(57)【要約】【課題】燃焼用燃料の一部を水素に代替し、燃焼手段から排出される二酸化炭素の排出量が効果的に軽減された燃焼システムを提供する。【解決手段】水素ガス及び水素ガス以外の燃料を燃焼する燃焼手段と、水素ガスを生成する水素生成手段と、水素ガス以外の燃料を少なくとも貯留する燃料貯留手段と、を備え、水素生成手段は、少なくとも一端が開放された筒構造を有し、筒構造の内部に加熱室が配設された基体と、基体の筒構造の外周面の少なくとも一部を覆うように配置され、カーボンシートに触媒金属が担持された触媒と、触媒が配置された前記基体を収容する外装材と、基体の筒の長さ方向における前記一端の側に配置され、水素ガスを排出する排出口と、基体の筒の長さ方向における他端の側に配置され、基体と外装材との間にメタノール水溶液を供給する供給口と、を備え、供給されたメタノール水溶液を触媒により水溶液改質して水素ガスを生成する、燃焼システムである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガス及び水素ガス以外の燃料を燃焼する燃焼手段と、
前記水素ガスを生成する水素生成手段と、
水素ガス以外の前記燃料を少なくとも貯留する燃料貯留手段と、
を備え、
前記水素生成手段は、
少なくとも一端が開放された筒構造を有し、前記筒構造の内部に加熱室が配設された基体と、
前記基体の前記筒構造の外周面の少なくとも一部を覆うように配置され、カーボンシートに触媒金属が担持された触媒と、
前記触媒が配置された前記基体を収容する外装材と、
前記基体の筒の長さ方向における前記一端の側に配置され、水素ガスを排出する排出口と、
前記基体の筒の長さ方向における他端の側に配置され、前記基体と前記外装材との間にメタノール水溶液を供給する供給口と、
を備え、供給されたメタノール水溶液を前記触媒により水溶液改質して水素ガスを生成する、燃焼システム。
【請求項２】
前記燃焼手段は、ボイラー又は内燃機関である請求項１に記載の燃焼システム。
【請求項３】
前記燃焼は、前記水素ガスと水素ガス以外の前記燃料とを、燃焼させた際の熱量利用効率が最大となる比率で前記燃焼手段に供給して行う請求項１又は請求項２に記載の燃焼システム。
【請求項４】
前記触媒は、前記基体の外周面に巻回されて積層構造とされている、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の燃焼システム。
【請求項５】
前記触媒は、前記カーボンシートに担持された触媒金属の担持量が１５ｇ／Ｌ〜１５０ｇ／Ｌである請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の燃焼システム。
【請求項６】
前記触媒は、供給されたメタノール水溶液を過熱液膜状態で水溶液改質する請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の燃焼システム。
【請求項７】
前記供給口から供給されたメタノール水溶液は、前記基体の筒の長さ方向に流通されながら予熱され、沸点を超える温度に過熱された状態で前記触媒により水溶液改質される請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の燃焼システム。
【請求項８】
前記カーボンシートが、カーボンクロス又はカーボンフェルトである請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の燃焼システム。
【請求項９】
前記触媒金属が、白金、パラジウム、ルテニウム、ニッケルもしくは銅、又は、白金、パラジウム、ルテニウム、ニッケル及び銅からなる金属群より選ばれる少なくとも一つと前記金属群の金属と異なる他の金属との複合体である請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の燃焼システム。
【請求項１０】
前記他の金属が、マンガン及び亜鉛の少なくとも一方を含む請求項９の記載の燃焼システム。
【請求項１１】
前記触媒金属が、少なくとも、白金、ルテニウム及びニッケルの少なくとも一つを含む固溶体である請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の燃焼システム。
【請求項１２】
前記触媒は、前記触媒金属を含む金属粒子が担持され、前記金属粒子の平均一次粒子径が１０ｎｍ以下である請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の燃焼システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃焼システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼装置としては、従来から各種ボイラー、エンジン等の内燃機関などが種々の用途に広く使用されている。燃焼装置では、燃焼熱を得る等の目的で灯油、ガソリン等の化石燃料を燃焼させるため、燃焼反応に由来して二酸化炭素が排出されている。
【０００３】
近年では、地球の温暖化対策をはじめ地球環境を改善する取り組みが世界的に進められており、二酸化炭素の排出量を軽減することが取り組みの１つとして重要視されている。二酸化炭素の排出量を削減する例として以下の方法が検討されている。
例えば、工場設備に設置されている燃焼装置の燃料として水素を用いる方法や、燃焼装置又は車両に搭載された内燃機関を、二酸化炭素の排出のない燃料電池に代え、燃料電池から得られる熱及び電気を利用すること等が検討されている。
【０００４】
また、既設の燃焼装置を稼動しつつ、二酸化炭素の排出量を削減する方策も検討されている。この場合、燃焼装置で燃焼される燃料の一部を、二酸化炭素が生成されない代替成分に代える方法が考えられ、代替成分の候補材料として水素が注目されている。水素は、燃焼時に空気中の酸素と結合して水が排出されるのみで、二酸化炭素の排出がない。
【０００５】
水素の生成方法としては、一般に、化石燃料の水蒸気改質が知られている。
その中でも、水蒸気改質に用いられる燃料の一例であるメタノールは、クリーンなエネルギー源であり、改質反応により生成される水素量が多い観点から、水素供給源として注目されている。
メタノールの改質方法については、従来から気相接触による水蒸気改質法が一般に知られている。ここでの改質反応は、銅触媒もしくは銅に亜鉛等の第二金属を添加した複合触媒を使用した固気接触による反応である。ところが、水蒸気改質法は固気接触方式であるため、メタノール及び水をあらかじめ気体に変えておくための蒸発熱と吸熱反応器における広い固気接触面積とを用意する必要がある。そのため、省エネルギー化及びシステムのコンパクト化を図る際に支障となる。
【０００６】
一方、水素使用装置の一つとして近年注目されている燃料電池等では、実用化する上で、高純度の水素が必要とされ、水素を高純度に製造し得る技術の確立が期待されている。
【０００７】
他方、固体触媒の存在下、メタノール水溶液を液相で改質する水素の製造方法についての開示がある（例えば、特許文献１参照）。
また、メタノール水溶液の改質反応として、過熱液膜状態を利用した過熱液膜型脱水素反応を適用することも開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１５７８０３号公報
【特許文献２】特許第４２１３９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、燃焼装置は、所望とする熱量を得る観点からは灯油等の化石燃料の燃焼によることが望ましく、水素の燃焼のみでは所望とする熱量が得られにくい。
【００１０】
一方、従来からメタノール水溶液を液相で改質する方法は開示されているが、単に触媒を用いて液相中でメタノールを改質しようとしても、高い水素転化率は期待できず、反応場を大きく確保しなければ、２５０℃〜３５０℃程度の温度領域で所望とする水素量を確保することは困難である。
【００１１】
また、改質反応を２５０℃〜３５０℃程度の温度領域で行い、一酸化炭素（ＣＯ）の生成を低く抑えながら水素転化率を高めるには、液相触媒反応において過熱液膜状態を形成することが望ましい。しかしながら、実際の反応場において過熱液膜状態を維持することは難しい。
【００１２】
本開示は、上記に鑑みなされたものであり、燃焼用燃料の一部を代替する代替燃料として水素を需要に合わせて製造し使用できれば、地球環境の改善に大きく寄与するだけでなく、所望とする熱量の確保にも有利である。
本開示は、燃焼用燃料の一部を水素に代替し、貫流ボイラー等の燃焼機器又はエンジン等の内燃機関などの燃焼手段から排出される二酸化炭素の排出量が効果的に軽減された燃焼システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を解決するために、本開示の燃焼システムは、
＜１＞  水素ガス及び水素ガス以外の燃料を燃焼する燃焼手段と、前記水素ガスを生成する水素生成手段と、水素ガス以外の前記燃料を少なくとも貯留する燃料貯留手段と、を備え、
前記水素生成手段は、
少なくとも一端が開放された筒構造を有し、前記筒構造の内部に加熱室が配設された基体と、
前記基体の前記筒構造の外周面の少なくとも一部を覆うように配置され、カーボンシートに触媒金属が担持された触媒と、
前記触媒が配置された前記基体を収容する外装材と、
前記基体の筒の長さ方向における前記一端の側に配置され、水素ガスを排出する排出口と、
前記基体の筒の長さ方向における他端の側に配置され、前記基体と前記外装材との間にメタノール水溶液を供給する供給口と、
を備え、供給されたメタノール水溶液を前記触媒により水溶液改質して水素ガスを生成するものである。
【００１４】
本開示の燃焼システムは、ボイラー及び内燃機関等の燃焼手段に供給される燃焼用燃料の一部を水素に代替する。燃焼用燃料の一部を代替する代替燃料として用いられる水素は、メタノール水溶液をシート状の触媒を備えた水素生成手段で水溶液改質して生成され、水溶液改質により生成された水素ガスを含む水素含有ガスは燃焼手段に送られ、燃焼に供される。
この際、水素生成手段は、触媒の加熱機能を担う基体と、基体を収容する外装材の内壁と、の間に形成される空間を反応室とし、反応室を形成している基体の筒構造に、筒構造の周囲の少なくとも一部を覆うように、熱伝達性を有するシート状担体に触媒金属が担持されたシート状の触媒を、例えば巻回して（好ましくは複数回巻回して）配置し、反応室に供給されるメタノール水溶液をシート状の触媒を用いて水溶液改質する。
つまり、加熱室が設けられた基体の筒構造の周囲に亘って、シート状の担体に触媒金属が担持されたシート状の触媒を、例えば巻回して（好ましくは複数回巻回して）配置し、かつ、熱伝達性を有するカーボン系のシート状担体に、供給口から室温のメタノール水溶液を送入してミクロ細孔に毛細管凝縮貯留させ、そこで沸点を超えるまで予熱されるようにメタノール水溶液の流動線速度を設定する。過熱状態のメタノール水溶液は、適度の湿潤状態を維持しつつ、カーボン表面を拡散移動し、核沸騰発泡点にある触媒の金属粒子に到達する。触媒金属の表面に生成した水素、二酸化炭素、及び一酸化炭素の気相生成物と未反応のメタノール水溶液は、沸点を大きく上回る加熱源温度と良好な熱流束を生かして孤立気泡を頻度高く形成し、気泡が離脱すれば直ちに過熱液によって被覆され、メタノール水溶液改質反応が不可逆的に進行する。したがって、急峻な温度勾配と多量の熱移動の下、空いた活性サイトの高密度化の結果として、吸熱反応熱と生成物脱離熱とを触媒に対して効果的に供与することができる。
これにより、貫流ボイラー等の燃焼機器又はエンジン等の内燃機関などの燃焼手段から排出される二酸化炭素の排出量が効果的に軽減される。
【００１５】
＜２＞  前記燃焼手段は、ボイラー又は内燃機関である場合が好ましい。
燃焼手段として広く使用されているボイラー及び内燃機関の燃料の一部が水素に代替されると、水素以外の燃料の量が軽減幅が大きくなり、二酸化炭素の排出量の削減効果が高い。
【００１６】
＜３＞  前記燃焼は、前記水素ガスと水素ガス以外の前記燃料とを、燃焼させた際の熱量利用効率が最大となる比率で前記燃焼手段に供給して行うことが好ましい。
燃焼用燃料の一部を水素で代替するため、供給される代替水素の量を、代替前に供給されていた燃料の燃焼で得られる熱量と同等の熱量が得られる量とすることが好ましい。これにより、所望とする熱量が確保される。
【００１７】
＜４＞  前記＜１＞〜前記＜３＞のいずれか１つに記載の燃焼システムにおいて、前記触媒は、基体の外周面に巻回されて積層構造とされていることが好ましい。
触媒が、熱せられる基体の外周を覆うように巻回された積層構造とされると、触媒金属の担持量を増やしつつも、過熱液膜状態を形成するメタノール水溶液中に生成した気泡を効率良く逃がすことができる。これにより、触媒と気液混相との接触が極小化され、固液接触が確保されて熱伝達率を大きく保つことができ、結果、膜沸騰に至らない状態を保持しながら、効率良く水素ガスを生成できる。
【００１８】
＜５＞  前記＜１＞〜前記＜４＞のいずれか１つに記載の燃焼システムにおいて、前記触媒は、前記カーボンシートに担持された触媒金属の担持量が１５ｇ／Ｌ〜１５０ｇ／Ｌであることが好ましい。
カーボンシートに担持された触媒金属の担持量が上記の範囲にあることで、液相触媒反応における発泡点が増え、熱伝達率の大きい核沸騰の状態となりやすく、水素ガス生成効率により優れたものとなる。
【００１９】
＜６＞  前記＜１＞〜前記＜５＞のいずれか１つに記載の燃焼システムにおいて、前記触媒は、供給されたメタノール水溶液を過熱液膜状態で水溶液改質するものであることが好ましい。
【００２０】
過熱液膜状態を利用した脱水素反応を行わせることで、水素ガス生成量をより大きくすることができる。
ここで、「過熱液膜状態」とは、過熱状態（メタノールの沸点を越える温度での加熱）で、かつ、触媒表面がメタノール水溶液によって僅かに湿潤した状態をいう。
【００２１】
＜７＞  前記＜１＞〜前記＜６＞のいずれか１つに記載の燃焼システムにおいて、前記供給口から供給されたメタノール水溶液は、前記基体の筒の長さ方向に流通されながら予熱され、沸点を超える温度に過熱された状態で前記触媒により水溶液改質されることが好ましい。
触媒温度が、メタノールの沸点を超える高温状態にあることで、反応系の温度を低めに抑えつつ、水素の生成効率に優れたものとなる。
【００２２】
＜８＞  前記＜１＞〜前記＜７＞のいずれか１つに記載の燃焼システムにおいて、前記カーボンシートは、カーボンクロス又はカーボンフェルトであることが好ましい。
カーボンクロス及びカーボンフェルトは、いずれも繊維状のカーボンを用いたシートであるので、ミクロ細孔を有し、表面積が大きい。そのため、過熱状態のメタノール水溶液を保持しやすく、かつ、触媒金属を担持しやすい。
【００２３】
＜９＞  前記＜１＞〜前記＜８＞のいずれか１つに記載の燃焼システムにおいて、前記触媒金属が、白金、パラジウム、ルテニウム、ニッケルもしくは銅、又は、白金、パラジウム、ルテニウム、ニッケル及び銅からなる金属群より選ばれる少なくとも一つと前記金属群の金属と異なる他の金属との複合体であることが好ましい。
＜１０＞  前記＜９＞に記載の第１の態様に係る燃焼システムにおいて、前記他の金属は、マンガン及び亜鉛の少なくとも一方を含むことが好ましい。
上記のように、触媒金属として上記の金属を選択することで、水溶液改質活性により優れたものとなる。
【００２４】
＜１１＞  前記＜１＞〜前記＜１０＞のいずれか１つに記載の燃焼システムにおいて、前記触媒金属は、少なくとも、白金、ルテニウム及びニッケルの少なくとも一つを含む固溶体であることが好ましい。
上記のように、触媒金属として上記の金属を選択することで、水溶液改質活性により優れたものとなる。
【００２５】
＜１２＞  前記＜１＞〜前記＜１１＞のいずれか１つに記載の燃焼システムにおいて、前記触媒は、前記触媒金属を含む金属粒子が担持され、前記金属粒子の平均一次粒子径が１０ｎｍ以下であることが好ましい。
触媒金属が金属粒子として担持され、かつ、担持される金属粒子が小粒径であると、液相触媒反応における発泡点が多くなり、熱伝達性がより向上し、水溶液改質がより進行しやすくなる。
【発明の効果】
【００２６】
本開示によれば、燃焼用燃料の一部を水素に代替し、貫流ボイラー等の燃焼機器又はエンジン等の内燃機関などの燃焼手段から排出される二酸化炭素の排出量が効果的に軽減された燃焼システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本開示の燃焼システムの一例を示す概略構成図である。
【図２】本開示の水素生成装置の一例を示す概略斜視図である。
【図３】図２の水素生成装置を分解して示す分解図である。
【図４】図２の水素生成装置のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】基体の筒構造の周囲を覆うように触媒が配置されている状態を示す概略斜視図である。
【図６】カーボンクロスに白金粒子を担持した単層構造、２層構造又は３層構造の円形触媒を示す概略斜視図である。
【図７】図６の３種の円形触媒を用いて水素生成させた際の、メタノール水溶液供給量と水素生成速度との関係を示すグラフである。
【図８】（ａ）はメタノール水溶液の供給量が少な過ぎて乾固する状態を示し、（ｂ）は過熱液膜状態を示し、（ｃ）はメタノール水溶液の供給量が多過ぎる懸濁状態を示す。
【図９】本開示の燃焼システムの他の一例を示す概略構成図である。
【図１０】本開示の燃焼システムの他の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図１〜図８を参照して、本開示の燃焼システムの実施形態について具体的に説明する。但し、本開示においては、以下に示す実施形態に制限されるものではない。
【００２９】
本開示の一実施形態では、触媒として、シート状のカーボンクロスに触媒金属である白金粒子が担持されたシート状触媒を用いて、供給されたメタノール水溶液を水溶液改質し、水素ガスを生成する態様を一例に詳細に説明する。
【００３０】
本開示の一実施形態の燃焼システム１００は、図１に示すように、燃焼手段の一例である貫流ボイラー３０と、貫流ボイラー３０に供給される水素以外の燃料を貯留する燃料貯留手段の一例である燃料貯留タンク８０と、貫流ボイラー３０に燃焼用燃料として供給される水素を生成する水素生成システム１００Ａと、を備え、貫流ボイラー３０に燃焼用燃料として水素と水素以外の他の燃料とが供給されるようになっている。
【００３１】
本開示の一実施形態である燃焼システム１００では、燃料貯留タンク８０から燃焼用燃料である都市ガスが貫流ボイラー３０に供給され、かつ、水素生成システム１００Ａにおいてメタノールが水溶液改質されることにより生成された水素ガスを含む水素含有ガスが貫流ボイラー３０に供給されるようになっている。つまり、燃焼システム１００では、都市ガスの一部を水素含有ガスに代替することにより、燃焼時の熱量を保持しつつ、二酸化炭素の排出量を軽減している。
【００３２】
貫流ボイラー３０は、燃料を燃焼させた際の熱で水を熱して蒸気や温水を発生させる装置の一種である。
貫流ボイラーの具体例としては、株式会社ＩＨＩ汎用ボイラ製の貫流ボイラー（例えば、Ｋ−ＳＥシリーズ、Ｋ−Ｌシリーズ、Ｋ−Ｑシリーズ、Ｋ−ＬＨシリーズ等）が挙げられる。本開示の一実施形態における水素生成システムを構成する水素生成手段である水素生成装置は、コンパクトなため、小型ボイラー、簡易ボイラー、又は小規模ボイラー等とされるボイラーと組み合わせて使用する場合に好適である。
【００３３】
本実施形態では、燃焼手段として貫流ボイラーを備えた例を中心に説明しているが、ボイラーは、貫流ボイラーに制限されるものではなく、貫流ボイラー以外の、水蒸気が発生しない無圧ボイラー、水をドラム内で循環させて再加熱する方式の循環式ボイラー等の他のボイラーも適用可能である。
【００３４】
また、燃焼手段は、ボイラーに限られず、エンジン、マイクロガスタービン等の内燃機関などの、燃料燃焼機構を有する装置であればいずも適用可能である。
【００３５】
また、本実施形態では、貫流ボイラーへ供給する水素以外の燃焼用燃料として都市ガスを用いた例を説明したが、燃焼用燃料は都市ガスに限らず、燃焼手段の種類に応じて適当な燃料を選択すればよい。都市ガス以外の燃焼用燃料としては、例えば、灯油、軽油、ガソリン、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）等を挙げることができる。
【００３６】
また、水素ガスと水素ガス以外の燃料とは、燃焼時の熱量を保持の観点から、燃焼させた際の熱量利用効率が最大となる比率で貫流ボイラーに供給され、燃焼されることが好ましい。また、供給される代替水素の量は、代替前に供給されていた燃料の燃焼により得られる熱量と同等の熱量が得られる量とすることが望ましい。これにより、代替前に供給されていた燃料の燃焼で得られる熱量と同等の熱量を確保できる。
熱量利用効率が最大となる水素ガス（Ｈ）と水素ガス以外の燃料（Ｆ）との比率（Ｈ：Ｆ）としては、熱量基準で、１５：８５〜６０：４０の範囲が好ましく、２０：８０〜５０：５０の範囲がより好ましい。
【００３７】
貫流ボイラー３０には、ガス混合器７０を介して、燃料貯留タンク８０と、水素生成システム１００Ａと、が接続されている。
【００３８】
貫流ボイラー３０とガス混合器７０とは、供給配管を介して接続されている。ガス混合器７０において、水素生成システム１００Ａから送られてきた水素含有ガスと、燃料貯留タンク８０から送られてきた都市ガスと、が混合され、混合後の混合ガスが燃料として貫流ボイラー３０に送られるようになっている。
【００３９】
水素生成システム１００Ａは、水素生成手段の一例である水素生成装置１０と、システム動作を制御する制御装置４０と、を備えている。
【００４０】
水素生成装置１０は、ガス排出管１２を介してガス混合器７０に接続されている。
水素生成装置１０は、外部から供給されたメタノール水溶液を触媒により水溶液改質して水素ガスを生成する。生成された水素ガスは、水素生成装置１０に接続されたガス排出管１２を介してガス混合器７０に送られる。
ここで、水素生成装置１０から排出される排出ガスには、水溶液改質反応により生成された水素ガスに加え、二酸化炭素、一酸化炭素、水蒸気、及び未反応メタノール等の他のガス成分が含まれる。したがって、水素生成装置１０に接続されたガス排出管１２には、水素ガスを含む水素含有ガスが流通する。
【００４１】
本開示の水素生成装置１０について、更に、図２〜図５を参照して詳細に説明する。
本開示の一実施形態は、図２に示す水素生成装置１０を備えている。水素生成装置１０は、図３に示すように、一端が開放され、かつ、他端が閉塞された筒構造を有する基体１３と、基体１３を収容する外装材１１と、を備えた二重円筒型改質反応器である。
図２は、本開示の一実施形態に係る水素生成装置を示す概略斜視図であり、図３は、図２の水素生成装置１０を分解して示す分解図である。
【００４２】
外装材１１は、内部中空で一端が開放された筒構造と、筒構造の上に設けられた水素ガスを排出する排出口１２ａと水素生成装置にメタノール水溶液を供給する供給口１４ａとを有し、排出口１２ａには、生成ガスを排出するガス排出管１２の一端が接続されており、供給口１４ａには、原料供給管１４の一端が接続されている。
【００４３】
ガス排出管１２は、混合ガスポンプＰ１を備え、水素生成装置１０の反応室で生成されたガスを外部へ排出するための配管である。ガス排出管１２の他端は、図１に示すように、改質生成された水素ガスを都市ガスと混合するガス混合器７０と接続されている。混合ガスポンプＰ１を動作させることで、水素生成装置１０から排出された水素含有ガスが、ガス排出管１２を通じてガス混合器７０に送られるようになっている。
【００４４】
原料供給管１４は、原料供給ポンプＰ２を備え、外部から改質用原料であるメタノール水溶液を水素生成装置１０の反応室に供給するための配管である。原料供給管１４の他端は、図１に示すように、メタノール水溶液の供給源である原料供給装置であるメタノール水溶液タンク５０と接続されている。原料供給ポンプＰ２を動作させることで、メタノール水溶液タンク５０から原料供給管１４を通じてメタノール水溶液が水素生成装置の反応室に供給されるようになっている。
【００４５】
原料供給管１４には、図示しないが、配管途中にメタノール水溶液を予熱するための加熱器が配設された態様に構成されていることが好ましい。
原料供給管１４の配管途中に加熱器を配設し、原料供給管１４からメタノール水溶液を水素生成装置１０の反応室に供給する際、メタノール水溶液が反応室に供給される前に予め沸点まで加熱されることが好ましい。メタノール水溶液が予め沸点まで予熱された状態で反応室に供給されることにより、外部の加熱源から供給される高温熱量が節減され、しかも過熱液膜状態が形成されやすく、水素の生成効率の向上に有利である。
予熱に必要な熱の付与は、後述するような電気ヒーターを用いて行ってもよいが、予熱に必要な熱には、例えば、貫流ボイラー３０で得られる燃焼熱のうち、目的の温度域の熱以外の例えば中温域（２５０℃〜３５０℃程度）の熱を利用することが好ましい。
【００４６】
基体１３は、一端が開放され、かつ、他端が閉塞された円筒形状の筒構造１６と、筒構造の開放された他端を閉塞し、かつ、外装材１１に収容された場合に外装材１１の他端を閉塞するための蓋材１７と、を有しており、筒構造１６の外周面には、筒構造１６の周囲を覆うようにして触媒（不図示）が配置されるようになっている。
【００４７】
ここで、外装材１１に基体１３が収容された状態の水素生成装置１０の断面構造を図４に示す。図４は、図２の水素生成装置のＡ−Ａ線断面図である。
外装材１１に基体１３が挿入されて収容された状態において、外装材１１の内壁面と、基体１３の筒構造の表面と、の間には、触媒による改質反応が行われる反応室１８が形成されている。反応室１８には、基体１３の筒構造１６の周囲方向に沿って筒構造の外周面を覆うようにして設けられた触媒１５が配置されている。
【００４８】
基体１３の筒構造１６は、図５に示すように、円筒形状の周囲の全面に亘ってシート状の触媒１５が巻回されて３重の積層構造が形成されている。即ち、基体１３には、筒構造１６の曲面にシート状の触媒１５を巻回し、３回巻き重ねることによって３層からなる触媒層が配置されている。
本実施形態では、触媒を３回巻き重ねた３層からなる触媒層を備えた場合を説明したが、触媒の積層構造は、特に制限されるものではなく、水素生成装置のスケール、供給されるメタノール水溶液の量もしくは流量又は温度、改質生成する水素ガスの量、触媒の担持量もしくは触媒金属の種類などの種々の要求等に応じて適宜選択することができる。
したがって、巻き重ねられる触媒の巻き数は、３以上が好ましく、必要に応じて、５以上でもよいし、１０以上でもよい。巻き数の上限値に制限はないが、例えば２０以下としてもよい。
【００４９】
触媒１５は、カーボンシートであるカーボンクロスと、カーボンクロスに担持された触媒金属である白金粒子と、を有している。
【００５０】
触媒金属としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、又は銅（Ｃｕ）が好適に挙げられ、触媒金属はこれら金属を含む複合体であってもよい。複合体としては、例えば、白金、パラジウム、ルテニウム、ニッケル及び銅からなる金属群より選ばれる少なくとも一つと、前記金属群の金属と異なる他の金属と、からなる複合体が挙げられる。他の金属としては、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）等が含まれ、好ましくは、亜鉛もしくはマンガン、又は亜鉛及びマンガンを含む。
複合体である触媒金属としては、例えば、Ｎｉ−Ｒｕ（１：１）、Ｎｉ−Ｃｕ（１：１）、Ｃｕ−Ｒｕ（２：１）、Ｃｕ−Ｍｎ（１２：１）等を挙げることができる。カッコ内の数値は、元素のモル比を示す。
複合体としては、過熱液膜方式によるメタノール水溶液改質をより効率良く行える点で、固溶体が好ましく、少なくとも、白金、ルテニウム及びニッケルの少なくとも一つを含む固溶体であることが好ましい。
【００５１】
カーボンシートは、触媒金属を担持する担体として用いられる。シート状の担体を用いることで、本実施形態のように、筒構造の外周面を覆い、かつ、重ねて巻回することが可能になる。触媒金属が担持されたカーボンシートを重ねて巻回すると、触媒金属の担持量を増やしつつ、過熱液膜状態がメタノール水溶液中に生成され、触媒粒子の近傍に存在する気液混相中の気相成分を効率良く逃がすのに適している。したがって、固液接触が確保されて熱伝達率を大きくできるので、効率の良い水素生成が可能であり、さらにメタノール水溶液の供給流量を大きくすることで固液接触による反応機会をより増加させると、巻回構造を有しないカーボン担持触媒に比べ、より効率の良い水素生成が可能になる。
但し、メタノール水溶液の供給流量が大きくなり過ぎると、触媒と接触せずに巻回構造の触媒間の隙間を通り抜けて反応に寄与しない液相成分が生じやすくなり（チャンネリング）、結果として転化率が逓減し、水素生成速度を低下させることになる。温度を高めることで熱流束を増大させて水素生成速度を向上させることができる。温度を高めた場合、熱伝達に有利な核沸騰が熱伝達に不利な膜沸騰に転化しないように、膜沸騰に至らない温度域に低く抑えることが望ましい。膜沸騰に至らない温度域に抑えることにより、効率良く水素ガスを生成することが可能になる。
つまり、触媒量と、過熱液膜状態を保持しうるメタノール水溶液（改質用原料）の量と、の関係が固液接触状態を確保する範囲にあることが重要である。これにより、一端側から供給された改質用原料を他端側へ流通させながら、改質用原料の改質反応を効率良く進行させることができる。
【００５２】
また、反応室出口に密度高くカーボンシートを詰めた内部構造の反応室であると、反応室から外部へ排出する際のガスの予圧が可能になり、ボイラー等の燃焼装置へ水素含有ガスを供給する際の取扱い性が良好になる。
【００５３】
触媒がメタノール水溶液で適度に湿潤した状態（過熱液膜状態）を維持するには、以下の点を考慮することが重要である。
（１）メタノール水溶液改質は、蒸発に並行して液相が気相生成物に変化する反応であるので、供給されるメタノール水溶液の供給量は、メタノール水溶液が蒸発しきらずに過熱液が存在し、触媒量に比べて少な過ぎない範囲、即ち、固液接触が固気接触とならない範囲に調整されることが好ましい。
（２）また、触媒活性サイトが発泡点となって気泡を成長、離脱させることで反応速度が高められるので、供給されるメタノール水溶液の供給量は、触媒量に比べて多過ぎない範囲に調整されることが好ましい。これにより、担体がカーボンシートである場合は適度の湿潤状態を維持でき、担体が顆粒状カーボンである場合は懸濁状態となって固液界面での温度差が失われることが抑えられる。
（３）したがって、触媒がメタノール水溶液で適度に湿潤された状態を保持しつつ、核沸騰条件下に置かれることで、外部の加熱源から過熱液膜に伝えられる熱は気泡の成長と離脱を強く促すことができる。
以上のことから、触媒金属の量〔Ｖ１；ｇ〕と、過熱液膜状態を維持し得るメタノール水溶液の量〔Ｖ２；Ｌ（リットル）〕と、の関係としては、以下の式１で示す範囲が好ましく、更には以下の式２で示す範囲がより好ましい。
Ｖ２／Ｖ１＝１０ｇ／Ｌ〜５０ｇ／Ｌ      ・・・式１
Ｖ２／Ｖ１＝１５ｇ／Ｌ〜２０ｇ／Ｌ      ・・・式２
【００５４】
カーボンシートとしては、カーボンクロス、カーボンフェルトを用いることができる。
カーボンクロスは、例えばアクリル繊維等の炭素繊維を焼成し炭化することにより得られる炭化繊維を紡織したクロスを指し、上市されている市販品（例えば、クラレケミカル社製のカーボンクロス）を使用することができる。
カーボンフェルトは、炭素繊維を織らずに、炭素繊維の短繊維を絡み合わせたシート状の不織布を指し、上市されている市販品（例えば、クラレケミカル社製のカーボンクロス）を使用することができる。
【００５５】
触媒としては、触媒金属を含む金属粒子が担持され、かつ、担持されている金属粒子の平均一次粒子径が１０ｎｍ以下であることが好ましい。即ち、金属粒子の形態で担持されることで、表面積が大きくなり、しかも担持された金属粒子の平均一次粒子径が１０ｎｍ以下の小粒径であると、液相触媒反応における発泡点が多くなり、熱流束が増大して改質反応性がより向上する。
平均一次粒子径は、改質反応活性の観点から小サイズであるほど良く、５ｎｍ以下がより好ましい。平均一次粒子径の下限値は、例えば２ｎｍとしてもよい。
平均一次粒子径は、透過型電子顕微鏡で観察し、任意の金属粒子を２０個任意に選択して計測された一次粒子径の平均値として求められる値である。
【００５６】
触媒における触媒金属の担持量は、金属の種類、又は温度等に依存するが、本開示における触媒では、カーボンシートに担持された触媒金属の担持量が１５ｇ／Ｌ〜１５０ｇ／Ｌであることが好ましい。
カーボンシートに担持された触媒金属の担持量が１５ｇ／Ｌ以上であると、液相触媒反応における発泡点が増え、熱伝達率の大きい核沸騰の状態を維持しやすく、水素ガス生成効率により優れる。また、カーボンシートに担持された  触媒金属の担持量が１５０ｇ／Ｌ以下であると、触媒の金属粒子の粒子径を適切な範囲に調節し、かつ、長期安定性を得やすい点で有利である。
カーボンシートに担持された触媒金属の担持量は、触媒の種類に応じて選択すればよく、例えばＰｔ系触媒の場合は、高活性なため必要量を確保する観点から、１５ｇ／ｍ３〜１００ｇ／ｍ３としてもよいし、例えばＣｕ−Ｍｎ系触媒の場合は、安価なため、１００ｇ／ｍ３〜１５０ｇ／ｍ３としてもよい。
【００５７】
カーボンシートに触媒金属が担持された触媒の作製方法には、特に制限はなく、いずれの方法で作製されてもよい。触媒は、例えば、金属含有液中に担体を含浸させる含浸法により作製されてもよい。
含浸法による場合、例えば以下の方法で作製することができる。即ち、
まず、塩基等で前処理が施されたカーボン材（例えば、細孔を有する高表面積のカーボンシート）を用意する。カーボンシートを、撹拌している塩化白金カリウム（Ｋ２ＰｔＣｌ４）水溶液中に２４時間浸漬した後、９０℃の水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）水溶液を用いて加熱還元して白金金属を生成させ、蒸留水１０００ｍｌで洗浄する。洗浄後の白金金属を７０℃で１０時間真空乾燥させることにより、カーボンシートに白金粒子が担持された白金担持触媒を作製することができる。
【００５８】
本開示における触媒は、メタノール水溶液を過熱液膜状態で水溶液改質する。水溶液改質は、液相中で触媒反応させて水素を生成する改質反応であり、水蒸気を用いて水素を生成する水蒸気改質反応とは区別される。
水溶液改質を行う場合、触媒量とメタノール水溶液との量的関係が、気体を生成する液相触媒反応においては重要である。
メタノール水溶液の量が触媒量に対して多過ぎる反応系では、図８（ｃ）のように、顆粒状カーボンに担持した触媒粒子は懸濁状態となって存在することになる。懸濁液の温度は、液相の沸点に等しくなるため、この反応系の脱水素活性は小さい。これに対し、触媒量を増やして、図８（ｂ）のように触媒がメタノール水溶液で適度に湿潤された状態（湿潤状態）が形成される反応系では、触媒温度がメタノール水溶液の沸点よりも高い状態（過熱状態）となる。そして、触媒がメタノール水溶液で湿潤状態にある場合に脱水素活性は最も大きくなる。このような状態を「過熱液膜状態」という。
一方、図８（ａ）のように、メタノール水溶液の量が触媒量に対して少な過ぎる反応系では、メタノール水溶液が次第に減量して枯渇状態になると、固気接触になるため、脱水素活性は小さくなる。他方、一般に伝熱面の温度を高くし過ぎると、発生した気泡が合一して蒸気膜を形成して伝熱面を覆うため、膜沸騰が起きるが、膜沸騰では、固気接触であるため、伝熱面からの良好な熱伝達性は期待できない。
気体を生成する液相触媒反応においては、熱伝達率の大きい核沸騰によることが好ましい。核沸騰の領域では、固液界面の伝熱境膜に過熱液が生じ、気相生成と蒸発を介して気泡へ物質と熱を液相から供給する。この際、触媒粒子が存在すると、触媒粒子は発泡点の役割を果す。発泡点となる触媒粒子の表面積を増やすためには、触媒粒子は小粒子であることが好ましく、ナノオーダーサイズの粒子が好ましい。これにより、発泡点が増え、孤立気泡の発生を促進することができる。
また、相変化に吸熱反応が加わるので、熱伝達率は向上し、気泡の成長と脱離が有利になる。気泡の離脱によって空いた触媒活性サイトには、過熱液のメタノール分子が直ちに吸着し反応し始める。
高い気泡離脱頻度が大きな熱流束と空サイト表面密度をもたらし、反応速度を向上させることができる。
【００５９】
ここで、シート状の触媒１５を３回巻き重ねた３層構造の触媒層について説明する。
液相（メタノール水溶液）中では、シート状の触媒１５は、カーボンシートの表面にナノスケールの触媒金属粒子が担持され、カーボンシートのミクロ細孔にはメタノール水溶液（例えば、メタノール：水＝１：１［モル比］）が貯留されて湿潤状態とされる。
沸点近くにまで予熱されたメタノール水溶液は、カーボンシートの細孔に毛管凝縮し、シートの一端から他端に向けて細孔凝縮と表面移動とを繰返し、吸熱的な改質反応と蒸発とが進行する。その際、反応室１８は、図４に示すように、基体１３側と外装材１１側との両側から、メタノール水溶液の沸点を上回る温度で加熱されている。
シートの一端では液相のみであったメタノール水溶液は、反応室内を移動する間に気液混相の状態に変化するので、固液接触していた触媒とメタノール水溶液とが固気接触に変化した分、過熱液膜状態に固有の反応速度を維持できなくなる。
このような状況を踏まえ、本開示の一実施形態では、触媒を、触媒金属を担持したカーボンシートを複数回巻き回した積層構造として配置することで、気液混相の気相成分を、シート間の隙間を通じて反応系外に逃がし易くする。これにより、液相中での安定的な核沸騰が進行しやすくなり、触媒での改質反応を良好に進行させるのに有利である。
【００６０】
また、シート状の触媒１５を複数枚重ねた場合、メタノール水溶液等の基質の供給速度を変えると、水素の生成速度はシート状の触媒の積層数におよそ比例する。即ち、シート状の触媒を重ねることで、過熱液膜状態は維持されつつ、触媒の金属粒子の反応器内における容積密度が高められる。この点で、シート状の触媒を重ねて用いることは有意義である。
例えば図６に示すように、φ４ｃｍのカーボンクロスに白金粒子を１２ｍｇ担持させた触媒をそのまま又は複数枚重ねて用いることで、単層構造、２層構造又は３層構造の円形触媒を用意し、それぞれ加熱面に接触配置した。そして、加熱面から最も遠い側から円形触媒の円心部に１５０℃に加熱した２−プロパノール（沸点：８２．４℃）を滴下した。結果、図７のように、水素の生成速度は層数におよそ比例するとの知見を得た。
滴下された２−プロパノールは、多層の円形触媒の面内を表面拡散して移動するのに対し、熱は円形触媒の面と直交する方向に外部から伝えられているといえ、過熱液膜状態での改質反応の保持に有効である。
【００６１】
また、筒構造１６の内部には、図４に示すように、筒構造１６の表面に配置された触媒を加熱するための加熱室１９が設けられている。加熱室１９での加熱温度を制御することにより、筒構造の曲面を形成している壁材を介して、触媒を所望の温度域に加熱制御することができる。
加熱室１９は、燃料を燃焼させた際の燃焼熱で筒構造を加熱する燃焼室に構成されてもよい。この場合、加熱室に燃料を供給する燃料供給系と燃焼排ガスを排出する排出系とが取り付けられた構成とされてもよい。また、加熱室１９は、電気ヒーターが配置された加熱室とされてもよい。電気ヒーターには、発熱ヒーター、輻射熱ヒーター等のいずれを用いてもよい。
【００６２】
更に、筒構造１６を収容する外装材１１の外側にも、図示しないが、外装材を介して触媒を加熱するための加熱器であるテープヒーターが配設されている。これにより、図４に示すように、反応室１８中の触媒１５は、基体１３側と外装材１１側との両側から加熱される。
加熱器としては、テープヒーター以外に、燃焼排熱を利用して加熱する燃焼排熱伝熱装置を用いてもよい。
ここで、加熱室１９は、貫流ボイラー３０での燃焼で排出される燃焼排ガスが供給されて触媒を加熱する構成とされていてもよい。この場合、外装材の外側にも、加熱室１９に供給される燃焼排ガスが供給されることで、燃焼排ガスで加熱室１９を外部からも加熱する構成とされてもよい。
【００６３】
触媒の加熱に必要な熱の付与は、貫流ボイラー３０で得られる燃焼熱の一部を利用することが好ましい。本開示の燃焼システムは、燃焼手段で得られる燃焼熱のうち、本来目的とする温度域の熱は所期の目的に利用し、目的の温度域の熱以外の例えば中温域（２５０℃〜３５０℃程度）の熱を水素生成装置の加熱に利用する態様に構成することができる。この場合、燃焼熱は、反応室の加熱に利用した後、加熱の結果として温度が低下した熱を反応室に供給されるメタノール水溶液の予熱に利用することが好ましい。
【００６４】
基体１３及び外装材１１は、触媒を昇温させるための加熱が行えるように、熱伝達性の材質で形成されていることが好ましい。熱伝達性の材質としては、金属が好ましい。金属としては、特に制限はなく、耐熱性又は腐食等の観点から、例えば、ステンレス合金（いわゆるＳＵＳ材）が好ましい。
【００６５】
触媒の加熱温度としては、１５０℃〜３５０℃が好ましく、２５０℃〜３５０℃がより好ましい。
【００６６】
燃料貯留タンク８０は、燃料供給管２６を介してガス混合器７０と接続されている。
燃料貯留タンク８０は、貫流ボイラー３０で燃焼させる燃焼用燃料である都市ガスを貯留し、燃料供給管２６を通じて図示しない供給機構により必要な量の都市ガスをガス混合器７０へ供給することができる。
燃料貯留タンク８０に貯留される燃焼用燃料としては、例えば、灯油、軽油、ガソリン、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）等を挙げることができる。
【００６７】
制御装置４０は、燃焼システムの動作を制御する。
制御装置４０には、図１に示すように、混合ガスポンプＰ１及び原料供給ポンプＰ２等と電気的に接続されており、燃焼システムの動作を制御している。
【００６８】
次に、本開示の一実施形態に係る燃焼システムでの水素生成及び燃焼熱の外部供給について略説する。
まず、原料供給ポンプＰ２を作動させると、原料供給装置であるメタノール水溶液タンク５０から原料供給管１４を通じて液体の改質用原料（メタノール水溶液）が水素生成装置１０に供給される。具体的に説明すると、供給口１４ａから水素生成装置１０に供給された改質用原料は、図４に示すように、外装材１１の内壁と、外装材に収容された基体１３の筒構造の外周面と、の間に形成されている反応室１８に導入される。反応室１８には、基体１３の筒構造の周囲全体を覆うように触媒１５が配置されている。
【００６９】
供給口１４ａから反応室１８に供給された液体のメタノール水溶液は、基体１３の筒構造の長手方向に筒構造の表面に沿って流通し、排出口１２ａが設けられている側へ反応室内を移動する。メタノール水溶液は、反応室内を移動しながら予熱され、沸点を超える温度に過熱された状態で触媒の金属粒子と接触することにより水溶液改質される。
この際、触媒１５の触媒金属は、カーボンシートに担持されており、そこでメタノール水溶液によって適度に湿潤された状態（湿潤状態）が形成される。この際、触媒金属は伝熱境膜の中にあって、温度はメタノール水溶液の沸点よりも高い状態（過熱状態）となり、脱水素活性は最も大きくなる。即ち、この際、「過熱液膜状態」にある。
【００７０】
また、上記したように、熱伝達性に優れた高表面積活性炭にナノスケールの触媒金属粒子が担持され、触媒金属粒子が液相中の発泡点となるので、核沸騰が進行する。核沸騰の領域では、固液界面の伝熱境膜に過熱液が生じ、加熱温度と沸点との温度差が適切であれば液相から気泡へ物質と熱を供給する。相変化に吸熱反応が加わるので、熱伝達率は向上し、気泡の成長と脱離が有利になる。気泡の脱離によって空いた触媒活性サイトには、過熱液のメタノール分子が直ちに吸着し反応し始めるので、反応速度が向上する。
【００７１】
触媒１５では、下記反応式に示すように、メタノールの水溶液改質反応（式３）が進行し、水素が生成される。また、触媒によっては、式３の水溶液改質反応とメタノール分解反応（式４）とが進行し、水素が生成される。
ＣＨ３ＯＨ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ３Ｈ２  ＋  ＣＯ２    ・・・式３
ＣＨ３ＯＨ  →  ２Ｈ２  ＋  ＣＯ    ・・・式４
生成された気体の水素は、副生される二酸化炭素又は二酸化炭素及び一酸化炭素と未反応のメタノール等とともに反応室内を移動し、排出ガス（水素含有ガス）として排出口１２ａから排出され、ガス排出管１２に取り付けられた混合ガスポンプＰ１を作動させることで、排出ガス（水素含有ガス）はガス混合器７０へ送られる。
ガス混合器７０において、水素含有ガスと燃料貯留タンク８０から供給された都市ガスとが混合され、混合ガスとして貫流ボイラー３０に供給される。貫流ボイラー３０では、混合ガスを燃焼して燃焼熱が生成され、生成された燃焼熱は所望とされる外部機関へ送られる。
上記では、ガス混合器を設けた例を示したが、ガス混合器を介さずにガス排出管１２と
【００７２】
上記の実施形態では、一端が閉塞した基体が外装材に収容された水素生成装置を一例に説明したが、基体の長手方向の両端部がともに開放されて例えば熱風が流通する筒形に構成されたものでもよい。
また、上記では、触媒金属として白金を用いた場合を説明したが、白金以外の触媒金属を用いた場合にも同等以上の効果が奏される。
さらに、上記の実施形態では、触媒金属が担持されたカーボンシートを３回巻き重ねることによって３層からなる触媒層が配置された構造を一例に説明したが、水素生成装置の反応室のスケール等、即ち水素ガスの生成量等に応じて、４回以上巻き重ねることによって多層の触媒層が配置された構造としても、同様の効果が奏される。
【００７３】
次に、本開示の燃焼システムの変形例を図９を参照して説明する。なお、図９において、図１〜図８に示す既述の燃焼システムと同一の構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００７４】
図９に示す燃焼システム２００は、燃焼手段の一例である貫流ボイラー３０と、貫流ボイラー３０に供給する水素以外の燃料を貯留する燃料貯留手段の一例である燃料貯留タンク８０と、貫流ボイラー３０に燃料として供給される水素含有ガスを生成する水素生成システム２００Ａと、を備えている。燃焼システム２００では、貫流ボイラー３０に燃料として水素含有ガスと水素以外の他の燃焼用燃料とが供給されるようになっている。
【００７５】
水素生成システム２００Ａは、水素生成手段の一例である水素生成装置１０と、水素生成装置と接続され、水素を含む混合ガスが送られる凝縮分離装置２０と、システム動作を制御する制御装置４０と、を備えている。
【００７６】
凝縮分離装置２０は、ガス排出管１２により水素生成装置１０と接続されている。
ガス排出管１２は、混合ガスポンプＰ１を備え、水素生成装置１０の反応室で生成されたガスを外部へ排出するための配管である。ガス排出管１２の他端は、図９に示すように、改質生成された水素ガスを含む水素含有ガスから水素ガスを分離する凝縮分離装置２０と接続されており、混合ガスポンプＰ１を動作させることで、水素生成装置１０からガス排出管１２を通じて水素含有ガスが凝縮分離装置２０に送られるようになっている。
【００７７】
水素生成装置１０で水素が生成されると、水素は他のガス成分と混合された水素含有ガスとしてガス排出管１２に排出され、ガス排出管１２に取り付けられた混合ガスポンプＰ１を作動させることにより、混合ガスはガス排出管１２を介して凝縮分離装置２０に送られる。混合ガスには、主に水素ガス、二酸化炭素、一酸化炭素、水蒸気、及び未反応メタノールが含まれる。
【００７８】
凝縮分離装置は、水素生成装置で生成された水素ガスを含む混合ガスを凝縮させ、沸点の違いを利用して水素ガス等のガス成分と凝縮性成分（凝縮物）とを分離し、水素ガスを精製する。
この際、ガス成分には、水素、二酸化炭素及び一酸化炭素が含まれる。したがって、凝縮によって、水素生成装置で生成され排出された混合ガスから水素、二酸化炭素及び一酸化炭素のガス成分を分離することができる。
凝縮分離装置としては、上記混合ガスから、水素及び二酸化炭素の混合ガス、又は水素、二酸化炭素及び一酸化炭素の混合ガスを凝縮によって分離することができる機器を任意に選択して使用することができる。凝縮分離装置として、例えば蒸留装置を用いてもよい。
【００７９】
凝縮分離装置２０には、凝集物を水素生成装置１０に戻して水溶液改質反応に再度供するための再供給手段である戻し配管（不図示）が配設され、戻し配管によって水素生成装置１０と連通されてもよい。凝縮分離装置２０において水素ガス等のガス成分と分離された凝集物は、戻し配管を通じて凝縮分離装置２０から排出される。
【００８０】
凝縮分離装置２０と一端で接続された戻し配管は、他端を水素生成装置と接続された原料供給管１４のメタノール水溶液流通方向上流側に接続し、水素生成装置１０と凝縮分離装置２０とを戻し配管によって互いに連通した形態としてもよい。戻し配管を流通する凝縮物は、原料供給管１４に戻され、原料供給ポンプＰ２を動作させることで水素生成装置の反応室に供給することができる。反応室に供給された凝縮物は、水溶液改質反応に再利用される。
このように、水素含有ガスが分離された後の凝縮物中に残存する未反応のメタノールを循環経路を通じて水溶液改質反応に再利用されることで、メタノールの完全転化が可能になる。
【００８１】
戻し配管には、必要に応じて液相の凝縮物を配管内を良好に流通させるための駆動ポンプが設置されてもよい。
【００８２】
制御装置４０は、燃焼システムの動作を制御する。
制御装置４０には、図９に示すように、混合ガスポンプＰ１、原料供給ポンプＰ２、及び凝縮分離装置２０等と電気的に接続されており、燃焼システムの動作を制御している。燃焼システム２００の動作は、既述の燃焼システム１００と同様に、まず、原料供給ポンプＰ２を作動させると、原料供給装置であるメタノール水溶液タンク５０から原料供給管１４を通じて液体の改質用原料（メタノール水溶液）が水素生成装置１０に供給される。
生成された気体の水素は、副生される二酸化炭素又は二酸化炭素及び一酸化炭素と未反応のメタノール等とともに反応室内を移動し、混合ガスとして排出口１２ａから排出され、ガス排出管１２に取り付けられた混合ガスポンプＰ１を作動させることで、水素含有ガスは凝縮分離装置２０へ送られる。凝縮分離装置２０では、供給された水素含有ガスから水素ガスを分離し、精製水素を生成する。
凝縮分離装置２０で分離精製された水素ガスは、凝縮分離装置２０の一端に接続された水素流通管２２を通じてガス混合器７０に送られる。ガス混合器７０に送られた水素含有ガスは、ガス混合器７０で燃料貯留タンク８０から供給された都市ガスと混合され、混合ガスとして貫流ボイラー３０へ送られ、燃焼用燃料として燃焼に供される。
なお、凝縮分離装置２０で水素含有ガスが分離された後の凝縮性成分（凝縮物）は、凝縮分離装置２０の他端に接続された排出管を通じて排出除去される。上記のように戻し配管が接続されている場合には、凝縮物中のメタノールを水素生成装置１０に戻してメタノール水溶液として再利用することもできる。
【００８３】
更に、本開示の燃焼システムの他の変形例を図１０を参照して説明する。なお、図１０において、図１〜図９に示す既述の燃焼システムと同一の構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００８４】
図１０に示す燃焼システム３００は、燃焼手段の一例である貫流ボイラー３０と、貫流ボイラー３０に供給する水素以外の燃料を貯留する燃料貯留手段の一例である燃料貯留タンク８０と、貫流ボイラー３０に燃料として供給される水素を生成する水素生成ユニット３００Ａと、を備えている。燃焼システム３００では、貫流ボイラー３０に燃料として水素と水素以外の他の燃焼用燃料とが供給されるようになっている。
【００８５】
水素生成ユニット３００Ａは、水素生成システム３００Ｓ１（水素生成システム１）、水素生成システム３００Ｓ２（水素生成システム２）、及び水素生成システム３００Ｓ３（水素生成システム３）の３基の水素生成システムを備え、並列接続された３基の水素生成システムにより水素含有ガスが生成される。３基の水素生成システムが並列に接続されていることにより、水素含有ガスの生成速度が速く、かつ、多量の水素の生成が可能になっている。
【００８６】
水素生成システム３００Ｓ１、水素生成システム３００Ｓ２、及び水素生成システム３００Ｓ３の３基の水素生成システムは、いずれも水素生成装置を備えており、それぞれ図１に示す水素生成システム１００Ａと同様に構成されている。
個々の水素生成システムには、原料供給管１４の一端が分岐配管２４を介して水素生成装置と接続されており、原料供給ポンプＰ２を動作させることで、メタノール水溶液タンク５０から原料供給管１４及び分岐配管２４を通じてメタノール水溶液が各々の水素生成装置の反応室に供給されるようになっている。
【００８７】
また、水素生成システムに備えられた各水素生成装置で生成された水素含有ガスは、混合ガスポンプＰ１を動作させることで、水素生成装置からガス排出管１２、分岐配管２４及び水素流通管２２を通じてガス混合器７０へ送られる。個々の水素生成システムが、それぞれ図９に示す水素生成システム２００Ａと同様に構成されている場合には、各水素生成装置で生成された水素含有ガスは、混合ガスポンプＰ１を動作させることで、水素生成装置からガス排出管１２を通じて凝縮分離装置２０に送られ、更に凝縮分離装置２０で分離された水素含有ガスは水素流通管２２を経由してガス混合器７０に送られる。
ガス混合器７０に送られた水素含有ガスは、ガス混合器７０で燃料貯留タンク８０から供給された都市ガスと混合され、混合ガスとして貫流ボイラー３０へ送られ、燃焼用燃料として燃焼に供される。
【符号の説明】
【００８８】
１０・・・水素生成装置（水素生成手段）
１１・・・外装材
１２・・・ガス排出管
１２ａ・・・排出口
１３・・・基体
１４・・・原料供給管
１４ａ・・・供給口
１５・・・触媒
１６・・・筒構造
１７・・・蓋材
１８・・・反応室
１９・・・加熱室
２０・・・凝縮分離装置
２２・・・水素流通管
２４・・・分岐配管
２６・・・燃料供給管
３０・・・貫流ボイラー（燃焼手段）
４０・・・制御装置
５０・・・メタノール水溶液タンク（原料供給手段）
７０・・・ガス混合器
８０・・・燃料貯留タンク（燃料貯留手段）
１００，２００，３００・・・燃焼システム
１００Ａ，２００Ａ，３００Ｓ１，３００Ｓ２，３００Ｓ３・・・水素生成システム
３００Ａ・・・水素生成ユニット
Ｐ１・・・混合ガスポンプ
Ｐ２・・・原料供給ポンプ
【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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【図１０】
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