JP2002173305A - 水素製造装置 - Google Patents
水素製造装置Info
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- JP2002173305A JP2002173305A JP2000370474A JP2000370474A JP2002173305A JP 2002173305 A JP2002173305 A JP 2002173305A JP 2000370474 A JP2000370474 A JP 2000370474A JP 2000370474 A JP2000370474 A JP 2000370474A JP 2002173305 A JP2002173305 A JP 2002173305A
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- hydrogen
- gas
- hsa
- hot water
- reformer
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】改質器の運転中に排出される燃焼部からの排ガ
スを有効に利用し、その保有熱を利用して水素を需要に
応じて所要用途に供給できるようにする。 【解決手段】炭化水素ガスの改質器を運転させ、生成さ
れた水素ガスを主成分とする改質ガスを少なくとも２基
以上のＨＳＡ充填容器に交互に通して水素を分離精製し
且つ吸蔵させるとともに、改質器燃焼部からの排ガスを
利用して温水発生手段により温水を発生させ、該温水を
既に水素を吸蔵したＨＳＡ充填容器からの水素放出用に
利用するようにしてなることを特徴とする水素製造装
置。
スを有効に利用し、その保有熱を利用して水素を需要に
応じて所要用途に供給できるようにする。 【解決手段】炭化水素ガスの改質器を運転させ、生成さ
れた水素ガスを主成分とする改質ガスを少なくとも２基
以上のＨＳＡ充填容器に交互に通して水素を分離精製し
且つ吸蔵させるとともに、改質器燃焼部からの排ガスを
利用して温水発生手段により温水を発生させ、該温水を
既に水素を吸蔵したＨＳＡ充填容器からの水素放出用に
利用するようにしてなることを特徴とする水素製造装
置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、天然ガスや都市ガ
ス、あるいはＬＰガス等の炭化水素ガスを改質して水素
を製造するに際して、該改質ガス中の水素を水素吸蔵合
金により分離精製し且つ貯蔵するようにしてなる水素製
造装置に関し、また該水素製造装置を備えた燃料電池シ
ステム（装置）に関する。
ス、あるいはＬＰガス等の炭化水素ガスを改質して水素
を製造するに際して、該改質ガス中の水素を水素吸蔵合
金により分離精製し且つ貯蔵するようにしてなる水素製
造装置に関し、また該水素製造装置を備えた燃料電池シ
ステム（装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】水素ガスは不飽和結合への水素添加用、
酸水素炎用その他各種用途に供される基礎原料であり、
その工業的製造方法としては各種の方法が知られてい
る。このうち、天然ガスや都市ガス、あるいはＬＰガス
等を原料とする水蒸気改質法は、比較的豊富でクリーン
なガスを原料とするものであるため、燃料電池の水素ガ
ス燃料を得る手段として注目される。
酸水素炎用その他各種用途に供される基礎原料であり、
その工業的製造方法としては各種の方法が知られてい
る。このうち、天然ガスや都市ガス、あるいはＬＰガス
等を原料とする水蒸気改質法は、比較的豊富でクリーン
なガスを原料とするものであるため、燃料電池の水素ガ
ス燃料を得る手段として注目される。
【０００３】水蒸気改質法においては、原料ガスがメル
カプタンその他の形で硫黄（Ｓ）分を含む都市ガス等の
場合には、脱硫器でその原料ガス中に含まれる硫黄分を
除去した後、別途配置された水蒸気発生器からの水蒸気
を添加、混合して改質器へ導入され、水素を主成分とす
るガスへ改質される。なお、原料ガスが硫黄分を含まな
いか、既に除去されている場合には脱硫器は必要としな
い。
カプタンその他の形で硫黄（Ｓ）分を含む都市ガス等の
場合には、脱硫器でその原料ガス中に含まれる硫黄分を
除去した後、別途配置された水蒸気発生器からの水蒸気
を添加、混合して改質器へ導入され、水素を主成分とす
るガスへ改質される。なお、原料ガスが硫黄分を含まな
いか、既に除去されている場合には脱硫器は必要としな
い。
【０００４】改質器においては、Ｎｉ系、Ｒｕ系等の適
当な触媒が使用され、接触反応により改質される。改質
器には各種のタイプがあるが、図１はこの種の改質器を
模式的に示したもので、概略、燃焼部と改質部に分ける
ことができる。燃焼部では燃料ガスを空気により燃焼さ
せ、その熱（ΔＨ）が改質部に供給される。改質部では
６００〜８００℃程度という温度で水素を主成分とする
ガスに改質される。燃焼部からの燃焼排ガスは、改質器
自体の構造、規模、操作条件等の如何にもよるが、例え
ば２００〜３００℃程度という温度で排出され、改質ガ
スは４００〜５００℃程度という温度で排出される。
当な触媒が使用され、接触反応により改質される。改質
器には各種のタイプがあるが、図１はこの種の改質器を
模式的に示したもので、概略、燃焼部と改質部に分ける
ことができる。燃焼部では燃料ガスを空気により燃焼さ
せ、その熱（ΔＨ）が改質部に供給される。改質部では
６００〜８００℃程度という温度で水素を主成分とする
ガスに改質される。燃焼部からの燃焼排ガスは、改質器
自体の構造、規模、操作条件等の如何にもよるが、例え
ば２００〜３００℃程度という温度で排出され、改質ガ
スは４００〜５００℃程度という温度で排出される。
【０００５】原料ガスがＣＨ4 を主成分とするものであ
る場合の改質反応（ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ＝ＣＯ2＋４Ｈ2）で
は、生成改質ガス中に未反応水蒸気やＣＯ2 のほかに幾
分のＣＯガスが副生、随伴して含まれている。このため
改質器で生成される改質ガスは、この副生ＣＯガスをＣ
Ｏ2 へ変えて除去するためにＣＯ変成器にかけられる。
変成器中での反応（ＣＯ＋Ｈ2Ｏ＝ＣＯ2＋Ｈ2）で必要
なＨ2Ｏとしては改質器において未反応の残留水蒸気が
利用される。
る場合の改質反応（ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ＝ＣＯ2＋４Ｈ2）で
は、生成改質ガス中に未反応水蒸気やＣＯ2 のほかに幾
分のＣＯガスが副生、随伴して含まれている。このため
改質器で生成される改質ガスは、この副生ＣＯガスをＣ
Ｏ2 へ変えて除去するためにＣＯ変成器にかけられる。
変成器中での反応（ＣＯ＋Ｈ2Ｏ＝ＣＯ2＋Ｈ2）で必要
なＨ2Ｏとしては改質器において未反応の残留水蒸気が
利用される。
【０００６】ＣＯ変成器から出るガス中には、改質器か
ら出る改質ガス中のＣＯ量より少ないが、なおＣＯが含
まれている。このため、そのガスを例えば燃料電池にそ
のまま使用したのでは電池性能を阻害してしまう。例え
ば固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）での水素ガス中の
ＣＯは１００ｐｐｍが限度であり、これらを越えると電
池性能が著しく劣化する。このため、それらの成分は燃
料電池へ導入する前に除去する必要がある。その精製法
としては各種あり得るが、その例としてはＰＳＡ法、高
分子膜法、或いはＰｄ膜法などが考えられる。
ら出る改質ガス中のＣＯ量より少ないが、なおＣＯが含
まれている。このため、そのガスを例えば燃料電池にそ
のまま使用したのでは電池性能を阻害してしまう。例え
ば固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）での水素ガス中の
ＣＯは１００ｐｐｍが限度であり、これらを越えると電
池性能が著しく劣化する。このため、それらの成分は燃
料電池へ導入する前に除去する必要がある。その精製法
としては各種あり得るが、その例としてはＰＳＡ法、高
分子膜法、或いはＰｄ膜法などが考えられる。
【０００７】このうち、ＰＳＡ法の場合には、装置とし
ての設置スペースが大きく、また作動圧力も数ｋＧ〜５
０ｋＧ／ｃｍ2と云うような圧力を必要とすることなど
からコスト高となってしまう。また高分子膜法では、こ
の方法による１回の精製では９０％程度の水素濃度にし
かならず、作動圧力として数ｋＧ〜１５０ｋＧ／ｃｍ 2
と云うような圧力を要するだけでなく、分離後の水素圧
力が低下し、また使用膜に寿命がある。さらにＰｄ膜法
では、用いる分離膜自体高価であるばかりでなく、作動
温度として３００〜５００℃と云うような高温を必要と
するなどの諸問題点がある。しかもこれらの方法は、た
だ水素の精製のみを行い得るもので、需要に応じて所定
必要量を供給する貯蔵機能は有していない。
ての設置スペースが大きく、また作動圧力も数ｋＧ〜５
０ｋＧ／ｃｍ2と云うような圧力を必要とすることなど
からコスト高となってしまう。また高分子膜法では、こ
の方法による１回の精製では９０％程度の水素濃度にし
かならず、作動圧力として数ｋＧ〜１５０ｋＧ／ｃｍ 2
と云うような圧力を要するだけでなく、分離後の水素圧
力が低下し、また使用膜に寿命がある。さらにＰｄ膜法
では、用いる分離膜自体高価であるばかりでなく、作動
温度として３００〜５００℃と云うような高温を必要と
するなどの諸問題点がある。しかもこれらの方法は、た
だ水素の精製のみを行い得るもので、需要に応じて所定
必要量を供給する貯蔵機能は有していない。
【０００８】本発明者等は、水素吸蔵合金（Ｈｙｄｒｏ
ｇｅｎ Ｓｔｏｒａｇｅ Ａｌｌｏｙ、本明細書及び図
面中適宜「ＨＳＡ」と略称する）に着目し、これを利用
して、以上のような精製及び貯蔵の問題を一挙に解決し
てなる水素製造装置を先に開発している（特開平１１ー
１７６４６２号）。本水素吸蔵合金を使用した水素製造
装置においては、貯蔵された水素を放出させる時に水素
合金を加熱することでその放出が促進されるが、その一
態様例として、改質器の燃焼排ガスを使用して水素吸蔵
合金を加熱し、水素放出を促進している。
ｇｅｎ Ｓｔｏｒａｇｅ Ａｌｌｏｙ、本明細書及び図
面中適宜「ＨＳＡ」と略称する）に着目し、これを利用
して、以上のような精製及び貯蔵の問題を一挙に解決し
てなる水素製造装置を先に開発している（特開平１１ー
１７６４６２号）。本水素吸蔵合金を使用した水素製造
装置においては、貯蔵された水素を放出させる時に水素
合金を加熱することでその放出が促進されるが、その一
態様例として、改質器の燃焼排ガスを使用して水素吸蔵
合金を加熱し、水素放出を促進している。
【０００９】図２は上記一態様例を示す図である。２個
のＨＳＡ充填容器を用い、天然ガスや都市ガス等の炭化
水素ガスの改質器を常時連続運転しながら、水素（純水
素又それに近い水素）を断続的に放出して使用する。図
２中、Ａ及びＢはそれぞれＨＳＡ充填容器を示し、切換
弁１及び２を設けてある。なお改質器に続きＣＯ変成器
を用いる場合もあるが、この場合の記載は省略してい
る。
のＨＳＡ充填容器を用い、天然ガスや都市ガス等の炭化
水素ガスの改質器を常時連続運転しながら、水素（純水
素又それに近い水素）を断続的に放出して使用する。図
２中、Ａ及びＢはそれぞれＨＳＡ充填容器を示し、切換
弁１及び２を設けてある。なお改質器に続きＣＯ変成器
を用いる場合もあるが、この場合の記載は省略してい
る。
【００１０】図２のとおり、天然ガスや都市ガス等（硫
黄成分を含む都市ガスの場合には、必要に応じて適宜脱
硫して使用される）の原料ガスはＨＳＡ充填容器Ａで間
接熱交換し、改質ガスの精製・吸蔵中に発生する熱を吸
収した後（これを逆に云えばＨＳＡ充填容器Ａ内を冷却
した後）、改質用の水蒸気とともに改質器へ導入されて
水素を主成分とするガスに改質される。切換弁１は改質
ガスがＨＳＡ充填容器Ａへ流れるようにセットされてい
る。改質ガスはＨＳＡ充填容器Ａへ通され、ここで水素
が分離精製され且つ吸蔵される。
黄成分を含む都市ガスの場合には、必要に応じて適宜脱
硫して使用される）の原料ガスはＨＳＡ充填容器Ａで間
接熱交換し、改質ガスの精製・吸蔵中に発生する熱を吸
収した後（これを逆に云えばＨＳＡ充填容器Ａ内を冷却
した後）、改質用の水蒸気とともに改質器へ導入されて
水素を主成分とするガスに改質される。切換弁１は改質
ガスがＨＳＡ充填容器Ａへ流れるようにセットされてい
る。改質ガスはＨＳＡ充填容器Ａへ通され、ここで水素
が分離精製され且つ吸蔵される。
【００１１】一方、ＨＳＡ充填容器Ｂからは、既に上記
のようにして分離精製且つ吸蔵された水素が放出され
る。このため切換弁２はＨＳＡ充填容器Ａからの流動が
閉止されるようセットされている。水素の放出には加熱
が必要であるが、本例では改質器燃焼部からの排ガスの
熱を利用する。該排ガスの温度は通常２００〜３００℃
程度であり、ＨＳＡ充填容器Ｂ中のＨＳＡに熱（ΔＨ）
を付与して吸蔵純水素を放出させ、自らは冷却されて排
出される。放出の初期段階で出るオフガスは改質器燃焼
部への燃料ガス又は燃焼用空気に混入される。
のようにして分離精製且つ吸蔵された水素が放出され
る。このため切換弁２はＨＳＡ充填容器Ａからの流動が
閉止されるようセットされている。水素の放出には加熱
が必要であるが、本例では改質器燃焼部からの排ガスの
熱を利用する。該排ガスの温度は通常２００〜３００℃
程度であり、ＨＳＡ充填容器Ｂ中のＨＳＡに熱（ΔＨ）
を付与して吸蔵純水素を放出させ、自らは冷却されて排
出される。放出の初期段階で出るオフガスは改質器燃焼
部への燃料ガス又は燃焼用空気に混入される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な装置では、改質器が作動するタイミング（時期）と水
素を使用するタイミング（時期）とが一致する場合に
は、水素の放出に改質器燃焼部からの排ガスを利用でき
る。しかし、改質器が作動するタイミングと水素を使用
するタイミングとが必ずしも一致しない場合があり、例
えば水素使用時に改質器が作動していないとその放出に
燃焼部からの排ガスが利用できず、別途他の加熱源によ
り補うほかはなかった。また、燃焼部からの排ガスを貯
蔵することはできないため、水素の使用量が少ない時に
は、改質器からの排ガスの一部を無駄に捨てざるを得
ず、エネルギーロスとなってしまっていた。
な装置では、改質器が作動するタイミング（時期）と水
素を使用するタイミング（時期）とが一致する場合に
は、水素の放出に改質器燃焼部からの排ガスを利用でき
る。しかし、改質器が作動するタイミングと水素を使用
するタイミングとが必ずしも一致しない場合があり、例
えば水素使用時に改質器が作動していないとその放出に
燃焼部からの排ガスが利用できず、別途他の加熱源によ
り補うほかはなかった。また、燃焼部からの排ガスを貯
蔵することはできないため、水素の使用量が少ない時に
は、改質器からの排ガスの一部を無駄に捨てざるを得
ず、エネルギーロスとなってしまっていた。
【００１３】そこで、本発明においては、上記のような
水素製造装置をさらに改善し、改質器の運転中に排出さ
れる燃焼部からの排ガスをさらに有効に利用するように
することにより、改質器が作動するタイミングと水素を
使用するタイミングとが一致しない場合においても、常
時、排ガスの保有熱を利用して水素を需要に応じて所要
用途に供給できるようにしてなる水素製造装置を提供す
ることを目的とする。
水素製造装置をさらに改善し、改質器の運転中に排出さ
れる燃焼部からの排ガスをさらに有効に利用するように
することにより、改質器が作動するタイミングと水素を
使用するタイミングとが一致しない場合においても、常
時、排ガスの保有熱を利用して水素を需要に応じて所要
用途に供給できるようにしてなる水素製造装置を提供す
ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、炭化水素ガス
の改質器を運転させ、生成された水素ガスを主成分とす
る改質ガスを少なくとも２基以上のＨＳＡ充填容器に交
互に通して水素を分離精製し且つ吸蔵させるとともに、
改質器燃焼部からの排ガスを利用して温水発生手段によ
り温水を発生させ、該温水を既に水素を吸蔵したＨＳＡ
充填容器からの水素放出用に利用するようにしてなるこ
とを特徴とする水素製造装置を提供する。
の改質器を運転させ、生成された水素ガスを主成分とす
る改質ガスを少なくとも２基以上のＨＳＡ充填容器に交
互に通して水素を分離精製し且つ吸蔵させるとともに、
改質器燃焼部からの排ガスを利用して温水発生手段によ
り温水を発生させ、該温水を既に水素を吸蔵したＨＳＡ
充填容器からの水素放出用に利用するようにしてなるこ
とを特徴とする水素製造装置を提供する。
【００１５】また、本発明は、炭化水素ガスの改質器を
運転させ、生成された水素ガスを主成分とする改質ガス
を少なくとも２基以上のＨＳＡ充填容器に交互に通して
水素を分離精製し且つ吸蔵させるとともに、改質器改質
部からの改質ガスを利用して温水発生手段により温水を
発生させ、該温水を既に水素を吸蔵したＨＳＡ充填容器
からの水素放出用に利用するようにしてなることを特徴
とする水素製造装置を提供する。
運転させ、生成された水素ガスを主成分とする改質ガス
を少なくとも２基以上のＨＳＡ充填容器に交互に通して
水素を分離精製し且つ吸蔵させるとともに、改質器改質
部からの改質ガスを利用して温水発生手段により温水を
発生させ、該温水を既に水素を吸蔵したＨＳＡ充填容器
からの水素放出用に利用するようにしてなることを特徴
とする水素製造装置を提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の水素製造装置は、炭化水
素ガスの改質器を運転させ、生成された水素ガスを主成
分とする改質ガスを少なくとも２基以上のＨＳＡ充填容
器に交互に通して水素を分離精製し且つ吸蔵させるとと
もに、改質器燃焼部からの排ガスを利用して温水発生手
段により温水を発生させる。そして、該温水を既に水素
を吸蔵したＨＳＡ充填容器からの水素放出用に利用す
る。
素ガスの改質器を運転させ、生成された水素ガスを主成
分とする改質ガスを少なくとも２基以上のＨＳＡ充填容
器に交互に通して水素を分離精製し且つ吸蔵させるとと
もに、改質器燃焼部からの排ガスを利用して温水発生手
段により温水を発生させる。そして、該温水を既に水素
を吸蔵したＨＳＡ充填容器からの水素放出用に利用す
る。
【００１７】温水発生手段としては、改質器燃焼部から
の排ガスの熱を利用し、水を加熱して温水を発生させ得
る手段であれば使用できるが、その好ましい例としては
排熱ボイラ（該排ガスの熱により温水を発生させるボイ
ラ）を挙げることができる。本明細書中「排熱ボイラ」
とは、貯湯槽を有する排熱ボイラ（水管の非常に長い排
熱ボイラを含む）を意味する。排熱ボイラでは、改質器
燃焼部からの排ガスにより水を加熱することにより温水
を発生させる。排ガスによる水の加熱は、水を収容した
貯湯槽中に配置した管状等の熱交換器に排ガスを通す間
接熱交換によってもよく、排ガスを該水中に直接吹き込
む直接熱交換によってもよい。
の排ガスの熱を利用し、水を加熱して温水を発生させ得
る手段であれば使用できるが、その好ましい例としては
排熱ボイラ（該排ガスの熱により温水を発生させるボイ
ラ）を挙げることができる。本明細書中「排熱ボイラ」
とは、貯湯槽を有する排熱ボイラ（水管の非常に長い排
熱ボイラを含む）を意味する。排熱ボイラでは、改質器
燃焼部からの排ガスにより水を加熱することにより温水
を発生させる。排ガスによる水の加熱は、水を収容した
貯湯槽中に配置した管状等の熱交換器に排ガスを通す間
接熱交換によってもよく、排ガスを該水中に直接吹き込
む直接熱交換によってもよい。
【００１８】排熱ボイラには、さらに追焚き手段を設け
ておくことができる。追焚き手段としては好ましくはバ
ーナが用いられる。これによりＨＳＡ充填容器から水素
を放出する上で不足する熱量、例えば改質器燃焼部から
の排ガスだけでは熱量が不足の場合などにおいて、その
不足熱量を補うことができる。この場合、追焚き手段用
の燃料としては、改質器からの改質ガス、改質器燃焼部
へ供給する燃料ガス、あるいは改質器改質部へ供給する
原料ガスを使用することができる。これらガスは改質器
へ導入されるか、または改質器から排出されるガスであ
り、それぞれの配管から分岐させて使用できるので非常
に簡便に利用できる。
ておくことができる。追焚き手段としては好ましくはバ
ーナが用いられる。これによりＨＳＡ充填容器から水素
を放出する上で不足する熱量、例えば改質器燃焼部から
の排ガスだけでは熱量が不足の場合などにおいて、その
不足熱量を補うことができる。この場合、追焚き手段用
の燃料としては、改質器からの改質ガス、改質器燃焼部
へ供給する燃料ガス、あるいは改質器改質部へ供給する
原料ガスを使用することができる。これらガスは改質器
へ導入されるか、または改質器から排出されるガスであ
り、それぞれの配管から分岐させて使用できるので非常
に簡便に利用できる。
【００１９】温水発生手段で発生させた温水を既に水素
を吸蔵したＨＳＡ充填容器からの水素の放出用に利用す
るが、その態様としては、排熱ボイラからの温水を導管
によりＨＳＡ充填容器内に配置した熱交換器に循環させ
ることにより行うことができる。
を吸蔵したＨＳＡ充填容器からの水素の放出用に利用す
るが、その態様としては、排熱ボイラからの温水を導管
によりＨＳＡ充填容器内に配置した熱交換器に循環させ
ることにより行うことができる。
【００２０】以上は改質器燃焼部からの排ガスを利用す
る場合であるが、改質器での改質反応は６００〜８００
℃程度という温度であり、そこから排出される改質ガス
は４００〜５００℃程度という温度である。そこで、本
発明においては、その改質ガスを利用して温水発生手段
により温水を発生させ、該温水を水素を吸蔵したＨＳＡ
充填容器からの水素放出用に利用する。
る場合であるが、改質器での改質反応は６００〜８００
℃程度という温度であり、そこから排出される改質ガス
は４００〜５００℃程度という温度である。そこで、本
発明においては、その改質ガスを利用して温水発生手段
により温水を発生させ、該温水を水素を吸蔵したＨＳＡ
充填容器からの水素放出用に利用する。
【００２１】改質ガスの利用態様としては、改質ガスを
改質器からＨＳＡ充填容器へ連なる導管から改質ガスを
分岐させ、貯湯槽中に配置した管状等の熱交換器に通す
間接熱交換により行うことができる。改質ガスは熱交換
後、改質器からＨＳＡ充填容器へ連なる導管に戻し、吸
蔵、精製中のＨＳＡ充填容器へ供給される。この場合、
熱交換後の改質ガスは貯湯槽中の水を加熱して自らは冷
却されているので、ＨＳＡ充填容器で吸蔵、精製に必要
な冷熱量を少なくすることができる。
改質器からＨＳＡ充填容器へ連なる導管から改質ガスを
分岐させ、貯湯槽中に配置した管状等の熱交換器に通す
間接熱交換により行うことができる。改質ガスは熱交換
後、改質器からＨＳＡ充填容器へ連なる導管に戻し、吸
蔵、精製中のＨＳＡ充填容器へ供給される。この場合、
熱交換後の改質ガスは貯湯槽中の水を加熱して自らは冷
却されているので、ＨＳＡ充填容器で吸蔵、精製に必要
な冷熱量を少なくすることができる。
【００２２】水素吸蔵合金には各種のものがあるが、本
発明における水素吸蔵合金としては水素含有ガスから水
素を選択的に吸蔵し、水素以外のガスは実質上吸蔵しな
い水素吸蔵合金であれば何れも使用される。その例とし
ては、例えばＴｉＦｅ0.9Ｍｎ0.1、Ｍｇ2Ｎｉ、ＣａＮ
ｉＳ、ＬａＮｉ5、ＬａＡｌ4.7Ｎｉ0.3、ＭｍＮｉ4.5Ａ
ｌ0.5（Ｍｍ＝ミッシュメタル）、ＭｍＮｉ4.15Ｆｅ
0.85（Ｍｍ＝ミッシュメタル）等を挙げることができ
る。これによって水素含有ガスから水素を分離精製且つ
吸蔵し、また貯蔵する。貯蔵された水素は温水により加
熱することで放出される。
発明における水素吸蔵合金としては水素含有ガスから水
素を選択的に吸蔵し、水素以外のガスは実質上吸蔵しな
い水素吸蔵合金であれば何れも使用される。その例とし
ては、例えばＴｉＦｅ0.9Ｍｎ0.1、Ｍｇ2Ｎｉ、ＣａＮ
ｉＳ、ＬａＮｉ5、ＬａＡｌ4.7Ｎｉ0.3、ＭｍＮｉ4.5Ａ
ｌ0.5（Ｍｍ＝ミッシュメタル）、ＭｍＮｉ4.15Ｆｅ
0.85（Ｍｍ＝ミッシュメタル）等を挙げることができ
る。これによって水素含有ガスから水素を分離精製且つ
吸蔵し、また貯蔵する。貯蔵された水素は温水により加
熱することで放出される。
【００２３】本発明における水素の分離精製且つ吸蔵
は、改質ガスをＨＳＡを充填した容器（ＨＳＡ充填容
器）に通すことにより行われる。これにはバッチ式と通
気式の２種の態様があるが、本発明はこれらいずれの態
様も適用される。バッチ式の場合は、ＨＳＡ充填容器の
出口を閉、すなわち行き止まりにして、原料ガスを連続
的に吸蔵させる。この時、ＨＳＡに水素が選択的に吸蔵
され、分離精製されるが、水素以外のガスは容器の空間
に滞留する。このためＨＳＡ充填容器には水素以外のガ
スを収容するための所定の空間が必要である。通気式の
場合は、ＨＳＡ充填容器に改質ガスを単純に流通させ、
容器から出てきたガスをオフガスとして前述のように利
用する。
は、改質ガスをＨＳＡを充填した容器（ＨＳＡ充填容
器）に通すことにより行われる。これにはバッチ式と通
気式の２種の態様があるが、本発明はこれらいずれの態
様も適用される。バッチ式の場合は、ＨＳＡ充填容器の
出口を閉、すなわち行き止まりにして、原料ガスを連続
的に吸蔵させる。この時、ＨＳＡに水素が選択的に吸蔵
され、分離精製されるが、水素以外のガスは容器の空間
に滞留する。このためＨＳＡ充填容器には水素以外のガ
スを収容するための所定の空間が必要である。通気式の
場合は、ＨＳＡ充填容器に改質ガスを単純に流通させ、
容器から出てきたガスをオフガスとして前述のように利
用する。
【００２４】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく
説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないこと
は勿論である。
説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないこと
は勿論である。
【００２５】《実施例１》図３〜５は、２個のＨＳＡ充
填容器を用い、天然ガスや都市ガス等の炭化水素ガスの
改質器を運転しながら、水素（純水素又それに近い水
素）を断続的に使用する例を示している。本実施例での
ＨＳＡ充填容器はバッチ式で操作される場合について示
しているが、通気式の場合についても同様である。図３
〜５中、Ａ及びＢはそれぞれＨＳＡ充填容器を示し、切
換弁１は改質ガス導入側切換弁、切換弁２は純水素導出
側切換弁、切換弁３は温水切換弁、切換弁４は都市ガス
等の原料ガス切換弁である。これら符号の意味は図６〜
７でも同じである。また、改質器に続きＣＯ変成器を用
いる場合もあるが、この場合の記載は省略している。
填容器を用い、天然ガスや都市ガス等の炭化水素ガスの
改質器を運転しながら、水素（純水素又それに近い水
素）を断続的に使用する例を示している。本実施例での
ＨＳＡ充填容器はバッチ式で操作される場合について示
しているが、通気式の場合についても同様である。図３
〜５中、Ａ及びＢはそれぞれＨＳＡ充填容器を示し、切
換弁１は改質ガス導入側切換弁、切換弁２は純水素導出
側切換弁、切換弁３は温水切換弁、切換弁４は都市ガス
等の原料ガス切換弁である。これら符号の意味は図６〜
７でも同じである。また、改質器に続きＣＯ変成器を用
いる場合もあるが、この場合の記載は省略している。
【００２６】以下、ＨＳＡ充填容器Ａが吸蔵・精製、Ｈ
ＳＡ充填容器Ｂが放出のケースについて説明する。な
お、このケースにおいて、操作中不使用の配管の記載は
図示を省略している。図４において、切換弁４は天然ガ
スや都市ガス等（硫黄成分を含む都市ガスの場合には、
必要に応じて適宜脱硫して使用される）の原料ガスがＨ
ＳＡ充填容器Ａに流れるようにセットされている。原料
ガスはＨＳＡ充填容器Ａで間接熱交換し、改質ガスの精
製・吸蔵中に発生する熱を吸収した後（これを逆に云え
ばＨＳＡ充填容器Ａ内を冷却した後）、改質用の水蒸気
とともに改質器へ導入されて水素を主成分とするガスに
改質される。切換弁１は改質ガスがＨＳＡ充填容器Ａへ
流れるようにセットされている。改質ガスはＨＳＡ充填
容器Ａへ通され、ここで水素が分離精製され且つ吸蔵さ
れる。一方、ＨＳＡ充填容器Ｂからは、既に上記のよう
にして分離精製且つ吸蔵された水素が放出される。この
ため切換弁２はＨＳＡ充填容器Ｂからの水素が流れ、Ｈ
ＳＡ充填容器Ａからの流動が閉止されるようセットされ
ている。
ＳＡ充填容器Ｂが放出のケースについて説明する。な
お、このケースにおいて、操作中不使用の配管の記載は
図示を省略している。図４において、切換弁４は天然ガ
スや都市ガス等（硫黄成分を含む都市ガスの場合には、
必要に応じて適宜脱硫して使用される）の原料ガスがＨ
ＳＡ充填容器Ａに流れるようにセットされている。原料
ガスはＨＳＡ充填容器Ａで間接熱交換し、改質ガスの精
製・吸蔵中に発生する熱を吸収した後（これを逆に云え
ばＨＳＡ充填容器Ａ内を冷却した後）、改質用の水蒸気
とともに改質器へ導入されて水素を主成分とするガスに
改質される。切換弁１は改質ガスがＨＳＡ充填容器Ａへ
流れるようにセットされている。改質ガスはＨＳＡ充填
容器Ａへ通され、ここで水素が分離精製され且つ吸蔵さ
れる。一方、ＨＳＡ充填容器Ｂからは、既に上記のよう
にして分離精製且つ吸蔵された水素が放出される。この
ため切換弁２はＨＳＡ充填容器Ｂからの水素が流れ、Ｈ
ＳＡ充填容器Ａからの流動が閉止されるようセットされ
ている。
【００２７】水素の放出には加熱が必要であるが、本例
では改質器燃焼部からの排ガスを利用して温水発生手段
により温水を発生させ、その温水をＨＳＡ充填容器Ｂ内
の熱交換器に循環させ、水素の放出に利用する。このた
め、図示のとおり、排熱ボイラが配置されている。改質
器燃焼部からの燃焼排ガスは排熱ボイラの貯湯槽中の熱
交換器に通され、ここで該槽中の水を加熱して温水とし
た後、排出される。なお、図３〜５では間接熱交換によ
り加熱する場合を示しているが、排ガスを直接吹き込む
ことで加熱するようにしてもよい。
では改質器燃焼部からの排ガスを利用して温水発生手段
により温水を発生させ、その温水をＨＳＡ充填容器Ｂ内
の熱交換器に循環させ、水素の放出に利用する。このた
め、図示のとおり、排熱ボイラが配置されている。改質
器燃焼部からの燃焼排ガスは排熱ボイラの貯湯槽中の熱
交換器に通され、ここで該槽中の水を加熱して温水とし
た後、排出される。なお、図３〜５では間接熱交換によ
り加熱する場合を示しているが、排ガスを直接吹き込む
ことで加熱するようにしてもよい。
【００２８】切換弁３は温水がＨＳＡ充填容器Ｂに流れ
るようにセットされている。温水は、ポンプＰによりＨ
ＳＡ充填容器Ｂに配置された熱交換器に供給され、ＨＳ
Ａ充填容器Ｂを加熱して水素を放出し、排熱ボイラへ循
環される。水素は需要に応じて放出するので、ポンプＰ
はその時点で駆動される。排熱ボイラの貯湯槽中の水
は、改質器の作動中、その燃焼部からの排ガスにより加
熱されて温水となっているので、水素の需要に応じて、
該槽中の温水を水素吸蔵済みのＨＳＡ充填容器Ｂに循環
して水素を放出させることができる。
るようにセットされている。温水は、ポンプＰによりＨ
ＳＡ充填容器Ｂに配置された熱交換器に供給され、ＨＳ
Ａ充填容器Ｂを加熱して水素を放出し、排熱ボイラへ循
環される。水素は需要に応じて放出するので、ポンプＰ
はその時点で駆動される。排熱ボイラの貯湯槽中の水
は、改質器の作動中、その燃焼部からの排ガスにより加
熱されて温水となっているので、水素の需要に応じて、
該槽中の温水を水素吸蔵済みのＨＳＡ充填容器Ｂに循環
して水素を放出させることができる。
【００２９】次に、ＨＳＡ充填容器Ｂが吸蔵・精製、Ｈ
ＳＡ充填容器Ａが放出のケースについて説明する。な
お、このケースにおいて、操作中不使用の配管の記載は
図示を省略している。図５において、切換弁４は原料ガ
スがＨＳＡ充填容器Ｂに流れるようにセットされてい
る。原料ガスはＨＳＡ充填容器Ｂで間接熱交換し、改質
ガスの精製・吸蔵中に発生する熱を吸収した後（これを
逆に云えばＨＳＡ充填容器Ｂ内を冷却した後）、改質用
の水蒸気とともに改質器へ導入されて水素を主成分とす
るガスに改質される。切換弁１は改質ガスがＨＳＡ充填
容器Ｂへ流れるようにセットされている。改質ガスはＨ
ＳＡ充填容器Ｂへ通され、ここで水素が分離精製され且
つ吸蔵される。一方、ＨＳＡ充填容器Ａからは、既に上
記のようにして分離精製且つ吸蔵された水素が放出され
る。このため切換弁２はＨＳＡ充填容器Ａからの水素が
流れ、ＨＳＡ充填容器Ｂからの流動が閉止されるようセ
ットされている。
ＳＡ充填容器Ａが放出のケースについて説明する。な
お、このケースにおいて、操作中不使用の配管の記載は
図示を省略している。図５において、切換弁４は原料ガ
スがＨＳＡ充填容器Ｂに流れるようにセットされてい
る。原料ガスはＨＳＡ充填容器Ｂで間接熱交換し、改質
ガスの精製・吸蔵中に発生する熱を吸収した後（これを
逆に云えばＨＳＡ充填容器Ｂ内を冷却した後）、改質用
の水蒸気とともに改質器へ導入されて水素を主成分とす
るガスに改質される。切換弁１は改質ガスがＨＳＡ充填
容器Ｂへ流れるようにセットされている。改質ガスはＨ
ＳＡ充填容器Ｂへ通され、ここで水素が分離精製され且
つ吸蔵される。一方、ＨＳＡ充填容器Ａからは、既に上
記のようにして分離精製且つ吸蔵された水素が放出され
る。このため切換弁２はＨＳＡ充填容器Ａからの水素が
流れ、ＨＳＡ充填容器Ｂからの流動が閉止されるようセ
ットされている。
【００３０】水素の放出には加熱が必要であるが、本例
では改質器燃焼部からの排ガスを利用して温水発生手段
により温水を発生させ、その温水をＨＳＡ充填容器Ａ内
の熱交換器に循環させ、水素の放出に利用する。このた
め、図示のとおり、排熱ボイラが配置されている。改質
器燃焼部からの燃焼排ガスは排熱ボイラの貯湯槽中の熱
交換器に通され、ここで該槽中の水を加熱して温水とし
た後、排出される。
では改質器燃焼部からの排ガスを利用して温水発生手段
により温水を発生させ、その温水をＨＳＡ充填容器Ａ内
の熱交換器に循環させ、水素の放出に利用する。このた
め、図示のとおり、排熱ボイラが配置されている。改質
器燃焼部からの燃焼排ガスは排熱ボイラの貯湯槽中の熱
交換器に通され、ここで該槽中の水を加熱して温水とし
た後、排出される。
【００３１】切換弁３は温水がＨＳＡ充填容器Ａに流れ
るようにセットされている。温水は、ポンプＰによりＨ
ＳＡ充填容器Ａに配置された熱交換器に供給され、ＨＳ
Ａ充填容器Ａを加熱して水素を放出し、排熱ボイラへ循
環される。水素は需要に応じて放出するので、ポンプＰ
はその時点で駆動される。排熱ボイラ中の水は、改質器
の作動中、その燃焼部からの排ガスにより加熱されて温
水となっているので、水素の需要に応じて、排熱ボイラ
の貯湯槽中の温水を水素吸蔵済みのＨＳＡ充填容器Ａに
循環して水素を放出させることができる。
るようにセットされている。温水は、ポンプＰによりＨ
ＳＡ充填容器Ａに配置された熱交換器に供給され、ＨＳ
Ａ充填容器Ａを加熱して水素を放出し、排熱ボイラへ循
環される。水素は需要に応じて放出するので、ポンプＰ
はその時点で駆動される。排熱ボイラ中の水は、改質器
の作動中、その燃焼部からの排ガスにより加熱されて温
水となっているので、水素の需要に応じて、排熱ボイラ
の貯湯槽中の温水を水素吸蔵済みのＨＳＡ充填容器Ａに
循環して水素を放出させることができる。
【００３２】《実施例２》実施例１は温水の発生に改質
器燃焼部からの排ガスを利用する場合であるが、温水の
熱量だけでは水素の放出に必要な熱量が温水の熱量では
不足する場合がある。本例はこのような場合に対処でき
るようにした例である。図６は本例を示す図で、実施例
１の排熱ボイラに追焚き手段としてバーナを設ける。本
例では、バーナでの燃料ガスとして改質器改質部からの
改質ガスを分岐させて使用しているが、燃焼部へ供給す
る燃料ガスを分岐させて使用してもよく、改質ガスの精
製、貯蔵中のＨＳＡ充填容器から排出されるオフガスを
使用してもよい。
器燃焼部からの排ガスを利用する場合であるが、温水の
熱量だけでは水素の放出に必要な熱量が温水の熱量では
不足する場合がある。本例はこのような場合に対処でき
るようにした例である。図６は本例を示す図で、実施例
１の排熱ボイラに追焚き手段としてバーナを設ける。本
例では、バーナでの燃料ガスとして改質器改質部からの
改質ガスを分岐させて使用しているが、燃焼部へ供給す
る燃料ガスを分岐させて使用してもよく、改質ガスの精
製、貯蔵中のＨＳＡ充填容器から排出されるオフガスを
使用してもよい。
【００３３】本例の追焚き用バーナは、改質器の作動時
でも、排ガスで加熱された温水の熱量では水素放出に必
要な熱量が不足する場合や、改質器の停止時に、予め水
素を吸蔵したＨＳＡ充填容器から水素を放出する際に、
排熱ボイラの温水の保有熱だけでは不足する場合などに
適用できる。ＨＳＡ充填容器Ａが吸蔵・精製、ＨＳＡ充
填容器Ｂが放出のケース、またＨＳＡ充填容器Ｂが吸蔵
・精製、ＨＳＡ充填容器Ａが放出のケースにおける操作
は実施例１と同様である。
でも、排ガスで加熱された温水の熱量では水素放出に必
要な熱量が不足する場合や、改質器の停止時に、予め水
素を吸蔵したＨＳＡ充填容器から水素を放出する際に、
排熱ボイラの温水の保有熱だけでは不足する場合などに
適用できる。ＨＳＡ充填容器Ａが吸蔵・精製、ＨＳＡ充
填容器Ｂが放出のケース、またＨＳＡ充填容器Ｂが吸蔵
・精製、ＨＳＡ充填容器Ａが放出のケースにおける操作
は実施例１と同様である。
【００３４】《実施例３》本例は、改質器から排出され
る改質ガスを利用して温水発生手段である排熱ボイラで
温水を発生させ、該温水を水素を吸蔵したＨＳＡ充填容
器からの水素放出用に利用する例である。改質ガスは４
００〜５００℃程度という温度であるので、これを排熱
ボイラに供給して温水を発生させる。本例では、改質器
からＨＳＡ充填容器へ連なる導管から改質ガスを分岐さ
せ、貯湯槽中に配置した管状等の熱交換器からなる排熱
ボイラに通す間接熱交換により温水を発生させる。
る改質ガスを利用して温水発生手段である排熱ボイラで
温水を発生させ、該温水を水素を吸蔵したＨＳＡ充填容
器からの水素放出用に利用する例である。改質ガスは４
００〜５００℃程度という温度であるので、これを排熱
ボイラに供給して温水を発生させる。本例では、改質器
からＨＳＡ充填容器へ連なる導管から改質ガスを分岐さ
せ、貯湯槽中に配置した管状等の熱交換器からなる排熱
ボイラに通す間接熱交換により温水を発生させる。
【００３５】改質ガスは熱交換後、改質器からＨＳＡ充
填容器へ連なる導管に戻し、吸蔵、精製中のＨＳＡ充填
容器へ供給される。熱交換後の改質ガスは貯湯槽中の水
を加熱して自らは冷却されているので、ＨＳＡ充填容器
で吸蔵、精製に必要な冷熱量を少なくすることができ
る。ＨＳＡ充填容器Ａが吸蔵・精製、ＨＳＡ充填容器Ｂ
が放出のケース、またＨＳＡ充填容器Ｂが吸蔵・精製、
ＨＳＡ充填容器Ａが放出のケースにおける操作は実施例
１と同様である。本例は、燃焼部からの排ガスで加熱さ
れた温水の熱量では水素放出に必要な熱量が不足する場
合などにおける補助として適用するようにしてもよい。
填容器へ連なる導管に戻し、吸蔵、精製中のＨＳＡ充填
容器へ供給される。熱交換後の改質ガスは貯湯槽中の水
を加熱して自らは冷却されているので、ＨＳＡ充填容器
で吸蔵、精製に必要な冷熱量を少なくすることができ
る。ＨＳＡ充填容器Ａが吸蔵・精製、ＨＳＡ充填容器Ｂ
が放出のケース、またＨＳＡ充填容器Ｂが吸蔵・精製、
ＨＳＡ充填容器Ａが放出のケースにおける操作は実施例
１と同様である。本例は、燃焼部からの排ガスで加熱さ
れた温水の熱量では水素放出に必要な熱量が不足する場
合などにおける補助として適用するようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、改質器の運転中に排出
される燃焼部からの排ガスを有効に利用することによ
り、改質器が作動するタイミングと水素を使用するタイ
ミングとが一致しない場合においても、常時、排ガスの
保有熱を利用して水素を需要に応じて所要用途に供給で
きるようにすることができる。
される燃焼部からの排ガスを有効に利用することによ
り、改質器が作動するタイミングと水素を使用するタイ
ミングとが一致しない場合においても、常時、排ガスの
保有熱を利用して水素を需要に応じて所要用途に供給で
きるようにすることができる。
【図１】水蒸気改質システムの一例を模式的に示す図。
【図２】先に開発した発明における一態様例を示す図。
【図３】本発明の実施例１を示す図。
【図４】本発明の実施例１を示す図。
【図５】本発明の実施例１を示す図。
【図６】本発明の実施例２を示す図。
【図７】本発明の実施例３を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大塚 真志 東京都港区海岸一丁目５番20号 東京瓦斯 株式会社内 Ｆターム(参考） 4G040 EA03 EA06 EB03 EB14 EB44 FA02 FC02 FD04 FE01 4G140 EA03 EA06 EB03 EB14 EB44 FA02 FC02 FD04 FE01 5H026 AA06 5H027 AA02 BA01 BA14 BA16 BA17 DD06
Claims (9)
- 【請求項１】炭化水素ガスの改質器を運転させ、生成さ
れた水素ガスを主成分とする改質ガスを少なくとも２基
以上のＨＳＡ充填容器に交互に通して水素を分離精製し
且つ吸蔵させるとともに、改質器燃焼部からの排ガスを
利用して温水発生手段により温水を発生させ、該温水を
既に水素を吸蔵したＨＳＡ充填容器からの水素放出用に
利用するようにしてなることを特徴とする水素製造装
置。 - 【請求項２】前記温水発生手段として排熱ボイラを使用
することを特徴とする請求項１に記載の水素製造装置。 - 【請求項３】前記排熱ボイラが追焚き手段を有する排熱
ボイラであることを特徴とする請求項２に記載の水素製
造装置。 - 【請求項４】前記排熱ボイラの追焚き手段用の燃料とし
て炭化水素ガスを使用することを特徴とする請求項３に
記載の水素製造装置。 - 【請求項５】前記排熱ボイラの追焚き手段用の燃料とし
て改質器改質部からの改質ガスを使用することを特徴と
する請求項３に記載の水素製造装置。 - 【請求項６】前記排熱ボイラの追焚き手段用の燃料とし
て改質ガスを吸蔵、精製中のＨＳＡ充填容器から排出さ
れるオフガスを使用することを特徴とする請求項３に記
載の水素製造装置。 - 【請求項７】前記排熱ボイラの追焚き手段用の燃料とし
て炭化水素ガス、改質器改質部からの改質ガス、
改質ガスを吸蔵、精製中のＨＳＡ充填容器から排出され
るオフガスのうちの２種以上を併用することを特徴とす
る請求項３に記載の水素製造装置。 - 【請求項８】炭化水素ガスの改質器を運転させ、生成さ
れた水素ガスを主成分とする改質ガスを少なくとも２基
以上のＨＳＡ充填容器に交互に通して水素を分離精製し
且つ吸蔵させるとともに、改質器改質部からの改質ガス
を利用して温水発生手段により温水を発生させ、該温水
を既に水素を吸蔵したＨＳＡ充填容器からの水素放出用
に利用するようにしてなることを特徴とする水素製造装
置。 - 【請求項９】燃料である水素を製造する請求項１〜８の
いずれかの水素製造装置を備えてなることを特徴とする
燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000370474A JP4592937B2 (ja) | 2000-12-05 | 2000-12-05 | 水素製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000370474A JP4592937B2 (ja) | 2000-12-05 | 2000-12-05 | 水素製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002173305A true JP2002173305A (ja) | 2002-06-21 |
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Family
ID=18840367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP4592937B2 (ja) |
Cited By (2)
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| JP2006342014A (ja) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Kobe Steel Ltd | 高純度水素製造方法 |
| JP2010254485A (ja) * | 2009-04-21 | 2010-11-11 | Kurimoto Ltd | 電動車椅子、電動カートの水素ボンベへの水素製造充填装置 |
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| JPH11176462A (ja) * | 1997-12-11 | 1999-07-02 | Tokyo Gas Co Ltd | ピークカット型燃料電池システム |
| JP2000095505A (ja) * | 1998-09-18 | 2000-04-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水素の製造方法及び製造装置 |
-
2000
- 2000-12-05 JP JP2000370474A patent/JP4592937B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4592937B2 (ja) | 2010-12-08 |
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