(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質触媒が充填された複数の反応管と、該複数の反応管を加熱するための加熱部とを備えている燃焼室と、
水素のみを透過する金属膜を用いた複数の水素分離管を備えている水素分離室とを備え、
前記複数の反応管が、上流側から下流側に向かって並列に配置され、前記複数の水素分離管が、上流側から下流側に向かって並列に配置され、前記複数の反応管の中の最上流の反応管が、混合ガスを供給するための原料供給部に連結され、前記複数の水素分離管の中の最下流の水素分離管が、前記混合ガスを排出するオフガス流路に連結され、前記複数の反応管と前記複数の水素分離管とがガス流路を介して連結され、前記最上流の反応管に供給された前記混合ガスが前記反応管と前記水素分離管とを順次循環して前記最下流の水素分離管まで流れるようになっていることを特徴とする水素製造装置。
【請求項２】
各反応管の出口は、最上流から数えて同じ順番に位置する水素分離管の入口に連結され、各水素分離管の出口は、前記順番より１つ下流側の反応管の入口に連結されており、前記最上流の反応管に供給された前記混合ガスが前記反応管と前記水素分離管とを１つずつ順次循環して前記最下流の水素分離管まで流れるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項３】
前記燃焼室には、前記加熱部により加熱された燃焼ガスの流量を調節するためのガス流量調節手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水素製造装置。
【請求項４】
前記ガス流量調節手段が、複数のガス通孔を有する区切板であり、該区切板が、前記加熱部と前記複数の反応管との間に配置されており、前記区切板を移動させることにより前記複数の反応管の周囲に流れる前記燃焼ガスの流量が調節できるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の水素製造装置。
【請求項５】
前記ガス流路には、前記反応管から前記水素分離管へ向かって流れるガスの温度を調節するための冷却器が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項６】
前記複数の水素分離管の中の下流側の水素分離管は、上流側の水素分離管に比べて前記金属膜の透過面積が大きくなっていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高純度の水素が得られる水素製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水素製造装置では、炭化水素などの原料ガスと水蒸気とからなる混合ガスを供給し、この混合ガスから水蒸気改質反応によって主に水素と二酸化炭素を生成し、その後、水素を選択的に分離して回収している（例えば、特許文献１）。
【０００３】
図８は、従来の水素製造システムの全体を示した模式図である。
図８に示すように、従来の水素製造システム２０は、水素分離型のリフォーマ２１を備えている。このリフォーマ２１には、ボイラ２２で生成された水蒸気と炭化水素とからなる混合ガスがボイラライン２３を介して供給されるようになっている。
【０００４】
図８に示すように、リフォーマ２１は、燃焼部２４と、改質触媒が充填された触媒層２５と、水素のみを透過する金属膜２６とを備えている。この構成においては、リフォーマ２１に供給された混合ガスが、触媒層２５における水蒸気改質反応によって水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素となる。この際、これらのガスの中の水素のみが金属膜２６を通して透過部２７に分離される。そして、透過部２７に溜まった水素は、高純度の水素としてリフォーマ２１から排出される。なお、リフォーマ２１から排出された水素は、高温であるため後段の熱交換器２８を通して冷却されるようになっている。また、リフォーマ２１から排出された燃焼排ガスの一部は、循環ブロワ２９を介してリフォーマ２１に戻されるようになっている。
【０００５】
図９は、従来のリフォーマ（水素製造装置）の概略正面図である。
図９に示すように、リフォーマ２１は、反応管ユニット３１を備えている。反応管ユニット３１は、複数の角型筒状の反応管３２を備えており、これら反応管３２は、一定の間隔をおいて並列に配置されている。また、反応管３２には、水蒸気改質反応を行うための触媒層（図示せず）と、水素のみを透過する金属膜３３と、混合ガスを供給するための原料供給管３４と、水素を取り出す水素抜出管（図示せず）とが組み込まれている。また、リフォーマ２１の一端部には、反応管ユニット３１に燃焼ガスを送るための加熱部３５が設けられ、リフォーマの他端部には、原料供給及び水素回収用のヘッダ部３６が設けられている。このヘッダ部３６には、原料供給管と連結する第１連結パイプ３７と、水素抜出管等と連結する第２連結パイプ３８とが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許４２８８１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の従来の構成では、反応管の中で水蒸気改質反応と水素分離とを同時に行うため、反応管の中に触媒層と金属膜の両方を組み込まなければならず、反応管の構成が複雑になる。特に、金属膜に不良があった場合、反応管を分解するのに手間がかかり、製造時やメンテナンス時の負担が大きくなってしまうという問題があった。
加えて、上述の従来の構成では、反応管を角型筒状で形成しているので、円筒状の管に比べて溶接箇所が多くなり、反応管を製造する際の工数が多く、製造コストが高くなるという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡素な作業で迅速に不具合を有する反応管のみを部分的に交換することができ、製造コストを低減させながら高純度の水素を製造することが可能な水素製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、改質触媒が充填された複数の反応管と、該複数の反応管を加熱するための加熱部とを備えている燃焼室と、水素のみを透過する金属膜を用いた複数の水素分離管を備えている水素分離室とを備え、前記複数の反応管が、上流側から下流側に向かって並列に配置され、前記複数の水素分離管が、上流側から下流側に向かって並列に配置され、前記複数の反応管の中の最上流の反応管が、混合ガスを供給するための原料供給部に連結され、前記複数の水素分離管の中の最下流の水素分離管が、前記混合ガスを排出するオフガス流路に連結され、前記複数の反応管と前記複数の水素分離管とがガス流路を介して連結され、前記最上流の反応管に供給された前記混合ガスが前記反応管と前記水素分離管とを順次循環して前記最下流の水素分離管まで流れるようになっている。
【００１０】
また、本発明によれば、各反応管の出口は、最上流から数えて同じ順番に位置する水素分離管の入口に連結され、各水素分離管の出口は、前記順番より１つ下流側の反応管の入口に連結されており、前記最上流の反応管に供給された前記混合ガスが前記反応管と前記水素分離管とを１つずつ順次循環して前記最下流の水素分離管まで流れるようになっている。
【００１１】
また、本発明によれば、前記燃焼室には、前記加熱部により加熱された燃焼ガスの流量を調節するためのガス流量調節手段が設けられている。
【００１２】
また、本発明によれば、前記ガス流量調節手段が、複数のガス通孔を有する区切板であり、該区切板が、前記加熱部と前記複数の反応管との間に配置されており、前記区切板を移動させることにより前記複数の反応管の周囲に流れる前記燃焼ガスの流量が調節できるように構成されている。
【００１３】
また、本発明によれば、前記ガス流路には、前記反応管から前記水素分離管へ向かって流れるガスの温度を調節するための冷却器が設けられている。
【００１４】
また、本発明によれば、前記複数の水素分離管の中の下流側の水素分離管は、上流側の水素分離管に比べて前記金属膜の透過面積が大きくなっている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る水素製造装置によれば、改質触媒が充填された複数の反応管と、該複数の反応管を加熱するための加熱部とを備えている燃焼室と、水素のみを透過する金属膜を用いた複数の水素分離管を備えている水素分離室とを備え、前記複数の反応管が、上流側から下流側に向かって並列に配置され、前記複数の水素分離管が、上流側から下流側に向かって並列に配置され、前記複数の反応管の中の最上流の反応管が、混合ガスを供給するための原料供給部に連結され、前記複数の水素分離管の中の最下流の水素分離管が、前記混合ガスを排出するオフガス流路に連結され、前記複数の反応管と前記複数の水素分離管とがガス流路を介して連結され、前記最上流の反応管に供給された前記混合ガスが前記反応管と前記水素分離管とを順次循環して前記最下流の水素分離管まで流れるようになっているので、水蒸気改質反応を行う部分と水素の分離を行う部分とが別々の部屋に配置されることになり、反応管の構造がより簡略化される。したがって、反応管を製造する際の工数が低減されることになるので、製造コストを抑えることができる。また、製造時やメンテナンス時において、簡素な作業で迅速に不具合を有する管のみを部分的に交換することができる。
【００１６】
また、本発明に係る水素製造装置によれば、各反応管の出口は、最上流から数えて同じ順番に位置する水素分離管の入口に連結され、各水素分離管の出口は、前記順番より１つ下流側の反応管の入口に連結されており、前記最上流の反応管に供給された前記混合ガスが前記反応管と前記水素分離管とを１つずつ順次循環して前記最下流の水素分離管まで流れるようになっているので、混合ガスに対する反応管の距離をかせいで水素の取得率をより高めることができる。
【００１７】
また、本発明に係る水素製造装置によれば、前記燃焼室には、前記加熱部により加熱された燃焼ガスの流量を調節するためのガス流量調節手段が設けられているので、燃焼室内の反応管の温度を適切な温度に維持することができる。
【００１８】
また、本発明に係る水素製造装置によれば、前記ガス流量調節手段が、複数のガス通孔を有する区切板であり、該区切板が、前記加熱部と前記複数の反応管との間に配置されており、前記区切板を移動させることにより前記複数の反応管の周囲に流れる前記燃焼ガスの流量が調節できるように構成されているので、より簡易な構成で燃焼室内の燃焼ガスの流量を調節することができる。
【００１９】
また、本発明に係る水素製造装置によれば、前記ガス流路には、前記反応管から前記水素分離管へ向かって流れるガスの温度を調節するための冷却器が設けられているので、水素分離管に流れるガスの温度を冷却することができ、高温による金属膜の劣化を防ぐことができる。
【００２０】
また、本発明に係る水素製造装置によれば、前記複数の水素分離管の中の下流側の水素分離管は、上流側の水素分離管に比べて前記金属膜の透過面積が大きくなっている。水素の分圧は、本発明の水素製造装置において下流にいくほど低くなるため、水素分離管における水素の透過速度が低下しまう可能性があるが、下流側の金属膜の透過面積を増やすことにより効果的に水素を分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る水素製造装置の概略側面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る水素製造装置の動作の流れを示すブロック図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る水素製造装置の概略側面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る水素製造装置の概略側面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る水素製造装置の動作の流れを示すブロック図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る水素製造装置を上方から見た概略図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る水素製造装置の各反応管の入り口におけるガスの濃度を示した図である。
【図８】従来の水素製造システムの全体を示した模式図である。
【図９】従来のリフォーマ（水素製造装置）の概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る水素製造装置を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る水素製造装置の概略側面図である。
【００２３】
図１に示すように、第１実施形態に係る水素製造装置１は、複数の反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが配置された燃焼室３と、複数の水素分離管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが配置された水素分離室５とを備えている。
複数の反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄは、燃焼室３内において上流側から下流側に向かって並列に配置されている。また、複数の水素分離管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄも、水素分離室５内において上流側から下流側に向かって並列に配置されている。
【００２４】
図１に示すように、複数の反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄのうちの最上流の第１の反応管２Ａは、原料となる混合ガスを供給するための原料供給部６に原料供給ライン７を介して連結されている。原料供給部６は、例えば、ボイラ等を備えており、ボイラで生成された水蒸気と炭化水素とからなる混合ガスを第１の反応管２Ａに供給するようになっている。また、各反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄには、水蒸気改質反応を行うための改質触媒（例えば、粒状触媒）８が充填されている。この改質触媒８は、混合ガスの一部を水素に転化させ、その際の吸熱によって反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの局部加熱を防止するようになっている。
【００２５】
また、図１に示すように、燃焼室３の下部には、複数の反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを加熱するための加熱部９が設けられている。この加熱部９は、例えば、並列に配置された複数のラインバーナで構成されている。加熱部９は、供給された空気及び燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成し、加熱部９の上方に配置された複数の反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに対して燃焼ガスを送るようになっている。
【００２６】
また、水素分離管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの内部は、水素のみを透過する複数の金属膜１０が配置されており、金属膜１０で区切られた各領域には、水素を抜き出すための水素抜出管１１が接続されている。金属膜１０は、例えば、パラジウムやパラジウム合金等で形成されている。
【００２７】
この実施形態においては、図１に示すように、燃焼室３の複数の反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄと水素分離室５の複数の水素分離管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄとは、ガス流路１２を介して１つずつ連結されている。各反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの出口は、最上流から数えて同じ順番に位置にする水素分離管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの入口にそれぞれ連結され、各水素分離管４Ａ，４Ｂ，４Ｃの出口は、その順番より１つ下流側の反応管２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの入口にそれぞれ連結されている。詳細には、反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ及び水素分離管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは、第１の反応管２Ａ→第１の水素分離管４Ａ→第２の反応管２Ｂ→第２の水素分離管４Ｂ→第３の反応管２Ｃ→第３の水素分離管４Ｃ→第４の反応管２Ｄ→第４の水素分離管４Ｄの順に接続されている。
このような構成により、最上流の反応管２Ａに供給された混合ガスが反応管と水素分離管とを１つずつ順次循環して最下流の水素分離管４Ｄまで流れるようになっている。
【００２８】
また、図１に示すように、複数の水素分離管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄのうちの最下流の第４の水素分離管４Ｄは、主に二酸化炭素からなるオフガスを排出するオフガス流路１３に連結されている。オフガス流路１３は、燃焼室５の加熱部９に接続されており、第４の水素分離管４Ｄから排出されたオフガスが、空気とともに加熱部９に導入され、加熱部９の燃料として使用されるようになっている。
【００２９】
さらに、図１に示すように、燃焼室３と水素分離室５とは、燃焼ガス流路１４により接続されており、加熱部９により生成された燃焼ガスは、反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを加熱した後に燃焼ガス流路１４を介して水素分離室５に流れるようになっている。なお、水素分離室５に流れた燃焼ガスは、水素分離室５内の保温のために使用され、排気管１５を介して水素製造装置１の外に排出されるようになっている。
【００３０】
次に、第１実施形態に係る水素製造装置の動作を、図面を参照しながら説明する。図２は、本発明の第１実施形態に係る水素製造装置の動作の流れを示すブロック図である。
【００３１】
図２に示すように、第１実施形態に係る水素製造装置１では、ステップＳ１において、反応管（第１ないし第４の反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）で以下の水蒸気改質反応行い、混合ガスから水素、一酸化炭素及び二酸化炭素を生成する。
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ  （吸熱反応）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２  （発熱反応）
通常、この反応は５００℃以上で行われ、水とメタンの炭素Ｃとモル比であるＳ／Ｃ（ｓｔｅｒａｍ／ｃａｒｂｏｎ比）が２以上のスチームリッチの条件で行われる。
次に、ステップＳ３において、水素分離管（第１ないし第４の水素分離管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ）で金属膜を用いて水素の分離を行う。金属膜１０は、使用温度を６００℃以下に抑える必要がある。よって、水蒸気改質反応及び水素分離は５００℃〜６００℃の範囲で行われる。
以上のステップを反応管及び水素分離管の数だけ繰り返すことになる。すなわち、本実施形態では上述のステップを４回繰り返すことになる。なお、最終的に第４の水素分離管４Ｄから排出されたオフガスは、オフガス流路１３を介して加熱部９に導入されるようになっている。
【００３２】
この第１実施形態に係る水素製造装置１によれば、改質触媒８が充填された複数の反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄと、複数の反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを加熱するための加熱部９とを備えている燃焼室３と、水素のみを透過する金属膜１０を用いた複数の水素分離管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを備えている水素分離室５とを備え、複数の反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの中の第１の反応管２Ａが、原料となるガスを供給するための原料供給部６に連結され、複数の反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄと複数の水素分離管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄとが、ガス流路１２を介して１本ずつ交互に連結されており、原料供給部６から供給されたガスが、反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄと水素分離管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄとを交互に循環するように構成されているので、水蒸気改質反応を行う部分と水素の分離を行う部分とが別々の部屋に配置されることになり、反応管の構造がより簡略化される。したがって、反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを製造する際の工数が低減されることになるので、製造コストを抑えることができる。また、製造時やメンテナンス時において、簡素な作業で迅速に不具合を有する管のみを部分的に交換することができる。
【００３３】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係る水素製造装置を、図面を参照しながら説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る水素製造装置の概略側面図である。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の部分については、同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３４】
この第２実施形態においては、図３に示すように、燃焼室３には、加熱部９により加熱された燃焼ガスの流量を調節するための区切板１６が設けられている。区切板１６は、複数のガス通孔１６ａを有しており、加熱部９と複数の反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄとの間において水平方向に沿って配置されている。このような構成から、本実施形態においては、燃焼室３の加熱部９で燃焼ガスが生成されると、燃焼ガスは、区切板１６のガス通孔１６ａを通って複数の反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの周囲に流れるようになっている。
【００３５】
また、図３に示すように、区切板１６は、区切板１６を上下方向に移動させるように構成された駆動手段１７（例えば、アクチュエータなど）を備えている。に連結されており、上下方向に移動可能に構成されている。一方、燃焼室３には、複数の反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの近傍に温度センサ１８が設けられおり、この温度センサ１８は、燃焼室３内の温度を調節するための温度制御手段１９に接続されている。この温度制御手段１９は、駆動手段１７に接続されており、温度センサ１８で温度を検知すると、駆動手段１７を作動させることにより区切板１６を上下方向に移動させるようになっている。
【００３６】
例えば、温度センサ１８で検知された温度が適切な温度よりも高い場合、温度制御手段１９は、区切板１６を上方向に移動させて、複数の反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの周囲を囲む燃焼ガスの容量が小さくする。これにより、反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの温度を下げることができる。
一方、温度センサ１８で検知された温度が適切な温度よりも低い場合、温度制御手段１９は、区切板１６を下方向に移動させて、複数の反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの周囲を囲む燃焼ガスの容量を大きくする。これにより、反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの温度を上げることができる。
このように、本実施形態においては、区切板１６を上下方向に移動させることにより複数の反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの周囲に流れる燃焼ガスの流量が調節できるように構成されている。
【００３７】
この第２実施形態に係る水素製造装置によれば、燃焼室３内の反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの温度を適切な温度に維持することができる。しかも、本実施形態によれば、区切板１６という簡易な構成で燃料ガスの流量を調節できるので、水素製造装置１の全体のコストを抑えつつ、反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの温度を適切な温度に維持することができる。
【００３８】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態に係る水素製造装置を、図面を参照しながら説明する。図４は、本発明の第３実施形態に係る水素製造装置の概略側面図である。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の部分については、同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３９】
この第３実施形態においては、図４に示すように、ガス流路１２には、ガスの温度を調節するための冷却器２０が設けられている。ここで、冷却器２０は、ガスが反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄから水素分離管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄへ向かって流れるようなガス流路１２に配置されている。この冷却器２０は、例えば、冷却水を用いた熱交換器であり、水素分離管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄに供給されるガスの温度を５００〜５７０℃の範囲に調節するようになっている。
【００４０】
次に、第３実施形態に係る水素製造装置の動作を、図面を参照しながら説明する。図５は、本発明の第３実施形態に係る水素製造装置の動作の流れを示すブロック図である。
図３に示すように、第３実施形態に係る水素製造装置１では、ステップＳ１において、反応管（第１ないし第４の反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）で水蒸気改質反応行い、混合ガスから水素、一酸化炭素及び二酸化炭素を生成する。この反応における温度及びＳ／Ｃは第１実施形態と同じである。なお、この際、水蒸気改質反応後のガス（水素、一酸化炭素及び二酸化炭素）の温度は、区切板１６を上下に移動させることにより６００℃以下に抑えられる。
次に、ステップＳ２において、冷却器２０において反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄから排出されたガスを５００〜５７０℃の範囲に調節する。
そして、ステップＳ３において、水素分離管（第１ないし第４の水素分離管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ）で金属膜１０を用いて水素の分離を行う。
以上のステップを反応管及び水素分離管の数だけ繰り返すことになる。すなわち、本実施形態では上述のステップを４回繰り返すことになる。なお、最終的に第４の水素分離管４Ｄから排出されたオフガスは、オフガス流路１３を介して加熱部９に導入されるようになっている。
【００４１】
この第３実施形態に係る水素製造装置によれば、ガス流路１２には、反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄから水素分離管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄへ向かって流れるガスの温度を調節するための冷却器２０が設けられているので、水素分離管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄに流れるガスの温度を冷却することができ、高温による金属膜１０の劣化を防ぐことができる。
さらに、この第３実施形態に係る水素製造装置によれば、ガスの温度を冷却器２０を用いて調節することができるので、従来の構成（図８）のように循環ブロアを設ける必要がなく、水素製造装置１の構成をより簡素化することができる。
【００４２】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態に係る水素製造装置を、図面を参照しながら説明する。図６は、本発明の第４実施形態に係る水素製造装置を上方から見た概略図である。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の部分については、同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４３】
この第４実施形態においては、図６に示すように、燃焼室３に反応管が９本設けられ、水素分離室５に水素分離管が９本設けられた構成となっている。そして、複数の反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ，２Ｈ，２Ｉと複数の水素分離管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆ，４Ｇ，４Ｈ，４Ｉとが、ガス流路１２を介して１本ずつ交互に連結されている。
【００４４】
図７は、第４実施形態に係る水素製造装置の各反応管の入り口におけるガスの濃度を示した図である。図７に示すように、水素の分圧は、下流の反応管ほど（例えば、２Ｂ→２Ｃ→２Ｄ→２Ｅ→２Ｆ→２Ｇ→２Ｈ→２Ｉの順で）小さくなっている。したがって、水素分離管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆ，４Ｇ，４Ｈ，４Ｉにおける水素の透過速度が下流にいくほど低下しまう可能性がある。この図７の結果を考慮して、この第４実施形態においては、複数の水素分離管の中の下流側の水素分離管は、上流側の水素分離管に比べて金属膜１０の透過面積が大きくなっている。例えば、第２の水素分離管４Ｂは、第１の水素分離管４Ａに比べて透過面積が大きくなっている。この場合、例えば、水素分離管４Ｂ内において金属膜１０を水素分離管４Ａに比べて多く積層することにより金属膜１０の透過面積を大きく設定することができる。
【００４５】
この第４実施形態に係る水素製造装置によれば、水素の分圧は、本発明の水素製造装置１において下流にいくほど低くなるため、水素分離管４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆ，４Ｇ，４Ｈ，４Ｉにおける水素の透過速度が低下しまう可能性があるが、下流側の金属膜１０の透過面積を増やすことにより効果的に水素を分離することができる。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【００４７】
上述の実施形態では、加熱部９は、燃焼室３の下部に設けているが、下部に一体的に設ける必要はなく、別個に設けた燃焼室で製造した燃焼ガスを反応管２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに導くようにしてもよい。また、加熱部９は、ラインバーナに限定されるものでなく、高流速バーナ等、各種バーナを使用することが可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１  水素製造装置
２  反応管
３  燃焼室
４  水素分離管
５  水素分離室
６  原料供給部
７  原料供給ライン
８  改質媒体
９  加熱部
１０  金属膜
１１  水素抜出管
１２  ガス流路
１３  オフガス流路
１４  燃焼ガス流路
１５  排気管
１６  区切板（ガス流量調節手段）
１７  駆動手段
１８  温度センサ
１９  温度制御手段
２０  冷却器

【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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