(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ステーション内で原料ガスを改質して燃料電池車の燃料となる水素を製造するようになる水素ステーション用水素製造システムにおいて、
燃焼器、水蒸気改質反応を行う水蒸気改質反応部、ＣＯシフト反応を行うＣＯシフト反応部、水蒸気を発生する蒸気発生部を一体的に備え、水蒸気改質反応部における水蒸気改質反応とＣＯシフト反応部におけるＣＯシフト反応によって原料ガスから水素を作り出して改質ガスに改質する複合型改質器を設け、複合型改質器は、全体形状を略円筒状にし、その中心に燃焼器を備え、周囲全体すべてを、熱伝導率が０．００４５Ｗ／ｍ・Ｋ、密度が４００ｋｇ／ｍ３の微細多孔構造断熱材で覆うとともに、
複合型改質器の下流側に、改質ガスから水素を分離精製する水素ＰＳＡ装置を設けたことを特徴とする水素ステーション用水素製造システム。
【請求項２】
前記複合型改質器にあっては、水蒸気改質反応部の上流側で、かつＣＯシフト反応部に隣接し、ＣＯシフト反応部からの熱分を吸収し、熱分によって原料ガスの一部を改質する予備改質部を備えたことを特徴とする請求項１記載の水素ステーション用水素製造システム。
【請求項３】
前記複合型改質器の上流側に混合器を設け、混合器に複合型改質器の蒸気発生部で発生した水蒸気を供給し、ここで水蒸気を原料ガスに混合してから、水蒸気と混合した原料ガスを複合型改質器に供給するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の水素ステーション用水素製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ステーション内で、都市ガス、プロパンガス、灯油等の原料ガスを改質して水素を製造するようになる水素ステーション用水素製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンなエネルギーとして水素を燃料とする自動車である燃料電池車が注目されており、この燃料電池車の開発、普及が進められていた。そして、この燃料電池車の開発、普及と共に、燃料電池車に燃料である水素を供給するための水素ステーションの開発も進められていた。
【０００３】
この水素ステーションとしては、水素ステーション内で原料ガスを改質して水素を製造し、この水素を燃料電池車に供給するようになるオンサイト型の水素ステーションといったものが知られていた。なお、この原料ガスとしては、都市ガスやプロパンガスである。
【０００４】
そして、従来、このオンサイト型の水素ステーションに設置する水素ステーション用水素製造システムの代表例としては、図４に示すように、一つ乃至二つの燃焼器７２を設け、この一つ乃至二つの燃焼器７２の熱エネルギーを利用して水蒸気改質反応を行う改質器７１を設けると共に、その下流側にＣＯシフト反応を行うＣＯ転化器７３を設け、この改質器７１における水蒸気改質反応とＣＯ転化器７３におけるＣＯシフト反応によって原料ガスを改質して水素を作り出している。そして、このＣＯ転化器７３の下流側に、改質ガスから水素を分離精製する水素ＰＳＡ装置７４を設ける。
【０００５】
そして、この改質器７１、燃焼器７２、ＣＯ転化器７３、水素ＰＳＡ装置７４の周辺の各機器としては、まず、改質器７１の上流側では、原料ガスを分けて、その一方側を一つ乃至二つの燃焼器７２に燃焼用燃料として供給し、また他方側を原料ガス昇圧機７５、ガス冷却器７６、調圧槽７７を経てフィードガス加熱器７８に供給し、このフィードガス加熱器７８から脱硫器７９に原料ガスを供給する。なお、フィードガス加熱器７８では、改質器７１の排気ガスの熱エネルギーを利用して原料ガスを加熱し、加熱後、その一部を排気ガスとして排出する。
【０００６】
そして、脱硫器７９に供給された原料ガスを混合器８０に供給し、この混合器８０で水蒸気と混合してから、この水蒸気と混合した原料ガスを原料加熱器８１に供給する。なお、原料加熱器８１では、改質器７１の排気ガスの熱エネルギーを利用して原料ガスを加熱し、加熱後、その一部を排気ガスとして排出する。
【０００７】
そして、原料加熱器８１に供給された水蒸気と混合した原料ガスを改質器７１に供給する。
【０００８】
一方、純水を純水供給ポンプ８２を経てから分けて、その一方側を純水加熱器８３に供給し、他方側を純水予熱器８４、ボイラー８５に供給し、一方側の純水加熱器８３と他方側のボイラー８５の先で合流する。そして、この純水加熱器８３、純水予熱器８４、ボイラー８５で水蒸気を発生し、この発生した水蒸気を前記混合器８０に供給し、混合器８０で原料ガスに混合する。
【０００９】
また、燃焼用空気を燃焼用空気ファン８６を経て一つ乃至二つの燃焼器７２に供給する。
【００１０】
そして、改質器７１において、供給された水蒸気と混合した原料ガスから、水蒸気改質反応による改質を行って改質ガスとし、この改質器７１にて改質を行った改質ガスは純水加熱器８３で純水を加熱後、ＣＯシフト反応に最適な温度まで冷却されてＣＯ転化器７３に供給する。
【００１１】
そして、ＣＯ転化器７３において、供給された改質ガスはＣＯシフト反応を行って改質ガスとし、この改質器７１における水蒸気改質反応とＣＯ転化器７３におけるＣＯシフト反応によって原料ガスから水素を作り出して改質ガスに改質するようにしている。
【００１２】
さらに、ＣＯ転化器７３の下流側では、原料ガスから水素を作り出して改質された改質ガスをボイラー８５、純水予熱器８４、凝縮器８７を経て、凝縮水分離槽８８に供給する。この凝縮水分離槽８８では、凝縮水を分離し、この凝縮水を廃液として排出する。
【００１３】
そして、この凝縮水分離槽８８から改質ガスを水素ＰＳＡ装置７４に供給し、この水素ＰＳＡ装置７４において、改質ガスから水素を分離精製して高純度の水素を取り出す。これにより、燃料電池車の燃料となる水素を製造するようにしている。
【００１４】
また、この水素ＰＳＡ装置７４にて分離された不純物ガスをオフガスタンク８９に集めて、ここに貯蔵し、この不純物ガスを、一つ乃至二つの燃焼器７２に燃焼用燃料として供給する。
【００１５】
このようになる水素ステーション用水素製造システムにおいて、このシステムを構成する機器の数として、２０基程度となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
かかる従来の水素ステーション用水素製造システムは、システムを構成する機器の数が２０基程度となることから、機器の数がかなり多く、このため、システム全体の大きさも大きなものとなっていた。また、機器の数が多いため、システムの価格も非常に高価なものになっていた。
【００１７】
このような従来の水素ステーション用水素製造システムでは、システムを構成する機器の数が多く、システム全体の大きさも大きなものとなり、しかも、その価格も非常に高価なものになることから、水素ステーション用水素製造システムを設置するようになる水素ステーションにあっては、その普及が上手く行かないといった問題があった。
【００１８】
そこで、本発明は、水素ステーション用水素製造システムにおいて、システムを構成する機器の数を大幅に減らし、システム全体の大きさを小さくすると共に、システムの価格も安価なものにすることにより、水素ステーションの普及を図ることのできる水素ステーション用水素製造システムを提供することを、その課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
第一の発明は、水素ステーション内で原料ガスを改質して燃料電池車の燃料となる水素を製造するようになる水素ステーション用水素製造システムにおいて、燃焼器、水蒸気改質反応を行う水蒸気改質反応部、ＣＯシフト反応を行うＣＯシフト反応部、水蒸気を発生する蒸気発生部を一体的に備え、水蒸気改質反応部における水蒸気改質反応とＣＯシフト反応部におけるＣＯシフト反応によって原料ガスから水素を作り出して改質ガスに改質する複合型改質器を設け、複合型改質器は、全体形状を略円筒状にし、その中心に燃焼器を備え、周囲全体すべてを、熱伝導率が０．００４５Ｗ／ｍ・Ｋ、密度が４００ｋｇ／ｍ３の微細多孔構造断熱材で覆うとともに、複合型改質器の下流側に、改質ガスから水素を分離精製する水素ＰＳＡ装置を設けた水素ステーション用水素製造システムである。
【００２０】
第二の発明は、第一の発明において、複合型改質器にあっては、水蒸気改質反応部の上流側で、かつＣＯシフト反応部に隣接し、ＣＯシフト反応部からの熱分を吸収し、この熱分によって原料ガスの一部を改質する予備改質部を備えた水素ステーション用水素製造システムである。
【００２２】
第三の発明は、第一又は第二の発明において、複合型改質器の上流側に混合器を設け、混合器に複合型改質器の蒸気発生部で発生した水蒸気を供給し、ここで水蒸気を原料ガスに混合してから、水蒸気と混合した原料ガスを複合型改質器に供給するようにした水素ステーション用水素製造システムである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、複合型改質器において、水蒸気改質反応部、ＣＯシフト反応部、蒸気発生部、さらには予備改質部といった複数の機器を一つにまとめて一体的に備えるようにし、これを小型化することにより、当該水素ステーション用水素製造システムにあっては、そのシステムを構成する機器の数を大幅に減らすことができ、これにより、システムの全体の大きさも小さくすることができると共に、システムの価格も安価なものにすることができ、燃料電池車に燃料である水素を供給するための水素ステーションの普及を図ることができる。
【００２４】
また、複合型改質器において、予備改質部をＣＯシフト反応部に隣接し、このＣＯシフト反応部からの熱分を吸収するようにしたことで、予備改質部では、ＣＯシフト反応部からの熱分を効率良く吸収することができ、原料ガスの一部を良好に改質することができる。
【００２５】
さらに、複合型改質器において、中心に燃焼器を備え、その周囲全体すべてを高性能特殊断熱材にて覆うようにしたことで、ここでの熱エネルギーの損失を抑えて熱エネルギー効率の向上を図ることができ、原料ガスから水素を作り出して改質ガスに改質する作業を効率良く行うことができる。また、高性能特殊断熱材における軽量化及び小型化も図ることができ、延いては複合型改質器の軽量化及び小型化を図ることができる。
【００２６】
また、複合型改質器に、原料ガスに混合する水蒸気を発生するための蒸気発生部を備えることで、蒸気発生部では複合型改質器に備えた燃焼器を利用して水蒸気を発生させることができ、効率の良いものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の水素ステーション用水素製造システムを示す説明図である。
【図２】本発明の水素ステーション用水素製造システムの複合型改質器の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の水素ステーション用水素製造システムの複合型改質器の一部を示す斜視図である。
【図４】従来の水素ステーション用水素製造システムを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の水素ステーション用水素製造システムの一の実施形態について説明する。なお、この水素ステーション用水素製造システムは、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）の燃料電池・水素分野における「水素利用技術研究開発事業／燃料電池自動車及び水素ステーション用低コスト機器・システム等に関する研究開発」の事業で採択されて研究開発が行われているものである。
【００２９】
図１に示すように、燃焼器３を備えると共に、水蒸気改質反応を行う水蒸気改質反応部４、ＣＯシフト反応を行うＣＯシフト反応部５、水蒸気を発生する蒸気発生部６を一体的に備え、水蒸気改質反応部４における水蒸気改質反応とＣＯシフト反応部５におけるＣＯシフト反応によって原料ガスから水素を作り出して改質ガスに改質する複合型改質器１を設けている。また、この複合型改質器１にあっては、水蒸気改質反応部４の上流側で、かつＣＯシフト反応部５に隣接し、ＣＯシフト反応部５からの熱分を吸収し、この熱分によって原料ガスの一部を改質する予備改質部７を備える。
【００３０】
そして、この複合型改質器１の下流側には、改質ガスから水素を分離精製する水素ＰＳＡ装置２を設けている。
【００３１】
この原料ガスとしては、都市ガスやプロパンガスであり、あるいは灯油、具体的には気化した灯油である。
【００３２】
さらに、この複合型改質器１と水素ＰＳＡ装置２の周辺の各機器について述べる。まず、複合型改質器１の上流側では、原料ガスを分けて、その一方側を複合型改質器１の燃焼器３に燃焼用燃料として供給し、他方側を原料ガス昇圧機１１を経て脱硫器１２に供給し、この脱硫器１２から混合器１３に供給する。そして、供給された原料ガスは混合器１３で水蒸気と混合してから、この水蒸気と混合した原料ガスを複合型改質器１に供給する。なお、原料ガスとして灯油を用いた場合、図示していないが、灯油供給ポンプを使用して灯油を混合器に供給し、混合器にて水蒸気により気化させ、気化した灯油にする。また、この灯油は脱硫された灯油を使用することから、脱硫器１２が不要になる。
【００３３】
一方、水蒸気改質反応に必要な純水は、純水供給ポンプ１４を経て純水予熱・凝縮器１５に供給し、この純水予熱・凝縮器１５で予熱され、予熱された純水を複合型改質器１の蒸気発生部６に供給する。そして、この蒸気発生部６で水蒸気を発生し、この発生した水蒸気を前記混合器１３に供給し、混合器１３で原料ガスに混合する。
【００３４】
また、燃焼用空気は、燃焼用空気ファン１６を経て空気加熱器１７に供給し、この空気加熱器１７から燃焼用空気を複合型改質器１の燃焼器３に供給する。
【００３５】
そして、複合型改質器１において、供給された水蒸気と混合した原料ガスから、予備改質部７、水蒸気改質反応部４、ＣＯシフト反応部５を経て、ここで水素を作り出して改質ガスに改質する。この複合型改質器１における原料ガスから水素を作り出して改質ガスに改質する点及びその構造については、後述する。
【００３６】
そして、複合型改質器１の下流側では、複合型改質器１の燃焼器３から出てきた排気ガスは空気加熱器１７で燃焼空気を加熱した後、排気ガスとして排出する。
【００３７】
また、複合型改質器１において、原料ガスから水素を作り出して改質した改質ガスは、純水予熱・凝縮器１５の上部の純水予熱部分で純水を予熱する。また、純水予熱・凝縮器１５の下部では改質ガス中の水分を凝縮させ、そして凝縮水分離槽１８に供給する。この凝縮水分離槽１８では、凝縮水を分離し、この凝縮水を廃液として排出する。
【００３８】
そして、この凝縮水分離槽１８から改質ガスを水素ＰＳＡ装置２に供給し、この水素ＰＳＡ装置２において、改質ガスから水素を分離精製し、高純度の水素を取り出すことにより、燃料電池車の燃料となる水素を製造するようにしている。
【００３９】
この水素ＰＳＡ装置２は、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）法によるガス分離技術を利用したもので、ＰＳＡ法による水素の分離精製とは、吸着剤を充填した複数の容器内で、加圧減圧を繰り返すことにより、一酸化炭素（ＣＯ）や二酸化炭素（ＣＯ２）を含む不純物ガスを吸着剤に吸着脱着を行うことで、高純度の水素（Ｈ２）を得るようになる水素を分離精製する方法である。
【００４０】
また、この水素ＰＳＡ装置２にて分離された不純物ガスをオフガスタンク１９に集めて、ここに貯蔵し、この不純物ガスを、複合型改質器１の燃焼器３に燃焼用燃料として供給する。
【００４１】
次に、複合型改質器における原料ガスから水素を作り出して改質ガスに改質する点及びその構造について述べる。
【００４２】
まず、複合型改質器１としては、図２、図３に示すように、上部に縦向き円筒状の第一円筒体２１と、下部に第一円筒体２１より大径となる縦向き円筒状の第二円筒体２２とからなることにより全体形状を段付きの略円筒状にし、この第一円筒体２１と第二円筒体２２の周囲全体すべてを高性能特殊断熱材２３にて覆う。
【００４３】
この高性能特殊断熱材２３としては、微細多孔構造断熱材を用いたものであって、この微細多孔構造断熱材は、熱伝導率が０．００４５Ｗ／ｍ・Ｋと熱伝導率が非常に小さく、しかも密度が４００ｋｇ／ｍ３と密度も小さいものである。一般的に断熱性能に優れているといわれるセラミックファイバー断熱材の熱伝導率が０．１４Ｗ／ｍ・Ｋであることを考えると、この微細多孔構造断熱材の熱伝導率が非常に小さいことがわかる。これにより、この微細多孔構造断熱材を用いた高性能特殊断熱材２３にあっては、断熱性能が非常に優れており、熱エネルギーの損失を極力抑えることができる。また、このように熱伝導率が非常に小さく、しかも、密度も小さいものであることから、ここでの軽量化及び小型化も図ることができる。
【００４４】
そして、上部の第一円筒体２１の内部には予備改質部７とＣＯシフト反応部５を備えると共に、下部の第二円筒体２２の内部には水蒸気改質反応部４と蒸気発生部６を備える。この第一円筒体２１の内部には、内側に内筒３１を、外側に外筒３２を設けて環状の第一空間を形成する。また、第二円筒体２２の内部には、上部と下部そして側方部の高性能特殊断熱材２３の内面にさらに特殊断熱壁２５を設けて円形状の室内空間を形成し、この室内空間の内部に、第一円筒体２１の内筒３１及び外筒３２と同じ径となる内筒４１及び外筒４２、さらに底蓋４３を設けて環状の第二空間を形成する。なお、第二円筒体２２の内部における上部と下部そして側方部の内面に設けた特殊断熱壁２５については、高アルミナ多結晶繊維質断熱材を用いたものであって、この高アルミナ多結晶繊維質断熱材は、熱伝導率が０．１８Ｗ／ｍ・Ｋ、密度が４００ｋｇ／ｍ３となる。通常よく用いられているプラスチック耐火物は熱伝導率が０．９８６Ｗ／ｍ・Ｋ、密度が２７００ｋｇ／ｍ３となるので、このプラスチック耐火物と比べて、熱伝導率も密度も小さくなる高アルミナ多結晶繊維質断熱材を用いた特殊断熱壁２５にあっては、ここでの軽量化及び小型化を図ることができる。
【００４５】
また、燃焼器３は、複合型改質器１の中心に備える。これは、第一円筒体２１の中心上部から第二円筒体２２の室内空間内の中心上部にわたって燃焼器３を備えており、この燃焼器３は、第一円筒体２１の中心上部に燃焼器本体５１を配置し、この燃焼器本体５１には燃焼用燃料が供給されると共に、燃料用空気が供給される。そして、この燃焼器本体５１が第一円筒体２１の内筒３１の内部を経て第二円筒体２２の室内空間内の中心上部に設けたバーナー室５２につながっており、このバーナー室５２において燃焼を行う。そして、このバーナー室５２における燃焼によって生じた熱エネルギーが、水蒸気改質反応部４、ＣＯシフト反応部５、蒸気発生部６、予備改質部７といった各部分に伝わる。
【００４６】
第一円筒体２１にあっては、内筒３１と外筒３２の間に形成した環状の第一空間において、内側の内側中間筒３３と外側の外側中間筒３４とを同心状に設ける。そして、内筒３１と内側中間筒３３の間に形成した環状の空間と、外側中間筒３４と外筒３２の間に形成した環状の空間は、断面積が略同一にする。そして、この内筒３１と内側中間筒３３の間に形成した環状の空間と、外側中間筒３４と外筒３２の間に形成した環状の空間それぞれに、予備改質部７を備える。この予備改質部７としては、ここの上略半分を粒子状となる伝熱粒子層（吸熱反応）７ａにすると共に、下略半分をペレットタイプとなる予備改質反応触媒層（吸熱反応）７ｂにする。
【００４７】
また、第一円筒体２１の内側中間筒３３と外側中間筒３４の間に形成した環状の空間に、ＣＯシフト反応部５を備える。このＣＯシフト反応部５としては、ここの上略半分をペレットタイプとなる低温ＣＯシフト反応触媒層（発熱反応）５ａにすると共に、下略半分をペレットタイプとなる高温ＣＯシフト反応触媒層（発熱反応）５ｂにする。
【００４８】
このように第一円筒体２１にあっては、第一空間において、内側中間筒３３と外側中間筒３４の間に形成した環状の空間にＣＯシフト反応部５を備えると共に、内筒３１と内側中間筒３３の間に形成した環状の空間と、外側中間筒３４と外筒３２の間に形成した環状の空間に予備改質部７をそれぞれ備えることで、予備改質部７をＣＯシフト反応部５に隣接するように備える。
【００４９】
また、第一円筒体２１にあっては、その上部に原料ガス流入口２６を設け、混合器１３より供給された水蒸気と混合した原料ガスを流入する。さらに、上部に改質ガス排出口２７を設け、当該複合型改質器１の下流側に原料ガスから水素を作り出して改質した改質ガスを排出する。
【００５０】
第二円筒体２２にあっては、内筒４１と外筒４２、底蓋４３の間に形成した環状の第二空間において、内側の内側中間筒４４と外側の外側中間筒４５とを同心状に設ける。この内側中間筒４４と外側中間筒４５は、底蓋４３に達することなく途中で止める。そして、この内筒４１と内側中間筒４４の間に形成した環状の空間と、外側中間筒４５と外筒４２の間に形成した環状の空間それぞれに、水蒸気改質反応部４を備える。この水蒸気改質反応部４としては、ペレットタイプとなる改質反応用触媒層（吸熱反応）４ａにする。
【００５１】
そして、この第二円筒体２２の第二空間における水蒸気改質反応部４を備えた内筒４１と内側中間筒４４の間に形成した環状の空間と、水蒸気改質反応部４を備えた外側中間筒４５と外筒４２の間に形成した環状の空間は、第一円筒体２１の第一空間における予備改質部７を備えた内筒３１と内側中間筒３３の間に形成した環状の空間と、予備改質部７を備えた外側中間筒３４と外筒３２の間に形成した環状の空間にそれぞれ連通する。また、第二円筒体２２の第二空間における内側中間筒４４と外側中間筒４５の間に形成した環状の空間は、第一円筒体２１の第一空間におけるＣＯシフト反応部５を備えた内側中間筒３３と外側中間筒３４の間に形成した環状の空間に連通する。
【００５２】
また、第二円筒体２２にあっては、円形状の室内空間において、その側方に環状の断熱筒５５を設け、この断熱筒５５はその一部を開口する。そして、室内空間における側方部の特殊断熱壁２５と断熱筒５５の間に環状の空間を形成し、この環状の空間に蒸気発生部６を備える。この蒸気発生部６は、パイプ５６を螺旋状に配置し、このパイプ５６内に純水を通すことにより、室内空間内の中心上部に設けたバーナー室５２の燃焼によって純水から水蒸気に変換し、これにより、水蒸気を発生させるものである。そして、この蒸気発生部６で発生した水蒸気を当該複合型改質器１の上流側に設けた混合器１３に供給し、ここで原料ガスに混合する。
【００５３】
なお、第二円筒体２２にあっては、その側方部に排気ガス排出口２８を設け、当該複合型改質器１の下流側に排気ガスを排出する。
【００５４】
このような構造となる複合型改質器１における原料ガスから水素を作り出して改質ガスに改質する点について述べると、まず、水蒸気と混合した原料ガスを、第一円筒体２１の上部に設けた原料ガス流入口２６から第一円筒体２１の第一空間に流入する。
【００５５】
そして、流入した水蒸気と混合した原料ガスは、第一円筒体２１の第一空間における内筒３１と内側中間筒３３の間に形成した環状の空間に備えた予備改質部７の伝熱粒子層７ａ及び予備改質反応触媒層７ｂと、外側中間筒３４と外筒３２の間に形成した環状の空間に備えた予備改質部７の伝熱粒子層７ａ及び予備改質反応触媒層７ｂを流れる。この原料ガスは、予備改質部７の伝熱粒子層７ａを流れるとき、隣接するＣＯシフト反応部５の低温ＣＯシフト反応触媒層５ａにて加熱された熱分を吸収して温度が上昇し、そして、予備改質部７の予備改質反応触媒層７ｂを流れるとき、隣接するＣＯシフト反応部５の高温ＣＯシフト反応触媒層５ｂにてさらに加熱された熱分を効率良く吸収してさらに温度が上昇する。この熱分を効率良く吸収して温度が上昇することで、原料ガスの一部を改質する。
【００５６】
そして、一部を改質した原料ガスは、第一空間の予備改質部７の伝熱粒子層７ａ及び予備改質反応触媒層７ｂと連通する第二円筒体２２の第二空間における内筒４１と内側中間筒４４の間に形成した環状の空間に備えた水蒸気改質反応部４の改質反応用触媒層４ａと、外側中間筒４５と外筒４２の間に形成した環状の空間に備えた水蒸気改質反応部４の改質反応用触媒層４ａを流れる。この一部を改質した原料ガスは、水蒸気改質反応部の改質反応用触媒層４ａを流れるとき、燃焼器３のバーナー室５２の燃焼によって起こる急激な吸熱反応を伴った水蒸気改質反応により水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質して改質ガスになる。
【００５７】
そして、改質した改質ガスは、第二円筒体２２の第二空間内において反転し、内側中間筒４４と外側中間筒４５の間に形成した環状の空間を流れ、ここに連通する第一円筒体２１の第一空間における内側中間筒３３と外側中間筒３４の間に形成した環状の空間に備えたＣＯシフト反応部５の高温ＣＯシフト反応触媒層５ｂ及び低温ＣＯシフト反応触媒層５ａを流れる。この改質した改質ガスは、ＣＯシフト反応部５の高温ＣＯシフト反応触媒層５ｂ及び低温ＣＯシフト反応触媒層５ａを流れるとき、ここでの発熱に伴ったＣＯシフト反応（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２）によって、一酸化炭素（ＣＯ）を水素（Ｈ２）と二酸化炭素（ＣＯ２）に変換する。このようにして原料ガスから水素を作り出して改質ガスに改質する。
【００５８】
そして、この原料ガスから水素を作り出して改質した改質ガスは、第一円筒体２１の第一空間の上部に流れて、ここに設けた改質ガス排出口２７から当該複合型改質器１の下流側に排出する。
【００５９】
このような構造となる複合型改質器１にあっては、その中心に燃焼器３を備えると共に、水蒸気改質反応を行う水蒸気改質反応部４、ＣＯシフト反応を行うＣＯシフト反応部５、水蒸気を発生する蒸気発生部６、さらには原料ガスの一部を改質する予備改質部７を一つにまとめて一体的に備えたことで、水蒸気改質反応部４、ＣＯシフト反応部５、蒸気発生部６、予備改質部７の各部分には、一つの燃焼器３のみから熱エネルギーが伝わるようになり、これにより、非常に効率の良いものにすることができる。
【００６０】
また、複合型改質器１は、燃焼器３、水蒸気改質反応部４、ＣＯシフト反応部５、蒸気発生部６、さらには予備改質部７を一体的に備えただけの極めてコンパクトな構造にすることにより、小型化を図ることもできる。
【００６１】
しかも、複合型改質器１の周囲全体すべてを微細多孔構造断熱材を用いた高性能特殊断熱材２３にて覆うことで、ここでの熱エネルギーの損失を抑えて熱エネルギー効率の向上を図ることができ、これにより、複合型改質器１において原料ガスから水素を作り出して改質ガスに改質する作業を効率良く行うことができる。また、高性能特殊断熱材２３に微細多孔構造断熱材を用いたことにより、この高性能特殊断熱材２３における軽量化及び小型化も図ることができる。そして、この高性能特殊断熱材２３における軽量化及び小型化と共に、第二円筒体２２の内部に設けた特殊断熱壁２５における軽量化及び小型化により、複合型改質器１のさらなる軽量化及び小型化を図ることができる。
【００６２】
以上のように、水素ステーション用水素製造システムの複合型改質器１において、従来の水素ステーション用水素製造システムでは別々に設けていた複数の機器を一つにまとめ、しかも軽量化及び小型化を図ることにより、当該水素ステーション用水素製造システムにあっては、システムを構成する機器の数を大幅に減らすことができ、これは、従来の水素ステーション用水素製造システムを構成する機器の数の半分程度である１０基程度にすることができる。また、水素ステーション用水素製造システムの全体の大きさも小さくすることができ、これは、従来の水素ステーション用水素製造システムの大きさの半分以下、幅が３ｍ程度、奥行きが２．５ｍ程度、高さが３ｍ程度で、全体体積が２２．５ｍ３程度の極めて小型なものにすることができる。そして、システムを構成する機器の数の低減により、水素ステーション用水素製造システムの価格も安価なものにすることができる。
【００６３】
また、この水素ステーション用水素製造システムにあっては、大きな熱エネルギーを必要とする水蒸気改質反応部４、ＣＯシフト反応部５、蒸気発生部６、予備改質部７について、これを燃焼器３を備えた複合型改質器１に一つにまとめて備えるようにしたことから、その他の機器において大きな熱エネルギーを不要にすることができ、これにより、システムを起動する際、大きな熱エネルギーを発生させるための昇温作業を行うものを複合型改質器１のみとすることができ、システムを起動する時間を、従来のものと比べて大幅に短縮することができ、具体的には、従来、４〜５時間かかっていたものを、１時間以内とすることができ、水素ステーション用水素製造システムにおいて高速起動を可能にする。
【００６４】
なお、前述した実施形態にあっては、水素ステーション用の水素製造システムとしているが、この水素製造システムとしては、水素ステーション以外の他の用途にも使用可能であって、たとえば、水素製造を必要とする化学工場において、あるいは半導体製造工場において、水素を製造する設備として使用することもできる。
【符号の説明】
【００６５】
１…複合型改質器、２…水素ＰＳＡ装置、３…燃焼器、４…水蒸気改質反応部、４ａ…改質反応用触媒層、５…ＣＯシフト反応部、５ａ…低温ＣＯシフト反応触媒層、５ｂ…高温ＣＯシフト反応触媒層、６…蒸気発生部、７…予備改質部、７ａ…伝熱粒子層、７ｂ…予備改質反応触媒層、１１…原料ガス昇圧機、１２…脱硫器、１３…混合器、１４…純水供給ポンプ、１５…純水予熱・凝縮器、１６…燃焼用空気ファン、１７…空気加熱器、１８…凝縮水分離槽、１９…オフガスタンク、２１…第一円筒体、２２…第二円筒体、２３…高性能特殊断熱材、２５…特殊断熱壁、２６…原料ガス流入口、２７…改質ガス排出口、２８…排気ガス排出口、３１…内筒、３２…外筒、３３…内側中間筒、３４…外側中間筒、４１…内筒、４２…外筒、４３…底蓋、４４…内側中間筒、４５…外側中間筒、５１…燃焼器本体、５２…バーナー室、５５…断熱筒、５６…パイプ、７１…改質器、７２…燃焼器、７３…ＣＯ転化器、７４…水素ＰＳＡ装置、７５…原料ガス昇圧機、７６…ガス冷却器、７７…調圧槽、７８…フィードガス加熱器、７９…脱硫器、８０…混合器、８１…原料加熱器、８２…純水供給ポンプ、８３…純水加熱器、８４…純水予熱器、８５…ボイラー、８６…燃焼用空気ファン、８７…凝縮器、８８…凝縮水分離槽、８９…オフガスタンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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