(57)【要約】【課題】効率的な加熱が可能で水素透過性能の低下が防止され、コンパクト化を可能とし、メンテナンス、加工、製造、組立てが容易な水素製造装置を提供する。【解決手段】水素製造装置を、燃焼ガスによる加熱によってプロセスガスから触媒により水素を生成し、水素のみを選択的に透過する金属膜により仕切られ内部に透過側の空間を形成する水素分離膜モジュールにより生成された水素を取り出す水素製造装置において、前記水素分離膜モジュールを複数の反応管の各反応管毎に組み込んでなるように構成して、燃焼ガスを反応管の胴部に沿って流して反応部を効率的に加熱すること可能として水素透過性能の低下を防止し、水素製造装置は、複数の反応管の積層によってユニット化して構成して、加工、製造、組立を容易とし、反応管単位でのメンテナンスを可能にし、水素分離膜モジュール等のメンテナンスも容易とした。【選択図】            図１
2004345926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスによる加熱によってプロセスガスから触媒により水素を生成し、水素のみを選択的に透過する金属膜により仕切られ内部に透過側の空間を形成する水素分離膜モジュールにより生成された水素を取り出す水素製造装置において、前記水素分離膜モジュールを複数の反応管の各反応管毎に組み込んでなることを特徴とする水素製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水素製造装置において、前記水素分離膜モジュールおよび反応管を矩形にしてなることを特徴とする水素製造装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の水素製造装置において、前記反応管の間に燃焼ガスを流す流路が形成されるように同反応管を配置して複数積層し、外周部を耐圧部材でユニット化してなることを特徴とする水素製造装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の水素製造装置において、前記反応管表面に同反応管の軸方向に延在する複数の突起部を設け、同反応管を前記突起部同士が突き合うように複数積層して、燃焼ガスを流す流路を構成するとともに外周部を耐圧部材でユニット化してなることを特徴とする水素製造装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の水素製造装置において、前記反応管表面に同反応管の軸方向に延在する複数の支持部材を配置し、同支持部材を挟むように前記反応管を複数積層して、同反応管の間に燃焼ガスを流す流路を構成するとともに外周部を耐圧部材でユニット化してなることを特徴とする水素製造装置。
【請求項６】
請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の水素製造装置において、複数の前記ユニットからなるユニット群の一方の側に前記燃焼ガスを発生する燃焼部、同ユニット群の他方の側に前記反応管へのプロセスガス、製造水素、オフガスの配管およびヘッダを配置してなることを特徴とする水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素製造装置、特にそれを構成する水素透過反応管とそれを積層したユニットの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２と図１３に基づき、従来の水素製造装置の例を説明する。図１２は従来の水素製造装置の一部を破断して示す概略斜視図であり、図１３は、図１２中Ｇ−Ｇ矢視による模式的横断面図である。
【０００３】
従来の水素製造装置の一例として、メタンやメタノールなどの炭化水素や含酸素炭化水素からなる原料ガスを、水蒸気改質反応とＣＯシフト反応によって、主に水素と二酸化炭素を生成し、水素透過性の金属膜によって水素を選択的に分離し回収するものがある。水素透過性の金属膜は、薄いほど高性能であり、例えば特開平９−２５５３０６号公報（特許文献１）に記載されるように、厚さは２〜５０μｍと非常に薄い無孔質薄膜である。また、このような水素製造装置で使用される改質触媒は粒子状のものが一般的である。
【０００４】
例えば特開平６−３２１５０３号公報（特許文献２）に示される従来の水素製造装置１００は、図１２、図１３に示すように、底部１０１を閉じた外筒１０２と、その内側に順次配設された中筒１０３および内筒１０４とを備え、外筒１０２、中筒１０３および内筒１０４とも直立円筒形を成し、外筒１０２と中筒１０３の間に第１環状空間部１１４、中筒１０３と内筒１０４の間に第２環状空間部１０５を形成している。
【０００５】
第２環状空間部１０５の上部には予備改質部１０６を備え、その下方の第２環状空間部１０５内には、改質触媒ｃを充填した触媒層１１１が形成されるとともに、水素分離膜モジュール１０７が複数同心状に配設される。水素分離膜モジュール１０７は、ステンレス鋼製のメッシュとステンレス鋼不織布等からなる支持補強部材を担体として選択的に水素を透過する金属膜を備えた外壁と内壁とが画成する第３空間部１０８を形成し、各水素分離膜モジュール１０７内の第３空間部１０８にはそれぞれスイープガス管１１８が挿入されている。
【０００６】
燃焼ガスバーナ１０９は、燃焼ガス管１１０を介入して導入された燃料ガスを内筒中空部１１２において空気によって燃焼して、水蒸気改質反応に必要な熱エネルギを、第２環状空間部１０５内の触媒層１１１に供給して所定温度に維持する。燃焼ガスは、内筒中空部１１２と外筒１０２の底部１０１と第２環状空間部１０５の環状底部１１３との間の空間、次いで第１環状空間部１１４を経て燃焼ガス出口１１５から外部に出るが、その間に触媒層１１１を加熱する。
【０００７】
軽質炭化水素またはメタノールガスと水蒸気との混合ガスからなるプロセスフィードガスが、第２環状空間部１０５の上部に設けられたフィードガス入口１１６から導入され、その一部が予備改質部１０６で水素に転化し、さらに触媒層１１１に流入して高温下で水素に転化する。生成水素は、水素分離膜モジュール１０７内に透過することにより選択的に分離、収集され、第３空間部１０８を経由して、その上部に設けられた水素出口１１９からスイープガスと共に流出する。
【０００８】
スイープガスは、装置上部のスイープガス入口１１７から送入されスイープガス管１１８を流下し、次いで下端開口から第３空間部１０８に流入し、透過水素をスイープしながら同伴して上昇し水素出口１１９から流出する。スイープガスを流通して水素を押出すように同伴流出させることにより、第３空間部１０８の透過側の水素分圧が低く維持される。一方、触媒層１１１を通過した未反応の原料ガス、生成したＣＯ、ＣＯ２  ガスは触媒層１１１下部に開口を有するオフガス管１２０を経由してオフガス出口１２１より系外に流出する。
【０００９】
しかしながら、上記のような従来の直立円筒形の水素製造装置１００は、下記のような問題点があった。
【００１０】
中央部に燃焼ガスバーナ１０９を設置しているため、同心状に配設した水素分離膜モジュール１０７の幅方向の外側に熱が伝わりにくい構造であり、膜モジュール面内で温度分布を生じ、水素透過性能を低下させる要因になる。
【００１１】
水素分離膜モジュール１０７を同心状に配設しているため、中央の火炉スペース（内筒中空部１１２）が大きく、水素製造装置１００のコンパクト化を妨げている。
【００１２】
また、リフォーマ筒体自体が溶接構造の圧力容器であり、水素分離膜モジュール交換ができない、等である。
【００１３】
【特許文献１】
特開平９−２５５３０６号公報（第３頁）
【特許文献２】
特開平６−３２１５０３号公報（第４、５頁、図４、５）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来の直立円筒形の水素製造装置の問題を解消し、効率的な加熱が可能で水素透過性能の低下が防止され、コンパクト化を可能とし、メンテナンス、加工、製造、組立てが容易な水素製造装置を提供することを課題とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その第１の手段として、燃焼ガスによる加熱によってプロセスガスから触媒により水素を生成し、水素のみを選択的に透過する金属膜により仕切られ内部に透過側の空間を形成する水素分離膜モジュールにより生成された水素を取り出す水素製造装置において、前記水素分離膜モジュールを複数の反応管の各反応管毎に組み込んでなることを特徴とする水素製造装置を提供する。
【００１６】
上記第１の手段によれば、水素分離膜モジュールを複数の反応管の各反応管毎に組み込んでいるので、燃焼ガスを反応管の胴部に沿って流して反応部を効率的に加熱することが可能であり水素透過性能の低下が防止され、水素製造装置は、複数の反応管の積層によってユニット化して構成でき、反応管単位で水素分離膜モジュール等のメンテナンスが可能である。
【００１７】
（２）第２の手段としては、第１の手段の水素製造装置において、前記水素分離膜モジュールおよび反応管を矩形にしてなることを特徴とする水素製造装置を提供する。
【００１８】
第２の手段によれば、第１の手段の作用に加え、反応管の形状を矩形としたので、これを積層、配列することで大きな燃焼部（火炉）を必要とせず、水素製造装置のコンパクト化が図れ、水素分離膜モジュールを矩形にする場合、他の構成部品も矩形にできるため、プロセスガスのバイパスを低減できる。
【００１９】
（３）また、第３の手段として、第１の手段または第２の手段の水素製造装置において、前記反応管の間に燃焼ガスを流す流路が形成されるように同反応管を配置して複数積層し、外周部を耐圧部材で覆いユニット化してなることを特徴とする水素製造装置を提供する。
【００２０】
第３の手段によれば、第１の手段または第２の手段の作用に加え、強固な反応器のユニットができるとともに反応管の周囲の燃焼ガス流路が確保され、効率的な加熱が可能で水素透過性能の低下が防止され、ユニット単位のメンテナンスが可能になる。
【００２１】
（４）第４の手段として、第１の手段または第２の手段の水素製造装置において、前記反応管表面に同反応管の軸方向に延在する複数の突起部を設け、同反応管を前記突起部同士が突き合うように複数積層して、燃焼ガスを流す流路を構成するとともに外周部を耐圧部材で覆いユニット化してなることを特徴とする水素製造装置を提供する。
【００２２】
第４の手段によれば、第１の手段または第２の手段の作用に加え、強固な反応器のユニットができるとともに突起部により反応管の周囲の燃焼ガス流路が確保され、効率的な加熱が可能で水素透過性能の低下が防止され、ユニット単位のメンテナンスが可能になる。
【００２３】
（５）第５の手段として、第１の手段または第２の手段の水素製造装置において、前記反応管表面に同反応管の軸方向に延在する複数の支持部材を配置し、同支持部材を挟むように前記反応管を複数積層して、同反応管の間に燃焼ガスを流す流路を構成するとともに外周部を耐圧部材で覆いユニット化してなることを特徴とする水素製造装置を提供する。
【００２４】
第５の手段によれば、第１の手段または第２の手段の作用に加え、強固な反応器のユニットができるとともに支持部材により反応管の周囲の燃焼ガス流路が確保され反応管を簡単な構造にでき、効率的な加熱が可能で水素透過性能の低下が防止され、ユニット単位のメンテナンスが可能になる。
【００２５】
（６）第６の手段として、第３の手段ないし第５の手段のいずれかの水素製造装置において、複数の前記ユニットからなるユニット群の一方の側に前記燃焼ガスを発生する燃焼部、同ユニット群の他方の側に前記反応管へのプロセスガス、製造水素、オフガスの配管およびヘッダを配置してなることを特徴とする水素製造装置を提供する。
【００２６】
第６の手段によれば、第３の手段ないし第５の手段のいずれかの作用に加え、水素製造装置をコンパクトに構成でき、高効率な水素製造が可能となる他、水素反応装置の加工、製造、組立て、メンテナンスが容易となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１から図７に基づき、本発明の実施の第１形態に係る水素製造装置を説明する。図１は、本発明の実施の第１形態に係る水素製造装置の要部である、くし歯胴板型水素透過反応管の一部を破断して示す平面図、図２は、図１中Ａ−Ａ矢視による側面断面図、図３は、図２中のＢ−Ｂ矢視による拡大横断面図である。なお、図１は、図２中Ｃ−Ｃ矢視に相当する。図４は、図３と同じ方向で示すくし歯胴板型水素透過反応管（ヘッダ等図示省略）を複数積層した水素透過反応器ユニットの横断面図、図５は水素透過反応器ユニットとユニットヘッダとの位置関係を示す斜視図、図６は、図５中Ｄ矢視による水素透過反応器ユニットとユニットヘッダとの接続構造を示す平面断面図、図７は、燃焼部を下方に設置した場合の実施の第１形態の水素製造装置の構成概念図である。
【００２８】
図１から図３に示すように、本実施の形態の水素製造装置５０（図７参照）の要部となる、胴部くし歯型水素透過反応管（以下、単に「水素透過反応管」ともいう）１は、完全密封の角型筒状（矩形）のケーシング２を有し、ケーシング２は上下面のケーシング胴部２ａ、ケーシング側壁２ｂ、ケーシング前端部２ｃ、ケーシング後端部２ｄにより直方体を形成している。
【００２９】
ケーシング胴部２ａは表面にケーシング２の角型筒状体の筒軸方向に平行に延在する流路支持突起２ｅ（本発明の「突起部」）が複数本形成されており、図４に示し後述するように、水素透過反応管１を複数上下に積層すると、流路支持突起２ｅが突合わされて、流路支持突起２ｅの間が間隙となるので、上下の水素透過反応管１の間に筒軸方向の流路が形成され、高温の燃焼ガス流路２２および圧力支持部材として機能する。
【００３０】
そして、水素透過反応管１には、水素のみを選択的に透過する金属膜（水素透過金属膜）により仕切られ内部に透過側の空間を形成する水素分離膜モジュール３と、水蒸気改質反応を行う成形触媒４が筒軸方向に平行に配置され、ケーシング後端部２ｄ側の内部には予備改質触媒を充填した予備改質部５が形成されている。図１中、６は予備改質部を仕切る仕切り板である。
【００３１】
ケーシング前端部２ｃには、図１に示すように、プロセスガス（炭化水素またはメタノールガスと水蒸気との混合ガス）ｘを供給するプロセスガス供給管７と、未反応のプロセスガスなどのオフガスｚを排出するオフガス管９と、製造した製品水素ｙを取り出す水素抜出管８が貫通している。オフガス管９はケーシング前端部２ｃ内側に開口し、プロセスガス供給管７はケーシング後端部２ｄ側の予備触媒部５まで延長されて開口している。また、製造水素抜出管８は、水素分離膜モジュール３内に連通している。各管７、８、９の他端は、それぞれのガスを集合させるための後述のユニットヘッダ３０に接続している。
【００３２】
上記のように構成された水素透過反応管１に、プロセスガスｘは、プロセスガス供給管７から供給され、まず、予備改質部５に入り、予め、プロセスガスｘの一部が水素に転化されるとともに、反応における吸熱により水素分離膜モジュール３の局部加熱を抑制し、内部温度を均一に保持するように構成されている。その後、仕切り板６を通過し、成形触媒４と水素分離膜モジュール３の間の隙間を流れ、成形触媒４によって水蒸気改質反応を行なって生成された水素ｙのみは、水素分離膜モジュール３の図示しない水素透過金属膜によって選択的に分離され、水素分離膜モジュール３内に回収され、水素抜出管８から取り出される。また、未反応のオフガスｚは隙間を出て、オフガス管９から取り出されるようになっている。
【００３３】
水素透過反応管１は、図４に示すように、複数（図では３層の例を示す）積層されて反応器ユニットフレーム２１によって挟持され、一つの耐圧性の水素透過反応器ユニット２０を形成する。積層された状態で、前述のように、水素透過反応管１の間には、流路支持突起２ｅによって燃焼ガス流路２２が形成され、後述の燃焼部５３からの高温の燃焼ガスを流すことによって、反応を促進するように構成される。
【００３４】
水素透過反応器ユニット２０の各水素透過反応管１のプロセスガス供給管７、製造水素抜出管８、オフガス管９はそれぞれのガスごとに各ユニットからのガスを集合させるための後述のユニットヘッダ３０に接続している。図５から図７にその概念図を示す。なお、図６、図６においては、水素透過反応器ユニット２０は積層した複数の水素透過反応管１のみを図示し、水素透過反応管１を囲む反応器ユニットフレーム２１等の耐圧部材は図示省略している。
【００３５】
本実施の形態の水素製造装置５０は、図７に示すように、上記のような水素透過反応器ユニット２０を縦横に必要な複数列にわたって配置し、水素製造装置５０の心臓部を構成するユニット群５１と、対応する複数のユニットヘッダ３０とプロセスガス集合パイプ３１、製造水素集合パイプ３２、オフガス集合パイプ３３等の配管などからなる集合ヘッダ部５２と、ユニット群５１に高温の燃焼ガスを供給する燃焼部５３とを備えて構成される。燃焼部５３から供給された燃焼ガスは、ユニット群５１を通過し、燃焼排ガス出口５４から排出される。
【００３６】
以上のような本実施の形態の水素製造装置５０によれば、水素分離膜モジュール３の１つまたは適切な複数を、複数の水素透過反応管１の各水素透過反応管１毎に組み込んでいるので、燃焼ガスを筒状体の水素透過反応管１の薄肉化したケーシング胴部２ａに沿って流して反応部を効率的に加熱することが可能になり、水素製造装置５０は、複数の水素透過反応管１の積層によってユニット化して構成できるので、加工、製造、組立てが容易となり、水素透過反応管１単位でメンテナンスが可能であるため、水素分離膜モジュール３等のメンテナンスも容易となる。
【００３７】
また、水素透過反応管１の形状を角型筒状体としたので、これを積層、配列することで従来のような図１２、１３に示す内筒中空部１１２のように大きな燃焼部（火炉）を装置中央部に配置することを必要とせず、水素製造装置５０のコンパクト化が図れるものとなり、水素分離膜モジュール３を矩形にする場合、他の構成部品も矩形にできるため、プロセスガスｘのバイパスを低減でき、かつ、水素透過反応管１の加工・製造・組立てが容易である。
【００３８】
そして、水素透過反応管１のケーシング胴部２ａの表面に筒状体軸方向に平行に延在する複数の流路支持突起２ｅを設け、水素透過反応管１を流路支持突起２ｅをつき合わせて複数積層し、外周を反応器ユニットフレーム２１等の耐圧部材で覆いユニット化し、水素透過反応器ユニット２０を構成したので、強固な反応器のユニットができるとともに流路支持突起２ｅにより水素透過反応管１の周囲の燃焼ガス流路２３が確保され、高効率な水素製造装置５０が得られ、水素透過反応器ユニット２０単位のメンテナンスが可能になる。
【００３９】
水素製造装置５０は、複数の水素透過反応器ユニット２０からなるユニット群５１の下部に燃焼ガスを発生する燃焼部５３、ユニット群５１の上部に各水素透過反応管１への各配管のヘッダユニット３０を複数配した集合ヘッダ部５２を配置して構成されるので、水素製造装置５０をコンパクトに構成でき、高効率な水素製造が可能となる他、水素反応装置５０の加工、製造、組立て、メンテナンスが容易となる。
【００４０】
なお、ユニット群５１に対する燃焼部５３、集合ヘッダ部５２の配置は上記に限られず、使用条件に即して上下逆に配置するもの、左右に配置するもの等であってもよく、水素製造装置５０は、ユニット群５１の一方の側に燃焼部５３、他方の側に集合ヘッダ部５２を配置して構成される。
【００４１】
図８から図１１に基づき、本発明の実施の第２形態に係る水素製造装置を説明する。図８は、本発明の実施の第２形態に係る水素製造装置の要部である、胴部平板型水素透過反応管の一部を破断して示す平面図、図９は、図８中Ｅ−Ｅ矢視による側面断面図、図１０は、図９中のＦ−Ｆ矢視による拡大横断面図である。図１１は、図１０と同じ方向で示す胴部平板型水素透過反応管（ヘッダ等の図示省略）を複数積層した水素透過反応器ユニットの横断面図である。
【００４２】
本実施の形態の水素製造装置は、上記の実施の第１形態における胴部くし歯型水素透過反応管１に代えて、胴部平板型水素透過反応管１´および流路支持材（本発明の「支持部材」）１０を用いる点が異なる他は、実施の第１形態と同様である。したがって、以下異なる点を中心に説明し、他の説明は省略する。また、図示する部分において前述の実施の第１形態と同じ部分には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００４３】
本実施の形態における胴部平板型水素透過反応管１´（以下、単に「水素透過反応管１´」という）は、角型筒状のケーシング２´を有し、ケーシング２´は上下面のケーシング胴部２ａ´が流路支持突起２ｅを備えず、平板となっている点が、実施の第１形態の胴部くし歯型水素透過反応管１と異なる他、他は同様に構成される。
【００４４】
したがって、図１１に示す、本実施の形態の水素透過反応器ユニット２０´は、水素透過反応管１´のケーシング胴部２ａ´が平板であるため、複数積層される水素透過反応管１´の間には、水素透過反応管１´の筒体軸方向に平行に延在するように配置された流路支持材１０が挟み込まれており、積層された状態で、水素透過反応管１´の間には、流路支持材１０によって燃焼ガス流路２２が形成され、燃焼部５３からの高温の燃焼ガスを流すことによって、反応を促進するように構成される。流路支持材１０は、例えば角パイプが適切であるが、あるいはバー材を用いても良い。
【００４５】
上記の他、水素製造装置としての構成および水素製造メカニズムは、前記の実施の第１形態の水素製造装置５０と同様であり、上記の実施の第１形態の水素製造装置５０と同様の作用効果を奏することができる。そして、本実施の形態の水素製造装置は、流路支持材１０によって燃焼ガス流路２２が確保されるとともに、水素透過反応管１´のケーシング胴部２ａ´が平板であるため、構造がより簡単になり製造コストを低減することができる。
【００４６】
以上、本発明を図示の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
【００４７】
例えば、水素透過反応管１、１´は、実施の形態のようにケーシング２、２´を直方体の角型筒状としたことに代えて、例えば他の多角筒状ないしは円筒状の筒状体のものとしても、水素透過反応管の間に流路支持突起２ｅまたは流路支持材１０無しに適宜な燃焼ガス流路２２が形成されるように配置し（円筒状であれば稠密配置でも燃焼ガス流路が形成される）、あるいは上記同様の流路支持突起２ｅを設け、また、あるいは同様の流路支持材１５を配置して、燃焼ガス流路２２を設け、同様に水素透過反応器ユニットを形成し、各水素透過反応管内の構成要素を同様とすればよい。もっとも、装置構成のスペース、加工、製造、組立て、強度上等の観点からは、上記実施の形態のように水素透過反応管が直方体の角型筒状であるものが、より好ましい。
【００４８】
【発明の効果】
（１）請求項１の発明によれば、水素製造装置を、燃焼ガスによる加熱によってプロセスガスから触媒により水素を生成し、水素のみを選択的に透過する金属膜により仕切られ内部に透過側の空間を形成する水素分離膜モジュールにより生成された水素を取り出す水素製造装置において、前記水素分離膜モジュールを複数の反応管の各反応管毎に組み込んでなるように構成したので、燃焼ガスを反応管の胴部に沿って流して反応部を効率的に加熱することが可能であり水素透過性能の低下が防止され、水素製造装置は、複数の反応管の積層によってユニット化して構成できるため、加工、製造、組立てが容易となり、反応管単位でメンテナンスが可能であるため、水素分離膜モジュール等のメンテナンスも容易となる。
【００４９】
（２）請求項２の発明によれば、請求項１に記載の水素製造装置において、前記水素分離膜モジュールおよび反応管を矩形にしてなるように構成したので、請求項１の発明の効果に加え、反応管の形状を矩形としたため、これを積層、配列することで大きな燃焼部（火炉）を必要とせず、水素製造装置のコンパクト化が図れるものとなり、水素分離膜モジュールを矩形にする場合、他の構成部品も矩形にできるため、プロセスガスのバイパスを低減でき、かつ、反応管の加工・製造・組立てが容易である。
【００５０】
（３）請求項３の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の水素製造装置において、前記反応管の間に燃焼ガスを流す流路が形成されるように同反応管を配置して複数積層し、外周部を耐圧部材で覆いユニット化してなるように構成したので、請求項１または請求項２の発明の効果に加え、強固な反応器のユニットができるとともに反応管の周囲の燃焼ガス流路が確保され、効率的な加熱が可能で水素透過性能の低下が防止されて高効率な水素製造装置が得られ、ユニット単位のメンテナンスが可能になる。
【００５１】
（４）請求項４の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の水素製造装置において、前記反応管表面に同反応管の軸方向に延在する複数の突起部を設け、同反応管を前記突起部同士が突き合うように複数積層して、燃焼ガスを流す流路を構成するとともに外周部を耐圧部材で覆いユニット化してなるように構成したので、請求項１または請求項２の発明の効果に加え、強固な反応器のユニットができるとともに、突起部により反応管の周囲の燃焼ガス流路が確保され効率的な加熱が可能で水素透過性能の低下が防止されて高効率な水素製造装置が得られ、ユニット単位のメンテナンスが可能になる。
【００５２】
（５）請求項５の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の水素製造装置において、前記反応管表面に同反応管の軸方向に延在する複数の支持部材を配置し、同支持部材を挟むように前記反応管を複数積層して、同反応管の間に燃焼ガスを流す流路を構成するとともに外周部を耐圧部材で覆いユニット化してなるように構成したので、請求項１または請求項２の発明の効果に加え、強固な反応器のユニットができるとともに支持部材により反応管の周囲の燃焼ガス流路が確保され、反応管を簡単な構造にでき、製造コストが低減し且つ効率的な加熱が可能で水素透過性能の低下が防止されて高効率な水素製造装置が得られ、ユニット単位のメンテナンスが可能になる。
【００５３】
（６）請求項６の発明によれば、請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の水素製造装置において、複数の前記ユニットからなるユニット群の一方の側に前記燃焼ガスを発生する燃焼部、同ユニット群の他方の側に前記反応管へのプロセスガス、製造水素、オフガスの配管およびヘッダを配置してなるように構成したので、請求項３ないし請求項５のいずれかの発明の効果に加え、水素製造装置をコンパクトに構成でき、高効率な水素製造が可能となる他、水素反応装置の加工、製造、組立て、メンテナンスが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係る水素製造装置の要部である、胴部くし歯型水素透過反応管の一部を破断して示す平面図である。
【図２】図１中Ａ−Ａ矢視による側面断面図である。
【図３】図２中のＢ−Ｂ矢視による拡大横断面図である。
【図４】図３と同じ方向で示す胴部くし歯型水素透過反応管を複数積層した水素透過反応器ユニットの横断面図である。
【図５】水素透過反応器ユニットとユニットヘッダとの位置関係を示す斜視図である。
【図６】図５中Ｄ矢視による水素透過反応器ユニットとユニットヘッダとの接続構造を示す平面断面図である。
【図７】実施の第１形態の水素製造装置の構成概念図である。
【図８】本発明の実施の第２形態に係る水素製造装置の要部である、胴部平板型水素透過反応管の一部を破断して示す平面図である。
【図９】図８中Ｅ−Ｅ矢視による側面断面図である。
【図１０】図９中Ｆ−Ｆ矢視による拡大横断面図である。
【図１１】図１０と同じ方向で示す胴部平板型水素透過反応管を複数積層した水素透過反応器ユニットの横断面図である。
【図１２】従来の水素製造装置の一部を破断して示す概略斜視図である。
【図１３】図１２中Ｇ−Ｇ矢視による模式的横断面図である。
【符号の説明】
１                  胴部くし歯型水素透過反応管
１´                胴部平板型水素透過反応管
２、２´            ケーシング
２ａ、２ａ´        ケーシング胴部
２ｂ                ケーシング側壁
２ｃ                ケーシング前端部
２ｄ                ケーシング後端部
２ｅ                流路支持突起
３                  水素分離膜モジュール
４                  成形触媒
５                  予備改質部
６                  仕切り板
７                  プロセスガス供給管
８                  製造水素抜出管
９                  オフガス管
１０                流路支持材
２０、２０´        水素透過反応器ユニット
２１                反応器ユニットフレーム
２２                燃焼ガス流路
３０                ユニットヘッダ
３１                プロセスガス集合パイプ
３２                製造水素集合パイプ
３３                オフガス集合パイプ
５０                水素製造装置
５１                ユニット群
５２                集合ヘッダ部
５３                燃焼部
５４                燃焼排ガス出口
１００              水素製造装置
１０１              底部
１０２              外筒
１０３              中筒
１０４              内筒
１０５              第２環状空間部
１０６              予備改質部
１０７              水素分離膜モジュール
１０８              第３空間部
１０９              燃焼ガスバーナ
１１０              燃焼ガス管
１１１              触媒層
１１２              内筒中空部
１１３              環状底部
１１４              第１環状空間部
１１５              燃焼ガス出口
１１６              フィードガス出口
１１７              スイープガス入口
１１８              スイープガス管
１１９              水素出口
１２０              オフガス管
１２１              オフガス出口
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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