(57)【要約】      （修正有）【課題】水素分離用の改善された膜モジュールの提供。【解決手段】膜モジュール４４が、複数の膜パック６６を含み、各膜パック６６が、第１水素選択膜４６１、第２水素選択膜４６２、及び第１水素選択膜４６１と第２水素選択膜４６２との間に配置される流体透過支持構造６４を含み、膜モジュール４４が、透過側フレーム部材８８及び混合ガス側フレーム部材８９も含み、透過側フレーム部材８８の厚さが、混合ガス側フレーム部材８９の厚さ未満とし、支持構造６４が、２つの細目スクリーンを含むスクリーン構造を含み、２つの細目スクリーンが、平織の細目スクリーン及び／又は畳織の細目スクリーンを含み、細目スクリーンは、水素選択膜に１００μｍ以下の振れを与えるように選択することができる水素分離用、膜モジュール４４。【選択図】図５
2018176156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素分離用の膜モジュールであって、前記膜モジュールは、
複数の膜パックを備え、各膜パックは、
（i）第１透過面および対向する第１混合ガス面を画定する第１水素選択膜と、
（ii）第２透過面および対向する第２混合ガス面を画定する第２水素選択膜と、
（iii）流体透過支持構造であって、前記第１透過面の少なくとも中央領域および前記第２透過面の少なくとも中央領域に物理的に接触し、支持するように、また、前記第１透過面の中央領域が、前記第２透過面の中央領域から離間するように、前記第１水素選択膜および前記第２水素選択膜の間に配置される支持構造と、
（iv）第１透過側フレーム部材であって、前記第１透過面の周辺領域および前記支持構造の周辺領域に物理的に接触し、支持するように、前記第１水素選択膜および前記支持構造の間に挿入される第１透過側フレーム部材と、
（v）第２透過側フレーム部材であって、前記第２透過面の周辺領域および前記支持構造の周辺領域に物理的に接触し、支持するように、前記第２水素選択膜および前記支持構造の間に挿入される第２透過側フレーム部材と、
（vi）前記第１混合ガス面の周辺領域に物理的に接触し、支持するように配置される第１混合ガス側フレーム部材と、
（vii）前記第２混合ガス面の周辺領域に物理的に接触し、支持するように配置される第２混合ガス側フレーム部材と、
を備え、
（i）前記第１透過側フレーム部材の厚さは、前記第１混合ガス側フレーム部材の厚さよりも薄いか、
（ii）前記第２透過側フレーム部材の厚さは、前記第２混合ガス側フレーム部材の厚さよりも薄いか、
のうち少なくとも一方である、膜モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の膜モジュールであって、
（i）前記第１透過側フレーム部材は、前記第１透過面の周辺領域と前記支持構造の周辺領域との間に流体シールを形成するように構成され、また、
（ii）前記第２透過側フレーム部材は、前記第２透過面の周辺領域と前記支持構造の周辺領域との間に流体シールを形成するように構成される、膜モジュール。
【請求項３】
請求項１に記載の膜モジュールであって、
（i）前記第１透過側フレーム部材は、第１透過側フレーム部材密度を有し、更に、前記第１混合ガス側フレーム部材は、前記第１透過側フレーム部材密度の９０％未満である第１混合ガス側フレーム部材密度を有するか、
（ii）前記第２透過側フレーム部材は、第２透過側フレーム部材密度を有し、更に、前記第２混合ガス側フレーム部材は、前記第１透過側フレーム部材密度の９０％未満である第２混合ガス側フレーム部材密度を有するか、
のうち、少なくとも一方である、膜モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の膜モジュールであって、前記第１透過側フレーム部材密度および前記第２透過側フレーム部材密度の少なくとも一方は、１．５ｇ／ｃｃ以上、１．８ｇ／ｃｃ以下であり、更に、前記第１混合ガス側フレーム部材密度および前記第２混合ガス側フレーム部材密度の少なくとも一方は、１．２ｇ／ｃｃ以上であり、かつ１．４ｇ／ｃｃ以下である、膜モジュール。
【請求項５】
請求項１の膜モジュールであって、前記支持構造は、２つの細目スクリーンを含むスクリーン構造を含む、膜モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の膜モジュールであって、前記２つの細目スクリーンは、少なくとも１つの平織の細目スクリーンを含み、平織の細目スクリーンのシュートワイヤの直径を選択して、前記第１水素選択膜内および前記第２水素選択膜内において、所望の最大振れにおける振れ幅よりも小さい振れを付与し、前記所望の最大振れにおける振れ幅は、１００μｍ以下である、膜モジュール。
【請求項７】
請求項６に記載の膜モジュールであって、前記平織の細目スクリーンのシュートワイヤの直径は、前記第１水素選択膜内および前記第２水素選択膜内での所望の最大振れにおける振れ幅の１．５倍以下である、膜モジュール。
【請求項８】
請求項５に記載の膜モジュールであって、前記２つの細目スクリーンは、少なくとも１つの畳織の細目スクリーンを含み、前記畳織の細目スクリーンのシュートワイヤの直径を選択して、前記第１水素選択膜内および前記第２水素選択膜内において、所望の最大振れにおける振れ幅よりも小さい振れを付与し、前記所望の最大振れにおける振れ幅は、１００μｍ以下である、膜モジュール。
【請求項９】
請求項８に記載の膜モジュールであって、畳織の細目スクリーンのシュートワイヤの直径は、前記第１水素選択膜内および前記第２水素選択膜内において、所望の最大振れにおける振れ幅の１．５倍以上であり、かつ、２．５倍以下であり、前記所望の最大振れにおける振れ幅は、１００μｍ以下である、膜モジュール。
【請求項１０】
請求項１に記載の膜モジュールであって、前記複数の膜パックは、膜パックのスタックを含み、更に、前記膜モジュールは、
（i）前記膜パックのスタックにおける各隣接する対の膜パックの間に配置される、対応する供給プレートアセンブリと、
（ii）前記膜パックのスタックの第１端部上における第１エンドプレートと、
（iii）前記膜パックのスタックの第２端部上における第２エンドプレートと、
を含む、膜モジュール。
【請求項１１】
請求項１０に記載の膜モジュールであって、前記膜モジュールは、更に、コンプライアンスガスケットを含み、前記コンプライアンスガスケットは、前記膜モジュールの組み立て時に、圧縮されて、前記膜モジュールの過剰圧縮の可能性を減らすように構成され、また、更に、前記コンプライアンスガスケットは、
（i）少なくとも１つの隣接する対となる膜パックの間に配置されるか、
（ii）前記膜パックのスタックと、前記第１エンドプレートおよび前記第２エンドプレートのうち少なくとも一方との間に配置されるか、
のうち、少なくとも一方である、膜モジュール。
【請求項１２】
請求項１０に記載の膜モジュールであって、前記膜モジュールは、更に、
（i）混合ガス流を、隣接する膜パックの間に画定された対応する混合ガス領域に供給するための供給用マニホールドと、
（ii）対応する混合ガス領域から副産流を除去するための排出用マニホールドと、
を含み、前記対応する供給プレートアセンブリは、
（i）少なくとも１つの供給チャネルおよび少なくとも１つの排出チャネルを含む供給プレートであって、前記膜パックのスタックと、前記第１エンドプレートおよび前記第２エンドプレートのうち選択されたエンドプレートと間に配置される、前記供給プレートと、
（ii）前記供給プレートと前記選択されたエンドプレートとの間に配置される供給フレームであって、前記供給プレートの周辺の周囲に形成され、前記供給プレートと前記選択されたエンドプレートとの間に開口容積を形成する前記供給フレームと、
を含み、更に、
前記膜モジュールは、前記供給プレートと前記選択されたエンドプレートとの間に配置されるブロッカーガスケットであって、前記開口容積を介して、前記少なくとも１つの供給チャネルと、前記少なくとも１つの排出チャネルとの間の流路をブロックするように構成されるブロッカーガスケットを更に含む、膜モジュール。
【請求項１３】
請求項１に記載の膜モジュールであって、前記第１水素選択膜の第１厚さと、前記第２水素選択膜の第２厚さとが、１５μｍ以下である、膜モジュール。
【請求項１４】
請求項１に記載の膜モジュールであって、前記第１水素選択膜および前記第２水素選択膜のうち少なくとも一方は、金属、貴金属、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム−銅（Ｐｄ−Ｃｕ）合金、パラジウム−イットリウム合金、およびパラジウム−ルテニウム合金のうち少なくとも１つから形成される、膜モジュール。
【請求項１５】
燃料処理装置であって、
供給流を受容し、そこから混合ガス流を生成するように構成される水素生成領域と、
請求項１に記載の前記膜モジュールであって、混合ガス流を受容し、混合ガス流を製品水素流および副産流に分離するように構成される前記膜モジュールを含む水素精製器と、
を備える、燃料処理装置。
【請求項１６】
水素分離用の膜モジュールであって、前記膜モジュールは、
複数の膜パックを備え、各膜パックは、
（i）第１透過面および対向する第１混合ガス面を画定する第１水素選択膜と、
（ii）第２透過面および対向する第２混合ガス面を画定する第２水素選択膜と、
（iii）流体透過支持構造であって、前記第１透過面の少なくとも中央領域および前記第２透過面の少なくとも中央領域に物理的に接触し、支持するように、また、前記第１透過面の中央領域が、前記第２透過面の中央領域から離間するように、前記第１水素選択膜および前記第２水素選択膜の間に配置される支持構造と、
を備え、
a）前記支持構造は、２つの細目スクリーンを含むスクリーン構造を含み、
b）前記２つの細目スクリーンは、平織の細目スクリーンおよび畳織の細目スクリーンのうち少なくとも一方を含み、また、
c）前記平織の細目スクリーンおよび畳織の細目スクリーンのうち少なくとも一方は、前記第１水素選択膜および前記第２水素選択膜内に、１００μｍ以下の振れを付与するように選択されるシュートワイヤ直径を有する、
膜モジュール。
【請求項１７】
請求項１６に記載の膜モジュールであって、前記２つの細目スクリーンは、前記平織の細目スクリーンを含み、前記平織の細目スクリーンのシュートワイヤの直径は、所望の最大振れにおける振れ幅の１．５倍以下である、膜モジュール。
【請求項１８】
請求項１６に記載の膜モジュールであって、前記２つの細目スクリーンは、前記平織の細目スクリーンを含み、前記平織の細目スクリーンのシュートワイヤの直径は、０．０１ｍｍ以上、０．０６ｍｍ以下である、膜モジュール。
【請求項１９】
請求項１６に記載の膜モジュールであって、前記２つの細目スクリーンは、前記平織の細目スクリーンを含み、前記平織の細目スクリーンは、１インチ当たり１５０以上のシュートワイヤを含む、膜モジュール。
【請求項２０】
請求項１６に記載の膜モジュールであって、前記２つの細目スクリーンは、前記畳織の細目スクリーンを含み、前記畳織の細目スクリーンは、綾畳織の細目スクリーンを含む、膜モジュール。
【請求項２１】
請求項１６に記載の膜モジュールであって、前記２つの細目スクリーンは、前記畳織の細目スクリーンを含み、前記畳織の細目スクリーンのシュートワイヤの直径は、前記第１水素選択膜内および前記第２水素選択膜内での、所望の最大振れにおける振れ幅の１．５倍以上、２．５倍以下である、膜モジュール。
【請求項２２】
請求項１６に記載の膜モジュールであって、前記スクリーン構造は、更に、前記２つの細目スクリーンの間に配置される平面の粗目スクリーンを含み、前記平面の粗目スクリーンは、粗い線径を有する粗いワイヤから形成され、前記２つの細目スクリーンは、細かい線径を有する細かいワイヤから形成され、更に、前記粗い線径は、前記細かい線径よりも２倍以上だけ大きい、膜モジュール。
【請求項２３】
請求項１６に記載の膜モジュールであって、各膜パックは、更に、
（i）第１透過側フレーム部材が、前記第１透過面の周辺領域および前記支持構造の周辺領域に物理的に接触し、支持するように、前記第１水素選択膜および前記支持構造の間に挿入される前記第１透過側フレーム部材と、
（ii）第２透過側フレーム部材が、前記第２透過面の周辺領域および前記支持構造の周辺領域に物理的に接触し、支持するように、前記第２水素選択膜および前記支持構造の間に挿入される前記第２透過側フレーム部材と、
（iii）前記第１混合ガス面の周辺領域に物理的に接触し、支持するように配置される第１混合ガス側フレーム部材と、
（iv）前記第２混合ガス面の周辺領域に物理的に接触し、支持するように配置される第２混合ガス側フレーム部材と、
を含み、
（i）前記第１透過側フレーム部材の厚さは、前記第１混合ガス側フレーム部材の厚さよりも薄いか、
（ii）前記第２透過側フレーム部材の厚さは、前記第２混合ガス側フレーム部材の厚さよりも薄いか、
のうち少なくとも一方である、膜モジュール。
【請求項２４】
請求項１６に記載の膜モジュールであって、前記複数の膜パックは、膜パックのスタックを含み、更に、前記膜モジュールは、
（i）前記膜パックのスタックにおける各隣接する対の膜パックの間に配置される、対応する供給プレートアセンブリと、
（ii）前記膜パックのスタックの第１端部上における第１エンドプレートと、
（iii）前記膜パックのスタックの第２端部上における第２エンドプレートと、
を含む、膜モジュール。
【請求項２５】
請求項２４に記載の膜モジュールであって、前記膜モジュールは、更に、コンプライアンスガスケットを含み、前記コンプライアンスガスケットは、前記膜モジュールの組み立て時に、圧縮されて、前記膜モジュールの過剰圧縮の可能性を減らすように構成され、また、更に、前記コンプライアンスガスケットは、
（i）少なくとも１つの隣接する対となる膜パックの間に配置されるか、
（ii）前記膜パックのスタックと、前記第１エンドプレートおよび前記第２エンドプレートのうち少なくとも一方との間に配置されるか、
のうち、少なくとも一方である、膜モジュール。
【請求項２６】
請求項２４に記載の膜モジュールであって、前記膜モジュールは、更に、
（i）混合ガス流を、隣接する膜パックの間に画定された対応する混合ガス領域に供給するための供給用マニホールドと、
（ii）対応する混合ガス領域から副産流を除去するための排出用マニホールドと、
を含み、前記対応する供給プレートアセンブリは、
（i）少なくとも１つの供給チャネルおよび少なくとも１つの排出チャネルを含む供給プレートであって、前記膜パックのスタックと、前記第１エンドプレートおよび前記第２エンドプレートのうち選択されたエンドプレートと間に配置される、前記供給プレートと、
（ii）前記供給プレートと前記選択されたエンドプレートとの間に配置される供給フレームであって、前記供給プレートの周辺の周囲に形成され、前記供給プレートと前記選択されたエンドプレートとの間に開口容積を形成する前記供給フレームと、
を含み、
更に、前記膜モジュールは、前記供給プレートと前記選択されたエンドプレートとの間に配置されるブロッカーガスケットであって、前記開口容積を介して、前記少なくとも１つの供給チャネルと、前記少なくとも１つの排出チャネルとの間の流路をブロックするように構成される前記ブロッカーガスケットを含む、膜モジュール。
【請求項２７】
請求項１６に記載の膜モジュールであって、前記第１水素選択膜の第１厚さと、前記第２水素選択膜の第２厚さが、１５μｍ以下である、膜モジュール。
【請求項２８】
請求項１６に記載の膜モジュールであって、前記第１水素選択膜および前記第２水素選択膜のうち少なくとも一方は、金属、貴金属、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム−銅（Ｐｄ−Ｃｕ）合金、パラジウム−イットリウム合金、およびパラジウム−ルテニウム合金のうち少なくとも１つから形成される、膜モジュール。
【請求項２９】
燃料処理装置であって、
供給流を受容し、そこから混合ガス流を生成するように構成される水素生成領域と、
請求項１６に記載の膜モジュールであって、混合ガス流を受容し、前記混合ガス流を製品水素流および副産流に分離するように構成される前記膜モジュールを含む水素精製器と、
を備える、燃料処理装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１６年４月１５日付の米国特許仮出願第６２／３２３４７８号明細書（名称「膜型水素精製器」）の優先権を主張するものであり、その全体が、参照によって本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、水素分離用の膜モジュールに関し、更に、膜モジュールを含む燃料処理装置および燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
精製した水素ガスは、金属、食用油脂、並びに半導体およびマイクロエレクトロニクスを含む多くの製品の製造において使用される。また、精製した水素ガスは、多くのエネルギー保存装置のための重要な燃料源でもある。例えば、燃料電池は、精製した水素ガスおよび酸化剤を利用して、電流を発生させる。多様なプロセスおよび装置を使用して、水素ガスを生成することができる。しかしながら、多くの水素を生成するプロセスは、不純な水素ガス流を生成し、これは、水素ガスおよびその他のガスを含有する「改質流」および／または「混合ガス流」とも称される。この不純な水素流を燃料電池スタックまたは他の水素消費装置に供給する前に、混合ガス流は、例えば他のガスの少なくとも一部を取り除くために、純化されてもよい。
【０００４】
この純化は、分離アセンブリを使用することにより促進することができる。分離アセンブリは、分離領域、水素精製器および／または水素分離アセンブリを含むことができ、本明細書において分離領域、水素精製器および／または水素分離アセンブリとも称される。そのような分離アセンブリは、膜モジュール内に配置される１つ以上の水素選択膜を含むことができる。水素選択膜は、水素ガスに対して透過性を有するが、他のガスに対しては不透過性を有し、または少なくともほぼ不透過である。そのような水素選択膜は、本明細書において、「膜」とも称される。
【０００５】
分離アセンブリは、混合ガス流を第１水素選択膜または水素選択膜の正面あるいは側面を通過させるように構成することができ、水素ガスは水素選択膜を通じて第２水素選択膜まで拡散し、または水素選択膜の正面あるいは側面に透過する。続いて、精製した水素ガスは、水素選択膜の透過側面から収集される。水素選択膜を通じて拡散されず、他のガスの実質的な部分を含む混合ガス流の一部は、副産流として分離アセンブリから放出される。
【０００６】
水素選択膜は、一般的に、パラジウム、パラジウム合金および／またはパラジウム−銅（Ｐｄ−Ｃｕ）合金等の貴金属から形成されるが、これらの貴金属は、取得するのに費用がかかる。更に、水素選択膜を通過する水素ガスの拡散率は、水素選択膜の厚さ、または水素ガスが拡散すべき距離に比例する。従って、従来型の水素選択膜は、一般的に１５〜２５μｍの厚さを有するが、水素選択膜の厚さを減少させ、および／または、非常に薄い水素選択膜を利用することが望ましい。
【０００７】
より薄い水素選択膜を利用することで、水素選択膜を隔てた所定の圧力差において、かつ、水素選択膜の混合ガス面上における一定の濃度の水素ガスにおいて分離される水素ガスの容積を増加させる。その代りに、これにより、水素選択膜を利用する分離アセンブリから所望の、目標とする、または設計された水素ガスの流量または容積を取得するのに必要な水素選択膜の合計領域における減少が可能となる。従って、より薄い膜により、分離アセンブリから所望の流量の水素ガスを取得するのに必要とされる貴金属の合計質量または容積を減少させることができ、それによって、分離アセンブリの全体コストを減少させることができる。
【０００８】
１５μｍよりも薄いＰｄ−Ｃｕ水素選択膜が存在する一方で、それらを膜ベースの水素分離アセンブリ内に組み入れるのは、膜の脆弱性故に困難である。この困難さは、薄膜への非可逆的な機械的損傷の可能性によるものであり、これは、使用中および／または分離アセンブリの熱循環中に膜を支持する膜支持体によって、および／または、分離アセンブリにおける部品の機械的負荷によって生じる。水素分離装置におけるより薄い膜を支持するために、多様な膜支持体が利用されてきたが、それらは、高コストであり、および／または実施が困難である。従って、水素分離用の改善された膜モジュールが必要である。
【発明の概要】
【０００９】
水素分離用の膜モジュール、並びに膜モジュールを含む燃料処理装置および燃料電池システムを本明細書に記載する。膜モジュールは、膜パックのスタックであるか、またはそれを含み、かつ相互に隣接して配置される複数の膜パックを含む。各膜パックは、第１水素選択膜、第２水素選択膜、および第１水素選択膜と第２水素選択膜との間に配置される流体透過支持構造を含む。
【００１０】
いくつかの実施形態において、膜モジュールは、少なくとも１つの透過側フレーム部材および少なくとも１つの混合ガス側フレーム部材も含む。透過側フレーム部材の厚さは、混合ガス側フレーム部材の厚さよりも薄くてもよい。
【００１１】
いくつかの実施形態において、支持構造は、２つの細目スクリーンを含むスクリーン構造を含む。２つの細目スクリーンは、平織の細目スクリーンおよび／または畳織の細目スクリーンを含むことができる。細目スクリーンは、第１水素選択膜および第２水素選択膜内に、１００μｍ以下の振れを与えるように選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による、燃料処理装置および水素精製器を含む燃料電池システムの実施例を示す概略図である。
【図２】図１の燃料電池システムにおいて使用するのに好適な燃料処理装置の実施例の概略図である。
【図３】本発明による、水素精製器を含む燃料処理装置のための精製領域の実施例を示す概略図である。
【図４】本発明による、水素精製器において使用するための膜パックの実施例を示す断片的な側面図である。
【図５】本発明による、膜パックの実施例を示す概略図である。
【図６】本発明による、支持構造を含む、複数のスクリーン部材で構成された膜パックの実施例を示す分解斜視図である。
【図７】本発明による、水素精製器において使用される膜パックの実施例を示す分解斜視図である。
【図８】本発明による、水素精製器用の膜パックの実施例を示す斜視図である。
【図９】本発明による、水素精製器用の膜パックの別の実施例を示す斜視図である。
【図１０】本発明による、水素精製器において使用される膜パックの別の実施例を示す分解斜視図である。
【図１１】本発明による、薄い水素選択膜を含む概略的な膜パックの断片的な断面図である。
【図１２】本発明による、薄い水素選択膜およびコンプライアンスガスケットを含む水素精製器の分解斜視図である。
【図１３】本発明による、薄膜およびブロッカーガスケットを有する水素精製器の断面図である。
【図１４】図１３の断面図の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１〜図１４は、本発明に従う膜モジュール４４の実施例、膜モジュール４４を含み、および／または利用する水素精製器３８および／または燃料処理装置１２の実施例、および／または膜モジュール４４を含み、および／または利用する燃料電池システム１０の実施例を示す。同様または少なくともほぼ同様の要素は、図１〜図１４において類似する参照符号で表す。また、これらの要素は、図１〜図１４を参照して本明細書では詳細に説明しない。同様に、図１〜図１４に全ての要素を示さないが、一貫性を持たせるために、関連する参照符号を本明細書にて利用する。図１〜図１４のうち１つ以上を参照して、本明細書に記載される要素、部品、および／または特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、図１〜図１４のいずれかに含まれ、および／または図１〜図１４のいずれかと共に利用することができる。全体的に、特定の実施形態に含まれることが想定される要素は、実線で示す一方、選択的な要素は、破線で示す。しかしながら、実線で示される要素は、必要不可欠なものではなく、いくつかの実施形態においては、本発明の範囲から逸脱することなく、省略可能である。
【００１４】
図１は、本発明に従って、膜モジュール４４を含み、および／または利用する燃料電池システム１０の実施例を示す。燃料電池システム１０は、本明細書において「システム１０」とも称され、少なくとも１つの燃料処理装置１２と、少なくとも１つの燃料電池スタック２２とを含む。燃料処理装置１２は、供給原料１８を含む供給流１６から水素ガスを含む製品水素流１４を生成するように構成する。燃料電池スタックは、製品水素流１４の一部から、そこに搬送される電流２７と、酸素ガス１５等の酸化体とを発生させるように構成する。
【００１５】
燃料処理装置１２は、任意の適切な水素生成機構を介して水素ガスを生成するように構成する。適切な水素生成機構の実施例は、供給原料１８および水２０を含む供給流１６から水素ガスを生成するために改質触媒が用いられる水蒸気改質および自動熱改質を含む。この構成において、供給原料１８は、本明細書において、「炭素含有供給原料１８」と称され得る。水素ガスを生成するための他の適切な機構は、炭素含有供給原料の熱分解および触媒部分酸化を含み、この場合、供給流は水を含まない。
【００１６】
適切な炭素含有供給原料の例は、少なくとも１つの炭化水素またはアルコールを含む。適切な炭化水素の例は、メタン、プロパン、天然ガス、軽油、灯油、ガソリン等を含む。適切なアルコールの例は、メタノール、エタノール、並びにエチレングリコールおよび／またはプロピレングリコール等のポリオールを含む。
【００１７】
供給流１６は、１つ以上の供給流を通じて燃料処理装置１２に供給される。炭素含有供給原料１８が水と混和する場合、供給原料は、図１に示すように、供給流１６の水２０と共に供給される。炭素含有供給原料１８が水と混和しないか、または僅かにのみ混和する場合、これらの成分は、典型的には、図１において破線で表すように、分離した、あるいは別個の供給流として、または分離した、あるいは別個の供給流において、燃料処理装置１２に供給される。利用時において、分離した供給流は、燃料処理装置内で結合する。更なる実施例においては、炭素含有供給原料および水を蒸発させ、単一の供給流として供給することができる。
【００１８】
図１に、供給流供給システム１７によって燃料処理装置１２に供給される供給流１６を示す。供給流供給システム１７は、本明細書において「供給システム１７」とも称され、１つ以上のポンプ２１を含む。ポンプ２１（存在する場合）は、供給流１６の成分を供給源１９から供給することができる。供給システム１７は、付加的または代替的に、少なくとも１つの加圧供給源１９からの、供給流１６の成分の流れを規制するように構成されたバルブアセンブリ２６を含むことができる。供給源１９は、燃料電池システム１０の外部に配置され、および／または燃料電池システム内に収容し、あるいは燃料電池システムに隣接させることができる。
【００１９】
燃料処理装置１２は、水素生成領域３２と、膜モジュール４４を含む水素精製器３８を含む。本明細書においてより詳細に記載するように、水素生成領域は、水素ガスおよび他のガスを含有する水素リッチ流４２を生成する。水素精製器３８は、「混合ガス流４２」とも称される水素リッチ流の少なくとも一部を受容し、膜モジュール４４を利用することによって、純粋な、またはほぼ純粋な水素ガスを含有する製品水素流１４を生成する。水素精製器３８は、全てまたはほぼ全てではなくとも、少なくとも実質的な部分は、他のガスを含有する副産流４０も生成する。これらの他のガスの例は、二酸化炭素、一酸化炭素、未反応供給原料およびメタンを含む。副産流は、水素ガスも含むが、製品水素流１４におけるよりもより純度および濃度が低い。
【００２０】
燃料電池スタック２２は、そこに供給される製品水素流１４の一部から、電流と、酸化ガス等の酸化体１５とを生成するように構成された、少なくとも１つの、典型的には複数の燃料電池２４を含む。燃料電池スタック２２は、典型的に、流体供給／除去導管を含む共通のエンドプレート２３の間で併せて接合された複数の燃料電池２４を含む。適切な燃料電池の例は、プロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池およびアルカリ燃料電池を含む。燃料電池スタック２２は、全ての製品水素流１４を受容することができる。別の水素消費プロセスにおいて使用するために、適切な導管を介して、製品水素流１４の一部または全部を、付加的または代替的に供給し、燃料または熱のために燃焼させ、および／または後に使用するために格納することができる。
【００２１】
燃料電池スタック２２によって生成されるこの電流を使用して、接続された負荷またはエネルギー消費装置２５のエネルギー需要を満たすことができる。エネルギー消費装置２５の例示として、自動車、レクリエーション用車両、ボート、ツール、ライトあるいは照明アセンブリ、（家電や他の電気製品等の）電気製品、住居、建物、報知設備、通信装置等が挙げられる。エネルギー消費装置２５を含み、またはエネルギー消費装置２５に接続される燃料電池システム１０は、「エネルギー消費および生成装置９」と称する。本発明の範囲から逸脱することなく、水素精製器３８を使用して、水素ガスを含有する貯蔵ガスおよび産業あるいは商業的プロセスからの混合ガスまたは不純な水素ガス流等の燃料処理装置１２以外のソースから精製した水素ガスを生成することができる。水素精製器３８および／または燃料処理装置１２は、燃料電池スタックから分離して利用することで、例えば、他の水素消費装置あるいはプロセス用に貯蔵または使用するための製品水素流１４を生成することもできる。燃料電池スタック２２から分離して利用した場合、燃料処理装置１２および水素精製器３８は、「燃料処理システム１１」と称される。
【００２２】
上述したように、適切な燃料処理装置１２の一例として、水蒸気改質器が挙げられる。適切な水蒸気改質器の一例は、図２に示されており、全体的に符号３０が付されている。水蒸気改質器３０は、本明細書において「改質器３０」とも称され、水蒸気改質触媒３４を含む改質領域３２または水素生成領域３２を含む。代替的に、改質器３０は、自動熱改質触媒を含む自動熱改質器であってよい。改質領域３２において、改質流３６が、供給流１６を形成する水および炭素含有供給原料から生成される。改質流は、本明細書においては、「混合ガス流３６」とも称され、通常、水素ガスおよび不純物または他のガスを含む。改質流は、一般的に、水素精製器３８に供給される。燃料処理装置１２の部品として利用される場合、水素精製器３８は、本明細書においては、「精製領域３８」、「分離領域３８」および／または「分離アセンブリ３８」と称する。上述したように、水素精製器３８は、改質流３６を受容し、本明細書において「製品水素流４２」および／または「精製水素流４２」とも称される水素リッチ流４２と、１つ以上の副産流４０を生成および／または発生させるように構成する。
【００２３】
水素精製器３８は、任意の適切な圧力駆動分離プロセスを利用することができる。図２において、水素リッチ流４２は、図１に関連して本明細書に記載したように、燃料電池スタックに供給される製品水素流１４を形成するように示す。本発明において、水素精製器３８は、１つ以上の水素選択膜４６を含む膜モジュール４４を含む。
【００２４】
１つ以上の水素選択膜を使用する水素の精製は、圧力駆動分離プロセスであり、ここでは、１つ以上の水素選択膜は、圧力容器内に収容される。混合ガス流は、膜の混合ガス面に接触し、膜に含浸する混合ガス流の少なくとも一部から製品水素流が形成される。副産流は、膜に含浸しない混合ガス流の少なくとも一部から形成される。圧力容器は、典型的に、ガスが画定された入口および出口または導管以外を通じて圧力容器に進入または退出するのを防ぐように封止されている。
【００２５】
水素精製器３８および／またはその膜モジュール４４は、純粋な、または少なくともほぼ純粋な水素ガスを生成するように構成することができる。本明細書において、ほぼ純粋な水素ガスは、純度が９０％超、９５％超、９９％超、９９．５％超、および／または９９．９％超純粋である。
【００２６】
特定の状況において、水素リッチ流４２を更に精製または研磨して、製品水素流１４を生成および／または発生させることが望ましい。これらの実施例において、かつ図２において破線で表すように、燃料処理装置１２は、更に、研磨領域４３を含むことができる。研磨領域４３（存在する場合）は、水素精製器３８から水素リッチ流４２を受容し、更に、その中の選択された成分の濃度を低下させ、またはその中の選択された成分を取り除くことにより、水素リッチ流を精製することによって、製品水素流１４を生成する。
【００２７】
例えば、水素リッチ流４２が、図１の燃料電池スタック２２等の燃料電池スタックにおいて使用されることが意図される場合、一酸化炭素および二酸化炭素等の燃料電池スタックに損傷を与え得る成分は、必要に応じて、水素リッチ流から除去することができる。一酸化炭素の濃度は、１０ｐｐｍ（百万分率）未満とすることで、例えば、燃料電池スタックへの損傷を防ぎ、および／または、燃料電池スタック内に存在する触媒の被毒を防ぐ等、制御システムにより燃料電池スタックを分離させるのを防ぐことができる。例えば、このシステムは、一酸化炭素の濃度を５ｐｐｍ未満まで、または１ｐｐｍ未満にさえ制限することができる。二酸化炭素の濃度は、一酸化炭素の濃度よりも高くてもよい。例えば、二酸化炭素の濃度は２５％未満でもよい。例えば、二酸化炭素の濃度は、１０％未満または１％未満であってもよい。二酸化炭素の濃度は、５０ｐｐｍ未満であってもよい。言うまでもなく、本明細書に記載の濃度は、例示であり、本明細書に記載された以外の濃度を使用することも可能であり、それは本発明の範囲内とする。例えば、特定のユーザまたは製造者は、本明細書に記載したものとは異なる、最小または最大濃度のレベルまたは範囲を必要としてもよい。
【００２８】
研磨領域４３は、水素リッチ流４２における選択された成分の濃度を除去または低下されるために、任意の適切な構造を含むことができる。例えば、生成流がプロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池スタック、または、生成流が決定された濃度を超える一酸化炭素あるいは二酸化炭素を含有する場合に損傷を受ける他の装置において使用されることが意図される場合、少なくとも１つのメタン化触媒床４５を含むことが望ましい。メタン化触媒床４５は、一酸化炭素および二酸化炭素をメタンおよび水に変換し、これらは両方ともＰＥＭ燃料電池スタックに損傷を与えない。研磨領域４３は、付加的または代替的に、例えば、他の改質触媒床等の他の水素生成領域を含むことにより、あらゆる未反応供給原料を水素ガスに変換することができる。研磨領域４３に（第２の、または更なる）改質触媒床およびメタン化触媒床の両者が存在する場合、メタン化触媒床の下流側に二酸化炭素または一酸化炭素を再導入しないように、改質触媒床は、メタン化触媒床から上流側にあってもよい。
【００２９】
水素精製器として、または水素精製器において使用されるように構成される膜モジュール４４の一例を、図３に概略的に示す。従って、水素精製器３８は膜モジュール４４の全体を形成するか、または膜モジュールは付加的な構造および／または構成要素を含むことができる。図示するように、水素ガス６２および他のガス６３を含有する改質流３６は、本発明に従って膜モジュール４４を含む水素精製器３８に供給される。膜モジュールは、少なくとも１つの水素選択膜４６を含み、混合ガス流を、少なくともほぼ純粋な水素ガス６２を含有する水素リッチ流４２と、他のガス６３を含有する副産流４０とに分離する。水素精製器を説明するための別の方法として、水素リッチ流は、混合ガス流における水素ガスのうち少なくとも実質的な部分または大部分を含み、また、副産流は、他のガスのうち少なくとも実質的な部分または大部分を含むことが挙げられる。更に別の方法として、水素リッチ流内における水素の濃度は、改質流における水素の濃度より高くてもよい。同様に、製品水素流における他のガスの濃度は、改質流における水素の濃度より低くてもよい。水素精製器３８は、燃料処理装置等の水素生成装置と一体化して、一体化された水素精製機能を有する水素生成装置を提供することができる。付加的または代替的に、水素精製器３８は、燃料電池等の水素消費装置に一体化して、一体化された水素精製機能を有する水素消費装置を提供することができる。
【００３０】
水素ガスを精製するための膜モジュール４４の別の実施例を図４に示す。図４に示すように、膜モジュール４４は、少なくとも２つの水素透過膜４６または水素選択膜４６を含む。水素選択膜は、対にして、共通支持構造６４または流体透過支持構造６４の周囲に配置することで、膜パック６６を形成する。膜モジュール４４は、積層または配置される複数の膜パック６６を含むことができる。
【００３１】
支持構造６４は、表面７１を画定し、各表面７１は、対応する水素選択膜４６を支持する。支持構造は、本明細書において詳述するように、１つ以上のスクリーン構造７０を含み、または１つ以上のスクリーン構造７０から形成される。
【００３２】
各水素選択膜４６は、支持構造６４に向けて対面し、および／または支持構造６４によって支持される透過面６８を含む。透過面６８は、少なくとも部分的に膜モジュールの採取導管６９を包囲し、または画定する。採取導管６９は、本明細書において、膜モジュールの「透過領域６９」とも称される。
【００３３】
膜モジュール４４の稼働中、改質流３６は、水素選択膜４６の混合ガス面４８に流体接触しながら流れる。混合ガス面４８は、本明細書において、水素選択膜４６の「混合ガス面領域４８」、「改質面４８」および／または「改質面領域４８」とも称される。改質流は、本明細書においてより詳細に説明するように、水素ガス６２および他のガス６３を含むことができる。水素ガスは、水素選択膜４６を通じて、採取導管６９内に拡散させることができ、ここで、水素ガスは、水素リッチ流４２として膜モジュールから除去される。対照的に、他のガスは、水素選択膜を通じて拡散されず、および／または副産流４０として膜モジュールから除去される。
【００３４】
水素選択膜用の適切な材料の例は、貴金属、パラジウム、パラジウム合金およびパラジウム−銅（Ｐｄ−Ｃｕ）合金である。一般的に、そのような金属および金属合金の薄膜を水素選択膜として利用する。膜のコストを下げるため、パラジウム（または他の貴金属）合金の含有量は、膜の厚さと同様に低下する。
【００３５】
本発明において、薄い水素選択膜とは、２５μｍ未満の厚さを有する水素選択膜であると理解される。例えば、水素選択膜は、２５μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ以下、１０μｍ以下、５μｍ以下、１μｍ以上、２μｍ以上、４μｍ以上、６μｍ以上、８μｍ以上、１０μｍ以上、および／または１２μｍ以上の厚さを有する。
【００３６】
水素選択膜は、任意の好適な成分を有することができる。例えば、水素選択膜は、銅成分が１５重量％（ｗｔ％）以上、２０重量％以上、２５重量％以上、３０重量％以上、３５重量％以上、４０重量％以上、４５重量％以上、５０重量％以上、６０重量％以下、５５重量％以下、５３重量％以下、５０重量％以下、４５重量％以下、４０重量％以下、３５重量％以下、３０重量％以下、および／または２５重量％以下のＰｄ−Ｃｕ合金を含むことができる。水素選択膜を上述した以外の水素選択金属および金属合金から形成することができるが、これは本発明の範囲内である。そのような水素選択金属合金の例は、（二元および三元パラジウム合金を含む）パラジウム合金、パラジウム−銀合金、パラジウム−イットリウム合金、および／またはパラジウム−ルテニウム合金を含む。
【００３７】
本明細書に記載のシステムに含まれ、および／または本明細書に記載のシステムと共に利用され得る水素処理アセンブリ、水素生成システム、燃料処理装置、および／または燃料電池システムの更なる例は、特許文献１：米国特許第７９７２４２０号明細書に記載されており、その全体が、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００３８】
図５は、本発明による、膜モジュール４４の実施例を示す概略図である。図５は、図１〜図４に示す膜モジュール４４のより詳細な図面であり、図５の膜モジュール４４を参照して、本明細書に記載のあらゆる構造、機能、および／または特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、図１〜図４の膜モジュール４４に含まれ、および／または図１〜図４の膜モジュール４４と共に利用される。同様に、図１〜図４の膜モジュール４４、燃料電池システム１０、燃料処理装置１２、および／または水素精製器３８を参照して、本明細書に記載のあらゆる構造、機能、および／または特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、図５の膜モジュール４４に含まれ、および／または図５の膜モジュール４４と共に利用される。
【００３９】
本明細書に記載の膜モジュール４４は、個々に製造され、続いて、水素の精製が望まれる、任意の適切なアセンブリおよび／またはシステム内にインストールされるモジュール部品を含み、および／またはモジュール部品であることができる。付加的または代替的に、膜モジュール４４は、そのようなシステムの部分および／または部品に関連するか、またはそのようなシステムの部分および／または部品であり、また、そのようなシステムの任意の適切な部品および／または構造と共に製造され、および／または、そのようなシステムの任意の適切な部品および／または構造内に一体化される。そのようなシステムの例は、本明細書に記載の、エネルギー消費および生成装置９、燃料電池システム１０、および／または燃料処理システム１１を含む。
【００４０】
図５に図示するように、膜モジュール４４は、相互に隣接して配置および／または位置付けられる膜パック６６のスタック６５を含む。換言すると、膜モジュール４４は、複数の膜パック６６を含む。各膜パック６６は、第１水素選択膜４６１および第２水素選択膜４６２を含む複数の水素選択膜４６を含む。各水素選択膜４６は、透過面６８および混合ガス面４８を画定する。第１水素選択膜４６１は、本明細書において、第１透過面６８１および対向する第１混合ガス面４８１を画定する。同様に、第２水素選択膜４６２は、本明細書において、第２透過面６８２および対向する第２混合ガス面４８２を画定する。
【００４１】
膜モジュール４４は、第１水素選択膜と第２水素選択膜との間に配置される支持構造６４も含むことができる。支持構造６４は、流体透過支持構造６４を含み、または流体透過支持構造６４であり、および／または、本明細書において「流体透過支持構造６４」と称され、第１透過面６８１および第２透過面６８２の少なくとも中央領域６８４に物理的に接触し、支持するよう構成される。更に、支持構造は、第１透過面の中央領域と第２透過面の中央領域との間で、離間した関係を保持する。
【００４２】
図５に破線で示すように、膜モジュール４４の膜パック６６は、複数の透過側フレーム部材８８および複数の混合ガス側フレーム部材８９も含むことができる。複数の透過側フレーム部材は、第１透過側フレーム部材８８１および第２透過側フレーム部材８８２を含むことができる。同様に、複数の混合ガス側フレーム部材は、第１混合ガス側フレーム部材８９１および第２混合ガス側フレーム部材８９２を含むことができる。
【００４３】
第１透過側フレーム部材８８１は、第１水素選択膜４６１と支持構造６４との間に挿入または配置することにより、第１透過側フレーム部材は、第１透過面６８１および支持構造６４の周辺領域６８６に物理的に接触し、支持する。同様に、第２透過側フレーム部材８８２は、第２水素選択膜４６２と支持構造６４との間に挿入または配置することにより、第２透過側フレーム部材は、第２透過面６８２および支持構造６４の周辺領域に物理的に接触し、支持する。第１混合ガス側フレーム部材８９１は、第１混合ガス面４８１の周辺領域に物理的に接触し、支持するように配置することができる一方、第２混合ガス側フレーム部材８９２は、第２混合ガス面４８２の周辺領域に物理的に接触し、支持するように配置することができる。
【００４４】
透過側フレーム部材８８および／または混合ガス側フレーム部材８９を含む本明細書に記載のフレーム部材は、膜モジュール４４内および／またはその膜パック６６内に多様な流体シールを形成するように構成されるガスケットおよび／またはシールを含み、および／またはガスケットおよび／またはシールであることができる。これを勘案して、透過側フレーム部材および／または混合ガス側フレーム部材は、本明細書において、「シール部材」、「ガスケット」、および／または「グラファイトガスケット」とも称され、シール部材、ガスケット、および／またはグラファイトガスケットを含み、および／またはシール部材、ガスケット、および／またはグラファイトガスケットであることができる。換言すると、第１透過側フレーム部材は、第１水素選択膜の第１透過面の周辺領域と、支持構造の周辺領域との間に流体シールを形成するように構成することができる。同様に、第２透過側フレーム部材は、第２水素選択膜の第２透過面の周辺領域と、支持構造の周辺領域との間に流体シールを形成するように構成することができる。
【００４５】
透過側フレーム部材８８および混合ガス側フレーム部材８９は、同一または異なる材料から形成され、同一の密度を有し、および／または同一の厚さを有することができるが、これらは、本発明の範囲内である。透過側フレーム部材８８の厚さは、混合ガス側フレーム部材８９の厚さとは異なり得ることも本発明の範囲内である。より具体的な実施例として、第１透過側フレーム部材８８１の厚さは、第１混合ガス側フレーム部材８９１の厚さ未満であってもよく、および／または、第２透過側フレーム部材８８２の厚さは、第２混合ガス側フレーム部材８９２の厚さ未満であってもよい。厚さにおける差異は、水素選択膜４６への圧力および／または水素選択膜４６の変形を減少させ、これは図１１においてより詳細に示されており、かつそれを参照して本明細書においてより詳細に記載する。
【００４６】
透過側フレーム部材の厚さは、混合ガス側フレーム部材の厚さとは、任意の好適な分量だけ異なっていてもよい。例えば、透過側フレーム部材の厚さは、混合ガス側フレーム部材の厚さの９５％未満、９０％未満、８５％未満、８０％未満、７５％未満、７０％未満、６５％未満、６０％未満、５５％未満、５２％未満、５０％未満、および／または４５％未満であることができる。
【００４７】
透過側フレーム部材の厚さの例は、０．０５ｍｍ以上、０．０７５ｍｍ以上、０．１ｍｍ以上、０．１２５ｍｍ以上、０．２５ｍｍ以下、０．２０ｍｍ以下、０．１７５ｍｍ以下、０．１５ｍｍ以下、および／または０．１２５ｍｍ以下の厚さを含む。混合ガス側フレーム部材の厚さの例は、０．１５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以上、０．２５ｍｍ以上、０．３ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、０．４５ｍｍ以下、０．４ｍｍ以下、および／または０．３５ｍｍ以下の厚さを含む。
【００４８】
付加的または代替的に、透過側フレーム部材の密度は、混合ガス側フレーム部材の密度とは異なってもよく、これは本発明の範囲内である。一実施例として、混合ガス側フレーム部材の密度は、透過側フレーム部材の密度の閾値割合未満であってもよい。閾値割合の例は、９５％、９０％、８５％、８０％、７８％、７５％、７０％、および／または６５％の閾値割合を含む。そのような構成により、膜モジュール４４の組み立てが容易になり、および／または、膜モジュール４４内に組み込まれた際に、水素選択膜４６に損傷を与えずに、膜パック６６を圧縮することができる。
【００４９】
透過側フレーム部材の密度の例は、０．７ｇ／ｃｃ以上、０．８ｇ／ｃｃ以上、０．９ｇ／ｃｃ以上、１．０ｇ／ｃｃ以上、１．１ｇ／ｃｃ以上、１．２ｇ／ｃｃ以上、１．３ｇ／ｃｃ以上、１．４ｇ／ｃｃ以上、１．５ｇ／ｃｃ以上、１．８ｇ／ｃｃ以下、１．７ｇ／ｃｃ以下、１．６ｇ／ｃｃ以下、１．５ｇ／ｃｃ以下、および／または１．４ｇ／ｃｃ以下の密度を含む。混合ガス側フレーム部材の密度の例は、０．７ｇ／ｃｃ以上、０．８ｇ／ｃｃ以上、０．９ｇ／ｃｃ以上、１ｇ／ｃｃ以上、１．１ｇ／ｃｃ以上、１．２ｇ／ｃｃ以上、１．４ｇ／ｃｃ以下、１．３ｇ／ｃｃ以下、１．２ｇ／ｃｃ以下、１．１ｇ／ｃｃ以下、および／または１ｇ／ｃｃ以下の密度を含む。
【００５０】
支持構造６４は、第１水素選択膜と第２水素選択膜との間に配置され、第１水素選択膜と第２水素選択膜との間に離間した関係を保持し、および／または流体透過性である任意の好適な構造を含み、および／または任意の好適な構造であることができる。付加的または代替的に、支持構造６４は、少なくとも部分的に、採取導管６９を形成および／または画定することができ、この採取導管６９を通じて、混合ガス領域４８４から水素選択膜４６を通じて透過する水素ガスが流れ、および／または採取導管６９から水素ガスを収集することができる。採取導管６９は、本明細書において「透過領域６９」とも称される。
【００５１】
支持構造６４の例は、図５に概略的に示され、かつ図６により具体的に示されるスクリーン構造７０を含む。図６に示すように、スクリーン構造７０は、複数のスクリーン部材７３を含むことができる。複数のスクリーン部材は、少なくとも粗目スクリーン７４および／または細目スクリーン７６を含むことができる。一実施形態において、スクリーン構造７０は、相互に隣接して配置され、または相互に積載された２つの細目スクリーン７６を含む。別の実施形態においては、粗目スクリーン７４または平面粗目スクリーン７４を、２つの細目スクリーンの間に配置する。支持構造６４の表面７１は、本明細書に記載のように、水素選択膜４６の対応する透過面６８を支持することができる。更に、スクリーン構造７０により、流体は採取導管６９内を、水素選択膜４６の透過面６８に対して平行かつ垂直な方向に流れることができる。
【００５２】
言うまでもなく、「細目」および「粗目」という用語は、相対的な用語である。スクリーン構造は、一般的に膜に対して平行である透過ガスの流れに資する必要がある故、比較的粗い内部スクリーン部材を使用することにより、強化された平行なガス流路に資する。換言すると、より細目のスクリーンは、膜をより保護する一方、より粗目のスクリーンは、一般的に膜に対して平行である、より良好な流れを供給する。粗目スクリーン７４は、粗い線径を有する粗いワイヤから形成される一方、細目スクリーン７６は、細い線径を有する細いワイヤから形成されるが、これは、本発明の範囲内である。粗い線径は、細い線径よりも大きくてもよい。実施例として、粗い線径は、細い線径よりも２倍以上、３倍以上、４倍以上、５倍以上、６倍以上、８倍以上、および／または１０倍以上だけ大きくてもよい。
【００５３】
スクリーン部材は、同一または異なる構造であることができ、より多くの、またはより少ないスクリーン部材を使用することができる。例えば、いくつかの実施形態において、スクリーン構造は、粗目スクリーン７４を利用せず、上述したように、２つの細目スクリーンのみを備えてもよい。
【００５４】
一般的に、支持構造６４は、透過ガスが膜に対して平行かつ横断する採取導管内を流れることを可能にする、任意の適切な支持媒体を含むことができる。例えば、多孔質セラミック、多孔質炭素、多孔質金属、セラミックフォーム、炭素フォーム、および／または金属フォームのいずれか１つまたは１つ以上のスクリーン部材７３と組み合わせて使用して、スクリーン構造７０を形成することができる。一実施例として、細目スクリーン７６は、織物メッシュ材料の代わりにエキスパンドメタルから形成してもよい。
【００５５】
スクリーン構造７０は、膜モジュールおよび膜モジュールと共に使用される装置の操作を害することのない耐食材料から形成することができる。スクリーン部材７３の適切な材料の例は、ステンレス鋼、ジルコニウムおよびその合金、８００（登録商標）等のインコネル（登録商標）合金およびハステロイ（登録商標）合金を含む耐食合金、並びに、モネル（登録商標）等の銅‐ニッケル合金を含む。そのような金属製スクリーン部材は、任意に、表面７１上にコーティングを含むことができる。コーティングは、金属酸化物または窒化物を含むか、または金属酸化物または窒化物であることができる。適切なコーティングの例は、酸化アルミニウム、炭化タングステン、窒化タングステン、炭化チタン、窒化チタン、酸化クロムあるいは酸化チタン、銅、銀または金およびそれらの混合物を含む。
【００５６】
図５に戻ると、膜モジュール４４は、更に、膜パックのスタックにおける各隣接する対の膜パック６６の間に配置される、対応する供給プレートアセンブリ１００を含むことができる。更に、膜モジュール４４は、スタック６５の第１端部上に第１エンドプレート１４０１と、スタック６５の第２端部上に第２エンドプレート１４０２とを含む複数のエンドプレート１４０と、エンクロージャ１４２とを含むことができる。エンドプレート１４０およびエンクロージャ１４２は、併せて、スタック６５を収容し、および／またはスタック６５を含む、包囲された容積１４６を形成および／または画定することができる。
【００５７】
供給プレートアセンブリ１００は、混合ガス領域４８４に混合ガス流３６を供給し、および／または混合ガス領域から副産流４０を受容するように構成することができる。混合ガス領域４８４は、隣接する対の膜パックにおける第１膜パックの第１水素選択膜の第１混合ガス面によって、かつ、隣接する対の膜パックにおける第２膜パックの第２水素選択膜の第２混合ガス面によって、少なくとも部分的に画定することができる。
【００５８】
供給プレートアセンブリ１００は、供給プレート１０２を含むことができ、供給プレート１０２は、供給チャネル１１４および／または排出チャネル１１６を含み、および／または画定することができる。供給プレート１０２は、隣接する膜パック６６の間に配置することができる。付加的または代替的に、供給プレート１００は、スタック６５とエンドプレート１４０との間に配置することができる。供給プレートアセンブリ１００は、供給フレーム１１８も含むことができる。供給フレーム１１８は、供給プレート１０２の周辺の周囲に形成することで、供給プレートとエンドプレートとの間に開口容積１１９を形成することができる。
【００５９】
開口容積１１９により、対応する供給チャネル１１４と対応する排出チャネル１１６との間に流体連通が可能となる。しかしながら、開口容積１１９は、水素選択膜に関連する、対応する水素選択膜を有しなくてもよい。従って、供給チャネル１１４と排出チャネル１１６との間の開口容積を通じた混合ガス流の流れは、混合ガス流の無駄であり、そこから水素ガスを回復させる可能性はない。従って、図５における破線によって更に示すように、膜モジュール４４は、ブロッカーガスケット２５０を含むことができる。ブロッカーガスケット２５０（存在する場合）は、供給プレートとエンドプレートとの間に配置することができ、また、供給チャネルおよび排出チャネルの間の流路をブロックするように構成することができる。ブロッカーガスケットは、図示するように、開口容積の中央部分内および／または供給プレートの周辺の周囲を延在することができる。
【００６０】
図５において破線で示すように、膜モジュール４４は、供給マニホールド１１０および／または排出マニホールド１１２も含むことができる。供給マニホールド１１０は、例えば供給チャネル１１４を介して、混合ガス流３６を混合ガス領域４８４に供給するように構成することができる。排出マニホールド１１２は、例えば排出チャネル１１６を介して、混合ガス領域から副産流４０を受容するように構成することができる。
【００６１】
図５において破線で示すように、膜モジュール４４は、コンプライアンスガスケット９６を含むことができる。コンプライアンスガスケット９６は、少なくとも１つの隣接する対の膜パックの間に配置することができ、および／またはスタック６５と１つ以上のエンドプレート１４０との間に配置することができる。コンプライアンスガスケット９６（存在する場合）は、膜モジュール４４の組み立て時において、圧縮されるように構成することによって、膜モジュールの過剰圧縮または膜モジュールへの損傷の可能性を低下させることができる。
【００６２】
これを踏まえて、コンプライアンスガスケット９６は、透過側フレーム部材８８および／または混合ガス側フレーム部材８９の厚さの少なくとも閾値倍数である厚さを有することができる。閾値倍数の例は、２倍以上、４倍以上、６倍以上、８倍以上、１０倍以上、１２倍以上、１４倍以上、１６倍以上、１８倍以上、および／または２０倍以上の閾値倍数を含む。コンプライアンスガスケットの厚さの例は、０．２５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以上、０．７５ｍｍ以上、１ｍｍ以上、１．２５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以上、２．５ｍｍ以下、２．２５ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１．７５ｍｍ以下、および／または１．５ｍｍ以下の厚さを含む。
【００６３】
図７〜図１４は、本発明による、膜モジュール４４、膜モジュール４４の構成要素、および／または、膜モジュール４４を含み、および／または利用する水素精製器３８、燃料処理装置１２、および／または燃料電池システム１０のより詳細な、および／またはより概略的ではない図である。図７〜図１４は、図１〜図６を参照して本明細書に記載した燃料電池システム、燃料処理装置、水素精製器、および／または膜モジュールの代替的な図であり、図７〜図１４を参照して、本明細書に記載の任意の構造、機能、および／または特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、図１〜図６に含まれ、および／または図１〜図６と共に利用することができる。同様に、図１〜図６を参照して、本明細書に記載の任意の構造、機能、および／または特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、図７〜図１４に含まれ、および／または図７〜図１４と共に利用することができる。
【００６４】
上述したように、水素透過膜４６または水素選択膜４６は、図４〜図６に概略的に示すように、共通支持構造または透過支持構造６４の周囲に対にして配置することで、膜パック６６を形成することができる。そのような構成において、対となる膜は、膜パック６６と称され、それらにより、透過ガスを制御し、除去することで、図１〜図４に示すように、水素リッチ流４２または製品水素流１４を形成することができる共通の透過チャネルまたは採取導管６９を画定する。
【００６５】
対となる膜は、平面パックまたは管状パック等、多様な好適な形状を有することができる。同様に、膜は、エンドプレートに関連させるか、または中央流路を中心に独立して支持されてもよい。図示するために、以下の説明および関連する図面は、膜モジュールを１つ以上の膜パック６６を含むものとして説明する。パックを形成する膜は、２つの別個の膜であるか、または、折り畳まれ、巻かれ、あるいは２つの膜領域または、相互に向けて配向されることにより、その間に透過ガスを制御および抜くことができる採取導管６９を画定する透過面６８を有する表面６７を画定するよう構成された単一の膜であることができる。
【００６６】
上述したように、支持構造６４および水素選択膜４６は、更に、燃料処理システムやガス精製システム等において使用するために、膜パックを封止し、支持し、および／または相互接続するように構成される透過側フレーム部材８８および／または混合ガス側フレーム部材８９を含む膜パック６６内に取り込むことができる。そのような膜パック６６および対応する供給プレートアセンブリ１００の実施例を図７に示す。図７の支持構造６４は、透過フレーム９０内に適合するスクリーン構造７０を含むことで、および／または、少なくとも部分的に透過フレームの表面に亘り延在することで、透過プレートアセンブリ９１を形成する。透過側フレーム部材８８は、本明細書においてより詳細に記載するように、透過プレートアセンブリ９１の各平面側に延在し、および／または配置され、透過プレートアセンブリを膜パック６６の別の構造に封止するために利用される。
【００６７】
供給プレートアセンブリ１００は、改質流から水素を分離するために、隣接する膜パックの間に配置されることにより、水素リッチ改質流を膜パックに供給し、また結果として得た水素枯渇流を膜パックから除去する。図７に示すように、供給プレートアセンブリ１００は、１つの膜パックを、スタックにおける別の膜パックから分離する中央供給プレート１０２を備える。図８に更に示すように、中央供給プレート１０２は、中央領域１０４、供給領域１０６、および中央供給プレート１０２の周辺上に排出領域１０８を有する。中央領域１０４は、流体不透過であってもよく、または少なくともほぼ流体を透過しない。供給領域１０６は、供給マニホールド１１０を混合ガス領域４８４に、１つ以上の供給チャネル１１４を介して流体接続している。同様に、排出領域１０８は、排出マニホールド１１２を混合ガス領域４８４に、１つ以上の排出チャネル１１６を介して流体接続している。混合ガス領域４８４は、本明細書において、「開口容積４８４」とも称される。供給チャネル１１４および排出チャネル１１６は、供給プレートの厚さまたは厚さ全体を通じて形成することができる。換言すると、供給チャネル１１４および排出チャネル１１６は、供給マニホールド１１０と排出マニホールド１１２との間に、それぞれ、かつ中央供給プレート１０２の上側および底側の両方または面の間に流体接続を供給する。
【００６８】
図８の中央供給プレート１０２は、その中央領域１０４において流路等を含まない。換言すると、中央領域１０４は、固体および／または流体が透過できなくてもよい。代わりに、図７に示すように、供給フレーム１１８は、中央領域１０４とその隣接する膜パックとの間に、供給フレーム１１８および隣接する膜パックの混合ガス側フレーム部材８９の厚さによって形成される開口容積を形成するよう、供給プレートの各側面の周辺に重なってもよい。図８に示すように、いくつかの水素精製器において、供給フレーム１１８は、チャネル１１４，１１６の中央部分に重なる（チャネル１１４，１１６の端部においては重ならない）。従って、供給マニホールド１１０から供給される改質流３６は、供給領域におけるチャネル１１４を通じて（かつ、供給フレーム１１８の下を）供給フレーム１１８および／または混合ガス側フレーム部材８９の厚さによって形成される開口容積４８４内に流れる。同様に、副産流４０は、開口容積から、排出領域におけるチャネル１１６を通じて（かつ供給フレーム１１８の下を）排出マニホールド１１２まで流れる。従って、中央供給プレート１０２のチャネル１１４，１１６の中央部分に重なる領域における供給フレーム１１８の幅は、必然的に、チャネル１１４、１１６のスパンまたは長さよりも小さく、供給マニホールド１１０および排出マニホールド１１２は、開口容積に流体接続される。
【００６９】
しかしながら、図９に示すように、開口中央領域１０４を含む中央供給プレート１０２は、本発明の範囲内である。そのような中央供給プレート、供給チャネル１１４および排出チャネル１１６は中央供給プレートの厚さを通じて、部分的または全体的に延在し、中央領域１０４内に画定され、および／または開口容積４８４を少なくとも部分的に画定する開口部１０５に流体接続することができる。図７、図１０および図１２〜図１４は、流体不透過中央領域１０４を含む中央供給プレート１０２を含む膜モジュール４４を表すが、図９の中央供給プレート１０２は、図７、図１０および図１２〜図１４の膜モジュール４４に含まれ、またはそれと共に利用されてもよく、これも本発明の範囲内である。
【００７０】
膜モジュールの平行流を設計するため、改質流の全質量流量は、膜パックの間で分割され、この結果、各膜パックへのガスの速度は低下し、供給マニホールドと排出マニホールドとの間の圧力損失も、典型的には５ｐｓｉ未満まで低下する。その結果、改質流の流速は、層流領域にあり、この場合、膜の表面における水素濃度は、拡散作用によって抑制される。しかしながら、これは全ての改質流において必要ではなく、改質流の流速が乱流体制にあってもよく、これも本発明の範囲内である。薄膜において、膜を通じた水素流動は、比較的高く、従って、水素分離装置の効果を高めるために膜を通じた水素流動が最大化するよう、膜の表面において、高い水素濃度を有する（即ち、膜表面に対して垂直方向に低い水素濃度勾配である）ことが望ましい。
【００７１】
いくつかの水素精製器において、供給フレーム１１８は、２つ以上の別個のパーツを備える。例えば、図１０に示すように、供給フレーム１１８は、外側供給プレート１２０と、外側供給プレート１２０および中央供給プレート１０２の間に挿入される供給プレートガスケット１２２とを備えることができる。外側供給プレート１２０および供給プレートガスケット１２２の厚さは、膜上に開口容積４８４を形成する。当業者は、活動領域におけるガス容積の所望の効率的な高さおよび各パーツの機能的制限に基づいて、プレートおよびガスケットの適切な厚さを選択することができる。また、外側供給プレート１２０および供給プレートガスケット１２２は、チャネル１１４，１１６の中央部分に重なることにより、入口および出口マニホールド１１０，１１２は、開口容積に流体接続される。
【００７２】
上述した膜パックにおいて、多様な厚さの水素選択膜を利用することができる。本発明は、全体コストを削減する利点を有する、上述した水素精製器として使用するように構成される膜モジュールにおいて薄膜の利用を可能にする。発明者らは、後述するように、薄いＰｄ−Ｃｕ膜を非可逆的な機械的損傷から保護するための多数の方法を発見した故、本発明による膜モジュールにおいて、従来の膜モジュールと比較してより薄い水素選択膜の使用が可能となった。
【００７３】
図５に示すように、また、図１１により詳細に示すように、本発明による膜モジュール４４は、異なる厚さの透過側フレーム部材８８および混合ガス側フレーム部材８９を利用することができる。より具体的には、図１１に示すように、透過側フレーム部材の厚さＴ１は、対応する混合ガス側フレーム部材８９の厚さＴ２よりも薄くてもよい。換言すると、支持構造６４に隣接して配置され、および／または支持構造６４に対して封止する、所与の膜４６の低圧力側のフレーム部材８８の厚さＴ１は、供給プレートアセンブリ１００に隣接して配置される、膜の高圧力側のフレーム部材８９の厚さとは異なる。膜４６の端縁は、フレーム部材８８および８９の間に配置され、膜の残部は、細目スクリーン７６によって支持される。より薄いフレーム部材８８は、フレーム部材支持部からマッシュスクリーン支持部までの膜のより円滑な移行を提供し、膜上への機械的な歪みを減少させ、および／または膜の寿命を延ばすことができる。上述したように、フレーム部材８８は、フレーム部材８９の材料よりも高密度を有する材料から製造されることが好ましく、これにより、取り扱いを容易にし、組み立て中の機械的損傷のリスクを減少させることができる。
【００７４】
生成中、例えば、本明細書に記載の膜モジュール４４において利用されるような水素選択膜４６は、圧延による厚さ減少プロセスを経ることで、所望の膜の厚さを達成する。このプロセス中、水素選択膜の硬さは、膜の厚さが圧延によって減少する故、増加する。従って、膜は、通常、アニール熱処理を施すことで、厚さ削減プロセスを実施する前に膜を軟化させる。この実施形態において、膜の硬さは、膜の厚さの削減量を制限することによって制限することで、最終的なアニールプロセス後、水素精製器に搭載される膜は、膜厚の約７０％〜約９５％の厚さを有する。これは、特に膜が支持構造によって支持される領域において脆弱すぎ、および／または故障しやすい、より薄い膜の利用を可能にする。
【００７５】
細目スクリーン７６は、膜に対する機械的損傷のリスクを減少するように選択することができ、この細目スクリーンの実施例を本明細書に記載する。図１１に示すように、膜４６は、フレーム部材によって、また細目スクリーンによって支持される場合、平坦ではない。代わりに、水素選択膜は、細目スクリーンの形状に一致する振れを有する。膜への機械的損傷の可能性を減少させる膜振れにおける振れ幅Ａの最大許容値は、試験により、および／または有限要素解析（ＦＥＡ）等のモデル化手法を通じて決定することができる。従って、細目スクリーンを形成するワイヤの寸法は、予め決定された範囲内となるよう選択することにより、膜振れの最大振れ幅を許容範囲内に留めることができる。
【００７６】
水素精製器において使用される細目スクリーン７６は、任意の適切な編組型またはパターンであることができる。例えば、細目スクリーン７６は、平織、畳織、および／または綾畳織を利用し、またはそれらから形成することができる。本発明によれば、細目スクリーンは、膜振れの振れ幅Ａを所望の最大振れにおける振れ幅以下に保持するように選択することができる。本明細書にて利用される薄い水素選択膜４６用の振れにおける所望の最大振れ幅の例は、１００μｍ以下、９０μｍ以下、８０μｍ以下、７０μｍ以下、６０μｍ以下、５０μｍ以下、４５μｍ以下、４０μｍ以下、３５μｍ以下、３０μｍ以下、および／または２５μｍ以下の振れにおける所望の最大振れ幅Ａを含む。
【００７７】
これを念頭に、細目スクリーン７６が畳織または綾畳織を含む場合、畳織または綾畳織のシュートワイヤ７８の直径は、水素選択膜内の振れにおける所望の最大振れ幅の１．５倍以上、１．６倍以上、１．７倍以上、１．８倍以上、１．９倍以上、および／または２倍以上となるよう選択することができる。付加的または代替的に、畳織または綾畳織のシュートワイヤの直径は、水素選択膜内の振れにおける所望の最大振れ幅の２．５倍以下、２．４倍以下、２．３倍以下、２．２倍以下、２．１倍以下、または２倍以下となるよう選択することができる。
【００７８】
付加的または代替的に、細目スクリーンが平織を含む場合、平織のシュートワイヤの直径は、第１水素選択膜内および第２水素選択膜内の振れにおける所望の最大振れ幅の０．６倍以上、０．７倍以上、０．８倍以上、０．９倍以上、０．９倍以下、１．０倍以下、１．１倍以下、１．２倍以下、１．４倍以下、および／または１．５倍以下となるよう選択することができる。水素選択膜内の振れにおける所望の最大振れ幅Ａ未満の振れ幅を付与し得る平織の細目スクリーンのシュートワイヤ用のシュートワイヤ直径の例は、０．０１ｍｍ以上、０．０１５ｍｍ以上、０．０２ｍｍ以上、０．０２５ｍｍ以上、０．０３ｍｍ以上、０．０３５ｍｍ以上、０．０４ｍｍ以上、０．０４５ｍｍ以上であり、かつ、０．０６ｍｍ以下、０．０５５ｍｍ以下、０．０５ｍｍ以下、０．０４５ｍｍ以下、０．０４ｍｍ以下、０．０３５ｍｍ以下、および／または０．０３ｍｍ以下の直径を含む。水素選択膜内の振れにおける所望の最大振れ幅Ａ未満の振れ幅を提供し得る平織の細目スクリーンのメッシュカウントの例は、１インチ当たり、１５０以上、１７５以上、２００以上、２２５以上、２５０以上、２７５以上、３００以上、３２５以上、３５０以上、３７５以上、および／または４００以上のシュートワイヤのメッシュカウントを含む。平織において、ラップワイヤの直径は、通常、シュートワイヤの直径と同一である。
【００７９】
本発明に従って、水素精製器３８において、または水素精製器３８として使用されるように構成される膜モジュール４４の一実施形態の分解図を図１２に示す。膜モジュールは、複数の膜パック６６と、外側供給プレート１２０の間に中央供給プレート１０２と、２つのエンドプレート１４０の間に挟まり、併せて組み立てられる際に円筒形のエンクロージャ１４２に包囲される供給プレートガスケット１２２と、を備える。この実施形態は、参照符号１５０、１５２、１５４で表した複数のコンプライアンスガスケット９６を備え、これらは、本実施例では膜スタック６５の両端部に配置される。コンプライアンスガスケットは、スタックの長さに沿った膜パックの間に配置することができる。
【００８０】
これらのコンプライアンスガスケットは、膜パックの金属成分の寸法における公差の分散、または、例えば溶解あるいは他の組み立て方法（例えばボルト止め）を通じた膜パックの組み立てによる寸法における分散を補填することができる。コンプライアンスガスケットにより、組み立てプロセス中の置換の範囲をより大きくすることができる一方、許容範囲内で膜パックに印加される負荷を保持することができる。例えば、ガスケット１５０および１５２、またはより厚いガスケット、例えばガスケット１５４等の、複数のガスケットを使用することができる。１つの厚いガスケットまたは複数の薄いガスケットによって、コンプライアンスガスケットの全体の厚さおよび所望の全体の厚さを達成することができる。コンプライアンスガスケットの全体の厚さは、組み立て中のスタックの予測される収縮に基づき、また、使用される組み立て方法による。例えば、ボルト止めされたアセンブリにおいて、コンプライアンスガスケットの厚さは、溶接アセンブリよりも小さいかもしれない。いくつかの実施形態においては、溶接したアセンブリにおいて、厚さが約１．５ｍｍの３つのコンプライアンスガスケットを使用して、膜モジュールの組み立て中における水素選択膜４６に対する機械的損傷を予防した。
【００８１】
図１３は、本発明による、水素精製器として使用するように構成された膜モジュール４４の断面を示す一方、図１４は、図１３の膜モジュールの一部のより詳細な図を示す。膜モジュール４４は、２つのエンドプレート１４０と、膜パック６６からなる構成要素のスタック６５を包囲する円筒形のケーシング１４２と、供給プレート１０２と、多様なフレーム部材および／またはガスケットとを備える。膜モジュール４４は、図１０の分解図に示す膜モジュールに類似している。
【００８２】
改質ガス３６は、供給管１４４を通じて、膜モジュールの供給マニホールド１１０に供給される。供給マニホールド１１０から、改質ガスは、図８に示すように、膜パック６６の間で分割され、膜パックの各供給チャネルを通じて、膜パックに亘って、排出マニホールド１１２に向けて流れる。副産流は、排出管１４８を通じて膜モジュールの外に流れる。
【００８３】
図１３〜図１４に示すように、ブロッカーガスケット２５０は、スタックにおける最終プレートアセンブリとエンドプレートとの間に配置することができる。ブロッカーガスケット２５０は（存在する場合）、供給チャネル１１４と接触する供給プレート１０２における供給チャネル１１４の出口を被覆する。従って、ブロッカーガスケット２５０は、供給マニホールド１１０から、膜モジュール４４の最終チャネル２６０によって画定される開口容積１１９内への流体の流れをブロック、規制および／または妨げることができる。図１３に示すように、ブロッカーガスケット２５０の欠如により、供給マニホールドから開口容積１１９内に供給される改質ガスの一部は、排出管１４８に指向される。しかしながら、ブロッカーガスケット２５０の存在により、開口容積１１９を通じた改質流の流れを妨げることによって、ブロッカーガスケット２５０を含む膜モジュール４４の全体的な効率を高めることができる。試験は、ブロッカーガスケット２５０の存在が、全体的な水素リカバリーを少なくとも１〜２％だけ改善することを示した。
【００８４】
言うまでもなく、図面に示すフレーム部材、ガスケット、膜およびスクリーン部材の形状は、実施例であり、これらの構成要素は、任意の適切な形状であることができる。同様に、ガスケットおよびプレートを通じた流路の構成および配向は、膜モジュールが使用される特定の用途によって可変である。
【００８５】
言うまでもなく、生成流の水素の純度、副産流の水素含有量、副産流を形成する混合ガス流からの水素のパーセンテージ、並びに生成流および副産流の同様の構成要素は、膜モジュールの構築および／または膜モジュールが使用される操作条件によって選択的に可変である。例えば、生成流および副産流の成分は、少なくとも次の要因、即ち、膜モジュールの温度、膜モジュールにおける供給ガスと透過ガスとの間の圧力差、水素選択膜の成分、水素選択膜の劣化、水素選択膜の厚さ、混合ガス流の成分、膜モジュールにおいて使用される水素選択膜の数量、並びに混合ガス、生成流および／または副産流が通過する、連続する膜の数量および流れ構成に応じて、少なくとも部分的に可変である。
【００８６】
本明細書において、第１の構成要素と第２の構成要素との間に配置される「および／または」という用語は、（１）第１の構成要素、（２）第２の構成要素、および（３）第１の構成要素および第２の構成要素のうちの１つを意味する。「および／または」で列挙された複数の構成要素は、同じように、即ちそのように結合された構成要素の「１つまたは複数の」と解釈されるべきである。具体的に特定された構成要素に関連するか否かにかかわらず、「および／または」句によって具体的に特定される構成要素以外の他の構成要素が任意に存在してもよい。従って、非限定的な例として、「備える」等の開放型言語と併せて使用される場合、「Ａおよび／またはＢ」への言及は、一実施形態では、Ａのみ（任意にＢ以外の構成要素を含む）；別の実施形態では、Ｂのみ（任意にＡ以外の構成要素を含む）；更に別の実施形態では、ＡとＢの両方（任意に他の構成要素を含む）を意味する。これらの構成要素は、要素、動作、構造、ステップ、操作、値等を参照することができる。
【００８７】
本明細書において、１つ以上の構成要素の列記に関して「少なくとも１つの」という語句は、列記された構成要素のうちの構成要素の任意の１つ以上から選択される少なくとも１つの構成要素を意味すると理解されるべきであるが、列記された構成要素のうちで具体的に特定された各および全構成要素の少なくとも１つを含むとは限らず、列記された構成要素のうちの構成要素の任意の組み合わせを除外しない。また、これらの具体的に特定された構成要素に関連するか否かに関わらず、この定義は、「少なくとも１つ」という語句が参照する、列記された構成要素のうちで具体的に特定された構成要素以外の構成要素が任意に存在してもよい。従って、非限定的な例として、「ＡおよびＢの少なくとも１つ」（または同等に「ＡまたはＢの少なくとも１つ」または同等に「Ａおよび／またはＢの少なくとも１つ」）は、一実施形態では、Ｂが存在しない（および場合によりＢ以外の構成要素を含む）少なくとも１つの、任意に２つ以上のＡを含み；別の実施形態では、Ａが存在しない（および場合によりＡ以外の構成要素を含む）少なくとも１つの、任意に２つ以上のＢを含み、；更に別の実施形態では、少なくとも１つ、場合により２つ以上のＡ、および少なくとも１つ、場合により２つ以上のＢを含むことができる（場合によっては他の構成要素を含む）。換言すると、「少なくとも１つの」、「１つ以上の」、および「および／または」という句は、操作において結合的かつ分離的である自由な表現である。例えば、「Ａ、ＢおよびＣの少なくとも１つ」、「Ａ、ＢまたはＣの少なくとも１つ」、「１つ以上のＡ、ＢおよびＣ」、「１つ以上のＡ、ＢまたはＣ」、「Ａ、Ｂおよび／またはＣ」は、Ａ単独、Ｂ単独、Ｃ単独、ＡおよびＢ、ＡおよびＣ、ＢおよびＣ、Ａ、ＢおよびＣ、並びに、少なくとも１つの他の構成要素と組み合わせた任意の上記のいずれかを含む。
【００８８】
任意の特許、特許出願、または他の参考文献が本明細書に参照によって組み込まれ、また（１）本発明の組み込まれていない部分または任意の他の組み込まれた参考文献に矛盾する方法で用語を定義し、および／または（２）本発明の組み込まれていない部分または任意の他の組み込まれた参考文献に矛盾する場合、本発明の非組み込み部分が制御され、その中の用語または組み込まれた開示は、その用語が定義され、および／または組み込まれた開示がもともと存在する参考文献のみを制御する。
【００８９】
本明細書において、「適合された」および「構成された」とは、要素、構成要素、または他の主題が、所与の機能を実行するように設計および／または意図されることを意味する。従って、「適合された」および「構成された」という用語の使用は、所定の要素、構成要素、または他の主題が所与の機能を単に「実行できる」ことを意味すると解釈されるべきではなく、要素、構成要素および／または他の主題が、機能を実行する目的で具体的に選択され、作成され、実施され、利用され、プログラムされ、および／または設計されることを意味する。また、特定の機能を実行するように適合されるものとして列挙される要素、構成要素、および／または列挙された主題が、付加的または代替的に、その機能を実行するように構成されていると説明することもでき、その逆も同様であるが、これも本発明の範囲内である。
【００９０】
本明細書において、本発明に係る１つ以上の構成要素、特徴、詳細、構造、実施形態、および／または方法を参照する場合、「例えば」という語句、「例として」および／または単に「例」という用語は、説明された構成要素、特徴、詳細、構造、実施形態、および／または方法が、本発明に係る構成要素、特徴、詳細、構造、実施形態および／または方法の例示的で非限定的な例であることを示すことを意図している。従って、記載された構成要素、特徴、詳細、構造、実施形態、および／または方法は、限定すること、必要とすること、または排他的／網羅的であることを意図するものではなく、構造的および／または機能的に同様および／または同等の構成要素、特徴、詳細、構造、実施形態、および／または方法を含む他の構成要素、特徴、詳細、構造、実施形態、および／または方法も、本発明の範囲内である。
【００９１】
本発明に係る膜モジュール、水素精製器、燃料処理装置および燃料電池システムの例示的で非排他的な実施例は、以下の段落に記載する通りである。
【００９２】
（Ａ１）
水素分離用の膜モジュールであって、前記膜モジュールは、
相互に隣接して配置される膜パックのスタックを任意に含む複数の膜パックを備え、各膜パックは、
（i）第１透過面および対向する第１混合ガス面を画定する第１水素選択膜と、
（ii）第２透過面および対向する第２混合ガス面を画定する第２水素選択膜と、
（iii）流体透過支持構造であって、前記第１透過面の少なくとも中央領域および前記第２透過面の少なくとも中央領域に物理的に接触し、支持するように、また、前記第１透過面の中央領域が、前記第２透過面の中央領域から離間するように、前記第１水素選択膜および前記第２水素選択膜の間に配置される支持構造と、
を備える、膜モジュール。
【００９３】
（Ａ２）
段落Ａ１に記載の膜モジュールであって、各膜パックは、更に、
（i）第１透過側フレーム部材が、前記第１透過面の周辺領域および前記支持構造の周辺領域に物理的に接触し、支持するように、前記第１水素選択膜および前記支持構造の間に挿入される前記第１透過側フレーム部材と、
（ii）第２透過側フレーム部材が、前記第２透過面の周辺領域および前記支持構造の周辺領域に物理的に接触し、支持するように、前記第２水素選択膜および前記支持構造の間に挿入される前記第２透過側フレーム部材と、
（iii）前記第１混合ガス面の周辺領域に物理的に接触し、支持するように配置される第１混合ガス側フレーム部材と、
（iv）前記第２混合ガス面の周辺領域に物理的に接触し、支持するように配置される第２混合ガス側フレーム部材と、
を含む、膜モジュール。
【００９４】
（Ａ３）
段落Ａ１〜Ａ２のいずれかに記載の膜モジュールであって、
（i）前記第１透過側フレーム部材は、前記第１透過面の周辺領域と前記支持構造の周辺領域との間に流体シールを形成するように構成され、また、
（ii）前記第２透過側フレーム部材は、前記第２透過面の周辺領域と前記支持構造の周辺領域との間に流体シールを形成するように構成される、膜モジュール。
【００９５】
（Ａ４）
段落Ａ１〜Ａ３のいずれかに記載の膜モジュールであって、
（i）前記第１透過側フレーム部材の厚さは、前記第１混合ガス側フレーム部材の厚さよりも薄いか、
（ii）前記第２透過側フレーム部材の厚さは、前記第２混合ガス側フレーム部材の厚さよりも薄いか、
のうち少なくとも一方である、膜モジュール。
【００９６】
（Ａ５）
段落Ａ４に記載の膜モジュールであって、
（i）前記第１透過側フレーム部材の厚さは、前記第１混合ガス側フレーム部材の厚さの９５％未満、９０％未満、８５％未満、８０％未満、７５％未満、７０％未満、６５％未満、６０％未満、５５％未満、５２％未満、５０％未満、または４５％未満であるか、
（ii）前記第２透過側フレーム部材の厚さは、前記第２混合ガス側フレーム部材の厚さの９５％未満、９０％未満、８５％未満、８０％未満、７５％未満、７０％未満、６５％未満、６０％未満、５５％未満、５２％未満、５０％未満、または４５％未満であるか、
のうち少なくとも一方である、膜モジュール。
【００９７】
（Ａ６）
段落Ａ４〜Ａ５のいずれかに記載の膜モジュールであって、
前記第１透過側フレーム部材の厚さおよび前記第２透過側フレーム部材の厚さのうち少なくとも一方が、
（i）０．０５ｍｍ以上、０．０７５ｍｍ以上、０．１ｍｍ以上、または０．１２５ｍｍ以上であるか、
（ii）０．２５ｍｍ以下、０．２０ｍｍ以下、０．１７５ｍｍ以下、０．１５ｍｍ以下、または０．１２５ｍｍ以下であるか、
のうち少なくとも一方である、膜モジュール。
【００９８】
（Ａ７）
段落Ａ４〜Ａ６のいずれかに記載の膜モジュールであって、
前記第１混合ガス側フレーム部材の厚さおよび前記第２混合ガス側フレーム部材の厚さのうち少なくとも一方が、
（i）０．１５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以上、０．２５ｍｍ以上、または０．３ｍｍ以上であるか、
（ii）０．６ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、０．４５ｍｍ以下、０．４ｍｍ以下、または０．３５ｍｍ以下であるか、
のうち少なくとも一方である、膜モジュール。
【００９９】
（Ａ８）
段落Ａ２〜Ａ７のいずれかに記載の膜モジュールであって、
（i）前記第１透過側フレーム部材は、第１透過側フレーム部材密度を有し、更に、前記第１混合ガス側フレーム部材は、前記第１透過側フレーム部材密度の閾値割合未満である第１混合ガス側フレーム部材密度を有するか、
（ii）前記第２透過側フレーム部材は、第２透過側フレーム部材密度を有し、更に、前記第２混合ガス側フレーム部材は、前記第１透過側フレーム部材密度の閾値割合未満である第２混合ガス側フレーム部材密度を有するか、
のうち、少なくとも一方である、膜モジュール。
【０１００】
（Ａ９）
段落Ａ８に記載の膜モジュールであって、前記閾値割合は、９５％、９０％、８５％、８０％、７８％、７５％、７０％または６５％である、膜モジュール。
【０１０１】
（Ａ１０）
段落Ａ８〜Ａ９のいずれかに記載の膜モジュールであって、前記第１透過側フレーム部材密度および前記第２透過側フレーム部材密度のうち少なくとも一方は、
（i）１ｇ／ｃｃ以上、１．１ｇ／ｃｃ以上、１．２ｇ／ｃｃ以上、１．３ｇ／ｃｃ以上、１．４ｇ／ｃｃ以上、または１．５ｇ／ｃｃ以上であるか、
（ii）１．８ｇ／ｃｃ以下、１．７ｇ／ｃｃ以下、１．６ｇ／ｃｃ以下、１．５ｇ／ｃｃ以下、または１．４ｇ／ｃｃ以下であるか、
のうち少なくとも一方である、膜モジュール。
【０１０２】
（Ａ１１）
段落Ａ８〜Ａ１０のいずれかに記載の膜モジュールであって、前記第１混合ガス側フレーム部材密度および前記第２混合ガス側フレーム部材密度のうち少なくとも一方は、
（i）０．７ｇ／ｃｃ以上、０．８ｇ／ｃｃ以上、０．９ｇ／ｃｃ以上、１ｇ／ｃｃ以上、１．１ｇ／ｃｃ以上、または１．２ｇ／ｃｃ以上であるか、
（ii）１．４ｇ／ｃｃ以下、１．３ｇ／ｃｃ以下、１．２ｇ／ｃｃ以下、１．１ｇ／ｃｃ以下、または１ｇ／ｃｃ以下であるか、
のうち少なくとも一方である、膜モジュール。
【０１０３】
（Ａ１２）
段落Ａ１〜Ａ１１のいずれかに記載の膜モジュールであって、前記第１透過側フレーム部材、前記第２透過側フレーム部材、前記第１混合ガス側フレーム部材、および前記第２混合ガス側フレーム部材のうち少なくとも１つは、ガスケットおよびグラファイトガスケットのうち少なくとも一方を含む、膜モジュール。
【０１０４】
（Ａ１３）
段落Ａ１〜Ａ１２のいずれかに記載の膜モジュールであって、前記支持構造は、スクリーン構造を含む、膜モジュール。
【０１０５】
（Ａ１４）
段落Ａ１３に記載の膜モジュールであって、前記スクリーン構造は、２つの細目スクリーンを含む、膜モジュール。
【０１０６】
（Ａ１５）
段落Ａ１４に記載の膜モジュールであって、前記２つの細目スクリーンは、少なくとも１つの平織の細目スクリーンを含む、膜モジュール。
【０１０７】
（Ａ１６）
段落Ａ１５に記載の膜モジュールであって、前記平織の細目スクリーンのシュートワイヤの直径を選択して、前記第１水素選択膜内および前記第２水素選択膜内において、所望の最大振れにおける振れ幅よりも小さい振れを与える、膜モジュール。
【０１０８】
（Ａ１７）
段落Ａ１４〜Ａ１５のいずれかに記載の膜モジュールであって、前記平織の細目スクリーンのシュートワイヤの直径は、前記第１水素選択膜内および前記第２水素選択膜内における所望の最大振れにおける振れ幅の０．９倍以下、１．０倍以下、１．１倍以下、１．２倍以下、１．４倍以下、または１．５倍以下である、膜モジュール。
【０１０９】
（Ａ１８）
段落Ａ１６〜Ａ１７のいずれかに記載の膜モジュールであって、所望の最大振れにおける振れ幅は、１００μｍ以下、９０μｍ以下、８０μｍ以下、７０μｍ以下、６０μｍ以下、５０μｍ以下、４５μｍ以下、４０μｍ以下、３５μｍ以下、３０μｍ以下、または２５μｍ以下である、膜モジュール。
【０１１０】
（Ａ１９）
段落Ａ１４〜Ａ１８のいずれかに記載の膜モジュールであって、前記平織の細目スクリーンのシュートワイヤの直径は、０．０１ｍｍ以上、０．０１５ｍｍ以上、０．０２ｍｍ以上、０．０２５ｍｍ以上、０．０３ｍｍ以上、０．０３５ｍｍ以上、０．０４ｍｍ以上、０．０４５ｍｍ以上であり、かつ、０．０６ｍｍ以下、０．０５５ｍｍ以下、０．０５ｍｍ以下、０．０４５ｍｍ以下、０．０４ｍｍ以下、０．０３５ｍｍ以下、および／または０．０３ｍｍ以下である、膜モジュール。
【０１１１】
（Ａ２０）
段落Ａ１４〜Ａ１８のいずれかに記載の膜モジュールであって、前記平織の細目スクリーンは、１インチ当たり、１５０以上、１７５以上、２００以上、２２５以上、２５０以上、２７５以上、３００以上、３２５以上、３５０以上、３７５以上、または４００以上のシュートワイヤを含む、膜モジュール。
【０１１２】
（Ａ２１）
段落Ａ１４〜Ａ２０のいずれかに記載の膜モジュールであって、前記２つの細目スクリーンは、少なくとも１つの畳織の細目スクリーンを含み、任意に、前記少なくとも１つの畳織の細目スクリーンは、少なくとも１つの綾畳織の細目スクリーンを含む、膜モジュール。
【０１１３】
（Ａ２２）
段落Ａ２１に記載の膜モジュールであって、前記畳織の細目スクリーンのシュートワイヤの直径を選択して、前記第１水素選択膜内および前記第２水素選択膜内において、所望の最大振れにおける振れ幅よりも小さい振れを付与する、膜モジュール。
【０１１４】
（Ａ２３）
段落Ａ２１〜Ａ２２のいずれかに記載の膜モジュールであって、前記畳織の細目スクリーンのシュートワイヤの直径は、
（i）前記第１水素選択膜内および前記第２水素選択膜内における所望の最大振れにおける振れ幅の１．５倍以上、１．６倍以上、１．７倍以上、１．８倍以上、１．９倍以上、または２倍以上であるか、
（ii）前記第１水素選択膜内および前記第２水素選択膜内における所望の最大振れにおける振れ幅の２．５倍以下、２．４倍以下、２．３倍以下、２．２倍以下、２．１倍以下、または２倍以下であるか、
のうち少なくとも一方である、膜モジュール。
【０１１５】
（Ａ２４）
段落Ａ２２〜Ａ２３のいずれかに記載の膜モジュールであって、所望の最大振れにおける振れ幅は、１００μｍ以下、９０μｍ以下、８０μｍ以下、７０μｍ以下、６０μｍ以下、５０μｍ以下、４５μｍ以下、４０μｍ以下、３５μｍ以下、３０μｍ以下、または２５μｍ以下である、膜モジュール。
【０１１６】
（Ａ２５）
段落Ａ１４〜Ａ２４のいずれかに記載の膜モジュールであって、前記スクリーン構造は、更に、前記２つの細目スクリーンの間に配置される平面の粗目スクリーンを含む、膜モジュール。
【０１１７】
（Ａ２６）
段落Ａ２５に記載の膜モジュールであって、前記平面の粗目スクリーンは、粗い線径を有する粗いワイヤから形成され、前記２つの細目スクリーンは、細かい線径を有する細かいワイヤから形成され、更に、前記粗い線径は、前記細かい線径よりも２倍以上、３倍以上、４倍以上、５倍以上、６倍以上、８倍以上、または１０倍以上だけ大きい、膜モジュール。
【０１１８】
（Ａ２７）
段落Ａ１〜Ａ２６のいずれかに記載の膜モジュールであって、前記複数の膜パックは、膜パックのスタックを含み、更に、前記膜モジュールは、
（i）前記膜パックのスタックにおける各隣接する対の膜パックの間に配置される、対応する供給プレートアセンブリと、
（ii）前記膜パックのスタックの第１端部上における第１エンドプレートと、
（iii）前記膜パックのスタックの第２端部上における第２エンドプレートと、
を含む、膜モジュール。
【０１１９】
（Ａ２８）
段落Ａ２７に記載の膜モジュールであって、前記対応する供給プレートアセンブリは、
（i）各隣接する対となる膜パックの第１膜パックの第１水素選択膜の第１混合ガス面によって、また、各隣接する対となる膜パックの第２膜パックの第２水素選択膜の第２混合ガス面によって、少なくとも部分的に画定された、対応する混合ガス領域に混合ガス流を供給し、
（ii）前記混合ガス領域から副産流を受容する
ように構成される、膜モジュール。
【０１２０】
（Ａ２９）
段落Ａ２７〜Ａ２８のいずれかに記載の膜モジュールであって、前記膜モジュールは、更に、
（i）少なくとも１つの隣接する対となる膜パックの間に配置されるか、
（ii）前記膜パックのスタックと、前記第１エンドプレートおよび前記第２エンドプレートのうち少なくとも一方との間に配置されるか、
のうち、少なくとも一方であるコンプライアンスガスケットを含む、膜モジュール。
【０１２１】
（Ａ３０）
段落Ａ２９に記載の膜モジュールであって、前記コンプライアンスガスケットの厚さは、前記第１透過側フレーム部材、前記第２透過側フレーム部材、前記第１混合ガス側フレーム部材、および前記第２混合ガス側フレーム部材の厚さの少なくとも閾値倍数であり、閾値倍数は、２倍以上、４倍以上、６倍以上、８倍以上、１０倍以上、１２倍以上、１４倍以上、１６倍以上、１８倍以上、または２０倍以上である、膜モジュール。
【０１２２】
（Ａ３１）
段落Ａ２９〜Ａ３０のいずれかに記載の膜モジュールであって、前記コンプライアンスガスケットは、前記膜モジュールの組み立て時に、圧縮されて、前記膜モジュールの過剰圧縮の可能性を減らすように構成される、膜モジュール。
【０１２３】
（Ａ３２）
段落Ａ２９〜Ａ３１のいずれかに記載の膜モジュールであって、前記コンプライアンスガスケットの厚さは、０．２５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以上、０．７５ｍｍ以上、１ｍｍ以上、１．２５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以上であり、かつ、２．５ｍｍ以下、２．２５ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１．７５ｍｍ以下、および／または１．５ｍｍ以下である、膜モジュール。
【０１２４】
（Ａ３３）
段落Ａ２７〜Ａ３２のいずれかに記載の膜モジュールであって、前記膜モジュールは、更に、
（i）混合ガス流を、隣接する膜パックの間に画定された対応する混合ガス領域に供給するための供給用マニホールドと、
（ii）対応する混合ガス領域から副産流を除去するための排出用マニホールドと、
を含む、膜モジュール。
【０１２５】
（Ａ３４）
段落Ａ３３に記載の膜モジュールであって、前記対応する供給プレートアセンブリは、
（i）少なくとも１つの供給チャネルおよび少なくとも１つの排出チャネルを含む供給プレートであって、前記膜パックのスタックと、前記第１エンドプレートおよび前記第２エンドプレートのうち選択されたエンドプレートと間に配置される、前記供給プレートと、
（ii）前記供給プレートと前記選択されたエンドプレートとの間に配置される供給フレームであって、前記供給プレートの周辺の周囲に形成され、前記供給プレートと前記選択されたエンドプレートとの間に開口容積を形成する前記供給フレームと、
を含む、膜モジュール。
【０１２６】
（Ａ３５）
段落Ａ３４に記載の膜モジュールであって、前記膜モジュールは、更に、前記供給プレートと前記選択されたエンドプレートとの間に配置されるブロッカーガスケットであって、前記開口容積を介して、前記少なくとも１つの供給チャネルと、前記少なくとも１つの排出チャネルとの間の流路をブロックするように構成される前記ブロッカーガスケットを含み、任意に、前記ブロッカーガスケットは、前記供給プレートの周辺の周囲に形成される、膜モジュール。
【０１２７】
（Ａ３６）
段落Ａ１〜Ａ３５のいずれかに記載の膜モジュールであって、前記第１水素選択膜の第１厚さと、前記第２水素選択膜の第２厚さとが、２５μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ以下、１０μｍ以下、５μｍ以下であり、かつ、１μｍ以上、２μｍ以上、４μｍ以上、６μｍ以上、８μｍ以上、１０μｍ以上、および１２μｍ以上のうち少なくとも１つである、膜モジュール。
【０１２８】
（Ａ３７）
段落Ａ１〜Ａ３６のいずれかに記載の膜モジュールであって、前記第１水素選択膜および前記第２水素選択膜のうち少なくとも一方は、金属、貴金属、金属合金、二元合金、三元合金、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム−銅（Ｐｄ−Ｃｕ）合金、パラジウム−イットリウム合金、およびパラジウム−ルテニウム合金のうち少なくとも１つから形成される、膜モジュール。
【０１２９】
（Ａ３８）
段落Ａ１〜Ａ３７のいずれかに記載の膜モジュールであって、前記第１水素選択膜および前記第２水素選択膜のうち少なくとも一方は、Ｐｄ−Ｃｕ合金を含み、該Ｐｄ−Ｃｕ合金は、１５重量％（ｗｔ％）以上、２０重量％以上、２５重量％以上、３０重量％以上、３５重量％以上、４０重量％以上、４５重量％以上、５０重量％以上、６０重量％以下、５５重量％以下、５３重量％以下、５０重量％以下、４５重量％以下、４０重量％以下、３５重量％以下、３０重量％以下、および２５重量％以下のうち少なくとも１つの銅成分を有する、膜モジュール。
【０１３０】
（Ａ３９）
燃料処理装置であって、
供給流を受容し、そこから混合ガス流を生成するように構成される水素生成領域と、
段落Ａ１〜Ａ３８のいずれかに記載の前記膜モジュールであって、混合ガス流を受容し、前記混合ガス流を製品水素流および副産流に分離するように構成される前記膜モジュールを含む水素精製器と、
を備える、燃料処理装置。
【０１３１】
（Ａ４０）
段落Ａ３９に記載の燃料処理装置であって、前記水素生成領域は、改質領域を含む、燃料処理装置。
【０１３２】
（Ａ４１）
段落Ａ３９〜Ａ４０のいずれかに記載の燃料処理装置であって、前記燃料処理装置は、更に、供給流を前記水素生成領域に供給するように構成される供給流供給システムを含む、燃料処理装置。
【０１３３】
（Ａ４２）
燃料電池システムであって、
段落Ａ３９〜Ａ４１のいずれかに記載の前記燃料処理装置と、
前記燃料処理装置から前記製品水素流を受容し、そこから電流を発生させるように構成される燃料電池スタックと、
を備える、燃料電池システム。
【０１３４】
（Ａ４３）
段落Ａ４２に記載の燃料電池スタックであって、前記燃料電池システムは、更に、前記燃料電池スタックからの電流を受容するように構成されるエネルギー消費装置を含む、燃料電池スタック。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本明細書に記載の膜モジュール、水素精製器、燃料処理装置、および燃料電池は、水素生成、水素精製および水素消費産業に適用可能である。
【０１３６】
上述の開示内容は、独立した有用性を伴う複数の異なる発明を包含している。これらの発明のそれぞれは好ましい形態で記載してきたが、本明細書に記載されかつ図示されたようなこれら発明の具体的な実施形態は、多数の変形形態が可能なように、限定的な意味で考えられるべきではない。本発明の主題は、様々な要素、特徴、機能、および／または本明細書に記載された性質の、全ての新しくかつ自明でない組み合わせおよびサブコンビネーションを含む。同様に、請求項が「一の」または「第１の」要素または同等のものを引用する箇所では、そのような請求項は、一つまたは複数のそのような要素の集合体を、２つまたはそれ以上のそのような構成要素を要求することも排除することもなく含むと理解されたい。
【０１３７】
添付の特許請求の範囲は、記載された発明の１つに向けられ、また新規かつ非明白なある組合せおよびサブコンビネーションを特に指摘するものと信じる。特徴、機能、要素、および／または特性の他の組合せおよびサブコンビネーションで具現化された発明は、現在の特許請求の範囲の請求項の補正または本願または関連出願での新たな請求項の提示によって請求し得る。こうした補正または新たな請求項は、これらが異なる発明に向けられているか、あるいは同じ発明に向けられているか、出願当初の特許請求の範囲の請求項に対して範囲が異なるか、より広いか、より狭いか、あるいは等しいかに拘わらず、本願明細書の開示事項の本発明の主題内に含まれるものとみなされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３８】
【特許文献１】米国特許第７９７２４２０号明細書
【図１】
2018176156.tif 000003
【図２】
2018176156.tif 000004
【図３】
2018176156.tif 000005
【図４】
2018176156.tif 000006
【図５】
2018176156.tif 000007
【図６】
2018176156.tif 000008
【図７】
2018176156.tif 000009
【図８】
2018176156.tif 000010
【図９】
2018176156.tif 000011
【図１０】
2018176156.tif 000012
【図１１】
2018176156.tif 000013
【図１２】
2018176156.tif 000014
【図１３】
2018176156.tif 000015
【図１４】
2018176156.tif 000016
【外国語明細書】
2018176156000001.pdf