(57)【要約】  水素または一酸化炭素の少なくとも一方を生成するためのシステムは、電解質マトリックスによって隔てられたアノードおよびカソードを含む少なくとも１つの燃料電池を含む。少なくとも１つの燃料電池は更に、燃料電池を電解装置として逆に運転するために少なくとも１つの燃料電池に逆電圧を印加するための電源を含む。アノードは、部分改質燃料を受け取り、水素を備えるガスを出力するように構成される。カソードは、二酸化炭素および酸素を備えるガスを出力するように構成される。システムは更に、カソードからの二酸化炭素および酸素と燃料供給装置からの燃料とを受け取り、一酸化炭素、二酸化炭素、および水素を備える部分酸化燃料を出力するように構成された少なくとも１つの酸化器を含む。【選択図】図１
2019501852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素または一酸化炭素の少なくとも一方を生成するためのシステムであって、
少なくとも１つの燃料電池であって、
電解質マトリックスによって隔てられたアノードおよびカソードと、
前記燃料電池を電解装置として逆に運転するために前記少なくとも１つの燃料電池に逆電圧を印加するための電源とを備え、
前記アノードは、部分改質燃料を受け取り、水素を備えるガスを出力するように構成され、
前記カソードは、二酸化炭素および酸素を備えるガスを出力するように構成された燃料電池と、
前記カソードからの前記二酸化炭素および酸素と、燃料供給装置からの燃料とを受け取るように構成され、一酸化炭素、二酸化炭素、および水素を備える部分酸化燃料を出力するように構成された少なくとも１つの酸化器と
を備えるシステム。
【請求項２】
熱および排気を発生させるように構成された熱源を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記熱源は燃焼加熱器である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記燃料供給源からの燃料と、水蒸気または水の少なくとも一方とを受け取るように構成された改質器を更に備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記改質器は、前記熱源からの熱を、前記燃料と前記水蒸気または水の少なくとも一方とへ伝達するように構成され、
前記改質器は、前記燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを少なくとも部分的に改質するように構成される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記燃料が前記改質器に受け取られる前に前記燃料を予熱するように構成された予熱器を更に備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記予熱器は、廃熱を用いて前記燃料を予熱するように構成される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記熱源によって発生した熱を、前記熱源によって受け取られる空気へ伝達するように構成された給気熱交換器を更に備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項９】
前記熱源は、前記システムから排気を排出するように構成される、請求項２のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
請求項２〜９のいずれかに記載のシステムを用いて水素または一酸化炭素の少なくとも一方を発生させる方法であって、
前記燃料電池の前記アノードにおいて部分改質燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを受け取り、前記燃料電池の前記アノードから水素を出力することと、
前記燃料電池の前記カソードから二酸化炭素および酸素を出力することと、
前記少なくとも１つの酸化器において、前記カソードからの二酸化炭素および酸素と、前記燃料供給装置からの燃料とを受け取ることと、
前記少なくとも１つの酸化器から一酸化炭素を出力することと
を備える方法。
【請求項１１】
改質器または熱交換器の少なくとも１つによって前記排気から熱が伝達された後、前記熱源によって発生した排気を排出することを更に備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
改質器または熱交換器の少なくとも１つにおいて、前記熱源によって発生した排気からの熱を前記燃料へ伝達することを更に備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
改質器または熱交換器の少なくとも１つにおいて、前記熱源によって発生した排気からの熱を水蒸気または水の少なくとも一方へ伝達することを更に備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
合成ガスを生成するために、前記燃料電池の前記アノードから出力された水素と、前記少なくとも１つの酸化器から出力された一酸化炭素とを混合することを更に備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記燃料を改質器へ供給する前に前記燃料を脱硫することを更に備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
水素または一酸化炭素の少なくとも一方を生成するためのシステムであって、
少なくとも１つの燃料電池であって、
電解質マトリックスによって隔てられたアノードおよびカソードと、
前記燃料電池を電解装置として逆に運転するために前記少なくとも１つの燃料電池に逆電圧を印加するための電源と、
燃料供給源からの燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを受け取り、部分改質燃料を出力するように構成された改質セルとを備える燃料電池を備え、
前記改質セルは、前記部分改質燃料を前記アノードおよび前記カソードへ供給するように構成され、
前記アノードは、前記部分改質燃料を受け取り、水素を備えるガスを出力するように構成され、
前記カソードは、前記燃料供給源からの前記燃料または前記部分改質燃料の少なくとも一方を受け取り、部分的に酸化させるように構成され、
前記カソードは、一酸化炭素、水素、および二酸化炭素を出力するように構成される、システム。
【請求項１７】
前記カソードは、前記部分改質燃料を部分的に酸化させるように構成された触媒を更に備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記カソードは、主に一酸化炭素を出力するように構成される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
熱および排気を発生させるように構成された熱源を更に備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記熱源からの熱を、前記燃料供給装置からの燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とへ伝達するように構成された第１の熱交換器を更に備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記熱源は燃焼加熱器である、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記熱源は、前記システムから排気を排出するように構成される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
前記燃料供給装置からの燃料と、水蒸気または水の少なくとも一方を受け取るように構成された予改質器を更に備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２４】
前記燃料が前記改質セルに受け取られる前に前記燃料を予熱するように構成された予熱器を更に備える、請求項１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項２５】
前記予熱器は、廃熱を用いて前記燃料を予熱するように構成される、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記燃料供給装置からの前記燃料はメタンである、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２７】
請求項１６〜２６のいずれかに記載のシステムを用いて水素または一酸化炭素の少なくとも一方を発生させる方法であって、
前記改質セルにおいてメタンおよび水蒸気を受け取り、前記改質セルから部分改質燃料を出力することと、
前記アノードにおいて前記改質セルからの前記部分改質燃料を受け取り、前記アノードから水素を出力することと、
前記カソードにおいて前記改質セルからの前記部分改質燃料を受け取り、前記カソードから少なくとも一酸化炭素を出力することと、
前記カソードにおいて、前記燃料供給装置からの燃料と、水蒸気または水の少なくとも一方とを受け取ることと
を備える方法。
【請求項２８】
前記カソードにおける酸化反応において発生した熱の少なくとも一部を除去するために、前記改質セルにおける改質反応を用いることを更に備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記燃料を前記改質セルへ供給する前に、前記燃料供給装置からの燃料を脱硫することを更に備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
合成ガスを生成するために、前記燃料電池の前記アノードから出力された水素と、前記燃料電池の前記カソードから出力された一酸化炭素とを混合することを更に備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
水素を生成するためのシステムであって、
少なくとも１つの燃料電池であって、
電解質マトリックスによって隔てられたアノードおよびカソードと、
前記燃料電池を電解装置として逆に運転するために前記少なくとも１つの燃料電池に逆電圧を印加するための電源とを備える燃料電池と、
燃料供給装置からの燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを受け取り、部分改質燃料を出力するように構成された酸化器とを備え、
前記アノードは、前記酸化器からの前記部分改質燃料を受け取り、水素を出力するように構成され、
前記カソードは、二酸化炭素および酸素を前記酸化器へ出力するように構成される、システム。
【請求項３２】
前記燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを加熱するように構成された加熱器を更に備える、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記加熱器は、前記酸化器によって出力された前記部分改質燃料の一部を受け取るように構成される、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記加熱器は、熱を発生させるために前記部分改質燃料を燃焼させるように構成される、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記加熱器は、前記システムから排気を排出するように構成される、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記燃料はディーゼル燃料またはＪＰ８である、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３７】
前記燃料と前記水蒸気または水の少なくとも一方とが前記加熱器に受け取られる前に、前記燃料と前記水蒸気または水の少なくとも一方とを予熱するように構成された予熱器を更に備える、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３８】
前記予熱器は、廃熱を用いて前記燃料を予熱するように構成される、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
請求項３１〜３８のいずれかに記載のシステムを用いて水素を発生させる方法であって、
前記酸化器において燃料および水蒸気を受け取り、前記酸化器から部分酸化燃料を出力することと、
前記アノードにおいて前記部分酸化燃料を受け取り、前記アノードから水素を出力することと、
前記カソードから二酸化炭素および酸素を出力することと、
前記酸化器において、前記カソードからの二酸化炭素および酸素を受け取ることと
を備える方法。
【請求項４０】
前記カソードから出力された前記二酸化炭素および酸素を用いて、前記加熱器からの燃料および水蒸気を酸化させることを更に備える、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記部分酸化燃料を前記アノードへ供給する前に、前記部分酸化燃料を脱硫することを更に備える、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記酸化器からの前記部分酸化燃料の一部を、前記燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを加熱するように構成された加熱器へ供給することを更に備える、請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
前記部分酸化燃料の一部が前記加熱器によって受け取られる前に、前記部分酸化燃料の一部を脱硫することを更に備える、請求項４２のいずれかに記載の方法。
【請求項４４】
前記加熱器において熱を発生させるために、前記部分酸化燃料の一部を燃焼させることを更に備える、請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記加熱器によって発生した排気を前記システムから排出することを更に備える、請求項３９に記載の方法。
【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全体が本願に組み込まれる、２０１５年１１月１７日に出願された米国特許仮出願第６２／２５６，５１５号の利益およびこれに対する優先権を主張するものである。
【０００２】
本出願は、一般に、部分酸化とともに燃料電池を用いるＨ２（「水素」）および／またはＣＯ（「一酸化炭素」）生成の分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
改質器‐電解装置‐精製器（「ＲＥＰ」）は、水素および／または一酸化炭素を発生させるために使用され得る。ＲＥＰおよびＲＥＰを含むシステムの例は、本出願の譲受人に譲渡されたＰＣＴ公開ＷＯ２０１５／１１６９６４号において説明される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの実施形態において、水素または一酸化炭素の少なくとも一方を生成するためのシステムは、電解質マトリックスによって隔てられたアノードおよびカソードを含む少なくとも１つの燃料電池を含む。少なくとも１つの燃料電池は更に、燃料電池を電解装置として逆に運転するために少なくとも１つの燃料電池に逆電圧を印加するための電源を含む。アノードは、部分改質燃料を受け取り、水素を備えるガスを出力するように構成される。カソードは、二酸化炭素および酸素を備えるガスを出力するように構成される。システムは更に、カソードからの二酸化炭素および酸素と、燃料供給装置からの燃料とを受け取り、一酸化炭素、二酸化炭素、および水素を備える部分酸化燃料を出力するように構成された少なくとも１つの酸化器を含む。
【０００５】
システムの１つの態様において、システムは更に、熱および排気を発生させるように構成された熱源を含む。
【０００６】
システムの１つの態様において、熱源は燃焼加熱器である。
【０００７】
システムの１つの態様において、システムは更に、燃料供給源からの燃料と、水蒸気または水の少なくとも一方とを受け取るように構成された改質器を含む。
【０００８】
システムの１つの態様において、改質器は、熱源からの熱を、燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とへ伝達するように構成され、燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを少なくとも部分的に改質するように構成される。
【０００９】
システムの１つの態様において、システムは更に、燃料が改質器に受け取られる前に燃料を予熱するように構成された予熱器を含む。
【００１０】
システムの１つの態様において、予熱器は、廃熱を用いて燃料を予熱するように構成される。
【００１１】
システムの１つの態様において、システムは更に、熱源によって発生した熱を、熱源によって受け取られた空気へ伝達するように構成された給気熱交換器を含む。
【００１２】
システムの１つの態様において、熱源は、システムから排気を排出するように構成される。
【００１３】
他の実施形態において、システムを用いて水素または一酸化炭素の少なくとも一方を発生させる方法は、燃料電池のアノードにおいて部分改質燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを受け取り、燃料電池のアノードから水素を出力することを含む。方法は更に、燃料電池のカソードから二酸化炭素および酸素を出力することを含む。方法は更に、少なくとも１つの酸化器において、カソードからの二酸化炭素および酸素と、燃料供給装置からの燃料とを受け取ることを含む。方法は更に、少なくとも１つの酸化器から一酸化炭素を出力することを含む。
【００１４】
方法の１つの態様において、方法は更に、改質器または熱交換器の少なくとも１つによって排気から熱が伝達された後、熱源によって発生した排気を排出することを含む。
【００１５】
方法の１つの態様において、方法は更に、改質器または熱交換器の少なくとも１つにおいて、熱源によって発生した排気からの熱を燃料へ伝達することを含む。
【００１６】
方法の１つの態様において、方法は更に、改質器または熱交換器の少なくとも１つにおいて、熱源によって発生した排気からの熱を水蒸気または水の少なくとも一方へ伝達することを含む。
【００１７】
方法の１つの態様において、方法は更に、合成ガスを生成するために、燃料電池のアノードから出力された水素と、少なくとも１つの酸化器から出力された一酸化炭素とを混合することを含む。
【００１８】
方法の１つの態様において、方法は更に、燃料を改質器へ供給する前に燃料を脱硫することを含む。
【００１９】
他の実施形態において、水素または一酸化炭素の少なくとも一方を生成するためのシステムは、電解質マトリックスによって隔てられたアノードおよびカソードと、燃料電池を電解装置として逆に運転するために少なくとも１つの燃料電池に逆電圧を印加するための電源とを含む少なくとも１つの燃料電池を含む。少なくとも１つの燃料電池は更に、燃料供給源からの燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを受け取り、部分改質燃料を出力するように構成された改質セルを含む。改質セルは、部分改質燃料をアノードおよびカソードへ供給するように構成される。アノードは、部分改質燃料を受け取り、水素を備えるガスを出力するように構成される。カソードは、燃料供給源からの燃料または部分改質燃料の少なくとも一方を受け取り、部分的に酸化させるように構成される。カソードは、一酸化炭素、水素、および二酸化炭素を出力するように構成される。
【００２０】
システムの１つの態様において、カソードは更に、部分改質燃料を部分的に酸化させるように構成された触媒を含む。
【００２１】
システムの１つの態様において、カソードは、主に一酸化炭素を出力するように構成される。
【００２２】
システムの１つの態様において、システムは更に、熱および排気を発生させるように構成された熱源を含む。
【００２３】
システムの１つの態様において、システムは更に、熱源からの熱を、燃料供給装置からの燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とへ伝達するように構成された第１の熱交換器を含む。
【００２４】
システムの１つの態様において、熱源は燃焼加熱器である。
【００２５】
システムの１つの態様において、熱源は、システムから排気を排出するように構成される。
【００２６】
システムの１つの態様において、システムは更に、燃料供給装置からの燃料と、水蒸気または水の少なくとも一方を受け取るように構成された予改質器を含む。
【００２７】
システムの１つの態様において、システムは更に、燃料が改質セルに受け取られる前に燃料を予熱するように構成された予熱器を含む。
【００２８】
システムの１つの態様において、予熱器は、廃熱を用いて燃料を予熱するように構成される。
【００２９】
システムの１つの態様において、燃料供給装置からの燃料はメタンである。
【００３０】
他の実施形態において、システムを用いて水素または一酸化炭素の少なくとも一方を発生させる方法は、改質セルにおいてメタンおよび水蒸気を受け取り、改質セルから部分改質燃料を出力することを含む。方法は更に、アノードにおいて改質セルからの部分改質燃料を受け取り、アノードから水素を出力することを含む。方法は更に、カソードにおいて改質セルからの部分改質燃料を受け取り、カソードから少なくとも一酸化炭素を出力することを含む。方法は更に、カソードにおいて、燃料供給装置からの燃料と、水蒸気または水の少なくとも一方とを受け取ることを含む。
【００３１】
方法の１つの態様において、方法は更に、カソードにおける酸化反応において発生した熱の少なくとも一部を除去するために、改質セルにおける改質反応を用いることを含む。
【００３２】
方法の１つの態様において、方法は更に、燃料を改質セルへ供給する前に、燃料供給装置からの燃料を脱硫することを含む。
【００３３】
方法の１つの態様において、方法は更に、合成ガスを生成するために、燃料電池のアノードから出力された水素と、燃料電池のカソードから出力された一酸化炭素とを混合することを含む。
【００３４】
他の実施形態において、水素を生成するためのシステムは、電解質マトリックスによって隔てられたアノードおよびカソードと、燃料電池を電解装置として逆に運転するために少なくとも１つの燃料電池に逆電圧を印加するための電源とを含む少なくとも１つの燃料電池を含む。システムは更に、燃料供給装置からの燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを受け取り、部分改質燃料を出力するように構成された酸化器を含む。アノードは、酸化器からの部分改質燃料を受け取り、水素を出力するように構成される。カソードは、二酸化炭素および酸素を酸化器へ出力するように構成される。
【００３５】
システムの１つの態様において、システムは更に、燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを加熱するように構成された加熱器を含む。
【００３６】
システムの１つの態様において、加熱器は、酸化器によって出力された部分改質燃料の一部を受け取るように構成される。
【００３７】
システムの１つの態様において、加熱器は、熱を発生させるために部分改質燃料を燃焼させるように構成される。
【００３８】
システムの１つの態様において、加熱器は、システムから排気を排出するように構成される。
【００３９】
システムの１つの態様において、燃料はディーゼル燃料またはＪＰ８である。
【００４０】
システムの１つの態様において、システムは更に、燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とが加熱器に受け取られる前に、燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを予熱するように構成された予熱器を含む。
【００４１】
システムの１つの態様において、予熱器は、廃熱を用いて燃料を予熱するように構成される。
【００４２】
他の実施形態において、システムを用いて水素を発生させる方法は、酸化器において燃料および水蒸気を受け取り、酸化器から部分酸化燃料を出力することを含む。方法は更に、アノードにおいて部分酸化燃料を受け取り、アノードから水素を出力することを含む。方法は更に、カソードから二酸化炭素および酸素を出力することを含む。方法は更に、酸化器において、カソードからの二酸化炭素および酸素を受け取ることを含む。
【００４３】
方法の１つの態様において、方法は更に、カソードから出力された二酸化炭素および酸素を用いて、加熱器からの燃料および水蒸気を酸化させることを含む。
【００４４】
方法の１つの態様において、方法は更に、部分酸化燃料をアノードへ供給する前に、部分酸化燃料を脱硫することを含む。
【００４５】
方法の１つの態様において、方法は更に、酸化器からの部分酸化燃料の一部を、燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを加熱するように構成された加熱器へ供給することを含む。
【００４６】
方法の１つの態様において、方法は更に、部分酸化燃料の一部が加熱器によって受け取られる前に、部分酸化燃料の一部を脱硫することを含む。
【００４７】
方法の１つの態様において、方法は更に、加熱器において熱を発生させるために、部分酸化燃料の一部を燃焼させることを含む。
【００４８】
方法の１つの態様において、方法は更に、加熱器によって発生した排気をシステムから排出することを含む。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明のＲＥＰアセンブリを含む改質器‐電解装置‐精製器（「ＲＥＰ」）システムの概略図を示す。
【図２】ＲＥＰシステムの更に詳しい図を示す。
【図３】ＲＥＰアセンブリにおいて生じる反応を示す。
【図４】ＲＥＰシステムから独立したガス化／部分酸化を示す。
【図５】ＲＥＰシステムに一体化された部分酸化を示す。
【図６】低コスト硫黄含有液体燃料を用いて水素を発生させるためのシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
改質器‐電解装置‐精製器（「ＲＥＰ」）アセンブリは、少なくとも１つの電解装置溶融炭酸塩形燃料電池を含み、ＲＥＰスタックとも称される燃料電池スタックに形成された複数の電解装置燃料電池を含んでよい。少なくとも１つの電解装置燃料電池は、ＣＯ２および水を電気分解してＨ２（「水素」）を生成し、ＣＯ３＝を電気化学的に除去することによって水素を精製するように逆に運転する燃料電池である。ＣＯ２は、たとえばメタンなどの炭化水素によって供給され、ＣＯ３＝を除去することは、改質反応を完了に導く。以下で説明し、添付図面に示すように、少なくとも１つの電解装置燃料電池において他の反応が生じてもよい。
【００５１】
ＲＥＰスタックは、溶融炭酸塩形燃料電池（「ＭＣＦＣ」）スタックを備え、ＲＥＰアセンブリは、電解反応を導くためにＲＥＰスタックに電力を供給するための電源を含む。コントローラは、電源を制御し、ＲＥＰアセンブリおよび／またはＲＥＰシステムの他の動作および部品を制御するために、ＲＥＰアセンブリおよび／またはＲＥＰシステムに含まれ得る。制御動作は、以下で更に詳しく説明される。本明細書はＲＥＰアセンブリ、ＲＥＰスタック、およびＲＥＰシステムが、たとえば内部改質または外部改質などの改質を含むものとして説明するが、ＲＥＰアセンブリ、ＲＥＰスタック、および／またはＲＥＰシステムは、内部および／または外部改質を省き、ＣＯ２および水を含有する供給ガスを電気分解し、改質せずに水素を精製するために用いられ得ることも考えられる。
【００５２】
図１は、ＲＥＰシステム１００の例の概略図を示す。図１に示すように、たとえば天然ガス、嫌気性消化ガス（「ＡＤＧ」）、または他の適切な燃料などの燃料は、予熱器１０２（たとえば、それぞれ図４〜図６に示す一次、第１の、または廃熱交換器４１６、５１６、６１６）において廃熱（たとえば低レベルの廃熱）を用いて予熱され、その後、ＲＥＰシステム１００に供給される。燃料は、予熱される前または後に、加湿または水と混合され得る。ＲＥＰシステム１００において、燃料は、蒸気と反応することによって改質され、水素、ＣＯ、および二酸化炭素を生成し、水素は、水素から炭素のほぼ全てを分離することによって高温（改質温度）で精製され、これは改質反応を完了に導く。ＲＥＰシステム１００は、水素を出力し、酸素および二酸化炭素を含む他の反応生成物を別に出力する。図示するように、吸熱改質反応のための熱を供給するためにＲＥＰシステム１００に高いレベルの廃熱が供給され、その結果、燃料のほぼ全てが水素に変換されることによって、メタンから水素への不完全な変換によって生じるＣＯ２排気が低減される。
【００５３】
ＰＣＴ公開ＷＯ２０１５／１１６９６４号に記載される水素および／または一酸化炭素生成システムの一例において、水素および／または一酸化炭素生成システムは、ＲＥＰスタック２００および電源２３０を含むＲＥＰアセンブリを備える。たとえば図２は、そのような水素および／または一酸化炭素生成システムの例示的な構成を示す。ＲＥＰスタック２００は、燃料電池部品を備え、１または複数の改質専用セルまたは改質ユニット２０２と、各々が電解質マトリックスによって隔てられたアノード２０４ａおよびカソード２０４ｂを備える１または複数のＲＥＰ燃料電池２０４とを含んでよい。ＲＥＰ燃料電池は従来のＭＣＦＣ燃料電池と同じように構成され得るが、一般的には１．１５〜１．３５ボルトの範囲内である、１．０ボルトを超える逆電圧を印加することによって逆に運転する。改質専用ユニット２０２およびＲＥＰ燃料電池２０４はスタック状に組み立てられ、燃料が最初に改質専用セル２０２を通り、その後ＲＥＰ燃料電池２０４のアノード２０４ａを通って搬送されるように、直列に接続される。カソード２０４ｂは、システムに供給されたたとえば空気などの高温ガス、およびＲＥＰ燃料電池のアノード２０４ａから精製操作において生成されたＣＯ２およびＯ２ガス混合物を受け取ってよい。１つの例示的な実施形態において、ＲＥＰシステム１００の燃料電池スタック２００は、たとえばＦｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｅｎｅｒｇｙ社によって開発されたＭＣＦＣ／ＤＦＣ（登録商標）など、業務用の溶融炭酸塩形燃料電池技術のために開発された部品を組み込む。ただし、他の種類の溶融炭酸塩形燃料電池がＲＥＰシステム１００において用いられてよいことが理解される。
【００５４】
また図２に示すように、ＲＥＰシステム１００は、ＲＥＰシステム１００の電池２０４からの廃熱、および／または、ＲＥＰシステム１００外部のおよび／またはＲＥＰシステム１００に一体化された他のデバイスによって生じた廃熱を利用する１または複数の予熱器を含んでよい。予熱器１０２は、燃料電池２０４および改質専用セル２０２からの廃熱を用いて燃料を予熱し、この燃料は、改質専用セル２０２へ供給する前に水と混合または加湿され得る。他の加熱器（複数も可）１０４は、たとえば電力を生成するために用いられる高温燃料電池など他のデバイスからの廃熱を用いて、システムへ供給されるガスを予熱するために用いられ得る。また、図２に示すように、酸化器１０６は、空気を用いて補助燃料を酸化させ、後にＲＥＰ燃料電池カソード２０４ｂへ供給される高温酸化剤ガスを発生させることによって、補助燃料を用いてＲＥＰシステム１００への熱を増加させるために設けられ得る。
【００５５】
ＲＥＰ燃料電池スタック２００は、精製‐改質‐電解装置として、精製モードまたは水素生成モードで運転してよく、そのような運転中、システムからの炭素のほぼ全てをＣＯ３＝として除去し、改質後のメタンからほぼ純粋な水素を生成する。また、ＲＥＰ燃料電池スタック２００は、同時に水蒸気を解離（電気分解）することによって追加の水素を効率的に生成する。したがって、天然ガスがＲＥＰシステムに供給されると、水素出力の約８０％は天然ガス改質によって生成され、水素の残りの２０％は電解反応によってもたらされる。このＲＥＰシステム１００は、最小限のＣＯ２排出で効率的に水素を生成する。
【００５６】
図２に示すように、たとえば天然ガスおよび／または再生可能燃料などの燃料と水とがＲＥＰシステム２００に供給される。この供給燃料は予熱器１０２において加熱され、その後、改質セル２０２およびＲＥＰ燃料電池２０４へ送達され、ここでガスのほぼ全てが水素およびＣＯに改質される。この吸熱改質反応のための熱は、他の廃熱生成デバイスから供給される外部廃熱１０４によって少なくとも部分的に供給され得る。特定の実施形態において、特に、たとえば風力または太陽熱などの遮断可能な再生可能廃熱が廃熱の供給源として用いられる場合、バックアップとして、または廃熱のレベルを上昇させるために補助または予備燃料が用いられ得る。たとえば図２において、補助燃料および空気を受け取り、カソードにおいて用いるための加熱ガスを生成するために補助燃料を酸化させる酸化器１０６がシステムに設けられる。このように、酸化反応は、ＲＥＰセルにおいて用いられる廃熱のレベルを上昇させる。
【００５７】
図２に示す例示的な実施形態において、最初に燃料ガスは、改質専用セル（改質器）２０２において部分的に改質される。改質器２０２において水とメタンとの間で生じる反応は図３に示される。図２および図３に示すように、改質器２０２からの一部改質ガスはその後、電解装置（ＲＥＰセル）として精製モード（水素生成モード）で運転しているＭＣＦＣ燃料電池２０４のアノード側２０４ａに供給される。燃料電池２０４において、水は水素および酸素に解離され、酸素は改質ガス内の二酸化炭素と結び付いてＣＯ３＝を生成し、ＣＯ３＝は溶融炭酸塩膜を介して電気化学的に除去される。燃料電池２０４のアノード側２０４ａにおけるこれらの反応は、図３に示される。燃料電池２０４におけるこの操作は、システム内の炭素のほぼ全てを除去し、平衡改質およびシフト反応によってＣＨ４およびＣＯの水素への変換を実質的に完了させる。したがって図２および図３に示すように、出口の水素含有ガス流は、少量のＣＯ２およびＣＨ４を有するほぼ純粋な（９８％を上回る）水素である。この少量のＣＯ２およびＣＨ４は、高純度の水素を必要とするシステムのために水素が加圧されるにつれて、容易に除去することができる。しかし、多くのシステムは、少量の不純物を除去する必要なく、低純度の水素をそのまま使用することができる。
【００５８】
図２に示すように、ＲＥＰ燃料電池２０４の電解装置としての運転は、コントローラによって制御され得る。コントローラ２５０は、ＲＥＰ燃料電池２０４への反応ガスの供給量または流量を制御するようにプログラムされる。またコントローラ２５０は、イオン移動が通常の燃料電池運転の逆方向であるように、電源（たとえばＤＣ電源）２３０から供給され、燃料電池に印加される電圧および電流も制御する。ＲＥＰシステム１００の燃料電池において生じる反応は、図３に示される。ＣＯ２および酸素を含有するガスがカソード側ガスとして用いられる場合、コントローラ２５０は更に、電解装置としての運転と通常の電力生成運転との間で燃料電池２０４の運転モードの切換えを制御してよい。
【００５９】
また、図２における改質セルはＲＥＰ燃料電池スタックの一部として示され、スタックは間接内部改質スタックであるが、他の実施形態において、燃料を改質するために内部改質セルの代わりに、またはこれに加えて、外部改質器が用いられてよい。
【００６０】
特定の例示的な実施形態において、図２のＲＥＰシステム２００において用いられる部品は、ＦｕｅｌＣｅｌｌ  Ｅｎｅｒｇｙ社によって開発された市販のＤＦＣ（登録商標）燃料電池の部品と同じまたは同様である。ＲＥＰシステムに市販の部品を用いることによって、本発明は、競合コストで迅速に商業化することができ、更なるコスト節減をもたらす。
【００６１】
図４を参照すると、天然ガスおよび水を精製水素および一酸化炭素に変換するための別の水素および／または一酸化炭素生成システムが提供され、このシステムによって合成ガスが生成され得る。従来、合成ガスは、水蒸気メタン改質、または空気分離ユニットからの純Ｏ２を用いた炭化水素の部分酸化によって生成される。水蒸気メタン改質から得る合成ガスは、概して所望の比よりも高いＨ２対ＣＯ比を有し、部分酸化から得る合成ガスは、非常に大規模の場合を除きコスト効率が良くない。
【００６２】
本発明の特定の実施形態は、部分酸化によって水素および／または一酸化炭素を発生させる水素および／または一酸化炭素生成システム４００を用いることによって、これらの欠点を克服する。その後、水素および一酸化炭素は、所望のＨ２／ＣＯ比の合成ガスを生成するように混合され得る。水素および／または一酸化炭素生成システム４００は、熱源４１０、ＲＥＰアセンブリ４２０、供給燃料を改質するための改質器４１２、および部分酸化器４３０を含む。ＲＥＰアセンブリ４２０は、ＲＥＰアノード４２２およびＲＥＰカソード４２４を含む。
【００６３】
図４に示すように、燃料は燃料供給源から供給され、脱硫され、予熱される。予熱の前（不図示）または後に燃料に水が加えられ得る。好適には、燃料は天然ガスまたは他の適切な燃料である。燃料の少なくとも一部は、部分酸化器（すなわち酸化器）４３０へ供給される。水は水蒸気に変換され、残りの脱硫燃料と混合され、燃料および水蒸気の混合物が生成される。燃料および水蒸気混合物は、二次熱交換器４１４および改質器４１２を通る。燃料および水蒸気混合物の少なくとも一部はＲＥＰアノード４２２へ供給され、残りの燃料および水蒸気混合物は部分酸化器４３０へ供給される。
【００６４】
ＲＥＰアノード４２２は、燃料および水蒸気混合物を受け取り、これは電気分解中に反応し、主にＨ２を含有するＲＥＰアノードからの出力ガスを生成する。ＲＥＰアノード４２２からの出力ガスは捕捉され、貯蔵または搬出され得る。電気分解中、少なくともＣＯ２およびＯ２の流れがＲＥＰカソード４２４から出力され、部分酸化器４３０へ供給される。
【００６５】
部分酸化器４３０は、燃料と燃料および水蒸気混合物とを受け取り、ＣＯ２およびＯ２によって部分的に酸化させる。ＣＯ２およびＯ２は、燃料供給源からの燃料および燃料および水蒸気混合物からＣＨ４を部分的に酸化させ、ＣＯ、Ｈ２、およびＣＯ２の混合物（「合成ガス」）を発生させる。好適には、合成ガスは高いＣＯ含有量を有する。部分酸化器４３０において実行される部分酸化反応を以下に示す。
２ＣＨ４＋Ｏ２→２ＣＯ＋２Ｈ２  （１）
二次反応は、水蒸気改質反応（式（２）を参照）、ＣＯ２改質反応（式（３）を参照）、および水性ガスシフト反応（式（４）を参照）を含む。
ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋４Ｈ２  （２）
ＣＨ４＋ＣＯ２→２ＣＯ＋２Ｈ２＋ＣＯ２  （３）
Ｈ２＋ＣＯ２⇔Ｈ２Ｏ＋ＣＯ  （４）
合成ガスは、このシステムに熱を供給し合成ガスを冷却するために、改質器４１２を通って部分酸化器４３０から供給される。合成ガスはその後、更に冷却（不図示）され、捕捉され、貯蔵または搬出され得る。
【００６６】
熱源４１０は、空気および燃料を燃焼させ、高温排気を発生させる。好適には、熱源は燃焼加熱器、燃焼タービン、内燃エンジン、または他の適切な熱源である。高温排気は、改質器４１２を通る。熱は、改質器４１２において、供給ガスを部分的に改質するために高温排気から供給ガス（ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ）へ伝達される。高温排気は更に、二次熱交換器４１４を通って、水素および／または一酸化炭素生成システム４００外へ排出される。二次熱交換器４１４において、燃料および水蒸気混合物を改質器４１２およびＲＥＰアノード４２２へ取り込む前に予熱するために、高温排気から燃料および水蒸気混合物へ熱が伝達される。
【００６７】
図５を参照すると、天然ガスおよび水を精製水素および一酸化炭素に変換するための別の水素および／または一酸化炭素生成システム５００が提供される。水素および／または一酸化炭素生成システム５００は、熱源５１０およびＲＥＰアセンブリ５２０を含む。ＲＥＰアセンブリ５２０は、ＲＥＰアノード５２２、ＲＥＰカソード５２４、および少なくとも１つの改質セル５２６を含む。
【００６８】
図５に示すように、燃料は最初に脱硫され、予熱される。予熱の前（不図示）または後に燃料に水が加えられ得る。好適には、燃料は天然ガスまたは他の適切な燃料である。燃料の少なくとも一部は、改質燃料とともにＲＥＰカソード５２４へ直接供給され得る。水は水蒸気に変換され、残りの脱硫燃料と混合され、燃料および水蒸気の混合物が生成される。燃料および水蒸気混合物は熱交換器５１４および予改質器５１５を通り、ここで供給ガスのわずかな改質が生じ、改質セル５２６へ供給される。
【００６９】
改質セル５２６は、燃料および水蒸気混合物を受け取る。ＲＥＰカソード５２４における酸化反応による熱は、改質セル５２６によって除去され、水蒸気改質反応（式（５）を参照）、ＣＯ２改質反応（式（６）を参照）、および水性ガスシフト反応（式（７）を参照）を含む改質反応に用いられる。
ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋４Ｈ２  （５）
ＣＨ４＋ＣＯ２→２ＣＯ＋２Ｈ２＋ＣＯ２  （６）
Ｈ２＋ＣＯ２⇔Ｈ２Ｏ＋ＣＯ  （７）
改質セル５２６からの出力流の少なくとも一部は、ＲＥＰアノード５２２へ供給され、残りの出力流は、ＲＥＰカソード５２４へ供給される。ＲＥＰアノード５２２において、改質セル５２６からの出力流は、電気分解中に反応し、主にＨ２を含有する出力ガスを生成する。ＲＥＰアノード５２２からの出力流は、捕捉され、貯蔵または搬出され得る。電気分解中、少なくともＣＯ２およびＯ２の流れがＲＥＰカソード５２４から出力される。ＲＥＰカソード５２４は、部分酸化触媒を含む。ＲＥＰカソード５２４は、この構成において改質セル５２６からの出力流を受け取り、ＣＯ２およびＯ２によって部分的に酸化させ、合成ガスを発生させる。好適には、合成ガスは高いＣＯ含有量を有する（すなわち主にＣＯである）。ＲＥＰカソード５２４において実行される部分酸化反応を以下に示す。
２ＣＨ４＋Ｏ２→２ＣＯ＋２Ｈ２  （８）
二次反応は、水蒸気改質反応（式（９）を参照）、改質反応（式（１０）を参照）、および水性ガスシフト反応（式（１１）を参照）を含む。
ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋４Ｈ２  （９）
ＣＨ４＋ＣＯ２→２ＣＯ＋２Ｈ２＋ＣＯ２  （１０）
Ｈ２＋ＣＯ２⇔Ｈ２Ｏ＋ＣＯ  （１１）
合成ガスはその後、捕捉され、貯蔵または搬出され得る。図５に示す構成は、個別の部分酸化反応の必要性をなくすという利点を有するが、この部分酸化反応は低温で作用するので、図４の例示的な実施形態において生成されるものよりも低いＣＯ対Ｈ２比を有する合成ガスが生成される。
【００７０】
熱源５１０は、空気および燃料を燃焼させ、高温排気を発生させる。好適には、熱源は、燃焼加熱器、燃焼タービン、内燃エンジン、または他の適切な熱源である。排気は熱交換器５１４を通る。熱交換器５１４において、燃料および水蒸気混合物を改質セル５２６へ取り込む前に予熱するために、排気から燃料および水蒸気混合物へ熱が伝達される。また、給気熱交換器（不図示）は、空気を熱源へ取り込む前に予熱するために熱源からの熱を伝達してよい。
【００７１】
図６を参照すると、高硫黄液体燃料および水を精製水素に変換するための別の水素生成システム６００が提供される。燃料電池を運転するための天然ガスへのアクセスは、遠隔地において制限されることがあるが、たとえば硫黄分が高い燃料（たとえばディーゼル）など、より幅広く入手可能な燃料は、硫黄に耐性のない燃料電池を運転する場合、天然ガスの代わりに用いることができるとは限らない。
【００７２】
本発明の特定の実施形態は、部分酸化によって合成ガスを発生させ、部分酸化の後かつ燃料電池への燃料の取込み前に硫黄を除去する水素生成システム６００を用いることによって、これらの欠点を克服する。硫黄フリー合成ガスはその後、ＲＥＰアセンブリ６２０において水素に変換される。水素生成システム６００は、高レベル加熱器（すなわち加熱器）６１０、ＲＥＰアセンブリ６２０、および部分酸化器（すなわち酸化器）６３０を含む。ＲＥＰアセンブリ６２０は、ＲＥＰアノード６２２およびＲＥＰカソード６２４を含む。
【００７３】
図６に示すように、水は水蒸気に変換され、燃料と混合され、燃料および水蒸気の混合物が生成される。好適には、燃料は、ディーゼル、ＪＰ８、または他の適切な低コスト燃料である。燃料および水蒸気混合物は、低レベル予熱器６１６へ供給され、高レベル加熱器６１０を通り、部分酸化器６３０へ供給される。
【００７４】
部分酸化器６３０は、燃料および水蒸気混合物を受け取り、ＲＥＰカソード６２４において発生したＣＯ２およびＯ２によって部分的に酸化させる。燃料および水蒸気混合物の部分酸化は、供給原料内の硫黄化合物を合成ガス内のＨ２ＳおよびＣＯＳに変換する。Ｈ２ＳおよびＣＯＳは、合成ガスから除去され得る。部分酸化器６３０において実行される部分酸化反応を以下に示す。
２ＣＨ４＋Ｏ２→２ＣＯ＋２Ｈ２  （１２）
二次反応は、水蒸気改質反応（式（１３）を参照）および改質反応（式（１４）を参照）を含む。
ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋４Ｈ２  （１３）
ＣＨ４＋ＣＯ２→２ＣＯ＋２Ｈ２＋ＣＯ２  （１４）
合成ガス混合物の少なくとも一部は脱硫され、ここで混合物からＨ２ＳおよびＣＯＳが除去され、ＲＥＰアノード６２２へ供給される。脱硫されていない残りのＨ２Ｓ、ＣＯＳ、および合成ガス混合物は、高レベル加熱器６１０へ供給される。典型的な実施形態によると、脱硫合成ガスも加熱器６１０へ送られ得る。どちらの構成においても、高レベル加熱器６１０への流れは、水素生成システム６００内にＣＯ２が増加することを防止する。
【００７５】
ＲＥＰアノード６２２は合成ガスを受け取り、合成ガスは電気分解中に反応し、主にＨ２を含有する出力ガスが生成される。ＲＥＰアノード６２２からの出力ガスはその後、捕捉され、貯蔵または搬出され得る。電気分解中、少なくともＣＯ２およびＯ２の流れがＲＥＰカソード６２４から出力され、部分酸化器６３０へ供給される。
【００７６】
ＲＥＰアノード６２２へ供給されない残りのＨ２Ｓ、ＣＯＳ、および合成ガス混合物は、高レベル加熱器６１０へ供給される。高レベル加熱器６１０は、Ｈ２Ｓ、ＣＯＳ、および合成ガス混合物とともに空気を燃焼させ、熱を発生させる。高レベル加熱器６１０における燃焼によって発生した熱は、燃料および水蒸気混合物に伝達される。高レベル加熱器６１０によって発生した排気は、水素生成６００外へ排出され、それによって水素生成システム６００内でのＣＯ２の増加が防止される。
【００７７】
本明細書で用いられる場合、「およそ」、「約」、「ほぼ」という用語およびその類義語は、本開示の主題事項が関与する当業者に一般的に認められる用法と一致した幅広い意味を有することが意図される。本開示を閲覧する当業者は、これらの用語が、説明され特許請求対象となる特定の特徴の範囲を記載されたものどおりの数的範囲に限定することなく、これらの特徴の説明を可能にするものとして意図されていることを理解すべきである。したがって、これらの用語は、説明され特許請求対象となる主題事項の非実質的かつ非重要な修正または変更が、以下の特許請求の範囲に記載されるような本開示の範囲内として見なされることを示すものとして解釈すべきである。
【００７８】
本明細書で様々な実施形態を説明するために用いられる「典型的な」という用語は、そのような実施形態が、可能な実施形態の想定例、代表例、および／または実例であることを示すものとして意図される（そのような用語は、そのような実施形態が、必ずしも特別または最上級の例であることを暗示するものとして意図されない）。
【００７９】
本明細書で用いられる「結合」、「連結」などの用語は、２つの部材を互いに直接または間接的に接合することを意味する。そのような接合は、固定（たとえば永久的）または可動（たとえば取外し可能または解除可能）であってよい。そのような接合は、互いに単一体として一体形成された２つの部材または２つの部材および任意の追加の中間部材によって、あるいは互いに取り付けられた２つの部材または２つの部材および任意の追加の中間部材によって実現され得る。
【００８０】
本明細書における要素の位置への言及（たとえば「上部」、「底部」、「上」、「下」など）は単に図面内の様々な要素の向きを説明するために用いられる。様々な要素の向きは、他の典型的な実施形態に従って異なってよく、そのような変化は本開示に包含されるものとして意図されることに留意すべきである。
【００８１】
本発明は好適な実施形態に関して説明されたが、当業者には、本発明の主旨および範囲内である他の様々な実施形態および変化例が想起され、そのような他の実施形態および変化例は、以下の特許請求の範囲によってカバーされるものとして意図されることを理解すべきである。当業者は、本明細書で説明された主題事項の新規の教示および利点から実質的に逸脱することなく、多数の変更（たとえば構造、パラメータ値、取付け構成、向きなど）が可能であることを容易に理解する。たとえば、任意のプロセスまたは方法ステップの順序または流れは、別の実施形態に従って変化し、あるいは並べ替えられてよい。本開示の範囲から逸脱することなく、様々な典型的実施形態の設計、動作条件、および構成において代替、修正、変更、および省略が行われてもよい。
【図１】
2019501852.tif 000003
【図２】
2019501852.tif 000004
【図３】
2019501852.tif 000005
【図４】
2019501852.tif 000006
【図５】
2019501852.tif 000007
【図６】
2019501852.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月21日(2017.3.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素または一酸化炭素の少なくとも一方を生成するためのシステムであって、
少なくとも１つの燃料電池であって、
電解質マトリックスによって隔てられたアノードおよびカソードと、
前記燃料電池を電解装置として逆に運転するために前記少なくとも１つの燃料電池に逆電圧を印加するための電源とを備え、
前記アノードは、部分改質燃料を受け取り、水素を備えるガスを出力するように構成され、
前記カソードは、二酸化炭素および酸素を備えるガスを出力するように構成された燃料電池と、
前記カソードからの前記二酸化炭素および酸素と、燃料供給装置からの燃料とを受け取るように構成され、一酸化炭素、二酸化炭素、および水素を備える部分酸化燃料を出力するように構成された少なくとも１つの酸化器と
を備えるシステム。
【請求項２】
熱および排気を発生させるように構成された熱源を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記熱源は燃焼加熱器である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記燃料供給源からの燃料と、水蒸気または水の少なくとも一方とを受け取るように構成された改質器を更に備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記改質器は、前記熱源からの熱を、前記燃料と前記水蒸気または水の少なくとも一方とへ伝達するように構成され、
前記改質器は、前記燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを少なくとも部分的に改質するように構成される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記燃料が前記改質器に受け取られる前に前記燃料を予熱するように構成された予熱器を更に備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記予熱器は、廃熱を用いて前記燃料を予熱するように構成される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記熱源によって発生した熱を、前記熱源によって受け取られる空気へ伝達するように構成された給気熱交換器を更に備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項９】
前記熱源は、前記システムから排気を排出するように構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項１０】
請求項２〜９のいずれかに記載のシステムを用いて水素または一酸化炭素の少なくとも一方を発生させる方法であって、
前記燃料電池の前記アノードにおいて部分改質燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを受け取り、前記燃料電池の前記アノードから水素を出力することと、
前記燃料電池の前記カソードから二酸化炭素および酸素を出力することと、
前記少なくとも１つの酸化器において、前記カソードからの二酸化炭素および酸素と、前記燃料供給装置からの燃料とを受け取ることと、
前記少なくとも１つの酸化器から一酸化炭素を出力することと
を備える方法。
【請求項１１】
改質器または熱交換器の少なくとも１つによって前記排気から熱が伝達された後、前記熱源によって発生した排気を排出することを更に備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
改質器または熱交換器の少なくとも１つにおいて、前記熱源によって発生した排気からの熱を前記燃料へ伝達することを更に備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
改質器または熱交換器の少なくとも１つにおいて、前記熱源によって発生した排気からの熱を水蒸気または水の少なくとも一方へ伝達することを更に備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
合成ガスを生成するために、前記燃料電池の前記アノードから出力された水素と、前記少なくとも１つの酸化器から出力された一酸化炭素とを混合することを更に備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記燃料を改質器へ供給する前に前記燃料を脱硫することを更に備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
水素または一酸化炭素の少なくとも一方を生成するためのシステムであって、
少なくとも１つの燃料電池であって、
電解質マトリックスによって隔てられたアノードおよびカソードと、
前記燃料電池を電解装置として逆に運転するために前記少なくとも１つの燃料電池に逆電圧を印加するための電源と、
燃料供給源からの燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを受け取り、部分改質燃料を出力するように構成された改質セルとを備える燃料電池を備え、
前記改質セルは、前記部分改質燃料を前記アノードおよび前記カソードへ供給するように構成され、
前記アノードは、前記部分改質燃料を受け取り、水素を備えるガスを出力するように構成され、
前記カソードは、前記燃料供給源からの前記燃料または前記部分改質燃料の少なくとも一方を受け取り、部分的に酸化させるように構成され、
前記カソードは、一酸化炭素、水素、および二酸化炭素を出力するように構成される、システム。
【請求項１７】
前記カソードは、前記部分改質燃料を部分的に酸化させるように構成された触媒を更に備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記カソードは、主に一酸化炭素を出力するように構成される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
熱および排気を発生させるように構成された熱源を更に備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記熱源からの熱を、前記燃料供給装置からの燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とへ伝達するように構成された第１の熱交換器を更に備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記熱源は燃焼加熱器である、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記熱源は、前記システムから排気を排出するように構成される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
前記燃料供給装置からの燃料と、水蒸気または水の少なくとも一方を受け取るように構成された予改質器を更に備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２４】
前記燃料が前記改質セルに受け取られる前に前記燃料を予熱するように構成された予熱器を更に備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２５】
前記予熱器は、廃熱を用いて前記燃料を予熱するように構成される、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記燃料供給装置からの前記燃料はメタンである、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２７】
請求項１６〜２６のいずれかに記載のシステムを用いて水素または一酸化炭素の少なくとも一方を発生させる方法であって、
前記改質セルにおいてメタンおよび水蒸気を受け取り、前記改質セルから部分改質燃料を出力することと、
前記アノードにおいて前記改質セルからの前記部分改質燃料を受け取り、前記アノードから水素を出力することと、
前記カソードにおいて前記改質セルからの前記部分改質燃料を受け取り、前記カソードから少なくとも一酸化炭素を出力することと、
前記カソードにおいて、前記燃料供給装置からの燃料と、水蒸気または水の少なくとも一方とを受け取ることと
を備える方法。
【請求項２８】
前記カソードにおける酸化反応において発生した熱の少なくとも一部を除去するために、前記改質セルにおける改質反応を用いることを更に備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記燃料を前記改質セルへ供給する前に、前記燃料供給装置からの燃料を脱硫することを更に備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
合成ガスを生成するために、前記燃料電池の前記アノードから出力された水素と、前記燃料電池の前記カソードから出力された一酸化炭素とを混合することを更に備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
水素を生成するためのシステムであって、
少なくとも１つの燃料電池であって、
電解質マトリックスによって隔てられたアノードおよびカソードと、
前記燃料電池を電解装置として逆に運転するために前記少なくとも１つの燃料電池に逆電圧を印加するための電源とを備える燃料電池と、
燃料供給装置からの燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを受け取り、部分改質燃料を出力するように構成された酸化器とを備え、
前記アノードは、前記酸化器からの前記部分改質燃料を受け取り、水素を出力するように構成され、
前記カソードは、二酸化炭素および酸素を前記酸化器へ出力するように構成される、システム。
【請求項３２】
前記燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを加熱するように構成された加熱器を更に備える、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記加熱器は、前記酸化器によって出力された前記部分改質燃料の一部を受け取るように構成される、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記加熱器は、熱を発生させるために前記部分改質燃料を燃焼させるように構成される、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記加熱器は、前記システムから排気を排出するように構成される、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記燃料はディーゼル燃料またはＪＰ８である、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３７】
前記燃料と前記水蒸気または水の少なくとも一方とが前記加熱器に受け取られる前に、前記燃料と前記水蒸気または水の少なくとも一方とを予熱するように構成された予熱器を更に備える、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３８】
前記予熱器は、廃熱を用いて前記燃料を予熱するように構成される、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
請求項３１〜３８のいずれかに記載のシステムを用いて水素を発生させる方法であって、
前記酸化器において燃料および水蒸気を受け取り、前記酸化器から部分酸化燃料を出力することと、
前記アノードにおいて前記部分酸化燃料を受け取り、前記アノードから水素を出力することと、
前記カソードから二酸化炭素および酸素を出力することと、
前記酸化器において、前記カソードからの二酸化炭素および酸素を受け取ることと
を備える方法。
【請求項４０】
前記カソードから出力された前記二酸化炭素および酸素を用いて、前記加熱器からの燃料および水蒸気を酸化させることを更に備える、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記部分酸化燃料を前記アノードへ供給する前に、前記部分酸化燃料を脱硫することを更に備える、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記酸化器からの前記部分酸化燃料の一部を、前記燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを加熱するように構成された加熱器へ供給することを更に備える、請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
前記部分酸化燃料の一部が前記加熱器によって受け取られる前に、前記部分酸化燃料の一部を脱硫することを更に備える、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記加熱器において熱を発生させるために、前記部分酸化燃料の一部を燃焼させることを更に備える、請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記加熱器によって発生した排気を前記システムから排出することを更に備える、請求項３９に記載の方法。
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月12日(2018.7.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、参照によってその開示全体が本願に組み込まれる、２０１５年１１月１７日に出願された米国特許仮出願第６２／２５６，５１５号の利益およびこれに対する優先権を主張するものである。
政府権利の陳述
本発明は、アメリカ合衆国エネルギー省によって認められた共同合意ＤＥ−ＥＥ０００６６６９の下、政府支援でなされた。政府は発明に一定の権利を有する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素または一酸化炭素の少なくとも一方を生成するためのシステムであって、
少なくとも１つの燃料電池であって、
電解質マトリックスによって隔てられたアノードおよびカソードと、
前記燃料電池を電解装置として逆に運転するために前記少なくとも１つの燃料電池に逆電圧を印加するための電源とを備え、
前記アノードは、部分改質燃料を受け取り、水素を備えるガスを出力するように構成され、
前記カソードは、二酸化炭素および酸素を備えるガスを出力するように構成された燃料電池と、
前記カソードからの前記二酸化炭素および酸素と、燃料供給装置からの燃料とを受け取るように構成され、一酸化炭素、二酸化炭素、および水素を備える部分酸化燃料を出力するように構成された少なくとも１つの酸化器と
を備えるシステム。
【請求項２】
熱および排気を発生させるように構成された熱源を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記熱源は燃焼加熱器である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記燃料供給源からの燃料と、水蒸気または水の少なくとも一方とを受け取るように構成された改質器を更に備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記改質器は、前記熱源からの熱を、前記燃料と前記水蒸気または水の少なくとも一方とへ伝達するように構成され、
前記改質器は、前記燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを少なくとも部分的に改質するように構成される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記燃料が前記改質器に受け取られる前に前記燃料を予熱するように構成された予熱器を更に備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記予熱器は、廃熱を用いて前記燃料を予熱するように構成される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記熱源によって発生した熱を、前記熱源によって受け取られる空気へ伝達するように構成された給気熱交換器を更に備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項９】
前記熱源は、前記システムから排気を排出するように構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項１０】
請求項２〜９のいずれかに記載のシステムを用いて水素または一酸化炭素の少なくとも一方を発生させる方法であって、
前記燃料電池の前記アノードにおいて部分改質燃料と水蒸気または水の少なくとも一方とを受け取り、前記燃料電池の前記アノードから水素を出力することと、
前記燃料電池の前記カソードから二酸化炭素および酸素を出力することと、
前記少なくとも１つの酸化器において、前記カソードからの二酸化炭素および酸素と、前記燃料供給装置からの燃料とを受け取ることと、
前記少なくとも１つの酸化器から一酸化炭素を出力することと
を備える方法。
【請求項１１】
改質器または熱交換器の少なくとも１つによって前記排気から熱が伝達された後、前記熱源によって発生した排気を排出することを更に備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
改質器または熱交換器の少なくとも１つにおいて、前記熱源によって発生した排気からの熱を前記燃料へ伝達することを更に備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
改質器または熱交換器の少なくとも１つにおいて、前記熱源によって発生した排気からの熱を水蒸気または水の少なくとも一方へ伝達することを更に備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
合成ガスを生成するために、前記燃料電池の前記アノードから出力された水素と、前記少なくとも１つの酸化器から出力された一酸化炭素とを混合することを更に備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記燃料を改質器へ供給する前に前記燃料を脱硫することを更に備える、請求項１０に記載の方法。
【国際調査報告】
2019501852.tif 000009