(57)【要約】【課題】分離膜を用いて圧縮機の上流側だけで水蒸気を分離する場合と比して、改質ガスから水蒸気を効果的に分離することができる水素製造装置を得る。【解決手段】圧縮機は、改質器から供給された改質ガスを圧縮する。そして、分離部の分離膜は、圧縮機から供給された改質ガスから、水蒸気を通過させることで分離する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素原料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、
前記改質器から供給された改質ガスを圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機から供給された改質ガスから、少なくとも水蒸気を通過させることで分離する第一分離膜を有する第一分離部と、
を備える水素製造装置。
【請求項２】
前記改質器から改質ガスが供給され、前記圧縮機へ改質ガスを供給する第二分離部であって、前記改質器から供給された改質ガスから、少なくとも水蒸気を通過させることで分離する第二分離膜を有する前記第二分離部を備える請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項３】
前記第一分離膜は、改質ガスから、二酸化炭素を通過させることで分離し、
ガス流れ方向において、前記第一分離部の下流側に配置され、改質ガスを不純物と水素とに分離して水素を精製する水素精製器を備える請求項１又は２に記載の水素製造装置。
【請求項４】
前記改質器は、水蒸気改質反応によって炭化水素原料から改質ガスを生成し、
少なくとも前記第一分離膜によって分離された水蒸気を改質用水として前記改質器に戻す流路管を備える請求項１又は２に記載の水素製造装置。
【請求項５】
前記第一分離膜の水蒸気通過側に流すスイープガスとして、前記改質器に供給される炭化水素原料を用いる請求項１から４の何れか１項に記載の水素製造装置。
【請求項６】
前記第一分離膜の水蒸気通過側に流すスイープガスとして、前記改質器に供給される燃焼用空気を用いる請求項１から４の何れか１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、水素製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素を得るための水素製造装置としては、原料炭化水素を改質装置で改質ガスに改質した後、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）装置へ供給するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、改質後の改質ガスを昇圧してＰＳＡ装置へ供給する水素製造装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２２５３０２号公報
【特許文献２】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】
【０００５】
従来、水素製造装置には、改質ガスから水蒸気を分離するために、改質ガスを冷却して除湿するためにチラーが用いられている。チラーを稼動させるための動力は大きく、このため、水素製造装置を稼動させるための動力も大きくなっていた。そこで、分離膜を用いて大気圧の改質ガスから水蒸気を分離することが考えられる。
【０００６】
本発明の課題は、分離膜を用いて圧縮機の上流側だけで水蒸気を分離する場合と比して、改質ガスから水蒸気を効果的に分離することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第一態様では、炭化水素原料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、前記改質器から供給された改質ガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給された改質ガスから、少なくとも水蒸気を通過させることで分離する第一分離膜を有する第一分離部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によると、圧縮機によって圧縮された改質ガスが第一分離部へ供給される。そして、第一分離部の第一分離膜は、改質ガスから、水蒸気を通過させることで分離する。ここで、第一分離部へ供給される改質ガスは、圧縮機によって圧縮されている。このため、第一分離膜を境に差圧が大きくなり、第一分離膜を用いて圧縮機の上流側だけで改質ガスから水蒸気を分離する場合と比して、改質ガスから水蒸気を効果的に分離することができる。
【０００９】
第二態様では、前記改質器から改質ガスが供給され、前記圧縮機へ改質ガスを供給する第二分離部であって、前記改質器から供給された改質ガスから、少なくとも水蒸気を通過させることで分離する第二分離膜を有する前記第二分離部を備えることを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、改質器と圧縮機との間に配置されている第二分離部の第二分離膜は、改質ガスから、水蒸気を通過させることで分離する。そして、水蒸気が分離された改質ガスが、圧縮機へ供給される。このため、水蒸気が分離されていない改質ガスが圧縮機へ供給される場合と比して、体積が減少することで、改質ガスを圧縮させるための動力を削減することができる。
【００１１】
第三態様では、前記第一分離膜は、改質ガスから、二酸化炭素を通過させることで分離し、ガス流れ方向において、前記第一分離部の下流側に配置され、改質ガスを不純物と水素とに分離して水素を精製する水素精製器を備えることを特徴とする。
【００１２】
この構成によると、改質器によって生成された改質ガスから水蒸気を分離する第一分離膜は、改質ガスから、二酸化炭素を通過させることで分離する。このため、改質ガスに含まれる二酸化炭素が分離されていない場合と比して、水素を精製する水素精製器を小型化することができる。
【００１３】
また、改質ガスから二酸化炭素を除去することで、水素精製器を小型化することができる。
【００１４】
第四態様では、前記改質器は、水蒸気改質反応によって炭化水素原料から改質ガスを生成し、少なくとも前記第一分離膜によって分離された水蒸気を改質用水として前記改質器に戻す流路管を備えることを特徴とする。
【００１５】
この構成によると、第一分離膜によって分離された水蒸気は、流路管を流れて改質用水として改質器へ戻される。そして、改質ガスと、水蒸気を改質用水として改質器に戻すためのスイープガスとの差圧が大きいため、安価な膜で高い分離性能が得られる。このように、第一分離膜によって分離された水蒸気を改質用水として用いることができる。
【００１６】
第五態様では、前記第一分離膜の水蒸気通過側に流すスイープガスとして、前記改質器に供給される炭化水素原料を用いることを特徴とする。
【００１７】
この構成によると、改質ガスから分離膜を通してスイープガスに微量の水素が入り込むため、炭化水素原料に含まれている硫黄分を水添脱硫によって低減することができる。
【００１８】
第六態様では、前記第一分離膜の水蒸気通過側に流すスイープガスとして、前記改質器に供給される燃焼用空気を用いることを特徴とする。
【００１９】
この構成によると、水素製造装置に用いられる気体の中で流量が多い燃焼用空気をスイープガスとして用いることで、水蒸気の分離性能が向上し、分離膜の膜面積を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本態様では、分離膜を用いて圧縮機の上流側だけで水蒸気を分離する場合と比して、効果的に改質ガスから水蒸気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実施形態に係る水素製造装置の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装置を示した概略構成図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る水素製造装置の多重筒型改質器を示した断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る水素製造装置を示した概略構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る水素製造装置の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】
【００２２】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る水素製造装置の一例を図１、図２に従って説明する。
【００２３】
本第１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、多重筒型改質器１２と、改質用水を供給する改質用水供給部３０と、燃焼用空気を供給する空気供給部１８とを備えている。さらに、水素製造装置１０は、分離膜１４を有する分離部５０と、分離膜１６を有する分離部７０と、改質ガスを圧縮する圧縮機８０と、水素を精製する水素精製器９０とを備えている。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る。本第１実施形態では、炭化水素原料の一例として都市ガスが用いられる場合について説明する。
【００２４】
（多重筒型改質器１２）
多重筒型改質器１２は、図２に示されるように、多重に配置された複数の筒状壁２１、２２、２３、２４を有している。複数の筒状壁２１、２２、２３、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、２２、２３、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２６が下向きに配置されている。このバーナ２６には、補給管３８から水素製造装置１０のオフガスが燃料として供給される。多重筒型改質器１２は、改質器の一例である。さらに、この燃焼室２５の上端部には、空気供給部１８（図１参照）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。
【００２５】
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を通じて外部に排出される。
【００２６】
また、二番目の筒状壁２２と三番目の筒状壁２３との間には、第一流路３１が形成されている。この第一流路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、分離部５０、７０（図１参照）を通った都市ガスを供給するための原料供給管３３と、改質用水供給部３０（図１参照）から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。原料供給管３３は、流路管の一例である。
【００２７】
予熱流路３２には、分離部５０、７０（図１参照）を通った都市ガスが原料供給管３３から供給され、さらに、改質用水供給部３０の改質用水が改質用水供給管３４から供給される。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。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。
【００２８】
また、第一流路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。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て混合ガスが水蒸気改質反応によって、水素を主成分とする改質ガスが生成される。
【００２９】
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、第二流路４２が形成されている。第二流路４２の下端部は、第一流路３１の下端部と連通されている。第二流路４２の下部は、改質ガス流路４３として形成されており、第二流路４２の上端部には、改質ガス排出管４４が接続されている。
【００３０】
また、第二流路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。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。
【００３１】
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、第二流路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。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、一酸化炭素が除去される。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は、改質ガス排出管４４を通じて排出される。
【００３２】
多重筒型改質器１２にて生成された改質ガスは、図１に示したように、分離部５０、圧縮機８０、分離部７０、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、分離部５０、圧縮機８０、分離部７０、及び水素精製器９０がこの順番で配置されている。
【００３３】
（分離部５０）
分離部５０は、図１に示されるように、改質ガスから水蒸気を通過（透過）させる分離膜１４と、分離膜１４によって仕切られている供給室５２と透過室５４とを有している。供給室５２には、多重筒型改質器１２からの改質ガスが流れる改質ガス排出管４４と、圧縮機８０へ供給される改質ガスが流れる連絡流路管５６とが接続されている。そして、改質ガス排出管４４を流れて供給室５２へ供給された改質ガスに含まれる水蒸気は、分離膜１４を通過して供給室５２から透過室５４へ流れる。水蒸気が分離された改質ガスは、連絡流路管５６を流れて圧縮機８０へ供給される。分離膜１４は第二分離膜の一例で、分離部５０は、第二分離部の一例である。
【００３４】
一方、透過室５４には、スイープガスとしての都市ガスが流れるガス供給管５８に連通している供給管６０と、多重筒型改質器１２へ供給される都市ガスが流れる原料供給管３３に連通している供給管６２とが接続されている。スイープガスとして透過室５４へ供給された都市ガスは、分離膜１４を通過した水蒸気を含み、供給管６２及び原料供給管３３を流れて多重筒型改質器１２へ供給される。
【００３５】
水蒸気分離膜としては、有機高分子膜、無機材料膜、有機高分子−無機材料複合膜、液体膜などが挙げられる。
【００３６】
（圧縮機８０）
圧縮機８０には、供給室５２からの改質ガスが流れる連絡流路管５６と、分離部７０へ供給される改質ガスが流れる連絡流路管６６とが接続されている。圧縮機８０は、分離部５０から供給された大気圧の改質ガスをポンプで圧縮し、分離部７０へ供給する。
【００３７】
（分離部７０）
分離部７０は、改質ガスから水蒸気を分離する分離膜１６と、分離膜１６によって仕切られている供給室７２と透過室７４とを有している。供給室７２には、圧縮機８０からの改質ガスが流れる連絡流路管６６と、水素精製器９０へ供給される改質ガスが流れる連絡流路管６８とが接続されている。
【００３８】
そして、連絡流路管６６を流れて供給室７２へ供給された改質ガスに含まれる水蒸気は、分離膜１６を通過して供給室７２から透過室７４へ流れる。水蒸気が分離された改質ガスは、連絡流路管６８を流れて水素精製器９０へ供給される。分離膜１６は第一分離膜の一例で、分離部７０は、第一分離部の一例である。
【００３９】
一方、透過室７４には、スイープガスとしての都市ガスが供給されるガス供給管５８と、多重筒型改質器１２へ供給される都市ガスが流れる原料供給管３３とが接続されている。スイープガスとして透過室７４へ供給された都市ガスは、分離膜１６を通過した水蒸気を含み、原料供給管３３を流れて多重筒型改質器１２へ供給される。
【００４０】
水蒸気分離膜としては、有機高分子膜、無機材料膜、有機高分子−無機材料複合膜、液体膜などが挙げられる。
【００４１】
（水素精製器９０）
水素精製器９０には、分離部７０からの改質ガスが流れる連絡流路管６８と、多重筒型改質器１２へ供給される水素精製器９０のオフガスが流れる補給管３８とが接続されている。水素精製器９０には、一例として、ＰＳＡ装置が使用されている。この水素精製器９０が改質ガスを不純物と水素とに分離することで、水素が精製される。
【００４２】
水素精製器９０のオフガスは、補給管３８を流れて燃料として多重筒型改質器１２のバーナ２６（図２参照）へ供給される。
【００４３】
（作用）
次に、水素製造装置１０の作用について説明する。
【００４４】
都市ガスは、図１に示されるように、ガス供給管５８及び供給管６０を流れて分離部５０の透過室５４を通り、供給管６２及び原料供給管３３を流れて多重筒型改質器１２へ供給される。同様に、都市ガスは、ガス供給管５８を流れて分離部７０の透過室７４を通り、原料供給管３３を流れて多重筒型改質器１２へ供給される。
【００４５】
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で改質ガスに生成される。この改質ガスは、改質ガス排出管４４を流れて分離部５０の供給室５２へ供給される。供給室５２へ供給された改質ガスに含まれる水蒸気は、分離膜１４を通過して供給室５２から透過室５４へ流れる。そして、スイープガスとして透過室５４へ供給された都市ガスは、分離膜１４を通過した水蒸気を含み、供給管６２及び原料供給管３３を流れて多重筒型改質器１２へ供給される。
【００４６】
一方、分離膜１４によって水蒸気が分離された改質ガスは、連絡流路管５６を流れて圧縮機８０へ供給され、圧縮機８０によって圧縮される。そして、圧縮された改質ガスは、連絡流路管６６を流れて分離部７０の供給室７２へ供給される。供給室７２へ供給された改質ガスに含まれる水蒸気は、分離膜１６を通過して供給室７２から透過室７４へ流れる。そして、スイープガスとして透過室７４へ供給された都市ガスは、分離膜１６を通過した水蒸気を含み、原料供給管３３を流れて多重筒型改質器１２へ供給される。
【００４７】
さらに、分離膜１６によって水蒸気が分離された改質ガスは、連絡流路管６８を流れて水素精製器９０へ供給される。水素精製器９０へ供給された改質ガスが不純物と水素とに分離されることで、水素が精製される。
【００４８】
一方、水素精製器９０のオフガスは、補給管３８を流れて燃料として多重筒型改質器１２のバーナ２６（図２参照）へ供給される。
【００４９】
（まとめ）
以上説明したように、分離部７０へ供給される改質ガスは、圧縮機８０によって圧縮されている。このため、分離膜１６を境に供給室７２と透過室７４との間に大きな差圧（水蒸気の分圧差）が生じることで、分離膜を用いて圧縮機の上流側だけで水蒸気を分離する場合と比して、効果的に改質ガスから水蒸気を分離することができる。
【００５０】
また、圧縮機８０へ供給される改質ガスは、分離部５０によって水蒸気が分離される。このように、圧縮機８０には水蒸気が分離された改質ガスが供給されるため、水蒸気が分離されていない（水蒸気を含んでいる）改質ガスが圧縮機８０へ供給される場合と比して、改質ガスの体積が減少することで、改質ガスを圧縮させるための動力を削減することができる。
【００５１】
また、スイープガスとして透過室５４、７４へ供給された都市ガスが、分離膜１４、１６を通過した水蒸気を含み、原料供給管３３を流れて多重筒型改質器１２へ供給される。このため、分離膜１４、１６によって分離した水蒸気を、水蒸気改質反応用の水分として利用することができる。さらに、改質ガスから分離膜を通してスイープガスに微量の水素が入り込むため、都市ガスに含まれている硫黄分を水添脱硫によって低減することができる。
【００５２】
また、改質ガスに含まれる水蒸気を分離するためにチラーを用いる場合と比して、水素製造装置１０を稼動させるための動力を削減することができる。
【００５３】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る水素製造装置１１０の一例を図３、図４に従って説明する。なお、第２実施形態については、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。
【００５４】
（構成）
水素製造装置１１０の多重筒型改質器１１２の予熱流路３２の上端部には、図４に示されるように、原料供給管１３３が接続されている。図３に示されるように、原料供給管１３３から都市ガスが直接、多重筒型改質器１１２へ供給される。多重筒型改質器１１２は、改質器の一例である。
【００５５】
分離部５０の分離膜１４は、水蒸気を通過（透過）させることで、改質ガスから水蒸気を分離する。
【００５６】
分離部７０の分離膜１６は、水蒸気及び二酸化炭素を通過（透過）させることで、改質ガスから水蒸気及び二酸化炭素を分離する。
【００５７】
二酸化炭素及び水蒸気を分離する分離膜としては、例えば、「Ｚｉ  Ｔｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，  ’Ｗａｔｅｒ  ｖａｐｏｒ  ａｎｄ  ＣＯ２  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ａｍｉｎｅ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ｆａｃｉｌｉｔａｔｅｄ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｍｅｍｂｒａｎｅｓ’，  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  ＆  Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  （２０１４）に記載の膜を用いてもよい。
【００５８】
また、二酸化炭素及び水蒸気を分離する分離膜として、二酸化炭素分離膜と水蒸気分離膜とを組み合わせてもよい。
【００５９】
二酸化炭素分離膜としては、有機高分子膜（ゴム状高分子膜、イオン交換樹脂膜等）、無機材料膜、有機高分子−無機材料複合膜、液体膜（アミン水溶液膜、イオン液体膜等）などが挙げられる。
【００６０】
また、分離部５０の透過室５４には、空気供給部１８からの燃焼用空気が流れる空気輸送管１５８と連通している連絡流路管１６０と、多重筒型改質器１１２へ供給される燃焼用空気が流れる空気供給管４０と連通している連絡流路管１６２とが接続されている。スイープガスとして透過室５４へ供給された燃焼用空気は、分離膜１４を通過した水蒸気を含み、連絡流路管１６２及び空気供給管４０を流れて多重筒型改質器１１２へ供給される。
【００６１】
分離部７０の透過室７４には、空気供給部１８からの燃焼用空気が流れる空気輸送管１５８と、多重筒型改質器１１２へ供給される燃焼用空気が流れる空気供給管４０とが接続されている。スイープガスとして透過室７４へ供給された燃焼用空気は、分離膜１６を通過した水蒸気及び二酸化炭素を含み、空気供給管４０を流れて多重筒型改質器１１２へ供給される。
【００６２】
（作用）
次に、水素製造装置１１０の作用について説明する。
【００６３】
都市ガスは、図３に示されるように、原料供給管１３３を流れて多重筒型改質器１１２へ供給される。多重筒型改質器１１２へ供給された都市ガスは、多重筒型改質器１１２で改質ガスに生成される。この改質ガスは、分離部５０、圧縮機８０、分離部７０、及び水素精製器９０をこの順番で流れ、水素が精製される。
【００６４】
また、スイープガスとしての燃焼用空気は、透過室５４、７４を通り、水蒸気及び二酸化炭素を含み、多重筒型改質器１１２へ供給される。そして、二酸化炭素は、ガス排出管２８から排出される。
【００６５】
さらに、改質ガスとスイープガスとの差圧が大きいため、安価な膜で高い分離性能が得られる。
【００６６】
水素製造装置１１０では、分離膜１６を用いることで改質ガスに含まれる二酸化炭素を分離する。このため、分離膜１６によって改質ガスに含まれる二酸化炭素が分離されない場合と比して、水素精製器９０を小型化することができる。
【００６７】
また、分離膜１６によって改質ガスに含まれる二酸化炭素が分離されていない場合と比して、水素精製器９０を小型化しない場合には水素精製器９０による水素回収率を向上させることができる。
【００６８】
また、スイープガスとして、多重筒型改質器１１２へ供給される燃焼用空気を用いている。このように、水素製造装置１１０に用いられる気体の中で流量が多い燃焼用空気をスイープガスとして用いることで、分離膜１４による水蒸気の分離性能、並びに分離膜１６による水蒸気及び二酸化炭素の分離性能が向上し、分離膜１４、１６の膜面積を小さくすることができる。
【００６９】
なお、第２実施形態の他の作用については、水蒸気を含んだ都市ガスが、原料供給管３３を流れて多重筒型改質器１１２へ供給される以外の第１実施形態の作用と同様である。
【００７０】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る水素製造装置２１０の一例を図５、図６に従って説明する。なお、第３実施形態については、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。
【００７１】
（構成）
水素製造装置２１０の多重筒型改質器２１２の予熱流路３２の上端部には、図６に示されるように、原料供給管１３３が接続されている。原料供給管１３３から都市ガスが直接、多重筒型改質器２１２へ供給される。多重筒型改質器２１２は、改質器の一例である。
【００７２】
分離部７０の分離膜１６は、水蒸気及び二酸化炭素を通過（透過）させることで、改質ガスから水蒸気及び二酸化炭素を分離する。
【００７３】
分離部７０の透過室７４には、図５に示されるように、水素精製器９０のオフガスが流れる連絡流路管２６０と、分離部５０の透過室５４へ供給される水素精製器９０のオフガスが流れる連絡流路管２６２とが接続されている。そして、スイープガスとして透過室７４へ供給された水素精製器９０のオフガスは、分離膜１６を通過した水蒸気及び二酸化炭素を含み、連絡流路管２６２を流れて分離部５０の透過室５４へ供給される。
【００７４】
分離部５０の分離膜１４は、水蒸気及び二酸化炭素を通過（透過）させることで、改質ガスから水蒸気及び二酸化炭素を分離する。
【００７５】
分離部５０の透過室５４には、分離部７０からの水素精製器９０のオフガスが流れる連絡流路管２６２と、多重筒型改質器２１２のバーナ２６へ供給される水素精製器９０のオフガスが流れる補給管３８とが接続されている。そして、スイープガスとして透過室５４へ供給された水素精製器９０のオフガスは、分離膜１４を通過した水蒸気及び二酸化炭素を含み、補給管３８を流れて多重筒型改質器２１２のバーナ２６へ燃料として供給される。
【００７６】
（作用）
次に、水素製造装置２１０の作用について説明する。
【００７７】
都市ガスは、図５に示されるように、原料供給管１３３を流れて多重筒型改質器２１２へ供給される。多重筒型改質器２１２へ供給された都市ガスは、多重筒型改質器２１２で改質ガスに生成される。この改質ガスは、分離部５０、圧縮機８０、分離部７０、及び水素精製器９０をこの順番で流れ、水素が精製される。
【００７８】
さらに、水素精製器９０からのオフガスは、透過室７４、透過室５４をこの順番で通り、多重筒型改質器２１２のバーナ２６へ燃料として供給される
水素製造装置２１０では、分離膜１４、１６を用いることで改質ガスに含まれる二酸化炭素を分離する。このため、分離膜１４、１６によって改質ガスに含まれる二酸化炭素が分離されない場合と比して、水素精製器９０を小型化することができる。
【００７９】
また、分離膜１４、１６によって改質ガスに含まれる二酸化炭素が分離されていない場合と比して、水素精製器９０を小型化しない場合には水素精製器９０による水素回収率を向上させることができる。
【００８０】
また、第３実施形態の他の作用については、水蒸気を含んだ都市ガスが、原料供給管３３を流れて多重筒型改質器１２へ供給される以外の第１実施形態の作用と同様である。
【００８１】
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、分離膜１４、１６は、改質ガスから二酸化炭素も分離したが、二酸化炭素を分離しなくてもよい。この場合には、改質ガスから二酸化炭素を分離することで奏する作用は奏しない。
【００８２】
また、上記実施形態では、水素製造装置１０、１１０、２１０は、分離部５０を備えたが、分離部５０を備えていなくてもよい。しかし、この場合には、分離部５０を備えることで奏する作用は奏しない。
【００８３】
また、上記実施形態では、炭化水素原料の一例として都市ガスが用いられているが、メタンを主成分とする都市ガス以外の炭化水素原料、例えば、プロパンなどの炭化水素を主成分とするガスや、炭化水素系液体が用いられても良い。
【００８４】
また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、都市ガス以外の炭化水素原料が用いられる場合に、多重筒型改質器１２、１１２、２１２は、上記以外の構造（使用される炭化水素原料に適した構造）に変更されても良い。
【００８５】
また、上記実施形態では、水素製造装置１０、１１０、２１０は、１個の多重筒型改質器１２、１１２、２１２を備えたが、水素製造装置が複数個の多重筒型改質器１２、１１２、２１２を備えてもよい。
【００８６】
また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、一方のスイープガスとして、都市ガスを用い、他方のスイープガスとして、燃焼用の空気を用いてもよい。
【００８７】
また、本実施形態に係る水素製造装置１０、１１０、２１０は、燃料電池システムに好適に用いられるが、燃料電池システム以外の機器やシステムに用いられても良い。
【符号の説明】
【００８８】
１０         水素製造装置
１２         多重筒型改質器（改質器の一例）
１４         分離膜（第二分離膜の一例）
１６         分離膜（第一分離膜の一例）
３３         原料供給管（流路管の一例）
５０         分離部（第二分離部の一例）
７０         分離部（第一分離部の一例）
８０         圧縮機
９０         水素精製器
１１０       水素製造装置
１１２       多重筒型改質器（改質器の一例）
２１０       水素製造装置
２１２       多重筒型改質器（改質器の一例）
【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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