【手続補正書】
【提出日】平成22年12月13日(2010.12.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
天然ガス、ＬＰＧ、ガソリン、及びディーゼルなどの炭化水素ベースの燃料は、ほとんどの燃料電池のための燃料源として使用するために変換処理を必要とする。現行の技術は、当初の変換処理といくつかの浄化処理とを組み合わせた、多段処理を使用している。当初の処理はほとんどの場合、蒸気改質（ＳＲ）、自己熱改質（ＡＴＲ）、触媒部分酸化（ＣＰＯＸ）、又は非触媒部分酸化（ＰＯＸ）である。浄化処理は通常、脱硫、高温水性ガス・シフト、低温水性ガス・シフト、選択的ＣＯ酸化、又は選択的ＣＯメタン生成の組合せを含む。代替の処理としては、水素選択性膜反応器及びフィルタを含む。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
正極テールガス酸化器（ＡＴＯ）などの燃焼器は、燃料処理システムに取って極めて重要な構成機器である。燃焼器は、改質物質、燃料電池からのアノード排ガス、又は圧力スウィング吸着ユニット・オフガスを燃焼させ、改質システムのための熱を発生する。通常これらのガスはすべて、ある量の水素を含む。例えば、改質物質は一般に、炭化水素の供給原料を改質した生成物として生じた、水素と一酸化炭素の混合物である。他の構成物資は、二酸化炭素、蒸気、窒素、及び未変換の供給原料を含む。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明は、アノード排ガス酸化器（ＡＴＯ）などの、火炎型及び触媒型バーナの両方を組み合わせた、燃料処理適用のためのハイブリッド燃焼器を開示する。ハイブリッド燃焼器は、触媒バーナの下流に配置された統合型熱回収ユニットを随意に含んでもよい。以下に説明するその他の利点に加え、本発明のハイブリッド燃焼器の設計では、予熱のためのエネルギー消費が少ない。全体として、予熱状態からの全エネルギー節約は約１．５ｋＷと想定される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明のハイブリッド燃焼器は、供給流又は自己熱改質器（ＡＴＲ）の床を予熱するために、及び蒸気発生のために、触媒バーナの下流に配置された統合型熱回収ユニットを随意に含んでもよい。本発明のハイブリッド燃焼器のこの実施例によって、燃料処理効率の改善、及び燃料処理システム（例えば、ＡＴＲシステム）の急速起動が期待されるであろう。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
アノード排ガス酸化器（ＡＴＯ）などの燃焼器は、燃料処理装置及び燃料電池の運転に不可欠である。本発明は、ＡＴＯのような、火炎バーナと触媒バーナとを組み合わせた燃料処理適用のためのハイブリッド燃焼器を開示する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
工程段階Ａは自己熱改質処理であり、その中で部分酸化（下記の式Ｉ）、及び場合によってはさらに蒸気改質（下記の式ＩＩ）の２つの反応が組み合わされて、供給流Ｆを水素及び一酸化炭素を含む合成ガスに変換する。式Ｉ及びＩＩは、メタンが炭化水素と見なされる場合の反応式を例示するものである。
ＣＨ４＋１／２Ｏ２→２Ｈ２＋ＣＯ    （Ｉ）
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ        （ＩＩ）
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
自己熱改質段階の運転温度は、供給条件及び触媒に依存して、約５５０℃から約９００℃の範囲であってよい。本発明は部分酸化触媒の触媒床を使用し、蒸気改質触媒は使用する場合としない場合がある。触媒は、ペレット、球、押出し物、モノリス等を含む任意の形であってよい。部分酸化触媒は当業者によく知られているものであり、しばしば、モノリス、押出し物、ペレット、又はその他の担体の上の、アルミナ・ウオッシュコート上の白金、パラジウム、ロジウム、及び／又はルテニウムなどの貴金属を含む。ニッケル又はコバルトなどの非貴金属も使用されてきた。チタニア、ジルコニア、シリカ、及びマグネシアなどのその他のウオッシュコートが文献に記載されている。ランタン、セリウム、及びカリウムなどの多くの添加物質が、部分酸化触媒の性能を改善する「促進剤」として文献に記載されている
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
工程段階Ｃは精製段階である。炭化水素流の主要な不純物の１つはイオウであり、それは自己熱改質段階Ａによって硫化水素に変換される。工程段階Ｃで使用される処理コアは、酸化亜鉛、及び／又は硫化水素を吸収又は変換することが可能なその他の物質を含むことが好ましく、さらに担体（例えば、モノリス、押出し物、ペレット等）を含んでよい。脱硫は、次の反応式ＩＩＩに従って、硫化水素を水に変換することにより遂行される。
Ｈ２Ｓ＋ＺｎＯ→Ｈ２Ｏ＋ＺｎＳ      （ＩＩＩ）
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
予熱された燃料／空気混合物は、予熱温度を維持し、又は２つの区画の間に配置された電気コイル・ヒータ２０４で昇温されて、第２の区画に流入する。予熱された燃料・空気混合物は、らせん状熱交換器２０５に流入し、この熱交換器は、混合物の流れを自己熱改質器（ＡＴＲ）２０６の排出流と対向させて、自己熱改質反応温度まで予熱する。予熱された水（熱交換器２１２で燃料処理装置２００に流入する）は、熱交換器２０５に流入する前に予熱された燃料・空気の流れと混合される。予熱された燃料・空気・水混合物は、熱交換器２０５を出て同心ディフューザを通過して、ＡＴＲ２０６に供給される。これは図１の工程段階Ａに相当する。このディフューザは、ＡＴＲ２０６入口における均一な流量配分をもたらす。ＡＴＲ２０６から出る高温水素生成物は同心ディフューザを通して収集され、熱回収のために熱交換器２０５に戻される。この実施例では、流路を最小限にするために熱交換器２０５はＡＴＲ２０６の直上に設置されており、それによってエネルギー損失を低減させ、全体のエネルギー効率を改善する。ＡＴＲ２０６を通過する低い圧力降下及び均一な流れを達成するために、流れ調整ベーンをエルボー部に挿入してもよい。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
図３を参照すると、図３は本発明による燃料処理適用のためのハイブリッド燃焼器（アノード排ガス酸化器など）３００の実施例を例示するものである。ハイブリッド燃焼器３００は、一次空気をハイブリッド燃焼器３００に流入させるための第１の弁３０１と、燃料（典型的には天然ガス、その他の燃料に加えてプロパンも使用される）をハイブリッド燃焼器３００に流入させるための第２の弁３０２と二次空気をハイブリッド燃焼器３００に流入させるための第３の弁３０３と、燃料（典型的には天然ガス及び／又は改質物質）をハイブリッド燃焼器３００に流入させるための第４の弁３０４と、を含む。燃料、一次空気、及び二次空気の混合ポイントは、ハイブリッド燃焼器３００の燃焼区域の直前に配置される。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
火炎バーナ３１０からの排出物は、触媒床を直接通過することにより、触媒バーナ３０８の触媒床を予熱する。火炎バーナ３１０は、触媒バーナ３０８の触媒床が予熱された後、自動的に停止する。触媒バーナ３０８からの排出物３１１は、自己熱改質床などの改質床を予熱するために使用されてよい。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
アノード排ガス又は圧力スウィング吸収ユニット・オフガスが利用できる場合は、天然ガスは改質物質に切り替えられることになる。改質物質の燃焼は（水素が存在するために）、天然ガスの燃焼よりずっと容易であるから、この切り替えによって問題は生じない。追加の天然ガスが必要な場合は、天然ガスは最初に改質物質と一緒に混合され、触媒バーナ３０９に供給されてよい。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
統合型熱回収ユニット４１２からの燃焼排気は、二次空気予熱器４１３に配管接続してよい。ＡＴＲ反応器の起動時に改質器床及びシフト床を直接予熱するために、統合型熱回収ユニット４１２からの燃焼排気は、自己熱改質反応器（ＡＴＲ）、又は蒸気メタン改質反応器（ＳＭＲ）などの改質反応器に配管接続してもよい。さらに、ハイブリッド燃焼器４００のための天然ガスは、統合転造型フィン熱交換器からの高温二次空気と直接混合して予熱してもよい。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
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