(57)【要約】【課題】熱エネルギーを効率的に利用して炭化水素系ガスから所望のガスを製造することが可能なガス製造装置を提供すること。【解決手段】水素含有ガス製造装置１０は，デトネーション燃焼器２０を備えている。また，デトネーション燃焼器２０は，反応管２１と，イニシエータ２２と，衝撃波緩衝管２３とを備えている。反応管２１は，デトネーションを発生させるとともに原料ガスから水素含有ガスを生じさせるものである。すなわち，反応管２１の副反応管部２１Ａには，燃料ガスが供給され，その燃料ガスに着火することによりデトネーションが間欠的に発生する。一方，主反応管部２１Ｂには，原料ガスが供給され，その原料ガスがデトネーションの衝撃波により圧縮される。そして，原料ガスが圧縮されるとともに昇温され，所定の温度以上になった段階で熱分解して水素含有ガスが製造される。【選択図】            図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系ガスを含む原料ガスから所望のガスを得るガス製造装置において，
原料ガスを収容する収容管と，
前記収容管内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と，
前記収容管内に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と，
前記燃料ガス供給部にて前記収容管内に供給された燃料ガスに着火する着火部とを備え，
前記収容管内では，前記着火部の着火により間欠的にデトネーションを発生させ，そのデトネーションの衝撃波により前記原料ガス供給部にて供給された原料ガスを圧縮し，その圧縮に伴って温度上昇した原料ガスが改質反応することにより所望のガスを含む混合ガスが生成されることを特徴とするガス製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載するガス製造装置において，
前記収容管内にて生成された混合ガスを改質触媒上で反応させ，所望のガスを含む混合ガスを発生させる改質部を備えることを特徴とするガス製造装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載するガス製造装置において，
前記収容管内と前記改質部内との少なくとも一方にて生成された混合ガスから所望のガスを精製するガス精製部を備え，
前記ガス精製部にて所望のガスから分離されたガスを前記収容管内に供給することを特徴とするガス製造装置。
【請求項４】
炭化水素系ガスと水蒸気とを含む原料ガスから水素を得るガス製造装置において，
原料ガスを収容する収容管と，
前記収容管内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と，
前記収容管内に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と，
前記燃料ガス供給部にて前記収容管内に供給された燃料ガスに着火する着火部とを備え，
前記収容管内では，前記着火部の着火により間欠的にデトネーションを発生させ，そのデトネーションの衝撃波により前記原料ガス供給部にて供給された原料ガスを圧縮し，その圧縮に伴って温度上昇した原料ガスが改質反応することにより水素を含む混合ガスが生成されることを特徴とするガス製造装置。
【請求項５】
請求項４に記載するガス製造装置において，
前記収容管内にて生成された混合ガスを改質触媒上で反応させ，水素を含む混合ガスを発生させる改質部を備えることを特徴とするガス製造装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載するガス製造装置において，
前記収容管内と前記改質部内との少なくとも一方にて生成された混合ガスから水素を精製するガス精製部を備え，
前記ガス精製部にて水素から分離されたガスを前記収容管内に供給することを特徴とするガス製造装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１つに記載するガス製造装置において，
デトネーションによる衝撃波の圧力を緩衝する衝撃波緩衝部を備えることを特徴とするガス製造装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１つに記載するガス製造装置において，
前記収容管内では，デトネーションを少なくとも１回／秒の頻度で発生させることを特徴とするガス製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，デトネーションを利用した燃焼器（以下，「デトネーション燃焼器」とする）を備えたガス製造装置に関する。さらに詳細には，デトネーション燃焼器にて発生する衝撃波を利用して所望のガスを生成するガス製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から，都市ガス等の炭化水素系ガスを原料として水素を得る方法がいくつか提案されている。一般的に，水蒸気改質法を利用して水素を得る水素製造装置５０は，図４に示すように構成される。すなわち，主として水蒸気改質部５１と，シフト部５２と燃焼部５３とから構成される。
【０００３】
水蒸気改質部５１は，炭化水素系ガス（メタン，エタン，プロパン，ブタン等）と水蒸気との混合ガスを改質触媒上で反応させ，水素を含む水素含有ガスを発生させるものである。水蒸気改質部５１内の反応管の主反応は次の式（１）で表される。
ＣＨ4 ＋  Ｈ2 Ｏ→  ＣＯ  ＋３Ｈ2   （１）
また，シフト部５２は，一酸化炭素と水蒸気との混合ガスを改質触媒上で反応させ，水素を含む水素含有ガスを発生させるものである。シフト部５２内の反応管の主反応式は次の式（２）で表される。
ＣＯ  ＋  Ｈ2 Ｏ→  ＣＯ2 ＋  Ｈ2   （２）
【０００４】
また，燃焼部５３は，水蒸気改質部５１およびシフト部５２の反応管を外部から燃焼排ガスで加熱するための熱源である。例えば，一般的な水素改質器での燃料バーナが燃焼部５３にあたる。
【０００５】
すなわち，水素製造装置５０では，次の手順にて水素を得る。まず，燃焼部５３にて水蒸気改質部５１をおよそ８００℃に，シフト部５２をおよそ４００℃に加熱する。そして，昇温された水蒸気改質部５１内に炭化水素系ガスと水蒸気との混合ガスを供給する。これにより，反応管内で炭化水素系ガスと水蒸気とが反応し，一酸化炭素を含む水素含有ガスが発生する。次に，シフト部５２にその水素含有ガスと水蒸気との混合ガスを供給する。これにより，水素含有ガス中の一酸化炭素と水蒸気とが反応し，二酸化炭素を含む水素含有ガスが発生する。すなわち，水蒸気改質部５１にて水素と一酸化炭素とを製造し，シフト部５２にて製造された一酸化炭素を利用してさらに水素を製造する。これにより，シフト部５２からは，水素リッチな水素含有ガスが得られる。その後，水素精製装置等にてこの水素含有ガスから水素を分離することにより水素が得られる。
【０００６】
具体的に，一般的な水素改質器は，図５に示すように三重管構造になっている。すなわち，最内の管５５の内側に燃料バーナ５８を設け，最内の管５５を包む中間の管５６と，その中間の管５６を包む最外の管５７とが設けられている。そして，最内の管５５と中間の管５６との間の空間は管端で閉塞されている。また，それらを大きく包み込むように閉塞した管端を持つ最外の管５７が存在している。そして，燃料バーナ５８からの燃焼ガスは最外の管５７の閉塞端で折り返し，最外の管５７と中間の管５６との間の空間を介して排出される。一方，原料ガスである炭化水素系ガスと水蒸気との混合気は，最内の管５５と中間の管５６との間の空間に供給される。詳細には，最内の管５５と中間の管５６との間に設けられた水蒸気改質部５１に供給され，同じく最内の管５５と中間の管５６との間に設けられているシフト部５２を通って排出される。このとき，改質反応やシフト反応に必要な熱を燃料バーナ５８やその燃焼ガスから受け，水素への改質が進む。
【０００７】
このように水蒸気改質を行うことで水素を得るものとしては，例えば特許文献１に開示されている水素製造装置がある。また，この他に水素を得ることができるものとして，例えば特許文献２に廃プラスチック粉等の固体原料を対象に，高温・高圧ガスの圧力エネルギーを利用して水素を製造する水素製造装置が開示されている。
【特許文献１】特開平９−３０９７０３号公報
【特許文献２】特開２００３−３４２００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら，図４に示したような水素製造装置５０や特許文献１に開示された水素製造装置には，次のような問題があった。すなわち，原料ガスを分解・反応させるためには，原料ガスの温度を高くする必要がある。具体的には，水蒸気改質部５１では，最低でも改質反応を起こさせるために７００℃程度にまで昇温させる必要がある。また，シフト部でも３００℃程度にまで昇温させる必要がある。そのため，水素製造装置５０では，水蒸気改質部５１に燃焼排ガスを供給し，その反応管をおよそ８００℃に維持し続けている。シフト部５２についても反応管をおよそ４００℃に維持し続けている。また，特許文献１に開示された水素製造装置についても燃焼ガスによって改質炉を温め続けなければならない。そのため，多くの熱エネルギーが必要となる。
【０００９】
また，前述したように水蒸気改質部５１およびシフト部５２は，それぞれの反応条件に適した高温状態を維持しなければならない。そのため，耐火物を多用して装置を構成する必要があり，装置の構成が複雑になるとともにイニシャルコストが嵩んでしまう。
【００１０】
また，水蒸気改質部５１では，改質触媒として例えばルテニウム，ニッケル，銅，亜鉛等の触媒金属が利用される。また，シフト部５２では，改質触媒として例えば鉄−クロム系の触媒金属が利用される。これら触媒金属は，それ自体が高価であるとともにそれぞれ耐久期間がある。そのため，イニシャルコストおよびランニングコストが嵩むことになる。
【００１１】
また，特許文献２に開示された水素製造装置では，固体原料を利用して改質反応を起こさせるために操作性が低い。また，高圧の蒸気を得るための装置が必要となる。そのため，装置全体が複雑な構成となり，イニシャルコストが嵩むことになる。
【００１２】
本発明は，前記した従来のガス製造装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，熱エネルギーを効率的に利用して炭化水素系ガスから所望のガスを製造することが可能なガス製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題の解決を目的としてなされたガス製造装置は，炭化水素系ガスを含む原料ガスから所望のガスを得るガス製造装置であって，原料ガスを収容する収容管と，収容管内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と，収容管内に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と，燃料ガス供給部にて収容管内に供給された燃料ガスに着火する着火部とを備え，収容管内では，着火部の着火により間欠的にデトネーションを発生させ，そのデトネーションの衝撃波により原料ガス供給部にて供給された原料ガスを圧縮し，その圧縮に伴って温度上昇した原料ガスが改質反応することにより所望のガスを含む混合ガスが生成されるものである。
【００１４】
本発明のガス製造装置では，原料ガス供給部にて原料ガスを，燃料ガス供給部にて燃料ガスをそれぞれ収容管内に供給している。そして，着火部にて収容管内の燃料ガスに着火し，収容管内で間欠的にデトネーションを発生させている。このデトネーションによる衝撃波は，収容管内を伝播し，その際に収容管内の原料ガスを急激に圧縮させる。そして，原料ガスは圧縮とともに昇温し，その結果，改質反応が生じる。例えば，原料ガスが都市ガスと水蒸気との混合ガスであれば，７００℃以上となった段階で改質反応を起こし，水素と一酸化炭素とに熱分解する。これにより，収容管を外部から加熱することなく水素を製造することができる。
【００１５】
本発明のガス製造装置では，収容管内の最高温度が１０００℃以上に達するが，その期間はデトネーションの発生の際の一瞬である。そして，その瞬間に原料ガスを熱分解して所望のガスを製造している。そのため，高温状態を維持し続けなければならない従来の水素製造装置と比較して，熱効率が高い。また，高温状態を間欠的に作り出すため，収容管内の平均温度は従来の水素製造装置よりも低い。そのため，耐火物を省略することができる。また，本発明のガス製造装置は，熱分解することにより所望のガスを得ているため，改質触媒を必要としない。よって，イニシャルコストおよびランニングコストの低減を大幅に図ることができる。
【００１６】
また，本発明のガス製造装置は，収容管内にて生成された混合ガスを改質触媒上で反応させ，所望のガスを含む混合ガスを発生させる改質部を備えることとするとよりよい。すなわち，収容管内で製造された混合ガスをさらに改質部にて改質触媒上で反応させる。例えば，水蒸気改質後の水素含有ガスであれば，ルテニウム，ニッケル，銅，亜鉛等を触媒として，反応管内をおよそ７００℃まで昇温した改質部にて，収容管内で改質しきれなかった原料ガスの改質を行う。これにより，より水素リッチな水素含有ガスを排出することができ，装置全体の単位体積あたりあるいは単位時間当たりのガス製造量を増やすことができる。
【００１７】
また，本発明のガス製造装置は，収容管内と改質部内との少なくとも一方にて生成された混合ガスから所望のガスを精製するガス精製部を備え，ガス精製部にて所望のガスから分離されたガスを収容管内に供給することとするとよりよい。すなわち，ガス精製部にて収容管内で生成された混合ガスから所望のガスを分離して取得することができる。さらに，残ったガスを収容管内に帰還させることでそのガスを有効に利用することができる。例えば，都市ガスと水蒸気との混合ガスを原料ガスとして水素改質を行った場合には，水素含有ガスから一酸化炭素が分離される。そして，この一酸化炭素を収容管内に戻すことにより燃料ガスとして利用することが可能である。また，一酸化炭素を原料ガスとして水蒸気と反応させることで水素を得ることも可能である。
【００１８】
また，本発明のガス製造装置は，デトネーションによる衝撃波の圧力を緩衝する衝撃波緩衝部を備えることとするとよりよい。例えば，収容管の出口端を覆う外装管を設け，収容管と外装管との間にバイパス部を設けることで衝撃波を減圧することができる。また，そのような外装管が設けられたガス製造装置にあっては，収容管の側壁に切抜きを設け，その切抜きを外装管で覆うこととするとよりよい。これにより，衝撃波によってガス精製部等が破損することを抑制することができる。
【００１９】
また，本発明のガス製造装置の収容管内では，デトネーションを少なくとも１回／秒の頻度で発生させることとするとよりよい。すなわち，少なくとも１秒の周期でデトネーションを発生させることにより連続的に水素を製造することができる。そのため，本発明のガス製造装置は，単位時間ああたりの水素製造量が多い。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば，デトネーションによる圧力エネルギーを利用して水素を製造している。そのため，熱エネルギーを効率的に利用して炭化水素系ガスから所望のガスを製造することが可能なガス製造装置が実現されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお，本実施の形態は，水素製造システム中の水素含有ガス製造装置に本発明のガス製造装置を適用したものである。
【００２２】
本実施の形態にかかる水素製造システム１００は，都市ガスを原料として水素を製造するものである。水素製造システム１００は，図１に示すように水素含有ガス製造装置１０と，水素精製装置１１と，ボイラ１２とを備えている。原料となる都市ガスには，天然ガスやＬＰＧ等の炭化水素系ガス，あるいはＣＯ，ＣＯ2 ，ＣＨ4 等を含む混合ガスが使用される。
【００２３】
水素含有ガス製造装置１０は，都市ガスと水蒸気との混合ガスを基に水素を含む混合ガス（以下，「水素含有ガス」とする）を製造するものである。詳細については後述する。水素精製装置１１は，水素含有ガスから水素を分離するものである。ボイラ１２は，純水を加熱して高温・高圧の水蒸気を発生させるものである。
【００２４】
図２は，水素含有ガス製造装置１０の概略構成を示す図である。水素含有ガス製造装置１０は，デトネーション燃焼器２０と，都市ガス供給バルブ９０，９４と，水蒸気供給バルブ９２と，酸化剤供給バルブ９３，９５とを備えている。デトネーション燃焼器２０は，その内部でデトネーションを間欠的に発生させるものである。また，都市ガス供給バルブ９０，９４，水蒸気供給バルブ９２，酸化剤供給バルブ９３，９５は，デトネーション燃焼器２０内にそれぞれ都市ガス，水蒸気，空気（酸化剤）の供給量を制御するためのものである。
【００２５】
水素含有ガス製造装置１０では，都市ガス供給バルブ９０および酸化剤供給バルブ９３を開放することにより，デトネーション燃焼器２０内にデトネーションの発生に必要な燃料ガス（都市ガスと圧縮空気との混合気）を供給している。また，水蒸気供給バルブ９２を開放することによりデトネーション燃焼器２０内に水蒸気が供給され，反応管２１内に水素含有ガスの製造に必要な原料ガス（都市ガスと水蒸気との混合気）が充填される。
【００２６】
また，デトネーション燃焼器２０は，反応管２１と，イニシエータ２２と，衝撃波緩衝管２３とを備えている。反応管２１は，その内部でデトネーションを発生させるとともに原料ガスを基に水素含有ガスを製造するものである。また，反応管２１は，副反応部２１Ａと主反応部２１Ｂとによって構成されている。副反応管部２１Ａ内には，燃料ガスが供給され，その燃料ガスに着火することによりデトネーションが発生する。一方，主反応管部２１Ｂ内には，水蒸気が供給され，その水蒸気が副反応管２１Ａ内に供給された都市ガスと混ざり合って原料ガスとなる。そして，その原料ガスがデトネーションの衝撃波により圧縮される。さらに，主反応管部２１Ｂ内では，圧縮されて高圧・高温となった原料ガスが熱分解することにより水素含有ガスが製造される。イニシエータ２２は，反応管２１内の燃料ガスへの着火源となるものである。衝撃波緩衝管２３は，デトネーションによる衝撃波の減圧を図るためのものである。
【００２７】
続いて，水素製造システム１００における水素製造工程について，図１および図２を基に説明する。まず，ボイラ１２に水が供給され，その水が加熱される。そして，高温・高圧の水蒸気が発生する。発生した水蒸気は，水蒸気供給バルブ９２を介して水素含有ガス製造装置１０の主反応管２１Ｂ内に送り込まれる。
【００２８】
また，水素含有ガス製造装置１０の副反応管２１Ａ内には，酸化剤供給バルブ９３を介して圧縮された空気が送り込まれる。また，副反応管２１Ａ内には，都市ガス供給バルブ９０を介して圧縮された都市ガスが送り込まれる。
【００２９】
また，水素含有ガス製造装置１０のイニシエータ２２には，都市ガス供給バルブ９４を介して圧縮された都市ガスが送り込まれる。また，イニシエータ２２には，酸化剤供給バルブ９５を介して圧縮された空気が送り込まれる。
【００３０】
すなわち，水素含有ガス製造装置１０のうち，イニシエータ２２内では都市ガスと空気との混合ガス（着火燃料ガス）が，副反応管２１Ａ内では都市ガスと空気との混合ガス（燃料ガス）が，主反応管２１Ｂ内では都市ガスと水蒸気との混合ガス（原料ガス）が，それぞれ充填される。なお，イニシエータ２２内の着火燃料ガスと副反応管２１Ａ内の燃料ガスとでは，その混合比率が異なる。すなわち，イニシエータ２２には，着火するために適切な比率にて供給される。一方，主反応管２１Ｂには，熱効率や環境負荷となる排出ガス等を考慮した比率にて供給される。
【００３１】
次に，イニシエータ２２内の着火燃料ガスへの着火が行われる。イニシエータ２２内で生じた火炎は，副反応管２１Ａ内へ伝播する。そして，イニシエータ２２からの火炎により燃料ガスへの着火が行われ，副反応管２１Ａ内でデトネーションが発生する。そして，そのデトネーションによる衝撃波が主反応管２１Ｂ内に伝播する。デトネーションの発生時，反応管２１内の最高温度は１０００℃以上となり，衝撃波の圧力は４０ＭＰａ以上となる。
【００３２】
この衝撃波は，原料ガスで満たされた主反応管２１Ｂ内を非常に高速に伝播する。そして，この衝撃波が主反応管２１Ｂを伝播する際，原料ガスが主反応管２１Ｂ内を移動する間もなく圧縮される。この急速な圧縮により原料ガスの温度が急激に上昇する。そして，その温度が約８００℃に達すると，原料ガスが一瞬にして熱分解し，その結果，水素含有ガスが生じる。なお，主反応管２１Ｂ内の主反応は次の式（３）で表される。
ＣＨ4 ＋  Ｈ2 Ｏ→  ＣＯ＋３Ｈ2   （３）
【００３３】
その後，原料ガスを再び主反応管２１Ｂ内に供給する。また，燃料ガスおよび着火燃料ガスをそれぞれ副反応管２１Ａ，イニシエータ２２に適宜供給し，これまでの動作を繰り返す。すなわち，反応管２１内でデトネーションを間欠的に繰り返すことにより水素含有ガスが連続的に製造される。具体的には，１回／秒の頻度でデトネーションを発生させる。主反応管２１Ｂにて生じた水素含有ガスは，衝撃波とともに衝撃波緩衝管２３内に伝播する。そして，衝撃波緩衝管２３内で減圧され，水素精製装置１１に向けて出力される。
【００３４】
水素精製装置１１では，水素含有ガスが水素（Ｈ2 ）と一酸化炭素（ＣＯ）とに分離される（図１参照）。これにより水素が得られる。なお，水素含有ガスから分離されたＣＯは，水素含有ガス製造装置１０に戻され，燃料ガスあるいは原料ガスとして利用される。すなわち，主反応管２１Ｂに供給された場合には，原料ガスとして利用される。具体的な反応式は，従来の水素製造装置に設けられたシフト部の反応式（２）と同様である。また，副反応管２１Ａに供給された場合には，燃料ガスとして利用される。
【００３５】
本形態の水素含有ガス製造装置１０は，水素製造装置にデトネーション燃焼器２０を利用することにより，通常の燃焼器を利用する従来の水素製造装置装置５０（図４参照）と比較して，次のような特性を有する。
【００３６】
すなわち，デトネーション燃焼器２０では，燃焼（デトネーション）が発生すると衝撃波が瞬時に伝播し，原料ガスの圧力が一気に上昇する。この急速な圧縮により原料ガスを昇温させ，改質反応を起こさせる。衝撃波の通過後，反応管２１内の圧力は徐々に低下し，それに伴って温度も下がる。ここで，原料ガスが高温・高圧になるのは一瞬であるが，改質反応は短時間で行われるために問題とならない。つまり，デトネーション燃焼器２０では，改質反応に必要な高温・高圧状態を瞬間的に作り出している。
【００３７】
一方，通常の燃焼器５３を備える水素製造装置装置５０では，燃焼部５３からの燃焼排ガスの供給によって反応管を高温に維持しなければならない。具体的には，水蒸気改質部５１を常時７００℃以上に，シフト部５２を常時３００℃以上に保持しなければならない。そのため，熱エネルギーもそれだけ多く必要となる。従って，本形態の水素製造装置１０の方が，従来の水素製造装置５０と比べて熱効率が高い。
【００３８】
また，デトネーション燃焼器２０は，燃焼が一瞬にして終了してしまうことから定容燃焼（ハンフリーサイクル）である。この点，定圧燃焼（ブレイトンサイクル）である従来の水素製造装置５０の燃焼部５３よりも熱効率が高い。
【００３９】
なお，水素製造システム１００は，高温・高圧ガスの圧力エネルギーを利用して水素を製造するものであるが，製造対象ガスは水素に限るものではない。例えば，水素含有ガス製造装置１０に，水蒸気の他に酸素を供給することによりエチレンやアセチレンを製造することが可能である。例えば，アセチレンを製造する場合の主反応管２１Ｂ内の主反応は次の式（４）で表される。
２ＣＨ4 ＋  ３／２Ｏ2 →  Ｃ2 Ｈ2 ＋  ３Ｈ2 Ｏ  （４）
【００４０】
［変形例］
次に，変形例にかかる水素含有ガス製造装置３０について説明する。水素含有ガス製造装置３０は，図３に示すように改質部３１を備えている。この改質部３１は，衝撃波緩衝管２３から出力された水素含有ガスからさらに水素を製造するものである。すなわち，改質部３１は，改質触媒としてルテニウム，ニッケル，銅，亜鉛等の金属触媒を有している。そして，反応管２１内で改質しきれなかった原料ガスの改質を行う。具体的には，衝撃波緩衝管２３を介しておよそ７００℃にまで降温された原料ガスを改質触媒上で反応させる。これにより，水素含有ガス製造装置３０からはより水素リッチな水素含有ガスが排出される。なお，改質部３１内のガスの温度が７００℃まで達するのは，デトネーションによる衝撃波が到達する一瞬である。そのため，改質部３１内の平均温度は５００℃以下である。
【００４１】
すなわち，この水素含有ガス製造装置３０では，反応管２１で改質しきれなかったガスを低温度で改質する。これにより，改質部３１からは実施の形態にかかる水素含有ガス製造装置１０と比較して水素リッチな水素含有ガスが得られる。よって，装置全体の単位体積あたり，あるいは単位時間当たりの水素製造量を増やすことができる。
【００４２】
以上詳細に説明したように本実施の形態の水素含有ガス製造装置１０では，都市ガス供給バルブ９０および酸化剤供給バルブ９３の開放により燃料ガスを副反応管２１Ａ内に供給することとしている。また，水蒸気供給バルブ９２の開放により水蒸気を主反応管２１Ｂ内に供給することとしている。そして，イニシエータ２２により副反応管２１Ａ内の燃料ガスに着火し，副反応管２１Ａ内でデトネーションを生じさせることとしている。このデトネーションによる衝撃波は，副反応管２１Ａから主反応管２１Ｂ内に伝播し，主反応管２１Ｂ内の原料ガスを急激に圧縮する。急激に圧縮された原料ガスは高温化し，原料ガスに改質反応が生じることとなる。これにより，反応管２１を外部から加熱することなく水素含有ガスを製造することができる。
【００４３】
また，本実施の形態の水素含有ガス製造装置１０では，熱エネルギーの利用が従来の水素製造装置と比較して高効率である。すなわち，水素含有ガス製造装置１０では，瞬間的に温度が１０００℃以上となる状態を作り出し，その瞬間に改質反応を生じさせている。一方，従来の水素製造装置５０では，水蒸気改質部５１等を常時高温状態に維持しなければならず，熱エネルギーもそれだけ多く必要となる。従って，本形態の水素含有ガス製造装置１０では，熱効率の向上が図られている。
【００４４】
また，反応管２１内の最高温度は，デトネーションの衝撃波により１０００℃以上にもなるが，デトネーションの発生が間欠的であるために反応管２１内の平均温度は低い。具体的に平均温度は５００℃程度であり，従来の水素製造装置５０に必要であった温度（例えば，水蒸気改質部５１で７００℃）と比較して非常に低い温度である。そのため，反応管内面に施工する耐火物を省略することができる。そのため，イニシャルコストの低減を大幅に図ることができる。
【００４５】
また，水素含有ガス製造装置１０は，熱分解により水素を得ているため，従来の水素製造装置５０に必須であった改質触媒を必要としない。また，デトネーション燃焼器２０自体は，単なる円筒管である反応管２１に主として着火源であるイニシエータ２２を備えただけの構造である。そのため，燃焼器自体の構造がシンプルであり，メンテナンスも容易である。よって，装置全体のコンパクト化を図ることができる。それに伴って，イニシャルコストの低減を図ることもできる。
【００４６】
また，デトネーション燃焼器２０は，単なる円筒管であることから多気筒化が容易である。これに伴って，円筒管の数を変えるだけで水素の製造容量を変更することができる。また，従来の水素製造装置５０にて大容量化を図るためは反応管のサイズ等を変更しなければならず，非常に困難であった。しかし，本形態の水素含有ガス製造装置１０では，デトネーション燃焼器２０内の反応管を複数台配置することにより容易に大容量化が可能になる。また，デトネーション燃焼器２０を並列に配置し，各デトネーション燃焼器２０が異なったタイミングで燃焼することにより連続運転が可能になる。
【００４７】
また，水素含有ガス製造装置１０は，炭化水素系ガスを含む混合ガス（気体原料）を原料とすることとしている。そのため，固体原料を利用して改質反応を起こさせるものと比較して操作性が高い。例えば，都市ガスを原料ガスあるいは燃料ガスとして使用すると既設のパイプラインを使用できる。さらに，固体原料では廃プラスチック等の運搬費用が必要となるが，都市ガスではそれが不要である。また，ガス原料は，反応管内への充填が容易であるため，固体原料と比較して連続的に動作させることができる。具体的には，少なくとも１回／秒の頻度でデトネーションを発生させることができる。よって，単位時間ああたりの水素製造量が多い。
【００４８】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，本実施の形態では，製造された一酸化炭素を直接水素製造装置１０内の燃料として再利用しているが，従来の水素製造装置のようにシフト部を設けて一酸化炭素と水蒸気とを反応させて水素を得てもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施の形態に係る水素製造システムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態に係る水素製造装置の構成を示すブロック図である。
【図３】変形例に係る水素製造装置の構成を示すブロック図である。
【図４】従来の形態に係る水素製造装置の構成を示すブロック図である。
【図５】従来の形態に係る水素改質器の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０    水素含有ガス製造装置
１１    水素精製装置
１２    ボイラ
２０    デトネーション燃焼器
２１    反応管
２１Ａ  副反応管
２１Ｂ  主反応管
２２    イニシエータ
２３    衝撃波緩衝管
９０    都市ガス供給バルブ
９２    水蒸気供給バルブ
９３    酸化剤供給バルブ
１００  水素製造システム
【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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