【手続補正書】
【提出日】平成15年9月8日(2003.9.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素燃料を水素と一酸化炭素を含有する高温改質気体に変換する改質器と、
前記改質器の下流にあり、改質気体を主に水素と二酸化炭素を含有する気体の流れに変換するシフト変成装置と、
前記シフト変成装置の下流にあり、このシフト変成装置からの前記気体の流れの中の水素を反応させる燃料電池と、
前記シフト変成装置に近接してその上流にあり、垂直下向き位置に配向され、前記シフト変成装置内への導入の前に改質気体を所望の温度に冷却するシフト変成装置予冷器と、
を備える燃料電池装置であって、前記予冷器は、
長手軸線周りに延びるとともに改質気体入口と改質気体出口を有する細長い室を画定する、ハウジングと、
前記改質気体入口と前記改質気体出口の間で前記長手軸線周りに前記室内に取り付けられ、再循環−冷却領域を画定し、前記ハウジングの一部とともに環状空間を画定し、少なくとも１つの高温気体入口と冷却済気体出口とを有するスリーブ部材と、
前記少なくとも１つの高温気体入口と関連する水入口と、
を備え、前記少なくとも１つの高温気体入口は、前記噴霧水入口の周りに環状に配列されかつ前記長手軸線に対して鋭角αに配列されるとともに前記再循環−冷却領域内に旋回しかつ再循環する改質気体の流れを生成する複数の噴出口を、備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記改質気体入口からの直接、前記改質気体出口への改質気体の流れを防止するシールが、前記環状空間内に配置されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記スリーブ部材は、直径ｄを有するとともに、複数のさらなる入口を有しており、これらの入口は、前記ノズルから下流に０．５ｄと１．５ｄの間の位置に配置され、前記環状空間を前記再循環−冷却領域と連通させることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記さらなる入口は、好ましくは、前記ノズルから１．０ｄの位置に配置されることを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記改質気体入口と前記さらなる入口との間の高温改質気体の分割は、２５／７５から７５／２５の間の割合であることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項６】
高温改質気体の前記分割は、５０／５０であることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記鋭角αは、前記長手軸線Ａに対し４５°から８５°の間であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記鋭角は、長手軸線Ａに対し約６０°であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記複数の噴出口は、径方向内側へ前記水入口へ延びることを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項１０】
前記複数の噴出口ノズルは、前記水入口に対して実質的に接線となるように延びることを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記水入口は、噴霧ノズルから成ることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１２】
前記冷却済改質気体出口は、前記冷却済気体出口から離れており、前記ハウジング内のそれらの間に蒸発領域を画成することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１３】
前記分離領域は、高表面積の材料を含むことを特徴とする請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記材料は、スチールウール、セラミックペレット、網状セラミック発泡体、および金属発泡体から成る群より選択されることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
長手軸線周りに延びるとともに改質気体入口と改質気体出口を有する細長い室を画定する、ハウジングと、
前記改質気体入口と前記改質気体出口の間で前記長手軸線周りに前記室内に取り付けられ、再循環−冷却領域を画定し、前記ハウジングの一部とともに環状空間を画定し、少なくとも１つの高温気体入口と冷却済気体出口とを有するスリーブ部材と、
前記少なくとも１つの高温気体入口と関連する水入口と、
を備え、前記少なくとも１つの高温気体入口は、前記噴霧水入口の周りに環状に配列されかつ長手軸線に対して鋭角に配列されるとともに前記再循環−冷却領域内に旋回しかつ再循環する改質気体の流れを生成する複数の噴出口を、備えることを特徴とする気体冷却装置。
【請求項１６】
前記改質気体入口からの直接、前記改質気体出口への改質気体の流れを防止するシールが、前記環状空間内に配置されることを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記スリーブ部材は、直径ｄを有するとともに、複数のさらなる入口を有しており、これらの入口は、前記ノズルから下流に０．５ｄと１．５ｄの間の位置に配置され、前記環状空間を前記再循環−冷却領域と連通させることを特徴とする請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記さらなる入口は、好ましくは、前記ノズルから１．０ｄの位置に配置されることを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記改質気体入口とさらなる入口との間の高温改質気体の分割は、２５／７５から７５／２５の間の割合であることを特徴とする請求項１６記載の装置。
【請求項２０】
高温改質気体の前記分割は、５０／５０であることを特徴とする請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
前記鋭角は、前記長手軸線Ａに対し４５°から８５°の間であることを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項２２】
前記鋭角は、長手軸線Ａに対し約６０°であることを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項２３】
前記複数の噴出口は、径方向内側へ前記水入口へ延びることを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項２４】
前記複数の噴出口ノズルは、前記水入口に対して実質的に接線となるように延びることを特徴とする請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
前記水入口は、噴霧ノズルから成ることを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項２６】
前記冷却済改質気体出口は、前記冷却済気体出口から離れており、前記ハウジング内のそれらの間に蒸発領域を画成することを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項２７】
前記分離領域は、高表面積の材料を含むことを特徴とする請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
前記材料は、スチールウール、セラミックペレット、網状セラミック発泡体、および金属発泡体から成る群より選択されることを特徴とする請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
定格出力を有しかつ近周囲圧力で作動する炭化水素を燃料とする改質気体燃料電池装置において、
改質気体をシフト変成装置へ供給する前に燃料処理装置からの改質気体を冷却する方法であって、
高温気体入口と、冷却済気体出口と、水入口とを有する冷却領域を設け、
６００から９００°Ｆの間の温度の改質気体を前記高温気体入口へ供給し、
前記冷却領域に前記改質気体の旋回しかつ再循環する流れを供給するように、前記冷却領域に前記改質気体を再誘導し、
前記改質気体を冷却するとともに水を蒸発させるように、この水を液滴へと噴霧し、この液滴を前記再誘導された改質気体と接触させ、
冷却された改質気体を前記冷却領域から除去する、
ことを含み、この改質気体は、４００から５００°Ｆの間の温度であり、この気体の流れには、実質的に水滴が存在しないことを特徴とする方法。
【請求項３０】
前記燃料は、天然ガス、ガソリン、ディーゼル燃料、ナフサ、および燃料油から成る群より選択されることを特徴とする請求項２９記載の燃料電池装置。
【請求項３１】
前記燃料処理装置は、自熱式改質器、熱水蒸気改質器、および部分酸化装置から成る群より選択されることを特徴とする請求項３０記載の燃料電池装置。
【請求項３２】
定格出力における前記改質気体入口から前記改質気体出口への圧力降下は、水柱１０インチより小さいことを特徴とする請求項２９記載の方法。
【請求項３３】
定格出力における前記冷却領域内の滞留時間が、少なくとも３０ミリ秒であることを特徴とする請求項２９記載の方法。
【請求項３４】
定格出力における高温改質気体の質量流量は、約２９０から３５０ｌｂｓ．／ｈｒ．の間であり、水の質量流量は、約２５から３５ｌｂｓ．／ｈｒ．の間であり、滞留時間は、約３０から５０ミリ秒の間であることを特徴とする請求項２９記載の方法。
【請求項３５】
前記水の蒸発および前記改質気体の冷却を助ける高表面積の材料を前記冷却領域内に設けることを含むことを特徴とする請求項２９記載の方法。
【請求項３６】
前記表面積は、４００から６００ｆｔ2／ｆｔ3の間であることを特徴とする請求項３５記載の方法。
【請求項３７】
前記材料は、スチールウール、セラミックペレット、金属ペレット、網状セラミック発泡体、および金属発泡体から成る群より選択されることを特徴とする請求項２９記載の方法。
【請求項３８】
前記質量流量は、注入された水の完全な蒸発を維持しながら、定格出力の流れから定格の流れの１０％までの範囲にあることを特徴とする請求項３４記載の方法。