(57)【要約】【課題】改質器が良質の改質ガスを作り出す温度に達するまでの時間的浪費を低減し、改質ガスを時間的に効率的に作り出すことを可能にする水蒸気改質技術を提供することを目的とする。【解決手段】本出願は、炭化水素を含有する原料ガスと水とから水素ガスに富む改質ガスを製造する改質器と、改質器へ水を供給する給水部と、改質器を加熱する加熱装置と、水が給水部から供給されつつ、水素ガスの濃度が目標濃度になるように改質器の温度が所定の運転温度に調整されて運転される定常運転と、運転温度に向けて昇温される昇温運転とを行う制御部と、を備える水蒸気改質装置を開示する。制御部は、改質器への水の供給を昇温運転時において給水部に開始させ、且つ、定常運転時における給水量より多い給水量で水が昇温運転時において改質器へ供給されるように給水部を制御する給水制御部を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素を含有する原料ガスと水とから水素ガスに富む改質ガスを製造する改質器と、
前記改質器へ前記水を供給する給水部と、
前記改質器を加熱する加熱装置と、
前記水が前記給水部から供給されつつ、前記水素ガスの濃度が目標濃度になるように前記改質器の温度が所定の運転温度に調整されて運転される定常運転と、前記運転温度に向けて昇温される昇温運転とを行う制御部と、を備え、
前記制御部は、前記改質器への前記水の供給を前記昇温運転時において前記給水部に開始させ、且つ、前記定常運転時における給水量より多い給水量で前記水が前記昇温運転時において前記改質器へ供給されるように前記給水部を制御する給水制御部を含む
水蒸気改質装置。
【請求項２】
前記給水部は、前記改質器から排出された前記水を前記改質器に戻すリサイクル機構を含む
請求項１に記載の水蒸気改質装置。
【請求項３】
前記給水制御部は、前記改質器への給水量が、前記昇温運転時において、前記改質器の温度の上昇に応じて所定の第１給水量から前記第１給水量より低い所定の第２給水量まで低減されるように、前記給水部を制御する
請求項１又は２に記載の水蒸気改質装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記改質器の前記温度が前記昇温運転時の後において前記運転温度周りの温度制御範囲内で維持されるように前記加熱装置を制御する加熱制御部を含み、
前記加熱装置が、前記加熱制御部の制御下で、前記改質器の前記温度を前記温度制御範囲内で維持している間、前記給水量が、前記第２給水量周りの水量制御範囲内で維持されるように、前記給水制御部は前記給水部を制御する
請求項３に記載の水蒸気改質装置。
【請求項５】
前記改質器の前記温度が前記昇温運転時において前記運転温度よりも低い所定の閾値温度を上回ると、前記給水部は前記第１給水量で前記改質器への給水を開始する
請求項３又は４に記載の水蒸気改質装置。
【請求項６】
前記給水制御部は、前記昇温運転時において、前記改質器から排出された前記改質ガス中のメタンの濃度に基づいて前記給水部を制御し、前記目標濃度周りの濃度範囲内で維持された濃度を有する前記水素ガスを含有する前記改質ガスを前記改質器に製造させる
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の水蒸気改質装置。
【請求項７】
炭化水素を含有する原料ガスと水とから水素ガスに富む改質ガスを製造する改質器を加熱する工程と、
前記水を前記改質器へ供給する工程と、を備え、
前記改質器を加熱する工程は、前記改質器の温度が前記改質ガスに含まれる前記水素ガスの濃度が目標濃度になるように定められた運転温度に向けて昇温されるように前記改質器を加熱する昇温段階と、前記改質器の前記温度が前記運転温度周りで調整される定常段階と、を含み、
前記水を前記改質器へ供給する工程は、前記昇温段階において前記改質器への前記水の供給を開始する段階と、前記定常段階において前記水素ガスの前記濃度が前記目標濃度になるように前記水を前記改質器へ供給する段階と、を含み、
前記水は、前記定常段階における前記改質器への給水量よりも大きな給水量で前記定常段階において前記改質器へ供給される
水蒸気改質方法。
【請求項８】
前記水を前記改質器へ供給する工程は、前記改質器から排出された前記水を前記改質器に戻すことを含む
請求項７に記載の水蒸気改質方法。
【請求項９】
前記水を前記改質器へ供給する工程は、
（ｉ）前記昇温段階において、前記改質器への給水量を前記改質器の温度の上昇に応じて所定の第１給水量から前記第１給水量より低い所定の第２給水量まで低減させることと、
（ｉｉ）前記改質器の温度が前記昇温段階の後に前記運転温度周りの温度制御範囲内で維持されている間、前記給水量を前記第２給水量周りの水量制御範囲内に維持することと、を含む
請求項７又は８に記載の水蒸気改質方法。
【請求項１０】
前記水を前記改質器へ供給する工程は、前記改質器の前記温度が前記昇温段階において前記運転温度よりも低い所定の閾値温度を上回ると、前記改質器への給水を前記第１給水量で開始することを含む
請求項９に記載の水蒸気改質方法。
【請求項１１】
前記改質ガス中のメタンの濃度をモニタする工程を更に備え、
前記水を前記改質器へ供給する工程は、前記改質器から排出された前記改質ガス中のメタンの前記濃度に基づいて前記改質器への前記給水量を決定し、前記決定された給水量の前記水を前記改質器に供給することにより、前記目標濃度周りの濃度範囲内で維持された濃度を有する前記水素ガスを含有する前記改質ガスを前記昇温段階において前記改質器に製造させることを含む
請求項９又は１０に記載の水蒸気改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガスに富む改質ガスを作り出す水蒸気改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メタンやプロパンといった炭化水素を含む原料ガスから水素ガスに富む改質ガスを作り出す水蒸気改質技術の開発が進められてきている（特許文献１を参照）。改質ガスは、ＰＳＡ装置（ＰＳＡ：Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）に供給され、ＰＳＡ装置を通じて高純度の水素が得られることになる（水素製造技術）。ＰＳＡ装置の中には、改質ガス中の水素以外の成分（たとえば、メタン、プロパン、一酸化炭素及び二酸化炭素）を吸着する吸着剤が充填されている。改質ガス中の水素以外の成分が吸着剤に吸着されるので、改質ガス中の水素はこれらの成分から分離されることができる。この結果、高純化された水素を有する製品水素が作り出される。
【０００３】
特許文献１によれば、触媒が内蔵された改質器が改質ガスを作り出すために用いられる。改質器内の触媒は、原料ガスと原料ガスとともに改質器に供給される水との反応温度を下げるけれども、改質器は尚非常に高い温度に設定される。一般的に、７００℃〜８００℃の反応温度が得られるように改質器は加熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１５３３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
製品水素の需要が高くないならば、水蒸気改質装置は継続的に運転される必要はない。特に、燃料電池自動車の聡明機においては製品水素の需要が低いので、一般的に、水蒸気改質装置は断続的に運転される。上述の如く、改質ガスを作り出すためには、改質器が加熱されなければならないので、水蒸気改質装置が継続的に運転されると、改質器を加熱するためのエネルギが浪費されることになる。したがって、水蒸気改質装置は、運転と停止とを繰り返すこともある。
【０００６】
水蒸気改質装置が停止されると、改質器の加熱も停止される。この結果、改質器の温度は徐々に低下する。その後、水蒸気改質装置が起動されると、改質器は再度加熱される。改質器が低温であるとき、製品水素を作り出すのに十分な質の改質ガスは得られない。すなわち、低温の改質器から排出される改質ガスは、一酸化炭素及び二酸化炭素だけでなく、ＰＳＡ装置内の吸着剤が吸着しきれないほどの多くの炭化水素成分を含有することになる。したがって、水蒸気改質装置を操作する操作者は、改質器が十分な高温になるまで待たなければならない。このことは、改質器が所定の高温環境を有するまでの長い期間が浪費されることを意味する。
【０００７】
本発明は、改質器が良質の改質ガスを作り出す温度に達するまでの時間的浪費を低減し、水素ガスに富む改質ガスを時間的に効率的に作り出すことを可能にする水蒸気改質技術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】
【０００８】
本発明の一局面に係る水蒸気改質装置は、炭化水素を含有する原料ガスと水とから水素ガスに富む改質ガスを製造する改質器と、前記改質器へ前記水を供給する給水部と、前記改質器を加熱する加熱装置と、前記水が前記給水部から供給されつつ、前記水素ガスの濃度が目標濃度になるように前記改質器の温度が所定の運転温度に調整されて運転される定常運転と、前記運転温度に向けて昇温される昇温運転とを行う制御部と、を備える。前記制御部は、前記改質器への前記水の供給を前記昇温運転時において前記給水部に開始させ、且つ、前記定常運転時における給水量より多い給水量で前記水が前記昇温運転時において前記改質器へ供給されるように前記給水部を制御する給水制御部を含む。
【０００９】
本発明者等の研究によれば、改質器の温度が低いとき、多量の水が供給されると、改質ガス中に含まれる水素ガスの量が多くなるような平衡状態が得られる。上記の構成によれば、改質器の温度が改質ガスに含まれる水素ガスの濃度が所定の目標濃度になるように定められた所定の運転温度に調整された定常運転下にある改質器への給水量よりも、改質器が加熱装置によって運転温度に向けて昇温されている昇温運転時における改質器への給水量が多くなるように、給水制御部は給水部を制御するので、改質器の温度が運転温度から大きく下回っているとき多量の水が供給されることになる。改質器の温度が運転温度から大きく下回っているとき多量の水が供給されるので、改質器の温度が運転温度から大きく下回っているときも改質ガス中に含まれる水素ガスの量は多くなるような平衡状態が得られる。すなわち、改質器の温度が運転温度に到達する前に、水素ガスに富む改質ガスが製造されることができる。したがって、改質器の温度が運転温度に到達するまで改質ガスの製造（水蒸気改質処理）を待たなければならない従来技術よりも、改質器の加熱の開始から改質ガスの製造（水蒸気改質処理）の開始までの期間は短くなる。すなわち、水蒸気改質装置は、炭化水素を含有する原料ガスと水とから水素ガスに富む改質ガスを時間的に効率的に製造することができる。
【００１０】
上記の構成に関して、前記給水部は、前記改質器から排出された前記水を前記改質器に戻すリサイクル機構を含んでもよい。
【００１１】
上記の構成によれば、給水部は改質器から排出された水を改質器に戻すリサイクル機構を含むので、水蒸気改質装置は水を有効に利用することができる。
【００１２】
上記の構成に関して、前記給水制御部は、前記改質器への給水量が、前記昇温運転時において、前記改質器の温度の上昇に応じて所定の第１給水量から前記第１給水量より低い所定の第２給水量まで低減されるように、前記給水部を制御してもよい。
【００１３】
改質器の昇温に拘わらず多量の水の供給が継続されると、多くの水が浪費されることになる。上記の構成によれば、給水量は昇温運転時において改質器の温度の上昇に応じて第１給水量より低い第２給水量まで低減されるので、過度に多くの水は改質器に供給されない。
【００１４】
上記の構成に関して、前記制御部は、前記改質器の前記温度が前記昇温運転時の後において前記運転温度周りの温度制御範囲内で維持されるように前記加熱装置を制御する加熱制御部を含んでもよい。前記加熱装置が、前記加熱制御部の制御下で、前記改質器の前記温度を前記温度制御範囲内で維持している間、前記給水量が、前記第２給水量周りの水量制御範囲内で維持されるように、前記給水制御部は前記給水部を制御してもよい。
【００１５】
原料ガスと水とから水素ガスを作り出すための反応の結果得られる改質ガスの組成は、改質器の温度と改質器への給水量に依存する。したがって、改質器の温度及び原料ガスと改質器へ供給される水との割合が安定化されるならば、改質ガスの組成は安定化される。
【００１６】
上記の構成によれば、加熱装置は、加熱制御部の制御下で、改質器の温度を昇温運転時の後において運転温度周りの温度制御範囲内で維持し、且つ、給水部は、給水制御部の制御下で、給水量を第２給水量周りの水量制御範囲内で維持するので、改質器は、略一定量の水素ガスを含む改質ガスを製造することができる。
【００１７】
上記の構成に関して、前記改質器の前記温度が前記昇温運転時において前記運転温度よりも低い所定の閾値温度を上回ると、前記給水部は前記第１給水量で前記改質器への給水を開始してもよい。
【００１８】
本発明者等の研究によれば、改質器の温度が低い条件下で所定の量の水素ガスを製造するためには、非常に多くの水が改質器に供給される必要がある。したがって、水素ガスの製造量が、改質器へ供給される水の量に対して経済的に見合わないこともある。
【００１９】
上記の構成によれば、改質器の温度が昇温運転時において運転温度よりも低い所定の閾値温度を上回ると、給水部は第１給水量で改質器への給水を開始するので、改質器の温度が閾値温度を下回っているときは、給水部は水を改質器へ供給しない。したがって、水蒸気改質装置は、経済的に不利な条件下では改質ガスを製造しないことができる。
【００２０】
上記の構成に関して、前記給水制御部は、前記昇温運転時において、前記改質器から排出された前記改質ガス中のメタンの濃度に基づいて前記給水部を制御し、前記目標濃度周りの濃度範囲内で維持された濃度を有する前記水素ガスを含有する前記改質ガスを前記改質器に製造させてもよい。
【００２１】
本発明者等の研究によれば、昇温運転時において発生するメタンの濃度が一定であるならば、改質ガスに含まれる水素ガスの濃度も一定になる。
【００２２】
上記の構成によれば、給水制御部は、昇温運転時において、改質器から排出された改質ガス中のメタンの濃度に基づいて給水部を制御するので、上述のメタンと水素ガスとの間の濃度関係から、目標濃度周りの濃度範囲内で維持された濃度を有する水素ガスを含有する改質ガスを改質器に製造させることができる。
【００２３】
本発明の他の局面に係る水蒸気改質方法は、炭化水素を含有する原料ガスと水とから水素ガスに富む改質ガスを製造する改質器を加熱する工程と、前記水を前記改質器へ供給する工程と、を備える。前記改質器を加熱する工程は、前記改質器の温度が前記改質ガスに含まれる前記水素ガスの濃度が目標濃度になるように定められた運転温度に向けて昇温されるように前記改質器を加熱する昇温段階と、前記改質器の前記温度が前記運転温度周りで調整される定常段階と、を含む。前記水を前記改質器へ供給する工程は、前記昇温段階において前記改質器への前記水の供給を開始する段階と、前記定常段階において前記水素ガスの前記濃度が前記目標濃度になるように前記水を前記改質器へ供給する段階と、を含む。前記水は、前記定常段階における前記改質器への給水量よりも大きな給水量で前記定常段階において前記改質器へ供給される。
【００２４】
上記の構成によれば、改質器の温度が改質ガスに含まれる水素ガスの濃度が所定の目標濃度になるように定められた所定の運転温度に調整された定常段階の改質器への給水量よりも、改質器が運転温度に向けて昇温されている昇温段階の改質器への給水量が多くなるように、水は改質器へ供給されるので、改質器の温度が運転温度から大きく下回っているとき多量の水が供給されることになる。改質器の温度が運転温度から大きく下回っているとき多量の水が供給されるので、改質器の温度が運転温度から大きく下回っているときも改質ガス中に含まれる水素ガスの量は多くなるような平衡状態が得られる。すなわち、改質器の温度が運転温度に到達する前に、水素ガスに富む改質ガスが製造されることができる。したがって、改質器の温度が運転温度に到達するまで改質ガスの製造（水蒸気改質処理）を待たなければならない従来技術よりも、改質器の加熱の開始から改質ガスの製造（水蒸気改質処理）の開始までの期間は短くなる。すなわち、水蒸気改質方法は、炭化水素を含有する原料ガスと水とから水素ガスに富む改質ガスを時間的に効率的に製造することを可能にする。
【００２５】
上記の構成に関して、前記水を前記改質器へ供給する工程は、前記改質器から排出された前記水を前記改質器に戻すことを含んでもよい。
【００２６】
上記の構成によれば、改質器から排出された水は改質器に戻されるので、改質ガスは水の有効利用の下で時間的に効率的に製造されることができる。
【００２７】
上記の構成に関して、前記水を前記改質器へ供給する工程は、（ｉ）前記昇温運転時において、前記改質器への給水量を前記改質器の温度の上昇に応じて所定の第１給水量から前記第１給水量より低い所定の第２給水量まで低減させることと、（ｉｉ）前記改質器の温度が前記昇温運転の後に前記運転温度周りの温度制御範囲内で維持されている間、前記給水量を前記第２給水量周りの水量制御範囲内に維持することと、を含んでもよい。
【００２８】
上記の構成によれば、給水量は、昇温運転時において改質器の温度上昇に応じて所定の第１給水量から第１給水量より低い所定の第２給水量まで低減されるので、過度に多くの水は昇温運転時において改質器に供給されない。改質器の温度は昇温運転の後において運転温度周りの温度制御範囲内で維持され、且つ、給水量は第２給水量周りの水量制御範囲内で維持されるので、改質ガスが含む水素ガスは、略一定になる。
【００２９】
上記の構成に関して、前記水を前記改質器へ供給する工程は、前記改質器の前記温度が前記昇温運転時において前記運転温度よりも低い所定の閾値温度を上回ると、前記改質器への給水を前記第１給水量で開始することを含んでもよい。
【００３０】
上記の構成によれば、改質器の温度が昇温運転時において運転温度よりも低い所定の閾値温度を上回ると、改質器への給水は第１給水量で開始されるので、改質器の温度が閾値温度を下回っているときは、改質器への水の供給は生じない。したがって、水蒸気改質装置は、経済的に不利な条件下では改質ガスを製造しないことができる。
【００３１】
上記の構成に関して、水蒸気改質方法は、前記改質ガス中のメタンの濃度をモニタする工程を更に備えてもよい。前記水を前記改質器へ供給する工程は、前記改質器から排出された前記改質ガス中のメタンの前記濃度に基づいて前記改質器への前記給水量を決定し、前記決定された給水量の前記水を前記改質器に供給することにより、前記目標濃度周りの濃度範囲内で維持された濃度を有する前記水素ガスを含有する前記改質ガスを前記昇温運転時において前記改質器に製造させることを含んでもよい。
【００３２】
上記の構成によれば、改質器への給水量は、改質器から排出された改質ガス中のメタンの濃度に基づいて決定されるので、メタンと水素ガスとの間の上述の濃度関係から、目標濃度周りの濃度範囲内で維持された濃度を有する水素ガスを含有する改質ガスを改質器に製造させることができる。
【発明の効果】
【００３３】
上述の水蒸気改質技術は、改質器が良質の改質ガスを作り出す温度に達するまでの時間的浪費を低減し、改質ガスを時間的に効率的に作り出すことを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】例示的な水蒸気改質装置の概略図である。
【図２Ａ】反応温度、改質器内で発生するガスの濃度及びＳ／Ｃの間の関係を表すグラフである。
【図２Ｂ】反応温度、改質器内で発生するガスの濃度及びＳ／Ｃの間の関係を表すグラフである。
【図３Ａ】反応温度、改質器内で発生するガスの濃度及びＳ／Ｃの間の関係を表すグラフである。
【図３Ｂ】反応温度、改質器内で発生するガスの濃度及びＳ／Ｃの間の関係を表すグラフである。
【図４】水蒸気改質装置の給水制御部及び加熱制御部の例示的な制御動作を表す概略的なフローチャートである。
【図５】メタンの濃度に基づいて改質器への給水量を制御する給水制御部の例示的な制御動作を表す概略的なフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、例示的な水蒸気改質装置１００の概略図である。図１に示される実線の矢印は、水蒸気改質装置１００内の流体の流れを表す。図１に示される点線の矢印は、水蒸気改質装置１００内で行われる制御に関連する部位間の関係を表す。図１を参照して、水蒸気改質装置１００が説明される。
【００３６】
図１は、水蒸気改質装置１００に加えて、ＰＳＡ装置２００を示す。水蒸気改質装置１００は、メタンやプロパンといった炭化水素を含む原料ガスを水と反応させ、水素ガスに富む改質ガス（すなわち、含有成分の中で水素ガスが他のガス成分より多い改質ガス）を製造（生成又は精製）する。改質ガスは、水蒸気改質装置１００からＰＳＡ装置２００に供給される。改質ガスに含まれる水素ガス以外の成分（たとえば、メタン、プロパン、一酸化炭素や二酸化炭素）を吸着する吸着剤がＰＳＡ装置２００に充填されている。この結果、これらの成分から分離された水素ガスを多く含有する製品水素が作り出される。水素ガス以外の成分は、ＰＳＡ装置２００内の吸着剤に吸着されているので、製品水素内の水素ガスは高純化されている。製品水素は、水素ステーションや他の水素供給設備に供給されることができる。
【００３７】
水蒸気改質装置１００は、圧縮機１１０と、給水ポンプ１２１と、改質器１３０と、加熱装置１４０と、ドレン容器１５０と、給水制御部１６０と、加熱制御部１７０と、温度センサ１８１と、を備える。圧縮機１１０は、原料ガスを改質器１３０へ供給するために用いられる。給水ポンプ１２１は、改質器１３０へ水を供給する給水部として用いられる。改質器１３０は、加熱装置１４０からの加熱下で原料ガスと水とを反応させ、水素ガスに富む改質ガスを製造する。水蒸気と改質ガスとからなる混合気体は、改質器１３０から排出され、ドレン容器１５０に流入する。混合気体はドレン容器１５０内で冷却される。ドレン容器１５０内での混合気体の冷却の結果、ドレン容器１５０の温度に対応する飽和圧まで水分は凝集されるので、水蒸気は混合気体から分離され水になる。この結果、多くの水蒸気が除去され、且つ、水素ガスに富む改質ガスが製造されることができる。その後、改質ガスはＰＳＡ装置２００へ流入する。温度センサ１８１は、改質器１３０の温度を検出する。加熱制御部１７０は、温度センサ１８１が検出した改質器１３０の温度に基づいて加熱装置１４０を制御する。改質器１３０の温度は、加熱制御部１７０の制御下で、所定の運転温度周りの温度制御範囲に維持される。改質器１３０の温度が温度制御範囲に維持されている間、給水制御部１６０は給水ポンプ１２１を制御し、給水ポンプ１２１から改質器１３０へ供給される水の量を所定の目標水量周りの水量制御範囲内に維持する。水素の発生量は改質器１３０の温度及び改質器１３０へ供給される水の量に依存するので、改質器１３０の温度が運転温度周りの温度制御範囲に維持され、且つ、改質器１３０へ供給される水の量が目標水量周りの水量制御範囲内に維持されると、改質ガスは略一定の量の水素ガスを含有することができる。
【００３８】
圧縮機１１０は、原料ガスが貯蔵されるタンク設備（図示せず）に接続されている。圧縮機１１０は、原料ガスをタンク設備から吸引し、吸引された原料ガスを圧縮する。圧縮されたガスは、圧縮機１１０から改質器１３０へ供給される。
【００３９】
給水ポンプ１２１は、水源設備（図示せず）に接続されている。給水ポンプ１２１は、給水制御部１６０の制御下で水を水源設備から改質器１３０に送り出す。したがって、改質器１３０は、原料ガスと水とを受けることができる。
【００４０】
改質器１３０は、触媒を内蔵している。触媒は、ニッケル／アルミナ系触媒であってもよいし、炭化水素と水とから水素を得るための反応（以下の化学式に示される反応）を促す他の種類の物質であってもよい。本実施形態の原理は、改質器１３０に内蔵される触媒の特定の種類に限定されない。
【００４１】
【化１】
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【００４２】
上述の化学式は、改質器１３０内で生ずる反応を表す。触媒は、上述の反応が生ずる反応温度を下げる。しかしながら、上述の反応下で十分な量の水素ガスを製造するためには、一般的に、改質器１３０の運転温度は、７００℃〜８００℃の範囲で設定される必要がある。本実施形態に関して、加熱制御部１７０は、改質器１３０に対して７００℃〜８００℃の運転温度を設定している。改質器１３０の温度が運転温度に到達した後、加熱制御部１７０は、温度センサ１８１が検出した改質器１３０の温度に基づくフィードバック制御を加熱装置１４０に対して実行し、改質器１３０の温度を運転温度周りの温度制御範囲に維持する。本実施形態に関して、改質器１３０の加熱に一般的に用いられるバーナが加熱装置１４０として用いられている。しかしながら、加熱装置１４０は、改質器１３０を上述の運転温度まで加熱することができる他の加熱設備であってもよい。本実施形態の原理は、加熱装置１４０として用いられる特定の加熱設備に限定されない。
【００４３】
加熱装置１４０は改質器１３０を加熱しているので、給水ポンプ１２１によって改質器１３０に供給された水は水蒸気になる。水蒸気は、圧縮機１１０によって供給された原料ガスとともに、改質器１３０内の触媒に接触する。この結果、上述の反応が改質器１３０内で発生する。すなわち、水素ガスを多く含むガスが改質器１３０内で発生する。水素ガスを多く含むガスは、改質器１３０内での反応に利用されなかった水蒸気とともに、上述の混合気体として排出される。その後、水蒸気は、上述の如く、ドレン容器１５０によって混合気体から分離され、水素ガスに富む改質ガスが製造される。その後、改質ガスは、ＰＳＡ装置２００内の吸着剤による吸着処理を受け、製品水素として水素ステーションといった水素供給設備へ送り出される。
【００４４】
製品水素の需要が高くないとき、水蒸気改質装置１００は停止されることもある。このとき、加熱装置１４０は改質器１３０の加熱を停止する。この結果、改質器１３０の温度は徐々に低下する。水蒸気改質装置１００が一晩停止されているならば、改質器１３０の温度は約２００℃まで低下する。翌朝、操作者が水蒸気改質装置１００を起動すると、操作者は、改質器１３０の温度が運転温度（たとえば、８００℃）になるまで待たなければならない。本発明者等は、改質器１３０の加熱の開始時刻から改質ガスの製造（水蒸気改質処理）の開始時刻までの待機期間を短縮する技術を開発した。待機期間を短縮する技術が以下に説明される。
【００４５】
以下の説明に関して、改質器１３０への加熱が開始された時刻から改質器１３０の温度が所定の運転温度（たとえば、８００℃）に到達する時刻までの期間（すなわち、昇温運転が行われている期間）は、「昇温期間」と称される。昇温期間における改質器１３０への給水量が、昇温期間後（すなわち、改質器１３０の温度を運転温度に維持するための制御が行われる期間）における改質器１３０への給水量よりも多いならば、昇温期間後において製造される水素の量（すなわち、単位時間当たりの水素発生量）と略同じ量の水素が昇温期間においても発生することを見出した。
【００４６】
＜加熱開始から改質ガスの製造（水蒸気改質処理）の開始時刻までの期間の短縮技術＞
図２Ａ及び図２Ｂは、反応温度（すなわち、改質器１３０の温度）、改質器１３０内で発生するガスの濃度及びＳ／Ｃ（すなわち、水と炭素とのモル比）の間の関係を表すグラフである。図２Ａは、原料ガスとしてメタンが用いられたときのシミュレーション結果を示す。図２Ｂは、原料ガスとしてプロパンが用いられたときのシミュレーション結果を示す。図１乃至図２Ｂを参照して、改質器１３０の加熱の開始時刻から改質ガスの製造（水蒸気改質処理）の開始時刻までの待機期間を短縮する技術が説明される。
【００４７】
図２Ａ及び図２Ｂに示されるシミュレーションに関して、運転温度は８００℃である。反応温度が８００℃であるとき、Ｓ／Ｃは、「３．０」に設定されている。Ｓ／Ｃは、量論比「２．０」より大きく設定されている。この結果、炭素の析出に起因する触媒の劣化は防止される。
【００４８】
以下の説明に関して、「給水量」との用語は、単位時間当たりに改質器１３０へ供給される水の量を意味する。大きなＳ／Ｃは、給水量が多いことを表している。一方、小さなＳ／Ｃは、給水量が少ないことを表している。
【００４９】
図２Ａ及び図２Ｂに示されるシミュレーションに関して、７５％の水素ガスの濃度が目標濃度として設定されている。ＰＳＡ装置２００は、残りの２５％の成分（すなわち、メタン、プロパン、一酸化炭素及び二酸化炭素）を十分に吸着するだけの吸着剤を内蔵している。水素ガスの濃度が７５％を下回ると、水素ガス以外の成分が製品水素に多く含まれるリスクが高くなる。
【００５０】
改質器１３０の温度が８００℃の運転温度に維持され、且つ、Ｓ／Ｃが「３．０」に維持される定常運転時において、改質器１３０は７５％の濃度の水素ガスを製造することができる。図２Ａ及び図２Ｂに示されるシミュレーションに関して、運転温度を下回る温度帯でも改質ガス中の水素の濃度が約７５％になるようにＳ／Ｃは調整されている。図２Ａ及び図２Ｂに示されるグラフによれば、改質器１３０の温度が低いときに高いＳ／Ｃが設定され（すなわち、改質器１３０への大きな給水量が設定され）、改質器１３０の温度が運転温度に近づくにつれてＳ／Ｃが低減されるならば（すなわち、改質器１３０への給水量が低減されるならば）、運転温度（８００℃）で得られる水素と略同じ量の水素が低い温度帯（６００℃以上８００℃未満の温度帯）でも得られることが分かる。
【００５１】
図１に示される水蒸気改質装置１００に関して、定常運転用に定められる給水量（Ｓ／Ｃ＝３．０）より多くの水が昇温期間において改質器１３０へ供給されるように、給水制御部１６０は、給水ポンプ１２１を制御する。この結果、水蒸気改質装置１００は、改質器１３０の温度が運転温度に到達する前においても改質ガスを製造することができる。改質器１３０への給水量が定常運転用に定められた給水量に向けて低減されるように、給水制御部１６０は温度センサ１８１が検出した改質器１３０の温度に基づいて給水ポンプ１２１を昇温期間において制御する。この結果、過度の量の水は改質器１３０へ供給されなくなる。
【００５２】
図２Ａ及び図２Ｂと同様に、図３Ａ及び図３Ｂは、反応温度、改質器１３０内で発生するガスの濃度及びＳ／Ｃの間の関係を表すグラフである。図３Ａは、原料ガスとしてメタンが用いられたときのシミュレーション結果を示す。図３Ｂは、原料ガスとしてプロパンが用いられたときのシミュレーション結果を示す。図１乃至図３Ｂを参照して、改質器１３０の加熱の開始時刻から改質ガスの製造（水蒸気改質処理）の開始時刻までの待機期間を短縮する技術が更に説明される。
【００５３】
図２Ａ及び図２Ｂと同様に、図３Ａ及び図３Ｂに示されるシミュレーションの運転温度は８００℃である。図２Ａ及び図２Ｂとは異なり、図３Ａ及び図３Ｂに示されるＳ／Ｃは、運転温度において７５％の水素の濃度が得られる「３．０」の値で一定である。図３Ａ及び図３Ｂに示されるＳ／Ｃの設定の下では、反応温度（すなわち、改質器１３０の温度）が運転温度（８００℃）から下がると、水素の濃度は低下することが分かる。この結果、改質ガスに含まれる水素以外の成分（すなわち、メタン、プロパン、一酸化炭素及び二酸化炭素）の濃度は高くなる。改質ガスに含まれる水素以外の成分の濃度が高いならば、水素以外の成分濃度はＰＳＡ装置２００内の吸着剤の吸着能力を超えることもある。一方、図２Ａ及び図２Ｂに示されるＳ／Ｃの調整の下では、改質ガスに含まれる水素の濃度は安定的に高いレベルにあるので、水素以外の成分の濃度は低くなる。すなわち、水素以外の成分の濃度は、ＰＳＡ装置２００内の吸着剤がこれらの成分を吸着し、良質の製品水素を作り出すのに十分なレベルまで低減されることになる。
【００５４】
図４は、水蒸気改質装置１００の制御部（すなわち、給水制御部１６０及び加熱制御部１７０）の例示的な制御動作を表す概略的なフローチャートである。図１乃至図２Ｂ及び図４を参照して、給水制御部１６０及び加熱制御部１７０の制御動作が説明される。
【００５５】
（ステップＳ１１０）
給水制御部１６０及び加熱制御部１７０は、改質器１３０に対する加熱の開始を待つ。操作者が水蒸気改質装置１００を起動すると、加熱装置１４０は改質器１３０を加熱し始める。その後、ステップＳ１２０が実行される。
【００５６】
（ステップＳ１２０）
給水制御部１６０は、温度センサ１８１から出力された検出信号を参照する。給水制御部１６０は、検出信号が表す検出温度「Ｔｄ」（すなわち、温度センサ１８１が検出した改質器１３０の温度）を所定の閾値温度「Ｔ１」と比較する。検出温度「Ｔｄ」と閾値温度「Ｔ１」との比較は、改質器１３０への給水を開始するか否かを判定するために行われる。改質器１３０はこの判定処理後も加熱され続けるので、閾値温度「Ｔ１」は、改質器１３０の温度を略一定に保つためにこの判定処理の後に行われるフィードバック制御に用いられる運転温度よりも低い値に設定されている。
【００５７】
図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、水素の高濃度レベルを維持するのに必要なＳ／Ｃは、反応温度（すなわち、改質器１３０の温度）の上昇に応じて急激に下がる。このことは、改質器１３０が過度に低いときに給水が開始されるならば、水素の高濃度レベルを維持するために、水素の発生量に対して経済的に見合わない程の多量の水が必要とされることを意味する。したがって、閾値温度「Ｔ１」は、水素の発生によって得られる利益と水の使用による損失とを鑑みて決定されることができる。本実施形態に関して、閾値温度「Ｔ１」は６００℃に設定されている。
【００５８】
検出温度「Ｔｄ」が閾値温度「Ｔ１」よりも高いならば、ステップＳ１３０が実行される。他の場合には、ステップＳ１２０が繰り返される。したがって、改質器１３０への給水は、検出温度「Ｔｄ」が閾値温度「Ｔ１」よりも高くなるまで開始されない。改質器１３０への給水が開始される前の期間（すなわち、ステップＳ１２０が繰り返されている期間）において、改質器１３０に原料ガスが供給されていてもよいし、不活性ガスが供給されていてもよいし、改質器１３０内の触媒の劣化を防ぐための他の措置が採られていてもよい。本実施形態の原理は、給水開始前の改質器１３０へのガス供給処理によっては何ら限定されない。
【００５９】
（ステップＳ１３０）
給水制御部１６０は給水ポンプ１２１を制御し、改質器１３０への給水を開始する。このとき、給水制御部１６０は、改質器１３０への給水量を第１給水量「Ｗ１」に設定する。図２Ａ及び図２Ｂに示されるデータに基づいて、第１給水量「Ｗ１」は、「１４．０」のＳ／Ｃが得られるように設定されてもよい。この結果、改質器１３０の温度が６００℃であるとき、約７５％の水素の濃度が得られることができる。改質器１３０への給水の開始の後、ステップＳ１４０が実行される。
【００６０】
（ステップＳ１４０）
給水制御部１６０及び加熱制御部１７０は、温度センサ１８１から出力された検出信号を参照する。給水制御部１６０及び加熱制御部１７０は、検出信号が表す検出温度「Ｔｄ」を所定の運転温度「Ｔ２」と比較する。検出温度「Ｔｄ」と運転温度「Ｔ２」との比較は、改質器１３０への給水量及び改質器１３０の温度を一定に保つフィードバック制御を開始するか否かを決定するために行われる。検出温度「Ｔｄ」が運転温度「Ｔ２」を下回っているならば、ステップＳ１５０が実行される。他の場合には、ステップＳ１６０が実行される。
【００６１】
（ステップＳ１５０）
給水制御部１６０は、第１給水量「Ｗ１」から改質器１３０の温度に応じて定められる減分値だけ差し引く。図４のステップＳ１５０のブロックの中には、減分値として、検出温度の増加関数「Ｆ（Ｔｄ）」が示されている。図２に示されるステップＳ１５０の処理に関して、給水制御部１６０は、７５％の水素濃度が６００℃から８００℃の温度範囲で得られるように設定された増加関数「Ｆ（Ｔｄ）」を用いて、改質器１３０へ供給される水の量を改質器１３０の温度上昇に応じて低減している。しかしながら、給水制御部１６０は、検出温度「Ｔｄ」を減分値に関連づけるルックアップテーブルを参照して減分値を決定してもよい。この場合、改質器１３０への給水量はステップ関数状に低減されてもよい。本実施形態の原理は、減分値を決定するための特定の演算処理に限定されない。ステップＳ１５０の後、ステップＳ１４０が実行される。
【００６２】
ステップＳ１４０及びステップＳ１５０からなる処理ループは、検出温度「Ｔｄ」が運転温度「Ｔ２」に到達するまで繰り返される。この間、改質器１３０への給水量は検出温度「Ｔｄ」の上昇に応じて低下する。上述の「昇温期間」は、ステップＳ１１０の実行時刻からステップＳ１４０及びステップＳ１５０からなる処理ループの終了時刻までの期間に相当する。ステップＳ１４０及びステップＳ１５０からなる処理ループが終了されると（すなわち、検出温度「Ｔｄ」が運転温度「Ｔ２」に到達すると）、ステップＳ１６０が実行される。
【００６３】
（ステップＳ１６０）
改質器１３０の温度が運転温度「Ｔ２」に維持されるように加熱制御部１７０は加熱装置１４０を制御する。この結果、改質器１３０の温度は、運転温度「Ｔ２」周りの温度制御範囲内に維持される。温度制御範囲の広さは、温度センサ１８１及び加熱制御部１７０の性能に依存する。したがって、本実施形態の原理は、温度制御範囲の特定の広さに限定されない。
【００６４】
加熱制御部１７０のフィードバック制御に略同期して、改質器１３０への給水量が第２給水量「Ｗ２」に維持されるように、給水制御部１６０は給水ポンプ１２１を制御する。第２給水量「Ｗ２」は、図４のステップＳ１６０のブロックの中に示される数式によって決定されてもよい。図２Ａ及び図２Ｂに示されるデータに基づいて、図４のステップＳ１６０のブロックの中に示される数式中の運転温度「Ｔ２」は、８００℃であってもよい。図４のステップＳ１６０のブロックの中に示される数式から得られた第２給水量「Ｗ２」が、「３．０」のＳ／Ｃが得られる値になるように、図４のステップＳ１６０のブロックの中に示される数式は設定されてもよい。これらのフィードバック制御の結果、改質器１３０への給水量及び／又は加熱装置１４０から改質器１３０への供給される熱エネルギ量が調整されると、ステップＳ１７０が実行される。
【００６５】
（ステップＳ１７０）
操作者が水蒸気改質装置１００を停止させると、給水制御部１６０及び加熱制御部１７０の制御動作は終了する。
【００６６】
＜他の特徴＞
設計者は、上述の水蒸気改質装置１００に様々な特徴を与えることができる。以下に説明される特徴は、水蒸気改質装置１００の設計原理を何ら限定しない。
【００６７】
（水の再利用）
図２Ａ（又は図２Ｂ）及び図３Ａ（又は図３Ｂ）の比較から、改質器１３０へ供給される水の量が改質器１３０の温度が低い条件下で増やされると水素が多く発生する平衡状態が得られることが分かる。改質器１３０へ供給される水が多くなる結果、原料ガスとして用いられる炭化水素との反応に利用されない水の量も増える。炭化水素との反応に利用されなかった水は、改質ガスとともに多量の水蒸気として改質器１３０から排出される。多量の水蒸気が水蒸気改質装置１００から放出されることは水の浪費に帰結するので、改質器１３０から放出された水を改質器１３０に戻すリサイクル機構が、水蒸気改質装置１００に組み込まれることが好ましい。
【００６８】
図１に示されるように、水蒸気改質装置１００は、循環ポンプ１２２と排水弁１２３とを備える。循環ポンプ１２２、排水弁１２３及びドレン容器１５０は、上述のリサイクル機構を形成する。循環ポンプ１２２、排水弁１２３及びドレン容器１５０によって形成されたリサイクル機構は改質器１３０へ水を戻すので、給水ポンプ１２１とともに、改質器１３０へ水を供給する給水部として用いられる。
【００６９】
循環ポンプ１２２及び排水弁１２３は、給水制御部１６０の制御下で動作する。上述の如く、改質ガスと水蒸気とを含む混合気体は、改質器１３０から放出される。ドレン容器１５０は混合気体を冷却し、水蒸気を水に変える。この結果、水蒸気は混合気体から分離され、水蒸気をほとんど含まない改質ガスがＰＳＡ装置２００へ供給されることになる。水蒸気がドレン容器１５０で水に変えられる結果、水はドレン容器１５０に溜まる。給水制御部１６０が排水弁１２３を閉じ、循環ポンプ１２２を作動させると、ドレン容器１５０に溜まった水は循環ポンプ１２２によって改質器１３０へ供給される。給水ポンプ１２１から改質器１３０へ供給された水と同様に、循環ポンプ１２２から改質器１３０へ供給された水は加熱装置１４０からの熱エネルギによって再度水蒸気に変えられる。その後、水蒸気は、触媒の存在下で原料ガスと反応し、水素ガスに富む改質ガスの製造（水蒸気改質処理）に利用されることになる。再利用できる量を超える水がドレン容器１５０に溜まったとき、給水制御部１６０は循環ポンプ１２２を停止させ、排水弁１２３を開く。この結果、ドレン容器１５０に溜まった水は、水蒸気改質装置１００から放出される。
【００７０】
給水制御部１６０は、循環ポンプ１２２及び排水弁１２３の作動タイミングをドレン容器１５０内の水の量を検出する水位計（図示せず）からの信号に基づいて決定してもよい。図４に関連して説明されたステップＳ１３０乃至ステップＳ１７０の間、給水制御部１６０は、水位計が指し示すドレン容器１５０内の水の量に基づいて、給水ポンプ１２１からの水の量と循環ポンプ１２２からの水の量との配分を決定してもよい。
【００７１】
（改質ガスに含まれるメタンの量に基づく給水量の制御）
図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、水素の発生量が６００℃から８００℃の反応温度の範囲において高い水準で略一定になるようにＳ／Ｃが調整されると、改質ガスに含まれるメタンの量も略一定になる。一方、図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、Ｓ／Ｃが６００℃から８００℃の反応温度の範囲で一定に保たれるならば、メタンの発生量は反応温度の上昇に応じて大きく低下する。したがって、メタンの発生量が低い値で略一定になるように改質器１３０への給水量が昇温期間において制御されるならば、十分な量の水素ガスを含有する改質ガスが昇温期間において安定的に製造されることができる。
【００７２】
図１に示されるように、水蒸気改質装置１００は、ドレン容器１５０からＰＳＡ装置２００へ向かう改質ガス中のメタンの濃度をモニタする濃度センサ１８２を備える。濃度センサ１８２は改質ガス中のメタンの濃度を表す検出信号を生成する。検出信号は濃度センサ１８２から給水制御部１６０へ出力される。給水制御部１６０は濃度センサ１８２からの検出信号が表すメタンの濃度に基づいて改質器１３０への給水量を決定することができる。
【００７３】
図５は、メタンの濃度に基づいて改質器１３０への水の給水量を制御する給水制御部１６０の例示的な制御動作を表す概略的なフローチャートである。図１乃至図５を参照して、給水制御部１６０の制御動作が説明される。
【００７４】
給水制御部１６０は、図４を参照して説明されたステップＳ１１０及びステップＳ１２０を実行した後、ステップＳ２１０を実行する。
【００７５】
（ステップＳ２１０）
給水制御部１６０は、改質器１３０への給水量「Ｗｓ」に所定の増分値「ΔＷ１」を増分する。この結果、改質器１３０へ供給される水が増える。改質器１３０への給水量が増加された後、ステップＳ２２０が実行される。
【００７６】
（ステップＳ２２０）
給水制御部１６０は、濃度センサ１８２によって検出されたメタンの濃度「Ｃｄ」が、所定の下限閾値「ＬＬ」を下回っているか否かを判定する。図２Ａ及び図２Ｂのデータによれば、メタンの濃度は６００℃〜８００℃の反応温度の範囲において約「５．０％」であるので、下限閾値「ＬＬ」は「５．０％」に設定されてもよい。メタンの濃度「Ｃｄ」が、下限濃度「ＬＬ」を下回っていないならば、ステップＳ２１０が実行される。したがって、ステップＳ２１０及びステップＳ２２０からなる処理ループは、メタンの濃度「Ｃｄ」が、下限濃度「ＬＬ」を下回るまで繰り返される。ステップＳ２１０及びステップＳ２２０からなる処理ループが繰り返されている間、改質器１３０への給水量は徐々に増加する。メタンの濃度「Ｃｄ」が下限濃度「ＬＬ」を下回っているならば、ステップＳ２１０及びステップＳ２２０からなる処理ループは終了し、ステップＳ２３０が実行される。ステップＳ２１０及びステップＳ２２０からなる処理ループは終了したときの給水量は、図４を参照して説明された第１給水量に相当する。
【００７７】
（ステップＳ２３０）
給水制御部１６０は、改質器１３０への給水量「Ｗｓ」から所定の減分値「ΔＷ２」を差し引く。この結果、改質器１３０へ供給される水は減らされる。改質器１３０への給水量が減らされた後、ステップＳ２４０が実行される。
【００７８】
（ステップＳ２４０）
給水制御部１６０は、濃度センサ１８２によって検出されたメタンの濃度「Ｃｄ」が、下限閾値「ＬＬ」を下回っているか否かを判定する。図３Ａ及び図３Ｂのデータによれば、給水量が一定の条件の下では、反応温度の増加はメタン濃度の低下に帰結し、且つ、ステップＳ２４０が実行されているとき、加熱装置１４０は改質器１３０を加熱し続けているので、メタンの濃度「Ｃｄ」が、下限閾値「ＬＬ」を下回ることもある。この場合、ステップＳ２３０が実行される。メタンの濃度「Ｃｄ」が、下限閾値「ＬＬ」を下回っていないならば、図４を参照して説明されたステップＳ１４０が実行される。したがって、検出温度「Ｔｄ」が運転温度「Ｔ２」に到達するまで、ステップＳ２１０乃至ステップＳ２４０及びステップＳ１４０からなる処理ループが繰り返される。
【００７９】
ステップＳ２１０乃至ステップＳ２４０及びステップＳ１４０からなる処理ループが繰り返されている間、改質器１３０は加熱装置１４０によって加熱され続けているので、改質器１３０の温度は徐々に増加する。図３Ａ及び図３Ｂのデータから、改質器１３０の温度上昇は、一定の給水量の下では、メタン濃度の低下に帰結する。しかしながら、ステップＳ２１０及びステップＳ２２０からなる処理ループ（メタン濃度「Ｃｄ」が下限閾値「ＬＬ」を下回るまで給水量を低下させる処理）が繰り返されると、改質器１３０の温度上昇に起因するメタン濃度の低下は、給水量の低下に起因するメタン濃度の増加によって相殺されることになる。この結果、メタン濃度は、下限閾値「ＬＬ」の周囲の濃度制御範囲内で制御されることになる。図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、メタン濃度が略一定であるとき、水素濃度も略一定になる。したがって、改質器１３０は、ステップＳ２１０乃至ステップＳ２３０及びステップＳ１４０からなる処理ループが繰り返されている間、略一定の濃度の水素ガスを発生させることができる。ステップＳ２１０乃至ステップＳ２３０及びステップＳ１４０からなる処理ループが終了すると、図４を参照して説明されたステップＳ１６０及びステップＳ１７０からなる処理ループが実行される。ステップＳ２１０乃至ステップＳ２３０及びステップＳ１４０からなる処理ループが終了したときの改質器１３０への給水量は、図４を参照して説明された第２給水量に対応する。
【００８０】
図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、水素濃度と反応温度との間の関係は、Ｓ／Ｃが一定である条件下では、メタン濃度と反応濃度との間の関係とは逆である。すなわち、給水量が一定である条件下での反応温度の上昇はメタン濃度の低下に帰結する一方で、給水量が一定である条件下での反応温度の上昇は水素濃度の増加に帰結する。したがって、図５に示されるメタン濃度に基づく給水量の制御は、水素濃度に基づく給水量の制御に容易に変更可能である。この場合、濃度センサ１８２はドレン容器１５０からＰＳＡ装置２００へ向かう改質ガス中の水素濃度を検出するように設計される。図５のステップＳ２１０及びステップＳ２２０からなる処理ループに相当する処理に関して、給水制御部１６０は、濃度センサ１８２によって検出された水素濃度が上限閾値を上回るまで給水量を増加させることができる。図５のステップＳ２１０乃至ステップＳ２４０及びステップＳ１４０からなる処理ループに相当する処理に関して、水素濃度が上限閾値を上回ると給水量を低下させる制御が実行される。上限閾値が７５％に設定されるならば、昇温期間において得られた改質ガス中の水素ガスの濃度は、約７５％になる。
【００８１】
上述の実施形態に関して、改質器１３０への給水量は、改質器１３０の温度、改質ガス中のメタンの濃度又は改質ガス中の水素の濃度に基づいて制御されることができる。しかしながら、改質器１３０が略一定の雰囲気温度の環境下に置かれているならば、図４に関連して説明されたステップＳ１１０が実行された時刻からの経過時間に基づく改質器１３０の温度の推定値が改質器１３０への給水量の制御に用いられてもよい。したがって、本実施形態の原理は、改質器１３０への給水量を調整するための特定の制御技術に限定されない。
【００８２】
上述の実施形態に関して、改質器１３０は、一酸化炭素を二酸化炭素に変えるシフト反応器（図示せず）を内蔵していてもよい。この場合、図２Ａ及び図２Ｂに示される一酸化炭素の濃度は低減される一方で、二酸化炭素の濃度は増加する。
【００８３】
上述の実施形態に関して、改質器１３０への給水量は、昇温期間において連続的或いは段階的に低減される。しかしながら、改質器１３０への給水量は、昇温期間において一定に保たれてもよい。この場合、定常運転が開始されると同時に改質器１３０への給水量は一気に低減されることになる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
上述の実施形態の原理は、水素ガスの供給が必要な技術分野に好適に利用される。
【符号の説明】
【００８５】
１００・・・・・・・・・・水蒸気改質装置
１２１・・・・・・・・・・給水ポンプ（給水部）
１２２・・・・・・・・・・循環ポンプ（リサイクル機構，給水部）
１２３・・・・・・・・・・排水弁（リサイクル機構，給水部）
１３０・・・・・・・・・・改質器
１４０・・・・・・・・・・加熱装置
１５０・・・・・・・・・・ドレン容器（リサイクル機構，給水部）
１６０・・・・・・・・・・給水制御部（制御部）
１７０・・・・・・・・・・加熱制御部（制御部）
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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