(57)【要約】【課題】ガス精製の工程への影響を抑制しつつオフガスタンクの小型化を可能とする。【解決手段】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とともに不純物を含有するオフガスを排出する水素分離部２０（ガス精製部）と、水素分離部２０から排出されたオフガスを貯留するオフガスタンク２１と、オフガスタンク２１に貯留されたオフガスを用いて発電する固体酸化物形の燃料電池ＦＣと、オフガスタンク２１から燃料電池ＦＣへオフガスを供給するオフガス供給制御部３４とを有し、オフガス供給制御部３４は、水素分離部２０で行われている製品ガスの精製に関する工程情報のうち少なくとも一つに基づいて燃料電池ＦＣへのオフガスの供給量を変更する。【選択図】図１
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【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とともに前記不純物を含有するオフガスを排出するガス精製部と、前記ガス精製部から排出された前記オフガスを貯留するオフガスタンクと、前記オフガスタンクに貯留された前記オフガスを用いて発電する固体酸化物形の燃料電池と、前記オフガスタンクから前記燃料電池へ前記オフガスを供給するオフガス供給制御部とを有し、
前記オフガス供給制御部は、前記オフガスタンクに貯留された前記オフガスの圧力、前記ガス精製部から前記オフガスタンクへ送られる前記オフガスの流量、前記ガス精製部で行われている製品ガスの精製に関する工程情報のうち少なくとも一つに基づいて前記燃料電池への前記オフガスの供給量を変更するガス製造装置。
【請求項２】
前記オフガス供給制御部は、前記オフガスタンクに貯留された前記オフガスの圧力が予め設定された閾値を超えた場合に前記オフガスタンクから前記燃料電池への前記オフガスの供給量を増加させる請求項１に記載のガス製造装置。
【請求項３】
前記オフガス供給制御部は、前記ガス精製部から前記オフガスタンクへ送られる前記オフガスの流量が予め設定された閾値を超えた場合に前記オフガスタンクから前記燃料電池への前記オフガスの供給量を増加させる請求項１または２に記載のガス製造装置。
【請求項４】
前記ガス精製部は、供給されたガスから前記不純物を吸着剤に吸着させて精製し製品ガスとする吸着塔を有し、前記吸着塔から前記オフガスを排出して前記オフガスタンクへ送るオフガス排出工程を行うものであって、
前記オフガス供給制御部は、前記ガス精製部にて前記オフガス排出工程が開始した旨の前記工程情報を受けた場合に前記オフガスタンクから前記燃料電池への前記オフガスの供給量を増加させる請求項１〜３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、オフガスを排出するガス精製部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】
上述の水素製造装置では、水素精製部での不純物の分離に伴って、その不純物を含んだオフガスが排出される。従来より排出されたオフガスはタンク等に貯留され、水素製造装置の改質器の加熱等に用いられていた。水素精製部からタンクへのオフガスの移送を円滑に行うため、タンクとしては容量の大きい大型のものが使用されており、水素製造装置の設置面積および設置コストを大きくする一因となっていた。
【０００６】
水素製造装置の設置コストを削減するためにタンクを小型化することも考えられる。しかしタンクを小型化すると、オフガスをタンクに移送する際のタンク内の圧力が高くなり、オフガスの移送を阻害して水素の精製工程により長い時間を要してしまう。
【０００７】
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、ガス精製の工程への影響を抑制しつつオフガスを貯留するタンクの小型化を可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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とともに前記不純物を含有するオフガスを排出するガス精製部と、前記ガス精製部から排出された前記オフガスを貯留するオフガスタンクと、前記オフガスタンクに貯留された前記オフガスを用いて発電する固体酸化物形の燃料電池と、前記オフガスタンクから前記燃料電池へ前記オフガスを供給するオフガス供給制御部とを有し、前記オフガス供給制御部は、前記オフガスタンクに貯留された前記オフガスの圧力、前記ガス精製部から前記オフガスタンクへ送られる前記オフガスの流量、前記ガス精製部で行われている製品ガスの精製に関する工程情報のうち少なくとも一つに基づいて前記燃料電池への前記オフガスの供給量を変更する点にある。
【０００９】
上記の特徴構成によれば、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とともに不純物を含有するオフガスを排出するガス精製部と、ガス精製部から排出されたオフガスを貯留するオフガスタンクと、オフガスタンクに貯留されたオフガスを用いて発電する固体酸化物形の燃料電池と、オフガスタンクから燃料電池へオフガスを供給するオフガス供給制御部とを有し、オフガス供給制御部は、オフガスタンクに貯留されたオフガスの圧力、ガス精製部からオフガスタンクへ送られるオフガスの流量、ガス精製部で行われている製品ガスの精製に関する工程情報のうち少なくとも一つに基づいて燃料電池へのオフガスの供給量を変更するので、オフガスをオフガスタンクに移送する際オフガスタンク内の圧力が過大となって移送を妨げてしまう事態の発生を抑制することができる。
【００１０】
説明すると、オフガスタンクに貯留されたオフガスの圧力（オフガス圧力）が高くなると、ガス精製部からオフガスタンクへのオフガスの移送（オフガス移送）が妨げられる可能性が高くなる。そこで、オフガスタンクに貯留されたオフガスの圧力に基づいて燃料電池へのオフガスの供給量を変更すると、オフガス圧力が過大となることを抑制できる。例えば燃料電池へのオフガスの供給量を増加させると、オフガスタンクから流出するオフガスの量が多くなるので、オフガス圧力を低下させる方向に作用する。よって上記の特徴構成により、オフガス移送が妨げられる事態の発生を抑制でき、オフガスタンクへのオフガスの移送を円滑に行うことができる。従ってガス精製の工程への影響を抑制しつつオフガスタンクを小型化することが可能となる。
【００１１】
また、オフガスタンクへ送られるオフガスの流量が大きい場合には、オフガス圧力の上昇が予想される。さらに、ガス精製部で行われている製品ガスの精製がどのような段階にあるか（製品ガスの精製に関する工程情報）によっても、オフガス圧力の上昇が予想できる場合がある。例えば、ガス精製部で多量のオフガスが発生する工程が開始した場合は、オフガス圧力が上昇すると予想できる。そこで、オフガスの流量または上述の工程情報に基づいて燃料電池へのオフガスの供給量を変更することで、オフガス圧力が過大となることを抑制できる。よって上記の特徴構成により、オフガス移送が妨げられる事態の発生を抑制でき、オフガスタンクへのオフガスの移送を円滑に行うことができる。従ってガス精製の工程への影響を抑制しつつオフガスタンクを小型化することが可能となる。
【００１２】
本発明に係るガス製造装置の別の特徴構成は、前記オフガス供給制御部は、前記オフガスタンクに貯留された前記オフガスの圧力が予め設定された閾値を超えた場合に前記オフガスタンクから前記燃料電池への前記オフガスの供給量を増加させる点にある。
【００１３】
上記の特徴構成によれば、オフガス供給制御部は、オフガスタンクに貯留されたオフガスの圧力が予め設定された閾値を超えた場合にオフガスタンクから燃料電池へのオフガスの供給量を増加させるので、オフガス圧力の過度の上昇をより適切に抑制して、オフガス移送が妨げられる事態の発生を抑制でき、オフガスタンクへのオフガスの移送を円滑に行うことができる。従ってガス精製の工程への影響を抑制しつつオフガスタンクを小型化することが可能となる。
【００１４】
本発明に係るガス製造装置の別の特徴構成は、前記オフガス供給制御部は、前記オフガスタンクに貯留された前記オフガスの圧力が予め設定された閾値を超えた場合に前記オフガスタンクから前記燃料電池への前記オフガスの供給量を増加させる点にある。
【００１５】
上記の特徴構成によれば、オフガス供給制御部は、オフガスタンクに貯留されたオフガスの圧力が予め設定された閾値を超えた場合にオフガスタンクから燃料電池へのオフガスの供給量を増加させるので、オフガス圧力の過度の上昇をより適切に抑制して、オフガス移送が妨げられる事態の発生を抑制でき、オフガスタンクへのオフガスの移送を円滑に行うことができる。従ってガス精製の工程への影響を抑制しつつオフガスタンクを小型化することが可能となる。
【００１６】
本発明に係るガス製造装置の別の特徴構成は、前記オフガス供給制御部は、前記ガス精製部から前記オフガスタンクへ送られる前記オフガスの流量が予め設定された閾値を超えた場合に前記オフガスタンクから前記燃料電池への前記オフガスの供給量を増加させる点にある。
【００１７】
上記の特徴構成によれば、オフガス供給制御部は、ガス精製部からオフガスタンクへ送られるオフガスの流量が予め設定された閾値を超えた場合にオフガスタンクから燃料電池へのオフガスの供給量を増加させるので、オフガス流量の増加傾向に基づきオフガス圧力の過度の上昇をより適切に抑制して、オフガス移送が妨げられる事態の発生を抑制でき、オフガスタンクへのオフガスの移送を円滑に行うことができる。従ってガス精製の工程への影響を抑制しつつオフガスタンクを小型化することが可能となる。
【００１８】
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、供給されたガスから前記不純物を吸着剤に吸着させて精製し製品ガスとする吸着塔を有し、前記吸着塔から前記オフガスを排出して前記オフガスタンクへ送るオフガス排出工程を行うものであって、
前記オフガス供給制御部は、前記ガス精製部にて前記オフガス排出工程が開始した旨の前記工程情報を受けた場合に前記オフガスタンクから前記燃料電池への前記オフガスの供給量を増加させる点にある。
【００１９】
上記の特徴構成によれば、ガス精製部は、供給されたガスから不純物を吸着剤に吸着させて精製し製品ガスとする吸着塔を有し、吸着塔からオフガスを排出してオフガスタンクへ送るオフガス排出工程を行うものであって、オフガス供給制御部は、ガス精製部にてオフガス排出工程が開始した旨の工程情報を受けた場合にオフガスタンクから燃料電池へのオフガスの供給量を増加させるので、脱着工程の開始に伴うオフガス圧力の過度の上昇をより適切に抑制して、オフガス移送が妨げられる事態の発生を抑制でき、オフガスタンクへのオフガスの移送を円滑に行うことができる。従ってガス精製の工程への影響を抑制しつつオフガスタンクを小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る水素製造装置の概略図
【図２】水素分離部の作動状態の説明図
【図３】第１実施形態に係るオフガス供給動作の説明図
【図４】第２実施形態に係る水素製造装置の概略図
【図５】第３実施形態に係るオフガス供給動作の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜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。制御装置３０は、改質部１０の動作を制御する改質部制御部３１と、水素分離部２０の動作を制御する水素分離部制御部３２と、燃料電池ＦＣの動作を制御する燃料電池制御部３３と、燃料電池ＦＣへのオフガスの供給を制御するオフガス供給制御部３４とを有する。
【００２２】
〔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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
〔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。
【００３１】
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、均圧工程、減圧工程、洗浄工程、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のバルブＶ５を介して、製品水素として供給される。
【００３２】
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。オフガスタンク２１に貯留されたオフガスは、水素、メタン等の可燃性ガスを含むため、流通路Ｌ８を介してバーナ装置１４へ導かれ、改質器１３を加熱するための燃料ガスとして用いられる。
【００３３】
またオフガスタンク２１に貯留されたオフガスは、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。そこでさらに本実施形態では、流通路Ｌ１７およびバルブＶ１４を介して、オフガスが燃料電池ＦＣへと導かれ、燃料電池ＦＣでの発電反応に利用される。
【００３４】
オフガスタンク２１には、オフガスタンク２１に貯留されたオフガスの圧力を計測する圧力センサＰが設けられている。そして制御装置３０のオフガス供給制御部３４が、圧力センサＰが計測したオフガスの圧力に基づいて、バルブＶ１４の開度を調節し、もって燃料電池ＦＣへのオフガスの供給量を制御する。
【００３５】
〔水素分離部の作動状態〕
ここで図２を参照して、水素分離部２０の作動状態の詳細と、水素分離部２０からオフガスが排出されるタイミングについて説明する。
【００３６】
図２上段の左側、中央、右側の図はそれぞれ、ステップ１，２，３における吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃの状態を表している。図２下段の表は、ステップ１〜９における吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃで行われる工程および圧力の遷移を表している。
【００３７】
ステップ１において時間ｔ１の間、吸着塔２０ａでは吸着工程が行われる。詳しくは、吸着塔２０ａに改質ガスが供給されて改質ガスに含まれる不純物（水、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、窒素など）が吸着材に吸着される。不純物の吸着材への吸着により、精製されて高純度となった吸着塔２０ａ内のガスは、流通路Ｌ６から製品水素（製品ガス）として排出される。
【００３８】
このとき吸着塔２０ｂと２０ｃでは、均圧工程が行われる。詳しくは、洗浄工程が終了した直後の吸着塔２０ｂと吸着工程が終了した直後の吸着塔２０ｃとが接続され、吸着塔２０ｃから吸着塔２０ｂへガスが移動し、圧力が均一となる。
【００３９】
ステップ２において時間ｔ２の間、吸着塔２０ａでは引き続き吸着工程が行われる。吸着塔２０ｂでは昇圧工程が行われる。詳しくは、吸着塔２０ａの出口側と吸着塔２０ｂとが接続され、吸着塔２０ｂに製品水素が供給され、吸着塔２０ｂ内の圧力が上昇する。
【００４０】
このとき吸着塔２０ｃでは、減圧工程が行われる。詳しくは、吸着塔２０ｃが減圧されて、吸着材に吸着された不純物が脱着されてオフガスが発生する。発生したオフガスはオフガスタンク２１に貯留される。
【００４１】
ステップ３において時間ｔ３の間、吸着塔２０ａでは吸着工程が、吸着塔２０ｂでは昇圧工程が、それぞれ引き続き行われる。
【００４２】
このとき吸着塔２０ｃでは、洗浄工程が行われる。詳しくは、吸着塔２０ｃ内に製品水素が供給されて、残留している不純物が吸着材から脱離する。脱離した不純物を含有する吸着塔２０ｃ内の気体は、オフガスとしてオフガスタンク２１に貯留される。
【００４３】
続くステップ４〜６では、吸着塔２０ｂで吸着工程が、吸着塔２０ｃで均圧工程〜昇圧工程が、吸着塔２０ａで均圧工程〜減圧工程〜洗浄工程がそれぞれ行われる。ステップ７〜９では吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃの間で役割を交代して同様の工程が行われ、以降はステップ１に戻る。
【００４４】
このように吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃにおいてステップ１〜９を繰り返すことにより、継続的に製品水素を生成する。そしてステップ２，５，８の減圧工程、ステップ３，６，９の洗浄工程においてオフガスが発生し、水素分離部２０から排出され、オフガスタンク２１へと送られて貯留される。
【００４５】
〔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ガスは、流通路Ｌ１７およびＬ１８を通じてオフガスタンク２１から燃料電池ＦＣに供給される。
【００４６】
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。
【００４７】
燃料電池ＦＣの燃料極に供給されるオフガスは、オフガスタンク２１から流通路Ｌ１７を通って熱交換器２７に送られ、熱交換器２７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２７にて高温となったオフガスは流通路Ｌ１８を通って混合弁Ｖ１６（オフガス混合部）に送られ、混合弁Ｖ１６にて改質炉１３ａからの燃焼排ガスと混合される。
【００４８】
燃焼排ガスと混合されたオフガスは、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。
【００４９】
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での燃焼排ガスとオフガスとの混合気体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。
【００５０】
〔オフガス供給動作〕
上述の通り第１実施形態に係る水素製造装置１００では、オフガスタンク２１の圧力センサＰが計測したオフガスの圧力ｐに基づいて、制御装置３０のオフガス供給制御部３４がバルブＶ１４の開度を調節して、もって燃料電池ＦＣへのオフガスの供給量を制御する。具体的には、オフガスの圧力ｐが増加して、予め設定された圧力閾値ＳＰを超えるとバルブＶ１４を開弁し、燃料電池ＦＣへのオフガスの供給量をゼロから所定の値へと増加させる。その後は、オフガスの圧力ｐに応じてバルブＶ１４の開度を増減し、オフガスタンク２１内のオフガスの圧力ｐが圧力閾値ＳＰを超過しないよう、オフガス供給制御部３４が燃料電池ＦＣへのオフガスの供給量を制御する。
【００５１】
図３は、第１実施形態に係る水素製造装置１００で行われる燃料電池ＦＣへのオフガス供給動作の一例を示したものである。オフガス供給動作を行わない場合のオフガスの圧力ｐの推移がグラフ中に細線で示されている。この場合、吸着塔で減圧工程が開始して吸着塔からオフガスタンク２１へオフガスが供給されると、オフガスの圧力ｐが上昇し、高い圧力のピークが生じる。
【００５２】
これに対して本実施形態に係るオフガス供給動作を行った場合（太線）、オフガスの圧力ｐが上昇して圧力閾値ＳＰに達すると、オフガスタンク２１から燃料電池ＦＣにオフガスが供給されることで、それ以上オフガスの圧力ｐが上昇しなくなる。そしてしばらくの間、オフガスの圧力ｐは圧力閾値ＳＰと同じ大きさに保たれる。その後、吸着塔からオフガスタンク２１へのオフガスの移送量が減少し、それに伴いオフガスタンク２１内のオフガスの圧力ｐが低下して、オフガスタンク２１から燃料電池ＦＣへのオフガスの供給も停止する。そして別の吸着塔での次の減圧工程が開始すると、同様の動作が繰り返される。このように本実施形態に係るオフガス供給動作を行った場合には、オフガスタンク２１内のオフガスの圧力ｐの過度の上昇が抑制される。
【００５３】
以上述べた通り、第１実施形態に係る水素製造装置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とともに不純物を含有するオフガスを排出する水素分離部２０（ガス精製部）と、水素分離部２０から排出されたオフガスを貯留するオフガスタンク２１と、オフガスタンク２１に貯留されたオフガスを用いて発電する固体酸化物形の燃料電池ＦＣと、オフガスタンク２１から燃料電池ＦＣへオフガスを供給するオフガス供給制御部３４とを有し、オフガス供給制御部３４は、オフガスタンク２１に貯留されたオフガスの圧力に基づいて燃料電池ＦＣへのオフガスの供給量を変更する。そしてオフガス供給制御部３４は、オフガスタンク２１に貯留されたオフガスの圧力が予め設定された圧力閾値ＳＰを超えた場合にオフガスタンク２１から燃料電池ＦＣへのオフガスの供給量を増加させる。
【００５４】
＜第２実施形態＞
図４に示される通り、第２実施形態に係る水素製造装置１００では、圧力センサＰに換えて流量センサＦＭが、吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃとオフガスタンク２１との間の流通路Ｌ２１に設けられる。そして、流量センサＦＭが測定するオフガスの流量ｆに基づいて、制御装置３０のオフガス供給制御部３４がバルブＶ１４の開度を調節して、もって燃料電池ＦＣへのオフガスの供給量を制御する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号が付されている。
【００５５】
第２実施形態に係る、オフガスタンク２１から燃料電池ＦＣへのオフガス供給動作について具体的に説明する。吸着塔で減圧工程が開始して吸着塔からオフガスタンク２１へオフガスが供給されると、流通路Ｌ２１のオフガスの流量ｆが増加する。流量ｆが予め設定された閾値を超えると、オフガス供給制御部３４がバルブＶ１４を開弁し、燃料電池ＦＣへのオフガスの供給量をゼロから所定の値へと増加させる。その後は、流量ｆに応じてバルブＶ１４の開度を増減し、流通路Ｌ２１のオフガスの流量ｆが閾値を超過しないよう、オフガス供給制御部３４が燃料電池ＦＣへのオフガスの供給量を制御する。以上の供給動作を行うことで、オフガスタンク２１内のオフガスの圧力の過度の上昇が抑制される。
【００５６】
以上述べた通り、第２実施形態に係る水素製造装置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とともに不純物を含有するオフガスを排出する水素分離部２０（ガス精製部）と、水素分離部２０から排出されたオフガスを貯留するオフガスタンク２１と、オフガスタンク２１に貯留されたオフガスを用いて発電する固体酸化物形の燃料電池ＦＣと、オフガスタンク２１から燃料電池ＦＣへオフガスを供給するオフガス供給制御部３４とを有し、オフガス供給制御部３４は、水素分離部２０からオフガスタンク２１へ送られるオフガスの流量に基づいて燃料電池ＦＣへのオフガスの供給量を変更する。そしてオフガス供給制御部３４は、水素分離部２０からオフガスタンク２１へ送られるオフガスの流量が予め設定された閾値を超えた場合にオフガスタンク２１から燃料電池ＦＣへのオフガスの供給量を増加させる。
【００５７】
＜第３実施形態＞
第３実施形態に係る水素製造装置１００は、第１実施形態と同様の構成を有し、水素分離部２０で行われている製品ガスの精製に関する工程情報に基づいて、燃料電池ＦＣへのオフガスの供給量が制御される。具体的には、吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃのいずれかで減圧工程が開始すると、水素分離部制御部３２がオフガス供給制御部３４に対し、減圧工程が開始した旨の工程情報を送る。当該工程情報を受けたオフガス供給制御部３４は、バルブＶ１４を開弁して、オフガスタンク２１から燃料電池ＦＣへオフガスを供給する。そして予め設定された時間Ｔの経過後、オフガス供給制御部３４はバルブＶ１４を閉弁して、燃料電池ＦＣへのオフガスの供給を停止する。
【００５８】
図５は、第３実施形態に係る水素製造装置１００で行われる燃料電池ＦＣへのオフガス供給動作の一例を示したものである。図３と同様に、オフガス供給動作を行わない場合におけるオフガスタンク２１内のオフガスの圧力推移がグラフ中に細線で示されている。時刻ｔ１において吸着塔で減圧工程が開始し、吸着塔からオフガスタンク２１へオフガスが供給されて、オフガスタンク２１内のオフガスの圧力ｐが上昇し、高い圧力のピークが生じている。
これに対して本実施形態に係るオフガス供給動作を行った場合（太線）、時刻ｔ１において吸着塔で減圧工程が開始すると、燃料電池ＦＣへのオフガスの供給が開始してオフガスタンク２１内からオフガスが流出する。これによって、オフガス供給動作を行わない場合（細線）に比べ、オフガス圧力の上昇が抑制される。そして時間Ｔが経過した後の時刻ｔ２に、バルブＶ１４が閉弁されて燃料電池ＦＣへのオフガスの供給が停止すると、オフガスの圧力は再び上昇する。以降、時刻ｔ３，ｔ５，ｔ７，ｔ９にて同様の動作が繰り返される。
【００５９】
以上述べた通り、第３実施形態に係る水素製造装置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とともに不純物を含有するオフガスを排出する水素分離部２０（ガス精製部）と、水素分離部２０から排出されたオフガスを貯留するオフガスタンク２１と、オフガスタンク２１に貯留されたオフガスを用いて発電する固体酸化物形の燃料電池ＦＣと、オフガスタンク２１から燃料電池ＦＣへオフガスを供給するオフガス供給制御部３４とを有し、オフガス供給制御部３４は、水素分離部２０で行われている製品ガスの精製に関する工程情報のうち少なくとも一つに基づいて燃料電池ＦＣへのオフガスの供給量を変更する。そして水素分離部２０は、供給されたガスから不純物を吸着剤に吸着させて製品水素（製品ガス）を精製する吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃを有し、吸着塔からオフガスを排出してオフガスタンク２１へ送る減圧工程（オフガス排出工程）を行うものであって、オフガス供給制御部３４は、ガス精製部にて減圧工程が開始した旨の工程情報を受けた場合にオフガスタンク２１から燃料電池ＦＣへのオフガスの供給量を増加させる。
【００６０】
＜別実施形態＞
（１）上述の実施形態では、オフガスタンク２１から流通路Ｌ１７、Ｌ１８を通じてオフガスを燃料電池ＦＣに供給したが、オフガスタンク２１からバーナ装置１４にオフガスを供給する流通路Ｌ８の途中で流通路を分岐し、燃料電池ＦＣにオフガスを供給するように構成してもよい。
【００６１】
（２）上述の実施形態のオフガス供給動作では、バルブＶ１４を開弁して燃料電池ＦＣへのオフガスの供給を開始、すなわちオフガスの供給量をゼロから所定の量へと変更（増加）させていた。これを、ゼロでない所定の第１流量から第１流量よりも大きい第２流量へと変更（増加）するように構成してもよい。
【００６２】
（３）上述の第３実施形態では、減圧工程が開始した旨の工程情報を受けてオフガス供給制御部３４がバルブＶ１４を開弁した後、時間Ｔの経過後にバルブＶ１４を閉弁して燃料電池ＦＣへのオフガスの供給を停止していた。バルブＶ１４の開弁を、減圧工程が開始してから所定時間経過後に行うよう構成してもよいし、減圧工程と同様にオフガスが発生する洗浄工程が開始した際に行うよう構成してもよい。またバルブＶ１４の閉弁を、減圧工程が終了した旨の工程情報を受けた際に行うように構成してもよいし、減圧工程の次の工程である洗浄工程が開始した旨の工程情報を受けた際に行うように構成してもよい。
【００６３】
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】
【００６４】
２０    ：水素分離部（ガス精製部）
２１    ：オフガスタンク
３４    ：オフガス供給制御部
１００  ：水素製造装置（ガス製造装置）
ＦＣ    ：燃料電池
【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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