(57)【要約】【課題】従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る水素生成装置および燃料電池システムを提供する。【解決手段】水素生成装置１００は、原料ガス中の硫黄化合物を膜分離する分離器１と、分離器１を通過した原料ガス中の硫黄化合物を除去する脱硫器２と、原料ガスを用いて水素含有ガスを生成する改質器３と、水素含有ガスを用いて燃焼する燃焼器４と、分離器１を通過した、改質器３に流入する原料ガスが流れる第１のガス流路１１と、分離器１で分離された硫黄化合物を燃焼器４に供給する第２のガス流路１２とを備え、燃焼器４は第２のガス流路１２を介して供給された硫黄化合物を燃焼する。【選択図】図１
2014105137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガス中の硫黄化合物を膜分離する分離器と、前記分離器を通過した原料ガス中の硫黄化合物を除去する脱硫器と、原料ガスを用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記水素含有ガスを用いて燃焼する燃焼器と、前記分離器を通過した、前記改質器に流入する原料ガスが流れる第１のガス流路と、前記分離器で分離された硫黄化合物を前記燃焼器に供給する第２のガス流路とを備え、前記燃焼器は前記第２のガス流路を介して供給された硫黄化合物を燃焼する、水素生成装置。
【請求項２】
前記分離器内の硫黄化合物を前記第２のガス流路に送出するために前記分離器に供給されるガスが流れる第３のガス流路を備え、前記ガスは、前記水素含有ガスである、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記脱硫器は、水添脱硫器を備え、前記分離器を通過した原料ガスは、水素を透過する前記分離膜に侵入した水素とともに前記水添脱硫器に供給される、請求項２記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記第３のガス流路に設けられた凝縮器を備える、請求項２記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記分離器内の硫黄化合物を前記ガス流路に送出するために前記分離器に供給されるガスが流れる第３のガス流路を備え、前記ガスは、酸化ガスである、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記分離器は交換可能に構成されている、請求項１−５のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項７】
請求項１−６のいずれかに記載の水素生成装置と、前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水素生成装置および燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、発電時の燃料として用いられる水素ガスが一般的なインフラとして整備がされていないため、通常、水素生成装置を備える。水素生成装置では、改質反応が一般的に用いられている。水素生成装置は、例えば、原料となる都市ガスと水蒸気とをＮｉ系またはＲｕ系の改質触媒を用いて、６００℃〜７００℃程度の高温で反応させることにより、水素を主成分とした水素含有ガスを生成する。改質反応に必要な熱エネルギーを得る方法としては、燃料電池からの燃料オフガスを燃焼器で燃焼させる方法が一般的である。
【０００３】
ところで、水素生成装置に供給される原料中に、硫黄化合物が含まれる。具体的には、メタンを主成分とする都市ガスおよびＬＰガス中には、原料由来の硫黄化合物のほかに、漏洩検知の目的でサルファイド類、メルカプタン類などの硫黄化合物が付臭剤として添加されている。そして、これらの硫黄化合物に含まれる硫黄は、極めて低濃度であっても、改質反応に繁用されるＮｉ系およびＲｕ系の改質触媒の活性低下を進行させることが知られている。
【０００４】
このため、都市ガスおよびＬＰガスのような原料は、水素生成装置に供給される前に適切な脱硫処理が行われる。
【０００５】
脱硫処理の方法としては、常温吸着脱硫および水添脱硫などが知られている（例えば、特許文献１）。常温吸着脱硫では、ゼオライトなどの吸着剤を用い、常温での吸着によって硫黄化合物が除去される。水添脱硫では、硫黄化合物が、水添触媒を用いて３００℃〜４００℃程度で水素とともに反応させて硫化水素に変換された後、吸着触媒を用いて２００℃〜３５０℃程度で硫化水素が吸着される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２４９２０３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、上記特許文献１は、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量が増加し、装置の大型化またはコスト増加を招く。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る水素生成装置および燃料電池システム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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の一態様の水素生成装置は、原料ガス中の硫黄化合物を膜分離する分離器と、前記分離器を通過した原料ガス中の硫黄化合物を除去する脱硫器と、原料ガスを用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記水素含有ガスを用いて燃焼する燃焼器と、前記分離器を通過した、前記改質器に流入する原料ガスが流れる第１のガス流路と、前記分離器で分離された硫黄化合物を前記燃焼器に供給する第２のガス流路とを備え、前記燃焼器は前記第２のガス流路を介して供給された硫黄化合物を燃焼する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様の水素生成装置および燃料電池システムは、従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は第１実施形態の水素生成装置の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は第２実施形態の水素生成装置の一例を示すブロック図である。
【図３】図３は第３実施形態の水素生成装置の一例を示すブロック図である。
【図４】図４は第４実施形態の水素生成装置の一例を示すブロック図である。
【図５】図５は第５実施形態の水素生成装置の一例を示すブロック図である。
【図６】図６は第７実施形態の燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明者らは、水素生成装置において、原料ガス中の硫黄濃度が高いときでも、脱硫器の容量の増加を抑制すべく鋭意検討を行い、以下の知見を得た。
【００１３】
常温脱硫方式では、脱硫剤によって吸着および除去できる硫黄量が少ない。よって、本方式では、原料中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加が必要となる。
また、水添脱硫方式においても、原料中の硫黄濃度が高いとき、脱硫器の容量の増加は避けられない。脱硫器の容量が増加すると、装置の大型化またはコスト増加を招く。また、脱硫剤を水添反応に必要な適温状態に保つための脱硫器の温度管理の設計が困難になる。
【００１４】
そこで、予め原料中の硫黄化合物を選択的に分離除去する分離膜と接触させた後、原料を脱硫器に流すようアルコール類から硫黄化合物を分離するという脱硫処理がすでに知られている。
【００１５】
よって、上記の分離膜を用いると、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき、従来に比べ、脱硫器の容量の増加を抑制し得る。
【００１６】
以下、実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本実施形態を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示し、その他の構成要素については図示を省略する。
【００１７】
（第１実施形態）
第１実施形態の水素生成装置は、原料ガス中の硫黄化合物を膜分離する分離器と、分離器を通過した原料ガス中の硫黄化合物を除去する脱硫器と、原料ガスを用いて水素含有ガスを生成する改質器と、水素含有ガスを用いて燃焼する燃焼器と、分離器を通過した、改質器に流入する原料ガスが流れる第１のガス流路と、分離器で分離された硫黄化合物を燃焼器に供給する第２のガス流路とを備え、燃焼器は第２のガス流路を介して供給された硫黄化合物を燃焼する。
【００１８】
かかる構成により、従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る。
【００１９】
［装置構成］
図１は、第１実施形態の水素生成装置の一例を示すブロック図である。
【００２０】
図１に示す例では、本実施形態の水素生成装置１００は、分離器１と、脱硫器２と、改質器３と、燃焼器４と、第１のガス流路１１と、第２のガス流路１２と、を備える。
【００２１】
分離器１は、原料ガス中の硫黄化合物を膜分離する。具体的には、分離器１は、原料ガスが流通する原料流路１ａと、原料ガス中の硫黄化合物を選択的に透過する分離膜１ｃと、分離膜１ｃを透過した硫黄化合物が流れる分離流路１ｂと、を備える。
【００２２】
分離膜１ｃは、シリコーン膜、ポリイミド膜、ポリアミド膜、ポリスチレン膜、ポリエステル膜またはポリビニルアルコール膜などが使用できる。また、硫黄化合物を含む原料ガスが分離膜と接触できれば、分離膜１ｃの型式は特に限定されるものではなく、例えば、中空糸型、チューブ型、平膜型または管状型などの分離膜を使用できる。
【００２３】
本実施形態では、分離膜１ｃの入手容易性および硫黄化合物の優れた選択透過性の点から、分離膜１ｃとして、シリコーン膜が用いられている。また、分離膜１ｃの型式として、中空糸型が用いられている。
【００２４】
なお、本明細書において、シリコーン膜とは、シリコーンからなる分離膜の総称である。同様に、ポリイミド膜とは、ポリイミドからなる分離膜の総称であり、ポリアミド膜とは、ポリアミドからなる分離膜の総称であり、ポリスチレン膜とは、ポリスチレンからなる分離膜の総称であり、ポリエステル膜とは、ポリエステルからなる分離膜の総称であり、ポリビニルアルコール膜とは、ポリビニルアルコールからなる分離膜の総称である。
なお、原料ガスは、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、ＬＰＧなどの少なくとも炭素および水素から構成される有機化合物を含むガスである。都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭などに供給されるガスをいう。原料ガスには、原料ガス由来の硫黄化合物のほかに、漏洩検知の目的でサルファイド類、メルカプタン類などの硫黄化合物が付臭剤として添加されている。
【００２５】
脱硫器２は、分離器１を通過した原料ガス中の硫黄化合物を除去する。例えば、脱硫器２は、硫黄化合物を常温で吸着し、除去する常温吸着脱硫器、および硫黄化合物を常温よりも高い温度（例えば、２００℃〜４００℃）で水添反応を用いて硫黄化合物を除去する水添脱硫器のうちの少なくともいずれか一方を含む。  
【００２６】
常温吸着脱硫器の常温吸着脱硫剤として、例えば、活性炭、金属化合物、ゼオライト、又は金属担持のゼオライト（ゼオライトにＡｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの金属を担持したもの）などを使用できる。
【００２７】
水添脱硫器の水添脱硫剤は、水添反応により硫黄化合物から硫化水素を生成する硫化水素生成剤と硫化水素を吸着する硫化水素吸着剤とを備える。硫化水素生成剤は、例えば、Ｃｏ−Ｍｏ系の触媒が挙げられる。硫化水素吸着剤は、例えば、酸化亜鉛が挙げられる。また、硫化水素生成剤と硫化水素吸着剤との機能を合わせ持つ同じ触媒を用いてもよく、このような触媒として、例えば、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｎｉ系触媒またはＣｕ−Ｚｎ−Ｆｅ系触媒が挙げられる。
【００２８】
なお、上述の常温吸着脱硫器の常温吸着脱硫剤および水添脱硫器の水添脱硫剤は、例示であって、本例に限定されるものではない。
【００２９】
改質器３は、原料ガスを用いて水素含有ガスを生成する。具体的には、改質器３は、改質触媒を用いて原料ガスを改質反応させて水素含有ガスを生成する。改質反応は、いずれの形態であってもよく、例えば、水蒸気改質反応、オートサーマル反応および部分酸化反応などが挙げられる。
【００３０】
なお、改質器３の下流に改質器３で生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するためのＣＯ低減器を設けても構わない。ＣＯ低減器は、シフト反応により一酸化炭素を低減させる変成器と、酸化反応およびメタン化反応の少なくともいずれか一方により一酸化炭素を低減させるＣＯ除去器との少なくともいずれか一方を備える。
【００３１】
燃焼器４は、水素含有ガスを用いて燃焼する。これにより、燃焼器４は、改質器３を加熱できる。燃焼器４の燃料は、いずれの燃料であってもよいが、例えば、改質器３で生成される水素含有ガスが用いられる。この水素含有ガスは、改質器３から燃焼器４に直接供給されてもいいし、ＣＯ低減器および水素利用機器（例えば、燃料電池または水素貯蔵タンクなど）の一方または両方などを経由して燃焼器４に供給されてもよい。
【００３２】
第１のガス流路１１は、分離器１を通過した、改質器３に流入する原料ガスが流れる。よって、第１のガス流路１１中の原料ガスは、分離器１にて硫黄化合物が膜分離されている。
【００３３】
第２のガス流路１２は、分離器１で分離された硫黄化合物を燃焼器４に供給する。つまり、第２のガス流路１２では、分離器１にて分離された硫黄化合物を分離器１から燃焼器４に送るためのガスが流れる。このとき、燃焼器４は、第２のガス流路１２を介して供給された硫黄化合物を燃焼する。これにより、分離器１で分離された硫黄化合物が燃焼処理される。
【００３４】
なお、分離器１では、上記のとおり、原料ガス中の硫黄化合物は分離膜１ｃを介して原料流路１ａから分離流路１ｂに選択的に透過される。このとき、原料ガス中の炭化水素成分も分離膜１ｃを介して原料流路１ａから分離流路１ｂに透過される。よって、原料ガス中の炭化水素成分が燃焼器４に供給される。ここで、燃焼器４の燃焼検知器として、フレームロッドを利用してもよい。この場合、炭化水素成分が、燃焼器４に流入することになるので、燃焼器４の燃焼検知性が向上する。
【００３５】
［動作］
以下、第１実施形態の水素生成装置１００の動作の一例について、図１を参照しながら説明する。
【００３６】
まず、原料ガスが分離器１に供給される。分離器１内では、原料ガスが原料流路１ａを通過する際、分離膜１ｃを介して、原料ガス中の硫黄化合物が選択的に分離流路１ｂに透過される。分離流路１ｂに透過された硫黄化合物は、第２のガス流路１２を介して燃焼器４に供給され、燃焼器４において、硫黄化合物が燃焼される。
【００３７】
分離器１を通過した原料ガスは、脱硫器２に供給され、脱硫器２において、分離器１で分離されずに残った原料ガス中の硫黄化合物が、所定濃度にまで除去される。
【００３８】
脱硫器２を通過した原料ガスは、改質器３に供給され、改質反応によって水素含有ガスが生成される。水素含有ガスは、改質器３から燃焼器４に直接供給され、燃焼されてもいいし、ＣＯ低減器および水素利用機器の一方または両方などを経由して燃焼器４に供給され、燃焼器４で燃焼されてもいい。
【００３９】
［分離器の性能評価］
表１には、分離器１に関する原料ガス中の硫黄化合物の分離性能の一例が示されている。つまり、表１において、原料ガス流量および原料ガス中の硫黄化合物濃度のそれぞれを、分離器１を通過する前の原料ガスと、分離器１を通過した後の原料ガスとについて比較した結果が示されている。
【００４０】
【表１】
2014105137.tif 000003
【００４１】
表１に示す例では、分離器１を通過する前の原料ガス中の硫黄化合物濃度は、３．７ｐｐｍであったのに対し、分離器１を通過した後の原料ガス中の硫黄化合物濃度は、２．２ｐｐｍに低下した。
【００４２】
一方、分離器１を通過する前の原料ガス流量および分離器１を通過した後の原料ガス流量は何れも、３．０ＮＬＭであり、殆ど変化しなかった。
以上により、原料ガス中の硫黄化合物が、分離器１を用いて選択的に分離できることが分かった。
【００４３】
なお、表１中に記載の原料ガス流量の値、および硫黄化合物濃度の値は、例示であって、本例に限定されるものではない。
【００４４】
（第２実施形態）
第２実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置において、分離器内の硫黄化合物を第２のガス流路に送出するために分離器に供給されるガスが流れる第３のガス流路を備え、このガスは、水素含有ガスである。
【００４５】
かかる構成により、従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る。
【００４６】
本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第１実施形態の水素生成装置と同様に構成してもよい。
【００４７】
［装置構成］
図２は、第２実施形態の水素生成装置の一例を示すブロック図である。
図２に示す例では、第２実施形態の水素生成装置１００は、分離器１と、脱硫器２と、改質器３と、燃焼器４と、第１のガス流路１１と、第２のガス流路１２と、第３のガス流路１３と、を備える。
【００４８】
分離器１、脱硫器２、改質器３、燃焼器４、第１のガス流路１１および第２のガス流路１２は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００４９】
第３のガス流路１３は、分離器１内の硫黄化合物を第２のガス流路１２に送出するために分離器１に供給されるガスが流れる。このガスは水素含有ガスである。水素含有ガスは、改質器３から分離器１に直接供給されてもいいし、ＣＯ低減器および水素利用機器の一方または両方などを経由して分離器１に供給されてもいい。
【００５０】
これにより、分離膜１ｃを介して水素含有ガスが透過し、原料ガスに添加される。ここで、第３のガス流路１３に空気を流すと、改質器３で空気中の酸素が燃焼反応を起こし、改質器３が過昇温する可能性があるが、原料ガスに水素含有ガスが添加される本実施の形態においては、これを抑制し得る。
【００５１】
（第３実施形態）
第３実施形態の水素生成装置は、第２実施形態の水素生成装置において、脱硫器は、水添脱硫器を備え、分離器を通過した原料ガスは、水素を透過する分離膜に侵入した水素とともに水添脱硫器に供給される。
【００５２】
かかる構成により、従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る。脱硫器の容量の増加を抑制すると、例えば、脱硫器全体を適温に保つことが容易になる。また、水添反応に必要な水素が分離器において原料ガスに流入するので、水添脱硫に使用される水素を供給するための手段を別に設ける必要がなく、システムの複雑化が抑制される。
本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第２実施形態の水素生成装置と同様に構成してもよい。
【００５３】
［装置構成］
図３は、第３実施形態の水素生成装置の一例を示すブロック図である。
図３に示す例では、第３実施形態の水素生成装置１００は、分離器１と、水添脱硫器２Ａと、改質器３と、燃焼器４と、第１のガス流路１１と、第２のガス流路１２と、第３のガス流路１３と、を備える。
【００５４】
分離器１、改質器３、燃焼器４、第１のガス流路１１、第２のガス流路１２および第３のガス流路１３は、第２実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００５５】
本実施形態の脱硫器は、水添脱硫器２Ａを備える。よって、水添脱硫器２Ａは、分離器１を通過した原料ガス中の硫黄化合物を除去する。
【００５６】
本実施形態の如く、水添脱硫器２Ａを用いる場合は、水添脱硫器２Ａの容量の増加を抑制すると、例えば、水添脱硫器２Ａ全体を適温に保つことが容易になる。
【００５７】
このとき、分離器１を通過した原料ガスは、水素を透過する分離膜１ｃに侵入した水素とともに水添脱硫器２Ａに供給される。なお、水添脱硫器２Ａの水添脱硫剤の具体例については、第１実施形態で説明したので省略する。
【００５８】
水添脱硫器２Ａにおいて、原料ガス中の硫黄化合物の水添反応を行う場合、原料ガスとともに、水添反応に必要な水素を供給する必要がある。この水素の供給は、改質器３または水素利用機器から供給される水素含有ガスの一部をリサイクルして利用するのが一般的である。しかし、この場合、システムの複雑化は避けられない。
【００５９】
これに対して、本実施形態では、分離器１において、原料ガス中の硫黄化合物は分離膜１ｃを介して原料流路１ａから分離流路１ｂに選択的に透過されるとともに、水素含有ガス中の水素が分離流路１ｂから原料流路１ａに透過される。よって、水添反応に必要な水素が、分離器１において原料ガス中に流入するので、水添脱硫に使用される水素を供給するための手段を別に設ける必要がなく、システムの複雑化が抑制される。
【００６０】
なお、水添脱硫器２Ａの加熱は、燃焼器４で行ってもいいし、ヒーターなどの加熱器で行ってもいい。また、分離器１と水添脱硫器２Ａとの間の第１のガス流路１１上に、常温で硫黄化合物を吸着する常温吸着脱硫器を配置してもいいし、水添脱硫器２Ａに、常温でも硫黄化合物を吸着する触媒を充填すれば、かかる常温吸着脱硫器を配置しなくてもいい。
【００６１】
［分離器の性能評価］
表２には、分離器１に関する原料ガス中の硫黄化合物の分離性能、および分離器１に関する水素含有ガス中の水素透過性能の一例が示されている。つまり、表２において、原料ガス流量、原料ガス中の硫黄化合物濃度、水素含有ガス中の水素流量および原料ガス中の水素流量のそれぞれを、分離器１を通過する前のガスと、分離器１を通過した後のガスとについて比較した結果が示されている。なお、分離器１に関する原料ガス中の硫黄化合物の分離性能は第１実施形態で説明したので省略する。
【００６２】
【表２】
2014105137.tif 000004
【００６３】
表２に示す例では、分離器１を通過する前の水素含有ガス中の水素流量は２．０ＮＬＭであったのに対し、分離器１を通過した後の水素含有ガス中の水素流量は１．８ＮＬＭに低下した。
【００６４】
一方、分離器１を通過する前の原料ガス中に水素は存在していないが、分離器１を通過した後は、原料ガス中の水素流量が０．２ＮＬＭであった。
【００６５】
以上により、水素含有ガスが分離器１を通過するとき、水素含有ガス中の水素が、分離器１の分離膜１ｃを透過し、分離器１内において原料ガス中に混入することが分かった。
なお、分離器１を通過した後の原料ガスにおける水素濃度は体積百分率で６．７％程度であり、これは水添脱硫器２Ａでの水添反応に十分必要な量である。また、表２に記載の原料ガス流量の値、硫黄化合物濃度の値、および水素流量の値は、例示であって、本例に限定されるものではない。
【００６６】
（第４実施形態）
第４実施形態の水素生成装置は、第２実施形態の水素生成装置において、第３のガス流路に設けられた凝縮器を備える。
【００６７】
かかる構成により、従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る。また、第３のガス流路を流れる水素含有ガス中の水蒸気が除去されるので、凝縮器を設けない場合に比べ、分離器で原料ガス中の硫黄化合物をより安定的に透過し得る。
【００６８】
本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第２実施形態の水素生成装置と同様に構成してもよい。
【００６９】
［装置構成］
図４は、第４実施形態の水素生成装置の一例を示すブロック図である。
図４に示す例では、第４実施形態の水素生成装置１００は、分離器１と、脱硫器２と、改質器３と、燃焼器４と、第１のガス流路１１と、第２のガス流路１２と、第３のガス流路１３と、凝縮器７と、を備える。
【００７０】
分離器１、脱硫器２、改質器３、燃焼器４、第１のガス流路１１、第２のガス流路１２および第３のガス流路１３は、第２実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００７１】
凝縮器７は、第３のガス流路１３に設けられている。凝縮器７は、水素含有ガス中の水蒸気を凝縮可能であれば、どのようなものであってもよい。凝縮器７は、例えば、プレート式の熱交換器などを用いることができる。
【００７２】
改質器３から排出されて、第３のガス流路１３を流れる水素含有ガスは水蒸気を含む。よって、この場合、分離器１内において、水蒸気が凝縮する可能性がある。分離器１内に水分が存在すると、原料流路１ａおよび分離流路１ｂに水詰まりが生じる恐れがある。また、分離膜１ｃが水分に覆われていると、原料ガスと分離膜１ｃとの接触面積が減少し、これにより、原料ガス中の硫黄化合物の透過性能が低下する。
【００７３】
そこで、本実施形態では、上記のとおり、第３のガス流路１３に凝縮器７が設けられている。これにより、第３のガス流路１３を流れる水素含有ガス中の水蒸気が凝縮し、除去されるので、凝縮器を設けない場合に比べ、分離器１で原料ガス中の硫黄化合物をより安定的に透過し得る。
【００７４】
（第５実施形態）
第５実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置において、分離器内の硫黄化合物を第２のガス流路に送出するために分離器に供給されるガスが流れる第３のガス流路を備え、前記ガスは、酸化ガスである。
【００７５】
かかる構成により、従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る。
【００７６】
本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第１実施形態の水素生成装置と同様に構成してもよい。
【００７７】
［装置構成］
図５は、第５実施形態の水素生成装置の一例を示すブロック図である。
図５に示す例では、第５実施形態の水素生成装置１００は、分離器１と、脱硫器２と、改質器３と、燃焼器４と、第１のガス流路１１と、第２のガス流路１２と、第３のガス流路１３と、を備える。
【００７８】
分離器１、脱硫器２、改質器３、燃焼器４、第１のガス流路１１および第２のガス流路１２は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
第３のガス流路１３は、分離器１内の硫黄化合物を第２のガス流路１２に送出するために分離器１に供給されるガスが流れる。このガスは酸化ガスである。
【００７９】
なお、酸化ガスは、例えば、燃焼器４での燃焼用の空気などを用いることができる。
【００８０】
（第６実施形態）
第６実施形態の水素生成装置は、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態および第５実施形態のいずれかの水素生成装置において、分離器が交換可能に構成されている。
【００８１】
かかる構成により、従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る。また、分離器での原料ガス中の硫黄化合物の分離性能が著しく低下する前に新しい分離器に交換し得る。
【００８２】
本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態および第５実施形態のいずれかの水素生成装置と同様に構成してもよい。
【００８３】
［装置構成］
本実施形態の水素生成装置は、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態および第５実施形態のいずれかの水素生成装置１００と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００８４】
分離器１は、経年使用すると、原料ガス中の硫黄化合物の分離性能が著しく低下する恐れがある。この場合、硫黄化合物が十分分離されずに、脱硫器２に供給されてしまうと、脱硫器２が早く破過してしまう恐れがある。
【００８５】
これに対し、本実施形態の水素生成装置は、分離器１が交換可能に構成されている。よって、分離器１での原料ガス中の硫黄化合物の分離性能が著しく低下する前に新しい分離器に交換し得る。
【００８６】
（第７実施形態）
第７実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態および第６実施形態のいずれかの水素生成装置と、水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える。
【００８７】
かかる構成により、従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る。
【００８８】
［装置構成］
図６は、第７実施形態の燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【００８９】
図６に示す例では、本実施形態の燃料電池システム２００は、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態および第６実施形態のいずれかの水素生成装置１００と、燃料電池９とを備える。
【００９０】
本実施形態の燃料電池システム２００において、燃料電池９以外の構成は、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態および第６実施形態のいずれかの水素生成装置と同様に構成できるので説明を省略する。
【００９１】
燃料電池９は、水素生成装置１００より供給される水素含有ガスを用いて発電する。
燃料電池９は、いずれの種類の燃料電池であってもよい。例えば、燃料電池９として、高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、りん酸形燃料電池などを用いることができる。なお、これらの構成はいずれも公知である。よって、燃料電池９の詳細な説明を省略する。
【００９２】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良および他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造および／又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を構成できる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明の一態様の水素生成装置および燃料電池システムは、従来に比べ、原料ガス中の硫黄濃度が高いとき脱硫器の容量の増加を抑制し得る。よって、本発明の一態様は、水素生成装置および燃料電池システムに利用できる。
【符号の説明】
【００９４】
１  分離器
２  脱硫器
３  改質器
４  燃焼器
７  凝縮器
９  燃料電池
１１  第１のガス流路
１２  第２のガス流路
１３  第３のガス流路
１００  水素生成装置
２００  燃料電池システム
【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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