JP6764384B2 - 水素製造装置 - Google Patents
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Description
多重筒型改質器12は、図2に示されるように、多重に配置された複数の筒状壁21、22、23、24を有している。複数の筒状壁21、22、23、24は、例えば円筒状や楕円筒状に形成される。複数の筒状壁21、22、23、24のうち内側から一番目の筒状壁21の内部には、燃焼室25が形成されており、この燃焼室25の上部には、バーナ26が下向きに配置されている。このバーナ26には、補給管38から水素精製器90のオフガスが燃料として供給される。多重筒型改質器12は、改質器の一例である。さらに、この燃焼室25の上端部には、空気供給部18(図1参照)から燃焼用空気を供給するための空気供給管40が接続されている。バーナ26には、さらに都市ガスが原料供給管33から分岐された原料分岐管33Aが接続されている。原料分岐管33Aには、空気供給管40から分岐された空気分岐管40Aが接続されている。バーナ26には、都市ガスに空気が混合された気体が、オフガスとは別に供給される。燃焼用のオフガスと都市ガスは、いずれか一方、または両方が、必要に応じて供給される。
昇圧前水分離部50は、図3に示されるように、上部が気体室52とされ、下部が液体室54とされている。気体室52には、改質ガス排出管44の下流端が接続されている。また、気体室52には、連絡流路管56の上流端が接続されている。液体室54の底部には、水回収管59が接続されている。改質ガスG1は、昇圧前水分離部50の上流に配置された熱交換器HE1での冷却水との熱交換による冷却によって水が凝縮されて分離される。分離された水は、液体室54を経て水回収管59へ送出される。
圧縮機80には、昇圧前水分離部50からの改質ガスG2が流れる連絡流路管56と、昇圧後水分離部60へ供給される改質ガスG2が流れる連絡流路管66とが接続されている。圧縮機80は、昇圧前水分離部50から供給された大気圧の改質ガスをポンプで圧縮し、昇圧後水分離部60へ供給する。
昇圧後水分離部60は、上部が気体室62とされ、下部が液体室64とされている。気体室62には、連絡流路管66の下流端が接続されている。また、気体室62には、連絡流路管68の上流端が接続されている。液体室64の底部には、水回収管69が接続されている。改質ガスG2は、昇圧後水分離部60の上流に配置された熱交換器HE2での冷却水との熱交換による冷却によって水が凝縮されて分離される。分離された水は、液体室64を経て水回収管69へ送出される。
第2バッファタンク86は、連絡流路管68の昇圧後水分離部60の下流側、且つ水素精製器90の上流側に設けられている。第2バッファタンク86は、内部に所定量の改質ガスG3を一時貯留するための空間を有しており、圧縮機80から送出された改質ガスG3の圧力の脈動を抑制する。
水素精製器90には、昇圧後水分離部60からの改質ガスG3が流れる連絡流路管68の下流端と、多重筒型改質器12へ供給される水素精製器90のオフガスが流れる補給管38の上流端とが接続されている。水素精製器90には、一例として、PSA装置が使用されている。この水素精製器90が改質ガスを不純物と水素とに分離することで、水素が精製される。精製された水素は、水素供給配管92へ送出され、不図示のタンクへ貯留されたり、水素供給ラインへ送られたりする。
圧縮ガス戻し路100は、他端100Aが、連絡流路管56の第1バッファタンク88の上流側、且つ昇圧前水分離部50の下流側に接続されている。また、圧縮ガス戻し路100は、一端100Bが連絡流路管68の第2バッファタンク86の下流側、且つ水素精製器90の上流側に接続されている。
圧縮ガス戻し路100には、流量調整部102が設けられている。流量調整部102は、開度の調整が可能なバルブで構成されており、圧力センサ88Aと接続されている。流量調整部102は、圧力センサ88Aで検出された第1バッファタンク88内の圧力に基づいて、当該第1バッファタンク88内の圧力が一定になるように、開度を変えることにより圧縮ガス戻し路100を流通する改質ガスの流量を調整する。
燃焼排ガス水分離部70は、上部が気体室72とされ、下部が液体室74とされている。気体室72には、ガス排出管28の下流端が接続されている。また、気体室72には、外部排出管76が接続されている。液体室74の底部には、水回収管78が接続されている。燃焼室25からは、燃焼排ガスが排出され、燃焼排ガスは、燃焼排ガス水分離部70の上流に配置された熱交換器HE3での冷却水との熱交換による冷却によって水が凝縮されて分離される。分離された水は、液体室74を経て水回収管78へ送出される。水が分離された後の燃焼排ガスは、外部排出管76から外部へ排出される。
改質用水供給部30には、水回収管59、水回収管69、水回収管78の各々の下流端が接続されている。また、改質用水供給部30には、改質用水供給管34の上流端が接続されている。改質用水供給管34には、溶存イオン成分を除去するための水処理器(イオン交換樹脂)34Aが設けられている。また、改質用水供給部30には、外部水供給管17Aを介して外部水供給部17が接続されている。外部水供給部17から改質用水供給部30へは、外部水供給管17Aを介して外部の水供給源から、例えば純水または市水が供給される。市水を使用する場合、外部から供給する水が減るので、水処理器34Aの負荷が減り、水処理器34Aの長寿命化または小サイズ化を図ることができる。
次に、水素製造装置10の作用について説明する。
12 多重筒型改質器(改質器)
34 改質用水供給管(水戻し路)
50 昇圧前水分離部
60 昇圧後水分離部
80 圧縮機
88 第1バッファタンク
86 第2バッファタンク
90 水素精製器
100 圧縮ガス戻し路
102 流量調整部
Claims (4)
- 炭化水素原料を水蒸気改質して水素を主成分とした改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器で生成された改質ガスを圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された前記改質ガスを不純物と水素とに分離して水素を精製する水素精製器と、
前記改質器の下流側且つ前記圧縮機の上流側で前記改質ガスから水を分離する昇圧前水分離部と、
前記圧縮機の下流側且つ前記水素精製器の上流側で前記改質ガスから水を分離する昇圧後水分離部と、
前記昇圧後水分離部の下流側且つ前記水素精製器の上流側に一端が接続され、前記改質器の下流側且つ前記圧縮機の上流側に他端が接続され、前記圧縮機で圧縮された前記改質ガスの一部を前記圧縮機の上流側へ戻す圧縮ガス戻し路と、
前記圧縮ガス戻し路に設けられ、前記改質器から送出される改質ガスの流量に応じて前記圧縮ガス戻し路を流通する前記改質ガスの流量を調整する流量調整部と、
を備えた水素製造装置。 - 前記圧縮ガス戻し路の他端の下流側、且つ前記圧縮機の上流側に、第1バッファタンクが設けられている、請求項1に記載の水素製造装置。
- 前記圧縮ガス戻し路の一端の上流側、且つ前記圧縮機の下流側に、第2バッファタンクが設けられている、請求項1または請求項2に記載の水素製造装置。
- 前記昇圧前水分離部及び前記昇圧後水分離部で分離された水の少なくとも一方を改質水として前記改質器へ戻す水戻し路、をさらに備えた、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の水素製造装置。
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