WO2023026767A1 - 水素製造システム - Google Patents
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Definitions
- the hydrogen production system includes: a hydrogen compound member; a first container; a second container having an internal temperature lower than the internal temperature of the first container; and a water supply device for supplying water to the interior of the container, wherein the hydrogen compound member stored in the first container can be moved into the second container and the hydrogen compound stored in the second container.
- the member is configured to be movable into the first container.
- FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of the power generation system 120 including the heat generation source 19.
- the power generation system 120 has a gas turbine 121 and a generator 122 .
- the gas turbine 121 the air compressed by the compressor 121a is supplied to the combustor 121b to burn the fuel, and the turbine 121c is driven by the combustion gas generated by the combustion of the fuel.
- the generator 122 is driven by the turbine 121c to generate power.
- a portion of the exhaust gas from the turbine 121c may be supplied to the hydrogen production system 1 via the heating fluid line 20, or the fluid heated by exchanging heat with the exhaust gas in a heat exchanger (not shown) may be used as the heating fluid. It may be supplied to the hydrogen production system 1 via line 20 .
- the first container 2 has inlets 2c and 2d that open at positions facing each other.
- the second container 3, the third container 44 and the fourth container 45 are also provided with inlets 3c, 44c and 45c and outlets 3d, 44d and 45d, respectively, which open at positions facing each other.
- the outlet 2d of the first container 2 and the inlet 44c of the third container 44 are connected, the outlet 44d of the third container 44 and the inlet 3c of the second container 3 are connected, the outlet 3d of the second container 3 and the fourth container 3 are connected.
- the inlet 45c of the container 45 is connected. 7 and 8, the outlet 45d of the fourth container 45 is configured to communicate with the inlet 2c of the first container 2 via a path (not shown).
- the hydrogen compound member 4 is preferably cooled to a temperature of less than about 150°C, preferably about 80°C or more and less than about 150°C.
- Gas, mainly hydrogen, flowing out from the third container 44 flows through the first purge line 61 and is supplied to the storage tank 16 .
- Moisture contained in the gas is trapped in the tank 63 while the gas is flowing through the first purge line 61 .
- the surge tank 64 can regulate the gas flow.
- a recovery line is provided in the hydrogen compound member moving from the second container to the first container. It can be reused in the first container by supplying dust or the like through the .
- Said cartridge (50) installed in said second container (3) is movable to be installed in said fourth container (45) and said cartridge (50) installed in said fourth container (45) ) is movably configured to be placed in said first container (2)
- Said hydrogen production system (1) comprises a second purge line (72) through which gas in said fourth vessel (45) is purged.
- the heat of the gas flowing through the extraction line can be effectively used to heat the water supplied to the second container, so the thermal efficiency of the entire hydrogen production system can be improved.
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Abstract
水素製造システムは、水素化合物部材と、第１容器と、内部の温度が第１容器の内部の温度よりも低い第２容器と、第２容器内に水を供給する水供給装置とを備え、第１容器内に収容される水素化合物部材を第２容器内に移動可能であるとともに第２容器内に収容される水素化合物部材を第１容器内に移動可能に構成されている。
Description
本開示は、水素製造システムに関する。
本願は、２０２１年８月２４日に日本国特許庁に出願された特願２０２１－１３６４０５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０２１年８月２４日に日本国特許庁に出願された特願２０２１－１３６４０５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
特許文献１には、１５０～２００℃に加熱することにより水素を放出する二次元水素化ホウ素シートが記載されている。水素は反応性が高く爆発性があるため、常温でも水素を簡便に発生させることができる方法として、特許文献１には、二次元水素化ホウ素シートに光を照射することにより水素を発生させることが記載されている。
加熱又は光の照射のいずれにおいても、二次元水素化ホウ素シートから放出された水素を適切に回収するためには、密閉容器に収容された二次元水素化ホウ素シートから水素を放出させ、放出された水素を容器から流出させる必要がある。そうすると、加熱によって水素を放出させる場合には、二次元水素化ホウ素シートだけではなく容器も一緒に加熱されることから、加熱の際に容器の熱容量に相当する余計な熱量が必要になるので、熱効率が低下し、水素を製造するコストが低下するといった課題があった。
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、水素の製造コストを改善できる水素製造システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本開示に係る水素製造システムは、水素化合物部材と、第１容器と、内部の温度が前記第１容器の内部の温度よりも低い第２容器と、前記第２容器内に水を供給する水供給装置とを備え、前記第１容器内に収容される前記水素化合物部材を前記第２容器内に移動可能であるとともに前記第２容器内に収容される前記水素化合物部材を前記第１容器内に移動可能に構成されている。
本開示の水素製造システムによれば、温度の高い第１容器内で水素化合物部材から水素を放出した後、温度の低い第２容器内に水素化合物部材を移動させて水素化合物部材に水素を貯蔵させて、水素を貯蔵させた水素化合物部材を再び第１容器内に移動させることができる。このような動作により、水素化合物部材の温度のみを上下させればよく、水素化合物部材を収容する第１容器及び第２容器の温度変化を可能な限り抑制することができるので、熱効率を向上することができ、その結果、水素の製造コストを改善することができる。
以下、本開示の実施形態による水素製造システムについて、図面に基づいて説明する。以下で説明する実施形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
（実施形態１）
＜本開示の実施形態１に係る水素製造システムの構成＞
図１に示されるように、本開示の実施形態１に係る水素製造システム１は、第１容器２と第２容器３とを備えている。第１容器２及び第２容器３は、水素化合物部材４を収容可能なように構成されている。第１容器２及び第２容器３のいずれか又は両方の内部は、第１容器２及び第２容器３の内部における水素化合物部材４の移動経路が長くなるように、例えば、第１容器２及び第２容器３の内部において水素化合物部材４が上下動を繰り返しながら移動可能なように、ラビリンス構造（２ｅ，３ｅ）となるように構成されていてもよい。
＜本開示の実施形態１に係る水素製造システムの構成＞
図１に示されるように、本開示の実施形態１に係る水素製造システム１は、第１容器２と第２容器３とを備えている。第１容器２及び第２容器３は、水素化合物部材４を収容可能なように構成されている。第１容器２及び第２容器３のいずれか又は両方の内部は、第１容器２及び第２容器３の内部における水素化合物部材４の移動経路が長くなるように、例えば、第１容器２及び第２容器３の内部において水素化合物部材４が上下動を繰り返しながら移動可能なように、ラビリンス構造（２ｅ，３ｅ）となるように構成されていてもよい。
水素化合物部材４は、水素（Ｈ）以外の元素をＸとしたときに、化学式ＸｍＨｎで表される水素化合物の二次元的な配列を含有する粉体物が粒子状の担体、例えばビーズに担持された構成を有している。化学量論比ｍ：ｎは１：１～３：４（例えば、ＸＨ、ＸＨ２、ＸＨ３、ＸＨ４、Ｘ２Ｈ３、Ｘ３Ｈ４）である。限定はしないが、元素Ｘは例えばホウ素（Ｂ）である。
第１容器２には、水素化合物部材４を第１容器２の内部に供給する供給口２ａと、第１容器２の内部に収容された水素化合物部材４を流出させる流出口２ｂとが設けられている。第２容器３には、水素化合物部材４を第２容器３の内部に供給する供給口３ａと、第２容器３の内部に収容された水素化合物部材４を流出させる流出口３ｂとが設けられている。流出口２ｂと供給口３ａとを連通するように第１経路５が設けられ、流出口３ｂと供給口２ａとを連通するように第２経路６が設けられている。
後述する動作で説明するように、第１経路５を介して水素化合物部材４が第１容器２から第２容器３へ移動し、第２経路６を介して水素化合物部材４が第２容器３から第１容器２へ移動する。このため、第１経路５及び第２経路６のそれぞれには、粒子状物質である水素化合物部材４を移動させるための装置が設けられる。このような装置の構成については特に限定はしないが、例えば、粉体フィーダ―をこのような装置として第１経路５及び第２経路６のそれぞれに設けることができる。
第１経路５には、第１経路５を移動中の水素化合物部材４を冷却するための第１熱交換器７が設けられている。また、第２経路６には、第２経路６を移動中の水素化合物部材４を加熱するための第２熱交換器８が設けられている。第１熱交換器７及び第２熱交換器８のそれぞれにおいて水素化合物部材４と熱交換する熱媒体を共通化することができる。熱媒体を共通化させた構成では、熱媒体が第１熱交換器７と第２熱交換器８との間を循環する循環ライン９が設けられ、循環ライン９を熱媒体が循環するように、循環ライン９にポンプ１０が設けられている。
第１容器２には、一端が第１容器２の下部、好ましくは底部に接続されるとともに他端が第１容器２の上部、好ましくは頂部に接続されるガス循環ライン１１が設けられている。後述する動作で説明するように、第１容器２に収容された水素化合物部材４から水素が放出されることから、ガス循環ライン１１を流通するガスは、水素を含むガスである。ガス循環ライン１１には、ガスを昇圧するための圧縮機１２と、ガス循環ライン１１を循環するガスを加熱するための第３熱交換器１３とが設けられている。第３熱交換器１３においてガス循環ライン１１を循環するガスと熱交換する流体は、熱発生源１９で生じた熱を吸収した流体又は熱発生源１９で生じた熱で加熱された流体である。熱発生源１９の具体的な構成については後述する。このような流体が流通する加熱流体ライン２０は、熱発生源１９から第３熱交換器１３を通過するように延びている。
また、ガス循環ライン１１を循環するガスの一部を抜き出すために、ガス循環ライン１１から抜き出しライン１５が分岐している。抜き出しライン１５が分岐する位置は特に限定しないが、例えば圧縮機１２と第３熱交換器１３との間とすることができる。抜き出しライン１５は、ガス循環ライン１１から抜き出されたガス、主成分を水素とするガスを貯蔵するための貯蔵タンク１６に接続されている。
さらに、ガス循環ライン１１には、第１容器２から流出したガスから固形成分を除去する集塵装置１７（サイクロンやバグフィルター等）を設けてもよい。集塵装置１７において除去された固形成分を供給口２ａに戻すために、集塵装置１７と供給口２ａとを連通する回収ライン１８を設けてもよい。
水素製造システム１は、第２容器３内に水を供給する水供給装置３０を備えている。水供給装置３０によって第２容器３内に供給される水とは、液体の水に限定されず、蒸気でもよいし、液体の水又は蒸気の少なくとも一方を含む流体でもよく、以下の説明において「水」とは、これらのいずれをも意味するものとする。水供給装置３０の構成は特に限定しないが、実施形態１では一例として、水供給装置３０は、水を貯留する水タンク３１と、一端が水タンク３１に接続されるとともに他端が第２容器３に接続される給水ライン３２と、給水ライン３２に設けられた給水ポンプ３３とを含む構成を有するものとして説明する。尚、この構成では、給水ライン３２の他端は、第２容器３内に収容される水素化合物部材４よりも下方で第２容器３に接続されること、すなわち、第２容器３内で水素化合物部材４よりも下方に水が供給されることが好ましい。
給水ライン３２には、給水タンク３１と給水ポンプ３３との間に、補給水を補給するための補給ライン３４が接続されてもよい。補給ライン３４には、補給ポンプ３５が設けられている。また、給水ライン３２には、給水ライン３２を流通する水を加熱するための少なくとも１つの熱交換器を設けることができる。このような少なくとも１つの熱交換器として、実施形態１では、抜き出しライン１５を流通するガスと水とが熱交換することにより水を加熱する第１加熱器３６と、加熱流体ライン２０を流通する流体と水とが熱交換することにより水を加熱する第２加熱器３７とが設けられている。このため、抜き出しライン１５は第１加熱器３６を通過するように延びており、加熱流体ライン２０は第２加熱器３７を通過するように延びている。
第２容器３には、その上部、好ましくは頂部に流出ガスライン４１の一端が接続されている。流出ガスライン４１の他端は、流出ガスライン４１を流通するガス、後述する動作で説明するように主成分を酸素とするガスを貯蔵するための貯蔵タンク４０に接続されている。流出ガスライン４１は給水タンク３１を通過するように構成されてもよい。また、流出ガスライン４１には、第２容器３から流出したガスから固形成分を除去する集塵装置４２（サイクロンやバグフィルター等）を設けてもよい。集塵装置４２において除去された固形成分を供給口３ａに戻すために、集塵装置４２と供給口３ａとを連通する回収ライン４３を設けてもよい。
＜本開示の実施形態１に係る水素製造システムの動作＞
次に、本開示の実施形態１に係る水素製造システム１の動作について説明する。第１容器２内に、水素を貯蔵した状態の水素化合物部材４が収容されている。圧縮機１２を起動すると、第１容器２からガスが流出し、ガス循環ライン１１をガスが流通して、ガスが再び第１容器２に流入するようにガスが循環する。熱発生源１９で生じた熱を吸収した流体又は熱発生源１９で生じた熱で加熱された流体が加熱流体ライン２０を流通すると、第３熱交換器１３においてこの流体とガス循環ライン１１を流通するガスとが熱交換することにより、後者のガスが加熱される。このガスが約１５０℃～約３００℃の温度になるように、第３熱交換器１３へ供給される流体の流量が調整される。
次に、本開示の実施形態１に係る水素製造システム１の動作について説明する。第１容器２内に、水素を貯蔵した状態の水素化合物部材４が収容されている。圧縮機１２を起動すると、第１容器２からガスが流出し、ガス循環ライン１１をガスが流通して、ガスが再び第１容器２に流入するようにガスが循環する。熱発生源１９で生じた熱を吸収した流体又は熱発生源１９で生じた熱で加熱された流体が加熱流体ライン２０を流通すると、第３熱交換器１３においてこの流体とガス循環ライン１１を流通するガスとが熱交換することにより、後者のガスが加熱される。このガスが約１５０℃～約３００℃の温度になるように、第３熱交換器１３へ供給される流体の流量が調整される。
第３熱交換器１３においてガスが加熱されると、加熱されたガスが第１容器２に流入することで、第１容器２内に収容されている水素化合物部材４が加熱される。水素化合物部材４の温度が約１５０℃～約３００℃の範囲になると、水素化合物部材４から水素が放出される。水素化合物部材４から水素が放出されることにより、第１容器２から流出するガス、すなわち、ガス循環ライン１１を流通するガス中の水素濃度が上昇し、やがて、主成分を水素とするガスが循環するようになる。主成分を水素とするガスが循環するようになったら、循環するガスの一部を抜き出しライン１５介して貯蔵タンク１６に供給することによって、主成分を水素とするガスを貯蔵タンク１６に貯蔵することができる。
第１容器２内においてガスが水素化合物部材４の下方から上方に通り抜ける構成になっていると、ガスの流れによって水素化合物部材４が流動床を構成することがあり得る。そうすると、水素化合物部材４を構成する粒子同士が擦れ合って、塵等が発生するおそれがある。この塵がガスに同伴されて第１容器２から流出して圧縮機１２に到達すると、圧縮機１２の故障原因となり得る。圧縮機１２と第１容器２との間においてガス循環ライン１１に集塵装置１７が設けられていれば、集塵装置１７によって塵等が除去されるので、圧縮機１２が故障するおそれを低減することができる。集塵装置１７で回収された塵等は廃棄してもよいが、塵等には水素化合物の二次元的な配列を含有する成分が含まれている可能性があるので、回収ライン１８を介して供給口２ａに戻し、第１容器２内に再び供給して再利用してもよい。
第１容器２内で水素を放出した水素化合物部材４は、流出口２ｂを介して第１容器２から流出し、第１経路５を介して第２容器３内に供給される。水素化合物部材４が第１経路５を通過する際、水素化合物部材４は、第１熱交換器７において熱媒体と熱交換することにより冷却される。第１熱交換器７では、水素化合物部材４が約１５０℃未満、好ましくは約８０℃以上約１５０℃未満の温度となるように、第１熱交換器７における熱媒体の流量が調整される。このような温度範囲の水素化合物部材４が第２容器３内に供給されると、第１容器２の内部の温度よりも第２容器３の内部の温度が低くなる。
第２容器３内の温度が約１５０℃未満、好ましくは約８０℃以上約１５０℃未満であるとともに第２容器３内に水素化合物部材４が収容された状態で、水供給装置３０が第２容器３内に水を供給する。具体的には、給水ポンプ３３を起動することにより、給水タンク３１から給水ライン３２を介して適切な温度（約１５０℃未満、好ましくは約８０℃以上約１５０℃未満）の水が第２容器３内に供給される。第１加熱器３６及び第２加熱器３７が設けられていれば、給水ライン３２を流通する間に第１加熱器３６及び第２加熱器３７において水が加熱される。この場合、給水タンク３１において水を加熱するためのエネルギーの消費が抑制され、さらに、抜き出しライン１５を流通するガス及び加熱流体ライン２０を流通する流体の熱を有効利用できるので、水素製造システム１全体の熱効率を向上することができる。尚、給水タンク３１内の水量に応じて、適宜補給ポンプ３５を起動することにより、補給ライン３４を介して給水ライン３２に補給水を供給することができる。
第２容器３内に水が供給されると、水素化合物部材４の存在下で水が水素と酸素とに分解して、水素が水素化合物部材４に吸蔵される。これにより、水素化合物部材４は水素を貯蔵した状態となる。酸素は、第２容器３から流出して流出ガスライン４１を流通し、貯蔵タンク４０に供給され貯蔵される。
流出ガスライン４１に集塵装置４２が設けられていれば、集塵装置４２によって塵等が除去されるので、貯蔵タンク４０に流入する塵等を低減することができる。集塵装置４２で回収された塵等の取扱いは、集塵装置１７と同じである。また、流出ガスライン４１が給水タンク３１を通過するように構成されていれば、流出ガスライン４１を流通するガスに含まれる水を給水タンク３１でトラップすることができるため、貯蔵タンク４０に水が溜まることを抑制できる。
第２容器３内で水素を貯蔵した状態となった水素化合物部材４は、流出口３ｂを介して第２容器３から流出し、第２経路６を介して第１容器２内に供給される。水素化合物部材４が第２経路６を通過する際、水素化合物部材４は、第２熱交換器８において熱媒体と熱交換することにより加熱される。第２熱交換器８では、水素化合物部材４が約１５０℃～約３００℃の温度となるように、第２熱交換器８における熱媒体の流量が調整される。
このように、実施形態１に係る水素製造システム１では、温度の高い第１容器２内で水素化合物部材４から水素を放出した後、温度の低い第２容器３内に水素化合物部材４を移動させて水素化合物部材４に水素を貯蔵させて、水素を貯蔵させた水素化合物部材４を再び第１容器２内に移動させることができる。このような動作により、水素化合物部材４の温度のみを上下させればよく、水素化合物部材４を収容する第１容器２及び第２容器３の温度変化を可能な限り抑制することができるので、熱効率を向上することができ、その結果、水素の製造コストを改善することができる。また、第１経路５又は第２経路６の少なくとも一方に、第１経路５又は第２経路６を移動する水素化合物部材４を取り出すとともに新しい水素化合物部材４を第１経路５及び第２経路６に供給するための、すなわち、水素化合物部材４を交換するための交換部３８を設けておけば、水素化合物部材４が第１容器２と第２容器３との間を移動する際に、水素製造システム１から水素化合物部材４を取り出し、新たな水素化合物部材４を水素製造システム１に供給することによって、容易に水素化合物部材４の交換を行うことができる。尚、交換部３８は、第１経路５及び第２経路６のどの位置に設けてもよい。さらに、交換部３８は例えば、開閉弁付きの配管とすることができるが、この構成に限定するものではない。
＜本開示の実施形態１に係る水素製造システムの変形例＞
上述の動作では、水素化合物部材４がバッチ式に第１容器２及び第２容器３に順次流入し流出しているが、このような形態に限定するものではない。第１容器２と第１経路１５と第２容器３と第２経路６とに水素化合物部材４を充填し、水素化合物部材４が第１容器２及び第２容器３間を循環するように水素製造システム１を運転することもできる。すなわち、水素化合物部材４が連続的に第１容器２及び第２容器３に流入及び流出するようにすることもできる。このような形態の場合、第１熱交換器７及び第２熱交換器８のそれぞれにおいて水素化合物部材４と熱交換する熱媒体を共通化することにより、第１容器２から第２容器３へ移動する水素化合物部材４の熱で、第２容器３から第１容器２へ移動する水素化合物部材４を加熱できるので、熱効率をさらに向上することができ、その結果、水素の製造コストをさらに改善することができる。
上述の動作では、水素化合物部材４がバッチ式に第１容器２及び第２容器３に順次流入し流出しているが、このような形態に限定するものではない。第１容器２と第１経路１５と第２容器３と第２経路６とに水素化合物部材４を充填し、水素化合物部材４が第１容器２及び第２容器３間を循環するように水素製造システム１を運転することもできる。すなわち、水素化合物部材４が連続的に第１容器２及び第２容器３に流入及び流出するようにすることもできる。このような形態の場合、第１熱交換器７及び第２熱交換器８のそれぞれにおいて水素化合物部材４と熱交換する熱媒体を共通化することにより、第１容器２から第２容器３へ移動する水素化合物部材４の熱で、第２容器３から第１容器２へ移動する水素化合物部材４を加熱できるので、熱効率をさらに向上することができ、その結果、水素の製造コストをさらに改善することができる。
また、第１容器２及び第２容器３に連続的に水素化合物部材４が流入及び流出する形態の場合、第１容器２及び第２容器３の内部をラビリンス構造２ｅ，３ｅとなるように構成することにより、それぞれの容器内における水素化合物部材４の滞留時間を確保することができ、水素の放出及び水素の貯蔵をより確実に行うことができる。
＜熱発生源１９の構成＞
図２には、熱発生源１９を含むアンモニア製造システム１１０の構成模式図が記載されている。アンモニア製造システム１１０は、原料調製部１１１と、アンモニア合成部１１２と、アンモニア回収部１１３とを備えている。アンモニア合成部１１２は、水素及び窒素から生成されたアンモニアガスと原料の残りである水素及び窒素との混合ガスをアンモニア回収部１１３に供給する前に冷却する熱交換器１１４を備えている。熱交換器１１４において混合ガスと熱交換された流体が加熱流体ライン２０を介して水素製造システム１に供給される。この形態では熱交換器１１４が熱発生源１９としての熱発生装置であり、アンモニア合成反応に伴う排熱が、第３熱交換器１３（図１参照）におけるガスの加熱及び第２加熱器３７（図１参照）における水の加熱に使用される。尚、この形態では、貯蔵タンク１６に貯蔵された水素を、原料調製部１１１に供給して、アンモニア合成の原料として使用することもできる。
図２には、熱発生源１９を含むアンモニア製造システム１１０の構成模式図が記載されている。アンモニア製造システム１１０は、原料調製部１１１と、アンモニア合成部１１２と、アンモニア回収部１１３とを備えている。アンモニア合成部１１２は、水素及び窒素から生成されたアンモニアガスと原料の残りである水素及び窒素との混合ガスをアンモニア回収部１１３に供給する前に冷却する熱交換器１１４を備えている。熱交換器１１４において混合ガスと熱交換された流体が加熱流体ライン２０を介して水素製造システム１に供給される。この形態では熱交換器１１４が熱発生源１９としての熱発生装置であり、アンモニア合成反応に伴う排熱が、第３熱交換器１３（図１参照）におけるガスの加熱及び第２加熱器３７（図１参照）における水の加熱に使用される。尚、この形態では、貯蔵タンク１６に貯蔵された水素を、原料調製部１１１に供給して、アンモニア合成の原料として使用することもできる。
図３には、熱発生源１９を含む発電システム１２０の構成模式図が記載されている。発電システム１２０は、ガスタービン１２１及び発電機１２２を備えている。ガスタービン１２１において、圧縮機１２１ａによって圧縮された空気を燃焼器１２１ｂに供給して燃料を燃焼させ、燃料の燃焼によって生じた燃焼ガスによってタービン１２１ｃが駆動される。タービン１２１ｃによって発電機１２２が駆動されて発電が行われる。タービン１２１ｃからの排ガスの一部を、加熱流体ライン２０を介して水素製造システム１に供給してもよいし、図示しない熱交換器で排ガスと熱交換することにより加熱された流体を、加熱流体ライン２０を介して水素製造システム１に供給してもよい。この形態ではガスタービン１２１が熱発生源１９としての熱発生装置であり、ガスタービン１２１の排熱が、第３熱交換器１３（図１参照）におけるガスの加熱及び第２加熱器３７（図１参照）における水の加熱に使用される。尚、この形態では、貯蔵タンク１６に貯蔵された水素を、燃焼器１２１ｂに供給される燃料又はその一部として使用することもできる。
図４には、熱発生源１９を含む燃料電池システム１３０の構成模式図が記載されている。燃料電池システム１３０は固体酸化物型の燃料電池（ＳＯＦＣ）１３１を備えている。燃料電池１３１において空気と都市ガス等の燃料との反応によって電気が発生し、反応後の排ガスが生じる。排ガスにはこの反応の反応熱が含まれているので、燃料電池１３１からの排ガスの一部を、加熱流体ライン２０を介して水素製造システム１に供給してもよいし、図示しない熱交換器で排ガスと熱交換することにより加熱された流体を、加熱流体ライン２０を介して水素製造システム１に供給してもよい。この形態では燃料電池１３１が熱発生源１９としての熱発生装置であり、燃料電池１３１における反応熱が、第３熱交換器１３（図１参照）におけるガスの加熱及び第２加熱器３７（図１参照）における水の加熱に使用される。尚、この形態では、貯蔵タンク１６に貯蔵された水素を、燃料電池１３１に供給される燃料又はその一部として使用することもできる。
図５には、熱発生源１９を含む製鉄システム１４０の構成模式図が記載されている。製鉄システム１４０は、酸化鉄を還元するための炉１４１と、天然ガスを改質するための改質装置１４２と、熱交換器１４３とを備えている。改質装置１４２における天然ガスの改質反応のために供給される熱として、天然ガスを燃焼させることにより生じる熱を利用している。熱交換器１４３は、改質装置１４２において改質される天然ガスと、天然ガスの燃焼ガスとを熱交換するものである。熱交換器１４３からの燃焼ガスが加熱流体ライン２０を介して水素製造システム１に供給される。この形態では改質装置１４２が熱発生源１９としての熱発生装置であり、天然ガスの改質のために使用される天然ガスの燃焼反応の一部が、第３熱交換器１３（図１参照）におけるガスの加熱及び第２加熱器３７（図１参照）における水の加熱に使用される。尚、この形態では、貯蔵タンク１６に貯蔵された水素を、炉１４１における酸化鉄の還元反応（Ｆｅ２Ｏ３＋３Ｈ２→２Ｆｅ＋３Ｈ２Ｏ）に使用することもできる。
図６には、熱発生源１９としての太陽光集光装置１５０の構成模式図が記載されている。太陽光集光装置１５０は、加熱流体ライン２０を流通する流体に太陽光を集光して照射することによって流体を加熱するものである。太陽光集光装置１５０の構成は特に限定するものではなく、例えば、放物面トラフ、太陽光発電タワー、パラボラディッシュのいずれのタイプの装置を使用できるが、最高加熱温度やコスト等を考慮すると、放物面トラフのタイプの装置が好ましい。この形態では、太陽光の熱が、第３熱交換器１３（図１参照）におけるガスの加熱及び第２加熱器３７（図１参照）における水の加熱に使用される。
（実施形態２）
次に、実施形態２に係る水素製造システムについて説明する。実施形態２に係る水素製造システムは、実施形態１に対して、第１容器２及び第２容器３の構成を変更したものである。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
次に、実施形態２に係る水素製造システムについて説明する。実施形態２に係る水素製造システムは、実施形態１に対して、第１容器２及び第２容器３の構成を変更したものである。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
＜本開示の実施形態２に係る水素製造システムの構成＞
図７に示されるように、本開示の実施形態２に係る水素製造システム１は、第１容器２及び第２容器３の他に、第３容器４４及び第４容器４５を備えている。第３容器４４は、第１容器２と第２容器３との間に設けられ、第４容器４５は、第２容器３に対して第３容器４４とは反対側に設けられている。
図７に示されるように、本開示の実施形態２に係る水素製造システム１は、第１容器２及び第２容器３の他に、第３容器４４及び第４容器４５を備えている。第３容器４４は、第１容器２と第２容器３との間に設けられ、第４容器４５は、第２容器３に対して第３容器４４とは反対側に設けられている。
図８に示されるように、第１容器２は、互いに対向する位置に開口する入口２ｃ及び２ｄを備えている。同様に、第２容器３、第３容器４４及び第４容器４５もそれぞれ、互いに対向する位置に開口する入口３ｃ、４４ｃ及び４５ｃ並びに出口３ｄ、４４ｄ及び４５ｄを備えている。第１容器２の出口２ｄと第３容器４４の入口４４ｃとは連結され、第３容器４４の出口４４ｄと第２容器３の入口３ｃとは連結され、第２容器３の出口３ｄと第４容器４５の入口４５ｃとは連結されている。図７及び８のいずれにも図示されていないが、第４容器４５の出口４５ｄは、図示しない経路を介して第１容器２の入口２ｃと連通するように構成されている。
図７に示されるように、実施形態２に係る水素製造システム１は、水素化合物部材４（図９参照）を収容したカートリッジ５０を使用する。カートリッジ５０は、多孔質性の筒状部材５１と、筒状部材５１の開口した両端を塞ぐ２つの蓋５２，５２とを備えている。蓋５２，５２のそれぞれの外周面には、Ｏリング等のシール部材５３が設けられている。第１容器２の入口２ｃ及び出口２ｄ（図８参照）のそれぞれにカートリッジ５０の蓋５２，５２のそれぞれが嵌合するとともに第１容器２の内部に筒状部材５１が位置するようにカートリッジ５０を第１容器２に設置可能である。各蓋５２と入口２ｃ及び出口２ｄとのそれぞれの間は、シール部材５３によってシールされている。カートリッジ５０は、第２容器３と第３容器４４と第４容器４５とのそれぞれに対しても同様にして設置可能である。
図９に示されるように、筒状部材５１の内部には水素化合物部材４が収容されている。水素化合物部材４が筒状部材５１に形成された孔から出ないように、筒状部材５１に形成された孔のサイズは、水素化合物部材４の粒子サイズよりも小さくなっている。筒状部材５１内に水素化合物部材４が収容されているので、図７のようにカートリッジ５０を第１容器２と第２容器３と第３容器４４と第４容器４５とのそれぞれに設置することにより、水素化合物部材４が第１容器２と第２容器３と第３容器４４と第４容器４５とのそれぞれに収容される。
図７に示されるように、第３容器４４には第１パージライン６１が接続されている。第１パージライン６１は貯蔵タンク１６に接続されている。第１パージライン６１には、第３容器４４から貯蔵タンク１６に向かう方向に順次、開閉弁６２と、水が貯留されたタンク６３と、サージタンク６４と、真空ポンプ６５とが設けられている。第４容器４５には、給水ライン３２から分岐した分岐ライン７１と、流出ガスライン４１に接続される第２パージライン７２とが接続されている。その他の構成は実施形態１と同じである。
＜本開示の実施形態２に係る水素製造システムの動作＞
次に、図７を参照しながら、本開示の実施形態２に係る水素製造システム１の動作について説明する。水素を貯蔵した状態の水素化合物部材４を内部に収容したカートリッジ５０を第１容器２に設置する。実施形態１と同様の動作で、第３熱交換器１３で加熱されたガスが第１容器２に流入すると、第１容器２に設置されたカートリッジ５０の筒状部材５１は多孔質性なので、加熱されたガスが筒状部材５１に流入し、水素化合物部材４を加熱する。これにより、水素化合物部材４から水素が放出され、実施形態１と同様の動作で、主成分を水素とするガスが貯蔵タンク１６に貯蔵される。
次に、図７を参照しながら、本開示の実施形態２に係る水素製造システム１の動作について説明する。水素を貯蔵した状態の水素化合物部材４を内部に収容したカートリッジ５０を第１容器２に設置する。実施形態１と同様の動作で、第３熱交換器１３で加熱されたガスが第１容器２に流入すると、第１容器２に設置されたカートリッジ５０の筒状部材５１は多孔質性なので、加熱されたガスが筒状部材５１に流入し、水素化合物部材４を加熱する。これにより、水素化合物部材４から水素が放出され、実施形態１と同様の動作で、主成分を水素とするガスが貯蔵タンク１６に貯蔵される。
第１容器２において水素の放出を終えたら、第１容器２に設置されたカートリッジ５０を第３容器４４に移動させて第３容器４４に設置する。この動作と同時に、水素を貯蔵した状態の水素化合物部材４を内部に収容した別のカートリッジ５０を第１容器２に設置し、第１容器２において上述した動作によって水素の放出を継続することができる。
第３容器４４にカートリッジ５０を設置後、開閉弁６２を開き、真空ポンプ６５を起動することにより、第３容器４４の内部のガスを第３容器４４から流出させる。カートリッジ５０の筒状部材５１は多孔質性なので、カートリッジ５０の内部のガス、主に水素も筒状部材５１から流出し、第３容器４４から流出する。第１容器２から移動された直後のカートリッジ５０の内部のガスの温度は約１５０℃～約３００℃程度であるが、カートリッジ５０の内部のガスを流出させることにより、カートリッジ５０の内部、すなわち水素化合物部材４の温度が低下する。水素化合物部材４は、約１５０℃未満、好ましくは約８０℃以上約１５０℃未満の温度となるように冷却されることが好ましい。第３容器４４から流出したガス、主に水素は、第１パージライン６１を流通し、貯蔵タンク１６に供給される。第１パージライン６１を流通する間に、ガスに含まれる水分がタンク６３でトラップされる。また、真空ポンプ６５の起動直後のように、第１パージライン６１を流通するガス量が急増したような場合は、サージタンク６４においてガスの流れを整えることができる。
次に、第３容器４４に設置されたカートリッジ５０を第２容器３に移動させて第２容器３に設置する。この動作と同時に、第１容器２に設置されたカートリッジ５０を第３容器４４に移動させて第３容器４４に設置し、上述した動作で、カートリッジ５０の内部のガスを除去することができる。さらに、水素を貯蔵した状態の水素化合物部材４を内部に収容した別のカートリッジ５０を第１容器２に設置し、第１容器２において上述した動作によって水素の放出を継続することができる。
第２容器３にカートリッジ５０を設置後、水供給装置３０が第２容器３内に適切な温度の水を供給すると、第２容器３に設置されたカートリッジ５０の内部に水が流入する。これにより、実施形態１で説明した原理で水素が水素化合物部材４に吸蔵され、水素化合物部材４は水素を貯蔵した状態となる。尚、第２容器３に設置されたカートリッジ５０は、第３容器４４において水素が除去されているので、第２容器３はカートリッジ５０による水素の持ち込みが抑制される。第２容器３に水素が持ち込まれた状態で水が水素及び酸素に分解する反応が生じると、第２容器３内において酸素と水素との反応によって爆発するリスクが生じるが、このようなリスクを低減することができる。水素が水素化合物部材４に吸蔵される際に生成した酸素は、第２容器３から流出後、実施形態１と同様の動作で貯蔵タンク４０に貯蔵される。
次に、第２容器３に設置されたカートリッジ５０を第４容器４５に移動させて第４容器４５に設置する。この動作と同時に、第３容器４４に設置されたカートリッジ５０を第２容器３に移動させて第２容器３に移動させるとともに第１容器２に設置されたカートリッジ５０を第３容器４４に移動させて第３容器４４に設置し、上述した動作で、第２容器３に設置したカートリッジ５０内の水素化合物部材４に水素を吸蔵させるとともに第３容器４４に設置したカートリッジ５０の内部のガスを除去することができる。さらに、水素を貯蔵した状態の水素化合物部材４を内部に収容した別のカートリッジ５０を第１容器２に設置し、第１容器２において上述した動作によって水素の放出を継続することができる。
第４容器４５にカートリッジ５０を設置後、給水ライン３２を流通する水の一部を、分岐ライン７１を介して第４容器４５に流入させる。第２容器３に供給される水は、液体の水でも、蒸気でも、液体の水又は蒸気の少なくとも一方を含む流体でもよいが、第４容器４５が設けられている場合は、水を蒸気の形態（水蒸気）であることが好ましい。水蒸気を第４容器４５に流入させると、第４容器４５に設置されたカートリッジ５０の内部に水蒸気が流入することによって、カートリッジ５０の内部にあったガス、主に酸素がカートリッジ５０から流出する。カートリッジ５０から流出した酸素は、水蒸気とともに第４容器４５から流出し、第２パージライン７２を介して流出ガスライン４１に流入し、第２容器３からの酸素と共に実施形態１と同様の動作で貯蔵タンク４０に貯蔵される。
第４容器４５に設置されたカートリッジ５０を再び第１容器２に移動させて第１容器２に設置すれば、上述した動作で再び水素の放出が可能となる。また、これと同時に、第２容器３と第３容器４４と第１容器２とのそれぞれに設置されたカートリッジ５０をそれぞれ移動させて、第４容器４５と第２容器３と第３容器４４のそれぞれに設置し、上述した各動作を継続することができる。尚、第１容器２に再び設置されたカートリッジ５０は、第４容器４５において、カートリッジ５０の内部から酸素が除去されているので、第１容器２はカートリッジ５０による酸素の持ち込みが抑制される。第１容器２に酸素が持ち込まれた状態で水素が放出されると、第１容器２内において酸素と水素との反応によって爆発するリスクが生じるが、このようなリスクを低減することができる。
このように、実施形態２に係る水素製造システム１では、カートリッジ５０を移動させることで水素化合物部材４を、第１容器２と第３容器４４との間、第３容器４４と第２容器３との間、第２容器３と第４容器４５との間、第４容器４５と第１容器２とに間のそれぞれを移動させることができるので、水素化合物部材４の移動を容易に行うことができる。また、カートリッジ５０を交換することで水素化合物部材４の交換もできるので、水素化合物部材４の交換を容易に行うことができる。
＜本開示の実施形態２に係る水素製造システムの変形例＞
実施形態２では、水素製造システム１は、第１容器２及び第２容器３の他に、第３容器４４及び第４容器４５を備えているが、この形態に限定するものではない。第１容器２及び第２容器３のみを有する形態であってもよいし、第１容器２及び第２容器３の他に第３容器４４を有する形態、又は、第１容器２及び第２容器３の他に第４容器４５を有する形態であってもよい。ただし、第３容器４４及び第４容器４５を備えることで、上述したように、水素と酸素との反応による爆発のリスクを低減することができる。
実施形態２では、水素製造システム１は、第１容器２及び第２容器３の他に、第３容器４４及び第４容器４５を備えているが、この形態に限定するものではない。第１容器２及び第２容器３のみを有する形態であってもよいし、第１容器２及び第２容器３の他に第３容器４４を有する形態、又は、第１容器２及び第２容器３の他に第４容器４５を有する形態であってもよい。ただし、第３容器４４及び第４容器４５を備えることで、上述したように、水素と酸素との反応による爆発のリスクを低減することができる。
実施形態２では、図示しない経路を介して第４容器４５の出口４５ｄと第１容器２の入口２ｃとを連通するように構成しているが、この形態に限定するものではない。第１容器２と第３容器４４と第２容器３と第４容器４５とからなる容器群の他に、同じ構成の他の容器群を設け、一方の容器群の第４容器４５の出口４５ｄと他方の容器群の第１容器２の入口２ｃとを連通するように構成してもよい。尚、容器群の個数は２つに限定されず、３つ以上の容器群を設けることもできる。
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
［１］一の態様に係る水素製造システムは、
水素化合物部材（４）と、
第１容器（２）と、
内部の温度が前記第１容器（１）の内部の温度よりも低い第２容器（３）と、
前記第２容器（３）内に水を供給する水供給装置（３０）と
を備え、
前記第１容器（２）内に収容される前記水素化合物部材（４）を前記第２容器（３）内に移動可能であるとともに前記第２容器（３）内に収容される前記水素化合物部材（４）を前記第１容器（２）内に移動可能に構成されている。
水素化合物部材（４）と、
第１容器（２）と、
内部の温度が前記第１容器（１）の内部の温度よりも低い第２容器（３）と、
前記第２容器（３）内に水を供給する水供給装置（３０）と
を備え、
前記第１容器（２）内に収容される前記水素化合物部材（４）を前記第２容器（３）内に移動可能であるとともに前記第２容器（３）内に収容される前記水素化合物部材（４）を前記第１容器（２）内に移動可能に構成されている。
本開示の水素製造システムによれば、温度の高い第１容器内で水素化合物部材から水素を放出した後、温度の低い第２容器内に水素化合物部材を移動させて水素化合物部材に水素を貯蔵させて、水素を貯蔵させた水素化合物部材を再び第１容器内に移動させることができる。このような動作により、水素化合物部材の温度のみを上下させればよく、水素化合物部材を収容する第１容器及び第２容器の温度変化を可能な限り抑制することができるので、熱効率を向上することができ、その結果、水素の製造コストを改善することができる。
［２］別の態様に係る水素製造システムは、［１］の水素製造システムであって、
前記第１容器（２）から前記第２容器（３）へ前記水素化合物部材（４）が移動する第１経路（５）と、
前記第２容器（３）から前記第１容器（２）へ前記水素化合物部材（４）が移動する第２経路（６）と、
前記第１経路（５）を移動する前記水素化合物部材（４）を冷却する第１熱交換器（７）と、
前記第２経路（６）を移動する前記水素化合物部材（４）を加熱する第２熱交換器（８）と、
前記第１熱交換器（７）及び前記第２熱交換器（８）において前記水素化合物部材（４）と熱交換する熱媒体が前記第１熱交換器（７）と前記第２熱交換器（８）との間を循環する循環ライン（９）と
を備える。
前記第１容器（２）から前記第２容器（３）へ前記水素化合物部材（４）が移動する第１経路（５）と、
前記第２容器（３）から前記第１容器（２）へ前記水素化合物部材（４）が移動する第２経路（６）と、
前記第１経路（５）を移動する前記水素化合物部材（４）を冷却する第１熱交換器（７）と、
前記第２経路（６）を移動する前記水素化合物部材（４）を加熱する第２熱交換器（８）と、
前記第１熱交換器（７）及び前記第２熱交換器（８）において前記水素化合物部材（４）と熱交換する熱媒体が前記第１熱交換器（７）と前記第２熱交換器（８）との間を循環する循環ライン（９）と
を備える。
このような構成によれば、第１容器から第２容器へ移動する水素化合物部材の熱で、第２容器から第１容器へ移動する水素化合物部材を加熱できるので、熱効率をさらに向上することができ、その結果、水素の製造コストをさらに改善することができる。
［３］さらに別の態様に係る水素製造システムは、［２］の水素製造システムであって、
前記第１経路（５）又は前記第２経路（６）の少なくとも一方には、前記第１経路（５）又は前記第２経路（６）を移動する前記水素化合物部材（４）を取り出すとともに取り出した前記水素化合物部材（４）とは異なる新しい水素化合物部材（４）を前記第１経路（５）又は前記第２経路（６）に供給するための交換部（３８）が設けられている。
前記第１経路（５）又は前記第２経路（６）の少なくとも一方には、前記第１経路（５）又は前記第２経路（６）を移動する前記水素化合物部材（４）を取り出すとともに取り出した前記水素化合物部材（４）とは異なる新しい水素化合物部材（４）を前記第１経路（５）又は前記第２経路（６）に供給するための交換部（３８）が設けられている。
このような構成によれば、水素化合物部材が第１容器と第２容器との間を移動する際に、水素製造システムから水素化合物部材を取り出し、新たな水素化合物部材を水素製造システムに供給することによって、容易に水素化合物部材の交換を行うことができる。
［４］さらに別の態様に係る水素製造システムは、［１］～［３］のいずれかの水素製造システムであって、
前記第１容器（２）及び前記第２容器（３）のいずれか又は両方の内部はラビリンス構造（２ｅ，３ｅ）となるように構成されている。
前記第１容器（２）及び前記第２容器（３）のいずれか又は両方の内部はラビリンス構造（２ｅ，３ｅ）となるように構成されている。
このような構成によれば、第１容器及び第２容器のいずれか又は両方の内部における水素化合物部材の滞留時間を確保することができ、水素の放出及び水素の貯蔵をより確実に行うことができる。
［５］さらに別の態様に係る水素製造システムは、［１］～［４］のいずれかの水素製造システムであって、
前記第１容器（２）内のガスが前記第１容器（２）から流出し前記第１容器（２）に再び流入するように前記ガスが循環するガス循環ライン（１１）と、
前記ガス循環ライン（１１）に設けられ、該ガス循環ライン（１１）を流通する前記ガスから固形成分を除去する集塵装置（１７）と
を備える。
前記第１容器（２）内のガスが前記第１容器（２）から流出し前記第１容器（２）に再び流入するように前記ガスが循環するガス循環ライン（１１）と、
前記ガス循環ライン（１１）に設けられ、該ガス循環ライン（１１）を流通する前記ガスから固形成分を除去する集塵装置（１７）と
を備える。
第１容器内においてガスが水素化合物部材の下方から上方に通り抜ける構成になっていると、ガスの流れによって水素化合物部材が流動床を構成することがあり得る。そうすると、水素化合物部材を構成する粒子同士が擦れ合って、塵等が発生するおそれがある。この塵がガスに同伴されて第１容器から流出すると、ガスを昇圧するための圧縮機が設けられている場合、この塵が圧縮機に到達することで圧縮機の故障原因となり得る。これに対し、圧縮機と第１容器との間においてガス循環ラインに集塵装置が設けられていれば、集塵装置によって塵等が除去されるので、圧縮機が故障するおそれを低減することができる。
［６］さらに別の態様に係る水素製造システムは、［５］の水素製造システムであって、
前記集塵装置（１７）によって除去された前記固形成分を、前記第２容器（３）から前記第１容器（２）へ移動する前記水素化合物部材（４）に供給する回収ライン（１８）を備える。
前記集塵装置（１７）によって除去された前記固形成分を、前記第２容器（３）から前記第１容器（２）へ移動する前記水素化合物部材（４）に供給する回収ライン（１８）を備える。
集塵装置によって除去された塵等には水素化合物の二次元的な配列を含有する成分が含まれている可能性があるので、第２容器から第１容器へ移動する水素化合物部材に回収ラインを介して塵等を供給することにより、第１容器内で再利用することができる。
［７］さらに別の態様に係る水素製造システムは、［１］の水素製造システムであって、
多孔質性の筒状部材（５１）の両端を蓋（５２）で塞いだカートリッジ（５０）の内部に前記水素化合物部材（４）が収容され、
前記第１容器（２）及び前記第２容器（３）は入口（２ｃ／３ｃ）及び出口（２ｄ／３ｄ）を有し、
前記第１容器（２）の前記入口（２ｃ）及び前記出口（２ｄ）のそれぞれに前記カートリッジ（５０）の前記蓋（５２）のそれぞれが嵌合するとともに前記第１容器（２）の内部に前記筒状部材（５１）が位置するように前記カートリッジ（５０）が前記第１容器（２）に設置されることによって、前記水素化合物部材（４）が前記第１容器（２）内に収容可能であり、
前記第２容器（３）の前記入口（３ｃ）及び前記出口（３ｄ）のそれぞれに前記カートリッジ（５０）の前記蓋（５２）のそれぞれが嵌合するとともに前記第２容器（３）の内部に前記筒状部材（５１）が位置するように前記カートリッジ（５０）が前記第２容器（３）に設置されることによって、前記水素化合物部材（４）が前記第２容器（３）内に収容可能であり、
前記第１容器（２）に設置される前記カートリッジ（５０）は前記第２容器（３）に設置されるように移動可能であるとともに前記第２容器（３）に設置される前記カートリッジ（５０）は前記第１容器（２）に設置されるように移動可能に構成されている。
多孔質性の筒状部材（５１）の両端を蓋（５２）で塞いだカートリッジ（５０）の内部に前記水素化合物部材（４）が収容され、
前記第１容器（２）及び前記第２容器（３）は入口（２ｃ／３ｃ）及び出口（２ｄ／３ｄ）を有し、
前記第１容器（２）の前記入口（２ｃ）及び前記出口（２ｄ）のそれぞれに前記カートリッジ（５０）の前記蓋（５２）のそれぞれが嵌合するとともに前記第１容器（２）の内部に前記筒状部材（５１）が位置するように前記カートリッジ（５０）が前記第１容器（２）に設置されることによって、前記水素化合物部材（４）が前記第１容器（２）内に収容可能であり、
前記第２容器（３）の前記入口（３ｃ）及び前記出口（３ｄ）のそれぞれに前記カートリッジ（５０）の前記蓋（５２）のそれぞれが嵌合するとともに前記第２容器（３）の内部に前記筒状部材（５１）が位置するように前記カートリッジ（５０）が前記第２容器（３）に設置されることによって、前記水素化合物部材（４）が前記第２容器（３）内に収容可能であり、
前記第１容器（２）に設置される前記カートリッジ（５０）は前記第２容器（３）に設置されるように移動可能であるとともに前記第２容器（３）に設置される前記カートリッジ（５０）は前記第１容器（２）に設置されるように移動可能に構成されている。
このような構成によれば、カートリッジを移動させることで水素化合物部材を第１容器と第２容器との間を移動させることができるので、水素化合物部材の第１容器と第２容器との間の移動を容易に行うことができる。また、カートリッジを交換することで水素化合物部材の交換もできるので、水素化合物部材の交換を容易に行うことができる。
［８］さらに別の態様に係る水素製造システムは、［７］の水素製造システムであって、
入口（４４ｃ）及び出口（４４ｄ）を有する第３容器（４４）が前記第１容器（２）と前記第２容器（３）との間に設けられ、
前記第３容器（４４）の前記入口（４４ｃ）及び前記出口（４４ｄ）のそれぞれに前記カートリッジ（５０）の前記蓋（５２）のそれぞれが嵌合するとともに前記第３容器（４４）の内部に前記筒状部材（５１）が位置するように前記カートリッジ（５０）が前記第３容器（４４）に設置されることによって、前記水素化合物部材（４）が前記第３容器（４４）に収容可能であり、
前記第１容器（２）に設置される前記カートリッジ（５０）は前記第３容器（４４）に設置されるように移動可能であるとともに前記第３容器（４４）に設置される前記カートリッジ（５０）は前記第２容器（３）に設置されるように移動可能に構成され、
前記水素製造システム（１）は、前記第３容器（４４）内のガスがパージされる第１パージライン（６１）を備える。
入口（４４ｃ）及び出口（４４ｄ）を有する第３容器（４４）が前記第１容器（２）と前記第２容器（３）との間に設けられ、
前記第３容器（４４）の前記入口（４４ｃ）及び前記出口（４４ｄ）のそれぞれに前記カートリッジ（５０）の前記蓋（５２）のそれぞれが嵌合するとともに前記第３容器（４４）の内部に前記筒状部材（５１）が位置するように前記カートリッジ（５０）が前記第３容器（４４）に設置されることによって、前記水素化合物部材（４）が前記第３容器（４４）に収容可能であり、
前記第１容器（２）に設置される前記カートリッジ（５０）は前記第３容器（４４）に設置されるように移動可能であるとともに前記第３容器（４４）に設置される前記カートリッジ（５０）は前記第２容器（３）に設置されるように移動可能に構成され、
前記水素製造システム（１）は、前記第３容器（４４）内のガスがパージされる第１パージライン（６１）を備える。
このような構成によれば、水素化合物部材を第２容器へ移動させる前に、カートリッジ内に残留する水素を第３容器においてパージすることができるので、第２容器に流入する水素を抑制することができ、その結果、第２容器内において酸素と水素との反応による爆発のリスクを低減することができる。
［９］さらに別の態様に係る水素製造システムは、［７］または［８］の水素製造システムであって、
入口（４５ｃ）及び出口（４５ｄ）を有する第４容器（４５）が前記第２容器（３）と前記第１容器（２）との間に設けられ、
前記第４容器（４５）の前記入口（４５ｃ）及び前記出口（４５ｄ）のそれぞれに前記カートリッジ（５０）の前記蓋（５２）のそれぞれが嵌合するとともに前記第４容器（４５）の内部に前記筒状部材（５１）が位置するように前記カートリッジ（５０）が前記第４容器（４５）に設置されることによって、前記水素化合物部材（４）が前記第４容器（４５）に収容可能であり、
前記第２容器（３）に設置される前記カートリッジ（５０）は前記第４容器（４５）に設置されるように移動可能であるとともに前記第４容器（４５）に設置される前記カートリッジ（５０）は前記第１容器（２）に設置されるように移動可能に構成され、
前記水素製造システム（１）は、前記第４容器（４５）内のガスがパージされる第２パージライン（７２）を備える。
入口（４５ｃ）及び出口（４５ｄ）を有する第４容器（４５）が前記第２容器（３）と前記第１容器（２）との間に設けられ、
前記第４容器（４５）の前記入口（４５ｃ）及び前記出口（４５ｄ）のそれぞれに前記カートリッジ（５０）の前記蓋（５２）のそれぞれが嵌合するとともに前記第４容器（４５）の内部に前記筒状部材（５１）が位置するように前記カートリッジ（５０）が前記第４容器（４５）に設置されることによって、前記水素化合物部材（４）が前記第４容器（４５）に収容可能であり、
前記第２容器（３）に設置される前記カートリッジ（５０）は前記第４容器（４５）に設置されるように移動可能であるとともに前記第４容器（４５）に設置される前記カートリッジ（５０）は前記第１容器（２）に設置されるように移動可能に構成され、
前記水素製造システム（１）は、前記第４容器（４５）内のガスがパージされる第２パージライン（７２）を備える。
このような構成によれば、水素化合物部材を第１容器へ移動させる前に、カートリッジ内に残留する酸素を第４容器においてパージすることができるので、第１容器に流入する酸素を抑制することができ、その結果、第１容器内において酸素と水素との反応による爆発のリスクを低減することができる。
［１０］さらに別の態様に係る水素製造システムは、［１］～［９］のいずれかの水素製造システムであって、
前記第１容器（２）内のガスが前記第１容器（２）から流出し前記第１容器（２）に再び流入するように前記ガスが循環するガス循環ライン（１１）と、
前記ガス循環ライン（１１）を循環する前記ガスの一部を抜き出す抜き出しライン（１５）と、
前記抜き出しライン（１５）を流通する前記ガスと、前記水供給装置（３０）によって前記第２容器（３）へ供給される前記水とを熱交換することにより、前記水を加熱する第１加熱器（３６）と
を備える。
前記第１容器（２）内のガスが前記第１容器（２）から流出し前記第１容器（２）に再び流入するように前記ガスが循環するガス循環ライン（１１）と、
前記ガス循環ライン（１１）を循環する前記ガスの一部を抜き出す抜き出しライン（１５）と、
前記抜き出しライン（１５）を流通する前記ガスと、前記水供給装置（３０）によって前記第２容器（３）へ供給される前記水とを熱交換することにより、前記水を加熱する第１加熱器（３６）と
を備える。
このような構成によれば、抜き出しラインを流通するガスの熱を有効利用して、第２容器へ供給される水を加熱できるので、水素製造システム全体の熱効率を向上することができる。
［１１］さらに別の態様に係る水素製造システムは、［１］～［１０］のいずれかの水素製造システムであって、
前記第１容器（２）内のガスが前記第１容器（２）から流出し前記第１容器（２）に再び流入するように前記ガスが循環するガス循環ライン（１１）と、
熱発生装置（熱発生源１９）と、
前記ガス循環ライン（１１）を循環する前記ガスと前記熱発生装置（１９）で生じる熱を吸収した流体とが熱交換する第３熱交換器（１３）と
を備える。
前記第１容器（２）内のガスが前記第１容器（２）から流出し前記第１容器（２）に再び流入するように前記ガスが循環するガス循環ライン（１１）と、
熱発生装置（熱発生源１９）と、
前記ガス循環ライン（１１）を循環する前記ガスと前記熱発生装置（１９）で生じる熱を吸収した流体とが熱交換する第３熱交換器（１３）と
を備える。
このような構成によれば、熱発生装置で生じた熱によって水素化合物部材を加熱するので、熱効率をさらに向上することができ、その結果、水素の製造コストをさらに改善することができる。
［１２］さらに別の態様に係る水素製造システムは、［１１］の水素製造システムであって、
前記第３熱交換器（１３）において前記ガスと熱交換した前記流体と、前記水供給装置（３０）によって前記第２容器（３）へ供給される前記水とを熱交換することにより、前記水を加熱する第２加熱器（３７）を備える。
前記第３熱交換器（１３）において前記ガスと熱交換した前記流体と、前記水供給装置（３０）によって前記第２容器（３）へ供給される前記水とを熱交換することにより、前記水を加熱する第２加熱器（３７）を備える。
このような構成によれば、第３熱交換器においてガスと熱交換した流体の熱を有効利用して、第２容器へ供給される水を加熱できるので、水素製造システム全体の熱効率を向上することができる。
［１３］さらに別の態様に係る水素製造システムは、［１］～［１０］のいずれかの水素製造システムであって、
前記第１容器（２）内に流入したガスが前記第１容器（２）から流出し前記第１容器（２）に再び流入するように前記ガスが循環するガス循環ライン（１１）と、
太陽光を集光する太陽光集光装置（１５０）と、
前記ガス循環ライン（１１）を循環する前記ガスと前記太陽光集光装置（１５０）が集光した前記太陽光を照射されて加熱された流体とが熱交換する第３熱交換器（１３）と
を備える。
前記第１容器（２）内に流入したガスが前記第１容器（２）から流出し前記第１容器（２）に再び流入するように前記ガスが循環するガス循環ライン（１１）と、
太陽光を集光する太陽光集光装置（１５０）と、
前記ガス循環ライン（１１）を循環する前記ガスと前記太陽光集光装置（１５０）が集光した前記太陽光を照射されて加熱された流体とが熱交換する第３熱交換器（１３）と
を備える。
このような構成によれば、太陽光の熱によって水素化合物部材を加熱するので、熱効率をさらに向上することができ、その結果、水素の製造コストをさらに改善することができる。
１ 水素製造システム
２ 第１容器
２ｃ （第１容器の）入口
２ｄ （第１容器の）出口
２ｅ ラビリンス構造
３ 第２容器
３ｃ （第２容器の）入口
３ｄ （第２容器の）出口
３ｅ ラビリンス構造
４ 水素化合物部材
５ 第１経路
６ 第２経路
７ 第１熱交換器
８ 第２熱交換器
９ 循環ライン
１１ ガス循環ライン
１３ 第３熱交換器
１５ 抜き出しライン
１７ 集塵装置
１８ 回収ライン
１９ 熱発生源（熱発生装置）
３０ 水供給装置
３６ 第１加熱器
３７ 第２加熱器
３８ 交換部
４４ 第３容器
４４ｃ （第３容器の）入口
４４ｄ （第３容器の）出口
４５ 第４容器
４５ｃ （第４容器の）入口
４５ｄ （第４容器の）出口
５０ カートリッジ
５１ 筒状部材
５２ 蓋
６１ 第１パージライン
７２ 第２パージライン
１５０ 太陽光集光装置
２ 第１容器
２ｃ （第１容器の）入口
２ｄ （第１容器の）出口
２ｅ ラビリンス構造
３ 第２容器
３ｃ （第２容器の）入口
３ｄ （第２容器の）出口
３ｅ ラビリンス構造
４ 水素化合物部材
５ 第１経路
６ 第２経路
７ 第１熱交換器
８ 第２熱交換器
９ 循環ライン
１１ ガス循環ライン
１３ 第３熱交換器
１５ 抜き出しライン
１７ 集塵装置
１８ 回収ライン
１９ 熱発生源（熱発生装置）
３０ 水供給装置
３６ 第１加熱器
３７ 第２加熱器
３８ 交換部
４４ 第３容器
４４ｃ （第３容器の）入口
４４ｄ （第３容器の）出口
４５ 第４容器
４５ｃ （第４容器の）入口
４５ｄ （第４容器の）出口
５０ カートリッジ
５１ 筒状部材
５２ 蓋
６１ 第１パージライン
７２ 第２パージライン
１５０ 太陽光集光装置
Claims (13)
- 水素化合物部材と、
第１容器と、
内部の温度が前記第１容器の内部の温度よりも低い第２容器と、
前記第２容器内に水を供給する水供給装置と
を備え、
前記第１容器内に収容される前記水素化合物部材を前記第２容器内に移動可能であるとともに前記第２容器内に収容される前記水素化合物部材を前記第１容器内に移動可能に構成されている水素製造システム。 - 前記第１容器から前記第２容器へ前記水素化合物部材が移動する第１経路と、
前記第２容器から前記第１容器へ前記水素化合物部材が移動する第２経路と、
前記第１経路を移動する前記水素化合物部材を冷却する第１熱交換器と、
前記第２経路を移動する前記水素化合物部材を加熱する第２熱交換器と、
前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器において前記水素化合物部材と熱交換する熱媒体が前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間を循環する循環ラインと
を備える、請求項１に記載の水素製造システム。 - 前記第１経路又は前記第２経路の少なくとも一方には、前記第１経路又は前記第２経路を移動する前記水素化合物部材を取り出すとともに取り出した前記水素化合物部材とは異なる新しい水素化合物部材を前記第１経路又は前記第２経路に供給するための交換部が設けられている、請求項２に記載の水素製造システム。
- 前記第１容器及び前記第２容器のいずれか又は両方の内部はラビリンス構造となるように構成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の水素製造システム。
- 前記第１容器内のガスが前記第１容器から流出し前記第１容器に再び流入するように前記ガスが循環するガス循環ラインと、
前記ガス循環ラインに設けられ、該ガス循環ラインを流通する前記ガスから固形成分を除去する集塵装置と
を備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の水素製造システム。 - 前記集塵装置によって除去された前記固形成分を、前記第２容器から前記第１容器へ移動する前記水素化合物部材に供給する回収ラインを備える、請求項５に記載の水素製造システム。
- 多孔質性の筒状部材の両端を蓋で塞いだカートリッジの内部に前記水素化合物部材が収容され、
前記第１容器及び前記第２容器は入口及び出口を有し、
前記第１容器の前記入口及び前記出口のそれぞれに前記カートリッジの前記蓋のそれぞれが嵌合するとともに前記第１容器の内部に前記筒状部材が位置するように前記カートリッジが前記第１容器に設置されることによって、前記水素化合物部材が前記第１容器内に収容可能であり、
前記第２容器の前記入口及び前記出口のそれぞれに前記カートリッジの前記蓋のそれぞれが嵌合するとともに前記第２容器の内部に前記筒状部材が位置するように前記カートリッジが前記第２容器に設置されることによって、前記水素化合物部材が前記第２容器内に収容可能であり、
前記第１容器に設置される前記カートリッジは前記第２容器に設置されるように移動可能であるとともに前記第２容器に設置される前記カートリッジは前記第１容器に設置されるように移動可能に構成されている、請求項１に記載の水素製造システム。 - 入口及び出口を有する第３容器が前記第１容器と前記第２容器との間に設けられ、
前記第３容器の前記入口及び前記出口のそれぞれに前記カートリッジの前記蓋のそれぞれが嵌合するとともに前記第３容器の内部に前記筒状部材が位置するように前記カートリッジが前記第３容器に設置されることによって、前記水素化合物部材が前記第３容器に収容可能であり、
前記第１容器に設置される前記カートリッジは前記第３容器に設置されるように移動可能であるとともに前記第３容器に設置される前記カートリッジは前記第２容器に設置されるように移動可能に構成され、
前記水素製造システムは、前記第３容器内のガスがパージされる第１パージラインを備える、請求項７に記載の水素製造システム。 - 入口及び出口を有する第４容器が前記第２容器と前記第１容器との間に設けられ、
前記第４容器の前記入口及び前記出口のそれぞれに前記カートリッジの前記蓋のそれぞれが嵌合するとともに前記第４容器の内部に前記筒状部材が位置するように前記カートリッジが前記第４容器に設置されることによって、前記水素化合物部材が前記第４容器に収容可能であり、
前記第２容器に設置される前記カートリッジは前記第４容器に設置されるように移動可能であるとともに前記第４容器に設置される前記カートリッジは前記第１容器に設置されるように移動可能に構成され、
前記水素製造システムは、前記第４容器内のガスがパージされる第２パージラインを備える、請求項７または８に記載の水素製造システム。 - 前記第１容器内のガスが前記第１容器から流出し前記第１容器に再び流入するように前記ガスが循環するガス循環ラインと、
前記ガス循環ラインを循環する前記ガスの一部を抜き出す抜き出しラインと、
前記抜き出しラインを流通する前記ガスと、前記水供給装置によって前記第２容器へ供給される前記水とを熱交換することにより、前記水を加熱する第１加熱器と
を備える、請求項１～３、７及び８のいずれか一項に記載の水素製造システム。 - 前記第１容器内のガスが前記第１容器から流出し前記第１容器に再び流入するように前記ガスが循環するガス循環ラインと、
熱発生装置と、
前記ガス循環ラインを循環する前記ガスと前記熱発生装置で生じる熱を吸収した流体とが熱交換する第３熱交換器と
を備える、請求項１～３、７及び８のいずれか一項に記載の水素製造システム。 - 前記第３熱交換器において前記ガスと熱交換した前記流体と、前記水供給装置によって前記第２容器へ供給される前記水とを熱交換することにより、前記水を加熱する第２加熱器を備える、請求項１１に記載の水素製造システム。
- 前記第１容器内に流入したガスが前記第１容器から流出し前記第１容器に再び流入するように前記ガスが循環するガス循環ラインと、
太陽光を集光する太陽光集光装置と、
前記ガス循環ラインを循環する前記ガスと前記太陽光集光装置が集光した前記太陽光を照射されて加熱された流体とが熱交換する第３熱交換器と
を備える、請求項１～３、７及び８のいずれか一項に記載の水素製造システム。
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