(57)【要約】【課題】エネルギー効率をより高めたガス製造装置を提供する。【解決手段】水素製造装置１００は、供給されたガスから不純物を分離して精製し製品ガスとする水素分離部２０と、水素分離部２０から排出されるオフスペックガスを用いて発電する固体酸化物形の燃料電池ＦＣとを有する。オフスペックガスは、水素分離部２０を起動させる際、または水素分離部２０を停止させる際に水素分離部２０から排出されるガスであって製品ガスよりも不純物の濃度が高いガスである。【選択図】図１
2016184551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給されたガスから不純物を分離して精製し製品ガスとするガス精製部と、前記ガス精製部から排出されるオフスペックガスを用いて発電する固体酸化物形の燃料電池とを有し、前記オフスペックガスは、前記ガス精製部を起動させる際、または前記ガス精製部を停止させる際に前記ガス精製部から排出されるガスであって前記製品ガスよりも前記不純物の濃度が高いガスであるガス製造装置。
【請求項２】
原料ガスを加熱して改質ガスを得て、得られた改質ガスを前記ガス精製部へ供給する改質器と、燃料ガスを燃焼させて前記改質器を加熱する加熱手段と、前記加熱手段にて生じる燃焼排ガスと前記オフスペックガスとを混合して前記燃料電池に供給するオフスペックガス混合部とを有し、前記燃料電池は前記オフスペックガス混合部にて混合された前記燃焼排ガスと前記オフスペックガスとを用いて発電する請求項１に記載のガス製造装置。
【請求項３】
原料ガスを加熱して改質ガスを得て、得られた改質ガスを前記ガス精製部へ供給する改質器と、燃料ガスを燃焼させて前記改質器を加熱する加熱手段と、前記加熱手段にて生じる燃焼排ガスと前記オフスペックガスとを熱交換させて前記オフスペックガスを加熱するオフスペックガス熱交換器とを有する請求項１に記載のガス製造装置。
【請求項４】
原料ガスを加熱して改質ガスを得て、得られた改質ガスを前記ガス精製部へ供給する改質器と、燃料ガスを燃焼させて前記改質器を加熱する加熱手段と、前記改質器と前記加熱手段と前記燃料電池とを内部に収納する改質炉と、前記改質炉に前記オフスペックガスを供給するオフスペックガス供給部とを有し、前記燃料電池は前記加熱手段にて生じる燃焼排ガスと前記オフスペックガスとを用いて発電する請求項１に記載のガス製造装置。
【請求項５】
前記オフスペックガスと前記燃料電池から排出される燃料電池排ガスとを熱交換させて前記オフスペックガスを加熱するオフスペックガス−燃料電池排ガス熱交換器を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス製造装置。
【請求項６】
前記燃料電池に供給される酸素含有ガスと前記燃料電池から排出される燃料電池排ガスとを熱交換させて前記酸素含有ガスを加熱する酸素含有ガス−燃料電池排ガス熱交換器を有する請求項２または３に記載のガス製造装置。
【請求項７】
前記燃料電池に供給される酸素含有ガスと前記燃焼排ガスとを熱交換させて前記酸素含有ガスを加熱する酸素含有ガス−燃焼排ガス熱交換器を有する請求項２または３に記載のガス製造装置。
【請求項８】
前記ガス精製部は圧力変動吸着式ガス精製装置である請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス精製部とガス精製部から排出されるオフスペックガスを用いて発電する固体酸化物形の燃料電池とを有するガス製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、天然ガスや都市ガス等を原料ガスとして、水素を現場（オンサイト）で製造する水素製造装置の開発が行われている。このような水素製造装置は、工業用途として、鋼板等の金属の光輝焼鈍やガラス製造に利用される他、燃料電池自動車に水素を補給する水素ステーションとして各地に設置されている。
【０００３】
このような水素製造装置の一例として、圧送装置により圧送される原料ガスを脱硫する脱硫器と、脱硫後の原料ガスを水蒸気との混合状態で加熱して改質ガスを得る改質器と、改質器からの改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させて水素リッチガスを得るＣＯ変成器と、水素リッチガスから水素以外の不純物を分離して水素を精製する水素精製部（ＰＳＡ方式を用いた装置）とを備えたものが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−３０６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水素製造装置では改質器における改質反応の促進のため、バーナ装置でのガスの燃焼により改質器が高温に保たれる。またＰＳＡ方式を用いた水素精製部では、ガスの圧送・吸着塔からの吸引等に電力が消費される。よって水素製造装置では更なるエネルギー効率の向上が求められている。
【０００６】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、エネルギー効率をより高めた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】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係るガス製造装置の特徴構成は、供給されたガスから不純物を分離して精製し製品ガスとするガス精製部と、前記ガス精製部から排出されるオフスペックガスを用いて発電する固体酸化物形の燃料電池とを有し、前記オフスペックガスは、前記ガス精製部を起動させる際、または前記ガス精製部を停止させる際に前記ガス精製部から排出されるガスであって前記製品ガスよりも前記不純物の濃度が高いガスである点にある。
【０００８】
発明者らは鋭意検討の結果、ガス精製部の停止時または起動時にガス精製部から排出されるオフスペックガス（製品としての仕様を満たさないガス）に、燃料電池での発電反応に使用できる成分が含まれていることを見いだし、オフスペックガスを用いて燃料電池にて発電することで装置全体のエネルギー効率を高めることに思い至った。
【０００９】
上記の特徴構成によれば、ガス製造装置が、供給されたガスから不純物を分離して精製し製品ガスとするガス精製部と、ガス精製部から排出されるオフスペックガスを用いて発電する固体酸化物形の燃料電池とを有し、オフスペックガスは、ガス精製部を起動させる際、またはガス精製部を停止させる際にガス精製部から排出されるガスであって製品ガスよりも不純物の濃度が高いガスであるので、オフスペックガスに残存している水素、一酸化炭素、炭化水素等の燃料電池での発電に使用可能な成分を無駄にすることなく電力に変換することができ、ガス製造装置のエネルギー利用効率を高めることができる。
【００１０】
本発明に係るガス製造装置の別の特徴構成は、原料ガスを加熱して改質ガスを得て、得られた改質ガスを前記ガス精製部へ供給する改質器と、燃料ガスを燃焼させて前記改質器を加熱する加熱手段と、前記加熱手段にて生じる燃焼排ガスと前記オフスペックガスとを混合して前記燃料電池に供給するオフスペックガス混合部とを有し、前記燃料電池は前記オフスペックガス混合部にて混合された前記燃焼排ガスと前記オフスペックガスとを用いて発電する点にある。
【００１１】
固体酸化物形の燃料電池は、高効率であるが作動温度が高いので、これを作動温度まで昇温するために加熱を必要とする。上記の特徴構成によれば、原料ガスを加熱して改質ガスを得て、得られた改質ガスをガス精製部へ供給する改質器と、燃料ガスを燃焼させて改質器を加熱する加熱手段と、加熱手段にて生じる燃焼排ガスとオフスペックガスとを混合して燃料電池に供給するオフスペックガス混合部とを有し、燃料電池はオフスペックガス混合部にて混合された燃焼排ガスとオフスペックガスとを用いて発電するので、高温の燃焼排ガスとの混合により高温となったオフスペックガスが燃料電池に供給され、燃料電池に熱を与える。つまり燃焼排ガスの有する熱を燃料電池の加熱に利用できるから、ガス製造装置のエネルギー利用効率を更に高めることができる。
【００１２】
また燃焼排ガスには、燃焼の条件により、燃料電池での発電に使用可能な水素、一酸化炭素、炭化水素等の燃料成分が含まれることがある。上記の特徴構成によって燃焼排ガス中の成分をも燃料電池にて発電に利用できるので、ガス製造装置のエネルギー利用効率を更に高めることができる。
【００１３】
本発明に係るガス製造装置の別の特徴構成は、原料ガスを加熱して改質ガスを得て、得られた改質ガスを前記ガス精製部へ供給する改質器と、燃料ガスを燃焼させて前記改質器を加熱する加熱手段と、前記加熱手段にて生じる燃焼排ガスと前記オフスペックガスとを熱交換させて前記オフスペックガスを加熱するオフスペックガス熱交換器とを有する点にある。
【００１４】
上記の特徴構成によれば、原料ガスを加熱して改質ガスを得て、得られた改質ガスをガス精製部へ供給する改質器と、燃料ガスを燃焼させて改質器を加熱する加熱手段と、加熱手段にて生じる燃焼排ガスとオフスペックガスとを熱交換させてオフスペックガスを加熱するオフスペックガス熱交換器とを有するので、高温の燃焼排ガスとの熱交換により高温となったオフスペックガスが燃料電池に供給され、燃料電池に熱を与える。つまり燃焼排ガスの有する熱を燃料電池の加熱に利用できるから、ガス製造装置のエネルギー利用効率を更に高めることができる。
【００１５】
本発明に係るガス製造装置の別の特徴構成は、原料ガスを加熱して改質ガスを得て、得られた改質ガスを前記ガス精製部へ供給する改質器と、燃料ガスを燃焼させて前記改質器を加熱する加熱手段と、前記改質器と前記加熱手段と前記燃料電池とを内部に収納する改質炉と、前記改質炉に前記オフスペックガスを供給するオフスペックガス供給部とを有し、前記燃料電池は前記加熱手段にて生じる燃焼排ガスと前記オフスペックガスとを用いて発電する点にある。
【００１６】
上記の特徴構成によれば、原料ガスを加熱して改質ガスを得て、得られた改質ガスをガス精製部へ供給する改質器と、燃料ガスを燃焼させて改質器を加熱する加熱手段と、改質器と加熱手段と燃料電池とを内部に収納する改質炉と、改質炉にオフスペックガスを供給するオフスペックガス供給部とを有し、燃料電池は加熱手段にて生じる燃焼排ガスとオフスペックガスとを用いて発電するので、改質炉に充満する燃焼排ガスの有する熱を、外部への散逸を極力少なくして燃料電池に与えるとともに、燃焼排ガス中の水素、一酸化炭素、炭化水素等の燃料成分を燃料電池にて発電に利用できるので、ガス製造装置のエネルギー利用効率を更に高めることができる。また、燃料電池を有するガス製造装置の構成を簡略化することができる。
【００１７】
本発明に係るガス製造装置の別の特徴構成は、前記オフスペックガスと前記燃料電池から排出される燃料電池排ガスとを熱交換させて前記オフスペックガスを加熱するオフスペックガス−燃料電池排ガス熱交換器を有する点にある。
【００１８】
固体酸化物形の燃料電池は作動時に高温となるので、燃料電池から排出される燃料電池排ガスも高温となる。上記の特徴構成によれば、オフスペックガスと燃料電池から排出される燃料電池排ガスとを熱交換させてオフスペックガスを加熱するオフスペックガス−燃料電池排ガス熱交換器を有するので、燃料電池排ガスが有する熱をオフスペックガスへと回収して燃料電池の加熱に活用でき、ガス製造装置のエネルギー利用効率を更に高めることができる。
【００１９】
本発明に係るガス製造装置の別の特徴構成は、前記燃料電池に供給される酸素含有ガスと前記燃料電池から排出される燃料電池排ガスとを熱交換させて前記酸素含有ガスを加熱する酸素含有ガス−燃料電池排ガス熱交換器を有する点にある。
【００２０】
上記の特徴構成によれば、燃料電池に供給される酸素含有ガスと燃料電池から排出される燃料電池排ガスとを熱交換させて酸素含有ガスを加熱する酸素含有ガス−燃料電池排ガス熱交換器を有するので、燃料電池排ガスが有する熱を酸素含有ガスへと回収して燃料電池の加熱に活用でき、ガス製造装置のエネルギー利用効率を更に高めることができる。
【００２１】
本発明に係るガス製造装置の別の特徴構成は、前記燃料電池に供給される酸素含有ガスと前記燃焼排ガスとを熱交換させて前記酸素含有ガスを加熱する酸素含有ガス−燃焼排ガス熱交換器を有する点にある。
【００２２】
上記の特徴構成によれば、燃料電池に供給される酸素含有ガスと燃焼排ガスとを熱交換させて酸素含有ガスを加熱する酸素含有ガス−燃焼排ガス熱交換器を有するので、燃焼排ガスが有する熱を酸素含有ガスへと回収して燃料電池の加熱に活用でき、ガス製造装置のエネルギー利用効率を更に高めることができる。
【００２３】
本発明に係るガス製造装置の別の特徴構成は、前記ガス精製部は圧力変動吸着式ガス精製装置である点にある。
【００２４】
上記の特徴構成によれば、ガス精製部は圧力変動吸着式ガス精製装置であるから、製品ガスを高効率で精製すると共に、生じるオフスペックガスを燃料電池での発電に利用でき、ガス製造装置のエネルギー利用効率を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態に係る水素製造装置の概略図
【図２】第２実施形態に係る水素製造装置の概略図
【図３】第３実施形態に係る水素製造装置の概略図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
＜第１実施形態＞
以下、ガス製造装置の一例としての水素製造装置１００について図１を参照しながら説明する。水素製造装置１００は、改質部１０と、水素分離部２０と、燃料電池ＦＣと、それらを制御する制御装置３０等を有する。
【００２７】
〔改質部〕
改質部１０は、炭化水素を含む原料ガス（例えば、メタンを主成分とする都市ガス１３Ａ）を改質して水素を含有する改質ガスを得る。改質部１０は、圧縮機１１にて圧縮された原料ガスを脱硫する脱硫器１２と、脱硫後の原料ガスに水蒸気（純水）を混合し加熱して改質ガスを得る改質器１３と、改質器１３からの改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させるＣＯ変成器１７とを備える。
【００２８】
脱硫器１２には、Ｎｉ−Ｍｏ系、ＺｎＯ系等の脱硫触媒が充填されており、その脱硫触媒により、原料ガス中の付臭剤等の硫黄成分を除去している。これにより、原料ガスを、改質器１３に充填された改質触媒を劣化させにくい性状としている。
【００２９】
改質器１３は、改質器１３に充填される改質触媒（例えば、ニッケル系触媒）を触媒活性温度に維持するべく、供給されるガス（燃料ガス）を燃焼させて改質触媒を加熱するバーナ装置１４（加熱手段）を備えている。バーナ装置１４には、後述する水素分離部２０で生じるオフガスが燃料ガスとして供給される。そして改質器１３とバーナ装置１４とが、改質炉１３ａの内部に配置されている。バーナ装置１４でのオフガスの燃焼により、約９００℃の燃焼排ガスが生じる。なおバーナ装置１４では供給されたオフガスと燃焼用空気とが混合されて、適切な空燃比とされて燃焼する。
【００３０】
改質器１３に原料ガスを供給する流通路Ｌ２には、純水をその排ガスの熱により加熱する熱交換器１５にて加熱され気化した水蒸気と原料ガスとを混合する混合部１６が設けられており、原料ガスへの水蒸気の混合を促進している。
【００３１】
ＣＯ変成器１７には、一酸化炭素変成触媒が充填され、改質ガス中の一酸化炭素が水蒸気と反応して水素と二酸化炭素に変換される。一酸化炭素変成触媒としては、高温用、中温用、低温用があり、運転温度に応じて適当なものが使用される。運転温度が３００〜４５０℃の高温用触媒としては、例えば、鉄−クロム系触媒が挙げられ、運転温度が１８０〜４５０℃の中温用触媒、及び、１９０〜２５０℃の低温用触媒としては、例えば、銅−亜鉛系触媒が挙げられる。また、これら高温用、中温用、低温用の触媒は、２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００３２】
ＣＯ変成器１７での反応により、改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素およびメタンを含むと共に、その水素濃度が６４〜９６体積％の混合ガスとなり、約３００℃程度でＣＯ変成器１７より排出され、熱交換器１８にて冷却水と熱交換して降温した後、気液分離部１９にて水蒸気等が除去された後、水素分離部２０に導かれる。
【００３３】
即ち水素製造装置１００にあっては、原料ガスが、図１に示すように、バルブＶ１を通過した後、圧縮機１１にて圧送され、流通路Ｌ１を通流して脱硫器１２に導かれ脱硫され、水蒸気を混合する混合部１６が設けられる流通路Ｌ２を介して改質器１３に導かれて改質され、流通路Ｌ３を通流してＣＯ変成器１７で変成され、熱交換器１８が配設される流通路Ｌ４を介して気液分離部１９に導かれた後、流通路Ｌ５を介して水素分離部２０に導かれる。
【００３４】
バーナ装置１４でのオフガスの燃焼により生じた燃焼排ガスは、流通路Ｌ１３（燃焼排ガス路）を通じて改質炉１３ａから排出され、後述する燃料電池ＦＣへ送られる。燃焼排ガスは、燃料電池ＦＣでの発電に利用可能な水素、一酸化炭素、炭化水素等を含有する。
〔水素分離部〕
水素分離部２０（ガス精製部）は、改質部１０にて改質された改質ガスから水素以外の不純物を分離すべく、圧力スイング式吸着法（以下、ＰＳＡ法と略称することがある）を実行可能な構成を採用している。すなわち水素分離部２０（ガス精製部）は圧力変動吸着式ガス精製装置である。水素分離部２０は、複数（本実施形態では３つ）の吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、オフガスタンク２１とを備えている。
【００３５】
各吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、吸着材としてゼオライト系吸着材、活性炭、シリカゲルなどを組み合わせたものが充填されている。各吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃでは、吸着工程、減圧工程、パージ工程、及び昇圧工程のプロセスを、複数の吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃで位相を異ならせて実行することにより、水素リッチガスを製品水素（製品ガス）として供給可能に構成されている。詳細な説明は省略するが、上述のプロセスは、流通路に設けられる複数のバルブ（図示略）の開閉により、順次実行される。水素分離部２０にて精製された、水素濃度が９９．９９９体積％の水素リッチガスは、流通路Ｌ６を通じて製品ガスタンク２３に貯留される。
【００３６】
一方、水素分離部２０で水素が分離された後のオフガスは、各吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃにバルブＶ２を介して接続されたオフガスタンク２１に一時貯留される。
【００３７】
〔オフスペックガス〕
水素分離部２０（ガス精製部）で精製される製品水素（製品ガス）としては、水素濃度の下限値や一酸化炭素濃度の上限値などの、製品としての仕様が定められている。ここで水素分離部２０を停止状態から起動させた際、しばらくの間は製品仕様を満たさないガス（オフスペックガス）が水素分離部２０から排出される場合がある。そこで本実施形態では、流通路Ｌ６の製品ガスタンク２３の上流側にオフスペックガスタンク２２を接続し、水素分離部２０の起動時に発生するオフスペックガスを貯留する。
【００３８】
具体的には、水素分離部２０を起動させた際に、バルブＶ１１を閉じてバルブＶ１４を開いた状態でバルブＶ５を開き、各吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃから供給されるガス（オフスペックガス）をオフスペックガスタンク２２に受け入れる。そして所定時間経過後、または排出されるガスが製品仕様を満たす状態となった後、バルブＶ１４を閉じてバルブＶ１１を開いて、排出されるガスを製品ガスタンク２３に受け入れる。
【００３９】
また、水素分離部２０の運転を停止させる際には、各吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃに製品ガスを供給して、各吸着塔に残留する不純物を追い出すパージ処理が行われる。その際に吸着塔から排出されるガスは、不純物を多く含むため製品仕様を満たさないオフスペックガスとなる場合がある。よってパージ処理の際に吸着塔から排出されるガスは、オフスペックガスタンク２２に貯留される。
【００４０】
具体的には、水素分離部２０を停止させる際に、バルブＶ１１を閉じてバルブＶ１４を開いた状態でバルブＶ５とバルブＶ１２とを開き、製品ガスタンク２３から製品ガスを各吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃに送り込む。そして各吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃから排出されるガスをオフスペックガスタンク２２に受け入れる。所定時間経過後、バルブＶ５、バルブＶ１１、バルブＶ１２を閉じて、パージ処理を終了する。
【００４１】
オフスペックガスタンク２２に貯留されたオフスペックガスは、製品としての仕様は満たさないものの、水素、一酸化炭素、炭化水素等の燃料電池で発電に利用可能な燃料成分を含む。そこで本実施形態では、オフスペックガスタンク２２に貯留されたオフスペックガスを燃料電池ＦＣに供給して発電を行う。
【００４２】
〔燃料電池〕
燃料電池ＦＣは、水素分離部２０（ガス精製部）から排出されたオフスペックガスを用いて発電する、固体酸化物形の燃料電池である。本実施形態ではオフスペックガスは、流通路Ｌ１９および流通路Ｌ２０を通じて、オフスペックガスタンク２２から燃料電池ＦＣに供給される。
【００４３】
本実施形態で用いられる燃料電池ＦＣは固体酸化物形であって、酸化物イオン伝導性をもつ固体酸化物の緻密体からなる電解質膜の一方面側に、酸化物イオンおよび電子伝導性の多孔体からなる空気極を接合し、他方面側に電子伝導性の多孔体からなる燃料極を接合してなる単セルを複数積層してなる。そして、空気極に空気（酸素含有ガス）を供給し、燃料極に水素、一酸化炭素、炭化水素等の燃料を含んだガスを供給し、７００℃程度の作動温度で動作させる。すると、空気極において酸素分子Ｏ2が電子ｅ-と反応して酸素分子イオンＯ2-が生成され、その酸素分子イオンＯ2-が電解質膜を通って燃料極に移動し、燃料極において供給された燃料の分子が酸素分子イオンＯ2-と反応することで、燃料極と空気極との間に起電力Ｅが発生し、その起電力Ｅを外部に取り出し利用することができる。
【００４４】
燃料電池ＦＣの燃料極に供給されるオフスペックガスは、オフスペックガスタンク２２から流通路Ｌ１９を通って熱交換器２８に送られ、熱交換器２８にて燃料電池ＦＣから排出されたアノード排ガス（燃料電池排ガス）から熱を受け取り、加熱される。そして熱交換器２８にて高温となったオフスペックガスは流通路Ｌ２０を通って混合弁Ｖ１７（オフスペックガス混合部）に送られ、混合弁Ｖ１７にて改質炉１３ａからの燃焼排ガスと混合される。
【００４５】
燃焼排ガスと混合されたオフスペックガスは、熱交換器２６にてブロア２４からの空気と熱交換した後、燃料電池ＦＣの燃料極へ供給される。そして燃料電池ＦＣにて発電反応に用いられた後は、流通路Ｌ１４からアノード排ガスとして排出される。
【００４６】
燃料電池ＦＣの空気極には、ブロア２４からの空気が流通路Ｌ１５を通って供給される。流通路Ｌ１５には熱交換器２５と熱交換器２６とが設けられている。ブロア２４からの空気は、熱交換器２５にて燃料電池ＦＣから排出されたカソード排ガスと熱交換して加熱され、熱交換器２６にて、バーナ装置１４での燃焼排ガスと熱交換して加熱される。そして燃料電池ＦＣにて発電反応に用いられた後は、熱交換器２５でブロア２４からの空気に熱を与えてから、流通路Ｌ１６を通ってカソード排ガスとして排出される。
【００４７】
すなわち第１実施形態に係る水素製造装置１００は、オフスペックガスと燃料電池ＦＣから排出されるアノード排ガス（燃料電池排ガス）とを熱交換させてオフスペックガスを加熱する熱交換器２８（オフスペックガス−燃料電池排ガス熱交換器）を有する。また水素製造装置１００は、燃料電池ＦＣに供給される空気（酸素含有ガス）と燃料電池から排出されるカソード排ガス（燃料電池排ガス）とを熱交換させて空気を加熱する熱交換器２５（酸素含有ガス−燃料電池排ガス熱交換器）を有する。さらに水素製造装置１００は、燃料電池ＦＣに供給される空気（酸素含有ガス）と燃焼排ガスとを熱交換させて空気を加熱する熱交換器２６（酸素含有ガス−燃焼排ガス熱交換器）を有する。
【００４８】
＜第２実施形態＞
上述の第１実施形態では、水素分離部２０からのオフスペックガスは燃焼排ガスと混合されて燃料電池ＦＣに供給される。第２実施形態では、オフスペックガスは燃焼排ガスと混合されず、燃焼排ガスおよびアノード排ガスとの熱交換で加熱された後、燃料電池ＦＣの燃料極に供給される。以下、図２を参照して第２実施形態に係る水素製造装置１００について説明するが、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００４９】
燃料電池ＦＣの燃料極に供給されるオフスペックガスは、オフスペックガスタンク２２から流通路Ｌ１９を通って熱交換器５２に送られ、熱交換器５２にて改質炉１３ａから排出された燃焼排ガスから熱を受け取り、加熱される。次いでオフスペックガスは熱交換器２８に送られ、熱交換器２８にて燃料電池ＦＣから排出されたアノード排ガス（燃料電池排ガス）から熱を受け取り、加熱される。高温となったオフスペックガスは流通路Ｌ２０を通って燃料電池ＦＣの燃料極へ供給される。そして燃料電池ＦＣにて発電反応に用いられた後は、流通路Ｌ１４からアノード排ガスとして排出される。
【００５０】
燃料電池ＦＣの空気極には、ブロア２４からの空気が流通路Ｌ１５を通って供給される。流通路Ｌ１５には熱交換器２５と熱交換器２６とが設けられている。ブロア２４からの空気は、熱交換器２６にて、バーナ装置１４で発生した燃焼排ガスと熱交換して加熱され、熱交換器２５にて燃料電池ＦＣから排出されたカソード排ガスと熱交換して加熱される。そして燃料電池ＦＣにて発電反応に用いられた後は、熱交換器２５でブロア２４からの空気に熱を与えてから、流通路Ｌ１６を通ってカソード排ガスとして排出される。
【００５１】
すなわち第２実施形態に係る水素製造装置１００は、バーナ装置１４（加熱手段）にて生じる燃焼排ガスとオフスペックガスとを熱交換させてオフスペックガスを加熱する熱交換器５２（オフスペックガス熱交換器）と、オフスペックガスと燃料電池ＦＣから排出されるアノード排ガス（燃料電池排ガス）とを熱交換させてオフスペックガスを加熱する熱交換器２８（オフスペックガス−燃料電池排ガス熱交換器）を有する。また水素製造装置１００は、燃料電池ＦＣに供給される空気（酸素含有ガス）と燃料電池から排出されるカソード排ガス（燃料電池排ガス）とを熱交換させて空気を加熱する熱交換器２５（酸素含有ガス−燃料電池排ガス熱交換器）を有する。さらに水素製造装置１００は、燃料電池ＦＣに供給される空気（酸素含有ガス）と燃焼排ガスとを熱交換させて空気を加熱する熱交換器２６（酸素含有ガス−燃焼排ガス熱交換器）を有する。
【００５２】
なお第２実施形態に係る水素製造装置１００では、オフスペックガスを燃焼排ガスと混合せずに燃料電池ＦＣへ供給している。そのため、第１実施形態（オフスペックガスを燃焼排ガスと混合して燃料電池ＦＣへ供給）に比べて燃料成分の濃度の高いガスを燃料電池ＦＣに供給することができる。これにより、燃料電池ＦＣをコンパクトにすることができる。
【００５３】
＜第３実施形態＞
上述の第１実施形態では、燃料電池ＦＣは改質炉１３ａの外部に設けられ、バーナ装置１４にて生じる燃焼排ガスは流通路Ｌ１４を通じて燃料電池ＦＣへ供給される。第３実施形態では、燃料電池ＦＣは改質炉１３ａの内部に設けられ、改質炉１３ａにノズル４２からオフスペックガスが供給される。以下、図３を参照して第３実施形態に係る水素製造装置１００について説明するが、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００５４】
改質部１０は、改質器１３とバーナ装置１４（加熱手段）と燃料電池ＦＣとを内部に収納する改質炉１３ａを有する。改質炉１３ａにノズル４２が配置され、オフスペックガスタンク２２から送られたオフスペックガスがノズル４２から改質炉１３ａの内部に供給される。
【００５５】
改質炉１３ａに供給されるオフスペックガスは、オフスペックガスタンク２２から流通路Ｌ１９を通って熱交換器２８に送られ、熱交換器２８にて改質炉１３ａから排出された排ガスから熱を受け取り、加熱される。そして流通路Ｌ２０を通ってノズル４２から改質炉１３ａの内部へと噴出される。
【００５６】
改質炉１３ａでは、バーナ装置１４でのオフガスの燃焼により改質器１３が改質反応に適した９００℃程度の温度とされ、またオフガスの燃焼により高温の燃焼排ガスが生じている。ノズル４２から改質炉１３ａの内部へ噴出されたオフスペックガスは、燃焼排ガスと混合して高温のガスとなっている。改質炉１３ａの内部に配置された燃料電池ＦＣは周囲のガスから熱を受け、燃料電池の反応に適した７００℃〜９００℃の温度となる。そして燃料電池ＦＣは、周囲のガスに含まれる燃料（水素、一酸化炭素、炭化水素等）と酸素とを利用して発電を行う。なお、改質炉１３ａに外部から空気を供給するノズルを設けて、燃料電池ＦＣでの発電に必要な酸素を補うように構成してもよい。
【００５７】
＜別実施形態＞
（１）第１実施形態では、熱交換器２５が流通路Ｌ１６に設けられて、ブロア２４から供給される空気が熱交換器２５にてカソード排ガスにより加熱されたが、熱交換器を流通路Ｌ１４に設けて、ブロア２４から供給される空気がアノード排ガス（燃料電池排ガス）により加熱されるよう構成してもよい。
【００５８】
（２）上述の実施形態では、アノード排ガス、カソード排ガス、燃焼排ガスからの排熱を回収する熱交換器を設けたが、排熱回収を行わない構成も可能である。
【００５９】
（３）上述の実施形態ではオフスペックガスが発生する場合について、水素分離部２０を起動または停止させる際の態様を説明したが、水素製造装置１００全体を起動または停止させる際にもオフスペックガスが発生する場合がある。
【００６０】
なお、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１３    ：改質器
１３ａ  ：改質炉
１４    ：バーナ装置（加熱手段）
２０    ：水素分離部（ガス精製部、圧力変動吸着式ガス精製装置）
２５    ：熱交換器（酸素含有ガス−燃料電池排ガス熱交換器）
２６    ：熱交換器（酸素含有ガス−燃焼排ガス熱交換器）
２８    ：熱交換器（オフスペックガス−燃料電池排ガス熱交換器）
４２    ：ノズル（オフスペックガス供給部）
５２    ：熱交換器（オフスペックガス熱交換器）
１００  ：水素製造装置（ガス製造装置）
ＦＣ    ：燃料電池
Ｖ１７  ：混合弁（オフスペックガス混合部）
【図１】
2016184551.tif 000003
【図２】
2016184551.tif 000004
【図３】
2016184551.tif 000005