入流路を介して水素製造装置の外部のボイラーに供給される。この結果、オフガスはボイラーの燃焼室で燃焼され、オフガスに含有される一酸化炭素が二酸化炭素に変換される。このように、水素精製器のオフガスは、ボイラーの燃焼室における燃焼で一酸化炭素が除去又は削減された後、燃焼排ガスとして外気中に排出される。
【００１５】
一方、ボイラーの燃焼室における燃焼により、ボイラー本体の水が気化されて水蒸気が生成され、水蒸気が外部に供給される。
【００１６】
したがって、この水素製造システムでは、水素製造装置に新たな構成要素を付け加えることなく、水素製造装置の外部のボイラーにオフガスを供給することで、オフガス中の一酸化炭素を除去又は削減して燃焼排ガスとして外気中に排出できる。すなわち、水素製造システム全体が簡単な構成でオフガスを処理することができる。
【００１７】
なお、ボイラーには、燃焼によって水を直接的に加熱するもののみならず、間接的に水を加熱するものも含まれる。
【００１８】
さらに、ボイラーにオフガスを供給すれば、ボイラーに供給する燃料が削減され、水素製造システム全体のエネルギー効率が向上する。
【００１９】
請求項３記載の水素製造システムは、請求項１記載の水素製造システムにおいて、前記熱供給部は、ガスエンジン・ヒートポンプ・エアコンであり、前記ガスエンジン・ヒートポンプ・エアコンは、前記燃料ガスが供給されると共に前記オフガス導入流路を介して前記オフガスが供給され、前記燃料ガス及び前記オフガスが燃焼された燃焼排ガスが外気中に排出されるガスエンジンと、熱媒が循環する熱媒循環流路上に設けられており、前記ガスエンジンに駆動され前記熱媒を圧縮するコンプレッサーと、を備える。
【００２０】
この水素製造システムでは、水素精製器で生成されたオフガスは、オフガス導入流路を介して水素製造装置の外部のガスエンジン・ヒートポンプ・エアコンのガスエンジンに供給される。この結果、オフガスはガスエンジンで燃焼され、オフガスに含有される一酸化炭素が二酸化炭素に変換される。このように、水素精製器のオフガスは、ガスエンジンにおける燃焼で一酸化炭素が除去又は削減された後、燃焼排ガスとして外気中に排出される。
【００２１】
一方、ガンエンジンの駆動（燃焼）によりコンプレッサーが駆動される。これにより、熱媒循環流路上を循環する熱媒がコンプレッサーで圧縮され、高温、高圧の状態とされる。このように、コンプレッサーで高温・高圧の状態とされた熱媒が、ガスエンジン・ヒートポンプ・エアコンの熱媒循環流路を循環することによって、建物の空調（冷房、暖房）が行われる。
【００２２】
したがって、この水素製造システムでは、水素製造装置に新たな構成要素を付け加えることなく、水素製造装置の外部のガスエンジン・ヒートポンプ・エアコンにオフガスを供給することで、オフガス中の一酸化炭素を除去又は削減して燃焼排ガスとして外気中に排出できる。すなわち、水素製造システム全体が簡単な構成でオフガスを処理することができる。
【００２３】
なお、ガスエンジン・ヒートポンプ・エアコンでは、燃料ガスを燃焼させて駆動されるガスエンジンと熱媒を圧縮するコンプレッサーは異なるが、ガスエンジンによってコンプレッサーが駆動され熱媒が圧縮（加熱）される。すなわち、ガスエンジン・ヒートポンプ・エアコンは、燃料ガスを燃焼させることによって熱媒を加熱するものに該当する。
【００２４】
さらに、ガスエンジンにオフガスを供給すれば、ガスエンジンに供給する燃料ガスが削減され、システム全体のエネルギー効率が向上する。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１〜３記載の発明に係る水素製造システムは、上記構成としたので、簡単な構成で、オフガス中の一酸化炭素濃度を低減して外気中に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る水素製造システムを示した概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る多重筒型改質器を示した断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る水素製造システムを示した概略構成図である。
【図４】他の例１に係る多重筒型改質器を示した断面図である。
【図５】他の例２に係る多重筒型改質器を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る水素製造システムの一例を図１及び図２を参照して説明する。
【００２８】
本実施形態に係る水素製造システム１００は、図１に示すように、水素製造装置１０とボイラー１０２とを備えている。
【００２９】
〈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多重筒型改質器（以下、「改質器」という場合がある）１２と、改質ガスを圧縮する圧縮機８０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水素精製器９０と、を備えている。また、水素製造装置１０は、圧縮機８０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１２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。
【００３０】
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。
【００３１】
（多重筒型改質器）
多重筒型改質器１２は、図２に示すように、多重に配置された複数の筒状壁２１、２２、２３、２４（以下、「筒状壁２１〜２４」という場合がある）を有している。複数の筒状壁２１〜２４は、例えば円筒状や楕円筒状に形成される。複数の筒状壁２１〜２４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、バーナー２６が下向きに配置されている。この多重筒型改質器１２は、改質器の一例である。
【００３２】
さらに、この燃焼室２５の上端部には、外部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。バーナー２６には、さらに都市ガスを供給するための原料供給管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。したがって、バーナー２６には、都市ガスに空気が混合された気体が、供給される構成である。
【００３３】
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を通じて燃焼排ガス水分離部７０へ送出される構成である。
【００３４】
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１流路３１が形成されている。この第１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改質用水供給管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。
【００３５】
予熱流路３２には、都市ガスが原料供給管３３から供給可能とされ、さらに、改質用水が改質用水供給管３４から供給可能とされている。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構成である。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構成である。
【００３６】
また、第１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へ供給される構成である。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、混合ガスが水蒸気改質反応することによって、水素を主成分とする改質ガスが生成される構成である。
【００３７】
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２流路４２が形成されている。第２流路４２の下端部は、第１流路３１の下端部と連通されている。第２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２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。
【００３８】
また、第２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へ供給される構成である。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、一酸化炭素が低減可能とされている。
【００３９】
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２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。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へ供給される構成である。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、一酸化炭素が除去可能とされている。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構成である。
【００４０】
多重筒型改質器１２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８０、昇圧後水分離部６０、及び水素精製器９０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、多重筒型改質器１２、昇圧前水分離部５０、圧縮機８０、昇圧後水分離部６０、及び水素精製器９０がこの順番で配置されている。
【００４１】
（昇圧前水分離部）
昇圧前水分離部５０には、多重筒型改質器１２から改質ガスＧ１を流入させる改質ガス排出管４４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５９が接続され、昇圧前水分離部５０の上部には連絡流路管５６が接続されている。改質ガスＧ１は、昇圧前水分離部５０の上流の改質ガス排出管４４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５９へ送出される構成である。水が凝縮された後の改質ガスＧ２は、連絡流路管５６へ送出される構成である。
【００４２】
（圧縮機）
圧縮機８０には、昇圧前水分離部５０からの改質ガスＧ２が流れる連絡流路管５６と、昇圧後水分離部６０へ供給される改質ガスＧ２が流れる連絡流路管６６とが接続されている。圧縮機８０は、昇圧前水分離部５０から供給された改質ガスＧ２を圧縮し、昇圧後水分離部６０へ供給可能とされている。
【００４３】
（昇圧後水分離部）
昇圧後水分離部６０には、圧縮機８０から改質ガスＧ２を流入させる連絡流路管６６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６９が接続され、昇圧後水分離部６０の上部には連絡流路管６８が接続されている。改質ガスＧ２は、昇圧後水分離部６０の上流の連絡流路管６６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６９へ送出される構成である。水が凝縮された後の改質ガスＧ３は、連絡流路管６８へ送出される構成である。
【００４４】
（水素精製器）
水素精製器９０には、昇圧後水分離部６０からの改質ガスＧ３が流れる連絡流路管６８の下流端と、水素精製器９０のオフガスが流れるオフガス供給管１１２の上流端とが接続されている。
【００４５】
水素精製器９０は、一例として、ＰＳＡ装置が使用されている。この水素精製器９０では、一対の吸着槽を備え、一方の吸着槽で吸着剤に不純物を吸着させる吸着工程を行い、他方の吸着槽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、次に一方の吸着槽で脱着工程、他方の吸着槽で吸着工程を行う。これを周期的に繰り返すことで、改質ガスＧ３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、水素が精製される構成である。精製された水素は、水素供給管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出可能とされている。
【００４６】
水素精製器９０のオフガスは、オフガス供給管１１２を介してボイラー１０２の後述する燃料ガス供給管１０８へ供給可能とされている。なお、オフガス供給管１１２がオフガス導入流路に相当する。
【００４７】
（燃焼排ガス水分離部）
燃焼排ガス水分離部７０には、改質器１２の燃焼排ガス流路２７から燃焼排ガスを導くガス排出管２８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７８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７６が接続されている。燃焼室２５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２８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７８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７６から外気中へ排出される構成である。
【００４８】
水回収管５９、６９、７８の各々の下流端は、改質用水供給管３４に接続されている。改質用水供給管３４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）３４Ａが設けられている。また、改質用水供給管３４には、外部水供給部１７が接続されている。外部水供給部１７から改質用水供給管３４に、例えば純水または市水が供給される構成である。
【００４９】
さらに、改質用水供給管３４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１７から供給された水は、ポンプＰ１によって多重筒型改質器１２へ供給される構成である。
【００５０】
〈ボイラー〉
ボイラー１０２は、燃料ガスを燃焼させる燃焼室１０４と、燃焼室１０４における燃焼により熱媒である水が加熱されて気化されるボイラー本体１０６と、を備えている。このボイラー１０２が熱供給部に相当する。
【００５１】
燃焼室１０４には、外部から燃料ガスが供給される燃料ガス供給管１０８と外部から空気が供給される空気供給管１０９とが接続されると共に、外気中に連通する排気管１１０が接続されている。また、燃料ガス供給管１０８の途中には、水素精製器９０からオフガスが送出されるオフガス供給管１１２が接続されている。
【００５２】
したがって、燃焼室１０４には、燃料ガスとオフガスと空気とが供給可能とされている。また、燃焼室１０４で生じた燃焼排ガスは、排気管１１０を介して外気中に排出される構成である。
【００５３】
なお、燃料ガスとして、例えば都市ガスが使用される。
【００５４】
一方、ボイラー本体１０６は、燃焼室１０４を囲むように配設され、その内部に水が貯留されると共に、外部の機器に後述する水蒸気を供給する水蒸気供給管１１４が上部に接続されている。したがって、燃焼室１０４の燃焼によりボイラー本体１０６の水が気化され、高温、高圧の水蒸気が生成される構成である。この水蒸気は、水蒸気供給管１１４を介して外部機器に供給される構成である。
【００５５】
（作用）
次に、水素製造システム１００の作用について説明する。
【００５６】
都市ガスが、原料供給管３３から多重筒型改質器１２に供給される。図２に示すように、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、混合ガスが燃焼排ガス流路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。この改質ガスは、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。
【００５７】
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。
【００５８】
この際、多重筒型改質器１２の燃焼室２５では、原料分岐管３３Ａと空気分岐管４０Ａから供給された都市ガスと空気とが混合された気体がバーナー２６によって燃焼される。燃焼排ガスは、燃焼室２５から燃焼排ガス流路２７、ガス排出管２８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７８へ送出される。水が分離された燃焼排ガスは、ガス排出管７６から外気中へ排出される。
【００５９】
一方、図１に示すように、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５９へ送出される。水が分離された改質ガスＧ２は、連絡流路管５６から圧縮機８０へ供給され、圧縮機８０によって圧縮される。
【００６０】
圧縮された改質ガスＧ２は、連絡流路管６６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６９へ送出される。水が分離された改質ガスＧ３は、連絡流路管６８から水素精製器９０へ供給される。
【００６１】
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５９、６９、７８に送出された水は、改質用水供給管３４に戻される。ポンプＰ１の駆動により、改質用水供給管３４から多重筒型改質器１２に改質用水として供給される。
【００６２】
水素精製器９０では、圧力スイング方式が採用されており、一対の吸着槽の一方では吸着剤に水素以外の不純物が吸着され、他方の吸着槽では吸着剤に吸着された不純物が脱着されている。水素精製器９０では、この吸着工程と脱着工程をそれぞれの吸着槽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。
【００６３】
水素精製器９０で精製された製品としての水素は水素供給管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。
【００６４】
一方、水素精製器９０から排出されたオフガスＯＧは、オフガス供給管１１２を介してボイラー１０２の燃料ガス供給管１０８に供給される。なお、このオフガスＯＧには、改質器１２で除去しきれなかった一酸化炭素と水素精製器９０で分離しきれなかった水素が含有されている。
【００６５】
ボイラー１０２の燃焼室１０４には、燃料ガス供給管１０８からオフガスＯＧが混入された燃料ガスが供給されると共に、空気が供給される。
【００６６】
これにより、燃焼室１０４で燃料ガスが燃焼され、その熱によりボイラー本体１０６の水が気化され、水蒸気が生成される。この水蒸気が、ボイラー本体１０６から水蒸気供給管１１４を介して外部機器に供給される。
【００６７】
この際、燃料ガスに混合されたオフガスＯＧに含まれている一酸化炭素は、燃焼室１０４で空気中の酸素と反応して二酸化炭素に変換され、燃焼排ガスとして排気管１１０から外気中に排出される。
【００６８】
このように、水素製造システム１００では、水素精製器９０からオフガス供給管１１２を介してボイラー１０２の燃料ガス供給管１０８にオフガスＯＧが供給されている。したがって、オフガスＯＧが燃料ガスに混合され、ボイラー１０２の燃焼室１０４に供給される。この結果、オフガスＯＧに含有される一酸化炭素が、ボイラー１０２の燃焼室１０４で二酸化炭素に変換される。
【００６９】
すなわち、水素精製器９０のオフガスＯＧは、ボイラー１０２において一酸化炭素が除去又は削減された後、ボイラー１０２から燃焼排ガスとして外気中に排出される。
【００７０】
したがって、この水素製造システム１００では水素製造装置１０に新たな構成要素を付け加えることなく、水素製造装置１０の外部に位置するボイラー１０２の燃焼室１０４にオフガスＯＧを供給することで、オフガスＯＧ中の一酸化炭素を除去又は削減して外気中に排出できる。すなわち、水素精製器９０のオフガスＯＧの一酸化炭素濃度を低減して燃焼排ガスとして外気中に排出することができる。
【００７１】
なお、燃料ガスとして都市ガスを利用する場合には、オフガスの流量がボイラー１０２の定格都市ガス流量の４０％未満の比率となるボイラーが設置されることが望ましい。
【００７２】
また、水素製造装置１０において水素精製器９０のオフガスＯＧを改質器１２（バーナー２６）に戻す場合には、精製される水素の純度を高く一定に保つため、及びバーナー２６の燃焼を所定状態に維持するために、圧力（流量）や組成が周期的に変動するオフガスＯＧに対応した流量制御が複雑になる。これに対して水素製造システム１００では、燃焼室１０４に供給される燃料ガスにオフガスを混合させているだけなので、ボイラー１０２の定格流量が十分に大きい場合には流量制御が不要となり、構成が簡単になる。
【００７３】
すなわち、水素製造システム１００は、簡単な構造で水素精製器９０のオフガスの一酸化炭素濃度を低減して外気中に排出することができる。
【００７４】
さらに、このように水素精製器９０のオフガスをボイラー１０２の燃焼室１０４に供給される燃料ガスの一部として使用することで、燃焼室１０４に供給される燃料ガスを削減することができ、水素製造システム１００全体のエネルギー効率を向上させることができる。
【００７５】
また、水素製造装置１０の設置場所が工場等の場合、既存の施設としてボイラー１０２を有する可能性が高い。水素製造装置１０の水素精製器９０から既存のボイラー１０２の燃料ガス供給管１０８にオフガス供給管１１２を接続するだけで、オフガスＯＧの一酸化炭素濃度を低減して外気中に簡単に排出することができる。
【００７６】
なお、オフガス供給管１１２の途中にバッファタンクを設け、ボイラー１０２に供給されるオフガスＯＧの流量や組成の平準化を図っても良い。
【００７７】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る水素製造システム２００について、図３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、第１実施形態と異なるのはオフガス供給管とガスエンジン・ヒートポンプ・エアコンのみなので、当該部分に関する構成、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。
【００７８】
（構成）
図３に示すように、水素製造システム２００は、水素製造装置１０とガスエンジン・ヒートポンプ・エアコン（以下、「ＧＨＰ」という場合がある）２０２とを備えている。なお、ＧＨＰ２０２が熱供給部に相当する。
【００７９】
ＧＨＰ２０２は、室外機２０４のコンプレッサー２０６をガスエンジン２０８で駆動し、ヒートポンプによって冷暖房を行うシステムである。なお、図３では、ＧＨＰ２０２の室内熱交換器、室外熱交換器、膨張弁等の図示を省略している。
【００８０】
ＧＨＰ２０２は、図示しない室内機に設けられた熱交換器と、室外機２０４の図示しない熱交換器の間を熱媒が循環する熱媒循環流路２１０（一部のみ図示）と、熱媒循環流路２１０上に配設されたコンプレッサー２０６と、コンプレッサー２０６を駆動するガスエンジン２０８と、を有する。
【００８１】
ガスエンジン２０８には、外部から燃料ガスを供給する燃料ガス供給管２１２が接続されていると共に、ガスエンジン２０８の燃焼排ガスを外気中に排出する排気管２１４が接続されている。
【００８２】
また、燃料ガス供給管２１２の途中には、水素精製器９０からオフガスを供給するオフガス供給管２１６が接続されている。なお、オフガス供給管２１６がオフガス導入流路に相当する。なお、燃料ガスとして、例えば都市ガスが利用される。
【００８３】
また、ガスエンジン２０８とコンプレッサー２０６は連結されており、ガスエンジン２０８の駆動力によってコンプレッサー２０６が駆動され、熱媒循環流路２１０上を流れる熱媒を圧縮する構成である。
【００８４】
（作用）
このように、水素製造システム２００では、水素精製器９０のオフガスＯＧがオフガス供給管２１６を介して燃料ガス供給管２１２に供給される。燃料ガス供給管２１２では燃料ガスにオフガスＯＧが混合され、ガスエンジン２０８に供給される。
【００８５】
オフガスＯＧを含む燃料ガスがガスエンジン２０８で燃焼されることにより、オフガスＯＧに含有される一酸化炭素が二酸化炭素に変換され、排気管２１４を介して燃焼排ガスとして外気中に排出される。
【００８６】
すなわち、水素精製器９０のオフガスＯＧがガスエンジン２０８で燃焼されることにより、一酸化炭素が除去又は削減された後、燃焼排ガスとして外気中に排出される。
【００８７】
一方、ガスエンジン２０８によって駆動されるコンプレッサー２０６では、熱媒が圧縮されることによって高温高圧の流体とされ、室外機２０４の図示しない熱交換器と図示しない室内機の熱交換器の間で循環されることにより、建物の空調（冷房・暖房）が行われる。
【００８８】
このように、水素製造システム２００では水素製造装置１０に新たな構成要素を付け加えることなく、ＧＨＰ２０２を構成するガスエンジン２０８にオフガスＯＧを供給することで、オフガスＯＧ中の一酸化炭素を除去又は削減して外気中に排出することができる。
【００８９】
また、水素製造装置１０において水素精製器９０のオフガスＯＧを改質器１２（バーナー２６）に戻す場合には、精製される水素の純度を高く一定に保つため、及びバーナー２６の燃焼を所定状態に維持するために、圧力（流量）や組成が周期的に変動するオフガスＯＧに対応した流量制御が複雑になる。これに対して水素製造システム２００では、ガスエンジン２０８に供給される燃料ガスにオフガスＯＧを混合させているだけなので、ＧＨＰ２０２の定格流量が十分に大きい場合には流量制御が不要となり、構成が簡単になる。
【００９０】
すなわち、水素製造システム２００は、簡単な構造で水素精製器９０のオフガスＯＧの一酸化炭素濃度を低減して排ガスとして外気中に排出することができる。
【００９１】
さらに、このように水素精製器９０のオフガスをＧＨＰ２０２のガスエンジン２０８の燃焼用燃料ガスの一部として使用することで、ガスエンジン２０８に供給する燃料ガスの量を抑制することができる。すなわち、水素製造システム２００全体のエネルギー効率が向上する。
【００９２】
また、ビルの空調システム等にＧＨＰ２０２を既に導入している利用者が、さらに水素製造装置１０を導入する際、水素製造装置１０の水素精製器９０からＧＨＰ２０２の燃料ガス供給管２１２にオフガス供給管２１６を接続するだけで、オフガスＯＧの一酸化炭素濃度を低減して外気中に簡単に排出することができる。
【００９３】
なお、オフガス供給管２１６の途中にバッファタンクを設け、ＧＨＰ２０２に供給されるオフガスＯＧの流量や組成の平準化を図っても良い。
【００９４】
［他の例］
（他の例１）
なお、水素製造システム１００、２００において、改質器１２は改質ガスから一酸化炭素を除去するために、ＣＯ変成触媒層４５、ＣＯ選択酸化触媒層４７を備える構成としたが、図４に示すように、改質器１２からＣＯ選択酸化触媒層４７を除きＣＯ変成触媒層４５のみとした改質器１２Ａとすることもできる。
【００９５】
このように構成した場合には、改質ガスＧ１に含有される一酸化炭素濃度が増加するため、水素精製器９０のオフガスＯＧの一酸化濃度も増加する。この結果、水素製造システム１００、２００であれば、ボイラー１０２の燃焼室１０４又はガスエンジン２０８に供給されるオフガスＯＧの一酸化炭素濃度が向上するため、燃料ガスの供給量をその分削減することができる。
【００９６】
したがって、水素製造システム１００、２００のいずれでも改質器１２Ａの構造を簡略化しつつ、水素製造システム全体のエネルギー効率を向上させることができる。
【００９７】
（他の例２）
また、図５に示すように、水素製造システム１００、２００において、改質ガスから一酸化炭素を除去するために、改質器１２からＣＯ選択酸化触媒層４７を除きＣＯ変成触媒層４５のみとすると共に、ＣＯ変成触媒層４５を拡大した改質器１２Ｂとすることもできる。これにより、ＣＯ変成触媒層４５の一酸化炭素処理（除去）能力を改質器１２よりも増大させることができる。
【００９８】
このように構成した場合には、改質ガスＧ１に含有される水素量が増加するため、水素精製器９０で分離される水素量が増大する。すなわち、改質ガスＧ１から抽出される製品水素量を増加させることができる。
【００９９】
（他の例３）
さらに、水素精製器９０のオフガスＯＧ中の一酸化炭素がボイラー１０２、ＧＨＰ２０２で使用されることを考慮すると、改質器１２からＣＯ変成触媒層４５、ＣＯ選択酸化触媒層４７を除去することも考えられる。
【０１００】
この改質器を水素製造システム１００、２００に適用すれば、ボイラー１０２の燃焼室１０４又はガスエンジン２０８に供給されるオフガスＯＧの一酸化炭素濃度が「他の例１」よりも増加するため、両者に供給する燃料ガスを一層削減することができる。
【０１０１】
さらに、水素製造システム１００、２００の改質器１２からＣＯ変成触媒層４５、ＣＯ選択酸化触媒層４７を除去しているため、改質器の構成が一層簡略化される。
【０１０２】
［その他］
第１、第２実施形態に係る水素製造システム１００、２００では、それぞれ改質器１２、１２Ａ、１２Ｂを多重筒型改質器としたが、これに限定されるものではない。都市ガスから水素を主成分とする改質ガスに改質可能なものであれば良い。
【０１０３】
また、第１、第２実施形態に係る水素製造システム１００、２００では、水素精製器９０がＰＳＡ装置である場合について説明したが、改質ガスＧ３から水素を精製できるものであれば、これに限定するものではない。
【０１０４】
さらに、ボイラー１０２、ＧＨＰ２０２から燃焼排ガスを外気中に排出するために排気管１１０、２１２が設けられていたが、これがボイラー１０２、ＧＨＰ２０２の内部に設けられていても良い。すなわち、ボイラー１０２、ＧＨＰ２０２から直接外部に排出しても良い。
【０１０５】
また、第１実施形態では、ボイラー１０２の熱媒が水の場合について説明したが、他の熱媒であっても良い。
【符号の説明】
【０１０６】
１０  水素製造装置
１２、１２Ａ、１２Ｂ  多重筒型改質器（改質器）
９０  水素精製器
１００、２００、  水素製造システム
１０２  ボイラー（熱供給部）
１０４  燃焼室
１０６  ボイラー本体
１１２、２１６  オフガス供給管（オフガス導入流路）
２０２  ガスエンジン・ヒートポンプ・エアコン（ＧＨＰ）（熱供給部）
２０６  コンプレッサー
２０８  ガスエンジン
【図１】
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【図２】
2020079176.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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