(57)【要約】【課題】水素発生アセンブリ、水素純化デバイス、およびそれらの構成要素、ならびにそれらのアセンブリ、デバイス、および構成要素を製造する方法を提供する。【解決手段】いくつかの実施形態において、アセンブリは、加熱排気流から液体含有供給原料流に熱を伝達するように構成されたパッキング材料を備える蒸発領域、および／または燃焼領域に隣接するとともに筐体の外部温度を低下させるように構成された断熱ベースを備えてもよい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水および炭素含有原材料を含む少なくとも１つの液体含有供給原料流を受け、主要成分としての水素ガスおよび他のガスを含むリフォーメート流を発生させるように構成された、蒸気改質水素発生アセンブリであって、
前記少なくとも１つの液体含有供給原料流の少なくとも一部分を受け、蒸発させて、蒸気供給原料流を形成するように構成された、蒸発領域と、
改質触媒を含む、および前記蒸気供給原料流を受け、蒸気改質反応により前記リフォーメート流を生成するように構成された、水素生成領域と、
前記蒸発領域を少なくとも最低蒸発温度にまで加熱するために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であって、前記蒸発領域は、前記加熱排気流から前記少なくとも１つの液体含有供給原料流に熱を伝達するように構成されたパッキング材料を備える、加熱アセンブリと、
を備える、蒸気改質水素発生アセンブリ。
【請求項２】
前記蒸発領域は、前記加熱アセンブリと前記水素生成領域との間に配設された管材を備え、前記パッキング材料は、前記管材の少なくとも一部分内に収容される、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記パッキング材料は、前記少なくとも１つの液体含有供給原料流の前記少なくとも一部分の蒸発を促進するために複数の核生成部位を形成するようにさらに構成される、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記パッキング材料は、前記複数の核生成部位の少なくとも一部分を提供する複数の不整表面を備える、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記パッキング材料は、前記加熱排気流から前記少なくとも１つの液体含有供給原料流に熱を伝達するように構成された複数の金属棒を備える、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記複数の金属棒は、銅線およびアルミニウム線の少なくとも一方の複数の部分を含む、請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記蒸発領域および前記水素生成領域が中に収容される筐体と、
前記筐体の外部に位置し、前記筐体の少なくとも一部分に対して装着される、熱伝達アセンブリであって、前記熱伝達アセンブリに対して装着される１つまたは複数の外部ヒータから前記筐体の前記少なくとも一部分に熱を伝達するように構成される、熱伝達アセンブリと、
をさらに備える、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項８】
筐体であって、前記蒸発領域および前記水素生成領域は、前記筐体内に収容され、前記加熱アセンブリは、少なくとも１つの空気流および少なくとも１つの燃料流を受け、前記筐体内に収容される燃焼領域内において前記少なくとも１つの燃料流を燃焼して、前記加熱排気流を生成するように構成される、筐体と、
前記筐体の外部温度を低下させるように構成された断熱ベースであって、前記断熱ベースは、前記燃焼領域に隣接して位置し、前記筐体は、前記断熱ベースに支持され、前記断熱ベースは、断熱材料および前記断熱材料を貫通して延在する少なくとも１つの通路を備え、前記少なくとも１つの通路は、前記燃焼領域と流体連通状態にある、断熱ベースと、
をさらに備える、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記加熱アセンブリは、燃料流を点火するように構成された点火器アセンブリを備え、前記点火器アセンブリは、酸素の存在下において水素を燃焼するように構成された触媒活性コーティングを有する点火器素子を備える、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
少なくとも１つの供給原料流を受け、主要成分としての水素ガスおよび他のガスを含むリフォーメート流を発生させるように構成された、蒸気改質水素発生アセンブリであって、
筐体と、
前記筐体内に収容され、改質触媒を備える、水素生成領域であって、蒸気改質反応により前記少なくとも１つの供給原料流から前記リフォーメート流を生成するように構成される、水素生成領域と、
少なくとも１つの空気流および少なくとも１つの燃料流を受け、前記筐体内に収容される燃焼領域内において前記少なくとも１つの燃料流を燃焼して、少なくとも前記水素生成領域を少なくとも最低水素生成温度に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、
前記筐体の外部温度を低下させるように構成された断熱ベースであって、前記断熱ベースは、前記燃焼領域に隣接して位置し、前記筐体は、前記断熱ベースに支持され、前記断熱ベースは、断熱材料、および前記断熱材料を貫通して延在する少なくとも１つの通路を備え、前記少なくとも１つの通路は、前記燃焼領域と流体連通状態にある、断熱ベースと、
を備える、蒸気改質水素発生アセンブリ。
【請求項１１】
前記断熱ベースは、前記断熱材料内に少なくとも１つの空洞部をさらに備え、前記少なくとも１つの空洞部は、（ａ）前記少なくとも１つの空気流の少なくとも一部分を生成するように構成された空気ブロワを少なくとも部分的に受けるようにサイズ設定され、（ｂ）前記少なくとも１つの通路と流体連通状態にある、請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの通路は、曲線パターンで構成された複数の通路を備える、請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記複数の通路は、円形パターンで構成される、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記筐体は、上部部分および下部部分を備え、前記断熱ベースは、前記下部部分に隣接し、前記上部部分から離間される、請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記加熱アセンブリは、燃料流を点火するように構成された点火器アセンブリを備え、前記点火器アセンブリは、酸素の存在下において水素を燃焼するように構成された触媒活性コーティングを有する点火器素子を備える、請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
前記筐体の外部に位置し、前記筐体の少なくとも一部分に対して装着される、熱伝達アセンブリであって、前記熱伝達アセンブリに対して装着される１つまたは複数の外部ヒータから前記筐体の前記少なくとも一部分に熱を伝達するように構成される、熱伝達アセンブリをさらに備える、請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
少なくとも１つの供給原料流を受け、主要成分としての水素ガスおよび他のガスを含有するリフォーメート流を発生させるように構成された、蒸気改質水素発生アセンブリであって、
改質触媒を含み、前記少なくとも１つの供給原料流を受け、蒸気改質反応により前記リフォーメート流を生成するように構成された、水素生成領域と、
前記水素生成領域と熱連通状態にある加熱アセンブリであって、前記加熱アセンブリは、少なくとも１つの燃料流を点火するように構成された点火器アセンブリを備え、前記点火器アセンブリは、酸素の存在下において水素を燃焼するように構成された触媒活性コーティングを有する点火器素子を備える、加熱アセンブリと、
を備える、蒸気改質水素発生アセンブリ。
【請求項１８】
前記点火器アセンブリは、前記点火器素子の少なくとも一部に対して装着された線をさらに備え、前記線は、電源と電気接続状態にある、請求項１７に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
前記線は、前記点火器素子の少なくとも一部の周囲に巻き付けられる、請求項１８に記載のアセンブリ。
【請求項２０】
前記触媒活性コーティングは、白金、ロジウム、およびパラジウムの中の少なくとも１つを含む、請求項１７に記載のアセンブリ。
【請求項２１】
前記点火器素子は、セラミック材料および金属材料の少なくとも一方を含む、請求項１７に記載のアセンブリ。
【請求項２２】
少なくとも１つの供給原料流を受け、主要成分としての水素ガスおよび他のガスを含むリフォーメート流を発生させるように構成された、蒸気改質水素発生アセンブリであって、
筐体と、
前記筐体内に収容され、改質触媒を備える、水素生成領域であって、蒸気改質反応により前記少なくとも１つの供給原料流から前記リフォーメート流を生成するように構成される、水素生成領域と、
前記筐体の外部に位置し、前記筐体の少なくとも一部分に対して装着される、熱伝達アセンブリであって、前記熱伝達アセンブリに対して装着される１つまたは複数の外部ヒータから前記筐体の前記少なくとも一部分に熱を伝達するように構成される、熱伝達アセンブリと、
を備える、蒸気改質水素発生アセンブリ。
【請求項２３】
前記熱伝達アセンブリは、前記筐体の前記少なくとも一部分に対して装着される金属バンドを備える、請求項２２に記載のアセンブリ。
【請求項２４】
前記金属バンドは、アルミニウムを含む、請求項２３に記載のアセンブリ。
【請求項２５】
前記１つまたは複数の外部ヒータは、前記熱伝達アセンブリにより加熱される前記筐体の前記少なくとも一部分の表面積よりも小さな総加熱表面積を備える、請求項２３に記載のアセンブリ。
【請求項２６】
前記１つまたは複数の外部ヒータは、前記熱伝達アセンブリにより加熱される前記筐体の前記少なくとも一部分の前記表面積よりも実質的に小さな総加熱表面積を備える、請求項２５に記載のアセンブリ。
【請求項２７】
第１の端部フレームおよび第２の端部フレームであって、
水素ガスおよび他のガスを含む混合ガス流を受けるように構成された入力ポート、
前記混合ガス流よりも高濃度の水素ガスおよび低濃度の前記他のガスの少なくとも一方を含む透過流を受けるように構成された出力ポート、および
前記他のガスの少なくとも実質的な部分を含む副生成物流を受けるように構成された副生成物ポートを備える、第１の端部フレームおよび第２の端部フレームと、
前記第１の端部フレームと前記第２の端部フレームとの間に配設され、前記第１の端部フレームおよび前記第２の端部フレームに対して固定される、少なくとも１つの水素選択膜であって、前記少なくとも１つの水素選択膜は、供給原料側部および透過側部を有し、前記透過流の少なくとも一部が、前記供給原料側部から前記透過側部に通過する前記混合ガス流の部分から形成され、前記供給原料側部に留まる前記混合ガス流の残留部分が、前記副生成物流の少なくとも一部を形成する、少なくとも１つの水素選択膜と、
前記第１の端部フレームおよび前記第２の端部フレームと前記少なくとも１つの水素選択膜との間に配設される複数のフレームであって、前記複数のフレームの各フレームが、開領域およびフレーム平面を画定する周囲シェルを備え、少なくとも第１の膜支持構造体は、前記開領域内へと延在し、前記少なくとも第１の膜支持構造体のそれぞれが、第１の膜支持平面内において、前記複数のフレームの他の第１の膜支持構造体と同一平面内に位置し、前記第１の膜支持平面は、前記複数のフレームの各フレームの前記フレーム平面に対して垂直に位置する、複数のフレームと、
を備える、水素純化デバイス。
【請求項２８】
前記少なくとも第１の膜支持構造体は、前記第１の端部フレームおよび前記第２の端部フレームに対して前記複数のフレームを固定するために少なくとも１つの固定具を受けるように構成された１つまたは複数のレセプタクルを備える、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記少なくとも第１の膜支持構造体は、前記周囲シェルと共に形成される、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記複数のフレームはそれぞれ、前記開領域内へと延在する少なくとも第２の膜支持構造体を備え、前記少なくとも第２の膜支持構造体はそれぞれ、第２の膜支持平面内において、前記複数のフレームの他のフレームの他の第２の膜支持構造体と同一平面内に位置し、前記第２の膜支持平面は、前記第１の膜支持平面から離間され、前記フレーム平面に対して垂直である、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記周囲シェルは、第１の対向側部および第２の対向側部を備え、前記少なくとも第１の膜支持構造体は、前記第１の対向側部から前記開領域内へと延在し、前記少なくとも第２の膜支持構造体は、前記第２の対向側部から前記開領域内へと延在する、請求項３０に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記複数のフレームは、前記第１の端部フレームおよび前記第２の端部フレームの少なくとも一方と前記少なくとも１つの水素選択膜との間に配設された少なくとも１つの供給原料フレームを備え、
前記少なくとも１つの供給原料フレームが、
供給原料フレーム周囲シェルと、
前記供給原料フレーム周囲シェルに形成され、前記入力ポートから前記混合ガス流の少なくとも一部を受けるように構成された、入力導管と、
前記供給原料フレーム周囲シェルに形成され、前記少なくとも１つの水素選択膜の前記供給原料側部に留まる前記混合ガス流の前記少なくとも一部の残留部分を受けるように構成される、出力導管と、
前記入力導管と前記出力導管との間に配設される供給原料フレーム開領域と、
前記少なくとも１つの水素選択膜の第１の部分を支持するための、前記第１の膜支持平面内の少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体であって、前記混合ガス流の前記少なくとも一部が前記供給原料フレーム開領域を越えて前記入力導管と前記出力導管との間に流れる際に、前記混合ガス流の前記少なくとも一部の流れの方向を変更するようにさらに構成された、少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体と、
をさらに備える、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体を用いないことにより、前記供給原料フレーム開領域を越える前記入力導管と前記出力導管との間の前記混合ガス流の前記少なくとも一部の流れが、少なくとも第１の方向に移動し、前記少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体は、前記少なくとも第１の方向から前記少なくとも第１の方向とは異なる少なくとも第２の方向に前記混合ガス流の前記少なくとも一部の前記流れを変更するように構成される、請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３４】
前記入力導管から前記供給原料フレーム開領域に向かう前記混合ガス流の前記少なくとも一部の流れが、ほぼ第３の方向へのものであり、前記少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体は、前記供給原料フレーム周囲シェルから前記第３の方向に対してほぼ平行な第４の方向に延在し、前記少なくとも第１の膜支持構造体は、前記複数のフレームの他のフレームの前記周囲シェルから前記第４の方向に延在する、請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３５】
前記入力導管から前記供給原料フレーム開領域の方向への前記混合ガス流の前記少なくとも一部の流れが、ほぼ第３の方向へのものであり、前記少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体は、前記供給原料フレーム周囲シェルから前記第３の方向に対してほぼ垂直な第４の方向に延在し、前記少なくとも第１の膜支持構造体は、前記複数のフレームの他のフレームの前記周囲シェルから前記第４の方向に延在する、請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３６】
前記供給原料フレーム周囲シェルは、前記開領域で前記入力導管および前記出力導管を流体連結する複数のチャネルを備える、請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３７】
前記複数のフレームは、少なくとも１つの透過フレームをさらに備え、前記少なくとも１つの水素選択膜は、前記第１の端部フレームおよび前記第２の端部フレームの一方と前記少なくとも１つの透過フレームとの間に配設され、
前記少なくとも１つの透過フレームが、
透過フレーム周囲シェルと、
前記透過フレーム周囲シェルに形成され、前記少なくとも１つの水素選択膜から前記透過流の前記少なくとも一部を受けるように構成された、出力導管と、
前記透過フレーム周囲シェルにより囲まれる透過フレーム開領域と、
前記少なくとも１つの水素選択膜の第１の部分を支持するための、前記第１の膜支持平面内の少なくとも１つの透過フレーム膜支持構造体と、
を備える、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項３８】
前記複数のフレームは、前記少なくとも１つの水素選択膜を支持するように構成された少なくとも１つのマイクロスクリーン構造体をさらに備え、前記少なくとも１つのマイクロスクリーン構造体は、前記透過側部に対して支持を与えるように構成されたほぼ対向し合う表面と、前記対向し合う表面間に延在する複数の流体通路とを備え、前記少なくとも１つのマイクロスクリーン構造体は、ステンレス鋼をさらに含み、前記ステンレス鋼は、前記ステンレス鋼と前記少なくとも１つの水素選択膜との間における金属間拡散を防止するように構成された酸化アルミニウム層を含む、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項３９】
第１の端部プレートおよび第２の端部プレートであって、
水素ガスおよび他のガスを含む混合ガス流を受けるように構成された入力ポート、
前記混合ガス流よりも高濃度の水素ガスおよび低濃度の前記他のガスの少なくとも一方を含む透過流を受けるように構成された出力ポート、および
前記他のガスの少なくとも実質的な部分を含む副生成物流を受けるように構成された副生成物ポートを含む、第１の端部プレートおよび第２の端部プレートと、
前記第１の端部プレートと前記第２の端部プレートとの間に配設される少なくとも１つの水素選択膜であって、前記少なくとも１つの水素選択膜は、供給原料側部および透過側部を有し、前記透過流の少なくとも一部が、前記供給原料側部から前記透過側部に通過する前記混合ガス流の部分から形成され、前記供給原料側部に留まる前記混合ガス流の残留部分は、前記副生成物流の少なくとも一部を形成する、少なくとも１つの水素選択膜と、
前記少なくとも１つの水素選択膜を支持するように構成されたマイクロスクリーン構造体であって、前記マイクロスクリーン構造体は、前記透過側部に対して支持を与えるように構成されたほぼ対向し合う表面、および前記対向し合う表面間に延在する複数の流体通路を備え、前記マイクロスクリーン構造体は、ステンレス鋼と前記少なくとも１つの水素選択膜との間における金属間拡散を防止するように構成された酸化アルミニウム層を含むステンレス鋼を含む、マイクロスクリーン構造体と、
を備える、水素純化デバイス。
【請求項４０】
前記ステンレス鋼は、約０．６〜約１．５重量％のアルミニウムを含む、請求項３９に記載のデバイス。
【請求項４１】
前記マイクロスクリーン構造体は、３０３（アルミニウム変性された）、１７−７ＰＨ、１３−８ＰＨ、および１５−７ＰＨのステンレス鋼のうちの１つを含む、請求項３９に記載のデバイス。
【請求項４２】
水素純化デバイス用のフレームを製造する方法であって、前記フレームは、第１の端部フレームと第２の端部フレームとの間に配設され、前記第１の端部フレームおよび前記第２の端部フレームの少なくとも一方に対して固定される、方法であって、
ある融点を有する少なくとも１つの重層金属で前記フレームの第１のセクションおよび第２のセクションをめっきするステップと、
前記第１のセクションおよび前記第２のセクションを接合するステップと、
前記融点を上回るように接合された前記第１のセクションおよび前記第２のセクションの温度を上昇させるステップと、
合金が形成されるように前記少なくとも１つの重層金属を前記第１のセクションおよび前記第２のセクション中に拡散させるステップであって、前記合金は、前記少なくとも１つの重層金属の前記融点よりも高い融点を有する、ステップと、
を含む、方法。
【請求項４３】
前記第１のセクションおよび前記第２のセクションは、第１のチャネルおよび第２のチャネルをそれぞれ備え、前記第１のセクションおよび前記第２のセクションを接合する前記ステップは、前記第１のチャネルおよび前記第２のチャネルが相互にずらされるように、前記第１のセクションおよび前記第２のセクションを接合するステップを含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１のセクションおよび前記第２のセクションは、少なくとも１つの被覆金属から作製される、請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記少なくとも１つの被覆金属は、銅被覆鋼を含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
銅被覆鋼は、銅被覆ステンレス鋼および銅被覆炭素鋼の一方を含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４７】
前記重層金属は、スズを含む、請求項４２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、２０１１年７月７日に出願された米国特許出願第１３／１７８０９８号に基づき優先権を主張するものである。この特許出願は、すべての目的のために、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
水素発生アセンブリは、１つまたは複数の原材料を、主要成分として水素ガスを含有する生成物流へと転化させるアセンブリである。これらの原材料には、炭素含有原材料が含まれてもよく、またいくつかの実施形態においては水が含まれてもよい。原材料は、原材料送出システムから水素発生アセンブリの水素生成領域へと送出され、典型的には、この原材料は、加圧下にておよび高温にて送出される。しばしば、この水素生成領域には、加熱アセンブリまたは冷却アセンブリなどの温度変調アセンブリが付随するが、これらは、水素ガスの効果的な生成に適した温度範囲内に水素生成領域を維持するために、１つまたは複数の燃料流を消費する。水素発生アセンブリは、蒸気改質、自己熱改質、熱分解、および／または触媒部分酸化などの、任意の適切な方法により水素ガスを発生させ得る。
【０００３】
しかし、発生したまたは生成された水素ガスは、不純物を有する場合がある。このガスは、水素ガスおよび他のガスを含有する混合ガス流と呼ぶことができる。この混合ガス流は、使用前に、他のガスの少なくとも一部分を除去するようになど、純化されなければならない。したがって、水素発生アセンブリは、混合ガス流の水素純度を高めるための水素純化デバイスを備える場合がある。水素純化デバイスは、この混合ガス流を生成物流および副生成物流へと分離させるために、少なくとも１つの水素選択膜を備える場合がある。生成物流は、混合ガス流からのより高濃度の水素ガスおよび／または低濃度の１つまたは複数の他のガスを含む。１つまたは複数の水素選択膜を使用した水素純化は、圧力駆動分離プロセスであり、１つまたは複数の水素選択膜が、圧力容器内に収容される。混合ガス流は、この膜の混合ガス表面に接触し、生成物流は、この膜を透過する混合ガス流の少なくとも一部分から形成される。圧力容器は、典型的には、画定された入口ポートおよび出口ポートまたは入口導管および出口導管を通じて以外にガスが圧力容器から入出するのを防止するために封止される。
【０００４】
生成物流は、多様な用途において使用され得る。かかる用途の１つは、電気化学燃料電池などにおけるエネルギー生成である。電気化学燃料電池は、燃料および酸化剤を、電気、反応生成物、および熱へと転化させるデバイスである。例えば、燃料電池は、水素および酸素を水および電気へと転化し得る。それらの燃料電池においては、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、複数の燃料電池を備え、水素発生アセンブリと共に使用されることによりエネルギー生成アセンブリを形成し得る。
【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、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３、特許文献１４、特許文献１５、特許文献１６、特許文献１７に記載されている。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、本明細書に参照により組み込まれる。
【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
【特許文献２】米国特許第６，３１９，３０６号
【特許文献３】米国特許第６，４９４，９３７号
【特許文献４】米国特許第６，５６２，１１１号
【特許文献５】米国特許第７，０６３，０４７号
【特許文献６】米国特許第７，３０６，８６８号
【特許文献７】米国特許第７，４７０，２９３号
【特許文献８】米国特許第７，６０１，３０２号
【特許文献９】米国特許第７，６３２，３２２号
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００６／００９０３９７号
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００６／０２７２２１２号
【特許文献１２】米国特許出願公開第２００７／０２６６６３１号
【特許文献１３】米国特許出願公開第２００７／０２７４９０４号
【特許文献１４】米国特許出願公開第２００８／００８５４３４号
【特許文献１５】米国特許出願公開第２００８／０１３８６７８号
【特許文献１６】米国特許出願公開第２００８／０２３００３９号
【特許文献１７】米国特許出願公開第２０１０／００６４８８７号
【特許文献１８】米国特許第５，９９７，５９４号
【特許文献１９】米国特許第６，２２１，１１７号
【特許文献２０】米国特許第６，５３７，３５２号
【特許文献２１】米国特許第６，１５２，９９５号
【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が、水および炭素含有原材料を含む少なくとも１つの液体含有供給原料流（liquid-containing feed stream）を受け、主要成分としての水素ガスおよび他のガスを含むリフォーメート流（reformate stream）を発生させるように構成された、蒸気改質水素発生アセンブリを提供する。いくつかの実施形態においては、水素発生アセンブリは、少なくとも１つの液体含有供給原料流の少なくとも一部分を受け、蒸発させて、蒸気供給原料流（vapor feed stream）を形成するように構成された、蒸発領域と、改質触媒を含む、および蒸気供給原料流を受け、蒸気改質反応によりリフォーメート流を生成するように構成された、水素生成領域とを備えてもよい。さらに、水素発生アセンブリは、蒸発領域を少なくとも最低蒸発温度にまで加熱するために加熱排気流（heated exhaust stream）を生成するように構成された加熱アセンブリを備えてもよい。蒸発領域は、加熱排気流から少なくとも１つの液体含有供給原料流に熱を伝達するように構成されたパッキング材料（packing material）を備えてもよい。
【０００８】
いくつかの実施形態においては、水素発生アセンブリは、筐体と、筐体内に収容され、改質触媒を備える、水素生成領域とを備えてもよい。水素生成領域は、蒸気改質反応により少なくとも１つの供給原料流からリフォーメート流を生成するように構成されてもよい。さらに、水素発生アセンブリは、少なくとも１つの空気流および少なくとも１つの燃料流を受けるように、ならびに筐体内に収容される燃焼領域内において少なくとも１つの燃料流を燃焼して、少なくとも水素生成領域を少なくとも最低水素生成温度に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、加熱アセンブリを備えてもよい。さらに、水素発生アセンブリは、筐体の外部温度を低下させるように構成された断熱ベースであって、燃焼領域に隣接して位置する断熱ベースを備えてもよい。筐体は、断熱ベースに支持され、断熱ベースは、断熱材料、および断熱材料を貫通して延在する少なくとも１つの通路を備えてもよい。少なくとも１つの通路は、燃焼領域と流体連通状態にあってもよい。
【０００９】
いくつかの実施形態においては、水素発生アセンブリは、筐体と、筐体内に収容され、改質触媒を備え、少なくとも１つの供給原料流を受けるように、および蒸気改質反応によりリフォーメート流を生成するように構成された、水素生成領域とを備えてもよい。さらに、水素発生アセンブリは、水素生成領域と流体連通状態にあり、水素生成領域への送出前に少なくとも１つの供給原料流が通過する、供給原料流導管と、水素生成領域と熱連通状態にある加熱アセンブリとを備えてもよい。加熱アセンブリは、少なくとも１つの燃料流および少なくとも１つの空気流を受けるための入口と、少なくとも１つの燃料流を点火するように構成された点火器アセンブリとを備えてもよい。点火器アセンブリは、本体部分と、本体部分に対して装着される少なくとも１つの点火器素子と、少なくとも１つの点火器素子と電気接続状態にあり、本体部分により少なくとも部分的に囲まれる、線（wires）とを備えてもよい。さらに、点火器アセンブリは、相互に熱連通状態にある少なくとも第１のチャネルおよび第２のチャネルを有する金属冷却ブロックを備えてもよい。第１のチャネルは、本体部分の少なくとも一部および線の少なくとも一部を受けてもよく、第２のチャネルは、供給原料流導管の少なくとも一部を受けてもよい。
【００１０】
いくつかの実施形態においては、水素発生アセンブリは、改質触媒を含む水素生成領域を備えてもよい。水素生成領域は、少なくとも１つの供給原料流を受けるように、および蒸気改質反応によりリフォーメート流を生成するように構成されてもよい。さらに、水素発生アセンブリは、水素生成領域と熱連通状態にある加熱アセンブリを備えてもよい。加熱アセンブリは、少なくとも１つの燃料流を点火するように構成された点火器アセンブリを備えてもよい。点火器アセンブリは、酸素の存在下において水素を燃焼するように構成された触媒活性コーティングを有する点火器素子を備えてもよい。
【００１１】
いくつかの実施形態においては、水素発生アセンブリは、下部部分を有する筐体と、筐体内に収容され、改質触媒を備える、水素生成領域とを備えてもよい。水素生成領域は、蒸気改質反応により少なくとも１つの供給原料流からリフォーメート流を生成するように構成されてもよい。さらに、水素発生アセンブリは、少なくとも１つの空気流および少なくとも１つの燃料流を受けるように、ならびに筐体内に収容される燃焼領域内において少なくとも１つの燃料流を燃焼して、少なくとも水素生成領域を少なくとも最低水素生成温度に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、加熱アセンブリを備えてもよい。さらに、水素発生アセンブリは、筐体の下部部分に対して装着された燃料分配アセンブリを備えてもよい。燃料分配アセンブリは、少なくとも１つの燃料流を燃焼領域内に分配するように構成されてもよい。燃料分配アセンブリは、燃焼領域と流体連通状態にある少なくとも１つの通路を備えるベースと、ベースに支持されるメッシュアセンブリとを備えてもよい。さらに、燃料分配アセンブリは、周囲部を有する上壁部と、上部部分および下部部分を有する少なくとも１つの側壁部とを備えてもよい。上部部分は、周囲部の周囲に取り付けられてもよく、下部部分は、燃料流分配領域が少なくとも１つの側壁部内に、および上壁部とメッシュアセンブリとの間に形成されるように、メッシュアセンブリに支持されてもよい。さらに、燃料分配アセンブリは、燃料流分配領域内への入口と、入口に対して流体連結され、少なくとも１つの燃料流を受けるように構成された、燃料流導管とを備えてもよい。メッシュアセンブリは、少なくとも１つの燃料流が燃料流分配領域から燃焼領域に流れるための少なくとも１つの経路を備えてもよい。
【００１２】
いくつかの実施形態においては、水素発生アセンブリは、筐体と、筐体内に収容され、改質触媒を備える、水素生成領域とを備えてもよい。水素生成領域は、蒸気改質反応により少なくとも１つの供給原料流からリフォーメート流を生成するように構成されてもよい。さらに、水素発生アセンブリは、筐体の外部に位置し、筐体の少なくとも一部分に対して装着される、熱伝達アセンブリを備えてもよい。熱伝達アセンブリは、熱伝達アセンブリに対して装着される１つまたは複数の外部ヒータから筐体の少なくとも一部分に熱を伝達するように構成されてもよい。
【００１３】
いくつかの実施形態は、水素純化デバイスを提供する。いくつかの実施形態においては、水素純化デバイスは、第１の端部フレームおよび第２の端部フレームを備えてもよい。第１の端部フレームおよび第２の端部フレームは、水素ガスおよび他のガスを含む混合ガス流を受けるように構成された入力ポートと、混合ガス流よりも高濃度の水素ガスおよび低濃度の他のガスの少なくとも一方を含む透過流を受けるように構成された出力ポートとを備えてもよい。さらに、第１の端部フレームおよび第２の端部フレームは、他のガスの少なくとも実質的な部分を含む副生成物流を受けるように構成された副生成物ポートを備えてもよい。さらに、水素純化デバイスは、第１の端部フレームと第２の端部フレームとの間に配設され、第１の端部フレームおよび第２の端部フレームに対して固定される、少なくとも１つの水素選択膜を備えてもよい。少なくとも１つの水素選択膜は、供給原料側部および透過側部を備えてもよい。透過流の少なくとも一部が、供給原料側部から透過側部に通過する混合ガス流の部分から形成され、供給原料側部に留まる混合ガス流の残留部分が、副生成物流の少なくとも一部を形成してもよい。さらに、水素純化デバイスは、第１の端部フレームおよび第２の端部フレームの少なくとも一方と少なくとも１つの水素選択膜との間に配設される複数のフレームを備えてもよい。複数のフレームの各フレームが、開領域およびフレーム平面を画定する周囲シェルを備えてもよい。さらに、各フレームは、開領域内に延在する少なくとも第１の膜支持構造体を備えてもよい。少なくとも第１の膜支持構造体のそれぞれが、第１の膜支持平面内において、複数のフレームの他の第１の膜支持構造体と同一平面内に位置してもよい。第１の膜支持平面は、複数のフレームの各フレームのフレーム平面に対して垂直に位置してもよい。
【００１４】
いくつかの実施形態においては、水素純化デバイスは、第１の端部プレートおよび第２の端部プレートを備えてもよい。第１の端部プレートおよび第２の端部プレートは、水素ガスおよび他のガスを含む混合ガス流を受けるように構成された入力ポートと、混合ガス流よりも高濃度の水素ガスおよび低濃度の他のガスの少なくとも一方を含む透過流を受けるように構成された出力ポートとを備えてもよい。さらに、第１の端部プレートおよび第２の端部プレートは、他のガスの少なくとも実質的な部分を含む副生成物流を受けるように構成された副生成物ポートを備えてもよい。さらに、水素純化デバイスは、第１の端部プレートと第２の端部プレートとの間に配設される少なくとも１つの水素選択膜を備えてもよい。少なくとも１つの水素選択膜は、供給原料側部および透過側部を有してもよい。透過流の少なくとも一部が、供給原料側部から透過側部に通過する混合ガス流の部分から形成され、供給原料側部に留まる混合ガス流の残留部分が、副生成物流の少なくとも一部を形成してもよい。さらに、水素純化デバイスは、少なくとも１つの水素選択膜を支持するように構成されたマイクロスクリーン構造体を備えてもよい。マイクロスクリーン構造体は、透過側部に対して支持を与えるように構成されたほぼ対向し合う表面、および対向し合う表面間に延在する複数の流体通路を備えてもよい。マイクロスクリーン構造体は、ステンレス鋼と少なくとも１つの水素選択膜との間における金属間拡散を防止するように構成された酸化アルミニウム層を備えるステンレス鋼を含んでもよい。
【００１５】
いくつかの実施形態は、水素純化デバイス用のフレームを製造する方法を提供する。このフレームは、第１の端部フレームと第２の端部フレームとの間に配設され、第１の端部フレームおよび第２の端部フレームの少なくとも一方に対して固定されてもよい。この方法は、ある融点を有する少なくとも１つの重層金属（layering metal）でフレームの第１のセクションおよび第２のセクションをめっきするステップと、第１のセクションおよび第２のセクションを接合するステップとを含んでもよい。さらに、この方法は、前出の融点を上回るように接合された第１のセクションおよび第２のセクションの温度を上昇させるステップと、合金が形成されるように少なくとも１つの重層金属を第１のセクションおよび第２のセクション中に拡散させるステップとを含んでもよい。この合金は、少なくとも１つの重層金属の融点よりも高い融点を有してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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一例の等角図である。
【図４】図３の線４−４に沿った図３の水素発生アセンブリの断面図である。
【図５】図３の水素発生アセンブリの断熱ベースの部分底面等角図である。
【図６】図４の水素発生アセンブリの蒸発器コイルの部分図である。
【図７】図３の水素発生アセンブリの触媒点火器の部分等角図である。
【図８】アセンブリの同一の側における供給原料流導管および燃料流導管と、その側における点火器アセンブリおよび冷却ブロックとを示す、図３の線４−４に沿った図３の水素発生アセンブリの断面図である。
【図９】図８の冷却ブロックの等角図である。
【図１０】燃料分配アセンブリを示す、図３の線４−４に沿った図３の水素発生アセンブリの断面図である。
【図１１】図１０の水素発生アセンブリの部分図である。
【図１２】図１の水素発生アセンブリの水素純化デバイスの概略図である。
【図１３】図１２の水素純化デバイスの一例の分解等角図である。
【図１４】膜支持平面内に位置するフレーム突出部の一例の配列を示す、図１３の水素純化デバイスの概略分解等角図である。
【図１５】図１３の水素純化デバイスの供給原料フレームの一例の上面図である。
【図１６】図１３の水素純化デバイスの供給原料フレームの別の一例の上面図である。
【図１７】図１３の水素純化デバイスの透過フレームの一例の上面図である。
【図１８】図１３の水素純化デバイスの透過フレームの別の例の上面図である。
【図１９】図１５の線１９−１９に沿った図１５の供給原料フレームの断面図である。
【図２０】水素純化デバイス用のフレームを製造する方法の一例の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、水素発生アセンブリ２０の一例を示す。特に除外しない限り、水素発生アセンブリは、本開示において記載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備えてもよい。水素発生アセンブリは、生成物水素流２１を発生させるように構成された任意の適切な構造体を備えてもよい。例えば、水素発生アセンブリは、原材料送出システム２２および燃料処理アセンブリ２４を備えてもよい。原材料送出システムは、燃料処理アセンブリに少なくとも１つの供給原料流２６を選択的に送出するように構成された任意の適切な構造体を備えてもよい。
【００１８】
いくつかの実施形態においては、原材料送出システム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２８を選択的に送出するように構成された任意の適切な構造体をさらに備えてもよい。いくつかの実施形態においては、供給原料流２６および燃料流２８は、燃料処理アセンブリの種々の部分に送出される同一流であってもよい。原材料送出システムは、容積式ポンプもしくは他の適切なポンプまたは燃料流を推進させるための機構などの、任意の適切な送出機構を備えてもよい。いくつかの実施形態においては、原材料送出システムは、ポンプおよび／または他の電動燃料送出機構の利用を必要とすることなく供給原料流２６および／または燃料流２８を送出するように構成されてもよい。水素発生アセンブリ２０と共に使用し得る適切な原材料送出システムの例には、特許文献７、特許文献８、および特許文献１０に記載の原材料送出システムが含まれる。上記の特許および特許出願の完全な開示が、ここに参照により事実上組み込まれる。
【００１９】
供給原料流２６は、少なくとも１つの水素生成流体３０を含んでもよい。この水素生成流体３０は、生成物水素流２１を生成するために反応物質として使用され得る１つまたは複数の流体を含んでもよい。例えば、水素生成流体は、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原材料を含んでもよい。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、ケロシン、ガソリン、等々が含まれる。適切なアルコールの例には、メタノール、エタノール、ポリオール（エチレングリコールおよびプロピレングリコールなど）、等々が含まれる。さらに、水素生成流体３０は、燃料処理アセンブリが蒸気改質および／または自己熱改質により生成物水素流を発生させる場合などには、水を含んでもよい。燃料処理アセンブリ２４が、熱分解または触媒部分酸化により生成物水素流を発生させる場合には、供給原料流２６は、水を含まない。
【００２０】
いくつかの実施形態においては、原材料送出システム２２は、水と、水との間に混和性を有する炭素含有原材料（メタノールおよび／または別の水溶性アルコールなど）との混合物を含む、水素生成流体３０を送出するように構成されてもよい。かかる流体流中における水対炭素含有原材料の比は、使用される特定の炭素含有原材料、ユーザの選好、燃料処理アセンブリの設計、生成物水素流を発生させるために燃料処理アセンブリにより使用される方法、等々の、１つまたは複数の因子により変動し得る。例えば、水対炭素のモル比は、約１：１〜３：１となり得る。さらに、水およびメタノールの混合物が、１：１のモル比（３１体積％の水、６９体積％のメタノール）にてまたはそれに近いモル比にて送出され得る一方で、炭化水素または他のアルコールの混合物は、１：１超の水対炭素モル比で送出され得る。
【００２１】
燃料処理アセンブリ２４が、改質により生成物水素流２１を発生させる場合には、供給原料流２６は、例えば約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混和性炭素含有原材料）と、約２５〜７５体積％の水とを含んでもよい。メタノールおよび水を少なくとも実質的に含む原材料流については、それらの流れは、約５０〜７５体積％のメタノールと、約２５〜５０体積％の水とを含んでもよい。エタノールまたは他の水混和性アルコールを含む流れは、約２５〜６０体積％のアルコールと、約４０〜７５体積％の水とを含んでもよい。蒸気改質または自己熱改質を利用する水素発生アセンブリ２０用の供給原料流の一例は、６９体積％のメタノールと、３１体積％の水とを含む。
【００２２】
原材料送出システム２２は、単一の供給原料流２６を送出するように構成されるものとして示されるが、原材料送出システムは、２つ以上の供給原料流２６を送出するように構成されてもよい。それらの流れは、同一のまたは異なる原材料を含んでもよく、異なる組成物を有しても、少なくとも１つの共通成分を有しても、共通成分を全く有さなくても、あるいは同一の組成物を有してもよい。例えば、第１の供給原料流は、炭素含有原材料などの第１の成分を含んでもよく、第２の供給原料流は、水などの第２の成分を含んでもよい。さらに、原材料送出システム２２は、いくつかの実施形態においては、単一の燃料流２８を送出するように構成されてもよいが、原材料送出システムは、２つ以上の燃料流を送出するように構成されてもよい。これらの燃料流は、異なる組成物を有しても、少なくとも１つの共通成分を有しても、共通成分を全く有さなくても、または同一の組成物を有してもよい。さらに、供給原料流および燃料流は、異なる相において原材料送出システムから排出されてもよい。例えば、流れの一方が液体流であり、他方がガス流であってもよい。いくつかの実施形態においては、両方の流れが、液体流であってもよく、他の実施形態においては、両方の流れが、ガス流であってもよい。さらに、水素発生アセンブリ２０は、単一の原材料送出システム２２を備えるように図示されるが、水素発生アセンブリは、２つ以上の原材料送出システム２２を備えてもよい。
【００２３】
燃料処理アセンブリ２４は、任意の適切な水素生成方法により水素ガスを含有する出力流３４を生成するように構成された水素生成領域３２を備えてもよい。この出力流は、少なくとも主要成分としての水素ガスを含んでもよく、さらなるガス成分を含んでもよい。したがって、出力流は、主要成分として水素ガスを含有するが他のガスも含む「混合ガス流」と呼ぶことができる。
【００２４】
水素生成領域３２は、任意の適切な触媒含有ベッドまたは触媒含有領域を備えてもよい。水素生成方法が、蒸気改質である場合には、この水素生成領域は、炭素含有原材料および水を含有する供給原料流２６からの出力流３４の生成を促進するのに適した蒸気改質触媒３６を備えてもよい。かかる一実施形態においては、燃料処理アセンブリ２４は、「蒸気改質器」と呼ぶことができ、水素生成領域３２は、「改質領域」と呼ぶことができ、出力流３４は、「リフォーメート流」と呼ぶことができる。リフォーメート流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、蒸気、および／または未反応炭素含有原材料が含まれ得る。
【００２５】
水素生成方法が、自己熱改質である場合には、水素生成領域３２は、空気の存在下において水および炭素含有原材料を含む供給原料流２６からの出力流３４の生成を促進するのに適した自己熱改質触媒を備えてもよい。さらに、燃料処理アセンブリ２４は、空気流を水素生成領域に送出するように構成された空気送出アセンブリ３８を備えてもよい。
【００２６】
いくつかの実施形態においては、燃料処理アセンブリ２４は、純化（または分離）領域４０を備えてもよく、これは、出力（または混合ガス）流３４から少なくとも１つの水素富化流４２を生成するように構成された任意の適切な構造体を備えてもよい。水素富化流４２は、出力流３４よりも高濃度の水素、および／またはこの出力流中に存在した低濃度の１つまたは複数のガス（もしくは不純物）を含んでもよい。生成物水素流２１は、水素富化流４２の少なくとも一部分を含む。したがって、生成物水素流２１および水素富化流４２は、同一流であり、同一の組成物および流量を有してもよい。代替的には、水素富化流４２中の純化された水素ガスの一部が、適切な水素貯蔵アセンブリ内になど、後の使用のために貯蔵されてもよく、および／または、燃料処理アセンブリにより消費されてもよい。また、純化領域４０は、「水素純化デバイス」または「水素処理アセンブリ」と呼ぶことができる。
【００２７】
いくつかの実施形態においては、純化領域４０は、水素ガスを全く含まなくてもまたは幾分か含んでもよい、少なくとも１つの副生成物流４４を生成し得る。副生成物流は、排気されても、燃焼器アセンブリおよび／または他の燃焼源に送られても、加熱流体流として使用されても、後の使用のために貯蔵されても、および／または他の様式で使用、貯蔵、および／または処分されてもよい。さらに、純化領域４０は、出力流３４の送出に応答して連続流として副生成物流を放出してもよく、または、バッチプロセスにおいてもしくは出力流の副生成物部分が純化領域内に少なくとも一時的に貯留される場合になど、この流れを断続的に放出してもよい。
【００２８】
燃料処理アセンブリ２４は、燃料処理アセンブリ用の加熱アセンブリのための燃料流（または原材料流）として使用するのに適するように十分な量の水素ガスを含有する１つまたは複数の副生成物流を生成するように構成された、１つまたは複数の純化領域を備えてもよい。いくつかの実施形態においては、副生成物流は、加熱アセンブリにより水素生成領域を所望の動作温度にまたは選択された温度範囲内に維持することが可能となるのに十分な燃料値または水素含有量を有してもよい。例えば、副生成物流は、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％もしくは１５重量％の水素ガス、少なくとも２０重量％の水素ガス、等々の水素ガスを含んでもよい。
【００２９】
純化領域４０は、出力流２１の少なくとも１つの成分の濃度を低下させるように構成された任意の適切な構造体を備えてもよい。殆どの用途においては、水素富化流４２は、出力流（または混合ガス流）３４よりも高い水素濃度を有することになる。また、水素富化流は、出力流３４中に存在した低濃度の１つまたは複数の非水素成分を有し、水素富化流の水素濃度は、出力流よりも高い、同一である、または低くなり得る。例えば、従来的な燃料電池システムにおいては、一酸化炭素は、もしそれが数ｐｐｍ規模で存在する場合でも、燃料電池スタックに損傷をもたらす場合があるが、出力流３４中に存在し得る水などの他の非水素成分は、もしそれがはるかに高い濃度で存在する場合でも、スタックに損傷をもたらさない。したがって、かかる用途においては、純化領域は、水素濃度全体を上昇させない場合があり、しかし、生成物水素流の望ましい用途にとって有害または場合によっては有害な１つまたは複数の非水素成分の濃度を低下させることとなる。
【００３０】
純化領域４０に適したデバイスの例には、１つまたは複数の水素選択膜４６、一酸化炭素化学的除去アセンブリ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。純化領域４０は、２つ以上のタイプの純化デバイスを備えてもよく、これらのデバイスは、同一のもしくは異なる構造体を有してもよく、および／または同一のもしくは異なる機構により動作してもよい。燃料処理アセンブリ２４は、純化領域の下流に、１つまたは複数の生成物水素流、水素富化流、および／または副生成物流などに関連する少なくとも１つの制限オリフィスおよび／または他の流れ制限器を備えてもよい。
【００３１】
水素選択膜４６は、水素ガスに対しては透過性を有するが、出力流３４の他の成分に対しては少なくとも実質的に（完全にではないにせよ）不透過性である。膜４６は、純化領域４０が作動される動作環境および動作パラメータにおける使用に適した水素透過性材料から形成され得る。膜４６の適切な材料の例には、パラジウムおよびパラジウム合金、ならびに特にかかる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、特に有効であることが判明しており、特にパラジウムが３５重量％〜４５重量％の銅を含有する場合には有効である。約４０重量％の銅を含有するパラジウム−銅合金は、特に有効であることが判明しているが、他の相対濃度および成分もまた使用し得る。別の特に有効な合金は、２重量％〜１０重量％の金を含有するパラジウムであり、特に５重量％の金を含有するパラジウムである。パラジウムおよびパラジウム合金が使用される場合には、水素選択膜４６は、時として「フォイル」と呼ぶことができる。
【００３２】
一酸化炭素化学的除去アセンブリ４８は、出力流３４の一酸化炭素および／または他の望ましくない成分と化学的に反応して、有害とはなり得ない他の組成物を形成するデバイスである。一酸化炭素化学的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、一酸化炭素を二酸化炭素に転化するように構成された部分酸化反応器、ならびに一酸化炭素および水素をメタンおよび水に転化させるように構成されたメタン生成触媒領域（またはベッド）が含まれる。燃料処理アセンブリ２４は、２つ以上のタイプおよび／または個数の化学的除去アセンブリ４８を備えてもよい。
【００３３】
圧力スイング吸着法（ＰＳＡ）は、適切な温度条件および圧力条件の下においてあるガスが他のガスよりもより強力に吸着材料上に吸着される原理に基づき、出力流３４からガス不純物が除去される化学プロセスである。典型的には、不純物は、出力流３４から吸着および除去される。不純物ガスの吸着は、高圧にて行われる。圧力が低下すると、不純物は、吸着材料から脱着し、したがって吸着材料が再生される。典型的には、ＰＳＡは、サイクルプロセスであり、連続動作（バッチ動作とは対照的に）用に少なくとも２つのベッドを必要とする。吸着ベッドにおいて使用され得る適切な吸着材料の例は、活性炭およびゼオライトである。また、ＰＳＡシステム５０は、純化領域４０において使用するためのデバイスの一例を提供する。この場合、副生成物または除去された成分は、出力流の純化と同時にガス流としてこの領域から直接的に排気されない。代わりに、これらの副生成物成分は、吸着材料が再生されるかまたは純化領域から取り除かれる際に、除去される。
【００３４】
図１においては、純化領域４０は、燃料処理アセンブリ２４内に位置するのが図示される。代替的には、純化領域は、図１において一点鎖線で概略的に図示されるように燃料処理アセンブリの下流側に別個に配置されてもよい。また、純化領域４０は、燃料処理アセンブリの内部および外部に位置する部分を備えてもよい。
【００３５】
また、燃料処理アセンブリ２４は、加熱アセンブリ５２の形態の温度変調アセンブリを備えてもよい。加熱アセンブリは、典型的には空気の存在下において燃焼される際に、少なくとも１つの加熱燃料流２８から少なくとも１つの加熱排気流（または燃焼流）５４を生成するように構成されてもよい。加熱排気流５４は、加熱水素生成領域３２として図１に概略的に図示される。加熱アセンブリ５２は、燃料が空気と共に燃焼されることにより加熱排気流が生成される燃焼器または燃焼触媒などの、加熱排気流を発生させるように構成された任意の適切な構造体を備えてもよい。加熱アセンブリは、燃料の燃焼を開始させるように構成された点火器または点火源５８を備えてもよい。適切な点火源の例には、１つまたは複数のスパークプラグ、グロープラグ、燃焼触媒、口火、圧電点火器、火花点火器、高温表面点火器、等々が含まれる。
【００３６】
いくつかの実施形態においては、加熱アセンブリ５２は、燃焼器アセンブリ６０を備えてもよく、燃焼ベース加熱アセンブリまたは燃焼駆動加熱アセンブリと呼ぶことができる。燃焼ベース加熱アセンブリにおいては、加熱アセンブリ５２は、少なくとも１つの燃料流２８を受けるように、および空気の存在下において燃料流を燃焼して燃料処理アセンブリの水素生成領域を少なくとも加熱するために使用され得る燃焼流５４を提供するように、構成され得る。空気は、様々な機構により加熱アセンブリに送出されてもよい。例えば、空気流６２は、図１に示すように、別個の流れとして加熱アセンブリに送出されてもよい。代替的にはまたは追加的には、空気流６２は、加熱アセンブリ５２用の燃料流２８の少なくとも１つと共に加熱アセンブリに送出されても、および／または、加熱アセンブリが使用される環境から引き込まれてもよい。
【００３７】
追加的にはまたは代替的には、燃焼流５４は、加熱アセンブリが共に使用される燃料処理アセンブリおよび／または燃料電池システムの他の部分を加熱するために使用されてもよい。さらに、他の構成およびタイプの加熱アセンブリ５２が、使用されてもよい。例えば、加熱アセンブリ５２は、抵抗加熱素子などの少なくとも１つの加熱素子を使用して熱を発生させることにより燃料処理アセンブリ２４の少なくとも水素生成領域３２を加熱するように構成された、電動加熱アセンブリであってもよい。それらの実施形態においては、加熱アセンブリ５２は、適切な水素生成温度にまで水素生成領域を加熱するために、可燃燃料流を受け、燃焼させなくてもよい。加熱アセンブリの例は、特許文献９に開示されている。この特許の完全な開示が、ここに参照により事実上組み込まれる。
【００３８】
加熱アセンブリ５２は、水素生成領域および／または燃料分離領域（以下においてさらに論じるような）を有する共通のシェルまたはハウジング内に収容されてもよい。加熱アセンブリは、水素生成領域３２に対して別個に位置決めされるが、少なくとも水素生成領域の所望の加熱を実現するためにその領域との間において熱連通状態および／または流体連通状態になるように、位置決めされてもよい。加熱アセンブリ５２は、共通シェル内に部分的にまたは完全に配置されてもよく、および／または、加熱アセンブリの少なくとも一部分（もしくはすべて）が、このシェルの外部に配置されてもよい。加熱アセンブリが、シェルの外部に配置される場合には、燃焼器アセンブリ６０からの高温燃焼ガスは、適切な熱伝達導管を経由してシェル内の１つまたは複数の構成要素へと送出されてもよい。
【００３９】
また、加熱アセンブリは、原材料送出システム２２、原材料供給流、水素生成領域３２、純化（もしくは分離）領域４０、またはこれらのシステム、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構成されてもよい。原材料供給流の加熱は、液体反応物質流、または水素生成領域において水素ガスを生成するために使用される水素生成流体の成分を蒸発させることを含んでもよい。その実施形態においては、燃料処理アセンブリ２４は、蒸発領域６４を備えるものとして説明されてもよい。加熱アセンブリは、水素発生アセンブリの他の成分を加熱するようにさらに構成されてもよい。例えば、加熱排気流は、圧力容器、および／または、加熱燃料および／または供給原料流２６および燃料流２８の少なくとも一部分を形成する水素生成流体を含む他のキャニスタを加熱するように構成されてもよい。
【００４０】
加熱アセンブリ５２は、水素生成領域３２において、任意の適切な温度を達成および／または維持し得る。蒸気改質器は、典型的には、２００℃〜９００℃の範囲の温度にて動作する。しかし、この範囲外の温度が、本開示の範囲内に含まれる。炭素含有原材料が、メタノールである場合には、蒸気改質反応は、典型的には約２００〜５００℃の温度範囲内で動作することになる。この範囲の部分セットの例には、３５０〜４５０℃、３７５〜４２５℃、および３７５〜４００℃が含まれる。炭素含有原材料が、炭化水素、エタノール、または別のアルコールである場合には、典型的には約４００〜９００℃の温度範囲が、蒸気改質反応に対して利用されることになる。その範囲の部分セットの例には、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は、同一のまたは異なる温度にてそれぞれ動作し得る２つ以上のゾーンまたは部分を備えてもよい。例えば、水素生成流体が、炭化水素を含有する場合には、水素生成領域３２は、２つの異なる水素生成部分または水素生成領域を備えてもよく、一方は、他方よりも低温にて動作して事前改質領域を形成する。また、これらの実施形態においては、燃料処理アセンブリは、２つ以上の水素生成領域を備えるものと呼ぶことができる。
【００４１】
燃料流２８は、加熱アセンブリ５２により消費されることによって所望の熱出力を得るのに適した任意の燃焼可能な液体および／またはガスを含んでもよい。いくつかの燃料流は、加熱アセンブリ５２により送出および燃焼される場合には、ガスであってもよく、他は、液体流として加熱アセンブリに送出されてもよい。燃料流２８に適した加熱燃料の例には、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、等々の炭素含有原材料が含まれる。さらなる例には、液化石油ガス、アンモニア、軽質アミン、ジメチルエーテル、および低分子量炭化水素などの、低分子量凝結可能燃料が含まれる。加熱アセンブリの代わりに冷却アセンブリ（発熱性水素発生プロセスが蒸気改質などの吸熱性プロセスの代わりに利用される場合などに使用され得る）の形態の温度変調アセンブリを備える水素発生アセンブリ２０の実施形態においては、原材料送出システムは、アセンブリに燃料流または冷媒流を供給するように構成されてもよい。任意の適切な燃料または冷媒流体が使用されてもよい。
【００４２】
燃料処理アセンブリ２４は、図１に図示するように少なくとも水素生成領域３２が収容される、シェルまたはハウジング６６をさらに備えてもよい。いくつかの実施形態においては、蒸発領域６４および／または純化領域４０が、シェル内にさらに収容されてもよい。シェル６６は、蒸気改質器または他の燃料処理機構の構成要素をユニットとして移動させることを可能にし得る。また、シェルは、保護筐体を提供することにより燃料処理アセンブリの構成要素を損傷から保護し得る、および／または、構成要素がユニットとして加熱され得ることにより燃料処理アセンブリの加熱の必要性を低減させ得る。シェル６６は、固体断熱材料、ブランケット断熱材料、および／または空気充填空洞部などの、断熱材料６８を備えてもよい。断熱材料は、シェルの内部に、シェルの外部に、または両方に位置してもよい。断熱材料が、シェルの外部に位置する場合には、燃料処理アセンブリ２４は、図１に概略的に図示するように、この断熱の外部の外方カバーまたはジャケット７０をさらに備えてもよい。燃料処理アセンブリは、原材料送出システム２２および／または他の構成要素などの燃料処理アセンブリのさらなる構成要素を備える異なるシェルを備えてもよい。
【００４３】
燃料処理アセンブリ２４の１つまたは複数の構成要素が、シェルを越えて延在するか、またはシェルの外部に配置されてもよい。例えば、純化領域４０は、シェルから離間されるが適切な流体伝送導管により流体連通状態になされるなど、シェル６６の外部に配置されてもよい。別の例としては、水素生成領域３２の一部分（１つまたは複数の改質触媒ベッドの部分など）が、図１において代替的なシェル構成を示す破線で概略的に示されるようになど、シェルを越えて延在してもよい。適切な水素発生アセンブリおよびその構成要素の例は、特許文献１、特許文献１８、および特許文献１９に開示されている。これらの特許の完全な開示が、ここに参照により事実上組み込まれる。
【００４４】
水素発生アセンブリ２０の別の例が、図２に図示され、７２で全体的に示される。特に除外しない限りは、水素発生アセンブリ７２は、水素発生アセンブリ２０の１つまたは複数の構成要素を備えてもよい。水素発生アセンブリ７２は、図２に示すように、原材料送出システム７４、蒸発領域７６、水素生成領域７８、および加熱アセンブリ８０を備えてもよい。また、いくつかの実施形態においては、水素発生アセンブリ２０は、純化領域８２を備えてもよい。
【００４５】
原材料送出システムは、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１つまたは複数の供給原料流および／または燃料流を送出するように構成された任意の適切な構造体を備えてもよい。例えば、原材料送出システムは、原材料タンク（または容器）８４およびポンプ８６を備えてもよい。原材料タンクは、水および炭素含有原材料（例えばメタノール／水混合物）などの任意の適切な水素生成流体８８を収容してもよい。ポンプ８６は、蒸発領域７６および／または水素生成領域７８に、水および炭素含有原材料を含む少なくとも１つの液体含有供給原料流９０の形態であり得る水素生成流体を送出するように構成された任意の適切な構造体を有してもよい。
【００４６】
蒸発領域７６は、液体含有供給原料流９０などの液体含有供給原料流の少なくとも一部分を受け、蒸発させるように構成された、任意の適切な構造体を備えてもよい。例えば、蒸発領域７６は、液体含有供給原料流９０を１つまたは複数の蒸気供給原料流９４へと少なくとも部分的に改質するように構成された蒸発器９２を備えてもよい。蒸気供給原料流は、いくつかの実施形態においては、液体を含んでもよい。適切な蒸発器の一例は、被冷却ステンレス鋼管などのコイル管蒸発器である。
【００４７】
水素生成領域７８は、蒸発領域からの蒸気供給原料流９４などの１つまたは複数の供給原料流を受けて、主要成分としての水素ガスおよび他のガスを含有する１つまたは複数の出力流９６を生成するように構成された、任意の適切な構造体を備えてもよい。水素生成領域は、任意の適切な方法により出力流を生成してもよい。例えば、水素生成領域７８は、蒸気改質反応により出力流９６を発生させてもよい。この例においては、水素生成流体７８は、蒸気改質反応を促進および／または促進させるように構成された改質触媒９８を備える蒸気改質領域９７を備えてもよい。水素生成領域７８が、蒸気改質反応により出力流９６を発生させる場合には、水素発生アセンブリ７２は、「蒸気改質水素発生アセンブリ」と呼ぶことができ、出力流９６は、「リフォーメート流」と呼ぶことができる。
【００４８】
加熱アセンブリ８０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加熱するために少なくとも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を備えてもよい。例えば、加熱アセンブリは、少なくとも最低蒸発温度または液体含有供給原料流の少なくとも一部分が蒸発されて蒸気供給原料流を形成する温度などの、任意の適切な温度まで蒸発領域を加熱してもよい。追加的にはまたは代替的には、加熱アセンブリ８０は、少なくとも最低水素生成温度または蒸気供給原料流の少なくとも一部分が反応して水素ガスを発生させることにより出力流を形成する温度などの、任意の適切な温度へと水素生成領域を加熱してもよい。加熱アセンブリは、蒸発領域および／または水素生成領域などの水素発生アセンブリの１つまたは複数の構成要素と熱連通状態にあってもよい。
【００４９】
加熱アセンブリは、図２に示すように、燃焼器アセンブリ１００、少なくとも１つの空気ブロワ１０２、および点火器アセンブリ１０４を備えてもよい。燃焼器アセンブリは、少なくとも１つの空気流１０６および少なくとも１つの燃料流１０８を受けるように、ならびに燃焼領域１１０内において少なくとも１つの燃料流を燃焼することにより加熱排気流９９を生成するように構成された、任意の適切な構造体を備えてもよい。燃料流は、原材料送出システム７４および／または純化領域８２により供給されてもよい。燃焼領域は、水素発生アセンブリの筐体内に収容されてもよい。空気ブロワ１０２は、空気流１０６を発生させるように構成された任意の適切な構造体を備えてもよい。点火器アセンブリ１０４は、燃料流１０８を点火するように構成された任意の適切な構造体を備えてもよい。
【００５０】
純化領域８２は、出力流９６よりも高い濃度の水素、および／または出力流中に存在した低濃度の１つまたは複数の他のガス（もしくは不純物）を含み得る、少なくとも１つの水素富化流１１２を生成するように構成された任意の適切な構造体を備えてもよい。純化領域は、少なくとも１つの副生成物流または燃料流１０８を生成してもよく、この副生成物流または燃料流１０８は、図２に示すように、燃焼器アセンブリ１００に送られ、そのアセンブリ用の燃料流として使用されてもよい。純化領域８２は、流れ制限オリフィス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を備えてもよい。フィルタアセンブリ（１つまたは複数の高温ガスフィルタなど）が、水素純化膜アセンブリの前に出力流９６から不純物を除去するように構成されてもよい。
【００５１】
膜アセンブリ１１６は、水素ガスおよび他のガスを含有する出力流または混合ガス流９６を受けるように、ならびに混合ガス流よりも高濃度の水素ガスおよび／または低濃度の他のガスを含有する透過性流または水素富化流１１２を発生させるように構成された、任意の適切な構造体を備えてもよい。膜アセンブリ１１６は、平坦状または管状の水素透過可能（または水素選択）膜を組み込んでもよく、２つ以上の水素透過可能部材膜が、膜アセンブリ１１６に組み込まれてもよい。透過流は、１つまたは複数の燃料電池に対してなど、任意の適切な用途に対して使用されてもよい。いくつかの実施形態においては、膜アセンブリは、他のガスの少なくとも実質的な部分を含む燃料流１０８の副生成物を発生させ得る。メタン生成反応器アセンブリ１１８は、一酸化炭素および水素をメタンおよび水に転化させるように構成された任意の適切な構造体を備えてもよい。純化領域８２は、流れ制限オリフィス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を備えるように図示されるが、純化領域は、これらのアセンブリのすべてよりも少ないアセンブリを有してもよく、および／または、代替的にまたは追加的に、出力流９６を純化するように構成された１つまたは複数の他の構成要素を備えてもよい。例えば、純化領域８２は、膜アセンブリ１１６のみを備えてもよい。
【００５２】
いくつかの実施形態においては、水素発生アセンブリ７２は、このアセンブリの１つまたは複数の他の構成要素を少なくとも部分的に収容し得るシェルまたはハウジング１２０を備えてもよい。例えば、シェル１２０は、図２に示すように、蒸発領域７６、水素生成領域７８、加熱アセンブリ８０、および／または純化領域８２を少なくとも部分的に収容してもよい。シェル１２０は、加熱アセンブリ８０により生成される少なくとも１つの燃焼排気流１２４を排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を備えてもよい。
【００５３】
いくつかの実施形態においては、水素発生アセンブリ７２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備え得る制御アセンブリ１２６を備えてもよい。例えば、制御アセンブリ１２６は、制御システム１２８、少なくとも１つの弁１３０、少なくとも１つの圧力逃し弁１３２、および１つまたは複数の温度測定デバイス１３４を備えてもよい。制御システム１２８は、１つまたは複数の熱電対および／または他の適切なデバイスを備え得る温度測定デバイス１３４を介して、水素生成領域および／または純化領域の中の温度を検出してもよい。検出された温度に基づき、制御システムおよび／または制御システムのオペレータは、弁１３０およびポンプ８６を経由した蒸発領域７６および／または水素生成領域７８への供給原料流９０の送出を調節してもよい。弁１３０は、ソレノイド弁および／または任意の適切な弁を備えてもよい。圧力逃し弁１３２は、システム内の過圧を確実に逃がすように構成されてもよい。
【００５４】
いくつかの実施形態においては、水素発生アセンブリ７２は、水素発生アセンブリのある部分から別の部分に熱を伝達するように構成された１つまたは複数の熱交換器１３８を備え得る熱交換アセンブリ１３６を備えてもよい。例えば、熱交換アセンブリ１３６は、水素富化流１１２から供給原料流９０に熱を伝達することにより、蒸発領域７６への進入前の供給原料流の温度を上昇させ、また水素富化流１１２を冷却させることができる。
【００５５】
水素発生アセンブリ２０の別の例が、図３〜図４において１４０で全体的に示される。特に除外しない限りは、水素発生アセンブリ１４０は、本開示において記載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備えてもよい。水素発生アセンブリ１４０は、筐体またはシェル１４２および断熱ベース１４４を備えてもよい。シェルは、上部部分１４６および下部部分１４８を備えてもよい。シェル１４２は、複数のシリンダまたは管１５０を備えてもよい。例えば、シリンダ１５０は、図４に示すように、内方シリンダまたは内方管１５２、中間シリンダまたは中間管１５４、および外方シリンダまたは外方管１５６を備えてもよい。シリンダ１５２、１５４、および１５６は、任意の適切な直径および位置のものであってもよい。例えば、シリンダ１５２、１５４、および１５６は、直径が順次より大きくなるものであってもよく、および／または、相互に対して同心関係および／または偏心関係に構成されてもよい。さらに、内方シリンダ１５２は、１つまたは複数の適切なマウント１６０（これらのマウントの中の１つが図４に示される）を介して中間シリンダ１５４中にオフセット領域１５８を形成するように取り付けられてもよい。中間シリンダ１５４は、外方シリンダ１５６の端部分１６２に取り付けられてもよい。シリンダ１５０は、複数の環状領域１６４を形成してもよく、これらの環状領域１６４は、図４に示すように、外方環状領域１６６および内方環状領域１６８を備えてもよい。
【００５６】
また、シェル１４２は、図４に示すように、供給原料流ポートまたは供給原料流入口１７２、燃料流ポートまたは燃料流入口１７４、空気流ポートまたは空気流入口１７６、およびリフォーメート流ポートまたはリフォーメート流出口１７８などの、複数のポート１７０を備えてもよい。供給原料流ポート１７２は、原材料送出システムおよび／または他の適切なシステムから内方環状領域１６８内への１つまたは複数の液体含有原材料流などの１つまたは複数の原材料流を受けるように構成されてもよい。燃料流ポート１７４は、内方環状領域１６８内への１つまたは複数の燃料流を受けるように構成されてもよい。空気流ポート１７６は、内方環状領域１６８内への１つまたは複数の空気流を受けるように構成されてもよい。リフォーメート流ポート１７８は、外方環状領域１６６からの１つまたは複数のリフォーメート流を受けるように構成されてもよい。
【００５７】
シェルは、断熱ベースに取り付けられてもおよび／または支持されてもよい。例えば、シェルは、断熱ベースが、下部部分１４８に隣接して位置し、上部部分１４６から離間されるように、断熱ベースに取り付けられてもよい。断熱ベースは、筐体の外部温度を低下させるように構成されてもよい。例えば、断熱ベース１４４は、以下においてさらに論じるように、水素発生アセンブリ１４０の燃焼領域に隣接して位置してもよい。断熱ベース１４４は、断熱材料１８０と、断熱材料を貫通して延在する通路または空気流ポート１７６を備えてもよい。この通路は、燃焼領域への１つまたは複数の空気流の送出を可能にするために、燃焼領域と流体連通状態にあってもよい。通路１７６は、任意の適切な様式でまたは任意の適切なパターンで構成されてもよい。例えば、通路１７６は、図５に示すように、曲線パターンおよび／または円形パターンで構成されてもよい。また、シェル１４４は、断熱材料１８０内に少なくとも１つの空洞部１８２を備えてもよい。空洞部は、通路と流体連通状態にあってもよく、および／または燃焼器アセンブリの下方から燃焼領域内に追いやられ得る空気流の少なくとも一部分を生成するように構成された１つまたは複数の空気ブロワ１８４を少なくとも部分的に受けるようにサイズ設定されてもよい。
【００５８】
また、水素発生アセンブリ１４０は、図４に示すように、蒸発領域１８６、水素生成領域１８８、および加熱アセンブリ１９０を備えてもよい。いくつかの実施形態においては、水素発生アセンブリ１４０は、純化領域または水素純化デバイス（図示せず）を備えてもよい。蒸発領域１８６は、内方環状領域１６８内に少なくとも実質的に収容および／または配置されてもよく、環状部間導管１７１を経由して外方環状領域１６６に対して流体連結されてもよい。したがって、蒸発領域１８６は、筐体１４２内に少なくとも実質的に収容されると呼ぶことができる。蒸発領域は、供給原料流ポート１７２により受けられる少なくとも１つの液体含有供給原料流の少なくとも一部分を受け、蒸発された供給原料流へと蒸発させるように構成された、任意の適切な構造体を備えてもよい。例えば、蒸発領域１８６は、加熱アセンブリ１９０と水素生成領域１８８との間に配設され得る管材１９２を備えてもよい。管材１９２は、ステンレス鋼などの任意の適切な金属を含んでもよい。さらに、この管は、熱伝達効果を上昇させる、または加熱アセンブリ１９０により発生した加熱排気流により供給原料流が加熱される時間量を増加させる、正弦曲線経路または他の側方延在経路を有してもよい。例えば、管材１９０が、図４に示すように、内方シリンダ１５２の周囲を覆ってもよい。管材１９０は、任意の適切な形状、配向、長さ、断面積、水素生成領域および／または加熱アセンブリに対する相対位置、経路数、等々を有してもよい。蒸発領域１８６が、管材１９２を備える場合には、蒸発領域は、「管蒸発器」と呼ぶことができる。
【００５９】
また、蒸発領域１８６は、図６に示すように、パッキング材料１９４を備えてもよい。パッキング材料は、加熱アセンブリ１９０の加熱排気流から液体含有供給原料流に熱を伝達するように、および／または液体含有供給原料流の少なくとも一部分の蒸発を促進するための複数の核生成部位１９６を形成するように構成された、任意の適切な構造体を備えてもよい。パッキング材料は、管材１９２の少なくとも一部分内に収容されてもよく、および／または液体含有供給原料流用の管材および／または蛇行経路内に拡張された表面積を有してもよい。この拡張された表面積により、熱伝達が向上し、液体含有供給原料流の蒸発または沸騰が促進され得る。例えば、パッキング材料は、尖鋭エッジ、空洞部、および／または高い表面粗度を実現する他の表面欠陥などの、複数の不整表面（irregular surfaces）１９８を備えてもよい。この不整表面は、複数の核生成部位の少なくとも一部分を提供してもよい。また、パッキング材料は、蒸発領域に熱を蓄積してもよく、これにより、水素発生アセンブリの始動時に液体含有供給原料流の蒸発を完了することが部分的に促進され得る。
【００６０】
いくつかの実施形態においては、図６に示すように、パッキング材料１９４は、加熱アセンブリ１９０の加熱排気流から少なくとも１つの液体含有供給原料流に熱を伝達するように構成された複数の金属棒２００を備えてもよい。これらの金属棒は、管材１９２内に嵌入するようにサイズ設定された任意の適切な寸法のものであってもよい。例えば、金属棒２００は、銅、アルミニウム、鉄、および／または鋼のワイヤなどのワイヤ部分を含んでもよい。それらのワイヤ部分は、ワイヤ部分の直径〜直径の数倍などの、短い長さのものであってもよい。代替的には、パッキング材料１９４は、ガラス、金属、および／またはセラミックから構成されたビードを含んでもよい。
【００６１】
また、蒸発領域１８６は、図４に示すように、管材１９２内にパッキング材料１９４を保持するように構成された１つまたは複数の保持器２０２を備えてもよい。例えば、保持器２０２は、管材１９２の端部分に位置決めされた、銅ウールまたはステンレス鋼ウールなどのウール（図示せず）を備えてもよい。代替的にはまたは追加的には、保持器２０２は、管材１９２の端部分に１つまたは複数の狭窄部（図示せず）を備えてもよい。
【００６２】
水素発生アセンブリ１４０の水素生成領域１８８は、蒸発領域１８６からの少なくとも１つの供給原料流などの少なくとも１つの供給原料流を受けるように、ならびに主要成分としての水素ガスおよび他のガスを含有する水素富化流（リフォーメート流など）を生成するように構成された、任意の適切な構造体を備えてもよい。例えば、水素生成領域１８８は、供給原料流から蒸気改質反応を介してリフォーメート流を生成するように構成された改質触媒２０４を備えてもよい。任意の適切な改質触媒が使用されてもよい。いくつかの実施形態においては、水素生成領域１８８は、外方環状領域１６６内に少なくとも実質的に収容および／または配置されてもよい。それらの実施形態においては、水素生成領域は、筐体１４２内に少なくとも実質的に収容されるものと呼ぶことができる。
【００６３】
加熱アセンブリ１９０は、水素発生アセンブリの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つの加熱排気流を生成するように構成された任意の適切な構造体を備えてもよい。例えば、加熱排気流は、少なくとも水素生成領域を少なくとも最低水素生成温度にまで加熱してもよい。追加的にはまたは代替的には、加熱排気流は、少なくとも蒸発領域を少なくとも最低蒸発温度にまで加熱してもよい。したがって、加熱アセンブリ１９０は、水素生成領域１８８および／または蒸発領域１８６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と熱連通状態にあると呼ぶことができる。
【００６４】
加熱アセンブリ１９０は、燃焼器アセンブリ２０６および点火器アセンブリ２０８を備えてもよい。燃焼器アセンブリは、燃料流ポート１７４から少なくとも１つの燃料流を、および空気流ポート１７６から少なくとも１つの空気流を受け、空気流の存在下において燃料流を燃焼して少なくとも１つの加熱排気流を生成するように構成された、任意の適切な構造体を備えてもよい。燃料流の燃焼は、内方環状領域１６８内などの、水素発生アセンブリの任意の適切な部分に位置し得る燃焼領域２１０内において行われ得る。燃焼器アセンブリは、燃料流導管（図示せず）を備えてもよく、これは、内方シリンダ１５２の周囲を少なくとも部分的に覆い、燃料流ポートから受ける燃料流を複数の燃料流へと分配するための複数の開口（図示せず）を有する。それらの開口からの複数の燃料流は、空気ブロワ１８４が内方環状領域１６８内に排出する空気流と混合して、燃料および空気の可燃混合物を生成する。
【００６５】
点火器アセンブリ２０８は、空気の存在下において燃料流を点火する（および／または燃料および空気の可燃混合物を点火する）ように構成された任意の適切な構造体を備えてもよい。例えば、点火器アセンブリは、図４に示すように、本体部分２１２および少なくとも１つの点火器素子２１４を備えてもよい。点火器素子２１４は、本体部分に装着されてもよく、任意の適切なタイプの点火器素子を備えてもよい。例えば、点火器素子２１４は、電気点火器および／または本開示に記載される任意の他のタイプの点火器であってもよい。また、点火器アセンブリ２０８は、点火器素子と電気接続状態であり得る、および／または点火器素子２１４が電気点火器である場合などに本体部分２１２により少なくとも部分的に囲まれ得る、線２１６を備えてもよい。線２１６は、電気取出し口および／または１つまたは複数のバッテリなどの電源に対して点火器素子を接続してもよい。
【００６６】
代替的にはまたは追加的には、点火器素子２１４は、図７に示すように、空気または酸素の存在下において燃料（水素含有燃料など）を燃焼するように構成された触媒活性コーティング２１８を有してもよい。コーティング２１８は、白金族金属（すなわちルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、および白金）の任意のもの（もしくは任意の組合せ）、および／または空気もしくは酸素の存在下において燃料を燃焼するように構成された任意の他の適切な触媒活性コーティングを含んでもよい。例えば、コーティング２１８は、白金またはロジウムと混合された白金を含んでもよい。コーティングは、２つ以上の白金族金属の混合物および／または他のコーティングであってもよい。点火器素子２１４は、適切な多孔性および表面粗度を有するセラミックおよび／または金属などの任意の適切な材料から作製されてもよい。さらに、点火器素子は、１平方メートル／グラムの、より好ましくは５〜１０平方メートル／グラムの表面積を備えてもよい。コーティング２１８は、点火器素子の総重量の約０．１％〜約５％であってもよい。
【００６７】
いくつかの実施形態においては、点火器アセンブリ２０８は、電力源と電気接続状態にあり、点火器素子に対して装着された、少なくとも１つの電線２２２を備えてもよい。この線は、特により低温の動作温度において、および／またはコーティング２１８の点火温度を上昇させ得る一酸化炭素などの不純物の存在下において、燃料流の点火を促進するための局所加熱を引き起こすように構成されてもよい。線２２２は、例えば、点火器素子の端部分２２４の周囲など、点火器素子２１４の少なくとも一部の周囲に巻き付けられてもよい。ニッケルクロム線などの任意の適切な線が、線２２２用に使用されてもよい。
【００６８】
点火器アセンブリ２０８が少なくとも１つの電気点火器素子２１４を備える実施形態においては、加熱アセンブリ１９０は、図８〜図９に示すように、金属冷却ブロックなどの冷却ブロック２２６をさらに備えてもよい。冷却ブロックは、蒸発領域および／または水素生成領域への送達の前に少なくとも１つの液体含有供給原料流が通過する点火器アセンブリ２０８の１つまたは複数の構成要素を、供給原料流導管２２８と熱連通状態に置くように構成された、任意の適切な構造体を備えてもよい（供給原料流導管は、それらの領域の一方または両方と流体連通状態にあると呼ぶことができる）。それらの構成要素を供給原料流導管と熱連通状態に置くことにより、例えば、それらの構成要素を冷却し、それらの構成要素の過熱および／または故障を防止することができる。例えば、線２１６が、銅線である場合には、それらの線を冷却することにより、過熱により引き起こされるそれらの線の酸化および／または故障を防止することができる。
【００６９】
冷却ブロック２２６は、相互に熱連通状態にある第１のチャネル２３０および第２のチャネル２３２を備えてもよい。第１のチャネルは、本体部分２１２の少なくとも一部および／または線２１６の少なくとも一部を受けてもよい。第２のチャネル２３２は、供給原料流導管２２８の少なくとも一部を受けてもよい。第１のチャネル２３０および第２のチャネル２３２は、長軸２３４および２３６に沿ってそれぞれ延在してもよい。第１のチャネルおよび第２のチャネルは、相互に対して任意の適切な関係に位置決めされてもよい。例えば、第１のチャネルおよび第２のチャネルは、長軸２３４および２３６が相互に対して平行になるように位置決めされてもよい。冷却ブロック２２６は、図９に示すように、第１のチャネルおよび第２のチャネルの長軸２３４および２３６のそれぞれに対して横軸方向に任意の適切な断面を備えてもよい。例えば、冷却ブロック２２６は、矩形、円形、および／または正方形の断面を備えてもよい。図９においては、正方形断面を有する冷却ブロック２２６が図示される。
【００７０】
いくつかの実施形態においては、水素発生アセンブリ１４０は、図１０〜図１１に示すように、燃焼領域２１０内に少なくとも１つの燃料流を分配するように構成された任意の適切な構造体を備え得る、燃料分配アセンブリ４１０を備えてもよい。この燃料分配アセンブリは、筐体の下部部分に対して装着されるか、またはその下部部分と共に少なくとも部分的に形成されるなど、任意の適切な位置に位置決めされてもよい。燃料分配アセンブリ４１０は、図１０〜図１１に示すように、ベース４１２、メッシュアセンブリ４１４、上壁部４１６、少なくとも１つの側壁部４１８、少なくとも１つの入口４２０、および少なくとも１つの燃料流導管４２２を備えてもよい。ベース４１２は、筐体および燃料分配アセンブリを支持するように、および／または燃焼領域と流体連通状態にある１つまたは複数の通路を形成するように構成された、任意の適切な構造体を備えてもよい。例えば、ベース４１２は、燃焼領域と流体連通状態にある少なくとも１つの通路４２４を備えてもよい。いくつかの実施形態においては、ベース４１２は、上述のように燃焼領域２１０と流体連通状態にある複数の空気流ポート１７６を有する断熱ベース１４４と同様の構造体を備えてもよい。
【００７１】
メッシュアセンブリ４１４は、図１１に示すように、少なくとも１つの燃料流を燃焼領域に流すための１つまたは複数の通路４２６を形成するように構成された、任意の適切な構造体を備えてもよい。例えば、メッシュアセンブリは、約６〜約４０メッシュの範囲内の中間サイズの鋼織成メッシュ（steel woven mesh）（またはスクリーン）などの、１つまたは複数のメッシュ層４２８を備えてもよい。このメッシュは、炭素鋼およびステンレス鋼などの任意の適切なタイプの鋼を含んでもよい。メッシュ４２８は、ベース４１２に支持され、メッシュが燃焼領域内に延在するように通路４２４を覆って取り付けられるようにサイズ設定されてもよい。また、メッシュは、ベースの少なくとも実質的な部分を覆って取り付けられるようにサイズ設定されてもよい。メッシュ４２８は、時として「燃料ガス分散メッシュ４２８」と呼ばれる場合がある。メッシュアセンブリ４１４は、単一のメッシュ層４２８を備えるように図示されるが、２つ、３つ、４つ、５つ、またはそれ以上のメッシュ層を備えてもよい。
【００７２】
上壁部４１６は、任意の適切な形状を備えてもよく、周囲部４３０を備えてもよい。例えば、上壁部は、円形、矩形、または正方形であってもよい。いくつかの実施形態においては、上壁部は、筐体と共に形成されてもよく、または筐体の下部部分の一部であってもよい。側壁部４１８は、上部部分４３２および下部部分４３４を備えてもよい。上部部分４３２は、上壁部４１６の周囲部４３０の周囲に取り付けられてもまたは装着されてもよい。いくつかの実施形態においては、側壁部は、上壁部と共に形成されてもよく、および／または筐体と共に形成されてもよい（または筐体の下部部分の一部であってもよい）。換言すれば、筐体の下部部分の少なくとも一部が、燃料分配アセンブリの上壁部および／または側壁部であってもよい。下部部分４３４は、メッシュアセンブリに支持されてもよい。側壁部４１８は、約０．２インチ〜約０．２５インチなど、燃料流を燃焼領域まで流し得るのに適した任意の長さであってもよい。燃料流分配領域（または燃料ガスプレナム）４３６が、側壁部４１８内に、および上壁部４１６とメッシュアセンブリ４１４との間に形成されてもよい。
【００７３】
筐体１４２が、円形側壁部４４８を有する内方シリンダ１５２を備える場合には、内方シリンダは、図１０〜図１１に示すように、内方シリンダの端部分４５２に隣接して内方シリンダに取り付けられた（溶接によってなど）または内方シリンダと共に形成された、下部プレート４５０を備えてもよく、これにより、下部プレートは、上壁部４１６となり、円形側壁部４４８の端部分４５４は、側壁部４１８となり得ることによって、筐体の下部部分中に空洞部４５６が形成される。上壁部４１６および側壁部４１８が、筐体１４２から少なくとも部分的に形成されるものとして図示されるが、上壁部および／または側壁部は、筐体に取り付けられたおよび／または装着された別個の要素であってもよい。
【００７４】
燃料分配領域は、１つまたは複数の入口４２０を備えてもよく、これらの入口は、上壁部４１６および／または側壁部４１８に形成されてもよい。燃料流導管４２２は、この入口に流体連結されてもよく、少なくとも１つの燃料流を受けるように、およびこの少なくとも１つの燃料流を燃料分配領域に輸送するように構成されてもよい。いくつかの実施形態においては、燃料流導管は、筐体１４２の任意の適切な部分を通過してもよい。例えば、燃料流導管４２２は、図１０において実線で示すように、筐体の中央（または内方）部分４３８を通過してもよく、および／または、図１０において破線で示すように、１つまたは複数の側部（または外方）部分４４０を通過してもよい。筐体１４２が、長手方向軸４４２を画定するおよび／または備える場合には、燃料流導管は、図１０において実線で示すように、長手方向軸に沿って延在してもよく、および／または、図１０において破線で示すように、長手方向軸に対して平行ではあるが長手方向軸から離間された軸４４４に沿って延在してもよい。
【００７５】
水素発生アセンブリ１４０が、燃料分配アセンブリ４１０を備える場合には、加熱アセンブリ１９０は、図１０〜図１１に示すように、酸素の存在下において水素を燃焼するように構成された少なくとも１つの燃焼触媒４４６を備えてもよい。燃焼触媒は、メッシュアセンブリにより燃焼領域内に支持されてもよい。例えば、燃焼触媒４４６は、メッシュアセンブリ４１４に（メッシュアセンブリの頂部メッシュ層４２８などに）支持または配設されてもよい。燃焼触媒は、点火器アセンブリ２０８および／または上述の他の点火源の代わりに、またはそれに追加して使用されてもよい。例えば、電気点火源（上述の点火器アセンブリの中の１つまたは複数など）ならびに燃焼触媒４４６が、冗長点火源として提供されてもよい。燃焼触媒４４６は、白金、白金−ロジウム合金、およびパラジウムなどの任意の適切な触媒を備えてもよい。燃焼触媒は、触媒が例えばメッシュアセンブリ上に振り撒かれ得るまたは注がれ得るように、粒状であってもよい。
【００７６】
いくつかの実施形態においては、水素発生アセンブリ１４０は、図８において破線で示すように、熱伝達アセンブリまたは熱分配アセンブリ２３８を備えてもよい。この熱伝達アセンブリは、筐体１４２の外部に位置し、筐体の少なくとも一部分に対して装着され得る。熱伝達アセンブリは、１つまたは複数の外部ヒータ２４０（カートリッジヒータなど）から筐体の少なくとも一部分におよびシェルの１つまたは複数の環状領域に熱を伝達および／または分配するように構成された、任意の適切な構造体を備えてもよい。外部ヒータは、水素発生アセンブリの始動を支援するために、および／または、水素生成領域および／または蒸発領域の温度を上昇させることにより水素発生を促進するために、使用され得る。熱伝達アセンブリは、外部ヒータから筐体のより大きな表面積に熱を分配するものと呼ぶことができる。例えば、外部ヒータは、熱伝達アセンブリにより加熱される筐体の部分の加熱表面積よりも小さなまたは実質的に小さな総加熱表面積を有してもよい。
【００７７】
熱伝達アセンブリ２３８は、筐体の少なくとも一部分の周囲に部分的にまたは完全に位置するなど、筐体の少なくとも一部分に対して装着された金属バンド２４２を備えてもよい。筐体の任意の適切な部分が、この金属バンドにより覆われてもよい。例えば、筐体の下から１／４または１／３の部分が、金属バンドにより覆われてもよい。金属バンド２４２は、アルミニウム、銅、および／または真鍮などの任意の適切な熱伝達材料から作製されてもよい。外部ヒータ２４０は、任意の適切な固定具によってなど任意の適切な手段により、および／または外部ヒータを受けるように金属バンド２４２中に穴を穿孔することにより、金属バンド２４２に対して装着されてもよい。
【００７８】
図１の水素発生アセンブリ２０の純化領域４０（または水素純化デバイス）の一例が、図１２において２４４で全体的に示される。特に除外しない限りは、水素純化デバイスは、本開示に記載される他の純化領域の１つまたは複数の構成要素を備えてもよい。水素純化デバイス４０は、水素分離領域２４６および筐体２４８を備えてもよい。この筐体は、内方周囲部２５２を有する内部体積２５０を画成してもよい。筐体２４８は、共に結合されることにより画定された入口ポートおよび出口ポートを備え得る封止された圧力容器の形態の本体２４９を形成する第１の部分２５４および第２の部分２５６を少なくとも備えてもよい。それらのポートは、ガスおよび他の流体を筐体の内部体積内に送出するおよび内部体積から除去するための、流体経路を画定し得る。
【００７９】
第１の部分２５４および第２の部分２５６は、任意の適切な保持機構または保持構造体２５８を使用することにより共に結合されてもよい。適切な保持構造体の例には、溶接および／またはボルトが含まれる。第１の部分と第２の部分との間に液密接合を実現するために使用され得るシールの例には、ガスケットおよび／または溶接が含まれ得る。追加的にはまたは代替的には、第１の部分２５４および第２の部分２５６は、少なくとも所定の加圧量が、筐体内に水素分離領域を画成する様々な構成要素に対して、および／または水素発生アセンブリに組み込まれ得る他の構成要素に対して印加されるように、共に固定されてもよい。この加圧印加により、様々な構成要素が筐体内において適切な位置に確実に維持され得る。追加的にはまたは代替的には、水素分離領域を画成する様々な構成要素および／または他の構成要素に対して印加される加圧は、水素分離領域を画成する様々な構成要素間、様々な他の構成要素間、および／または水素分離領域を画成する構成要素と他の構成要素との間における液密接合を実現し得る。
【００８０】
筐体２４８は、図１２に示すように、混合ガス領域２６０および透過領域２６２を備えてもよい。混合ガス領域および透過領域は、水素分離領域２４６により分離されてもよい。流体流２６６を筐体に送出するための少なくとも１つの入力ポート２６４が、設けられてもよい。流体流２６６は、水素ガス２７０、および混合ガス領域２６０に送出される他のガス２７２を含む、混合ガス流２６８であってもよい。水素ガスは、混合ガス流の主要成分であってもよい。水素分離領域２４６は、混合ガス領域内のガスが水素分離領域を通過して透過領域に進入しなければならなくなるように、混合ガス領域２６０と透過領域２６２との間に延在してもよい。例えば、ガスは、以下においてさらに論じるように、少なくとも１つの水素選択膜を通過する必要があってもよい。透過領域および混合ガス領域は、筐体内における任意の適切な相対サイズのものであってもよい。
【００８１】
また、筐体２４８は、透過流２７６が受けられ得るようにするための、および透過領域２６２から除去され得るようにするための、少なくとも１つの生成物出力ポート２７４を備えてもよい。透過流は、混合ガス流よりもより高濃度の水素ガスおよびより低濃度の他のガスの少なくとも一方を含んでもよい。透過流２７６は、いくつかの実施形態においては、少なくとも初めは、透過領域と流体連通状態にあるスイープガスポート２８０を通過するスイープガス流２７８として送出され得るものなどの、キャリアガス成分またはスイープガス成分を含んでもよい。また、筐体は、他のガス２７２の実質的な部分および低濃度の水素ガス２７０（混合ガス流に比べて）の少なくとも一方を含む副生成物流２８４を混合ガス領域から除去するための、少なくとも１つの副生成物出力ポート２８２を備えてもよい。
【００８２】
水素分離領域２４６は、混合ガス流２６８による接触向けに配向された第１のガス表面または混合ガス表面２８８と、表面２８８のほぼ対向側の第２の表面または透過表面２９０とを有する、少なくとも１つの水素選択膜２８６を備えてもよい。混合ガス流２６８は、１つまたは複数の水素選択膜の混合ガス表面と接触状態になるように、筐体の混合ガス領域に送出されてもよい。透過流２７６は、水素分離領域を通過して透過領域２６２に進む混合ガス流の少なくとも一部分から形成され得る。副生成物流２８４は、水素分離領域を通過しない混合ガス流の少なくとも一部分から形成され得る。いくつかの実施形態においては、副生成物流２８４は、混合ガス流中に存在する水素ガスの一部分を含んでもよい。また、水素分離領域は、他のガスの少なくとも一部分を捕獲または別様に保持するように構成されてもよく、次いでこの部分は、分離領域が交換、再生、または別様に再装填される際に、副生成物流として除去され得る。
【００８３】
図１２においては、流れ２６６、２７６、２７８、および／または２８４が、水素純化デバイス２４４の内外に流れる２つ以上の実流を備えてもよい。例えば、水素純化デバイスは、複数の混合ガス流２６８、水素分離領域２４６に接触する前に２つ以上の流れに分岐される単一の混合ガス流２６８、内部体積２５０内に送出される単一流、等々を受けてもよい。したがって、筐体２４８は、２つ以上の入力ポート２６４、生成物出力ポート２７４、スイープガスポート２８０、および／または副生成物出力ポート２８２を備えてもよい。
【００８４】
水素選択膜は、水素純化デバイスが作動される動作環境および動作パラメータにおいて使用するのに適した任意の水素透過性材料から形成されてもよい。水素純化デバイスの例は、特許文献１８および特許文献２０に開示されており、それらの特許の完全な開示が、ここに参照により事実上組み込まれる。いくつかの実施形態においては、水素選択膜は、パラジウムおよびパラジウム合金の少なくとも一方から形成されてもよい。パラジウム合金の例には、銅、銀、および金とのパラジウムの合金が含まれる。様々な膜、膜構成、ならびに膜および膜構成を調製するための方法の例は、特許文献２１、特許文献１９、特許文献２、および特許文献２０に開示されている。これらの特許の完全な開示が、ここに参照により事実上組み込まれる。
【００８５】
いくつかの実施形態においては、複数の離間された水素選択膜２８６が、水素分離アセンブリ２９２の少なくとも一部分を形成するために水素分離領域において使用されてもよい。複数の膜が存在する場合には、これらは、１つまたは複数の膜アセンブリ２９４を共に画成し得る。かかる実施形態においては、水素分離アセンブリは、第１の部分２５４から第２の部分２５６までほぼ延在してもよい。したがって、第１の部分および第２の部分は、水素分離アセンブリを効果的に圧縮し得る。いくつかの実施形態においては、筐体２４８は、追加的にまたは代替的に、本体部分の両側に結合された端部プレート（または端部フレーム）を備えてもよい。かかる実施形態においては、端部プレートは、対向し合う端部プレートの対の間において水素分離アセンブリ（および筐体内に収容され得る他の構成要素）を効果的に圧縮し得る。
【００８６】
１つまたは複数の水素選択膜を使用する水素純化は、典型的には、混合ガス流が、水素分離領域の透過領域内のガスよりも高い圧力にて膜の混合ガス表面と接触状態になるように送出される、圧力駆動分離プロセスである。いくつかの実施形態においては、この水素分離領域は、水素分離領域が透過流および副生成物流に混合ガス流を分離させるために使用される際に、任意の適切な機構により高温にまで加熱され得る。パラジウムおよびパラジウム合金を使用して水素純化するのに適した動作温度の例には、少なくとも２７５℃の温度、少なくとも３２５℃の温度、少なくとも３５０℃の温度、２７５〜５００℃の範囲内の温度、２７５〜３７５℃の範囲内の温度、３００〜４５０℃の範囲内の温度、３５０〜４５０℃の範囲内の温度、等々が含まれる。
【００８７】
水素純化デバイス２４４の一例が、図１３において２９６で全体的に示される。特に除外しない限り、水素純化デバイス２９６は、本開示において説明される他の水素純化デバイスおよび／または純化領域の１つまたは複数の構成要素を備えてもよい。水素純化デバイス２９６は、シェルまたは筐体２９８を備えてもよく、このシェルまたは筐体２９８は、第１の端部プレートまたは端部フレーム３００と、第２の端部プレートまたは端部フレーム３０２とを備えてもよい。第１の端部プレートおよび第２の端部プレートは、共に固定されることにより、水素分離領域を中に支持する内部コンパートメント３０４を有する封止された圧力容器を画成するように構成されてもよい。第１の端部プレートおよび第２の端部プレートは、水素純化デバイス２４４と同様の入力ポート、出力ポート、スイープガスポート、および副生成物ポート（図示せず）を備えてもよい。
【００８８】
また、水素純化デバイス２９６は、少なくとも１つの水素選択膜３０６および少なくとも１つのマイクロスクリーン構造体３０８を備えてもよい。水素選択膜は、入力ポートからの混合ガス流の少なくとも一部を受けるように、ならびに混合ガス流を透過流の少なくとも一部と副生成物流の少なくとも一部に分離させるように、構成されてもよい。水素選択膜３０６は、供給原料側部３１０および透過側部３１２を備えてもよい。透過流の少なくとも一部は、供給原料側部から透過側部に通過する混合ガス流の部分から形成され、供給原料側部に残留する混合ガス流の残りの部分は、副生成物流の少なくとも一部を形成する。いくつかの実施形態においては、水素選択膜３０６は、少なくとも１つの膜フレーム（図示せず）に対して固定されてもよく、次いでこの膜フレームは、第１の端部フレームおよび第２の端部フレームに対して固定されてもよい。
【００８９】
マイクロスクリーン構造体３０８は、少なくとも１つの水素選択膜を支持するように構成された任意の適切な構造体を備えてもよい。例えば、マイクロスクリーン構造体は、図１３に示すように、透過側部３１２に対して支持を与えるように構成されたほぼ対向し合う表面３１４および３１６と、透過流がマイクロスクリーン構造体を通過して流れるのを可能にするこれらの対向し合う表面間に延在する複数の流体通路３１８とを備えてもよい。マイクロスクリーン構造体３０８は、任意の適切な材料を備えてもよい。例えば、マイクロスクリーン構造体は、ステンレス鋼３２０を備え、このステンレス鋼３２０は、ステンレス鋼と少なくとも１つの水素選択膜との間における金属間拡散を防止するように構成された酸化アルミニウム層３２２を備えるステンレス鋼３２０を含んでもよい。
【００９０】
いくつかの実施形態においては、マイクロスクリーン構造体は、３０３（アルミニウム変性された）、１７−７ＰＨ、１４−８ＰＨ、および／または１５−７ＰＨのステンレス鋼を含んでもよい。いくつかの実施形態においては、ステンレス鋼は、約０．６〜約１．５重量％のアルミニウムを含有してもよい。いくつかの実施形態においては、マイクロスクリーン構造体は、非多孔質周囲壁部部分または非多孔質フレーム（図示せず）により支持されてもよく、および／または非多孔質周囲壁部部分または非多孔質フレームに対して固定されてもよい。マイクロスクリーン構造体が、非多孔質周囲壁部部分に対して固定される場合には、マイクロスクリーン構造体は、「多孔質中央エリア部分」と呼ぶことができる。他のマイクロスクリーン構造体の例は、特許文献１７において開示されている。この出願公開の完全な開示が、ここに参照により事実上組み込まれる。
【００９１】
また、水素純化デバイス２９６は、第１の端部フレームと第２の端部フレームとの間に配設され、第１の端部フレームおよび／または第２の端部フレームに対して固定された、複数のプレートまたはフレーム３２４を備えてもよい。これらのフレームは、任意の適切な構造体を備えてもよく、および／または、正方形、矩形、もしくは円形などの任意の適切な形状であってもよい。例えば、フレーム３２４は、図１３に示すように、周囲シェル３３２および少なくとも第１の膜支持構造体３４０を備えてもよい。周囲シェルは、開領域３３８およびフレーム平面３３９を画定してもよい。さらに、周囲シェル３３２は、図１３に示すように、第１の対向側部３７０および第２の対向側部３７１と、第３の対向側部３７２および第４の対向側部３７３とを備えてもよい。
【００９２】
第１の膜支持構造体３４０は、図１３に示すように、水素選択膜３０６の第１の部分３８６を支持するように構成された任意の適切な構造体を備えてもよい。例えば、図１３に示すように、および図１４に概略的に示すように、複数のフレームの第１の膜支持構造体は、水素選択膜の第１の部分３８６を支持するように、第１の膜支持平面３８８内において相互に対して（または複数のフレームの他のフレームの他の第１の膜支持構造体との間で）同一平面内に位置してもよい。換言すれば、複数のフレームの各フレームの第１の膜支持構造体は、複数のフレームの他のフレームの第１の膜支持構造体の鏡像となってもよい。第１の膜支持平面は、フレーム平面３３９に対する任意の適切な配向を有してもよい。例えば、第１の膜支持平面３８８は、図１４に示すように、フレーム平面に対して垂直であってもよい。代替的には、第１の膜支持平面は、フレーム平面３３９と交差するが、フレーム平面３３９に対して垂直ではなくてもよい。
【００９３】
いくつかの実施形態においては、フレーム３２４は、図１３に示すように水素選択膜３０６の第２の部分３９２を支持するように構成された任意の適切な構造体を備え得る、少なくとも第２の膜支持構造体３９０を備えてもよい。例えば、複数のフレームの第２の膜支持構造体は、図１３に示すように、および図１４に概略的に示すように、水素選択膜の第２の部分３９２を支持するように、第２の膜支持平面３９４内において相互に対して（または複数のフレームの他の第２の膜支持構造体との間で）同一平面内に位置してもよい。換言すれば、複数のフレームの各フレームの第２の膜支持構造体は、複数のフレームの他のフレームの第２の膜支持構造体の鏡像であってもよい。第２の膜支持平面は、フレーム平面３３９に対する任意の適切な配向を有してもよい。例えば、第２の膜支持平面３９４は、図１４に示すように、フレーム平面に対して垂直であってもよい。代替的には、第２の膜支持平面は、フレーム平面３３９と交差するが、フレーム平面３３９に対して垂直ではなくてもよい。
【００９４】
第２の膜支持構造体３９０は、第１の膜支持構造体３４０に対する任意の適切な配向を有してもよい。例えば、第１の膜支持構造体３４０は、周囲シェル３３２の第１の側部３７０から開領域３３８内へと延在してもよく、第２の膜支持構造体３９０は、周囲シェルの（第１の側部の対向側の）第２の側部３７１から開領域内に延在してもよい。代替的には、第１の膜支持構造体および／または第２の膜支持構造体は、周囲シェルの第１の側部、第２の側部、第３の側部、および／または第４の側部からなど、同一側から開領域内に延在してもよい。いくつかの実施形態においては、第１の膜支持構造体および／または第２の膜支持構造体は、周囲シェルの第３の側部および／または（第３の側部の対向側の）第４の側部から開領域内に延在してもよい。
【００９５】
第１の膜支持構造体および／または第２の膜支持構造体は、例えば、周囲シェルに対して装着された、および／または周囲シェルと共に形成された、１つまたは複数の突出部またはフィンガ３４６の形態であってもよい。これらの突出部は、周囲シェルから任意の適切な方向に延在してもよい。突出部は、周囲シェルの全厚を有してもよく、またはこのシェルの全厚未満を有するものであってもよい。フレーム３２４の各フレームの突出部は、水素選択膜に対して押し付けられることにより、膜を定位置にロックし、水素溶解による水素選択膜の膨張の影響を低減させ得る。換言すれば、フレーム３２４の突出部は、第１の膜支持平面および／または第２の膜支持平面内において端部フレームの積層された延在部となることにより、水素選択膜を支持し得る。いくつかの実施形態においては、突出部３４６は、図１６に示すように、第１の端部フレームおよび／または第２の端部フレームに対してフレーム３２４を固定するために少なくとも１つの固定具３９６を受けるように構成された１つまたは複数のレセプタクルまたは開口３５２を備えてもよい。
【００９６】
フレーム３２４は、図１３に示すように、少なくとも１つの供給原料フレーム３２６、少なくとも１つの周囲フレーム３２８、および複数のガスケットまたはガスケットフレーム３３０を備えてもよい。供給原料フレーム３２６は、第１の端部フレームおよび第２の端部フレームの一方と少なくとも１つの水素選択膜３０６との間に、または２つの水素選択膜３０６間に配設されてもよい。供給原料フレームは、図１５に示すように、供給原料フレーム周囲シェル３９８、供給原料フレーム入力導管３３４、供給原料フレーム出力導管３３６、供給原料フレーム開領域４００、および少なくとも第１の供給原料フレーム膜支持構造体４０２を備えてもよい。いくつかの実施形態においては、供給原料フレームは、少なくとも第２の供給原料フレーム膜支持構造体４０４を備えてもよい。
【００９７】
供給原料フレーム入力導管は、供給原料フレーム周囲シェルに形成されてもよく、および／または、入力ポートから混合ガス流の少なくとも一部を受けるように構成されてもよい。供給原料フレーム出力導管３３６は、供給原料フレーム周囲シェルに形成されてもよく、および／または水素選択膜３０６の供給原料側部３１０に留まる混合ガス流の残留部分を受けるように構成されてもよい。供給原料フレーム開領域４００は、供給原料フレーム入力導管と供給原料フレーム出力導管との間に配設されてもよい。供給原料フレーム周囲シェル３９８は、供給原料フレーム開領域に入力導管および出力導管を流体連結する複数の溝またはチャネル３４１を備えてもよい。これらのチャネルは、任意の適切な方法により周囲シェルに形成されてもよい。さらに、チャネル３４１は、供給原料フレーム開領域４００内において混合を誘発し得る角度配向などの、任意の適切な配向を有してもよい。
【００９８】
第１の供給原料フレーム膜支持構造体および第２の供給原料フレーム膜支持構造体は、上記で論じたように、少なくとも１つの水素選択膜の第１の部分および／または第２の部分を支持するように構成された任意の適切な構造体を備えてもよく、および／または、他のフレームの第１の膜支持構造体および／または第２の膜支持構造体の鏡像であってもよい。さらに、第１の供給原料フレーム膜支持構造体および／または第２の供給原料フレーム膜支持構造体は、入力導管と出力導管との間において供給原料フレーム開領域を越えて流れる際の混合ガス流の少なくとも一部の流れ方向を変更するように構成された任意の適切な構造体を備えてもよい。また、第１の供給原料フレーム膜支持構造体および／または第２の供給原料フレーム膜支持構造体は、供給原料フレーム開領域内における乱流または混合を促進するように構成されてもよい。例えば、第１の供給原料フレーム膜支持構造体および／または第２の供給原料フレーム膜支持構造体が無い場合には、入力導管と出力導管との間における供給原料フレーム開領域を越える混合ガス流の少なくとも一部の流れは、少なくとも第１の方向３４２へと移動し得る。第１の供給原料フレーム膜支持構造体および／または第２の供給原料フレーム膜支持構造体は、図１５に示すように、少なくとも第１の方向から第１の方向とは異なる少なくとも第２の方向３４４へと混合ガス流の少なくとも一部の流れを変更するように構成されてもよい。
【００９９】
第１の供給原料フレーム膜支持構造体および／または第２の供給原料フレーム膜支持構造体は、例えば、供給原料フレーム周囲シェルに対して装着された、および／または供給原料フレーム周囲シェルと共に形成された、少なくとも１つの供給原料フレーム突出部または供給原料フレームフィンガ４０６の形態であってもよい。供給原料フレーム突出部は、周囲シェルから任意の適切な方向に延在してもよい。例えば、混合ガス流の少なくとも一部が、入力導管から供給原料フレーム開領域に向かってほぼ第３の方向３４８へと流れてもよく、供給原料フレーム突出部は、図１５に示すように供給原料フレーム周囲シェルから、第３の方向に対してほぼ垂直である、および／または図１６に示すように第３の方向に対してほぼ平行である、第４の方向３５０へと延在してもよい。例えば、入力導管から供給原料フレーム開領域に向かう混合ガス流の流れが、ほぼ水平方向である場合には、供給原料フレーム突出部は、供給原料フレーム周囲シェルからほぼ垂直方向に（図１５に示すように）、および／または水平方向に（図１６に示すように）延在してもよい。
【０１００】
いくつかの実施形態においては、供給原料フレーム突出部は、混合ガス流の逆流を促進するように構成されてもよい。例えば、混合ガス流の少なくとも一部が、入力導管から供給原料フレーム開領域に向かってほぼ第３の方向３４８へと流れてもよく、混合ガス流は、供給原料フレーム開領域からほぼ第５の方向３５１へと出力導管内に流れてもよい。第５の方向が、第３の方向の逆である場合には、供給原料フレーム突出部は、混合ガス流の逆流を促進するものと呼ぶことができる。
【０１０１】
透過フレーム３２８は、少なくとも１つの水素選択膜が第１の端部フレームおよび第２の端部フレームの一方と透過フレームとの間に、または２つの水素選択膜間に配設されるように、位置決めされてもよい。透過フレームは、図１７に示すように、透過フレーム周囲シェル３６０、透過フレーム出力導管３６２、透過フレーム開領域３６４、および少なくとも第１の透過フレーム膜支持構造体３６６を備えてもよい。いくつかの実施形態においては、透過フレームは、少なくとも第２の透過フレーム膜支持構造体４０８を備えてもよい。
【０１０２】
出力導管３６２は、透過フレーム周囲シェル３６０に形成されてもよく、および／または、透過フレーム開領域３６４および水素選択膜から透過流を受けるように構成されてもよい。周囲シェル３６０は、透過フレーム開領域に出力導管３６２を流体連結する複数の溝またはチャネル３６８を備えてもよい。これらのチャネルは、任意の適切な方法により周囲シェル３６０に形成されてもよい。さらに、チャネル３６８は、角度配向など、任意の適切な配向を有してもよい。
【０１０３】
第１の透過フレーム膜支持構造体および／または第２の透過フレーム膜支持構造体は、上記で論じたように、少なくとも１つの水素選択膜の第１の部分および／または第２の部分を支持するように構成された任意の適切な構造体を備えてもよく、および／または、他のフレームの第１の膜支持構造体および／または第２の膜支持構造体の鏡像であってもよい。第１の透過フレーム膜支持構造体および／または第２の透過フレーム膜支持構造体は、例えば、周囲シェル３６０に対して装着された、および／またはこのシェルと共に形成された、少なくとも１つの突出部またはフィンガ３７４の形態であってもよい。これらの突出部は、周囲シェル３６０から任意の適切な方向に延在してもよい。例えば、突出部は、周囲シェルからほぼ垂直方向に（図１７に示すように）、および／または水平方向に（図１８に示すように）延在してもよい。突出部３７４は、周囲シェル３６０の全厚を有してもよく、またはこのシェルの全厚未満を有してもよい。これらの突出部は、水素選択膜に対して押し付けられることにより、定位置に膜をロックし、水素溶解による水素選択膜の膨張の影響を低減させ得る。換言すれば、突出部は、第１の膜支持平面および／または第２の膜支持平面内において第１の端部フレームおよび／または第２の端部フレームの積層された延在部となることにより、水素選択膜を支持し得る。
【０１０４】
突出部３７４は、第１の端部フレームおよび／または第２の端部フレームに対して透過フレームを固定するために少なくとも１つの固定具（図示せず）を受けるように構成された１つまたは複数のレセプタクルまたは開口３７６を備えてもよい。いくつかの実施形態においては、出力導管３６２は、１つまたは複数の突出部３７４に配置されてもよい。それらの実施形態においては、チャネル３６８は、図１８に示すように、開領域３６４に出力導管を流体連結させてもよい。上記で論じたフレームの突出部は、開領域内に延在するため、これらの突出部は、「制約部」または「流れ制約部」と呼ぶことができる。
【０１０５】
また、フレーム３２４は、図１３に示すように、ガスケットまたはガスケットフレーム３３０を備えてもよい。これらのガスケットフレームは、第１の端部プレート３００および第２の端部プレート３０２と供給原料フレーム３２６との間、供給原料フレーム３２６と水素選択膜３０６との間、水素選択膜（およびマイクロスクリーン構造体）と透過フレーム３２８との間など、他のフレーム間において液密接合を実現するように構成された、任意の適切な構造体を備えてもよい。ガスケットフレーム３３０に適したガスケットの一例は、可撓性グラファイトガスケットである。適切なガスケット材料の別の例は、Flexitallic LP(Deer Park, Texas)により販売されるTHERMICULITE（登録商標）８６６である。２つの供給原料フレーム３２６および単一の透過フレーム３２８を備えるフレーム３２４が図示されるが、これらのフレームは、任意の適切な個数の供給原料フレームおよび透過フレームを備えてもよい。さらに、２つの水素選択膜３０６を備える水素純化デバイス２９６が図示されるが、このデバイスは、任意の適切な個数のそれらの膜を備えてもよい。
【０１０６】
垂直方向にのみまたは水平方向にのみ延在する突出部を備えるフレーム３２４が図示されるが、これらのフレームは、追加的にまたは代替的に、水平方向、垂直方向、および／または対角方向などの他の適切な方向等々に延在する突出部を備えてもよい。さらに、単一のまたは２つの突出部を備えるフレーム３２４が図示されるが、これらのフレームは、３つ、４つ、５つ、またはそれ以上の突出部を備えてもよい。さらに、第１の膜支持平面および／または第２の膜支持平面内において同一平面内に位置する突出部を備えるフレーム３２４が図示されるが、これらのフレームは、追加的にまたは代替的に、第３の、第４の、第５の、またはそれ以上の膜支持平面内において同一平面内に位置する突出部を備えてもよい。
【０１０７】
供給原料フレーム３２６および／または透過フレーム３２８などのフレーム３２４は、任意の適切な構造体を備えてもよい。例えば、フレーム３２４は、図１９に示すように、第１のセクション３７８および第２のセクション３８０を備えてもよい。第１のセクションおよび第２のセクションは、フレームの第１の半部および第２の半部であってもよく、またはそのフレームの任意の適切な部分であってもよい。さらに、第１のセクションは、第１のチャネルまたは第１の溝３８２を備えてもよく、第２のセクションは、第２のチャネルまたは第２の溝３８４を備えてもよい。第１のチャネルおよび第２のチャネルは、相互からずらされるなど、相互に対して任意の適切な関係におかれてもよい。第１のセクション３７８および第２のセクション３８０は、任意の適切な方法によりそれらのセクション間に気密シールを形成するように接合されてもよい。例えば、第１のセクションおよび第２のセクションは、共にろう付けされてもよく、またはガスケットが、これらのセクション間において使用されてもよい。第１のセクションおよび第２のセクションの接合（フレーム３２４を製造する一部など）の別の例が、図２０において５００で全体的に占めされる。ステップ５０２において、第１のセクションおよび第２のセクションは、所定の融点を有する少なくとも１つの重層金属でめっきされてもよい。第１のセクションおよび第２のセクションは、銅被覆鋼（例えば銅被覆ステンレス鋼および銅被覆炭素鋼）などの少なくとも１つの被覆金属から作製されてもよい。重層金属は、例えばスズを含んでもよい。
【０１０８】
ステップ５０４において、第１のセクションおよび第２のセクションは、共に接合されてもよい。いくつかの実施形態においては、第１のセクションは、第１のチャネル（またはチャネル部分）を備えてもよく、第２のセクションは、第２のチャネル（またはチャネル部分）を備えてもよく、第１のセクションおよび第２のセクションの接合は、第１のチャネルおよび第２のチャネルが相互に対面するおよび／または相互からずらされるようにそれらのセクションを接合することを含んでもよい。ステップ５０６において、接合されたセクションの温度が、重層金属の融点を超えて上昇されてもよい。液体重層金属が、初期シールを形成してもよく、および／または、第１のセクションと第２のセクションとの間の境界部の欠陥部を塞いでもよい。ステップ５０８において、重層金属は、第１のセクションおよび第２のセクション中に拡散されて合金を形成してもよい。この合金は、重層金属の融点よりも高い融点を有してもよい。例えば、第１のセクションおよび第２のセクションが銅被覆されたものであり、重層金属がスズである場合には、形成される合金は、スズ−銅合金となり得る。しかし、上記で論じたステップは、異なる順序および異なる組合せにおいて実施されてもよく、すべてのステップが、この方法のすべての実施形態に必要とされるわけではない。
【０１０９】
本開示の水素発生アセンブリおよび／または水素純化デバイスは、以下の中の１つまたは複数を備えてもよい。
断熱ベースに支持される筐体。
上部部分および／または下部部分を備える筐体。
長手方向軸を備える筐体。
少なくとも１つの液体含有供給原料流の少なくとも一部分を受け、蒸気供給原料流へと蒸発させるように構成された、蒸発領域。
筐体内に収容される蒸発領域。
加熱排気流から少なくとも１つの液体含有供給原料流に熱を伝達するように構成されたパッキング材料を備える蒸発領域。
加熱アセンブリと水素生成領域との間に配設された管材を備える蒸発領域。
管材の少なくとも一部分内に収容されるパッキング材料。
少なくとも１つの液体含有供給原料流の少なくとも一部分の蒸発を促進するために複数の核生成部位を形成するように構成されたパッキング材料。
複数の核生成部位の少なくとも一部分を形成する複数の不整表面を備えるパッキング材料。
加熱排気流から少なくとも１つの液体含有供給原料流に熱を伝達するように構成された複数の金属棒を含むパッキング材料。
銅線およびアルミニウム線の少なくとも一方の複数の部分を含む複数の金属棒。
改質触媒を含む水素生成領域。
少なくとも１つの供給原料流（および／または蒸気供給原料流）を受けるように、ならびに蒸気改質反応によりリフォーメート流を生成するように構成された、水素生成領域。
筐体内に収容される水素生成領域。
少なくとも最低蒸発温度にまで蒸発領域を加熱するおよび／または少なくとも最低水素生成温度にまで水素生成領域を加熱するために、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。
少なくとも１つの空気流および少なくとも１つの燃料流を受けるように、ならびに筐体内に収容される燃焼領域内において少なくとも１つの燃料流を燃焼させて、少なくとも水素生成領域を少なくとも最低水素生成温度に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。
水素生成領域と熱連通状態にある加熱アセンブリ。
少なくとも１つの燃料流および少なくとも１つの空気流を受けるための入口を備える加熱アセンブリ。
少なくとも１つの燃料流を点火するように構成された点火器アセンブリを備える加熱アセンブリ。
本体部分を備える点火器アセンブリ。
本体部分に装着された少なくとも１つの点火器素子を備える点火器アセンブリ。
少なくとも１つの点火器素子と電気接続状態にあるおよび／または本体部分により少なくとも部分的に囲まれた線を備える点火器アセンブリ。
金属冷却ブロックを備える加熱アセンブリ。
相互に熱連通状態にある第１のチャネルおよび第２のチャネルを有する金属冷却ブロック。
点火器アセンブリの本体部分の少なくとも一部を受ける金属冷却ブロックの第１のチャネル。
導管の少なくとも一部を受ける金属冷却ブロックの第２のチャネル。
第１のチャネルおよび第２のチャネルの長軸に対して横軸方向の矩形断面を有する金属冷却ブロック。
筐体の外部温度を低下させるように構成された断熱ベース。
燃焼領域に隣接する断熱ベース。
断熱材料および／または断熱材料を貫通して延在する少なくとも１つの通路を備える、断熱ベース。
燃焼領域と流体連通状態にある少なくとも１つの通路。
断熱材料内に少なくとも１つの空洞部を備える断熱ベース。
少なくとも１つの空気流の少なくとも一部分を生成するように構成された空気ブロワを少なくとも部分的に受けるようにサイズ設定された、および／または少なくとも１つの通路と流体連通状態にある、少なくとも１つの空洞部。
曲線パターンおよび／または円形パターンに構成された複数の通路を備える少なくとも１つの通路。
筐体の下部部分に隣接し、筐体の上部部分から離間された、断熱ベース。
水素生成領域と流体連通状態にある、および／または水素生成領域への送出前に少なくとも１つの供給原料流が通過する、導管。
燃焼領域内に少なくとも１つの燃料流を分配するように構成された燃料分配アセンブリ。
筐体の下部部分に対して装着された燃料分配アセンブリ。
筐体の下部部分と断熱ベースとの間に配設された燃料分配アセンブリ。
燃焼領域と流体連通状態にある少なくとも１つの通路を備えるベース。
ベースに支持されるメッシュアセンブリ。
断熱ベースに支持されるメッシュアセンブリ。
少なくとも１つの燃料流が燃料流分配領域から燃焼領域に流れるための少なくとも１つの経路を備えるメッシュアセンブリ。
少なくとも１つのメッシュ層を備えるメッシュアセンブリ。
燃焼領域内に延在するメッシュアセンブリ。
燃焼領域内におよびメッシュアセンブリ上に支持された少なくとも１つの燃焼触媒。
酸素の存在下において水素を燃焼させるように構成された少なくとも１つの燃焼触媒。
周囲部を有する上壁部。
筐体と共に形成される上壁部。
上部部分および下部部分を有する少なくとも１つの側壁部。
上壁部の周囲部の周囲に取り付けられる少なくとも１つの側壁部の上部部分。
メッシュアセンブリ上に支持される少なくとも１つの側壁部の下部部分。
少なくとも１つの側壁部内におよび上壁部とメッシュアセンブリとの間に形成された燃料流分配領域。
筐体と共に形成された少なくとも１つの側壁部。
燃料流分配領域内への入口。
上壁部上に形成される入口。
入口に対して流体連結され、少なくとも１つの燃料流を受けるように構成された、燃料流導管。
筐体の一部分を通過する燃料流導管。
筐体の長手方向軸に沿って延在する燃料流導管。
筐体の長手方向軸に対して平行ではあるがこの長手方向軸から離間された軸に沿って延在する、燃料流導管。
筐体の外部に位置する、および／または筐体の少なくとも一部分に対して装着される、熱伝達アセンブリ。
熱伝達アセンブリに対して装着された１つまたは複数の外部ヒータから筐体の少なくとも一部分に熱を伝達するように構成された熱伝達アセンブリ。
筐体の少なくとも一部分に対して装着された金属バンドを備える熱伝達アセンブリ。
アルミニウムを含む金属バンド。
熱伝達アセンブリにより加熱される筐体の少なくとも一部分の加熱表面積よりも小さな（または実質的に小さな）総加熱表面積を有する１つまたは複数の外部ヒータ。
水素ガスおよび他のガスを含む混合ガス流を受けるように構成された入力ポートを備える第１の端部フレームおよび第２の端部フレーム。
混合ガス流よりも高濃度の水素ガスおよび低濃度の他のガスの少なくとも一方を含む透過流を受けるように構成された出力ポートを備える第１の端部フレームおよび第２の端部フレーム。
他のガスの少なくとも実質的な部分を含む副生成物流を受けるように構成された副生成物ポートを備える第１の端部フレームおよび第２の端部フレーム。
第１の端部フレームと第２の端部フレームとの間に配設された少なくとも１つの水素選択膜。
供給原料側部および透過側部を有する少なくとも１つの水素選択膜。
少なくとも１つの水素選択膜の供給原料側部から透過側部に通過する混合ガス流の一部分から形成される透過流の少なくとも一部。
副生成物流の少なくとも一部を形成する、少なくとも１つの水素選択膜の供給原料側部に留まる混合ガス流の残留部分。
第１の端部フレームおよび第２の端部フレームと少なくとも１つの水素選択膜との間に配設された複数のフレーム。
開領域およびフレーム平面を画定する周囲シェルを備えるフレーム。
開領域内に延在する少なくとも第１の膜支持構造体。
周囲シェルの第１の側部の開領域内に延在する少なくとも第１の膜支持構造体。
少なくとも１つの水素選択膜の第１の部分を支持するようにフレーム平面に対して垂直な第１の膜支持平面内において同一平面に位置する、複数のフレームの第１の膜支持構造体。
第１の膜支持平面内において複数のフレームの他の第１の膜支持構造体と同一平面内に位置する、各第１の膜支持構造体。
複数のフレームの各フレームのフレーム平面に対して垂直である第１の膜支持平面。
第１の端部フレームおよび第２の端部フレームに対して複数のフレームを固定するために少なくとも１つの固定具を受けるように構成された１つまたは複数のレセプタクルを備える少なくとも第１の膜支持構造体。
周囲シェルと共に形成された少なくとも第１の膜支持構造体。
開領域内に延在する少なくとも第２の膜支持構造体。
周囲シェルの第１の側部の対向側の第２の側部において開領域内に延在する少なくとも第２の膜支持構造体。
第１の部分から離間された少なくとも１つの水素選択膜の第２の部分を支持するように、第１の膜支持平面から離間された、および／またはフレーム平面に対して垂直な、第２の膜支持平面内において同一平面内に位置する複数のフレームの第２の膜支持構造体。
第２の膜支持平面内において複数のフレームの他の第２の膜支持構造体と同一平面内に位置する各第２の膜支持構造体。
複数のフレームの各フレームのフレーム平面に対して垂直な第２の膜支持平面。
第１の端部フレームおよび第２の端部フレームに対して複数のフレームを固定するために少なくとも１つの固定具を受けるように構成された１つまたは複数のレセプタクルを備える少なくとも第２の膜支持構造体。
第１の端部フレームおよび第２の端部フレームの少なくとも一方と少なくとも１つの水素選択膜との間に配設された少なくとも１つの供給原料フレーム。
供給原料フレーム周囲シェルを備える少なくとも１つの供給原料フレーム。
供給原料フレーム周囲シェルに形成された、および／または入力ポートから混合ガス流の少なくとも一部を受けるように構成された、入力導管を備える少なくとも１つの供給原料フレーム。
供給原料フレーム周囲シェルに形成された、および／または少なくとも１つの水素選択膜の供給原料側部に留まる混合ガス流の少なくとも一部の残留部分を受けるように構成された、出力導管を備える少なくとも１つの供給原料フレーム。
入力導管と出力導管との間に配設された供給原料フレーム開領域を備える少なくとも１つの供給原料フレーム。
第１の膜支持平面内において少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体を備える少なくとも１つの供給原料フレーム。
少なくとも１つの水素選択膜の第１の部分を支持するために複数のフレームの他のフレームの少なくとも第１の膜支持構造体と同一平面内に位置する少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体。
第２の膜支持平面内の少なくとも１つの供給原料フレーム支持構造体。
第１の部分から離間された少なくとも１つの水素選択膜の第２の部分を支持するために複数のフレームの他のフレームの少なくとも第２の膜支持構造体と同一平面内に位置する少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体。
混合ガス流の少なくとも一部が入力導管と出力導管との間において供給原料フレーム開領域を越えて流れる際に、混合ガス流の少なくとも一部の流れ方向を変更するように構成された、少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体。
少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体を用いないことにより、入力導管と出力導管との間において供給原料フレーム開領域を越える混合ガス流の少なくとも一部の流れが、少なくとも第１の方向に移動し、少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体は、少なくとも第１の方向からこの少なくとも第１の方向とは異なる少なくとも第２の方向へと混合ガス流の少なくとも一部の流れを変更するように構成される。
第１の端部フレームおよび第２の端部フレームの少なくとも一方に対して供給原料フレームを固定するために少なくとも１つの固定具を受けるように構成された１つまたは複数のレセプタクルを備える少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体。
周囲シェルと共に形成された少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体。
周囲シェルから第３の方向に対してほぼ平行および／または垂直な第４の方向に延在する少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体。入力導管から供給原料フレーム開領域に向かう混合ガス流の少なくとも一部の流れは、ほぼ第３の方向となる。
開領域に入力導管および出力導管を流体連結する複数のチャネルを備える供給原料フレーム周囲シェル。
第１の端部フレームおよび第２の端部フレームの少なくとも一方と少なくとも１つの透過フレームとの間に配設された少なくとも１つの水素選択膜。
透過フレーム周囲シェルを備える少なくとも１つの透過フレーム。
透過フレーム周囲シェルに形成された、および／または少なくとも１つの水素選択膜から透過流の少なくとも一部を受けるように構成された、出力導管を備える少なくとも１つの透過フレーム。
透過フレーム周囲シェルにより囲まれる透過フレーム開領域を備える少なくとも１つの透過フレーム。
第１の膜支持平面内に少なくとも１つの透過フレーム膜支持構造体を備える少なくとも１つの透過フレーム。
少なくとも１つの水素選択膜の第１の部分を支持するために複数のフレームの他のフレームの少なくとも第１の膜支持構造体と同一平面内に位置する少なくとも１つの透過フレーム膜支持構造体。
第２の膜支持平面内の少なくとも１つの透過フレーム膜支持構造体。
第１の部分から離間された少なくとも１つの水素選択膜の第２の部分を支持するために複数のフレームの他のフレームの少なくとも第２の膜支持構造体と同一平面内に位置する少なくとも１つの透過フレーム膜支持構造体。
第１の端部フレームおよび第２の端部フレームの少なくとも一方に対して透過フレームを固定するために少なくとも１つの固定具を受けるように構成された１つまたは複数のレセプタクルを備える少なくとも１つの透過フレーム膜支持構造体。
透過フレーム周囲シェルと共に形成された少なくとも１つの透過フレーム膜支持構造体。
少なくとも１つの水素選択膜を支持するように構成されたマイクロスクリーン構造体。
少なくとも１つの水素選択膜の透過側部に対して支持を与えるように構成されたほぼ対向し合う表面、および／または対向し合う表面間に延在する複数の流体通路を備える、マイクロスクリーン構造体。
ステンレス鋼と少なくとも１つの水素選択膜との間における金属間拡散を防止するように構成された酸化アルミニウム層を備えるステンレス鋼を含むマイクロスクリーン構造体。
約０．６〜約１．５重量％のアルミニウムを有するステンレス鋼を含むマイクロスクリーン構造体。
３０３（アルミニウム変性された）、１７−７ＰＨ、１３−８ＰＨ、および／または１５−７ＰＨのステンレス鋼を含むマイクロスクリーン構造体。
第１の端部フレームと第２の端部フレームとの間に配設され、第１の端部フレームおよび第２の端部フレームの少なくとも一方に対して固定された、フレーム。
第１のセクションおよび第２のセクションを備えるフレーム。
銅被覆ステンレス鋼および／または銅被覆炭素鋼などの少なくとも１つの被覆金属から形成されるフレームの第１のセクションおよび第２のセクション。
スズなどの金属箇所を有する少なくとも１つの重層金属でめっきされたフレームの第１のセクションおよび第２のセクション。
共に接合されたフレームの第１のセクションおよび第２のセクション。
共に接合され、第１のセクションおよび第２のセクションにめっきされる少なくとも１つの重層金属の融点を上回る温度にまで加熱される、フレームの第１のセクションおよび第２のセクション。
共に接合され、第１のセクションおよび第２のセクションにめっきされる少なくとも１つの重層金属の融点を上回る温度にまで加熱される、フレームの第１のセクションおよび第２のセクション。
合金が少なくとも１つの重層金属の融点よりも高い融点を有して形成されるように、第１のセクションおよび第２のセクション中に拡散される、少なくとも１つの重層金属。
第１のチャネルおよび第２のチャネルのそれぞれを備えるフレームの第１のセクションおよび第２のセクション。
第１のチャネルおよび第２のチャネルのそれぞれを備えるフレームの第１のセクションおよび第２のセクション。
第１のチャネルおよび第２のチャネルが相互にずらされるように接合される、第１のセクションおよび第２のセクション。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
水素発生アセンブリ、水素純化デバイス、ならびにそれらのアセンブリおよびデバイスの構成要素を含む本開示は、水素ガスが純化される、生成される、および／または利用される、燃料処理産業および他の産業に対して適用可能である。
【０１１１】
上記に示した本開示は、独自の利用性を有する複数の異なる発明を包含する。これらの発明のそれぞれをその好ましい形態において開示したが、本明細書において開示および図示されるようなそれらの特定の実施形態は、限定的な意味において考慮されるべきではなく、多数の変形形態が可能である。本発明の対象は、あらゆる新規のおよび非自明な組合せと、本明細書に開示される様々な要素、特徴、機能、および／または特性の部分的組合せとを含む。同様に、任意の請求項において「１つの（「a」）」もしくは「第１の（「a first」）」要素またはその均等物が挙げられる場合には、かかる請求項は、１つまたは複数のかかる要素の組込みを含むように理解されるべきであり、２つ以上のかかる要素を必要ともせずまたは排除もしない。
【０１１２】
特徴、機能、要素、および／または特性の様々な組合せならびに部分的組合せにおいて具現化される本発明が、関連出願内において新規の請求項を提示することにより特許請求される場合がある。また、かかる新規の請求項は、それらが異なる発明に関するものかまたは同一発明に関するものであるかにかかわらず、元の請求項に対する範囲において異なるか、より広いか、より狭いか、または均等であるかにかかわらず、本開示の本発明の対象内に含まれるものと見なされる。
【符号の説明】
【０１１３】
２０  水素発生アセンブリ
２１  生成物水素流
２２  原材料送出システム
２４  燃料処理アセンブリ
２６  供給原料流
２８  燃料流
３０  水素生成流体
３２  水素生成領域
３４  出力流
３６  蒸気改質触媒
３８  空気送出アセンブリ
４０  純化領域
４２  水素富化流
４４  副生成物流
４６  水素選択膜
４８  一酸化炭素化学的除去アセンブリ
５０  圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システム
５２  加熱アセンブリ
５４  加熱排気流
５８  点火源
６０  燃焼器アセンブリ
６２  空気流
６４  蒸発領域
６６  シェル、ハウジング
６８  断熱材料
７０  外方カバー、ジャケット
７２  水素発生アセンブリ
７４  原材料送出システム
７６  蒸発領域
７８  水素生成領域
８０  加熱アセンブリ
８２  純化領域
８４  原材料タンク
８６  ポンプ
８８  水素生成流体
９０  液体含有供給原料流
９２  蒸発器
９４  蒸気供給原料流
９６  出力流
９７  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  空気ブロワ
１０４  点火器アセンブリ
１０６  空気流
１０８  燃料流
１１０  燃焼領域
１１１  流れ制限オリフィス
１１２  水素富化流
１１４  フィルタアセンブリ
１１６  膜アセンブリ
１１８  メタン生成反応器アセンブリ
１２０  シェル、ハウジング
１２２  排気ポート
１２４  燃焼排気流
１２６  制御アセンブリ
１２８  制御システム
１３０  弁
１３２  圧力逃し弁
１３４  温度測定デバイス
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  筐体、シェル
１４４  断熱ベース
１４６  上部部分
１４８  下部部分
１５０  シリンダ、管
１５２  内方シリンダ、内方管
１５４  中間シリンダ、中間管
１５６  外方シリンダ、外方管
１５８  オフセット領域
１６０  マウント
１６２  端部分
１６４  環状領域
１６６  外方環状領域
１６８  内方環状領域
１７０  ポート
１７１  環状部間導管
１７２  供給原料流ポート、供給原料流入口
１７４  燃料流ポート、燃料流入口
１７６  空気流ポート、空気流入口
１７８  リフォーメート流ポート
１８０  断熱材料
１８２  空洞部
１８４  空気ブロワ
１８６  蒸発領域
１８８  水素生成領域
１９０  加熱アセンブリ
１９２  管材
１９４  パッキング材料
１９６  核生成部位
１９８  不整表面
２００  金属棒
２０２  保持器
２０４  改質触媒
２０６  燃焼器アセンブリ
２０８  点火器アセンブリ
２１０  燃焼領域
２１２  本体部分
２１４  点火器素子
２１６  線
２１８  触媒活性コーティング
２２２  電線
２２４  端部分
２２６  端部分
２２８  供給原料流導管
２３０  第１のチャネル
２３２  第２のチャネル
２３４  長軸
２３６  長軸
２３８  熱伝達アセンブリ、熱分配アセンブリ
２４０  外部ヒータ
２４２  金属バンド
２４４  純化領域
２４６  水素分離領域
２４８  筐体
２５０  内部体積
２５２  内方周囲部
２５４  第１の部分
２５６  第２の部分
２５８  保持構造体
２６０  混合ガス領域
２６２  透過領域
２６４  入力ポート
２６６  流体流
２６８  混合ガス流
２７０  水素ガス
２７２  他のガス
２７４  生成物出力ポート
２７６  透過流
２７８  スイープガス流
２８０  スイープガスポート
２８２  副生成物出力ポート
２８４  筐体
２８６  水素選択膜
２８８  第１のガス表面、混合ガス表面
２９０  第２の表面、透過表面
２９２  水素分離アセンブリ
２９４  膜アセンブリ
２９６  水素純化デバイス
２９８  シェル、筐体
３００  第１の端部プレー、端部フレーム
３０２  第２の端部プレート、端部フレーム
３０４  内部コンパートメント
３０６  水素選択膜
３０８  マイクロスクリーン構造体
３１０  供給原料流側部
３１２  透過側部
３１４  表面
３１６  表面
３１８  流体通路
３２０  ステンレス鋼
３２２  酸化アルミニウム層
３２４  プレート、フレーム
３２６  供給原料フレーム
３２８  周囲フレーム
３３０  ガスケット、ガスケットフレーム
３３２  周囲シェル
３３４  供給原料フレーム入力導管
３３６  供給原料フレーム出力導管
３３８  開領域
３３９  フレーム平面
３４０  第１の膜支持構造体
３４１  溝、チャネル
３４２  第１の方向
３４４  第２の方向
３４６  突出部、フィンガ
３４８  第３の方向
３５０  第４の方向
３５１  第５の方向
３５２  レセプタクル、開口
３６０  透過フレーム周囲シェル
３６２  透過フレーム出力導管
３６４  透過フレーム開領域
３６６  第１の透過フレーム膜支持構造体
３６８  溝、チャネル
３７０  第１の対向側部
３７１  第２の対向側部
３７２  第３の対向側部
３７３  第４の対向側部
３７４  突出部、フィンガ
３７６  レセプタクル、開口
３７８  第１のセクション
３８０  第２のセクション
３８２  第１のチャネル、第１の溝
３８４  第２のチャネル、第２の溝
３８６  第１の部分
３８８  第１の膜支持平面
３９０  第２の膜支持構造体
３９２  第２の部分
３９４  第２の膜支持平面
３９６  固定具
３９８  供給原料フレーム周囲シェル
４００  供給原料フレーム開領域
４０２  第１の供給原料フレーム膜支持構造体
４０４  第２の供給原料フレーム膜支持構造体
４０６  供給原料フレーム突出部、供給原料フレームフィンガ
４０８  第２の透過フレーム膜支持構造体
４１０  燃料分配アセンブリ
４１２  ベース
４１４  メッシュアセンブリ
４１６  上壁部
４１８  側壁部
４２０  入口
４２２  燃料流導管
４２４  通路
４２６  通路
４２８  メッシュ層
４３０  周囲部
４３２  上部部分
４３４  下部部分
４３６  燃料流分配領域
４３８  中央部分
４４０  側部部分
４４２  長手方向軸
４４４  軸
４４６  燃焼触媒
４４８  円形側壁部
４５０  下部プレート
４５２  端部分
４５４  端部分
４５６  空洞部
【図１】
2015180602.tif 000002
【図２】
2015180602.tif 000003
【図３】
2015180602.tif 000004
【図４】
2015180602.tif 000005
【図５】
2015180602.tif 000006
【図６】
2015180602.tif 000007
【図７】
2015180602.tif 000008
【図８】
2015180602.tif 000009
【図９】
2015180602.tif 000010
【図１０】
2015180602.tif 000011
【図１１】
2015180602.tif 000012
【図１２】
2015180602.tif 000013
【図１３】
2015180602.tif 000014
【図１４】
2015180602.tif 000015
【図１５】
2015180602.tif 000016
【図１６】
2015180602.tif 000017
【図１７】
2015180602.tif 000018
【図１８】
2015180602.tif 000019
【図１９】
2015180602.tif 000020
【図２０】
2015180602.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成27年8月5日(2015.8.5)
【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】
水および炭素含有原材料を含む少なくとも１つの液体含有供給原料流を受け、主要成分としての水素ガスおよび他のガスを含むリフォーメート流を発生させるように構成された、蒸気改質水素発生アセンブリであって、
前記少なくとも１つの液体含有供給原料流の少なくとも一部分を受け、蒸発させて、蒸気供給原料流を形成するように構成された、蒸発領域と、
改質触媒を含む、および前記蒸気供給原料流を受け、蒸気改質反応により前記リフォーメート流を生成するように構成された、水素生成領域と、
前記蒸発領域を少なくとも最低蒸発温度にまで加熱するために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であって、前記蒸発領域は、前記加熱排気流から前記少なくとも１つの液体含有供給原料流に熱を伝達するように構成されたパッキング材料を備える、加熱アセンブリと、
を備え、
前記パッキング材料は、前記加熱排気流から前記少なくとも１つの液体含有供給原料流に熱を伝達するように構成された複数の金属棒を備える蒸気改質水素発生アセンブリ。
【請求項２】
前記蒸発領域は、前記加熱アセンブリと前記水素生成領域との間に配設された管材を備え、前記パッキング材料は、前記管材の少なくとも一部分内に収容される、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記パッキング材料は、前記少なくとも１つの液体含有供給原料流の前記少なくとも一部分の蒸発を促進するために複数の核生成部位を形成するようにさらに構成される、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記パッキング材料は、前記複数の核生成部位の少なくとも一部分を提供する複数の不整表面を備える、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記複数の金属棒は、銅線およびアルミニウム線の少なくとも一方の複数の部分を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記蒸発領域および前記水素生成領域が中に収容される筐体と、
前記筐体の外部に位置し、前記筐体の少なくとも一部分に対して装着される、熱伝達アセンブリであって、前記熱伝達アセンブリに対して装着される１つまたは複数の外部ヒータから前記筐体の前記少なくとも一部分に熱を伝達するように構成される、熱伝達アセンブリと、
をさらに備える、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項７】
筐体であって、前記蒸発領域および前記水素生成領域は、前記筐体内に収容され、前記加熱アセンブリは、少なくとも１つの空気流および少なくとも１つの燃料流を受け、前記筐体内に収容される燃焼領域内において前記少なくとも１つの燃料流を燃焼して、前記加熱排気流を生成するように構成される、筐体と、
前記筐体の外部温度を低下させるように構成された断熱ベースであって、前記断熱ベースは、前記燃焼領域に隣接して位置し、前記筐体は、前記断熱ベースに支持され、前記断熱ベースは、断熱材料および前記断熱材料を貫通して延在する少なくとも１つの通路を備え、前記少なくとも１つの通路は、前記燃焼領域と流体連通状態にある、断熱ベースと、をさらに備える、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記加熱アセンブリは、燃料流を点火するように構成された点火器アセンブリを備え、前記点火器アセンブリは、酸素の存在下において水素を燃焼するように構成された触媒活性コーティングを有する点火器素子を備える、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項９】
少なくとも１つの供給原料流を受け、主要成分としての水素ガスおよび他のガスを含むリフォーメート流を発生させるように構成された、蒸気改質水素発生アセンブリであって、
筐体と、
前記筐体内に収容され、改質触媒を備える、水素生成領域であって、蒸気改質反応により前記少なくとも１つの供給原料流から前記リフォーメート流を生成するように構成される、水素生成領域と、
少なくとも１つの空気流および少なくとも１つの燃料流を受け、前記筐体内に収容される燃焼領域内において前記少なくとも１つの燃料流を燃焼して、少なくとも前記水素生成領域を少なくとも最低水素生成温度に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、
前記筐体の外部温度を低下させるように構成された断熱ベースであって、前記断熱ベースは、前記燃焼領域に隣接して位置し、前記筐体は、前記断熱ベースに取り付けられ、前記断熱ベースは、断熱材料、および前記断熱材料を貫通して延在する少なくとも１つの通路を備え、前記少なくとも１つの通路は、前記燃焼領域と流体連通状態にある、断熱ベースと、
を備える、蒸気改質水素発生アセンブリ。
【請求項１０】
前記断熱ベースは、前記断熱材料内に少なくとも１つの空洞部をさらに備え、前記少なくとも１つの空洞部は、（ａ）前記少なくとも１つの空気流の少なくとも一部分を生成するように構成された空気ブロワを少なくとも部分的に受けるようにサイズ設定され、（ｂ）前記少なくとも１つの通路と流体連通状態にある、請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの通路は、曲線パターンで構成された複数の通路を備える、請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記複数の通路は、円形パターンで構成される、請求項１１に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記筐体は、上部部分および下部部分を備え、前記断熱ベースは、前記下部部分に隣接し、前記上部部分から離間される、請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記加熱アセンブリは、燃料流を点火するように構成された点火器アセンブリを備え、前記点火器アセンブリは、酸素の存在下において水素を燃焼するように構成された触媒活性コーティングを有する点火器素子を備える、請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記筐体の外部に位置し、前記筐体の少なくとも一部分に対して装着される、熱伝達アセンブリであって、前記熱伝達アセンブリに対して装着される１つまたは複数の外部ヒータから前記筐体の前記少なくとも一部分に熱を伝達するように構成される、熱伝達アセンブリをさらに備える、請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
少なくとも１つの供給原料流を受け、主要成分としての水素ガスおよび他のガスを含有するリフォーメート流を発生させるように構成された、蒸気改質水素発生アセンブリであって、
改質触媒を含み、前記少なくとも１つの供給原料流を受け、蒸気改質反応により前記リフォーメート流を生成するように構成された、水素生成領域と、
前記水素生成領域と熱連通状態にある加熱アセンブリであって、前記加熱アセンブリは、少なくとも１つの燃料流を点火するように構成された点火器アセンブリを備え、前記点火器アセンブリは、酸素の存在下において水素を燃焼するように構成された触媒活性コーティングを有する点火器素子を備える、加熱アセンブリと、
を備え、
前記点火器アセンブリは、前記点火器素子の少なくとも一部に対して装着された線をさらに備え、
前記線は、前記点火器素子の少なくとも一部の周囲に巻き付けられており、
前記線は、電源と電気接続状態にある蒸気改質水素発生アセンブリ。
【請求項１７】
前記触媒活性コーティングは、白金、ロジウム、およびパラジウムの中の少なくとも１つを含む、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記点火器素子は、セラミック材料および金属材料の少なくとも一方を含む、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
少なくとも１つの供給原料流を受け、主要成分としての水素ガスおよび他のガスを含むリフォーメート流を発生させるように構成された、蒸気改質水素発生アセンブリであって、
筐体と、
前記筐体内に収容され、改質触媒を備える、水素生成領域であって、蒸気改質反応により前記少なくとも１つの供給原料流から前記リフォーメート流を生成するように構成される、水素生成領域と、
前記筐体の外部に位置し、前記筐体の少なくとも一部分に対して装着される、熱伝達アセンブリであって、前記熱伝達アセンブリに対して装着される１つまたは複数の外部ヒータから前記筐体の前記少なくとも一部分に熱を伝達するように構成される、熱伝達アセンブリと、
を備え、
前記熱伝達アセンブリは、前記筐体の前記少なくとも一部分に対して装着される金属バンドを備え、
前記金属バンドは、一以上の外部ヒータを収容するための穴を含む、蒸気改質水素発生アセンブリ。
【請求項２０】
前記金属バンドは、アルミニウムを含む、請求項１９に記載のアセンブリ。
【請求項２１】
前記１つまたは複数の外部ヒータは、前記熱伝達アセンブリにより加熱される前記筐体の前記少なくとも一部分の表面積よりも小さな総加熱表面積を備える、請求項１９に記載のアセンブリ。
【請求項２２】
前記１つまたは複数の外部ヒータは、前記熱伝達アセンブリにより加熱される前記筐体の前記少なくとも一部分の前記表面積よりも実質的に小さな総加熱表面積を備える、請求項２１に記載のアセンブリ。
【請求項２３】
第１の端部フレームおよび第２の端部フレームであって、
水素ガスおよび他のガスを含む混合ガス流を受けるように構成された入力ポート、
前記混合ガス流よりも高濃度の水素ガスおよび低濃度の前記他のガスの少なくとも一方を含む透過流を受けるように構成された出力ポート、および
前記他のガスの少なくとも実質的な部分を含む副生成物流を受けるように構成された副生成物ポートを備える、第１の端部フレームおよび第２の端部フレームと、
前記第１の端部フレームと前記第２の端部フレームとの間に配設され、前記第１の端部フレームおよび前記第２の端部フレームに対して固定される、少なくとも１つの水素選択膜であって、前記少なくとも１つの水素選択膜は、供給原料側部および透過側部を有し、前記透過流の少なくとも一部が、前記供給原料側部から前記透過側部に通過する前記混合ガス流の部分から形成され、前記供給原料側部に留まる前記混合ガス流の残留部分が、前記副生成物流の少なくとも一部を形成する、少なくとも１つの水素選択膜と、
前記第１の端部フレームおよび前記第２の端部フレームと前記少なくとも１つの水素選択膜との間に配設される複数のフレームであって、前記複数のフレームの各フレームが、開領域およびフレーム平面を画定する周囲シェルを備え、少なくとも第１の膜支持構造体は、前記開領域内へと延在し、前記少なくとも第１の膜支持構造体のそれぞれが、第１の膜支持平面内において、前記複数のフレームの他の第１の膜支持構造体と同一平面内に位置し、前記第１の膜支持平面は、前記複数のフレームの各フレームの前記フレーム平面に対して垂直に位置する、複数のフレームと、
を備える、水素純化デバイス。
【請求項２４】
前記少なくとも第１の膜支持構造体は、前記第１の端部フレームおよび前記第２の端部フレームに対して前記複数のフレームを固定するために少なくとも１つの固定具を受けるように構成された１つまたは複数のレセプタクルを備える、請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記少なくとも第１の膜支持構造体は、前記周囲シェルと共に形成される、請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記複数のフレームはそれぞれ、前記開領域内へと延在する少なくとも第２の膜支持構造体を備え、前記少なくとも第２の膜支持構造体はそれぞれ、第２の膜支持平面内において、前記複数のフレームの他のフレームの他の第２の膜支持構造体と同一平面内に位置し、前記第２の膜支持平面は、前記第１の膜支持平面から離間され、前記フレーム平面に対して垂直である、請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記周囲シェルは、第１の対向側部および第２の対向側部を備え、前記少なくとも第１の膜支持構造体は、前記第１の対向側部から前記開領域内へと延在し、前記少なくとも第２の膜支持構造体は、前記第２の対向側部から前記開領域内へと延在する、請求項２６に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記複数のフレームは、前記第１の端部フレームおよび前記第２の端部フレームの少なくとも一方と前記少なくとも１つの水素選択膜との間に配設された少なくとも１つの供給原料フレームを備え、
前記少なくとも１つの供給原料フレームが、
供給原料フレーム周囲シェルと、
前記供給原料フレーム周囲シェルに形成され、前記入力ポートから前記混合ガス流の少なくとも一部を受けるように構成された、入力導管と、
前記供給原料フレーム周囲シェルに形成され、前記少なくとも１つの水素選択膜の前記供給原料側部に留まる前記混合ガス流の前記少なくとも一部の残留部分を受けるように構成される、出力導管と、
前記入力導管と前記出力導管との間に配設される供給原料フレーム開領域と、
前記少なくとも１つの水素選択膜の第１の部分を支持するための、前記第１の膜支持平面内の少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体であって、前記混合ガス流の前記少なくとも一部が前記供給原料フレーム開領域を越えて前記入力導管と前記出力導管との間に流れる際に、前記混合ガス流の前記少なくとも一部の流れの方向を変更するようにさらに構成された、少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体と、
をさらに備える、請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体を用いないことにより、前記供給原料フレーム開領域を越える前記入力導管と前記出力導管との間の前記混合ガス流の前記少なくとも一部の流れが、少なくとも第１の方向に移動し、前記少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体は、前記少なくとも第１の方向から前記少なくとも第１の方向とは異なる少なくとも第２の方向に前記混合ガス流の前記少なくとも一部の前記流れを変更するように構成される、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記入力導管から前記供給原料フレーム開領域に向かう前記混合ガス流の前記少なくとも一部の流れが、ほぼ第３の方向へのものであり、前記少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体は、前記供給原料フレーム周囲シェルから前記第３の方向に対してほぼ平行な第４の方向に延在し、前記少なくとも第１の膜支持構造体は、前記複数のフレームの他のフレームの前記周囲シェルから前記第４の方向に延在する、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記入力導管から前記供給原料フレーム開領域の方向への前記混合ガス流の前記少なくとも一部の流れが、ほぼ第３の方向へのものであり、前記少なくとも１つの供給原料フレーム膜支持構造体は、前記供給原料フレーム周囲シェルから前記第３の方向に対してほぼ垂直な第４の方向に延在し、前記少なくとも第１の膜支持構造体は、前記複数のフレームの他のフレームの前記周囲シェルから前記第４の方向に延在する、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記供給原料フレーム周囲シェルは、前記開領域で前記入力導管および前記出力導管を流体連結する複数のチャネルを備える、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記複数のフレームは、少なくとも１つの透過フレームをさらに備え、前記少なくとも１つの水素選択膜は、前記第１の端部フレームおよび前記第２の端部フレームの一方と前記少なくとも１つの透過フレームとの間に配設され、
前記少なくとも１つの透過フレームが、
透過フレーム周囲シェルと、
前記透過フレーム周囲シェルに形成され、前記少なくとも１つの水素選択膜から前記透過流の前記少なくとも一部を受けるように構成された、出力導管と、
前記透過フレーム周囲シェルにより囲まれる透過フレーム開領域と、
前記少なくとも１つの水素選択膜の第１の部分を支持するための、前記第１の膜支持平面内の少なくとも１つの透過フレーム膜支持構造体と、
を備える、請求項２３に記載のデバイス。
【請求項３４】
前記複数のフレームは、前記少なくとも１つの水素選択膜を支持するように構成された少なくとも１つのマイクロスクリーン構造体をさらに備え、前記少なくとも１つのマイクロスクリーン構造体は、前記透過側部に対して支持を与えるように構成されたほぼ対向し合う表面と、前記対向し合う表面間に延在する複数の流体通路とを備え、前記少なくとも１つのマイクロスクリーン構造体は、ステンレス鋼をさらに含み、前記ステンレス鋼は、前記ステンレス鋼と前記少なくとも１つの水素選択膜との間における金属間拡散を防止するように構成された酸化アルミニウム層を含む、請求項２３に記載のデバイス。
【請求項３５】
第１の端部プレートおよび第２の端部プレートであって、
水素ガスおよび他のガスを含む混合ガス流を受けるように構成された入力ポート、
前記混合ガス流よりも高濃度の水素ガスおよび低濃度の前記他のガスの少なくとも一方を含む透過流を受けるように構成された出力ポート、および
前記他のガスの少なくとも実質的な部分を含む副生成物流を受けるように構成された副生成物ポートを含む、第１の端部プレートおよび第２の端部プレートと、
前記第１の端部プレートと前記第２の端部プレートとの間に配設される少なくとも１つの水素選択膜であって、前記少なくとも１つの水素選択膜は、供給原料側部および透過側部を有し、前記透過流の少なくとも一部が、前記供給原料側部から前記透過側部に通過する前記混合ガス流の部分から形成され、前記供給原料側部に留まる前記混合ガス流の残留部分は、前記副生成物流の少なくとも一部を形成する、少なくとも１つの水素選択膜と、
前記少なくとも１つの水素選択膜を支持するように構成されたマイクロスクリーン構造体であって、前記マイクロスクリーン構造体は、前記透過側部に対して支持を与えるように構成されたほぼ対向し合う表面、および前記対向し合う表面間に延在する複数の流体通路を備え、前記マイクロスクリーン構造体は、ステンレス鋼と前記少なくとも１つの水素選択膜との間における金属間拡散を防止するように構成された酸化アルミニウム層を含むステンレス鋼を含む、マイクロスクリーン構造体と、
を備える、水素純化デバイス。
【請求項３６】
前記ステンレス鋼は、約０．６〜約１．５重量％のアルミニウムを含む、請求項３５に記載のデバイス。
【請求項３７】
前記マイクロスクリーン構造体は、３０３（アルミニウム変性された）、１７−７ＰＨ、１３−８ＰＨ、および１５−７ＰＨのステンレス鋼のうちの１つを含む、請求項３５に記載のデバイス。
【請求項３８】
水素純化デバイス用のフレームを製造する方法であって、前記フレームは、第１の端部フレームと第２の端部フレームとの間に配設され、前記第１の端部フレームおよび前記第２の端部フレームの少なくとも一方に対して固定される、方法であって、
ある融点を有する少なくとも１つの重層金属で前記フレームの第１のセクションおよび第２のセクションをめっきするステップと、
前記第１のセクションおよび前記第２のセクションを接合するステップと、
前記融点を上回るように接合された前記第１のセクションおよび前記第２のセクションの温度を上昇させるステップと、
合金が形成されるように前記少なくとも１つの重層金属を前記第１のセクションおよび前記第２のセクション中に拡散させるステップであって、前記合金は、前記少なくとも１つの重層金属の前記融点よりも高い融点を有する、ステップと、
を含む、方法。
【請求項３９】
前記第１のセクションおよび前記第２のセクションは、第１のチャネルおよび第２のチャネルをそれぞれ備え、前記第１のセクションおよび前記第２のセクションを接合する前記ステップは、前記第１のチャネルおよび前記第２のチャネルが相互にずらされるように、前記第１のセクションおよび前記第２のセクションを接合するステップを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１のセクションおよび前記第２のセクションは、少なくとも１つの被覆金属から作製される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記少なくとも１つの被覆金属は、銅被覆鋼を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
銅被覆鋼は、銅被覆ステンレス鋼および銅被覆炭素鋼の一方を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
前記重層金属は、スズを含む、請求項３８に記載の方法。
【外国語明細書】
2015180602000001.pdf