(57)【要約】【課題】熱効率を向上させることが可能な水素供給システムを提供する。【解決手段】水素供給システム１００は、ＭＣＨを脱水素反応させることによって水素含有ガスを得る脱水素反応器３と、燃焼ガスを発生させて脱水素反応器３に熱を供給する熱源１１と、脱水素反応器３で得られた水素含有ガスを気液分離する気液分離器４と、気液分離器４で気液分離した水素含有ガスからトルエンを膜分離によって除去し、高純度水素を得る水素精製器６と、水素精製器６で得られた高純度水素を昇圧させる圧縮機７と、脱水素反応器３で得られた水素含有ガスを流通させることにより、水素精製器６を加熱するジャケット部２１と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素の供給を行う水素供給システムであって、
原料を脱水素反応させることによって水素含有ガスを得る脱水素反応部と、
燃焼ガスを発生させて前記脱水素反応部に熱を供給する熱供給部と、
前記脱水素反応部で得られた前記水素含有ガスを気液分離する気液分離部と、
前記気液分離部で気液分離した前記水素含有ガスから脱水素生成物を、膜分離法又は温度スイング吸着法によって除去し、精製ガスを得る水素精製部と、
前記水素精製部で得られた前記精製ガスを昇圧させる昇圧部と、
前記熱供給部で発生させた燃焼ガス、前記脱水素反応部で得られた前記水素含有ガス、及び前記昇圧部で昇圧させた前記精製ガスの少なくとも何れかを加熱用ガスとして流通させることにより、前記水素精製部を加熱する加熱部と、を備える、水素供給システム。
【請求項２】
前記加熱部は、前記水素精製部を覆うように設けられ、前記加熱用ガスを流通させて前記水素精製部を加熱するジャケット部又は螺旋管部を有する、請求項１に記載の水素供給システム。
【請求項３】
水素の供給を行う水素供給システムであって、
原料を脱水素反応させることによって水素含有ガスを得る脱水素反応部と、
燃焼ガスを発生させて前記脱水素反応部に熱を供給する熱供給部と、
前記脱水素反応部で得られた前記水素含有ガスを気液分離する気液分離部と、
前記気液分離部で気液分離した前記水素含有ガスから脱水素生成物を、膜分離法又は温度スイング吸着法によって除去し、精製ガスを得る水素精製部と、
前記水素精製部で得られた前記精製ガスを昇圧させる昇圧部と、
前記熱供給部で発生させた燃焼ガス及び前記昇圧部で昇圧させた前記精製ガスの少なくとも何れかを加熱用ガスとして流通させることにより、前記水素精製部に供給される前記水素含有ガスを加熱する加熱部と、を備える、水素供給システム。
【請求項４】
前記脱水素反応部へ供給される前記原料、及び前記水素精製部から前記脱水素反応部へ供給されるオフガスの少なくとも一方に、前記精製ガスの熱を移動させる熱交換部をさらに備える、請求項１〜３の何れか一項に記載の水素供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素の供給を行う水素供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の水素供給システムとして、例えば特許文献１に挙げるものが知られている。特許文献１の水素供給システムは、原料の芳香族炭化水素の水素化物を貯蔵するタンクと、当該タンクから供給された原料を脱水素反応させることによって水素含有ガスを得る脱水素反応器（脱水素反応部）と、脱水素反応器で得られた水素含有ガスを気液分離する気液分離器（気液分離部）と、気液分離した水素含有ガスを精製する水素精製器（水素精製部）と、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２３２６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したような水素供給システムでは、水素精製部として、水素含有ガスから脱水素生成物を膜分離法又は温度スイング吸着法（ＴＳＡ法）によって除去し、精製ガスを得るものが用いられる場合がある。この場合、水素含有ガスの脱水素生成物を除去する上で水素精製部を加熱することが要されるところ、例えば水素精製部への効率的な熱供給を可能にし、熱効率を向上させることが望まれる。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、熱効率を向上させることが可能な水素供給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】
【０００６】
本発明に係る水素供給システムは、水素の供給を行う水素供給システムであって、原料を脱水素反応させることによって水素含有ガスを得る脱水素反応部と、燃焼ガスを発生させて脱水素反応部に熱を供給する熱供給部と、脱水素反応部で得られた水素含有ガスを気液分離する気液分離部と、気液分離部で気液分離した水素含有ガスから脱水素生成物を、膜分離法又は温度スイング吸着法によって除去し、精製ガスを得る水素精製部と、水素精製部で得られた精製ガスを昇圧させる昇圧部と、熱供給部で発生させた燃焼ガス、脱水素反応部で得られた水素含有ガス、及び昇圧部で昇圧させた精製ガスの少なくとも何れかを加熱用ガスとして流通させることにより、水素精製部を加熱する加熱部と、を備える。
【０００７】
本発明に係る水素供給システムは、水素の供給を行う水素供給システムであって、原料を脱水素反応させることによって水素含有ガスを得る脱水素反応部と、燃焼ガスを発生させて脱水素反応部に熱を供給する熱供給部と、脱水素反応部で得られた水素含有ガスを気液分離する気液分離部と、気液分離部で気液分離した水素含有ガスから脱水素生成物を、膜分離法又は温度スイング吸着法によって除去し、精製ガスを得る水素精製部と、水素精製部で得られた精製ガスを昇圧させる昇圧部と、熱供給部で発生させた燃焼ガス及び昇圧部で昇圧させた精製ガスの少なくとも何れかを加熱用ガスとして流通させることにより、水素精製部に供給される水素含有ガスを加熱する加熱部と、を備える。
【０００８】
これら水素供給システムでは、加熱部により加熱用ガス（熱供給部で発生させた燃焼ガス、脱水素反応部で得られた水素含有ガス、及び昇圧部で昇圧させた精製ガスの少なくとも何れか）が流通され、水素精製部又は水素精製部への水素含有ガスが加熱される。よって、水素精製部において脱水素生成物を除去するに際し、必要な熱を効率的に供給することができ、熱効率を向上させることが可能となる。
【０００９】
本発明に係る水素供給システムにおいて、加熱部は、水素精製部を覆うように設けられ、加熱用ガスを流通させて水素精製部を加熱するジャケット部又は螺旋管部を有していてもよい。この場合、水素精製部が、ジャケット部又は螺旋管部によって直接的に加熱されることになる。
【００１０】
本発明に係る水素供給システムは、脱水素反応部へ供給される原料、及び水素精製部から脱水素反応部へ供給されるオフガスの少なくとも一方に、精製ガスの熱を移動させる熱交換部をさらに備えていてもよい。この場合、熱効率をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、熱効率を向上できる水素供給システムを提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る水素供給システムを示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る水素精製器を示す概略斜視図である。
【図３】図２の水素精製器の横断面図である。
【図４】第１実施形態に係る水素供給システムの変形例を示すブロック図である。
【図５】（ａ）は第２実施形態に係る水素供給システムを示すブロック図であり、（ｂ）は第２実施形態に係る水素供給システムの変形例を示すブロック図である。
【図６】（ａ）は第３実施形態に係る水素供給システムを示すブロック図であり、（ｂ）は第３実施形態に係る水素供給システムの変形例を示すブロック図である。
【図７】第４実施形態に係る水素供給システムの水素精製器を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の水素供給システムに係る構成を示すブロック図である。本実施形態に係る水素供給システム１００は、有機化合物（常温で液体）を原料とするものである。なお、水素精製の過程では、原料である有機化合物（常温で液体）を脱水素した、脱水素生成物（有機化合物（常温で液体））が除去される。原料の有機化合物として、例えば、有機ハイドライドが挙げられる。有機ハイドライドは、製油所で大量に生産されている水素を芳香族炭化水素と反応させた水素化物が好適な例である。また、有機ハイドライドは、芳香族の水素化化合物に限らず、２−プロパノール（水素とアセトンが生成される）の系もある。有機ハイドライドは、ガソリンなどと同様に液体燃料としてタンクローリーなどによって水素供給システム１００へ輸送することができる。本実施形態では有機ハイドライドとして、メチルシクロヘキサン（以下、ＭＣＨと称する）を用いる。その他、有機ハイドライドとしてシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、デカリン、メチルデカリン、ジメチルデカリン、エチルデカリンなど芳香物炭化水素の水素化物を適用することができる（なお、芳香族化合物は特に水素含有量の多い好適な例である）。水素供給システム１００は、燃料電池自動車（ＦＣＶ）や水素エンジン車に水素を供給することができる。なお、メタンを主成分とした天然ガスやプロパンを主成分としたＬＰＧ、あるいはガソリン、ナフサ、灯油、軽油といった液体炭化水素原料から水素を製造する場合にも適用可能である。
【００１５】
本実施形態では、水素供給システム１００として、ＦＣＶ１０に高純度水素を供給する水素ステーションを例として説明を行う。図１に示すように、本実施形態に係る水素供給システム１００は、ＭＣＨタンク１、気化器２、脱水素反応器（脱水素反応部）３、気液分離器（気液分離部）４、トルエンタンク５、水素精製器（水素精製部）６、圧縮機（昇圧部）７、蓄圧器８、ディスペンサ９、熱源（熱供給部）１１及び冷熱源１２，１３を備えている。また、水素供給システム１００は、ラインＬ１〜Ｌ９を備えている。なお、本実施形態では、原料としてＭＣＨを採用し、水素精製の過程で除去される脱水素生成物がトルエンである場合を例として説明する。なお、実際には、トルエンのみならず、未反応のＭＣＨと少量の副生成物及び不純物も存在するが、本実施形態中では、トルエンに混じって当該トルエンと同じ挙動を示す。従って、以下の説明において、「トルエン」と称して説明するものには、未反応のＭＣＨや副生成物も含むものとする。
【００１６】
ラインＬ１〜Ｌ９は、ＭＣＨ、トルエン、水素含有ガス、オフガス、または高純度水素が通過する流路である。ラインＬ１は、後述の熱交換器（熱交換部）１５Ａを介してＭＣＨタンク１と気化器２とを接続する。ラインＬ２は、気化器２と脱水素反応器３とを接続する。ラインＬ３は、脱水素反応器３と気液分離器４とを接続する。このラインＬ３は後述のジャケット部（加熱部）２１を通過しており、ラインＬ３を流れる水素含有ガスの熱が当該ジャケット部２１にて水素精製器６へ伝達される。ラインＬ４は、気液分離器４と水素精製器６とを接続する。ラインＬ５は、気液分離器４とトルエンタンク５とを接続する。
【００１７】
ラインＬ６は、水素精製器６と圧縮機７とを接続する。このラインＬ６は後述の熱交換器１５Ａを通過しており、ラインＬ６を流れる高純度水素（精製ガス）の熱が当該熱交換器１５ＡにてＭＣＨへ伝達される。ラインＬ７は、水素精製器６と気化器２とを接続する。ラインＬ７は、水素精製器６から排出されるオフガスを脱水素反応器３よりも上流側へ還流させるリサイクルラインとして機能する。以下の説明においては、ラインＬ７を「リサイクルラインＬ７」と称して説明する。ラインＬ８は、圧縮機７と蓄圧器８とを接続する。ラインＬ９は、蓄圧器８とディスペンサ９とを接続する。
【００１８】
ＭＣＨタンク１は、原料となるＭＣＨを貯留するタンクである。外部からタンクローリーなどで輸送されたＭＣＨは、ＭＣＨタンク１にて貯留される。ＭＣＨタンク１に貯留されているＭＣＨは、圧縮機（不図示）によってラインＬ１を介して気化器２へ供給される。
【００１９】
気化器２は、インジェクタなどを介してＭＣＨタンク１から供給されたＭＣＨを気化する機器である。気化されたＭＣＨは、リサイクルラインＬ７を介して水素精製器６から供給されたオフガスと併せて、ラインＬ２を介して脱水素反応器３へ供給される。
【００２０】
脱水素反応器３は、ＭＣＨを脱水素反応させることによって水素を得る機器である。すなわち、脱水素反応器３は、脱水素触媒を用いた脱水素反応によってＭＣＨから水素を取り出す機器である。有機ハイドライドの反応は可逆反応であり、反応条件（温度、圧力）によって反応の方向が変わる（化学平衡の制約を受ける）。一方、脱水素反応は、常に吸熱反応で分子数が増える反応である。従って、高温、低圧の条件が有利である。脱水素反応は吸熱反応であるため、脱水素反応器３は熱源１１から燃焼ガス（熱媒体）を介して熱が供給される。脱水素反応器３は、脱水素触媒中を流れるＭＣＨと熱源１１からの燃焼ガスとの間で熱交換可能な機構を有している。熱源１１は、燃焼ガスを発生させて脱水素反応器３に熱を供給できるものであればどのようなものを採用してもよい。例えば、熱源１１は、脱水素反応器３を直接加熱するものであってもよく、例えば気化器２やラインＬ１，Ｌ２を加熱することによって脱水素反応器３に供給されるＭＣＨを加熱してもよい。また、熱源１１は、脱水素反応器３と、脱水素反応器３へ供給されるＭＣＨの両方を加熱してもよい。例えば、熱源１１としてバーナーやエンジンを採用することができる。脱水素反応器３で取り出された水素含有ガスは、ラインＬ３を介して気液分離器４へ供給される。ラインＬ３の水素含有ガスは、液体であるトルエンを混合物として含んだ状態で、気液分離器４へ供給される。
【００２１】
気液分離器４は、水素含有ガスからトルエンを分離するタンクである。気液分離器４は、混合物としてトルエンを含む水素含有ガスを貯留することによって、気体である水素と液体であるトルエンとを気液分離する。気液分離器４は、冷熱源１２からの冷却媒体によって冷却される。気液分離器４は、気液分離器４中の水素含有ガスと冷熱源１２からの冷却媒体との間で熱交換可能な機構を有している。冷熱源１２は気液分離器４を冷却することができるものであればどのようなものを採用してもよい。例えば、冷熱源１２としてチラー等の冷却器を採用することができる。気液分離器４で分離されたトルエンは、ラインＬ５を介してトルエンタンク５へ供給される。気液分離器４で分離された水素含有ガスは、ラインＬ４を介して水素精製器６へ供給される。なお、水素含有ガスを冷やすと当該ガスの一部（トルエン）は液化し、気液分離器４によって、液化しないガス（水素）と分離することができる。ガスを低温とした方が、分離の効率は良くなり、圧力を上げると更に、トルエンの液化が進む。
【００２２】
トルエンタンク５は、気液分離器４で分離された液体のトルエンを貯留するタンクである。トルエンタンク５に貯留されたトルエンは、回収して利用することが可能である。
【００２３】
水素精製器６は、脱水素反応器３で得られると共に気液分離器４で気液分離された水素含有ガスから、膜分離法又は温度スイング吸着法（ＴＳＡ法）によって脱水素生成物（本実施形態ではトルエン）を除去する。本実施形態の水素精製器６は、膜分離法でトルエンを除去する。これにより、水素精製器６は、当該水素含有ガスを精製して高純度水素を得る。得られた高純度水素は、ラインＬ６へ供給され、水素及び脱水素生成物を含むオフガスは、リサイクルラインＬ７へ排出される。リサイクルラインＬ７へ供給されたオフガスは、図示されない圧縮機を介して気化器２へ供給され、ラインＬ２を介して脱水素反応器３へ供給される。
【００２４】
圧縮機７は、水素精製器６で得られた高純度水素を昇圧させ、高圧状態とする。圧縮機７は、例えば、２０〜９０ＭＰａの圧力で高純度水素を高圧状態とする。圧縮機７は、高純度水素をＦＣＶ１０へ供給可能とするために高圧状態にした上で、ラインＬ８を介して蓄圧器８へ供給する。なお、目的とする圧力に応じて、圧縮を行う圧縮ユニットを複数備え、段階的に圧縮を行う構成としてもよい。
【００２５】
蓄圧器８は、高純度水素を高圧状態のまま蓄える。蓄圧器８で蓄えられた高純度水素は、ラインＬ９を介して、ディスペンサ９によってＦＣＶ１０に供給される。蓄圧器８により、水素供給システム１００内にある程度の量の高純度水素を蓄えておくことができるため、ＦＣＶ１０へ水素を安定供給することが可能となる。ただし、蓄圧器８は、水素供給を行うために必須ではないため、省略してもよい。ラインＬ９を通過する高純度水素は、冷熱源１３からの冷却媒体によって冷却される。ラインＬ９は、当該ラインＬ９を流れる高純度水素と冷熱源１３からの冷却媒体との間で熱交換可能な機構を有している。冷熱源１３はラインＬ９を流れる高純度水素を冷却することができるものであればどのようなものを採用してもよい。例えば、冷熱源１３としてチラー等の冷却器を採用することができる。
【００２６】
図２は図１の水素供給システムにおける水素精製器を示す概略斜視図であり、図３は図２の水素精製器の横断面図である。図２に示すように、水素精製器６は、水素精製方法として膜分離法を用いる水素分離装置であり、水素分離膜を備える。この水素精製器６は、所定温度に加熱された水素分離膜（分離膜）に、圧縮機（不図示）によって所定圧力に加圧された水素含有ガスを透過させることによって、脱水素生成物を除去し、高純度水素を得る。水素分離膜を透過しなかった非透過ガスは、水素精製器６のオフガスに該当する。
【００２７】
具体的には、図３に示すように、水素精製器６は、水素を選択的に透過させる水素分離膜６１によって、水素含有ガスに含まれる水素を分離する。水素精製器６は、筒体６５の内部に円筒状の水素分離膜６１を配置することによって構成されている。外周側の空間（水素分離膜６１と筒体６５との間の空間）が、水素分離膜６１を透過した水素を回収する回収室ＲＣを構成する。水素分離膜６１の内側の空間が、水素含有ガスが供給される供給室ＳＰを構成する。
【００２８】
筒体６５における軸線方向一方側の端面は、水素含有ガスを供給室ＳＰへ供給するラインＬ４と、オフガスを供給室ＳＰから排出するラインＬ７と、に連通している。筒体６５の軸線方向他方側の端面は、回収室ＲＣへ透過された水素含有ガスのラインＬ６に連通している。水素含有ガスの透過は、供給室ＳＰ内の供給圧力と回収室ＲＣ内の圧力との圧力差、及び水素分離膜６１の化学吸着能によって生じる。なお、水素精製器６の構成は、図２に示されるものに限定されず、あらゆる構成を採用してよい。例えば、複数の円筒状の水素分離膜を筒体６５内に有していてもよいし、円筒状ではなく平面状の水素分離膜を用いてもよい。
【００２９】
水素分離膜６１は、水素を選択的に透過させることができれば、特に限定されず、あらゆる種類の水素分離膜を適用できる。例えば、水素分離膜６１として、多孔質膜（分子流によって分離するもの、表面拡散流によって分離するもの、毛管凝縮作用によって分離するもの、分子ふるい作用によって分離するものなど）や、非多孔質膜を適用することができる。水素分離膜６１として、例えば、金属膜（ＰｂＡｇ系、ＰｄＣｕ系、Ｎｂ系等）、ゼオライト膜、無機膜（シリカ膜、カーボン膜等）、高分子膜（ポリイミド膜等）を採用できる。水素分離膜６１の使用温度は、ガス分離膜が十分な透過性能および耐久性を発揮するために、例えば１００℃〜１４０℃が好ましい。膜分離による水素精製器６の水素回収率は、７０〜９０％である。水素精製器６で用いられる膜の「水素／トルエン」の分離係数は、１０００以上であることが好ましく、１００００以上であることがより好ましい。
【００３０】
ここで、本実施形態の水素供給システム１００は、水素精製器６を加熱（加温）するジャケット部２１を備えている。ジャケット部２１は、脱水素反応器３から気液分離器４に供給される高温の水素含有ガスを流通させ、当該水素含有ガスの熱を熱源として水素精製器６を加熱する。ジャケット部２１は、水素精製器６を覆うように設けられ、水素精製器６と同軸の円筒状を呈している。換言すると、ジャケット部２１は、水素精製器６の筒体６５の径方向外側に、当該筒体６５を近接して囲うように設けられている。ジャケット部２１の内部においては、ラインＬ３を流通する水素含有ガスが、水素精製器６と熱的に接触するように流通する。
【００３１】
ジャケット部２１における軸方向の一方側（図示上側）には、ジャケット部２１内に水素含有ガスを流入させる流入部２１ｂが設けられている。また、ジャケット部２１における軸方向の他方側（図示下側）には、ジャケット部２１から水素含有ガスを流出させる流出部２１ｃが設けられている。流入部２１ｂ及び流出部２１ｃは、上述のラインＬ３を構成しており、すなわち、ジャケット部２１は、脱水素反応器３と気液分離器４との間のラインＬ３上に配置される。なお、ジャケット部２１からの放熱を抑制するために、ジャケット部２１の周囲には断熱材等を設けることが好ましい。
【００３２】
図１に戻り、水素供給システム１００は、上述したように、脱水素反応器３へ供給されるＭＣＨに高純度水素の熱を移動させるものとして、熱交換器１５Ａを備えている。熱交換器１５Ａは、ラインＬ１，Ｌ６上に配置されている。熱交換器１５Ａは、ＭＣＨタンク１からのＭＣＨを流通させると共に、水素精製器６からの高純度水素を流通させ、これにより、高純度水素からＭＣＨへ熱を移動させて当該ＭＣＨを加熱する。
【００３３】
このような本実施形態の水素供給システム１００では、ジャケット部２１において脱水素反応器３で得られた水素含有ガスを流通させることにより、水素含有ガスの熱を水素精製器６へ移動させ（脱水素反応器３直後の水素含有ガスの熱を回収し）、例えば水素分離膜６１が作動温度（１００℃〜１４０℃程度）となるまで、水素精製器６を加熱することができる。よって、水素精製器６においてトルエンを膜分離によって除去するに際し、必要な熱を効率的に供給することができ、熱効率を向上させることが可能となる。特に水素供給システム１００では、ジャケット部２１により水素精製器６を加熱することから、当該水素分離膜６１を直接的且つ効果的に加熱することが可能となる。
【００３４】
また、本実施形態の水素供給システム１００は、熱交換器１５Ａを備えており、この熱交換器１５ＡによってＭＣＨへ高純度水素の熱を移動させて加熱する（ＭＣＨに余熱を与える）ことができる。これにより、水素供給システム１００の熱効率をさらに向上させることができる。
【００３５】
図４は、図１の水素供給システムの変形例を示すブロック図である。図４に示すように、変形例に係る水素供給システム２００は、熱交換器１５Ａに代えて熱交換器１５Ｂを備える以外は、上記水素供給システム１００と同様に構成されている。熱交換器１５Ｂは、水素精製器６から気化器２を介して脱水素反応器３へ供給されるオフガスに高純度水素の熱を移動させる。熱交換器１５Ｂは、ラインＬ６，Ｌ７上に配置されている。
【００３６】
この熱交換器１５Ａは、水素精製器６からのオフガスを流通させると共に、水素精製器６からの高純度水素を流通させ、高純度水素からオフガスへ熱を移動させて当該オフガスを加熱する（オフガスに余熱を与える）ことができる。これにより、水素供給システム２００においても、その熱効率をさらに向上させることができる。上記において、水素供給システム１００，２００のジャケット部２１を流通する水素含有ガスが、「加熱用ガス」を構成する。
【００３７】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態の説明では、上記第１実施形態と重複する説明は省略し、異なる点について主に説明する。
【００３８】
図５（ａ）は、第２実施形態の水素供給システムに係る構成を示すブロック図である。図５（ａ）中では、本実施形態の水素供給システム３００のうち要部のみを示している。図５（ａ）に示すように、本実施形態の水素供給システム３００が上記第１実施形態と異なる点は、ジャケット部２１（図１参照）に代えてジャケット部２２を備える点である。
【００３９】
ジャケット部２２は、熱源１１で発生させた高温の燃焼ガスＨ１を流通させ、当該燃焼ガスＨ１の熱を熱源として水素精製器６を加熱する。ジャケット部２２は、水素含有ガスに代えて燃焼ガスＨ１が流通する以外は上記ジャケット部２１と同様に構成されており、ジャケット部２２の内部においては、燃焼ガスＨ１が水素精製器６と熱的に接触するように流通する。なお、ジャケット部２２からの放熱を抑制するために、ジャケット部２２の周囲には断熱材等を設けることが好ましい。
【００４０】
このような水素供給システム３００によれば、ジャケット部２２において熱源１１からの燃焼ガスＨ１を流通させることにより、燃焼ガスＨ１の熱を水素精製器６へ移動させ（燃焼ガスＨ１の熱を回収し）、水素精製器６を加熱することができる。よって、上記作用効果、すなわち、水素精製器６に必要な熱を効率的に供給して熱効率を向上させるという効果が奏される。
【００４１】
図５（ｂ）は、第２実施形態の水素供給システムの変形例を示すブロック図である。図５（ｂ）中では、変形例に係る水素供給システム４００のうち要部のみを示している。図５（ｂ）に示すように、変形例に係る水素供給システム４００は、ジャケット部２２に代えて熱交換器３１を備える以外は、上記水素供給システム３００と同様に構成されている。熱交換器３１は、水素精製器６へ供給される水素含有ガスに熱源１１の燃焼ガスＨ１の熱を移動させる。熱交換器３１は、ラインＬ４上であって燃焼ガスＨ１が流通する流路上に配置される。
【００４２】
このような水素供給システム４００では、水素精製器６に向かう水素含有ガスを熱交換器３１に流通させると共に、熱交換器３１に熱源１１からの燃焼ガスＨ１を流通させ、燃焼ガスＨ１の熱を当該水素含有ガスへ移動させ、当該水素含有ガスを加熱することができる。よって、上記作用効果、すなわち、水素精製器６に必要な熱を効率的に供給して熱効率を向上させるという効果が奏される。上記において、水素供給システム３００のジャケット部２１を流通する燃焼ガスＨ１及び水素供給システム４００の熱交換器３１を流通する燃焼ガスＨ１が、「加熱用ガス」を構成する。
【００４３】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態の説明では、上記第１実施形態と重複する説明は省略し、異なる点について主に説明する。
【００４４】
図６（ａ）は、第３実施形態の水素供給システムに係る構成を示すブロック図である。図６（ａ）中では、本実施形態の水素供給システム５００のうち要部のみを示している。図６（ａ）に示すように、本実施形態の水素供給システム５００が上記第１実施形態と異なる点は、ジャケット部２１（図１参照）に代えてジャケット部２３を備える点である。
【００４５】
ジャケット部２３は、圧縮機７で昇圧させた高温の高純度水素を流通させ、当該高純度水素の熱を熱源として水素精製器６を加熱する。ジャケット部２３は、水素含有ガスに代えて高純度水素が流通する以外は上記ジャケット部２１と同様に構成されており、ジャケット部２３の内部においては、高純度水素が水素精製器６と熱的に接触するように流通する。なお、ジャケット部２３からの放熱を抑制するために、ジャケット部２３の周囲には断熱材等を設けることが好ましい。
【００４６】
このような水素供給システム５００では、ジャケット部２３において圧縮機７からの高純度水素を流通させ、高純度水素の熱を水素精製器６へ移動させ（圧縮機７直後の高純度水素の熱を回収し）、水素精製器６を加熱することができる。よって、上記作用効果、すなわち、水素精製器６に必要な熱を効率的に供給して熱効率を向上させるという効果が奏される。
【００４７】
図６（ｂ）は、第３実施形態の水素供給システムの変形例を示すブロック図である。図６（ｂ）中では、変形例に係る水素供給システム６００のうち要部のみを示している。図６（ｂ）に示すように、変形例に係る水素供給システム６００は、ジャケット部２３に代えて熱交換器３２を備える以外は、上記水素供給システム５００と同様に構成されている。熱交換器３２は、水素精製器６へ供給される水素含有ガスに圧縮機７で昇圧させた高純度水素の熱を移動させる。この熱交換器３２は、ラインＬ４，Ｌ８上に配置されている。
【００４８】
このような水素供給システム６００では、水素精製器６に向かう水素含有ガスを熱交換器３２に流通させると共に、熱交換器３２に圧縮機７からの高純度水素を流通させ、高純度水素の熱を当該水素含有ガスへ移動させ、当該水素含有ガスを加熱することができる。よって、上記作用効果、すなわち、水素精製器６に必要な熱を効率的に供給して熱効率を向上させるという効果が奏される。上記において、水素供給システム５００のジャケット部２３を流通する高純度水素及び水素供給システム６００の熱交換器３２を流通する高純度水素が、「加熱用ガス」を構成する。
【００４９】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態の説明では、上記第１実施形態と重複する説明は省略し、異なる点について主に説明する。
【００５０】
図７は、第４実施形態に係る水素供給システムの水素精製器を示す縦断面図である。図７に示すように、本実施形態の水素供給システム７００が上記第１実施形態と異なる点は、ジャケット部２１（図３参照）に代えて螺旋管部２４を備える点である。
【００５１】
螺旋管部２４は、脱水素反応器３から気液分離器４に供給される水素含有ガスを流通させ、当該水素含有ガスの熱を熱源として水素精製器６を加熱する。螺旋管部２４は、水素精製器６を覆うように螺旋状に延びる管形状を有している。換言すると、螺旋管部２４は、水素精製器６の筒体６５の径方向外側において、当該筒体６５に当接して巻き回されながら水素精製器６の軸方向における一端側から他端側に向かって延在している。螺旋管部２４においては、ラインＬ３を流通する水素含有ガスが水素精製器６と熱的に接触するように流通する。なお、螺旋管部２４からの放熱を抑制するために、螺旋管部２４の周囲には断熱材等を設けることが好ましい。
【００５２】
このような水素供給システム７００では、螺旋管部２４において脱水素反応器３からの水素含有ガスを流通させ、当該水素含有ガスの熱を水素精製器６へ移動させ（当該水素含有ガスの熱を回収し）、水素精製器６を加熱することができる。よって、上記作用効果、すなわち、水素精製器６に必要な熱を効率的に供給して熱効率を向上させるという効果が奏される。
【００５３】
上記において、螺旋管部２４を流通する水素含有ガスが「加熱用ガス」を構成する。なお、上記水素供給システム３００，５００のそれぞれにおいても、ジャケット部２２，２３に代えて、本実施形態の螺旋管部２４と同様な（水素精製器６を覆うように螺旋状に延びる管形状の）螺旋管部を備えていてもよい。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００５５】
例えば上述した実施形態では、膜分離法を採用した水素分離装置を水素精製器６として用いたが、以下に説明するように、ＴＳＡ法によって水素含有ガスから脱水素生成物を除去する水素分離装置を水素精製器６として用いてもよい。
【００５６】
ＴＳＡ法で用いられる吸着材は、常温下では水素含有ガスに含まれるトルエンを吸着し、高温下では吸着したトルエンを脱着する性質を持つ。ＴＳＡ法は、吸着材のこのような性質を利用するものである。すなわち、吸着塔内を常温にすることにより、水素含有ガスに含まれるトルエンを吸着材に吸着させて除去し、高純度の水素ガス（高純度水素）を得る。吸着により吸着塔内の吸着材の吸着機能が低下した場合には、吸着塔内を高温にすることにより、吸着材に吸着したトルエンを脱着し、併せて除去した高純度水素の一部を逆流させることにより当該脱着されたトルエンを吸着塔内から除去することで、吸着材の吸着機能を再生する（このとき、トルエンを吸着塔内から除去することで排出される少なくとも水素とトルエンを含む水素含有ガスが、水素精製器６からのオフガスに該当する）。
【００５７】
吸着塔内の温度の調整方法は特に限定されないが、例えば、吸着塔毎に備えられたヒータのＯＮ／ＯＦＦを切り替えるなどの操作により、吸着塔毎に調節することができる。従って、吸着材の吸着機能が低下した吸着塔については、高温にすることにより吸着材を再生させるとともにオフガスを排出する。一方、残りの吸着塔については、常温に保つことにより水素含有ガスに含まれるトルエンを吸着材に吸着させて除去するとともに高純度水素を得る。再生中の吸着塔についての吸着材再生が完了したら、当該吸着塔については、吸着塔内を常温に保つことによりトルエンの除去を開始するとともに高純度水素を得る。一方、トルエンの除去を行っていた吸着塔の全部又は一部については、吸着塔内を高温にすることにより吸着材の再生を開始するとともにオフガスを排出する。このように、再生を行う吸着塔とトルエンの除去を行う吸着塔の切り替えを繰り返し行うことで、水素供給システム１００全体として、連続的に高純度水素とオフガスとを得ることができる。水素精製器６がＴＳＡ法を採用する場合の水素回収率は、吸着塔の数によるが、約６０〜９０％である。
【００５８】
上述した実施形態の各構成は、上記構成に限定されるものではなく、水素供給システム１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００を互いに組み合わせるように構成してもよい。例えば、上記水素供給システム１００，２００において、ジャケット部２１に熱源１１の燃焼ガスＨ１及び圧縮機７直後の高純度ガスの少なくとも一方をさらに流通させ、燃焼ガスＨ１及び圧縮機７直後の高純度ガスの少なくとも一方の熱を水素精製器６へ移動させてもよい。また例えば、上記水素供給システム４００において、熱交換器３１に圧縮機７直後の高純度ガスをさらに流通させ、高純度ガスの熱を水素精製器６に供給される水素含有ガスへ移動させてもよい。
【００５９】
上述した実施形態において、水素精製器６におけるガスの流れの向きは特に限定されるものではない。例えば、上記水素精製器６では、ラインＬ４からの水素含有ガスが径方向内側から流入し、高純度水素が径方向外側を通ってラインＬ６へ流出したが、これとはガスの流れの向きが逆であってもよく、すなわち、ラインＬ４からの水素含有ガスが径方向外側から流入し、高純度水素が径方向内側を通ってラインＬ６へ流出してもよい。また、ジャケット部２１，２２，２３及び螺旋管部２４における構造や加熱用ガスの流れの向きも特に限定されず、水素精製器６を覆うように設けられると共に加熱用ガスを流通させて当該水素精製器６を加熱するものであればよい。
【００６０】
上述した実施形態では、水素精製器６よりも下流側に水素供給装置（圧縮機７、蓄圧器８及びディスペンサ９等を含む）を接続した水素ステーションとして利用したが、水素精製器６よりも下流側に水素消費装置（電力発生装置等を含む）を接続し、直接的に水素消費装置に水素を供給する水素ステーションとして利用してもよい。また、上述した実施形態は、どのような用途に用いられてもよく、例えば、分散電源（例えば、家庭用電源や非常用電源等）のための水素供給システムとして利用してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
３…脱水素反応器（脱水素反応部）、４…気液分離器（気液分離部）、６…水素精製器（水素精製部）、７…圧縮機（昇圧部）、１１…熱源（熱供給部）、１５Ａ，１５Ｂ…熱交換器（熱交換部）、２１，２２，２３…ジャケット部（加熱部）、２４…螺旋管部（加熱部）、３１，３２…熱交換器（加熱部）、１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００…水素供給システム。
【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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【図７】
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