(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給流れを受け取って、前記供給流れから生成物水素流れを生成するように構成された燃料処理アセンブリと、
前記燃料処理アセンブリに前記供給流れを配送するように構成された供給アセンブリであって、
前記供給流れのための供給原料を含有するように構成された供給タンク、
前記供給タンクと前記燃料処理アセンブリを流体連通させる供給コンジット、および
前記供給流れを、前記供給コンジットを通して、前記燃料処理アセンブリに複数の流量で配送するように構成された可変速度ポンプを含む供給アセンブリと、
制御システムであって、
前記ポンプから下流の前記供給コンジット内の圧力を検出するように構成された供給センサアセンブリ、および
前記供給コンジットにおいて検出された前記圧力に基づき、前記複数の流量から1つの流量を選択して、前記選択された流量で前記ポンプを運転するように構成されたポンプコントローラを含む制御システムとを備え、
前記供給センサアセンブリは、前記供給コンジット内で検出された前記圧力に基づいて信号を発生するようにさらに構成されており、かつ、前記ポンプコントローラは、前記供給センサアセンブリから受け取った前記信号を反転させて、前記反転された信号に基づいて前記流量を選択するようにさらに構成されている水素発生アセンブリ。
【請求項２】
前記ポンプコントローラが、ただ前記供給コンジット内で検出された圧力のみに基づいて前記流量を選択するようにさらに構成されている請求項1に記載の水素発生アセンブリ。
【請求項３】
前記燃料処理アセンブリを浄化するように構成された加圧ガスの少なくとも1つの容器を収容するように構成され、前記供給コンジットと流体連通する加圧ガスアセンブリと、
前記燃料処理アセンブリの電力が遮断されたとき、前記少なくとも1つの加圧ガスが、前記加圧ガスアセンブリから前記供給コンジットを通って前記燃料処理アセンブリへと流れるのを可能にするように構成された浄化弁アセンブリとを含む浄化アセンブリをさらに備える請求項1に記載の水素発生アセンブリ。
【請求項４】
排気ポートを有する筺体をさらに備える水素発生アセンブリであって、前記燃料処理アセンブリが、前記筺体内に含有されている水素生成領域を含み、水蒸気改質反応によって、前記供給流れから前記生成物水素流れをもたらすように構成されており、前記制御システムが、前記水素生成領域内の温度を検出するように構成された改質器センサアセンブリをさらに含む請求項1に記載の水素発生アセンブリ。
【請求項５】
少なくとも1つの空気流れおよび少なくとも1つの燃料流れを受け取り、前記筺体内に含有されている燃焼領域内で前記少なくとも1つの燃料流れを燃焼させて、少なくとも前記水素生成領域を少なくとも最低の水素生成温度まで加熱するための加熱排気流を生成するように構成された加熱アセンブリと、
前記排気ポートに対して可動に接続されたダンパであって、前記加熱排気流を、前記排気ポートを通して流すことができる全開位置、前記加熱排気流が前記排気ポートを通って流れるのを防止する閉位置、および前記全開位置と前記閉位置の間の複数の中間の開位置を含む複数の位置の間で移動するように構成されたダンパとをさらに備える水素発生アセンブリであって、前記制御システムが、前記水素生成領域において検出された温度に少なくとも部分的に基づいて前記全開位置と前記閉位置の間で前記ダンパを移動させるように構成されているダンパコントローラをさらに含む請求項4に記載の水素発生アセンブリ。
【請求項６】
前記燃料処理アセンブリが、前記供給流れから前記生成物水素流れを生成する実行モードと、前記供給流れから前記生成物水素流れを生成することのないスタンバイモードとを含む複数のモードの間で動作することができるように構成されている請求項1に記載の水素発生アセンブリ。
【請求項７】
前記生成物水素流れを含有するように構成されたバッファタンクと、前記燃料処理アセンブリと前記バッファタンクを流体連通させる生成物コンジットとをさらに備える水素発生アセンブリであって、前記制御システムが、
前記バッファタンク内の圧力を検出するように構成された生成物センサアセンブリと、
前記バッファタンク内の前記検出された圧力に少なくとも部分的に基づいて、前記燃料処理アセンブリを前記実行モードと前記スタンバイモードの間で動作させるように構成された制御アセンブリとをさらに含む請求項6に記載の水素発生アセンブリ。
【請求項８】
供給流れを受け取って、前記供給流れから生成物水素流れを生成するように構成された燃料処理アセンブリと、
前記燃料処理アセンブリを浄化するように構成された加圧ガスの少なくとも1つの容器を収容するように構成された加圧ガスアセンブリと、
前記加圧ガスアセンブリと前記燃料処理アセンブリを流体連通させるように構成された浄化コンジットと、
前記燃料処理アセンブリの電力が遮断されたとき、前記少なくとも1つの加圧ガスが、前記加圧ガスアセンブリから前記浄化コンジットを通って前記燃料処理アセンブリへと流れるのを可能にするように構成された浄化弁アセンブリとを備え、
前記浄化弁アセンブリは、前記少なくとも1つの加圧ガスが前記加圧ガスアセンブリから前記浄化コンジットを通って流れることのない閉位置と、前記少なくとも1つの加圧ガスが前記加圧ガスアセンブリから前記浄化コンジットを通って流れることができる開位置との間で移動する浄化弁を含み、前記燃料処理アセンブリが給電されているとき、前記浄化弁が前記閉位置にあり、かつ、前記燃料処理アセンブリへの電力が喪失したとき、前記浄化弁が前記開位置へ自動的に移動する水素発生アセンブリ。
【請求項９】
前記浄化弁アセンブリが、前記浄化弁を前記開位置と前記閉位置の間で移動させるように構成された浄化ソレノイドをさらに含み、前記燃料処理アセンブリが、前記浄化ソレノイドに制御信号を送るように構成された制御システムを含み、前記浄化ソレノイドが、前記制御信号を受け取ったとき、前記浄化弁を前記閉位置へ移動させ、前記制御信号を受け取らないとき、前記浄化弁を前記開位置へ自動的に移動させるように構成されている請求項8に記載の水素発生アセンブリ。
【請求項１０】
前記燃料処理アセンブリの少なくとも一部分および前記浄化アセンブリの少なくとも一部分が筺体内に含有されている請求項8に記載の水素発生アセンブリ。
【請求項１１】
少なくとも1つの供給流れを受け取って、大部分の成分としての水素ガスと他のガスとを含有する改質流れを発生するように構成された水蒸気改質型水素発生アセンブリであって、
排気ポートを有する筺体と、
前記少なくとも1つの供給流れから水蒸気改質反応によって前記改質流れを生成するように構成され、前記筺体に含有されている水素生成領域と、
前記水素生成領域内の温度を検出するように構成された改質器センサアセンブリと、
少なくとも1つの空気流れおよび少なくとも1つの燃料流れを受け取り、前記筺体内に含有されている燃焼領域内で前記少なくとも1つの燃料流れを燃焼させて、少なくとも前記水素生成領域を少なくとも最低の水素生成温度まで加熱するための加熱排気流を生成するように構成された加熱アセンブリと、
前記排気ポートに対して可動に接続されたダンパであって、前記加熱排気流が前記排気ポートを通って流れることを許す全開位置と、前記加熱排気流が前記排気ポートを通って流れるのを防止する閉位置と、前記全開位置と前記閉位置の間の複数の中間の開位置とを含む複数の位置の間を移動するように構成されたダンパと、
前記水素生成領域において検出された温度に少なくとも部分的に基づいて前記全開位置と前記閉位置の間で前記ダンパを移動させるように構成されたダンパコントローラとを備える水蒸気改質型水素発生アセンブリ。
【請求項１２】
水素選択性膜を含み、前記筺体内に含有された精製領域であって、前記水素選択性膜を通る前記改質流れの部分から成る浸透流れと、前記水素選択性膜を通らない前記改質流れの部分から成る副産物流れとを生成するように構成されている精製領域をさらに備える水蒸気改質型水素生成アセンブリであって、前記改質器センサアセンブリが、前記精製領域内の温度を検出するようにさらに構成されており、前記ダンパコントローラが、前記水素生成領域において検出された温度に少なくとも部分的に基づいて前記全開位置と前記閉位置の間で前記ダンパを移動させるように構成されている請求項11に記載の水蒸気改質型水素発生アセンブリ。
【請求項１３】
前記ダンパコントローラが、前記検出された温度が所定の最高温度を上回るとき、前記ダンパを前記閉位置へ移動させるように構成されている請求項11に記載の水蒸気改質型水素発生アセンブリ。
【請求項１４】
前記ダンパコントローラが、前記検出された温度が所定の最低温度を下回るとき、前記ダンパを前記全開位置へ移動させるように構成されている請求項11に記載の水蒸気改質型水素発生アセンブリ。
【請求項１５】
前記水素生成領域を浄化するように構成された加圧ガスの少なくとも1つの容器を収容するように構成された浄化ガスアセンブリと、
前記加圧ガスアセンブリと前記水素生成領域を流体連通させるように構成された浄化コンジットと、
前記水素生成領域の電力が遮断されたとき、前記少なくとも1つの加圧ガスが前記加圧ガスアセンブリから前記浄化コンジットを通って前記水素生成領域へと流れるのを可能にするように構成された浄化弁アセンブリとをさらに備える請求項11に記載の水蒸気改質型水素発生アセンブリ。
【請求項１６】
前記筺体内に含有されている精製領域であって、前記水素生成領域と流体連通し、水素選択性膜を含む精製領域をさらに備える水蒸気改質型水素生成アセンブリであって、加圧ガスの前記少なくとも1つの容器が、前記水素選択性膜を浄化するように構成されており、前記浄化弁アセンブリが、前記水素生成領域の電力が遮断されたとき、前記少なくとも1つの加圧ガスが前記加圧ガスアセンブリから前記浄化コンジットを通って前記水素選択性膜へと流れるのを可能にするように構成されている請求項15に記載の水蒸気改質型水素発生アセンブリ。
【請求項１７】
前記水素生成領域が、前記少なくとも1つの供給流れから前記改質流れを生成する実行モードと、前記少なくとも1つの供給流れから前記改質流れを生成することのないスタンバイモードとを含む複数のモードの間で動作することができるように構成されている水蒸気改質型水素発生アセンブリであって、
前記改質流れを含有するように構成されたバッファタンクと、
前記水素生成領域と前記バッファタンクを流体連通させる生成物コンジットと、
前記バッファタンク内の圧力を検出するように構成されたバッファタンクセンサアセンブリと、
前記バッファタンク内で検出された圧力に少なくとも部分的に基づいて、前記水素生成領域を、前記実行モードと前記スタンバイモードの間で動作させるように構成された改質器コントローラとをさらに備える請求項11に記載の水蒸気改質型水素発生アセンブリ。
【請求項１８】
供給流れを受け取って前記供給流れから生成物水素流れを生成する実行モードと、前記供給流れから前記生成物水素流れを生成することのないスタンバイモードとを含む複数のモードの間で動作することができるように構成されている燃料処理アセンブリと、
前記生成物水素流れを含有するように構成されたバッファタンクと、
前記燃料処理アセンブリと前記バッファタンクを流体連通させる生成物コンジットと、
前記バッファタンク内の圧力を検出するように構成されたタンクセンサアセンブリと、
前記バッファタンク内の前記検出された圧力に少なくとも部分的に基づいて、前記燃料処理アセンブリを前記実行モードと前記スタンバイモードの間で動作させるように構成された制御アセンブリとを備える水素発生アセンブリ。
【請求項１９】
前記制御アセンブリが、前記バッファタンク内の前記検出された圧力が所定の最高圧力を上回るとき前記燃料処理アセンブリを前記スタンバイモードで動作させるように構成されている請求項18に記載の水素発生アセンブリ。
【請求項２０】
前記制御アセンブリが、前記バッファタンク内の前記検出された圧力が所定の最低圧力を下回るとき前記燃料処理アセンブリを前記実行モードで動作させるように構成されている請求項18に記載の水素発生アセンブリ。
【請求項２１】
前記生成物コンジット内の流れを管理するように構成された生成物弁アセンブリをさらに備える水素発生アセンブリであって、前記制御アセンブリが、前記燃料処理アセンブリが前記スタンバイモードであるとき前記生成物弁アセンブリに対して前記燃料処理アセンブリからの前記生成物水素流れを放出するように指示するように構成されている請求項18に記載の水素発生アセンブリ。
【請求項２２】
前記生成物弁アセンブリが、前記燃料処理アセンブリからの前記生成物水素流れが前記生成物コンジットを通ってバッファタンクに流れる流れ位置と、前記燃料処理アセンブリからの前記生成物水素流れが前記バッファタンクより以前に放出されるガス抜き位置との間で動作するように構成された少なくとも1つの弁を含む請求項21に記載の水素発生アセンブリ。
【請求項２３】
前記制御アセンブリが、前記燃料処理アセンブリが前記実行モードであるとき、前記少なくとも1つの弁を前記流れ位置へ移動させるようにさらに構成されている請求項22に記載の水素発生アセンブリ。
【請求項２４】
前記制御アセンブリが、前記燃料処理アセンブリが前記スタンバイモードであるとき、前記少なくとも1つの弁を前記ガス抜き位置へ移動させるようにさらに構成されている請求項22に記載の水素発生アセンブリ。
【請求項２５】
前記少なくとも1つの弁が三方弁である請求項22に記載の水素発生アセンブリ。
【請求項２６】
前記少なくとも1つの弁が、前記燃料処理アセンブリと前記バッファタンクの間の前記生成物水素流れの流れを制御するように構成された第1の弁と、前記燃料処理アセンブリからの前記生成物水素流れを放出するように構成された第2の弁とを含む請求項22に記載の水素発生アセンブリ。
【請求項２７】
前記第1の弁が、前記生成物水素流れが前記燃料処理アセンブリと前記バッファタンクの間を流れる第1の開位置と、前記生成物水素流れが前記燃料処理アセンブリと前記バッファタンクの間を流れない第1の閉位置と間で移動するように構成されており、前記第2の弁が、前記生成物水素流れが放出される第2の開位置と前記生成物水素流れが放出されない第2の閉位置との間で移動するように構成されている請求項26に記載の水素発生アセンブリ。
【請求項２８】
前記制御アセンブリが、前記燃料処理アセンブリが前記実行モードであるとき、前記第1の弁を前記第1の開位置に移動させ、前記第2の弁を前記第2の閉位置に移動させるようにさらに構成されている請求項27に記載の水素発生アセンブリ。
【請求項２９】
前記制御アセンブリが、前記燃料処理アセンブリが前記スタンバイモードであるとき、前記第1の弁を前記第1の閉位置に移動させ、前記第2の弁を前記第2の開位置に移動させるようにさらに構成されている請求項28に記載の水素発生アセンブリ。
【請求項３０】
前記燃料処理アセンブリを浄化するように構成された加圧ガスの少なくとも1つの容器を収容するように構成された浄化ガスアセンブリと、
前記加圧ガスアセンブリを前記燃料処理アセンブリと流体連通させるように構成された浄化コンジットと、
前記燃料処理アセンブリがスタンバイモードであるとき、前記少なくとも1つの加圧ガスが、前記加圧ガスアセンブリから前記浄化コンジットを通って前記燃料処理アセンブリへと流れるのを可能にするように構成された浄化弁アセンブリとをさらに備える請求項18に記載の水素発生アセンブリ。
【請求項３１】
前記燃料処理アセンブリを浄化するように構成された加圧ガスの少なくとも1つの容器を収容するように構成された浄化ガスアセンブリと、
前記加圧ガスアセンブリを前記燃料処理アセンブリと流体連通させるように構成された浄化コンジットと、
前記燃料処理アセンブリの電力が遮断されたとき、前記少なくとも1つの加圧ガスが前記加圧ガスアセンブリから前記浄化コンジットを通って前記燃料処理アセンブリへと流れるのを可能にするように構成された浄化弁アセンブリとをさらに備える請求項18に記載の水素発生アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、参照によってその開示が本明細書に組み込まれている「HYDROGEN GENERATION ASSEMBLIES」という名称の米国特許出願第61/600096号の優先権を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素発生アセンブリは、1つまたは複数の供給原料を、大部分の成分として水素ガスを含有している生成物流れに変換するアセンブリである。供給原料は、炭素含有供給原料を含み得て、いくつかの実施形態では水も含み得る。供給原料は、供給原料運搬システムから、水素発生アセンブリの水素生成領域に配送され、一般的には、供給原料は、高温の圧力下で配送される。水素生成領域は、加熱アセンブリまたは冷却アセンブリなどの温度調整アセンブリに関連付けられていることが多く、これらは、水素ガスを効率よく生成するのに適した温度範囲内に水素生成領域を保つために、1つまたは複数の燃料流れを消費する。水素発生アセンブリは、水蒸気改質、自己熱改質、熱分解、および/または触媒反応の部分酸化などの任意の適切なメカニズムによって水素ガスを生成し得る。
【０００３】
しかしながら、発生された、または生成された水素ガスは、不純物を有することがある。そのガスは、水素ガスおよび他のガスを含有している混合ガス流れと称され得る。混合ガス流れは、使用に先立って、他のガスの少なくとも一部分を除去することなどのために、精製する必要がある。したがって、水素発生アセンブリは、混合ガス流れの水素純度を向上するための水素精製装置を含んでよい。水素精製装置は、混合ガス流れを生成物流れと副産物流れに分離するための少なくとも1つの水素選択性膜を含み得る。生成物流れは、混合ガス流れからの、より高濃度の水素ガスおよび/または他のガスのうち1つまたは複数の濃度が低下したものを含有している。1つまたは複数の水素選択性膜を用いる水素精製は、圧力で駆動される分離工程であり、圧力容器には1つまたは複数の水素選択性膜が含有されている。混合ガス流れが膜の混合ガス表面と接触し、膜を通って浸透する混合ガス流れの少なくとも一部分から、生成物流れが形成される。圧力容器は、ガスが、圧力容器の画定された入口および出口のポートまたはコンジット以外を通るのを防止するために、一般的には密閉されている。
【０００４】
生成物流れは、様々な用途で用いられ得る。そのような用途の1つには、電気化学的燃料電池などのエネルギー生成がある。電気化学的燃料電池は、燃料および酸化剤を、電力、反応生成物、および熱に変換する装置である。たとえば、燃料電池は、水素と酸素を水と電力に変換してよい。それらの燃料電池では、水素が燃料であり、酸素が酸化剤であり、水が反応生成物である。燃料電池スタックは複数の燃料電池を含んでおり、水素発生アセンブリとともに利用されてエネルギー生成アセンブリをもたらすことができる。
【０００５】
水素発生アセンブリ、水素処理アセンブリ、および/またはそれらのアセンブリの構成要素の例は、米国特許第5,861,137号、米国特許第6,319,306号、米国特許第6,494,937号、米国特許第6,562,111号、米国特許第7,063,047号、米国特許第7,306,868号、米国特許第7,470,293号、米国特許第7,601,302号、米国特許第7,632,322号、米国特許出願公開第2006/0090397号、米国特許出願公開第2006/0272212号、米国特許出願公開第2007/0266631号、米国特許出願公開第2007/0274904号、米国特許出願公開第2008/0085434号、米国特許出願公開第2008/0138678号、米国特許出願公開第2008/0230039号、米国特許出願公開第2010/0064887号、および米国特許出願第13/178,098号に説明されている。上記の特許および特許出願公開の完全な開示が、すべての目的のために、参照によってここで組み込まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第5,861,137号明細書
【特許文献２】米国特許第6,319,306号明細書
【特許文献３】米国特許第6,494,937号明細書
【特許文献４】米国特許第6,562,111号明細書
【特許文献５】米国特許第7,063,047号明細書
【特許文献６】米国特許第7,306,868号明細書
【特許文献７】米国特許第7,470,293号明細書
【特許文献８】米国特許第7,601,302号明細書
【特許文献９】米国特許第7,632,322号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第2006/0090397号明細書
【特許文献１１】米国特許出願公開第2006/0272212号明細書
【特許文献１２】米国特許出願公開第2007/0266631号明細書
【特許文献１３】米国特許出願公開第2007/0274904号明細書
【特許文献１４】米国特許出願公開第2008/0085434号明細書
【特許文献１５】米国特許出願公開第2008/0138678号明細書
【特許文献１６】米国特許出願公開第2008/0230039号明細書
【特許文献１７】米国特許出願公開第2010/0064887号明細書
【特許文献１８】米国特許出願第13/178,098号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
いくつかの実施形態は、水素発生アセンブリを提供し得る。いくつかの実施形態では、水素発生アセンブリは、供給流れを受け取り、受け取った供給流れから生成物水素流れを生成するように構成された燃料処理アセンブリを含み得る。水素発生アセンブリは、燃料処理アセンブリに供給流れを配送するように構成された供給アセンブリをさらに含み得る。供給アセンブリは、供給流れのための供給原料を含有するように構成された供給タンクと、供給タンクと燃料処理アセンブリを流体連通させる供給コンジットとを含み得る。供給アセンブリは、供給流れを、供給コンジットを通して、燃料処理アセンブリに複数の流量で配送するように構成されたポンプをさらに含み得る。水素発生アセンブリは、制御システムをさらに含み得る。制御システムは、ポンプから下流の供給コンジットの中の圧力を検出するように構成された供給センサアセンブリを含み得る。制御システムは、供給コンジットにおいて検出された圧力に基づいて、複数の流量から1つの流量を選択して、選択された流量でポンプを運転するように構成されたポンプコントローラをさらに含み得る。
【０００８】
いくつかの実施形態では、水素発生アセンブリは、供給流れを受け取り、受け取った供給流れから生成物水素流れを生成するように構成された燃料処理アセンブリを含み得る。水素発生アセンブリは、燃料処理アセンブリを浄化するように構成された加圧ガスの少なくとも1つの容器を収容するように構成された加圧ガスアセンブリをさらに含み得る。水素発生アセンブリは、加圧ガスアセンブリと燃料処理アセンブリを流体連通させるように構成された浄化コンジットをさらに含み得る。水素発生アセンブリは、燃料処理アセンブリの電力が遮断されたとき、少なくとも1つの加圧ガスが、加圧ガスアセンブリから浄化コンジットを通って燃料処理アセンブリへと流れるのを可能にするように構成された浄化弁アセンブリをさらに含み得る。
【０００９】
いくつかの実施形態では、水素発生アセンブリが含み得る、供給流れを受け取って複数のモードで動作することができるように構成された燃料処理アセンブリは、供給流れから生成物水素流れを生成する実行モードと、供給流れから生成物水素流れを生成することのないスタンバイモードとを含む。水素発生アセンブリは、生成物水素流れを含有するように構成されたバッファタンクと、燃料処理アセンブリとバッファタンクを流体連通させる生成物コンジットとをさらに含み得る。水素発生アセンブリは、バッファタンクの中の圧力を検出するように構成されたタンクセンサアセンブリと、バッファタンクで検出された圧力に少なくとも部分的に基づいて燃料処理アセンブリを実行モードとスタンバイモードの間で動作させるように構成された制御アセンブリとをさらに含み得る。
【００１０】
いくつかの実施形態が提供し得る水蒸気改質型水素発生アセンブリは、少なくとも1つの供給流れを受け取って、大部分の成分としての水素ガスと他のガスとを含有する改質流れを発生するように構成されている。いくつかの実施形態では、水蒸気改質型水素発生アセンブリが含み得る筺体には、排気ポートがあり、内部には、少なくとも1つの供給流れから、水蒸気改質反応によって改質流れを生成するように構成された水素生成領域が含有される。水蒸気改質型水素発生アセンブリは、水素生成領域内の温度を検出するように構成された改質器センサアセンブリをさらに含み得る。水蒸気改質型水素発生アセンブリがさらに含み得る加熱アセンブリは、少なくとも1つの空気流れおよび少なくとも1つの燃料流れを受け取って、筺体内に含有される燃焼領域内で少なくとも1つの燃料流れを燃焼させ、少なくとも水素生成領域を少なくとも最低の水素生成温度まで加熱するための加熱排気流を生成するように構成されている。水蒸気改質型水素発生アセンブリがさらに含み得るダンパは、排気ポートに対して可動に接続され、加熱排気流が排気ポートを通って流れることを許す全開位置と、加熱排気流が排気ポートを通って流れるのを防止する閉位置と、全開位置と閉位置の間の複数の中間の開位置とを含む複数の位置の間で移動するように構成されている。水蒸気改質型水素発生アセンブリがさらに含み得るダンパコントローラは、水素生成領域において検出された温度に少なくとも部分的に基づいて、全開位置と閉位置の間でダンパを移動させるように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】水素発生アセンブリの一例の概略図である。
【図２】水素発生アセンブリの別の例の概略図である。
【図３】水素発生アセンブリのさらなる例の部分概略図である。
【図４】制御アセンブリの一例の概略図である。
【図５】検出信号を受け取り、かつ調整して、調整された信号を生成する図4の制御アセンブリの一例を示すグラフである。
【図６】水素発生アセンブリのさらなる例の部分概略図である。
【図７】水素発生アセンブリの浄化アセンブリの一例を示す図である。
【図８】水素発生アセンブリの浄化アセンブリの別の例を示す図である。
【図９】水素発生アセンブリのさらなる例の部分概略図である。
【図１０】別の例のダンパおよびその位置の一例を示す、図9の水素発生アセンブリの部分概略図である。
【図１１】別の例のダンパおよびその位置の一例を示す、図9の水素発生アセンブリの部分概略図である。
【図１２】別の例のダンパおよびその位置の一例を示す、図9の水素発生アセンブリの部分概略図である。
【図１３】水素発生アセンブリのさらなる例の部分概略図である。
【図１４】水素発生アセンブリの別の例の部分概略図である。
【図１５】流れ位置における三方弁を示す、図14の水素発生アセンブリの部分概略図である。
【図１６】ガス抜き位置における図15の三方弁を示す、図14の水素発生アセンブリの部分概略図である。
【図１７】水素発生アセンブリのさらなる例の部分概略図である。
【図１８】図17の水素発生アセンブリの、第1の弁が開位置にあって第2の弁が閉位置にある様子を示す部分概略図である。
【図１９】図17の水素発生アセンブリの、図18の第1の弁が閉位置にあって図18の第2の弁が開位置にある様子を示す部分概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図1は、水素発生アセンブリ20の一例を示すものである。水素発生アセンブリは、はっきりと除外されなければ、本開示で説明される他の水素発生アセンブリの1つまたは複数の構成要素を含み得る。水素発生アセンブリは、生成物水素流れ21を発生するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。たとえば、水素発生アセンブリは、供給原料配送システム22および燃料処理アセンブリ24を含み得る。供給原料配送システムは、燃料処理アセンブリに対して少なくとも1つの供給流れ26を選択的に配送するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。
【００１３】
いくつかの実施形態では、供給原料配送システム22は、燃料処理アセンブリ24の燃焼器または他の加熱アセンブリに少なくとも1つの燃料流れ28を選択的に配送するように構成された任意の適切な構造体をさらに含み得る。いくつかの実施形態では、供給流れ26と燃料流れ28は、燃料処理アセンブリの様々な部分に配送される同一の流れでよい。供給原料配送システムは、流体の流れを推し進めるのに適している正変位または他のポンプもしくはメカニズムなどの任意の適切な配送メカニズムも含み得る。いくつかの実施形態では、供給原料配送システムは、ポンプおよび/または他の電気的に動力を供給される流体配送メカニズムを使用する必要性なしで、供給流れ26および/または燃料流れ28を配送するように構成され得る。水素発生アセンブリ20とともに使用され得る適切な供給原料配送システムの例には、米国特許第7,470,293号および米国特許第7,601,302号、ならびに米国特許出願公開第2006/0090397号に説明されている供給原料配送システムが含まれる。上記の特許および特許出願の全部の開示が、すべての目的のために、参照によってここで組み込まれる。
【００１４】
供給流れ26が含み得る少なくとも1つの水素製造流体30は、生成物水素流れ21を生成するための反応物質として利用され得る1つまたは複数の流体を含んでよい。たとえば、水素製造流体は、少なくとも1つの炭化水素および/またはアルコールなどの炭素含有供給原料を含み得る。適切な炭化水素の例には、メタン、プロパン、天然ガス、ディーゼル油、灯油、ガソリンなどが含まれる。適切なアルコールの例には、メタノール、エタノール、多価アルコール(エチレングリコールおよびプロピレングリコールなど)などが含まれる。さらに、燃料処理アセンブリが水蒸気改質および/または自己熱改質によって生成物水素流れを発生するときなど、水素製造流体30は水を含み得る。燃料処理アセンブリ24が熱分解または触媒反応の部分酸化によって生成物水素流れを発生するとき、供給流れ26には水が含有されない。
【００１５】
いくつかの実施形態では、供給原料配送システム22は、水と混和できる炭素含有供給原料(メタノールおよび/または別の水溶性アルコールなど)と水の混合物を含有している水素製造流体30を配送するように構成されてよい。そのような流体流れにおける水と炭素含有供給原料の比は、用いられる特定の炭素含有供給原料、ユーザの選択、燃料処理アセンブリの設計、燃料処理アセンブリが生成物水素流れを発生するのに用いるメカニズムなど、1つまたは複数の要因によって変化し得る。たとえば、水と炭素の分子比は、ほぼ1:1から3:1でよい。さらに、水とメタノールの混合物は、1:1またはそれに近い分子比(37重量%の水、63重量%のメタノール)で配送されてよく、炭化水素または他のアルコールの混合物は、1:1よりも大きい水と炭素の分子比で配送されてよい。
【００１６】
燃料処理アセンブリ24が改質によって生成物水素流れ21を発生するとき、供給流れ26は、たとえば約25〜75体積%のメタノールまたはエタノール(または別の適切な水と混和できる炭素含有供給原料)と、約25〜75体積%の水とを含み得る。少なくとも実質的にメタノールおよび水を含んでいる供給流れについては、約50〜75体積%のメタノールおよび約25〜50体積%の水を含み得る。エタノール、または水と混和できる他のアルコールを含有している流れは、約25〜60体積%のアルコールおよび約40〜75体積%の水を含有し得る。水蒸気改質または自己熱改質を利用する水素生成アセンブリ20用の供給流れの一例には、69体積%のメタノールおよび31体積%の水が含有される。
【００１７】
供給原料配送システム22は、単一の供給流れ26を配送するような構成で示されているが、2つ以上の供給流れ26を配送するように構成されてもよい。それらの流れは、同一の供給原料または異なる供給原料を含有してよく、また、様々な組成を有してよく、少なくとも1つの共通成分を有してよく、共通成分がなくてよく、あるいは同一の組成を有してもよい。たとえば、第1の供給流れは炭素含有供給原料などの第1の成分を含み得、第2の供給流れは水などの第2の成分を含み得る。さらに、供給原料配送システム22は、いくつかの実施形態では単一の燃料流れ28を配送するように構成され得るが、2つ以上の燃料流れを配送するように構成されてもよい。燃料流れは、様々な組成を有してよく、少なくとも1つの共通成分を有してよく、共通成分がなくてよく、あるいは同一の組成を有してもよい。さらに、供給流れおよび燃料流れは、供給原料配送システムから様々な相で放出されてよい。たとえば、流れのうちの1つは液体流れでよく、他方はガス流れである。いくつかの実施形態ではどちらも液体流れでよく、他の実施形態ではどちらもガス流れでよい。さらに、水素発生アセンブリ20は、単一の供給原料配送システム22を含むように示されているが、2つ以上の供給原料配送システム22を含んでもよい。
【００１８】
燃料処理アセンブリ24には、任意の適切な水素生成メカニズムによる水素ガスを含有している出力流れ34を生成するように構成された水素生成領域32が含まれ得る。出力流れは、少なくとも大部分の成分としての水素ガスを含み得て、さらなる気体の成分を含み得る。したがって、出力流れ34は、その大部分の成分として水素ガスを含有しているが、他のガスも含む「混合ガス流れ」と称され得る。
【００１９】
水素生成領域32は、任意の適切な触媒を含有している床または領域を含み得る。水素生成メカニズムが水蒸気改質であるとき、水素生成領域は、炭素含有供給原料と水とを含有している供給流れ26からの出力流れ34の生産を促進するのに適切な水蒸気改質型触媒36を含み得る。そのような実施形態では、燃料処理アセンブリ24は「水蒸気改質器」と称されてよく、水素生成領域32は「改質領域」と称されてよく、出力流れ34は「改質流れ」と称されてよい。改質流れの中に存在し得る他のガスには、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、水蒸気、および/または未反応の炭素含有供給原料が含まれ得る。
【００２０】
水素生成メカニズムが自己熱改質であるとき、水素生成領域32は、空気の存在下で、水と炭素含有供給原料とを含有している供給流れ26からの出力流れ34の生産を促進するのに適切な自己熱改質の触媒を含み得る。さらに、燃料処理アセンブリ24は、水素生成領域に空気流れを配送するように構成された空気配送アセンブリ38を含み得る。
【００２１】
いくつかの実施形態では、燃料処理アセンブリ24が含み得る精製領域(または分離領域)40は、出力流れ(または混合ガス流れ)34から少なくとも1つの水素リッチ流れ42を生成するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。水素リッチ流れ42は、出力流れ34よりも水素濃度が高く、かつ/または、出力流れ34よりも1つまたは複数の他のガス(または不純物)の濃度が低いものであり得る。生成物水素流れ21は、水素リッチ流れ42の少なくとも一部分を含む。したがって、生成物水素流れ21と水素リッチ流れ42は同一の流れであり、同一の組成および流量を有し得る。あるいは、水素リッチ流れ42の中の精製された水素ガスのいくらかが、後で用いるために適切な水素貯蔵アセンブリなどに貯蔵されてよく、かつ/または燃料処理アセンブリによって消費されてもよい。精製領域40は、「水素精製装置」または「水素処理アセンブリ」とも称され得る。
【００２２】
いくつかの実施形態では、精製領域40が生成し得る少なくとも1つの副産物流れ44は、いくらかの水素ガスを含有してもしなくてもよい。副産物流れは、排出されてよく、燃焼器アセンブリおよび/または他の燃焼発生源に送られてよく、加熱流体流れとして用いられてよく、後で用いるために貯蔵されてよく、かつ/または利用され、保存され、かつ/または処分されてもよい。さらに、精製領域40は、出力流れ34の配送に応答する連続流れとして副産物流れを放出してよく、またはバッチ処理などでは、または出力流れの副産物の一部分が少なくとも一時的に精製領域に保存されるときには、副産物流れを断続的に放出してもよい。
【００２３】
燃料処理アセンブリ24には、燃料処理アセンブリ用の加熱アセンブリ向けの燃料流れ(または供給原料流れ)として用いるのに適する十分な量の水素ガスを含有している1つまたは複数の副産物流れを生成するように構成された1つまたは複数の精製領域が含まれ得る。いくつかの実施形態では、副産物流れは、加熱アセンブリが、水素生成領域を所望の動作温度または選択された温度範囲内に保つことができるように、十分な燃料価または水素含有量を有し得る。たとえば、副産物流れは、10〜30重量%の水素ガス、15〜25重量%の水素ガス、20〜30重量%の水素ガス、少なくとも10重量%または15重量%の水素ガス、少なくとも20重量%の水素ガスなどの水素ガスを含み得る。
【００２４】
精製領域40は、出力流れ21の少なくとも1つの成分の濃度を低減するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。ほとんどの用途では、水素リッチ流れ42は、出力流れ(または混合ガス流れ)34よりも高い水素濃度を有することになる。水素リッチ流れは、水素リッチ流れの水素濃度が、出力流れ34の水素濃度よりも高い、出力流れ34の水素濃度と同一の、または出力流れ34の水素濃度よりも低い状況で、1つまたは複数の非水素成分の低減された濃度を有し得る。たとえば、従来型の燃料電池システムでは、一酸化炭素が、たとえ数ppmでも存在すると燃料電池スタックに損傷を与える可能性があるが、出力流れ34の中に存在し得る水などの他の非水素成分は、はるかに高濃度であってもスタックに損傷を与えることはない。したがって、そのような用途では、精製領域は、全体の水素濃度を高めなくてよく、生成物水素流れの所望の用途に対して有害な、または害をなす可能性のある、1つまたは複数の非水素成分の濃度を低下させることになる。
【００２５】
精製領域40に適している装置の例には、1つまたは複数の水素選択性膜46、化学的な一酸化炭素除去アセンブリ48、および/または圧力スイング吸着(PSA)システム50が含まれる。精製領域40が含み得る複数のタイプの精製装置は、同一の構造もしくは異なる構造を有してよく、かつ/または同一のメカニズムもしくは異なるメカニズムによって動作してよい。燃料処理アセンブリ24は、精製領域の下流に、1つまたは複数の生成物水素流れ、水素リッチ流れ、および/または副産物流れに関連したものなど、少なくとも1つの制限するオリフィスおよび/または他の流れ絞り機構を含み得る。
【００２６】
水素選択性膜46は水素ガスに対して浸透性であるが、出力流れ34の他の成分に対して、(完全な非浸透性ではなくとも)少なくとも実質的に非浸透性である。膜46は、精製領域40を動作させる動作環境および動作パラメータで用いるのに適している任意の水素浸透性の材料で形成されてよい。膜46に適している材料の例には、パラジウムおよびパラジウム合金、そして、特にそのような金属および金属合金の薄膜が含まれる。パラジウム合金は、特に35重量%〜45重量%の銅を有するパラジウムが特に効果的であると判明している。約40重量%の銅を含有しているパラジウム銅合金が特に効果的であると判明しているが、他の関連する濃度および成分も用いられてよい。別の特に効果的な合金には、2重量%〜10重量%の金、特に5重量%の金を有するパラジウムがある。パラジウムおよびパラジウム合金が用いられるとき、水素選択性膜46が「フォイル」と称されることがある。
【００２７】
化学的な一酸化炭素除去アセンブリ48は、出力流れ34の一酸化炭素および/または他の望ましくない成分を化学反応させて、それほど有害でない(that are not as potentially harmful)他の組成を形成する装置である。化学的な一酸化炭素除去アセンブリの例には、水および一酸化炭素から水素ガスおよび二酸化炭素を生成するように構成された水ガスシフト反応器と、一酸化炭素と(通常は空気からの)酸素を二酸化炭素に変換するように構成された部分酸化反応器と、一酸化炭素および水素をメタンおよび水に変換するように構成されたメタン生成反応器とが含まれる。燃料処理アセンブリ24は、複数のタイプおよび/または数の化学的除去アセンブリ48を含み得る。
【００２８】
圧力スイング吸着(PSA)は、温度および圧力の適切な条件下で、特定のガスが、他のガスよりも強く吸着剤に吸着されるという原理に基づいて出力流れ34から気体の不純物を除去する化学的処理である。一般に、出力流れ34から非水素不純物が吸着されて除去される。不純ガスの吸着は高圧で起こる。圧力が下げられると、吸着剤から不純物が脱着され、したがって吸着剤が再生する。一般に、PSAは循環処理であり、(バッチとは対照的に)連続した動作のための少なくとも2つの床を必要とする。吸着床で用いられ得る適切な吸着剤の例には、活性炭およびゼオライトがある。PSAシステム50は、副産物または除去された成分を、出力流れの精製と同時にガス流れとして直接排出することのない精製領域40で使用される装置の一例も提供する。これらの副産物成分が除去されるのは、吸着剤が再生されるとき、または精製領域から除去されるときである。
【００２９】
図1では、精製領域40は、燃料処理アセンブリ24内に示されている。精製領域は、あるいは、図1の破線で概略的に示されるように燃料処理アセンブリから離れて下流に配置されてもよい。精製領域40は、燃料処理アセンブリの内部および外部に各部分を含み得る。
【００３０】
燃料処理アセンブリ24は、加熱アセンブリ52の形式の温度調整アセンブリも含み得る。加熱アセンブリは、一般的には空気の存在下で燃焼したとき、少なくとも1つの加熱燃料流れ28から、少なくとも1つの加熱排気流(または燃焼流れ)54を生成するように構成され得る。加熱排気流54は、加熱水素生成領域32として図1に概略的に示されている。加熱アセンブリ52は、燃料が空気とともに燃焼して加熱排気流を生成する燃焼器または燃焼触媒など、加熱排気流を発生するように構成された任意の適切な構造体も含み得る。加熱アセンブリは、燃料の燃焼を始動するように構成された点火装置または点火源58を含み得る。適切な点火源の例には、1つまたは複数の点火プラグ、予熱プラグ、燃焼触媒、点火用補助バーナー、圧電点火器、火花点火器、高温面点火器などが含まれる。
【００３１】
いくつかの実施形態では、加熱アセンブリ52は、燃焼器アセンブリ60を含み得て、燃焼ベースの加熱アセンブリまたは燃焼駆動型加熱アセンブリと称され得る。燃焼ベースの加熱アセンブリでは、加熱アセンブリ52は、少なくとも1つの燃料流れ28を受け取り、空気の存在下で燃料流れを燃焼させて、少なくとも燃料処理アセンブリの水素生成領域を加熱するのに用いられ得る高温の燃焼流れ54を供給するように構成され得る。様々なメカニズムによって、加熱アセンブリに空気が配送されてよい。たとえば、図1に示されるように、空気流れ62は、個別の流れとして加熱アセンブリに配送されてよい。その代わりに、またはそれに加えて、空気流れ62は、加熱アセンブリ52向けの燃料流れ28のうちの少なくとも1つとともに加熱アセンブリに配送されてよく、かつ/または加熱アセンブリが利用される環境から引き出されてもよい。
【００３２】
それに加えて、またはその代わりに、燃焼流れ54は、燃料処理アセンブリの他の部分および/または加熱アセンブリとともに用いられる燃料電池システムを加熱するのに用いられてもよい。さらに、加熱アセンブリ52の他の構成およびタイプが用いられ得る。たとえば、加熱アセンブリ52は、抵抗加熱素子などの少なくとも1つの加熱素子を用いて熱を発生することにより、少なくとも燃料処理アセンブリ24の水素生成領域32を加熱するように構成された電動の加熱アセンブリでよい。それらの実施形態では、加熱アセンブリ52は、水素生成領域を適切な水素生成温度まで加熱するのに、燃焼性の燃料流れを受け取って燃焼させる必要はない。加熱アセンブリの例は、米国特許第7,632,322号に開示されており、その全部の開示が、すべての目的のために、参照によってここで組み込まれる。
【００３３】
加熱アセンブリ52は、水素生成領域および/または分離領域(以下でさらに論じられる)を有する共通の外殻すなわち筐体に収容されてよい。加熱アセンブリは、水素生成領域32から離れて、しかし、少なくとも水素生成領域32に対して所望の加熱をもたらすように、熱的連通および/または流体連通で配置されてよい。加熱アセンブリ52は、共通の外殻の中に部分的にまたは完全に配置されてよく、かつ/または加熱アセンブリの少なくとも一部分(またはすべて)が外殻の外部に配置されてもよい。加熱アセンブリが外殻の外部に配置されているとき、燃焼器アセンブリ60からの高温の燃焼ガスは、適切な熱伝達コンジットを通って外殻内の1つまたは複数の構成要素に配送されてよい。
【００３４】
加熱アセンブリは、供給原料配送システム22、供給原料供給流れ、水素生成領域32、精製(または分離)領域40、またはそれらのシステム、流れ、および領域の任意の適切な組合せを加熱するようにも構成され得る。供給原料の供給流れを加熱するステップは、水素生成領域内で水素ガスを生成するのに用いられる液体の反応物質流れまたは水素製造流体の成分を気化するステップを含み得る。その実施形態では、燃料処理アセンブリ24が気化領域64を含むと説明され得る。加熱アセンブリは、水素発生アセンブリの他の構成要素を加熱するようにさらに構成され得る。たとえば、加熱排気流は、圧力容器、および/または加熱燃料を含有している他のキャニスタ、および/または供給流れ26および燃料流れ28の少なくとも一部分を形成する水素製造流体を加熱するように構成され得る。
【００３５】
加熱アセンブリ52は、水素生成領域32の任意の適切な温度を達成すること、および/または保つことができる。水蒸気改質器は、一般に200℃から900℃の範囲内の温度で動作する。しかしながら、この範囲外の温度も本開示の範囲内にある。炭素含有供給原料がメタノールであるとき、水蒸気改質の反応は、一般に約200〜500℃の温度範囲で動作することになる。その範囲の例示的サブセットには、350〜450℃、375〜425℃、および375〜400℃が含まれる。炭素含有供給原料が炭化水素、エタノールまたは別のアルコールであるとき、水蒸気改質の反応のために、一般的には約400〜900℃の温度範囲が用いられることになる。その範囲の例示的サブセットには、750〜850℃、725〜825℃、650〜750℃、700〜800℃、700〜900℃、500〜800℃、400〜600℃、および600〜800℃が含まれる。水素生成領域32には、それぞれが同一の温度または異なる温度で動作し得る2つ以上のゾーンまたは部分が含まれ得る。たとえば、水素製造流体が炭化水素を含んでいるとき、水素生成領域32は2つの異なる水素生成部分または領域を含み得、一方が、前改質領域をもたらすために、他方よりも低温で動作する。それらの実施形態では、燃料処理アセンブリは、2つ以上の水素生成領域を含むと称されることもある。
【００３６】
燃料流れ28は、所望の熱出力を供給するように加熱アセンブリ52で消費するのに適している任意の可燃性の液体および/またはガスを含み得る。いくつかの燃料流れは、加熱アセンブリ52に配送されて燃焼するときはガスでよいが、他のものは、液体流れとして加熱アセンブリに配送されてよい。燃料流れ28に適している加熱燃料の例には、メタノール、メタン、エタン、エタノール、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタンなどの炭素含有供給原料が含まれる。さらなる例には、液化石油ガス、アンモニア、軽量アミン、ジメチルエーテル、および低分子量炭化水素などの低分子量の濃縮可能な燃料が含まれる。さらに他の例には、水素および一酸化炭素が含まれる。加熱アセンブリの代わりに、(水蒸気改質などの吸熱過程の代わりに、たとえば部分酸化といった発熱を伴う水素生成処理が利用されるとき使用され得る)冷却アセンブリ形式の温度調整アセンブリを含んでいる水素発生アセンブリ20の実施形態では、供給原料配送システムは、アセンブリに燃料または冷媒の流れを供給するように構成され得る。任意の適切な燃料または冷媒流体も用いられてよい。
【００３７】
図1に示されるように、燃料処理アセンブリ24は、少なくとも水素生成領域32を含有している外殻すなわち筐体66をさらに含み得る。いくつかの実施形態では、外殻内に、気化領域64および/または精製領域40がさらに含有され得る。外殻66により、水蒸気改質器の構成要素または他の燃料処理メカニズムを1つのユニットとして移動させることができる。また、外殻は、保護囲いを与えることによって燃料処理アセンブリの構成要素が傷むのを防ぎ得、かつ/または、構成要素が1つのユニットとして加熱され得るので、燃料処理アセンブリの加熱要求を低減し得る。外殻66は、固体絶縁材、ブランケット絶縁材料、および/または空気で満たされた空洞などの絶縁材料68を含み得る。絶縁材料は、外殻の内部にあってよく、外殻の外部にあってよく、またはその両方にあってもよい。絶縁材料が外殻の外部にあるとき、燃料処理アセンブリ24は、図1に概略的に示されるように、絶縁体の外部に外被またはジャケット70をさらに含み得る。燃料処理アセンブリには、供給原料配送システム22および/または他の構成要素など、燃料処理アセンブリのさらなる構成要素を含んでいる別の外殻が含まれ得る。
【００３８】
燃料処理アセンブリ24の1つまたは複数の構成要素は、外殻を越えて延在してよく、または外殻の外部に配置されてもよい。たとえば、精製領域40は、外殻から離隔されるものの、適切な流体移送コンジットによって流体連通するなど、外殻66の外部に配置されてよい。別の例として、水素生成領域32の一部分(1つまたは複数の改質触媒床の一部分など)は、図1に破線で概略的に示された代替シェル構成を表すものなど、外殻を越えて延在してよい。適切な水素発生アセンブリおよびその構成要素の例は、米国特許第5,861,137号、米国特許第5,997,594号、および米国特許第6,221,117号に開示されており、それらの全部の開示が、すべての目的のために、参照によってここで組み込まれる。
【００３９】
水素発生アセンブリ20の別の例が図2に示され、全体的に72で示されている。水素発生アセンブリ72は、はっきりと除外されなければ、水素発生アセンブリ20の1つまたは複数の構成要素を含み得る。図2に示されるように、水素発生アセンブリ72は、供給原料配送システム74、気化領域76、水素生成領域78、および加熱アセンブリ80を含み得る。いくつかの実施形態では、水素発生アセンブリ20は、精製領域82も含み得る。
【００４０】
供給原料配送システムは、水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の構成要素に対して1つまたは複数の供給流れおよび/または燃料流れを配送するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。たとえば、供給原料配送システムは、供給原料タンク(または容器)84およびポンプ86を含み得る。供給原料タンクは、水および炭素含有供給原料(たとえばメタノール/水混合物)などの任意の適切な水素製造流体88を含有してよい。ポンプ86は、水素製造流体を配送するように構成された任意の適切な構造体を有してよく、これは、気化領域76および/または水素生成領域78向けの、水および炭素含有供給原料を含んでいる少なくとも1つの液体含有供給流れ90の形式でよい。
【００４１】
気化領域76は、液体含有供給流れ90などの液体含有供給流れの少なくとも一部分を受け取って気化するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。たとえば、気化領域76には、液体含有供給流れ90を、少なくとも部分的に、1つまたは複数の蒸気供給流れ94に変換するように構成された気化器92が含まれ得る。蒸気供給流れは、いくつかの実施形態では液体を含み得る。適切な気化器の一例には、コイル状のステンレス鋼管などのコイル管気化器がある。
【００４２】
水素生成領域78は、大部分の成分としての水素ガスおよび他のガスを含有している1つまたは複数の出力流れ96を生成するために、気化領域からの蒸気供給流れ94などの1つまたは複数の供給流れを受け取るように構成された任意の適切な構造体を含み得る。水素生成領域は、任意の適切なメカニズムによって出力流れを生成してよい。たとえば、水素生成領域78は、水蒸気改質反応によって出力流れ96を発生してよい。その例では、水素生成領域78は、水蒸気改質反応を促進する、かつ/または増進するように構成された改質触媒98を有する水蒸気改質領域97を含み得る。水素生成領域78が水蒸気改質反応によって出力流れ96を発生するとき、水素発生アセンブリ72は「水蒸気改質型水素発生アセンブリ」と称されることがあり、出力流れ96は「改質流れ」と称されることがある。
【００４３】
加熱アセンブリ80には、水素発生アセンブリ72の1つまたは複数の他の成分を加熱するための少なくとも1つの加熱排気流99を生成するように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。たとえば、加熱アセンブリは、気化領域を、少なくとも最低の気化温度、または液体含有供給流れの少なくとも一部分が気化して蒸気供給流れを形成する温度などの任意の適切な温度まで加熱してよい。それに加えて、またはその代わりに、加熱アセンブリ80は、水素生成領域を、少なくとも最低の水素生成温度、または蒸気供給流れの少なくとも一部分が反応して水素ガスを生成し、出力流れを形成する温度などの任意の適切な温度まで加熱してよい。加熱アセンブリは、気化領域および/または水素生成領域などの水素発生アセンブリの1つまたは複数の成分と熱的に連通してよい。
【００４４】
図2に示されるように、加熱アセンブリは、燃焼器アセンブリ100、少なくとも1つの送風機102、および点火器アセンブリ104を含み得る。燃焼器アセンブリには、少なくとも1つの空気流れ106および少なくとも1つの燃料流れ108を受け取り、少なくとも1つの燃料流れを燃焼領域110内で燃焼させて、加熱排気流99を生成するように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。燃料流れは、供給原料配送システム74および/または精製領域82によって供給されてよい。燃焼領域は、水素発生アセンブリの筺体内に含有されてよい。送風機102は、空気流れ106を発生するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。点火器アセンブリ104は、燃料流れ108に点火するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。
【００４５】
精製領域82は、少なくとも1つの水素リッチ流れ112を生成するように構成された任意の適切な構造体を含み得、水素リッチ流れ112は、出力流れ96よりも水素濃度が高く、かつ/または、出力流れ96よりも1つまたは複数の他のガス(または不純物)の濃度が低い流れであり得る。図2に示されるように、精製領域が生成し得る少なくとも1つの副産物流れまたは燃料流れ108は、燃焼器アセンブリ100に送られて燃料流れとして用いられ得る。精製領域82は、流量制限オリフィス111、フィルタアセンブリ114、膜アセンブリ116、およびメタン生成反応器アセンブリ118を含み得る。(1つまたは複数の熱ガスフィルタなどの)フィルタアセンブリは、水素精製膜アセンブリに先立って出力流れ96から不純物を除去するように構成され得る。
【００４６】
膜アセンブリ116には、水素ガスおよび他のガスを含有している出力ガス流れまたは混合ガス流れ96を受け取って、その混合ガス流れよりも、より高い濃度の水素ガスおよび/またはより低い濃度の他のガスを含有している浸透流れまたは水素リッチ流れ112を生成するように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。膜アセンブリ116には、平坦な、または管状の、水素浸透性(または水素選択性)の膜が組み込まれてよく、複数の水素隔膜が組み込まれてよい。浸透流れは、1つまたは複数の燃料電池などの任意の適切な用途向けに用いられ得る。いくつかの実施形態では、膜アセンブリは、少なくともかなりの部分の他のガスを含んでいる副産物流れまたは燃料流れ108を発生し得る。メタン生成反応器アセンブリ118は、一酸化炭素と水素をメタンと水に変換するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。精製領域82は、流量制限オリフィス111、フィルタアセンブリ114、膜アセンブリ116、およびメタン生成反応器アセンブリ118を含むように示されているが、精製領域は、それらのアセンブリのすべてを有する必要はなく、かつ/または、その代わりに、もしくはそれに加えて、出力流れ96を精製するように構成された1つまたは複数の他の成分を含み得る。たとえば、精製領域82が含むのは、膜アセンブリ116のみでもよい。
【００４７】
いくつかの実施形態では、水素発生アセンブリ72が含み得る外殻すなわち筐体120は、水素発生アセンブリ72の1つまたは複数の他の構成要素を少なくとも部分的に含有してよい。たとえば、外殻120は、図2に示されたように、気化領域76、水素生成領域78、加熱アセンブリ80、および/または精製領域82を少なくとも部分的に含有し得る。外殻120は、加熱アセンブリ80が生成した少なくとも1つの燃焼排気流れ124を放出するように構成された1つまたは複数の排気ポート122を含み得る。
【００４８】
いくつかの実施形態において水素発生アセンブリ72が含み得る制御システム126は、水素発生アセンブリ72の動作を制御するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。たとえば、制御アセンブリ126は、制御アセンブリ128、少なくとも1つの弁130、少なくとも1つの圧力リリーフ弁132、および1つまたは複数の温度測定装置134を含み得る。制御アセンブリ128は、温度測定装置134によって水素生成領域および/または精製領域の温度を検出してよく、温度測定装置134は、1つまたは複数の熱電対および/または他の適切な装置を含み得る。制御アセンブリおよび/または制御システムのオペレータは、検出された温度に基づき、弁130およびポンプ86によって、気化領域76および/または水素生成領域78への供給流れ90の配送を調節する。弁130は、電磁弁および/または任意の適切な弁を含み得る。圧力リリーフ弁132は、システムの過剰圧力を軽減することを保証するように構成され得る。
【００４９】
いくつかの実施形態では、水素発生アセンブリ72が含み得る熱交換アセンブリ136は、水素発生アセンブリの1つの部分から別の部分へと熱を移すように構成された1つまたは複数の熱交換器138を含み得る。たとえば、熱交換アセンブリ136は、供給流れ90が気化領域76に入る前に、水素リッチ流れ112から供給流れ90に熱を移して温度を上昇させてよく、水素リッチ流れ112を冷却する場合も同様である。
【００５０】
図3には、水素発生アセンブリ20の別の例が、全体的に140で示されている。水素発生アセンブリ140は、はっきりと除外されなければ、本開示で説明される1つまたは複数の他の水素発生アセンブリの1つまたは複数の構成要素を含み得る。水素発生アセンブリ140は、供給原料配送システムまたは供給アセンブリ142と、供給原料配送システムから少なくとも1つの供給流れを受け取って、供給流れから水素ガス流れなどの1つまたは複数の生成物水素流れを生成するように構成された燃料処理アセンブリ144とを含み得る。
【００５１】
供給原料配送システムは、燃料処理アセンブリ144などの水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の構成要素に対して1つまたは複数の供給流れおよび/または燃料流れを配送するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。たとえば、供給原料配送システムは、供給原料タンクまたは供給タンク(および/または容器)146、供給コンジット148、ポンプ150、および制御システム152を含み得る。供給タンクは、燃料処理アセンブリの1つまたは複数の供給流れ向けの供給原料を含有してよい。たとえば、供給タンク146は、水および炭素含有供給原料(たとえばメタノール/水混合物)などの任意の適切な水素製造流体を含有してよい。
【００５２】
供給コンジット148は、燃料処理アセンブリ144と供給タンク146を流体連通させ得る。供給コンジットは、供給部分154およびバイパス部分156を含み得る。バイパス部分は、供給コンジット、燃料処理アセンブリ、および/または水素発生アセンブリ140の1つまたは複数の他の構成要素の圧力超過を防止するように構成され得る。たとえば、バイパス部分156は、圧力リリーフ弁または逆止弁などの弁アセンブリ158を含み得る。
【００５３】
ポンプ150は、たとえば供給コンジット148によって、燃料処理アセンブリ144に対して複数の流量で燃料を供給する、1つまたは複数の供給流れおよび/または燃料流れを配送するように構成された任意の適切な構造体を有してよい。たとえば、ポンプ150は、圧力下の燃料処理アセンブリの中へ供給流れおよび/または燃料流れを噴射する可変速度ポンプ(または変速電動機を含んでいるポンプ)でよい。ポンプ150は、制御システムからの制御信号に基づく速度で動作し得る。たとえば、制御信号が大きくなると、ポンプ150は、より高速で動作し得、すなわち、より高速で回転し得(ポンプが、より大流量の供給流れおよび/または燃料流れを放出し)、一方、制御信号が小さくなると、ポンプは、より低速で動作し得、すなわち、より低速で回転し得る(ポンプが、より小流量の供給流れおよび/または燃料流れを放出する)。
【００５４】
燃料処理アセンブリ内の(燃料処理アセンブリの水素生成領域などの)圧力は、ポンプ流量がより大きくなれば増加し得、ポンプ流量がより小さくなれば減少し得る。たとえば、燃料処理アセンブリにおける1つまたは複数の一定の流れ絞り装置では、より大きいポンプ流量に比例して圧力が上昇し、より小さいポンプ流量に比例して圧力が低下する。供給コンジット148が供給原料配送システムと燃料処理アセンブリを流体連通させているので、燃料処理アセンブリの圧力が上昇(または低下)すると、ポンプ150から下流の供給コンジット内の圧力が上昇(または低下)し得る。
【００５５】
制御システム152は、水素発生アセンブリ140のポンプ150および/または他の制御される装置を、制御し、かつ/または動作させるように構成された任意の適切な構造体を含み得る。たとえば、制御システム152は、センサアセンブリ160、制御アセンブリ162、および連通リンク164を含み得る。
【００５６】
センサアセンブリには、水素発生アセンブリにおける1つまたは複数の適切な動作上の変数および/またはパラメータを検出し、かつ/または測定し、この変数および/またはパラメータに基づいて、1つまたは複数の信号を発生するように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。たとえば、センサアセンブリは、質量、体積、流量、温度、電流、圧力、屈折率、熱伝導率、密度、粘度、光学的吸収、導電率、および/または他の適切な変数、および/またはパラメータを検出してよい。いくつかの実施形態では、センサアセンブリは、1つまたは複数のトリガイベントを検出してよい。本明細書で用いられる「トリガイベント」は、水素発生アセンブリに関連した1つまたは複数の流れを形成する成分のうち1つまたは複数の所定の量を表す所定の閾値または閾値の範囲に到達する、またはこれを超過するという可測事象である。
【００５７】
たとえば、センサアセンブリ160は、圧力、温度、流量、体積、および/または他のパラメータを検出するように構成された1つまたは複数のセンサ166を含み得る。センサ166は、たとえば、供給コンジット148内の、1つまたは複数の適切な操作変数、パラメータ、および/またはトリガイベントを検出するように構成された少なくとも1つの供給センサ168を含み得る。供給センサは、たとえば、供給コンジット内の圧力を検出して、検出された圧力に基づいて1つまたは複数の信号を発生するように構成され得る。
【００５８】
制御アセンブリ162は、通信リンク164を通じて、センサアセンブリ160およびポンプ150(および/または水素発生アセンブリ140の他の制御される装置)と通信するように構成され得る。たとえば、制御アセンブリ162は、供給コンジットにおいて検出された圧力に基づいて、ポンプ150の複数の流量から1つの流量を選択して、選択された流量でポンプを運転するように構成された任意の適切な構造体をさらに含み得る。通信リンク164は、入力信号、指令信号、測定されたパラメータなど、対応する装置間の片方向通信または双方向通信のための任意の適切な有線および/または無線のメカニズムでよい。
【００５９】
制御アセンブリ162は、たとえば、図4に示されるように少なくとも1つのプロセッサ170を含み得る。プロセッサは、通信リンク148を通じて、センサアセンブリ160およびポンプ150および/または他の制御される装置と通信してよい。プロセッサ170は、コンピュータ化された装置、コンピュータ上で実行するソフトウェア、組込み型プロセッサ、プログラマブルロジックコントローラ、(1つまたは複数の抵抗を有する)アナログデバイス、および/または機能的に同等な装置などの任意の適切な形態も有し得る。制御アセンブリは、任意の適切なソフトウェア、ハードウェア、および/またはファームウェアを含み得る。たとえば、制御アセンブリ162には、あらかじめ選択された動作パラメータ、あらかじめプログラムされた動作パラメータ、および/またはユーザ選択の動作パラメータを記憶し得るメモリデバイス172が含まれてよい。メモリデバイスは、揮発性の部分、不揮発性の部分、および/またはその両方を含み得る。
【００６０】
いくつかの実施形態では、プロセッサ170は、センサアセンブリ160から受け取った1つまたは複数の信号を調整するように構成された任意の適切な構造体を含み得る信号コンディショナ174の形式でよい。信号コンディショナは、センサアセンブリから受け取った1つまたは複数の信号を、調整された信号が下流の構成要素に適するように、増幅し、フィルタリングし、変換し、反転し、範囲整合させ、遮断し、かつ/または変更してよい。たとえば、信号コンディショナ174は、センサアセンブリ160から受け取った1つまたは複数の信号を反転してよい。本明細書で用いられる「反転」は、昇順の値を有する特性の信号を降順の値を有する特性の信号に変換すること、降順の値を有する特性の信号を昇順の値を有する特性の信号に変換すること、高値を有する特性の信号を、低値を有する特性の信号に変換すること(または最高値を有する特性の信号を、最低値を有する特性の信号に変換すること)、および/または低値を有する特性の信号を、高値を有する特性の信号に変換すること(または最低値を有する特性の信号を、最高値を有する特性の信号に変換すること)のうち1つまたは複数を指すものである。信号の特性には、電圧、電流などが含まれ得る。変換された値のうち1つまたは複数は、最高の元の値を最低の元の値に変換すること、および/または最低の元の値を最高の元の値に変換することなどの元の信号からの値に一致してよく、かつ/または対応してよい。あるいは、変換された値のうち1つまたは複数が信号の元の値と異なってもよい。
【００６１】
いくつかの実施形態では、図4に示されるように、制御アセンブリ162はユーザインターフェース176を含み得る。ユーザインターフェースには、ユーザが、プロセッサ170の動作と相互作用すること、および/またはプロセッサ170の動作を監視することを可能にするように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。たとえば、ユーザインターフェース176は、図4に示されるように、表示領域178、ユーザ入力装置180、および/またはユーザ向け信号伝達装置182を含み得る。表示領域は、スクリーン、および/またはユーザに情報を提示する他の適切な表示メカニズムを含み得る。たとえば、表示領域178は、1つまたは複数のセンサ166よって測定された現在値、水素発生アセンブリの現在の動作パラメータ、記憶された閾値または範囲、以前に測定された値、および/または水素発生アセンブリの動作および/または性能に関する他の情報を表示してよい。
【００６２】
ユーザ入力装置180には、ユーザから入力を受け取って、その入力をプロセッサ170へ送るように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。たとえば、ユーザ入力装置は、回転式ダイアル、スイッチ、押しボタン、キーパッド、キーボード、マウス、タッチスクリーンなどを含み得る。ユーザ入力装置180により、ユーザは、たとえば信号を反転するかどうか、反転した信号の値をどの範囲にするか、といったことなど、センサアセンブリ160からの信号を調整する要領を指定することができる。ユーザ向け信号伝達装置182は、許容できる閾値を超えたときユーザに警告を出すように構成された任意の適切な構造体を含み得る。たとえば、ユーザ向け信号伝達装置は、警報、光、および/またはユーザに警告を出すのに適する他のメカニズムを含み得る。
【００６３】
いくつかの実施形態では、制御アセンブリ162は、信号のさらなる処理および/または別の信号の送信を行なうことなく、センサアセンブリ160から受け取った信号の信号コンディショナ168による調整のみを行なうように構成され得る。言い換えれば、センサアセンブリ160からの信号は、信号コンディショナ168によって調整されてよく、調整された信号は、ポンプおよび/または他の制御される装置を操作するように、制御アセンブリおよび/または他のアセンブリによってさらに処理されることなく、通信リンク164を通じて、ポンプ150および/または他の制御される装置に送られてよい。
【００６４】
調整された信号(反転された信号など)は、たとえば、複数の流量からポンプ150の流量を選択するように構成されてよい。調整された信号がポンプの流量を選択するように構成されているとき、制御アセンブリは、調整された信号に基づいて(または調整された信号のみに基づいて)流量を選択するように構成されていると記述され得る。
【００６５】
調整された信号を用いてポンプ150を制御する例が、図5のグラフ184に示されている。センサアセンブリ160が含み得る供給センサ168は、圧力を検出し、検出された圧力に基づいて、検出信号186を制御アセンブリ162に送る。検出信号は、図5に示されるような電圧信号、電流信号、および/または検出された圧力に比例する他の適切な信号であり得る。検出信号は、0〜5ボルトおよび/または4〜20ミリアンペア(mA)などの任意の適切な電圧および/または電流であり得る。
【００６６】
制御アセンブリ162は、検出信号を、ポンプ150および/または他の制御される装置向けの1つまたは複数のパラメータ(流量および/または速度など)を選択するように構成されている調整された信号188へと調整してよい(反転などしてよい)。調整された信号は、0〜5ボルトおよび/または4〜20ミリアンペア(mA)などの任意の適切な電圧および/または電流であり得る。図5に示される電圧および圧力は、制御システム152によって発生され得、かつ/または検出され得る様々な電圧および圧力の単なる一例である。言い換えれば、制御システム152は、図5に示される電圧および圧力における動作に限定されない。
【００６７】
図6には、水素発生アセンブリ20の別の例が、全体的に190で示されている。水素発生アセンブリ190は、はっきりと除外されなければ、本開示で説明される1つまたは複数の他の水素発生アセンブリの1つまたは複数の構成要素を含み得る。水素発生アセンブリ190は、供給原料配送システムまたは供給アセンブリ192と、供給原料配送システムから少なくとも1つの供給流れを受け取って、供給流れから水素ガス流れなどの1つまたは複数の生成物水素流れを生成するように構成された燃料処理アセンブリ194とを含み得る。
【００６８】
供給原料配送システムは、供給原料タンクすなわち供給タンク(および/または容器)196、供給コンジット198、ポンプ200、および制御システム202を含み得る。供給タンクは、燃料処理アセンブリの1つまたは複数の供給流れ向けの供給原料を含有してよい。供給コンジット198は、燃料処理アセンブリ194と供給タンク196を流体連通させ得る。供給コンジットは、供給部分204およびバイパス部分206を含み得る。バイパス部分は、水素発生アセンブリ190における圧力超過を防止するように構成され得る。たとえば、バイパス部分206は圧力リリーフ弁208を含み得る。
【００６９】
ポンプ200は、たとえば供給コンジット198によって、燃料処理アセンブリ194に対して複数の流量で燃料を供給する、1つまたは複数の供給流れおよび/または燃料流れを配送するように構成された任意の適切な構造体を有してよい。たとえば、ポンプ200は、圧力下の燃料処理アセンブリの中へ供給流れおよび/または燃料流れを噴射する可変速度ポンプ(または変速電動機を含んでいるポンプ)でよい。ポンプは、制御システムからの制御信号に基づく速度で動作し得る。
【００７０】
制御システム202は、水素発生アセンブリ190のポンプ200および/または他の制御される装置を、制御し、かつ/または動作させるように構成された任意の適切な構造体を含み得る。たとえば、制御システム202は、少なくとも1つの圧力トランスデューサ210、制御アセンブリ212、および連通リンク214を含み得る。圧力トランスデューサ210は、供給コンジット198内の圧力を検出するように構成され得る。圧力トランスデューサ210は、ポンプ200および/またはバイパス部分206に隣接して示されるが、供給部分に沿った任意の適切な部分に配置されてよい。
【００７１】
制御アセンブリ212は、電源アセンブリ216および信号コンディショナアセンブリ218を含み得る。電源アセンブリは、信号コンディショナアセンブリに対して適切な電力を供給するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。たとえば、電源アセンブリは、1つまたは複数の電池、1つまたは複数の太陽電池パネル、DC電源またはAC電源に接続するための1つまたは複数のコネクタなどを含み得る。いくつかの実施形態では、電源アセンブリ216が含み得る直流電源は、ポンプ200および/または圧力トランスデューサ210を動作させるのに必要な電圧と同一の電圧を供給してよい。
【００７２】
信号コンディショナアセンブリ218には、調整された信号のうち1つまたは複数がポンプ200を動作させるのに用いられ得るように、圧力トランスデューサ210から受け取った1つまたは複数の信号を調整するように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。たとえば、信号コンディショナアセンブリ218は、圧力トランスデューサから受け取った圧力信号(すなわちトランスデューサ信号)を反転して、これを通信リンク214経由でポンプ200に中継してよい。反転された信号は、ポンプ向けの複数の速度および/または流量の間で、ポンプ200向けの速度および/または流量を選択するように構成され得る。反転された信号がポンプの速度を制御するのに用いられるとき、この信号は「速度制御信号」と称されることがある。
【００７３】
図7には、本開示で説明された水素発生アセンブリの浄化アセンブリの一例が、全体的に220で示されている。浄化アセンブリは、水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の部分を浄化するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。浄化アセンブリ220は、反応器、清浄器、燃料処理アセンブリ、ならびに/あるいは、本開示の水素発生アセンブリおよび/または他の水素発生アセンブリの他の構成要素および/または装置からの1つまたは複数のガスを浄化するように構成され得る。たとえば、浄化アセンブリ220は、加圧ガスアセンブリ222、浄化コンジット224、および弁アセンブリ226を含み得る。浄化コンジット224は、加圧ガスアセンブリと水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の部分とを流体連通させるように構成され得る。
【００７４】
加圧ガスアセンブリ222には、少なくとも1つのガス供給アセンブリ228に接続する、かつ/またはこれを収容するように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。たとえば、加圧ガスアセンブリ222には、ガス供給アセンブリ228に接続する、かつ/またはこれを収容するように構成された任意の適切なコネクタ、配管、弁、および/または他の構成要素が含まれ得る。ガス供給アセンブリは、加圧ガスの1つまたは複数の容器(1つまたは複数のカートリッジおよび/または筒体など)および/または加圧ガスの1つまたは複数のタンクを含み得る。ガス供給アセンブリは、本開示で説明した水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の構成要素を浄化するように構成された任意の適切な加圧ガスを含み得る。たとえば、ガス供給アセンブリは、圧縮された二酸化炭素または圧縮窒素を含み得る。
【００７５】
浄化コンジット224は、加圧ガスアセンブリと、燃料処理アセンブリなど水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の部分とを流体連通させるように構成され得る。浄化コンジットは、上記のアセンブリ間を流体連通させるための任意の適切なコネクタ、配管、弁、および/または他の構成要素を含み得る。
【００７６】
弁アセンブリ226は、加圧ガスアセンブリ222から水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の部分へと浄化コンジット224を通る加圧ガスの流れを管理するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。たとえば、弁アセンブリ226は、少なくとも1つの加圧ガスが、加圧ガスアセンブリから浄化コンジットを通って水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の部分へと流れることを可能にし、かつ/または、少なくとも1つの加圧ガスが、加圧ガスアセンブリから浄化コンジットを通って水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の部分へと流れるのを防止するように構成され得る。弁アセンブリは、1つまたは複数の検出された変数、パラメータおよび/またはトリガイベントに基づいて流れを許す、または防止するように構成され得る。たとえば、弁アセンブリは、水素発生アセンブリの1つまたは複数の部分の電力が遮断されたとき、少なくとも1つの加圧ガスが、加圧ガスアセンブリから水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の部分へと流れるのを可能にするように構成され得る。
【００７７】
いくつかの実施形態では、制御システム230は、弁アセンブリ226の1つまたは複数の弁を制御してよい。制御システム230は、水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の構成要素を制御してよく、浄化アセンブリ220の制御のみの専用であってもよい。いくつかの実施形態では、弁アセンブリ226は、制御システム230および/または水素発生アセンブリのあらゆる制御システムから独立して浄化コンジット内の流れを管理するように構成され得る。言い換えれば、弁アセンブリ226は、制御システム230および/または水素発生アセンブリのいかなる制御システムからの指令もなしで、流れを選択的に可能にしたり防止したりするように構成され得る。
【００７８】
浄化アセンブリは、筺体すなわち外殻66の内部、外殻の外部、または部分的に外殻の内部かつ部分的に外殻の外部に配置されてよい。いくつかの実施形態では、図1に示されるように、燃料処理アセンブリの少なくとも一部分および浄化アセンブリの少なくとも一部分が筺体内に含有されてよい。
【００７９】
浄化アセンブリ220は、水素発生アセンブリの適切な他の構成要素に接続されてよい。たとえば、図2に示されるように、浄化アセンブリ220は、(浄化コンジット224を介して示されたものなど)熱交換アセンブリ136の上流側の供給コンジットに接続されてよく、かつ/または(浄化コンジット225を介して示されたなど)熱交換アセンブリの下流側の供給コンジットに接続されてよい。いくつかの実施形態では、水素発生アセンブリの供給コンジットは、ポンプが逆流を防止しないときなど、加圧ガスが供給原料配送システムへと逆流するのを防止するための逆止弁232を含み得る。浄化アセンブリからの加圧ガスは、燃焼器および/または生成物水素ラインなど、任意の適切な部分で水素発生アセンブリを出てよい。
【００８０】
浄化アセンブリ220の別の例が図8に示され、全体的に232で示されている。浄化アセンブリ232は、加圧ガスアセンブリ234、浄化コンジット236、および弁アセンブリ238を含み得る。加圧ガスアセンブリは、少なくとも1つの加圧ガスを有する少なくとも1つの加圧ガス容器240を収容するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。浄化コンジット236は、加圧ガスアセンブリ234と水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の部分とを流体連通させるように構成された任意の適切な構造体を含み得る。
【００８１】
弁アセンブリ238は、加圧ガスアセンブリから水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の部分へと浄化コンジットを通る少なくとも1つの加圧ガスの流れを管理するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。たとえば、図8に示されるように、弁アセンブリ238は手動弁240および電磁弁(または浄化電磁弁)242を含み得る。手動弁は、圧縮ガスまたは加圧ガスのキャニスタを加圧ガスアセンブリに設置するかまたは接続するときなど、水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の部分から加圧ガスアセンブリを切り離すように、閉められてよい。次いで、手動弁240は、加圧ガスアセンブリから水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の部分へと浄化コンジットを通るガスの流れを電磁弁が管理することを可能にするように、開かれてよい。手動弁240は、「手動の遮断弁」と称されることがある。
【００８２】
電磁弁242は、少なくとも1つのソレノイドすなわち浄化ソレノイド244と、少なくとも1つの弁すなわち浄化弁246とを含み得る。電磁弁242は、閉位置と開位置の間を含む複数の位置の間を移動するように構成され得る。閉位置では、加圧ガスアセンブリは、水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の部分から切り離され、加圧ガスが加圧ガスアセンブリから浄化コンジットを通って流れることはない。開位置では、加圧ガスアセンブリは、水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の部分と流体連通し、加圧ガスは、加圧ガスアセンブリから浄化コンジットを通って流れることができる。ソレノイド244は、1つまたは複数の検出された変数、パラメータおよび/またはトリガイベントに基づいて、弁226を、開位置と閉位置の間で移動させるように構成され得る。電磁弁242は、たとえば、燃料処理アセンブリのための電力が遮断されたときなど、ソレノイドおよび/または水素発生アセンブリの1つまたは複数の部分の電力が遮断されたとき、少なくとも1つの加圧ガスが、加圧ガスアセンブリから水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の部分へと流れるのを可能にするように構成され得る。
【００８３】
たとえば、弁246は、1つまたは複数のバイアス素子またはばね(図示せず)の推進などによって、ソレノイド244に給電されないときの開位置(「通常開」とも称され得る)になるように構成されてよい。さらに、弁246は、ソレノイド244(バイアス素子の推進に対抗して弁を閉位置に移動させ得る)に給電されたとき閉位置になるように構成され得る。したがって、水素発生アセンブリの1つまたは複数の部分に対する電力の喪失(および/またはソレノイド244に対する電力の喪失)により、弁246は閉位置から開位置へ自動的に移動し得る。言い換えれば、電磁弁242の弁246は、ソレノイドおよび/または水素発生アセンブリの(燃料処理アセンブリなどの)1つまたは複数の部分に給電されているとき閉位置になり、ソレノイドおよび/または水素発生アセンブリの1つまたは複数部分に対する電力が遮断されたとき、自動的に開位置へ動き得るように構成されてよい。
【００８４】
いくつかの実施形態では、電磁弁242は制御システム248によって制御されてよい。たとえば、制御システム248は、ソレノイド244に制御信号を送るように構成されてよく、ソレノイドは、制御信号を受け取ったとき、弁246を閉位置へ移動させるように構成されてよい。さらに、弁246は、ソレノイドが制御システムから制御信号を受け取らないとき、自動的に開位置へ移動するように構成されてよい。制御システム248は、水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の構成要素を制御してよく、または任意の制御システムから分離していてもよい。いくつかの実施形態では、電磁弁は、制御システムと、ソレノイドに対する給電の有無との両方によって制御され得る。
【００８５】
いくつかの実施形態では、浄化アセンブリ220が含み得る流れ絞りオリフィス250は、加圧ガスアセンブリから放出された加圧ガスの流量を低減する、または制限するように構成され得る。たとえば、加圧ガスが窒素であるとき、流れ絞りオリフィスは、改質器および/または清浄器などの水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の構成要素における圧力超過を防止するために、窒素ガスの流量を低減するかまたは制限してよい。しかしながら、加圧ガスが二酸化炭素などの液化された圧縮ガスであるとき、浄化アセンブリは流れ絞りオリフィスを含まなくてもよい。
【００８６】
本開示の浄化アセンブリは、改質器はあるが水素清浄器がない水素発生アセンブリ、水素清浄器はあるが改質器がない水素発生アセンブリ、メタノール/水改質器を有する水素発生アセンブリ、天然ガス改質器、LPG改質器などの任意の適切な水素発生アセンブリの一部分として(またはその中で)使用され得る
【００８７】
図9には、水素発生アセンブリ20の別の例が、全体的に252で示されている。水素発生アセンブリ252は、はっきりと除外されなければ、本開示で説明される1つまたは複数の他の水素発生アセンブリの1つまたは複数の構成要素を含み得る。水素発生アセンブリ252は、筺体すなわち外殻254、水素生成領域256、加熱アセンブリ258、および排気管理アセンブリ260を含み得る。筺体すなわち外殻には、水素発生アセンブリ252の1つまたは複数の他の構成要素を少なくとも部分的に含有し、かつ/または、それらの構成要素に絶縁(熱的絶縁など)をもたらすように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。筺体は、筺体内の構成要素のための、断熱されたゾーンすなわち断熱されたホットゾーン261を画定し得る。筺体254は、筺体内のガスを環境および/または排気回収システムに排出するように構成された少なくとも1つの排気ポート262を含み得る。
【００８８】
水素生成領域256は、筺体内に、部分的に、または完全に含有されてよい。水素生成領域は、1つまたは複数の供給流れ264を受け取り、水蒸気改質、自己熱改質などの任意の適切な水素生成メカニズムによって、水素ガスを含有する出力流れ266を生成し得る。出力流れは、少なくとも大部分の構成要素としての水素ガスを含み得て、さらなるガスを含み得る。水素発生アセンブリ252が水蒸気改質型水素発生アセンブリであるとき、水素生成領域は、水蒸気改質反応によって改質流れ266を生成するように構成されていると称されてよい。
【００８９】
いくつかの実施形態では、水素発生アセンブリ252が含み得る精製領域268には、出力流れ(または改質流れ)266から少なくとも1つの水素リッチ流れ(または浸透流れ)270を生成し、(水素ガスを含有していない、またはいくらか含有している)少なくとも1つの副産物流れ272を生成するように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。たとえば、精製領域は、1つまたは複数の水素選択性膜274を含み得る。水素選択性膜は、水素選択性膜を通る改質流れの一部分から少なくとも浸透流れの一部分を生成し、水素選択性膜を通らない改質流れの一部分から少なくとも副産物流れの一部分を生成するように構成され得る。いくつかの実施形態では、水素発生アセンブリ252が含み得る気化領域276は、1つまたは複数の液体を含有している供給流れを気化するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。
【００９０】
加熱アセンブリ258は、少なくとも1つの空気流れ278および少なくとも1つの燃料流れ280を受け取って、筺体254内に含有されている燃焼領域282内の燃料流れを燃焼させるように構成され得る。燃料流れ280は、水素生成領域(および/または精製領域)から生成されてよく、かつ/または水素発生アセンブリから独立して生成されてもよい。燃料流れが燃焼すると、1つまたは複数の加熱排気流284が生成され得る。加熱排気流は、水素生成領域256を、たとえば少なくとも最低の水素生成温度などに加熱し得る。さらに、加熱排気流は、気化領域276を、少なくとも最低の気化温度などに加熱し得る。
【００９１】
排気管理アセンブリ260は、筺体254の中の加熱排気流284などの排気流を管理するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。たとえば、図9に示されるように、排気管理アセンブリは、センサアセンブリ286、ダンパアセンブリ288、および制御アセンブリ290を含み得る。
【００９２】
センサアセンブリ286には、水素発生アセンブリの1つまたは複数の適切な操作変数および/またはパラメータを検出し、かつ/または測定し、この操作変数および/またはパラメータに基づいて、1つまたは複数の信号を発生するように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。たとえば、センサアセンブリは、質量、体積、流量、温度、電流、圧力、屈折率、熱伝導率、密度、粘度、光学的吸収、導電率、および/または他の適切な変数、および/またはパラメータを検出してよい。いくつかの実施形態では、センサアセンブリは、1つまたは複数のトリガイベントを検出してよい。
【００９３】
たとえば、センサアセンブリ286は、圧力、温度、流量、体積、および/または水素発生アセンブリの任意の適切な部分における他のパラメータを検出するように構成された1つまたは複数のセンサ292を含み得る。センサ292は、たとえば、水素生成領域256内の、1つまたは複数の適切な操作変数、パラメータ、および/またはトリガイベントを検出するように構成された少なくとも1つの水素生成領域センサ294を含み得る。水素生成領域センサは、たとえば、水素生成領域内の温度を検出し、その温度に基づいて1つまたは複数の信号を発生するように構成され得る。
【００９４】
さらに、センサ292は、精製領域268内の、1つまたは複数の適切な操作変数、パラメータ、および/またはトリガイベントを検出するように構成された少なくとも1つの精製領域センサ296を含み得る。精製領域センサは、たとえば、精製領域内の温度を検出し、その温度に基づいて1つまたは複数の信号を発生するように構成され得る。
【００９５】
ダンパアセンブリ288は、排気ポート262を通る排気ガスの流れ(または加熱排気流284)などの流れを管理するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。たとえば、ダンパアセンブリ288は、少なくとも1つのダンパ298および少なくとも1つのアクチュエータ300を含み得る。ダンパは、排気ポート262に対して可動に接続され得る。たとえば、ダンパ298は、排気ポートに対して、摺動可能に、旋回可能に、かつ/または回転可能に接続されてよい。
【００９６】
さらに、ダンパは、複数の位置の間で移動するように構成され得る。それらの位置には、たとえば、図10〜図12に示されるように、全開位置302、閉位置304、および全開位置と閉位置の間の複数の中間の開位置306が含まれ得る。ダンパ298は、全開位置において、1つまたは複数の排気流307(加熱排気流284および/または筺体内の他の排気ガスなど)が排気ポート262を通って流れることを可能にし得る。ダンパ298は、閉位置において排気ポートを遮断して、排気流が排気ポートを通って流れるのを防止してよい。中間の開位置では、排気流が、ダンパが全開位置のときよりも低速で排気ポート262を通って流れることが可能になり得る。動作中に、排気流がダンパによって制限されるとき、水素生成領域内の温度が低下し得る。
【００９７】
ダンパ298は、任意の適切な構造体を含み得る。たとえば、ダンパ298は、図10〜図12に示されるような、排気ポートにわたってスライドする1つまたは複数のプレートを有するゲートタイプダンパでよい。さらに、ダンパ298は、図9に示されるようなフラッパタイプダンパでよい。フラッパタイプダンパは、たとえば旋回して排出口を開く、または閉じる、完全な円をまたは半円の挿入物を含み得る。アクチュエータ300は、複数の位置の間でダンパ298を移動させるように構成された任意の適切な構造体を含み得る。いくつかの実施形態では、アクチュエータは、全開位置と閉位置の間でダンパを漸増的に移動させてよい。ダンパアセンブリ288は、単一のダンパおよび単一のアクチュエータを含むように示されているが、2つ以上のダンパおよび/または2つ以上のアクチュエータを含み得る。
【００９８】
制御アセンブリ290には、センサアセンブリによって検出され、かつ/または測定された操作変数および/またはパラメータなど、センサアセンブリ286からの入力に少なくとも部分的に基づいて、ダンパアセンブリ288を制御するように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。制御アセンブリ290は、センサアセンブリ286からの入力のみを受け取ってよく、または、水素発生アセンブリの他のセンサアセンブリからの入力も受け取ってよい。制御アセンブリ290は、ダンパアセンブリのみを制御してよく、または、水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の構成要素も制御してよい。
【００９９】
制御アセンブリ290は、水素生成領域および/または精製領域で検出された温度に少なくとも部分的に基づき、たとえばアクチュエータ300などによって、ダンパ298を全開位置と閉位置の間で移動させるように構成され得る。制御アセンブリ290は、2つ以上のセンサから入力を受け取ったとき、より高い値を有する入力を選択してよく、より低い値を有する入力を選択してよく、各入力値の平均値を計算してよく、各入力値の中央値を計算してよく、かつ/または他の適切な計算を行なってもよい。たとえば、制御アセンブリ290は、水素生成領域および/または精製領域で検出された温度が所定の最高温度を上回るとき、ダンパを閉位置の方へ移動させ(または漸増的に移動させ)、かつ/または、水素生成領域および/または精製領域で検出された温度が所定の最低温度を下回るとき、ダンパを全開位置の方へ移動させる(または漸増的に移動させる)ように構成され得る。所定の最高温度および最低温度は、任意の適切な最高温度および最低温度でよい。たとえば、最高温度および最低温度は、気化領域、水素生成領域、および/または精製領域を動作させるための所望の温度範囲に基づいて設定されてよい。
【０１００】
図13には、水素発生アセンブリ20の別の例が、全体的に308で示されている。水素発生アセンブリ308は、はっきりと除外されなければ、本開示で説明される1つまたは複数の他の水素発生アセンブリの1つまたは複数の構成要素を含み得る。水素発生アセンブリは、燃料電池、水素炉などの1つまたは複数の水素消費装置310に対して、水素を供給してよく、または補充してもよい。水素発生アセンブリ308は、たとえば燃料処理アセンブリ312および生成物水素の管理システム314を含み得る。
【０１０１】
燃料処理アセンブリ312には、1つまたは複数の供給流れ318から、水蒸気改質、自己熱改質、電気分解、熱分解、部分酸化、プラズマ改質、光化学触媒作用による水の分離、ヨウ化硫黄サイクルなどの1つまたは複数の適切なメカニズムによって、(1つまたは複数の水素ガス流れなどの)1つまたは複数の生成物水素流れ316を発生するように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。たとえば、燃料処理アセンブリ312は、改質器、電解槽などの1つまたは複数の水素発生反応器(hydrogen generator reactors)320を含み得る。供給流れ318は、1つまたは複数の供給原料配送システム(図示せず)から、1つまたは複数の供給コンジット317を通って、燃料処理アセンブリに配送され得る。
【０１０２】
燃料処理アセンブリ312は、実行モードおよびスタンバイモードなどの複数のモードの間で動作することができるように構成され得る。燃料処理アセンブリは、実行モードでは、供給流れから生成物水素流れを生成してよく、または発生してもよい。たとえば、供給原料配送システムは、実行モードにおいて、燃料処理アセンブリに供給流れを配送してよく、かつ/または他の動作を行なってもよい。さらに、燃料処理アセンブリは、実行モードにおいて、供給流れを受け取ってよく、加熱アセンブリによって燃料流れを燃焼させてよく、気化領域によって供給流れを気化してよく、水素生成領域によって出力流れを発生してよく、精製領域によって生成物水素流れおよび副産物流れを発生してよく、かつ/または他の動作を行なってもよい。
【０１０３】
燃料処理アセンブリ312は、スタンバイモードでは、供給流れから生成物水素流れを生成しなくてもよい。たとえば、供給原料配送システムは、スタンバイモードでは、燃料処理アセンブリに供給流れを配送しなくてよく、かつ/または他の動作を行なわなくてもよい。さらに、燃料処理アセンブリは、スタンバイモードでは、供給流れを受け取らなくてよく、加熱アセンブリによって燃料流れを燃焼させなくてよく、気化領域によって供給流れを気化しなくてよく、水素生成領域によって出力流れを発生しなくてよく、精製領域によって生成物水素流れおよび副産物流れを発生しなくてよく、かつ/または他の動作を行なわなくてもよい。スタンバイモードは、燃料処理アセンブリの電源が落ちた場合、または燃料処理アセンブリが給電されていない場合を含み得る。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、複数のモードには、1つまたは複数の減産モードが含まれ得る。たとえば、燃料処理アセンブリ312は、実行モードのとき、(最大の出力流量または通常の出力流量などの)第1の出力レートで生成物水素流れ316を生成してよく、または発生してよく、減産モード(最小出力流量などの)のときには、第1の流量よりも小さい(または大きい)第2、第3、第4、またはより高次の流量で生成物水素流れを生成してよく、または発生してよい。
【０１０５】
生成物水素の管理システム314は、燃料処理アセンブリ312が発生した生成物水素を管理するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。さらに、生成物水素の管理システムは、水素消費装置310で利用可能な任意の適切な量の生成物水素を維持するために燃料処理アセンブリ312と相互作用するように構成された任意の適切な構造体も含み得る。たとえば、生成物水素の管理システム314は、生成物コンジット322、バッファタンク324、バッファタンクコンジット325、センサアセンブリ326、および制御アセンブリ328を含み得る。
【０１０６】
生成物コンジット322は、燃料処理アセンブリ312をバッファタンク324と流体連通させるように構成され得る。バッファタンク324は、所定の量または体積の生成物水素流れを保つため、および/または1つまたは複数の水素消費装置310に対して生成物水素流れを供給するために、生成物コンジット322を通じて生成物水素流れ316を受け取るように構成され得る。いくつかの実施形態では、バッファタンクは、より低圧のバッファタンクでよい。バッファタンクは、水素消費装置による予期された水素消費量または実際の水素消費量、水素発生反応器の循環特性、燃料処理アセンブリなどの1つまたは複数の要因に基づく任意の適切なサイズでよい。
【０１０７】
いくつかの実施形態では、バッファタンク324は、気化領域、水素生成領域、および/または精製領域の最短の動作時間など、水素消費装置の最短の動作時間および/または燃料処理アセンブリの最短の動作時間に対して十分な水素を供給するように寸法設定されてよい。たとえば、バッファタンクは、燃料処理アセンブリの2分、5分、10分、またはそれ以上の時間の動作向けに寸法設定されてよい。バッファタンクコンジット325は、バッファタンク324を水素消費装置310と流体連通させるように構成され得る。
【０１０８】
センサアセンブリ326には、バッファタンクの1つまたは複数の適切な操作変数および/またはパラメータを検出し、かつ/または測定し、この操作変数および/またはパラメータに基づいて、1つまたは複数の信号を発生するように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。たとえば、センサアセンブリは、質量、体積、流量、温度、電流、圧力、屈折率、熱伝導率、密度、粘度、光学的吸収、導電率、および/または他の適切な変数、および/またはパラメータを検出してよい。いくつかの実施形態では、センサアセンブリは、1つまたは複数のトリガイベントを検出してよい。
【０１０９】
たとえば、センサアセンブリ326は、圧力、温度、流量、体積、および/または他のパラメータを検出するように構成された1つまたは複数のセンサ330を含み得る。センサ330は、たとえば、バッファタンク内の、1つまたは複数の適切な操作変数、パラメータ、および/またはトリガイベントを検出するように構成された少なくとも1つのバッファタンクセンサ332を含み得る。バッファタンクセンサは、たとえば、バッファタンク内の圧力を検出して、検出された圧力に基づいて1つまたは複数の信号を発生するように構成され得る。たとえば、バッファタンクから回収される生成物水素の流量が、バッファタンクに入って来る流量以上でなければ、バッファタンクの圧力が増加して、この圧力上昇がタンクセンサによって検出され得る。
【０１１０】
制御アセンブリ328には、センサアセンブリによって検出され、かつ/または測定された操作変数および/またはパラメータなど、センサアセンブリ326からの入力に少なくとも部分的に基づいて燃料処理アセンブリ312を制御するように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。制御アセンブリ328は、センサアセンブリ326からの入力のみを受け取ってよく、または、水素発生アセンブリの他のセンサアセンブリからの入力も受け取ってよい。制御アセンブリ328は、燃料処理アセンブリのみを制御してよく、または、水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の構成要素も制御してよい。制御アセンブリは、通信リンク333を介して、センサアセンブリ、燃料処理アセンブリ、および/または生成物弁アセンブリ(以下でさらに説明される)と通信してよい。通信リンク333は、入力信号、指令信号、測定されたパラメータなど、対応する装置間の片方向通信または双方向通信のための任意の適切な有線および/または無線のメカニズムでよい。
【０１１１】
制御アセンブリ328は、たとえば、検出されたバッファタンク324内の圧力に少なくとも部分的に基づいて、燃料処理アセンブリ312を実行モードとスタンバイモードの間で動作させるように構成され得る。たとえば、制御アセンブリ328は、バッファタンク内の検出された圧力が所定の最高圧力を上回るとき、燃料処理アセンブリをスタンバイモードで動作させ、かつ/または、バッファタンク内の検出された圧力が所定の最低圧力を下回るとき、燃料処理アセンブリを実行モードで動作させるように構成され得る。
【０１１２】
所定の最高圧力および最低圧力は、任意の適切な最高圧力および最低圧力でよい。それら所定の圧力は、独立して設定されてよく、すなわち他の所定の圧力および/または他の所定の変数を考慮せずに設定されてよい。たとえば、所定の最高圧力は、生成物水素の管理システムからの背圧のために燃料処理アセンブリの圧力が超過するのを防止するためなど、燃料処理アセンブリの動作圧範囲に基づいて設定されてよい。さらに、所定の最低圧力は、水素消費装置に必要な圧力に基づいて設定されてよい。あるいは、制御アセンブリ328は、燃料処理アセンブリを、(燃料処理アセンブリとバッファタンクの間および/またはバッファタンクと水素消費装置の間などの)圧力差の所定の範囲内の実行モードで動作させてよく、圧力差が所定の範囲から外れているときには、スタンバイモードで動作させてよい。
【０１１３】
いくつかの実施形態では、生成物水素の管理システム314が含み得る生成物弁アセンブリ334は、生成物コンジット322内の流れを管理し、かつ/または導くように構成された任意の適切な構造体を含み得る。たとえば、生成物弁アセンブリにより、生成物水素流れは、335で示されるように、燃料処理アセンブリからバッファタンクへ流れることができる。さらに、337で示されるように、生成物弁アセンブリ334は、燃料処理アセンブリ312からの生成物水素流れ316を放出するように構成され得る。放出された生成物水素流れは、大気および/または放出された生成物水素の管理システム(図示せず)に放出されてよい。
【０１１４】
生成物弁アセンブリ334には、たとえば、燃料処理アセンブリからの生成物水素流れが生成物コンジットを通ってバッファタンクに流れ込む流れ位置と、燃料処理アセンブリからの生成物水素流れが放出されるガス抜き位置の間で動作するように構成された1つまたは複数の弁336が含まれ得る。弁336は、バッファタンクより前に、生成物コンジットの任意の適切な部分に沿って配置されてよい。
【０１１５】
制御アセンブリ328は、たとえばセンサアセンブリからの入力に基づいて生成物弁アセンブリを動作させるように構成され得る。たとえば、制御アセンブリは、燃料処理アセンブリがスタンバイモードであるとき、燃料処理アセンブリからの生成物水素流れを放出するように、生成物弁アセンブリ(および/または弁336)に指示してよく、またはこれを制御してもよい。さらに、制御アセンブリ328は、燃料処理アセンブリ312が実行モードおよび/または減産モードであるとき、生成物水素流れが燃料処理アセンブリからバッファタンクへ流れることができるように、生成物弁アセンブリ334(および/または弁336)に指示してよく、またはこれを制御してもよい。
【０１１６】
図14には、水素発生アセンブリ20の別の例が、全体的に338で示されている。水素発生アセンブリ338は、はっきりと除外されなければ、本開示で説明される1つまたは複数の他の水素発生アセンブリの1つまたは複数の構成要素を含み得る。水素発生アセンブリは、燃料電池、水素炉などの1つまたは複数の水素消費装置340に対して、水素を供給してよく、または補充してもよい。水素発生アセンブリ338は、たとえば燃料処理アセンブリ342および生成物水素の管理システム344を含み得る。燃料処理アセンブリ342は、1つまたは複数の供給流れ348から、1つまたは複数の適切なメカニズムによって、(1つまたは複数の水素ガス流れなどの)1つまたは複数の生成物水素流れ346を発生するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。
【０１１７】
生成物水素の管理システム344は、燃料処理アセンブリ342が発生した生成物水素を管理するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。さらに、生成物水素の管理システムは、水素消費装置340で利用可能な任意の適切な量の生成物水素を維持するために燃料処理アセンブリ342と相互作用するように構成された任意の適切な構造体も含み得る。たとえば、生成物水素の管理システム344は、生成物コンジット349、バッファタンク352、バッファタンクコンジット353、バッファタンクセンサアセンブリ354、生成物弁アセンブリ355、および制御アセンブリ356を含み得る。
【０１１８】
生成物コンジット349は、燃料処理アセンブリ342をバッファタンク352と流体連通させるように構成され得る。生成物コンジットは、(逆止弁350などの)逆止弁、制御弁、および/または他の適切な弁など、任意の適切な数の弁を含み得る。逆止弁350は、バッファタンクから燃料処理アセンブリに向かう逆流を防止し得る。逆止弁は、1psi以下の圧力などの任意の適切な圧力で開き得る。バッファタンク352は、所定の量または体積の生成物水素流れを保つため、および/または1つまたは複数の水素消費装置340に対して生成物水素流れを供給するために、生成物コンジット349を通じて生成物水素流れ346を受け取るように構成され得る。
【０１１９】
バッファタンクコンジット353は、バッファタンク352と水素消費装置340を流体連通させるように構成され得る。バッファタンクコンジットは、逆止弁、制御弁、および/または他の適切な弁など、任意の適切な数の弁を含み得る。たとえば、バッファタンクコンジットは、1つまたは複数の制御弁351を含み得る。制御弁351により、バッファタンクおよび/または水素発生アセンブリの他の構成要素を切り離すことが可能になり得る。制御弁は、たとえば制御アセンブリ356および/または他の制御アセンブリによって制御され得る。
【０１２０】
タンクセンサアセンブリ354には、バッファタンクにおける1つまたは複数の適切な動作上の変数および/またはパラメータを検出し、かつ/または測定し、この変数および/またはパラメータに基づいて、1つまたは複数の信号を発生するように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。たとえば、バッファタンクセンサアセンブリは、質量、体積、流量、温度、電流、圧力、屈折率、熱伝導率、密度、粘度、光学的吸収、導電率、および/または他の適切な変数、および/またはパラメータを検出してよい。いくつかの実施形態では、バッファタンクセンサアセンブリは、1つまたは複数のトリガイベントを検出してよい。たとえば、バッファタンクセンサアセンブリ354は、圧力、温度、流量、体積、および/または他のパラメータを検出するように構成された1つまたは複数のタンクセンサ358を含み得る。バッファタンクセンサ358は、たとえば、バッファタンク内の圧力を検出し、検出された圧力に基づいて、1つまたは複数の信号を発生するように構成され得る。
【０１２１】
生成物弁アセンブリ355は、生成物コンジット349内の流れを管理し、かつ/または導くように構成された任意の適切な構造体を含み得る。たとえば、生成物弁アセンブリにより、生成物水素流れは、359で示されるように、燃料処理アセンブリからバッファタンクへ流れることができる。さらに、361で示されるように、生成物弁アセンブリ355は、燃料処理アセンブリ342からの生成物水素流れ346を放出するように構成され得る。放出された生成物水素流れは、大気および/または、放出された生成物水素を燃料処理アセンブリへと放出して戻すことを含んでいる、放出された生成物水素の管理システム(図示せず)に放出されてよい。
【０１２２】
生成物弁アセンブリ355は、たとえば三方電磁弁360を含み得る。三方電磁弁は、ソレノイド362および三方弁364を含み得る。三方弁は、複数の位置の間で移動するように構成され得る。たとえば、三方弁364は、図15〜図16に示されるように、流れ位置363とガス抜き位置365の間で移動するように構成され得る。流れ位置では、生成物水素流れは、359で示されるように、燃料処理アセンブリからバッファタンクへ流れることができる。ガス抜き位置では、燃料処理アセンブリからの生成物水素流れは、361で示されるように放出される。さらに、三方弁は、ガス抜き位置にあるとき、生成物水素流れからバッファタンクを切り離すように構成され得る。ソレノイド362は、制御アセンブリ356および/または他の制御アセンブリから受け取った入力に基づいて、弁364を流れ位置とガス抜き位置の間で移動させるように構成され得る。
【０１２３】
制御アセンブリ356には、バッファタンクセンサアセンブリによって検出され、かつ/または測定された、操作変数および/またはパラメータに少なくとも部分的に基づくなど、バッファタンクセンサアセンブリ354からの入力に少なくとも部分的に基づいて、燃料処理アセンブリ342および/または生成物弁アセンブリ355を制御するように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。制御アセンブリ356は、バッファタンクセンサアセンブリ354からの入力のみを受け取ってよく、かつ/または、水素発生アセンブリの他のセンサアセンブリからの入力も受け取ってよい。さらに、制御アセンブリ356が制御するのは、燃料処理アセンブリのみ、生成物弁アセンブリのみ、燃料処理アセンブリと生成物弁アセンブリの両方のみ、あるいは燃料処理アセンブリ、生成物弁アセンブリおよび/または水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の構成要素でよい。制御アセンブリ356は、通信リンク357を通じて、燃料処理アセンブリ、バッファタンクセンサアセンブリ、および生成物弁アセンブリと通信してよい。通信リンク357は、入力信号、指令信号、測定されたパラメータなど、対応する装置間の片方向通信または双方向通信のための任意の適切な有線および/または無線のメカニズムでよい。
【０１２４】
制御アセンブリ356は、たとえば、検出されたバッファタンク352内の圧力に少なくとも部分的に基づいて、燃料処理アセンブリ342を実行モードとスタンバイモード(および/または減産モード)の間で動作させるように構成され得る。たとえば、制御アセンブリ356は、バッファタンク内の検出された圧力が所定の最高圧力を上回るとき、燃料処理アセンブリをスタンバイモードで動作させ、バッファタンク内の検出された圧力が所定の最高圧力を下回るとき、および/または所定の動作圧力を上回るとき、燃料処理アセンブリを1つまたは複数の減産モードで動作させ、かつ/または、バッファタンク内の検出された圧力が所定の動作圧力および/または所定の最低圧力を下回るとき、燃料処理アセンブリを実行モードで動作させるように構成され得る。所定の最高圧力および最低圧力ならびに/あるいは所定の動作圧力は、任意の適切な圧力でよい。たとえば、上記の圧力のうちの1つまたは複数は、燃料処理アセンブリの圧力、バッファタンク内の生成物水素の圧力、および/または水素消費装置の圧力要件の所望の範囲に基づいて独立して設定されてよい。あるいは、制御アセンブリ356は、燃料処理アセンブリを、(燃料処理アセンブリとバッファタンクの間などの)圧力差の所定の範囲内の実行モードで動作させてよく、圧力差が所定の範囲から外れているときには、減産モードおよび/またはスタンバイモードで動作させてよい。
【０１２５】
さらに、制御アセンブリ356は、たとえばセンサアセンブリからの入力に基づいて生成物弁アセンブリを動作させるように構成され得る。たとえば、制御アセンブリは、燃料処理アセンブリがスタンバイモードであるとき、三方弁364をガス抜き位置へ移動させるようにソレノイド362に指示してよく、またはこれを制御してもよい。さらに、制御アセンブリ356は、燃料処理アセンブリ342が実行モードであるとき、三方弁364を流れ位置へ移動させるようにソレノイドに指示してよく、またはこれを制御してもよい。
【０１２６】
制御アセンブリ356は、たとえばコントローラ366、スイッチングデバイス368、および電源370を含み得る。コントローラ366は、コンピュータ化された装置、コンピュータ上で実行するソフトウェア、組込み型プロセッサ、プログラマブルロジックコントローラ、アナログデバイス、および/または機能的に同等な装置などの任意の適切な形態も有し得る。さらに、コントローラ366は、任意の適切なソフトウェア、ハードウェア、および/またはファームウェアを含み得る。
【０１２７】
スイッチングデバイス368は、コントローラ366によるソレノイド362の制御を可能にするように構成された任意の適切な構造体を含み得る。たとえば、スイッチングデバイスはソリッドステートリレー372を含み得る。ソリッドステートリレーにより、コントローラ366は、電源370によってソレノイド362を制御することができる。たとえば、ソレノイド362が24ボルト制御であるとき、コントローラ366は、ソリッドステートリレーにより、24ボルト未満の電圧(5ボルトなど)の信号を用いてソレノイド362を制御することが可能になり得る。電源370は、ソレノイド362を制御するのに十分な電力を供給するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。たとえば、電源370は、1つまたは複数の電池、1つまたは複数の太陽電池パネルなどを含み得る。いくつかの実施形態では、電源は、1つまたは複数の電気アウトレットコネクタおよび1つまたは複数の整流器(図示せず)を含み得る。ソレノイドおよびコントローラは、特定の電圧で動作すると説明されているが、任意の適切な電圧で動作し得る。
【０１２８】
図17には、水素発生アセンブリ20の別の例が、全体的に374で示されている。水素発生アセンブリ374は、はっきりと除外されなければ、本開示で説明される1つまたは複数の他の水素発生アセンブリの1つまたは複数の構成要素を含み得る。水素発生アセンブリは、燃料電池、水素炉などの1つまたは複数の水素消費装置376に対して、水素を供給してよく、または補充してもよい。水素発生アセンブリ374は、たとえば燃料処理アセンブリ378および生成物水素の管理システム380を含み得る。燃料処理アセンブリ378には、1つまたは複数の供給流れ384から、1つまたは複数の適切なメカニズムによって、(1つまたは複数の水素ガス流れなどの)1つまたは複数の生成物水素流れ382を発生するように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。
【０１２９】
生成物水素の管理システム380には、水素消費装置376で利用可能な任意の適切な量の生成物水素を維持するために、燃料処理アセンブリ378が発生した生成物水素を管理し、かつ/または燃料処理アセンブリ378と相互作用するように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。たとえば、生成物水素の管理システム380は、生成物コンジット386、バッファタンク388、バッファタンクコンジット389、タンクセンサアセンブリ390、生成物弁アセンブリ392、および制御アセンブリ394を含み得る。
【０１３０】
生成物コンジット386は、燃料処理アセンブリ378をバッファタンク388と流体連通させるように構成され得る。生成物コンジットは、流れ部分すなわちレグ395およびガス抜き部分すなわちレグ396を含み得る。さらに、生成物コンジット386は、(逆止弁397などの)逆止弁、制御弁、および/または他の適切な弁など、任意の適切な数の弁を含み得る。バッファタンク388は、所定の量または体積の生成物水素流れを保つため、および/または1つまたは複数の水素消費装置376に対して生成物水素流れを供給するために、生成物コンジット386を通じて生成物水素流れ382を受け取るように構成され得る。
【０１３１】
バッファタンクコンジット389は、バッファタンク388を水素消費装置376と流体連通させるように構成され得る。バッファタンクコンジットは、逆止弁、制御弁、および/または他の適切な弁など、任意の適切な数の弁を含み得る。たとえば、バッファタンクコンジットは、1つまたは複数の制御弁398を含み得る。制御弁398により、バッファタンクおよび/または水素発生アセンブリの他の構成要素を切り離すことが可能になり得る。制御弁は、たとえば制御アセンブリ394および/または他の制御アセンブリによって制御され得る。
【０１３２】
タンクセンサアセンブリ390には、バッファタンクにおける1つまたは複数の適切な動作上の変数および/またはパラメータを検出し、かつ/または測定し、この変数および/またはパラメータに基づいて、1つまたは複数の信号を発生するように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。たとえば、タンクセンサアセンブリ390は、質量、体積、流量、温度、電流、圧力、屈折率、熱伝導率、密度、粘度、光学的吸収、導電率、および/または他の適切な変数、および/またはパラメータを検出してよい。いくつかの実施形態では、タンクセンサアセンブリ390は、1つまたは複数のトリガイベントを検出してよい。たとえば、タンクセンサアセンブリ390は、圧力、温度、流量、体積、および/または他のパラメータを検出するように構成された1つまたは複数のタンクセンサ400を含み得る。タンクセンサ400は、たとえば、バッファタンク内の圧力を検出し、検出された圧力に基づいて1つまたは複数の信号を発生するように構成され得る。
【０１３３】
生成物弁アセンブリ392は、生成物コンジット386内の流れを管理し、かつ/または導くように構成された任意の適切な構造体を含み得る。たとえば、生成物弁アセンブリは、(401で示されるような)燃料処理アセンブリからバッファタンクへの生成物水素流れ、および/または(403で示されるような)燃料処理アセンブリ378からのガス抜き生成物水素流れ382を可能にし得る。放出された生成物水素流れは、大気および/または放出された生成物水素の管理システム(図示せず)に放出されてよい。
【０１３４】
生成物弁アセンブリ392は、たとえば第1の電磁弁402および第2の電磁弁404を含み得る。第1の電磁弁は第1のソレノイド406および第1の弁408を含み得、第2の電磁弁は第2のソレノイド410および第2の弁412を含み得る。図18〜図19に示されるように、第1の弁は、第1の開位置407および第1の閉位置409を含む複数の位置の間で移動するように構成され得る。さらに、第2の弁は、第2の開位置411および第2の閉位置413を含む複数の位置の間で移動するように構成され得る。
【０１３５】
第1の弁が開位置にあるとき、生成物水素流れは、燃料処理アセンブリからバッファタンクへ流れることができる。それと対照的に、第1の弁が閉位置にあるとき、バッファタンクは、燃料処理アセンブリからの生成物水素流れから遮断される(すなわち、燃料処理アセンブリからの生成物水素流れは、バッファタンクに流れることができない)。第2の弁が開位置にあるとき、燃料処理アセンブリからの生成物水素流れが放出される。それと対照的に、第2の弁が閉位置にあるとき、燃料処理アセンブリからの生成物水素流れは放出されない。
【０１３６】
第1のソレノイド406は、制御アセンブリ394から受け取った入力に基づいて、第1の弁408を開位置と閉位置の間で移動させるように構成され得る。さらに、第2のソレノイド410は、制御アセンブリ394から受け取った入力に基づいて、第2の弁412を開位置と閉位置の間で移動させるように構成され得る。
【０１３７】
制御アセンブリ394には、バッファタンクセンサアセンブリによって検出され、かつ/または測定された、操作変数および/またはパラメータに少なくとも部分的に基づくなど、バッファタンクセンサアセンブリ390からの入力に少なくとも部分的に基づいて、燃料処理アセンブリ378および/または生成物弁アセンブリ392を制御するように構成された任意の適切な構造体が含まれ得る。制御アセンブリ394は、バッファタンクセンサアセンブリ390からの入力のみを受け取ってよく、かつ/または、水素発生アセンブリの他のセンサアセンブリからの入力も受け取ってよい。さらに、制御アセンブリ394が制御するのは、燃料処理アセンブリのみ、生成物弁アセンブリのみ、燃料処理アセンブリと生成物弁アセンブリの両方のみ、あるいは燃料処理アセンブリ、生成物弁アセンブリおよび/または水素発生アセンブリの1つまたは複数の他の構成要素でよい。制御アセンブリ394は、通信リンク393を通じて、燃料処理アセンブリ、バッファタンクセンサアセンブリ、および/または生成物弁アセンブリと通信してよい。通信リンク393は、入力信号、指令信号、測定されたパラメータなど、対応する装置間の片方向通信または双方向通信のための任意の適切な有線および/または無線のメカニズムでよい。
【０１３８】
制御アセンブリ394は、たとえば、バッファタンク388で検出された圧力に少なくとも部分的に基づいて、燃料処理アセンブリ378を実行モードとスタンバイモード(および/または減産モード)の間で動作させるように構成され得る。たとえば、制御アセンブリ394は、バッファタンク内の検出された圧力が所定の最高圧力を上回るとき、燃料処理アセンブリをスタンバイモードで動作させ、バッファタンク内の検出された圧力が所定の最高圧力を下回るとき、および/または所定の動作圧力を上回るとき、燃料処理アセンブリを1つまたは複数の減産モードで動作させ、かつ/または、バッファタンク内の検出された圧力が所定の動作圧力および/または所定の最低圧力を下回るとき、燃料処理アセンブリを実行モードで動作させるように構成され得る。所定の最高圧力および最低圧力ならびに/あるいは所定の動作圧力は、任意の適切な圧力でよい。たとえば、上記の圧力のうちの1つまたは複数は、燃料処理アセンブリの圧力、バッファタンク内の生成物水素の圧力、および/または水素消費装置の圧力要件の所望の範囲に基づいて独立して設定されてよい。あるいは、制御アセンブリ394は、燃料処理アセンブリを、(燃料処理アセンブリとバッファタンクの間および/またはバッファタンクと水素消費装置の間などの)圧力差の所定の範囲内の実行モードで動作させてよく、圧力差が所定の範囲から外れているときには、減産モードおよび/またはスタンバイモードで動作させてよい。
【０１３９】
さらに、制御アセンブリ394は、たとえばセンサアセンブリからの入力に基づいて生成物弁アセンブリを動作させるように構成され得る。たとえば、制御アセンブリは、燃料処理アセンブリがスタンバイモードであるとき、第1のソレノイドおよび/または第2のソレノイドに対して、第1の弁を閉位置に移動させ、かつ/または第2の弁を開位置に移動させるように指示してよく、またはこれを制御してもよい。さらに、制御アセンブリ394は、燃料処理アセンブリ378が実行モードおよび/または減産モードであるとき、第1のソレノイドおよび/または第2のソレノイドに対して、第1の弁を開位置に移動させ、かつ/または第2の弁を閉位置に移動させるように指示してよく、またはこれを制御してもよい。
【０１４０】
制御アセンブリ394は、たとえばコントローラ414、スイッチングデバイス416、および電源418を含み得る。コントローラ414は、コンピュータ化された装置、コンピュータ上で実行するソフトウェア、組込み型プロセッサ、プログラマブルロジックコントローラ、アナログデバイス、および/または機能的に同等な装置などの任意の適切な形態も有し得る。さらに、コントローラ414は、任意の適切なソフトウェア、ハードウェア、および/またはファームウェアを含み得る。
【０１４１】
スイッチングデバイス416は、コントローラ414による第1のソレノイドおよび/または第2のソレノイドの制御を可能にするように構成された任意の適切な構造体を含み得る。たとえば、スイッチングデバイスはソリッドステートリレー420を含み得る。電源418は、第1のソレノイドおよび/または第2のソレノイドを制御するのに十分な電力を供給するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。
【０１４２】
本開示の水素発生アセンブリは、以下のもののうち1つまたは複数を含み得る。
・燃料処理アセンブリに供給流れを配送するように構成された供給アセンブリ。
・供給流れのための供給原料を含有するように構成された供給タンク。
・供給タンクと燃料処理アセンブリを流体連通させる供給コンジット。
・供給流れを、供給コンジットを通して、燃料処理アセンブリに複数の流量で配送するように構成されたポンプ。
・ポンプから下流の供給コンジットの中の圧力を検出するように構成された供給センサアセンブリ。
・検出された圧力に基づいて信号を発生するように構成された供給センサアセンブリ。
・検出された圧力に基づいて、複数の流量から1つの流量を選択するように構成されたポンプコントローラ。
・選択された流量でポンプを動作させるように構成されたポンプコントローラ。
・検出された圧力のみに基づいて、ポンプの流量を選択するように構成されたポンプコントローラ。
・センサアセンブリから受け取った信号を調整するように構成されたポンプコントローラ。
・供給センサアセンブリから受け取った信号を反転するように構成されたポンプコントローラ。
・調整された信号に基づいて流量を選択するように構成されたポンプコントローラ。
・反転された信号に基づいて流量を選択するように構成されたポンプコントローラ。
・供給流れを受け取るように構成された燃料処理アセンブリ。
・供給流れから生成物水素流れを生成するように構成された燃料処理アセンブリ。
・複数のモードの間で動作可能に構成された燃料処理アセンブリ。
・供給流れから生成物水素流れを生成する実行モードと、供給流れから生成物水素流れを生成することのないスタンバイモードとの間で動作することができるように構成された燃料処理アセンブリ。
・浄化アセンブリ。
・燃料処理アセンブリを浄化するように構成された加圧ガスの少なくとも1つの容器を収容するように構成された加圧ガスアセンブリ。
・加圧ガスアセンブリと燃料処理アセンブリを流体連通させるように構成された浄化コンジット。
・水素発生アセンブリの電力が遮断されたとき、少なくとも1つの加圧ガスが、加圧ガスアセンブリから浄化コンジットを通って水素発生アセンブリへ流れることを可能にするように構成された浄化弁アセンブリ。
・少なくとも1つの加圧ガスが、加圧ガスアセンブリから浄化コンジットを通って流れることのない閉位置と、少なくとも1つの加圧ガスが、加圧ガスアセンブリから浄化コンジットを通って流れることができる開位置との間で移動する電磁弁。
・燃料処理アセンブリが給電されているとき閉位置にある電磁弁。
・燃料処理アセンブリの電力が遮断されたとき、開位置へ自動的に移動する電磁弁。
・電磁弁が制御信号を受け取ったとき、閉位置へ移動するように構成された電磁弁。
・電磁弁が制御信号を受け取らないとき、開位置へ自動的に移動するように構成された電磁弁。
・電磁弁に対して制御信号を送るように構成された制御システム。
・燃料処理アセンブリの少なくとも一部分および浄化アセンブリの少なくとも一部分を含有する筺体。
・排気ポートを有する筺体。
・筺体内に含有される水素生成領域。
・少なくとも1つの供給流れから、水蒸気改質反応によって、改質流れ生成するように構成された水素生成領域。
・筺体内に含有される精製領域。
・水素選択性膜を含む精製領域。
・水素選択性膜を通る改質流れの部分から成る浸透流れと、水素選択性膜を通らない改質流れの部分から成る副産物流れとを生成するように構成された精製領域。
・水素生成領域内の温度を検出するように構成された改質器センサアセンブリ。
・精製領域内の温度を検出するように構成された改質器センサアセンブリ。
・少なくとも1つの空気流れおよび少なくとも1つの燃料流れを受け取るように構成された加熱アセンブリ。
・筺体内に含有される燃焼領域内で少なくとも1つの燃料流れを燃焼させて、少なくとも水素生成領域を少なくとも最低の水素生成温度まで加熱するための加熱排気流を生成するように構成された加熱アセンブリ。
・排気ポートに対して可動に接続されたダンパ。
・複数の位置の間で移動するように構成されたダンパ。
・加熱排気流が排気ポートを通って流れることを可能にする全開位置と、加熱排気流が排気ポートを通って流れるのを防止する閉位置と、全開位置と閉位置の間の複数の中間の開位置との間で移動するように構成されたダンパ。
・水素生成領域において検出された温度に少なくとも部分的に基づいて、全開位置と閉位置の間でダンパを移動させるように構成されたダンパコントローラ。
・水素生成領域および精製領域のうち少なくとも1つにおいて検出された温度に少なくとも部分的に基づいて、全開位置と閉位置の間でダンパを移動させるように構成されたダンパコントローラ。
・検出された温度が所定の最高温度を上回るとき、ダンパを閉位置へ移動させるように構成されたダンパコントローラ。
・検出された温度が所定の最低温度を下回るとき、ダンパを開位置へ移動させるように構成されたダンパコントローラ。
・生成物水素流れを含有するように構成されたバッファタンク。
・燃料処理アセンブリとバッファタンクを流体連通させる生成物コンジット。
・バッファタンクの圧力を検出するように構成されたタンクセンサアセンブリ。
・生成物コンジット内の流れを管理するように構成された生成物の弁アセンブリ。
・燃料処理アセンブリからの生成物水素流れが生成物コンジットを通ってバッファタンクに流れる流れ位置と、燃料処理アセンブリからの生成物水素流れがバッファタンクより以前に放出されるガス抜き位置との間で動作するように構成された少なくとも1つの弁。
・三方電磁弁。
・燃料処理アセンブリとバッファタンクの間の生成物水素流れの流れを制御するように構成された第1の弁。
・生成物水素流れが燃料処理アセンブリとバッファタンクの間を流れる第1の開位置と、生成物水素流れが燃料処理アセンブリとバッファタンクの間を流れない第1の閉位置と間で移動するように構成された第1の弁。
・燃料処理アセンブリからの生成物水素流れを放出するように構成された第2の弁。
・生成物水素流れが放出される第2の開位置と、生成物水素流れが放出されない第2の閉位置との間で移動するように構成された第2の弁。
・検出された圧力に少なくとも部分的に基づいて、燃料処理アセンブリを実行モードとスタンバイモードの間で動作させるように構成された制御アセンブリ。
・バッファタンク内の検出された圧力が所定の最高圧力を上回るとき、燃料処理アセンブリをスタンバイモードで動作させるように構成された制御アセンブリ。
・バッファタンク内の検出された圧力が所定の最低圧力を下回るとき、燃料処理アセンブリを実行モードで動作させるように構成された制御アセンブリ。
・燃料処理アセンブリがスタンバイモードであるとき、生成物弁アセンブリに対して、燃料処理アセンブリからの生成物水素流れを放出するように指示するように構成された制御アセンブリ。
・燃料処理アセンブリが実行モードであるとき、少なくとも1つの弁を流れ位置へ移動させるように構成された制御アセンブリ。
・燃料処理アセンブリがスタンバイモードであるとき、少なくとも1つの弁をガス抜き位置へ移動させるように構成された制御アセンブリ。
・燃料処理アセンブリが実行モードであるとき、第1の弁を第1の開位置へ移動させ、第2の弁を第2の閉位置へ移動させるように構成された制御アセンブリ。
・燃料処理アセンブリがスタンバイモードであるとき、第1の弁を第1の閉位置へ移動させ、第2の弁を第2の開位置へ移動させるように構成された制御アセンブリ。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
水素発生アセンブリ、水素精製装置、ならびにそれらのアセンブリおよび装置の構成要素を含んでいる本開示は、水素ガスが精製され、生成され、かつ/または利用される燃料処理産業および他の産業に適用可能である。
【０１４４】
上記で説明された本開示は、独立した効用を有する複数の明瞭な発明を包含するものである。これらの発明のそれぞれが、その好ましい形態で開示されているが、本明細書で開示されかつ説明された特定の実施形態は、多数の変形形態が可能であるので、限定する意味に見なされるべきではない。本発明の主題には、本明細書で開示された様々な要素、特徴、機能および/または特性の、斬新で非自明な組合せおよびサブ組合せがすべて含まれる。同様に、いずれかの請求項が「1つの」もしくは「第1の」要素またはその等価物を列挙する場合には、そのような請求項は、1つまたは複数のそのような要素を含み、2つ以上のそのような要素を必要としたり排除したりするものではないことを理解されたい。
【０１４５】
特徴、機能、要素、および/または特性の様々な組合せおよびのサブ組合せで実施される発明は、関連出願の新規の請求項の提示によって主張され得る。そのような新規の請求項は、対象とするのが、異なる発明であろうと同一の発明であろうと、元の請求項の範囲に対して、異なっても、より広範であっても、より狭くとも、または等しくとも、やはり本開示の本発明の主題の範囲内に含まれるものと見なされる。
【符号の説明】
【０１４６】
20  水素発生アセンブリ
21  生成物水素流れ
22  供給原料配送システム
24  燃料処理アセンブリ
26  供給流れ
28  燃料流れ
30  水素製造流体
32  水素生成領域
34  出力流れ
36  水蒸気改質型触媒
38  空気配送アセンブリ
40  精製領域
42  水素リッチ流れ
44  副産物流れ
46  水素選択性膜
48  化学的な一酸化炭素除去アセンブリ
50  圧力スイング吸着システム
52  加熱アセンブリ
54  加熱排気流
56
58  点火源
60  燃焼器アセンブリ
62  空気流れ
64  気化領域
66  筐体
68  絶縁材料
70  ジャケット
72  水素発生アセンブリ
74  供給原料配送システム
76  気化領域
78  水素生成領域
80  加熱アセンブリ
82  精製領域
84  供給原料タンク
86  ポンプ
88  水素製造流体
90  液体含有供給流れ
92  気化器
94  蒸気供給流れ
96  出力流れ
97  水蒸気改質領域
98  改質触媒
99  加熱排気流
100  燃焼器アセンブリ
102  送風機
104  点火器アセンブリ
106  空気流れ
108  燃料流れ
110  燃焼領域
111  流量制限オリフィス
112  水素リッチ流れ
114  フィルタアセンブリ
116  膜アセンブリ
118  生成反応器アセンブリ
120  筐体
122  排気ポート
124  燃焼排気流れ
126  制御システム
128  制御アセンブリ
130  弁
132  圧力リリーフ弁
134  温度測定装置
136  熱交換アセンブリ
138  熱交換器
140  水素発生アセンブリ
142  供給原料配送システム
144  燃料処理アセンブリ
146  供給タンク
148  供給コンジット
150  ポンプ
152  制御システム
154  供給部分
156  バイパス部分
158  弁アセンブリ
160  センサアセンブリ
162  制御アセンブリ
164  連通リンク
166  センサ
168  供給センサ
170  プロセッサ
172  メモリデバイス
174  信号コンディショナ
176  ユーザインターフェース
178  表示領域
180  ユーザ入力装置
182  信号伝達装置
184  グラフ
186  検出信号
188  調整された信号
190  水素発生アセンブリ
192  供給原料配送システム
194  燃料処理アセンブリ
196  供給タンク
198  供給コンジット
200  ポンプ
202  制御システム
204  供給部分
206  バイパス部分
208  圧力リリーフ弁
210  圧力トランスデューサ
212  制御アセンブリ
214  連通リンク
216  電源アセンブリ
218  信号コンディショナアセンブリ
220  浄化アセンブリ
222  加圧ガスアセンブリ
224  浄化コンジット
225  浄化コンジット
226  弁アセンブリ
228  ガス供給アセンブリ
230  制御システム
232  逆止弁
234  加圧ガスアセンブリ
236  浄化コンジット
238  弁アセンブリ
240  ガス容器
240  手動弁
242  電磁弁
244  浄化ソレノイド
246  浄化弁
248  制御システム
250  流れ絞りオリフィス
252  水素発生アセンブリ
254  筺体
256  水素生成領域
258  加熱アセンブリ
260  排気管理アセンブリ
261  断熱されたホットゾーン
262  排気ポート
264  供給流れ
266  改質流れ
268  精製領域
270  水素リッチ流れ
272  副産物流れ
274  水素選択性膜
276  気化領域
278  空気流れ
280  燃料流れ
282  燃焼領域
284  加熱排気流
286  センサアセンブリ
288  ダンパアセンブリ
290  制御アセンブリ
292  センサ
294  水素生成領域センサ
296  精製領域センサ
298  ダンパ
300  アクチュエータ
302  全開位置
304  閉位置
306  中間の開位置
307  排気流
308  水素発生アセンブリ
310  水素消費装置
312  燃料処理アセンブリ
314  生成物水素の管理システム
316  生成物水素流れ
317  供給コンジット
318  供給流れ
320  水素発生反応器
322  生成物コンジット
324  バッファタンク
325  バッファタンクコンジット
326  センサアセンブリ
328  制御アセンブリ
330  センサ
332  バッファタンクセンサ
333  通信リンク
334  生成物弁アセンブリ
335  生成物水素流れ
336  弁
337  生成物水素の放出
338  水素発生アセンブリ
340  水素消費装置
342  燃料処理アセンブリ
344  生成物水素の管理システム
346  生成物水素流れ
348  供給流れ
349  生成物コンジット
350  逆止弁
351  制御弁
352  バッファタンク
353  バッファタンクコンジット
354  タンクセンサアセンブリ
355  生成物弁アセンブリ
356  制御アセンブリ
357  通信リンク
358  バッファタンクセンサ
359  生成物水素流れ
360  三方電磁弁
361  生成物水素の放出
362  ソレノイド
363  流れ位置
364  三方弁
365  ガス抜き位置
366  コントローラ
368  スイッチングデバイス
370  電源
374  水素発生アセンブリ
376  水素消費装置
378  燃料処理アセンブリ
380  生成物水素の管理システム
382  生成物水素流れ
384  供給流れ
386  生成物コンジット
388  バッファタンク
389  バッファタンクコンジット
390  タンクセンサアセンブリ
392  生成物弁アセンブリ
393  通信リンク
394  制御アセンブリ
395  流れ部分
396  ガス抜き部分
397  逆止弁
398  制御弁
400  タンクセンサ
401  生成物水素流れ
402  第1の電磁弁
403  生成物水素流れ
404  第2の電磁弁
406  第1のソレノイド
407  第1の開位置
408  第1の弁
409  第1の閉位置
410  第2のソレノイド
411  第2の開位置
412  第2の弁
413  第2の閉位置
414  コントローラ
416  スイッチングデバイス
418  電源
420  ソリッドステートリレー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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