(57)【要約】  本発明は水素を精製する装置および方法を提供する。同装置は燃料処理装置、精製装置およびシステム制御装置を包含する。同制御装置は同燃料処理装置からの改質生成物のフローを計算し、同計算値に基づいて同精製装置を運転する。同計算値は、同燃料処理装置のプロセス・モデルと同燃料処理装置への既知の一種あるいは複数種の原料から決められる。同改質生成物のフローの計算値は、同精製装置内の複数の吸着剤層に送る改質生成物のフローを制御するために使用され、また同水素生成装置内の他の物質フローの制御のためにも使用できる。同燃料処理装置から同精製装置に送られる改質生成物の圧力および／あるいは流量の変動を抑える手段も開示されている。生成される水素の純度は、同改質生成物の組成、圧力および／あるいは流量の変動に対応して同精製装置の運転を調整することによって維持できる。
2008524107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素および不純物を含む改質中間生成物のフローを生成する能力を有する燃料処理装置；
同燃料処理装置の下流に装備され、同改質中間生成物のフローから不純物を除去して水素純度が上昇した改質生成物を生成する能力を有する精製装置；および
同燃料処理装置のプロセス・モデルに従って同装置で生成される改質中間生成物のフローを計算し、同改質中間生成物のフローの計算値に部分的に対応して同精製装置を運転する能力を有する制御装置：
を包含する水素生成装置。
【請求項２】
該燃料処理装置が酸化装置および改質装置を包含する、請求項１の装置。
【請求項３】
該精製装置が、複数基の吸着剤層と、これら複数の吸着剤層の一基あるいは複数基への該改質中間生成物のフローを選択的に制御する能力を有する弁アセンブリーと、を装備する、請求項１の装置。
【請求項４】
該複数の吸着剤層が該改質中間生成物のフローから不純物を選択的に吸着するための吸着物質を包含している、請求項３の装置。
【請求項５】
該精製装置が弁アセンブリーから該複数の吸着剤層のいずれかにフローを振り分ける能力を有する変速モーターを装備している、請求項３の装置。
【請求項６】
該水素純度が上昇した改質生成物および／あるいは水素純度が低下した改質生成物を測定して生成物測定データーを得るためのセンサーを該精製装置の下流に更に装備し、該制御装置が部分的に同生成物測定データーに対応して該精製装置を運転する、請求項１の装置。
【請求項７】
該精製装置から排出される該水素純度が上昇した改質生成物のフローを制御するための生成物弁を精製装置の下流に更に装備し、同生成物弁が該改質中間生成物のフローの計算値に部分的に対応して作動する開口が変化する弁で構成されていることを特徴とする請求項１の装置。
【請求項８】
該燃料処理装置の下流に圧縮装置を更に装備し、同圧縮装置が該改質中間生成物のフローを受け取りそれを圧縮して圧縮改質中間生成物フローを該精製装置に送る能力を有することを特徴とする請求項１の装置。
【請求項９】
該圧縮装置が変速あるいは定速の圧縮機を装備し、該制御装置が同圧縮機の速度とは独立して該精製装置を運転することを特徴とする請求項８の装置。
【請求項１０】
開口が変化する弁を装備した配管を更に有し、同弁が同配管を通して該圧縮機の入口まで流れる補助的な流体のフローを制御する能力を有し、該制御装置が部分的に該改質中間生成物のフローの計算値に対応して同開口が変化する弁を操作することを特徴とする請求項８の装置。
【請求項１１】
該改質中間生成物の圧力および／あるいは流量を測定する能力を有するセンサーを該圧縮機の上流に更に装備し、同開口が変化する弁が測定された圧力および／あるいは流量に対応して操作されることを特徴とする請求項８の装置。
【請求項１２】
該制御装置が圧力および／あるいは流量の測定値に部分的に対応して該精製装置を運転することを特徴とする請求項１１の装置。
【請求項１３】
該燃料処理装置と該精製装置の中間に緩衝装置を更に配置して該改質中間生成物のフローを緩衝することを特徴とする請求項１の装置。
【請求項１４】
該水素純度が上昇した改質生成物を受け取り貯蔵する能力を有するタンクを該精製装置の下流に更に装備していることを特徴とする請求項１の装置。
【請求項１５】
更に、該燃料処理装置が燃料、空気、水およびそれらの混合物から構成される原料を処理し、同原料を測定し原料データーを該制御装置に伝送するためのセンサーを更に装備していることを特徴とする請求項１の装置。
【請求項１６】
燃料処理装置中に水素および不純物を含む改質中間生成物のフローを生成する工程；
同改質中間生成物から不純物を除去して水素純度が上昇した改質生成物のフローを生成する工程；
同燃料処理装置により同燃料処理装置のプロセス・モデルに従って生成されるべき同改質中間生成物のフローを計算する工程；および
同改質中間生成物のフローの計算値に部分的に対応して精製装置を運転する工程：
を包含する水素純度が上昇した改質生成物を生成する方法。
【請求項１７】
該精製装置が不純物を選択的に吸着する能力を有する吸着物質を包含する複数の吸着剤層を有し、該改質中間生成物のフローを吸着期間中に同複数の吸着剤層の一基あるいは複数基に通過させて同フローから不純物を除去することを特徴とする請求項１６の方法。
【請求項１８】
該精製装置が該改質中間生成物のフローの計算値に対応して吸着期間を調整することにより該計算値に対応して運転されることを特徴とする請求項１７の方法。
【請求項１９】
該精製装置が複数の該吸着剤層の一基あるいは複数基への該改質中間生成物のフローを制御する能力を有する弁アセンブリーを更に装備していることを特徴とする請求項１７の方法。
【請求項２０】
該精製装置が弁アセンブリーから複数の該吸着剤層のいずれかにフローを振り分ける能力を有する変速モーターを更に装備していることを特徴とする請求項１８の方法。
【請求項２１】
該改質中間生成物から不純物を除去する前の段階で該改質中間生成物を圧縮装置により圧縮して、圧縮改質中間生成物のフローを成する工程を更に包含することを特徴とする請求項１６の方法。
【請求項２２】
該改質中間生成物を定速あるいは変速のモーターで駆動される圧縮機により圧縮し、該精製装置を同圧縮機の速度とは独立して運転することを特徴とする請求項２１の方法。
【請求項２３】
該改質中間生成物から不純物を除去する前の段階で該改質中間生成物のフローを緩衝する工程を更に包含することを特徴とする請求項１６の方法。
【請求項２４】
該水素純度が上昇した改質生成物を測定して生成物測定データを得る工程、および同生成物測定データに対応して該精製装置を運転する工程を更に包含することを特徴とする請求項１６の方法。
【請求項２５】
該精製装置からの水素純度が上昇した改質生成物を該改質中間生成物のフローの計算値に対応して制御する工程を更に包含することを特徴とする請求項１６の方法。
【請求項２６】
該水素純度が上昇した改質生成物を測定して生成物測定データを得る工程、および同生成物測定データに対応して該精製装置を制御する工程を更に包含することを特徴とする請求項２４の方法。
【請求項２７】
該水素純度が上昇した改質生成物の生産量を選択して、選択された同生産量に基づいて該改質中間生成物のフローを計算する工程を更に包含することを特徴とする請求項１６の方法。
【請求項２８】
該改質中間生成物のフローの計算値を参照表から決めることを特徴とする請求項２７の方法。
【請求項２９】
該燃料処理装置への原料を該改質中間生成物のフローの計算値に対応して制御する工程を更に包含することを特徴とする請求項２８の方法。
【請求項３０】
該燃料処理装置への一種あるいは複数種を選択する工程を更に包含し、該改質中間生成物のフローの計算値が、部分的に、選択された一種あるいは複数種の原料から決められることを特徴とする請求項１６の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、一般的には水素生成分野に関する。本発明の装置および方法は、水素および一種あるいは複数種の不純物を含有する改質中間生成物から選択的吸着で不純物を除去することにより水素を生成する。この選択的吸着は、吸着期間を制御・調整して生成物純度を高める圧力スイング吸着法によって実施できる。より詳細には、本発明は水素を生成するための選択的吸着装置／燃料処理装置の統合・運転に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
水素は、宇宙航空分野から食品製造分野、石油・ガスの製造／精製分野に至る広い産業分野で用いられている。これらの分野において、水素は推進剤、雰囲気ガス、キャリアー・ガス、希釈用ガス、燃焼反応用の燃料成分、燃料電池の燃料、更には多くの化学反応およびプロセスでの還元剤として用いられている。更に、水素は発電用の代替燃料と考えられており、これは再生可能であり、豊富に存在し、効率が高く、他の代替燃料とは違って汚染物質を排出しないといった長所によるものである。現在、水素の消費は広く普及しており、更に広い分野での大きな潜在性があるが、水素の消費の更な普及を妨げる短所は、水素の生成、貯蔵および広い範囲にわたる流通のための経済基盤の欠如である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような短所を解決するための一方法は、水素の分散型生成である。このような分散型生成は、例えば炭化水素系燃料を高純度の水素を含有する改質生成物に転化するための燃料処理装置の使用によって達成できる。燃料の改質プロセス（例えば水蒸気改質、部分酸化、自己熱改質など）は、水素を必要とする場所で、炭化水素系燃料（例えば、天然ガス、ＬＰＧ、ガソリン、ディーゼル燃料など）を高純度で水素を含有する改質生成物に転化するために用いることができる。しかし、燃料改質装置は望ましい水素生成物を生成することの他に、典型的には改質生成物の価値を減ずる望ましくない不純物をも生成する。例えば、通常型の水蒸気改質プロセスは、炭化水素原料（例えば、メタン、天然ガス、プロパン、ガソリン、ナフサあるいはディーゼル燃料）を蒸発し、それを水蒸気と混合した後、水蒸気改質触媒上を通過させる。炭化水素原料の大半は水素および不純物（例えば、一酸化炭素および二酸化炭素）からなる改質混合物に転化される。この一酸化炭素濃度を低下させるために、改質生成物は典型的には水生ガスシフト反応を受け、ここで一酸化炭素は水蒸気と反応して二酸化炭素と水素を生成する。シフト反応が完了後、水素純度を許容レベルにまで上昇させるために追加的な複数の精製工程を採用してよい。これらの精製工程は、メタン化、選択酸化、膜分離技術および選択吸着（例えば温度スイングおよび／あるいは圧力スイングといった吸着プロセス）を包含するが、これらに限定されない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
圧力スイング吸着（ＰＳＡ）によるガス分離は、混合物中のより吸着し易い成分をより吸着し難い成分よりも優先的に吸着する吸着剤層（床）を協調的な圧力変動サイクルによって達成できる。通常型のＰＳＡ装置では、二基以上の吸着剤層を圧力源および圧力低下装置に結合し、作動圧および流体移動方向を弁操作により交互に変化させるシーケンスを採用している。他の通常型のＰＳＡ装置では、複数の吸着剤層への、あるいはそれらからの流体のフローは、吸着および再生工程のために吸着剤層を周期的に変更する回転式分配弁により制御する。例えば、空気からの酸素の分離は、この種の通常型ＰＳＡ装置の既知の適用例である。しかし、この種の適用では、ガス混合物の組成、圧力および／あるいは流量は典型的には固定されており、その値も既知である。それに対して、ＰＳＡ装置と燃料処理装置の統合によりガス混合物の組成、圧力および／あるいは流量が変動する生成物の生成は、この種のシステムの効率的な運転に対して課題を提供する。
【０００５】
（発明の概要）
本発明の一実施態様は水素生成装置を提供する。本発明の装置は、水素および不純物からなる改質中間生成物のフローを生成できる燃料処理装置を包含する。同改質中間生成物の組成、圧力および／あるいは流量は変動し得る。このような水素生成装置は、燃料処理装置の下流に配置された精製装置をも包含し、これは水素純度が上昇した改質生成物を生成するために改質中間生成物のフローから不純物を除去する能力を有する。燃料処理装置のプロセス・モデルに従って同装置で生成される改質中間生成物のフローを計算できる制御装置が装備される。同制御装置は改質中間生成物のフロー計算値に基づいて精製装置の運転を実施できる。
【０００６】
本発明のプロセス面は、水素純度が上昇した改質生成物を生成する方法を提供する。同方法は、水素および不純物からなる改質中間生成物のフローを燃料処理装置で生成する工程を包含する。同改質中間生成物の組成、圧力および／あるいは流量は変動し得る。同方法は同改質中間生成物から不純物を除去して水素純度が上昇した改質生成物を生成する。燃料処理装置で生成される改質中間生成物のフロー計算値は同装置のプロセス・モデルに従って作成される。精製装置は改質中間生成物のフロー計算値に基づいて運転される。同方法は、水素純度が上昇した改質生成物の生成量を選択して同生成量に基づいて改質中間生成物のフロー計算値を決める工程、あるいは燃料処理装置へ送られる１種あるいは複数種の原料を選択して部分的には同選択された１種あるいは複数種の原料に基づいて改質中間生成物のフロー計算値を決める工程を随意的に包含してよい。
【０００７】
本発明は種々の変更あるいは代替案の採用が可能であるが、それの特定の実施態様は図示される例により説明され、また本明細書内に詳述されている。ただし、ここで説明される特定の実施態様は本発明をここで開示される特定の様式に制限しようと意図しているのではなく、それどころか別添の特許請求の範囲によって明示されている本発明の精神および範囲に含まれる全ての変更、相当物、代替案の包含を意図していることを理解されたい。
【０００８】
（好ましい形態の詳細な説明）
以下に本発明を説明する実施態様を述べる。
断っておくが、本明細書では実際の実施態様の全ての特徴が記載されているのではない。ここに記載される実際の実施態様のどのようなものでもそれを開発する過程で開発者の特定の目標を達成するためにその実施に特有な数多くの決定をしなければならないことが当然のことながら認識されよう。このような特定の目標の例として、実施毎に変化するシステム関連あるいはビジネス関連の制約の順守が挙げられる。更に、このような開発努力は複雑かつ煩雑であろうが、それでもここに開示されている事項により利益を受ける関連業界での通常の技能を有する人々が為さなければならないことも認識されよう。
【０００９】
燃料処理装置からの生成物流は典型的には水素を高純度で含有するが、同時に１種あるいは複数種の不純物をも含有する。これらの不純物の例として、一酸化炭素、二酸化炭素、水、水蒸気、不活性成分（例えば窒素、アルゴンなど）、硫黄あるいは窒素を含有する各種化合物、更に未反応の炭化水素が挙げられる。水素生成物の安全および信頼性のために、これらの不純物を除去、あるいはそれらの濃度を極めて低レベルにまで低下させなければならない。更に、燃料処理装置からの生成物流の組成、圧力および／あるいは流量は変動し得るし、これにより同生成物の精製、浄化が妨害される可能性がある。本発明は、望ましい生成物組成を維持するために、このような変動を低下・抑制するための、そして精製装置運転を調整するための装置および方法の提供を意図している。
【００１０】
水素を生成するための本発明の装置は、水素および不純物からなる改質中間生成物のフローを生成できる燃料処理装置を包含する。同改質中間生成物のフローの組成、圧力および／あるいは流量は変動し得る。同燃料処理装置の下流側に圧縮装置を場合により配置してよい。同圧縮装置は改質中間生成物のフローを圧縮して圧縮改質中間生成物フローを精製装置に送る。このような精製装置は燃料処理装置の下流側に装備され、改質中間生成物のフローから不純物を除去して水素純度が上昇した改質生成物を生成する。同精製装置には複数基の吸着剤層およびこれら吸着剤層の一基あるいは複数基への改質中間生成物のフローを選択的に制御するための弁アセンブリーが装備されている。燃料処理装置で生成される改質中間生成物のフローを同装置のプロセス・モデルに従って計算することが可能な制御装置が装備されている。同制御装置は更に改質中間生成物のフロー計算値に基づいて精製装置の運転を実施できる。
【００１１】
本発明の装置に装備するのが適切な燃料処理装置は、水素および１種あるいは複数種の不純物からなる改質中間生成物のフローを生成できる装置を包含する。本発明の装置の最終的な目的は、水素を消費するどのような装置あるいはプロセスででも安全かつ高信頼性で使用可能な実質的に純粋は水素を生成することである。従って、このような観点からの「不純物」とは、水素を消費する装置あるいはプロセス、あるいは水素を貯蔵する装置を腐食させたり損傷を与えたり、あるいはそれらの運転を妨害するいかなる物質をも包含する。このような不純物の典型例として、硫黄含有化合物、窒素含有化合物、二酸化炭素、液体水、水蒸気、未反応の炭化水素および不活性ガスが挙げられる。
【００１２】
いくつかの実施態様では、燃料処理装置は酸化装置、および燃料を水素および１種あるいは複数種の不純物からなる改質生成物に転化する改質装置を包含し得る。改質装置は燃料処理技術においてよく知られており、水蒸気改質、部分酸化、自己熱改質などの一つあるいは複数を実施するために設計できる。適切な燃料処理装置はどのような知られた改質装置を用いることができるが、図４に示される説明的な記述は、２００１年１２月５日にＫｒａｕｓｅ他により出願された「高純度水素ガスを生成するためのコンパクトな燃料処理装置」と題する米国特許出願１０／００６、９６３（２００２年７月１８日に公開された公開番号ＵＳ２００２／００９４３１０Ａ１）から抜粋されたものである。同出願は、水蒸気改質と自己熱改質の組み合わせを開示している。
【００１３】
図４に示されているように、同燃料処理装置に対する原料は炭化水素系燃料、酸素、水、およびこれらの混合物を包含し得る。同燃料処理装置のための使用が適切な炭化水素系燃料の例として、天然ガス、ＬＰＧ、ガソリン、ディーゼル燃料油、アルコールおよびこれらの混合物が挙げられる。天然ガスは好ましい炭化水素系燃料である。酸素は、空気、酸素富化空気あるいは実質的に純粋な酸素の形で使用可能である。燃料および水は、液体および／あるいは蒸気の形で装置内に導入できる。しかしながら、原料物質の初期段階および改質反応の種類によっては、原料をある程度まで処理することが必要であるかもしれない。例えば、液状の水および燃料を両方とも気相に変化させ、更に反応物を加熱してから改質装置内の反応領域に導入することが好ましい。燃料処理装置に送られる各燃料の自動制御の実施のために測定装置を装備することができ、またこれらの原料の組成、圧力および／あるいは流量のフィードバック制御のためにセンサーを装備してよい。
【００１４】
図４のブロックＡは改質工程を示しており、同工程の特定の一つの実施態様では、部分酸化（下記の式Ｉ）および水蒸気改質（下記の式ＩＩ）の二反応により原料を水素および一酸化炭素を含有する合成ガスに転化する。式Ｉおよび式ＩＩは例示的な反応式であり、ここではメタンが炭化水素と考えられている。
ＣＨ４＋１／２Ｏ２→２Ｈ２＋ＣＯ      （Ｉ）
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ      （ＩＩ）
発熱反応である部分酸化反応のためには原料流中の酸素濃度が高い方がよく、また吸熱反応である改質反応のためには原料流中の水蒸気濃度が高い方がよい。従って、酸素／炭化水素比、水／炭化水素比および反応温度は水素収率に影響を与える特徴的な操作因子である。改質工程Ａでの反応温度は、原料状態と触媒によっては、約５５０〜９００°Ｃの範囲から選ぶことができる。部分酸化および水蒸気改質に使用される触媒例は燃料改質技術においてよく知られており、ここでの詳述は控える。
【００１５】
ブロックＢは冷却工程であり、ここでは改質工程Ａからの合成ガス流は約２００〜６００°Ｃ、好ましくは約３７５〜４２５°Ｃに冷却され、次のプロセス工程Ｃ（以下に記載）のための原料を調製する。同冷却は、設計仕様および合成ガスから回収／再循環されるべき熱量によっては、ヒート・シンク（放熱板などの）、ヒート・パイプ、熱交換器などによって実施され得る。合成ガスの冷却は、例えば同ガスに対してより低温度の水蒸気を噴射するといった関連技術において知られている他の手段によっても実施され得る。
【００１６】
ブロックＣは脱硫工程である。多くの燃料での不純物は硫黄であり、これは通常は改質工程Ａにおいて硫化水素に転化される。脱硫のためには、硫化水素を吸着して転化できる酸化亜鉛および／あるいは他の一種あるいは複数種の物質を用いるのが好ましい。このような物質は、担体（例えばモノリス型、押出形状、ペレットなど）に担持されているかもしれないし、されていないかもしれない。脱硫は、以下の式（ＩＩＩ）の反応によって硫化水素を硫化亜鉛に転化することによって実施できる。
Ｈ２Ｓ＋ＺｎＯ→Ｈ２Ｏ＋ＺｎＳ      （ＩＩＩ）
脱硫は好ましくは約３００〜５００°Ｃ、より好ましくは約３７５〜４２５°Ｃの温度下で実施される。
【００１７】
脱硫プロセス流は、次いで混合工程Ｄに送ってもよく、同工程には水サブシステムからの水が随意的に追加される。水の追加は、同プロセス流温度の低下と次いで実施される水生ガスのシフト反応のための追加的な水の供給という二つの目的を有している。水蒸気と他のプロセス流成分は、これら成分の混合を効果的に混合しおよび／あるいは水の蒸発を促進できる不活性物質（例えばセラミック・ビーズその他の同等品）の層を通過する際に混合される。他の方法では、追加的な水は改質工程Ａの上流側に導入することができる。この場合には、上記混合工程は再配置されるか除去できる。同プロセス流が選択的な酸化を受ける場所では、酸化工程の前に酸化剤をプロセス流に混合するための混合工程を設けてよい。
【００１８】
ブロックＥは水生ガスのシフト反応工程であり、ここでは以下の式（ＩＶ）により一酸化炭素は二酸化炭素に転化される。
Ｈ２Ｏ＋ＣＯ→Ｈ２＋ＣＯ２      （ＩＶ）
一般的には、水生ガスのシフト反応は、触媒によっては、約１５０〜６００°Ｃの温度下で進行する。このような条件下では、ガス流中の一酸化炭素の多くは二酸化炭素に転化される。水素純度が上昇した改質生成物を燃料電池の燃料として使用する際には、一酸化炭素濃度を燃料電池の触媒が耐えられる濃度まで低下する必要があり、この濃度は典型的には約５０ｐｐｍ未満である。水生ガスのシフト反応に使用される触媒例は、高温型および低温型の双方について燃料改質技術においてよく知られており、ここでの詳述は控える。
【００１９】
ブロックＦは冷却工程であり、同工程はプロセス流温度を好ましくは約９０〜１５０°Ｃにまで低下するために不活性物質層中あるいは他の方法で実施できる。冷却工程Ｆの次に選択的あるいは優先的な酸化工程が続く場合には、空気サブシステムからの酸素もまた同プロセス流に追加してよい。
【００２０】
ブロックＧは場合により採用される選択的あるいは優先的な酸化工程であり、ここではプロセス流に残留する一酸化炭素の多くは二酸化炭素に転化される。同酸化工程は、一酸化炭素の酸化活性を有する触媒の存在下で実施されるけれども、典型的には以下の２種類の酸化反応が進行する。一つは一酸化炭素を酸化する望ましい反応（式Ｖ）であり、他は水素を酸化する望ましくない反応である（式ＶＩ）。
ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２      （Ｖ）
Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ       （ＩＶ）
これらの反応は両方とも発熱反応であり、一酸化炭素の酸化は低温度の方が有利であるので、酸化反応領域内に冷却コイルのようなヒート・シンクを随意的に設けるのが有利であるかもしれない。酸化反応温度は好ましくは約９０〜１５０°Ｃの範囲内に維持する。本発明の装置は、水素を不純物から分離するための圧力スイング吸着装置のような精製装置を包含しているので、選択酸化工程Ｇを除去してよいこともある。
【００２１】
前述したように、燃料処理装置により生成した改質中間生成物は高純度の水素と共に一種あるいは複数種の不純物を含有しているので、これらの不純物を除去、あるいはそれらの濃度を極めて低レベルにまで低下させるために精製処理あるいは浄化処理が必須である。採用される精製技術の種類によっては、改質中間生成物を精製装置に送る前にそれの圧力を高める必要があるかもしれない。従って、本発明の装置は燃料処理装置の下流側に圧縮装置を随意的に配置してよい。同圧縮装置は燃料処理装置から受け取った改質中間生成物のフローを圧縮して精製装置に送る。いくつかの実施態様（例えば、精製装置から排出される水素純度が上昇した改質生成物を高圧下で貯蔵する装置に送るような場合）においては、精製装置と貯蔵装置の間に随意的に第二の圧縮装置を配置して水素純度が上昇した改質生成物の圧力を適切なレベルにまで上昇してよい。
【００２２】
圧縮装置は、水素含有ガスの混合物を分離装置および／あるいは貯蔵装置に送る際にそれを圧縮するための技術において知られている。この種の圧縮技術のより詳細は以下の文献に記載されている：Ｐｅｒｒｙ著のＣｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ’Ｈａｎｄｂｏｏｋ、第４版（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，（Ｃ）１９６３）のような化学工学参照文献、ならびにＤｏｓｈｉに与えられた米国特許４，６９０，６９５（１９８７年９月１日）、Ｋｅｅｆｅｒ他に与えられた米国特許６，４８８，７４７（２００２年１２月３日）およびＭｉｔｌｉｔｓｋｙによる米国特許出願番号ＵＳ２００３／０１７５５６４Ａ１（２００３年９月１８日公開）。これらの内容は本明細書内に引用されている。圧縮装置は極めて詳細に記載する必要はないが、適切な圧縮装置は、一段あるいは二段以上の多段圧縮装置において定速あるいは変速モーターにより駆動される圧縮機を装備していることを認識されたい。
【００２３】
圧縮装置が流体に与えるべき圧力は、圧縮を必要とする装置が要求する圧力によって異なる。圧力スイング吸着装置（ＰＳＡ）が装備されている精製装置の場合には、ＰＳＡに送る改質中間生成物フローに要求される圧力は約１〜６００ｐｓｉｇの範囲内で変化し得る。水素純度が上昇した改質生成物の貯蔵のために圧縮が必要な場合には、同改質中間生成物に要求される圧力はゼロより少し高い圧力から約１０，０００ｐｓｉｇの範囲内で変化し得る。関連業界の専門家が認識しているように、適切な圧縮装置の選択は、改質中間生成物の組成、流量、圧力および温度、下流装置が要求する圧力のような因子のみならず、圧縮装置の電力消費量、サービス寿命およびコストのような因子を考慮して決められる。
【００２４】
精製装置が圧力スイング吸着装置を包含する実施態様では、ＰＳＡ内の複数の吸着剤層への改質中間生成物のフロー、および同改質中間生成物から不純物を除去するためにそれが吸着剤層を通過する時間は、圧縮機の速度とは独立して制御される。より具体的には、同精製装置が吸着剤層への物質のフローを制御する回転式分配弁を装備した回転式ＰＳＡを包含している場合には、同回転式分配弁は好ましくは圧縮機の速度とは独立して制御される。このような実施態様では、圧縮装置は好ましくは定速圧縮機が装備される。
【００２５】
圧縮装置が定速モーターあるいは誘導モーターで駆動される圧縮機を装備している実施態様では、まず最初に圧縮機が通電される運転開始期間中には、負圧の発生を予防するために十分な量の流体を圧縮機入口に確保する注意が必要である。運転停止期間中および燃料処理装置の運転が過渡的な状態（例えば、スタンバイ状態から水素生成を再開しようとする状態）には同様な注意が必要である。十分な量の流体を圧縮機入口に確保する他の方法では、圧縮装置および圧縮機駆動モーターへの電力を調整することにより同モーターの速度を制御できる。電力調整ための適切な方法例としては、モータへの回線周波数調整のための周波数の変更、モータへの電圧を変更するためのソフト始動装置の装備、その他の関連業界で知られているモーターへの電力調整のための方法が挙げられる。
【００２６】
本明細書で述べられているように、燃料処理装置からの改質中間生成物の組成は、その圧力および／あるいは流量が変動あるいは変化し得る。従って、本発明の装置はこの種の変動を減少あるいは取り除いた後に同改質中間生成物を下流側の精製装置に送るための手段を随意的に装備してよい。ここで述べられている「圧力および／あるいは流量の変動を減少させる」ことは、精製装置に送られる改質中間生成物の圧力および／あるいは流量の変動の大きさあるいは回数の減少を指し示すことを意図している。更に、このような手段は、改質中間生成物を圧縮装置に送る配管内での圧縮装置入口で負圧の発生の抑制のためにも装備されてよい。
【００２７】
改質中間生成物の変動を減少させる手段は、燃料処理装置と精製装置の間に配置された緩衝装置を包含してよい。このような緩衝装置は、燃料処理装置と精製装置の間のどのような場所にでも配置してよいが、圧縮装置入口までの改質中間生成物でのより均一な流れを得るために装備される場合には圧縮装置の上流側に配置することが好ましい。関連業界の専門家が認識しているように、このような緩衝装置は燃料処理装置からの流量が変動する改質中間生成物を受けて、それの流量をより均一化して精製装置に送るためには十分な容量を有していなければならない。更に、緩衝装置が圧縮装置上流側に配置される実施態様では、同緩衝装置からの改質中間生成物のフローは、始動および定常運転の両期間中に圧縮装置入口で負圧の発生の防止のために十分なものでなければならない。
【００２８】
圧縮装置が燃料処理装置と精製装置の中間に配置される実施態様では、改質中間生成物の圧力および／あるいは流量の変動を抑える手段は圧縮装置の入口に補助的な流体の制御されたフローを与えるための配管を装備してよい。このような補助流体の例として、圧縮装置で圧縮された改質中間生成物、精製装置により水素純度が上昇した改質生成物、これらの混合物などが挙げられる。上記配管を流れる補助流体は、改質中間生成物を燃料処理装置から精製装置までに送る配管中に一個の出口から流入される。同配管の入り口の数および配置場所は、同補助流体の組成によって決められる。同補助流体が圧縮された改質中間生成物を包含する場合には、同配管は燃料処理装置と精製装置の中間に一個の入口を有する。同補助流体が水素純度が上昇した改質生成物を包含する場合には、同配管は精製装置出口の下流側に一個の入口を有する。このような実施態様では、精製装置は水素純度が上昇した改質生成物を排出する第一の出口と水素純度が低下した生成物を排出する第二の出口を装備してよい。この場合、補助流体配管の入口は精製装置の第一の出口と連通している。更に、同配管はそこを流れる補助流体の流量を制御するための開口が変化する弁を装備してよい。同弁は、改質中間生成物のフロー計算値に応じて作動してよいし、あるいは、燃料処理装置からの一種あるいは複数種の流体（例えば改質中間生成物、補助流体など）を測定するセンサーが装備されている場合には、同弁はセンサーによる測定値に応じて作動してよい。
【００２９】
本発明の装置は、燃料処理装置の下流側に配置される精製装置を包含する。同精製装置は燃料処理装置からの改質中間生成物から不純物を除去してそれの水素純度を高める。改質中間生成物中に存在する不純物からの水素の分離は各種の技術によって達成できる。例示すると、多くの精製装置は選択的吸着により水素を不純物から分離している。この技術では、水素含有のストリームを吸着物質が充填されたカラムあるいは層を圧力下で通過させる。選択的吸着は、水素を吸着し水素純度が低下したストリームを通過させる吸着物質、あるいは不純物を吸着し水素純度が上昇したストリームを通過させる吸着物質の使用により達成できる。いずれの場合でも、吸着物質は圧力スイング、温度スイングなどで再生可能であることが非常に望ましい。いくつかの実施態様では、不純物を選択的に吸着し水素純度が上昇したストリームを通過させる吸着物質を使用するＰＳＡにより実施される。
【００３０】
精製装置には複数の吸着剤層が装備され、各々は吸着剤層を通過する改質中間生成物から一種あるいは複数種の不純物を除去する能力を有する。吸着剤層は、一種あるいは複数種の吸着物質を収容する容器であってよい。吸着物質は、例えば凝集物、ペレット、粒子および／あるいはビード、一体構造、更には吸着物質で被覆された各種の担体（例えば被覆されたシート）などを充填した層などの様々な形を取り得る。いくつかの実施態様では、異なった種類の吸着剤物質からなる複数の層、および／あるいは異なった種類の吸着剤物質の複数の混合物からなる複数の層を有する充填層として提供できる。他の実施態様では、吸着剤層は被覆された一体型、あるいは同層内に流体通路を提供するその他の構造を包含する。精製装置内の複数の層に使用するのが好ましい吸着物質は、吸着されてプロセス・ストリームから除去される物質によって決まる。水蒸気、二酸化炭素および炭化水素の除去用として知られている吸着物質の例としてアルミナ・ゲル、活性炭素、シリカ・ゲルおよびゼオライトが挙げられる。更に、低シリカ濃度のＸ型ゼオライト、およびカルシウムあるいはストロンチウムでイオン交換された菱沸石のようなゼオライトは一酸化炭素および窒素の除去用として知られている。
【００３１】
本明細書で使用される「吸着期間」という用語は、中間生成物あるいは圧縮された改質中間生成物のフローが不純物除去のために吸着剤層を通過する期間を意味している。吸着期間が経過した時点で、第一の吸着剤層を通過する改質中間生成物のフローは中断し、同フローは第二の吸着剤層に再送される。これにより不純物除去と水素純度が上昇した改質生成物の生成を継続し、同時に第一の吸着剤層の再生を可能にする。複数の吸着剤層が吸着段階中に運転され、同時に他の複数の吸着剤層が再生を受ける（個々の吸着剤層での再生段階は異なっている）ように設計されている。更に、好ましい精製装置は、それに供給される改質中間生成物の組成、圧力および／あるいは温度の変動を補償するために吸着期間を調整、操作できる機器を装備している。改質中間生成物の水素純度上昇を目的として吸着期間を調整する方法は、選択された精製装置の形式、構造によって決まる。
【００３２】
いくつかの実施態様では、精製装置には圧力スイング吸着装置が装備されている。好ましい圧力スイング吸着装置は、プロセス・ストリームから水素を分離するための関連業界では知られている装置を包含する。これらの装置の例として、Ｐｅｒｒｙに与えられた米国特許４，２３８，２０４（１９８０年１２月９日）、Ｄｏｓｈｉに与えられた米国特許４，６９０，６９５（１９８７年９月１日）、Ｋａｉ他に与えられた米国特許５，２５６，１７４（１９９３年１０月２６日）、Ａｎａｎｄ他に与えられた米国特許５，４３５，８３６（１９９５年７月２５日）、Ｃｏｕｃｈｅｒに与えられた米国特許５，６６９，９６０（１９９７年９月２３日）、Ｓｉｒｃａｒ他に与えられた米国特許５，７５３，０１０（１９９８年５月１９日）、およびＨｉｌｌに与えられた米国特許６，４７１，７４４（２００２年１０月２９日）の開示物が挙げられる。これらの内容は本明細書内に引用されている。いくつかの実施態様では、精製装置は小型のＰＳＡを装備している。好ましい小型のＰＳＡの例として、Ｋｅｅｆｅｒに与えられた米国特許６，０６３，１６１（２０００年５月１６日）およびＣｏｎｎｏｒ他に与えられた米国特許６，４０６，５２３（２００２年６月１８日）に開示されている装置が挙げられる。これらの内容は本明細書内に引用されている。回転機器を包含する小型のＰＳＡはカナダのＢｕｒｎａｂｙに本拠をおくＱｕｅｓｔａｉｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓ，Ｉｎｃから市販されている。同社の回転式のＰＳＡ（Ｈ３２００モデルのシリーズ）は本発明の開発のために用いられた。
【００３３】
同精製装置は、随意的ではあるが好ましくは、複数の吸着剤層の１基あるいは複数基への改質中間生成物のフローを選択的に供給できる弁アセンブリーを装備している。同弁アセンブリーは、複数の吸着剤層への物質のフローを制御するために開閉する複数の弁を有しており、これらは固定したあるいは可変の開口部を有する。同弁アセンブリーは、改質中間生成物がどの１基あるいは複数基の吸着剤層に送られるかを選択的に制御し、また異なった物質を１基の吸着剤層を通過させるシーケンスを制御することによって、複数の吸着剤層に送る改質中間生成物のフローを制御できる。かくして、このような構造を有する弁アセンブリーの装備により、各々の吸着剤層での吸着期間および再生工程の両方の制御が可能になる。吸着剤層に充填される吸着剤の種類によっては、再生工程は圧力スイング下あるいは温度スイング下で実施可能であり、この場合、吸着剤層などに各種の物質を通過させる。
【００３４】
精製装置が回転式ＰＳＡを装備する実施態様では、弁アセンブリーと複数の吸着剤層の間、あるいは弁アセンブリーと複数の吸着剤層の入口の間での流れを振り分けて複数の吸着剤層の各々で吸着／再生サイクルを繰り返す。回転式ＰＳＡに使用される弁アセンブリーは以下の米国特許公報に開示されている：Ｒａｂｅｎａｕ他に与えられた米国特許４，９２５，４６４（１９９０年５月１５日）、Ｈｉｌｌ他に与えられた米国特許５，５９３，４７８（１９９７年１月１４日）、Ｌｅｍｃｏｆｆ他に与えられた米国特許５，８０７，４２３（１９９８年９月１５日）、Ｋｅｅｆｅｒ他に与えられた米国特許６，０５６，８０４（２０００年５月２日）、Ｔａｋｅｍａｓａ他に与えられた米国特許６，３７２，０２６Ｂ１（２００２年４月１６日）、Ｋｅｅｆｅｒ他に与えられた米国特許６，４５１，０９５（２００２年９月１７日）、およびＨｉｌｌ他に与えられた米国特許６，７１２，０８７（２００４年５月３０日）。これらの内容は本明細書内に引用されている。弁アセンブリーと複数の吸着剤層の間でのフローの振り分けには、好ましくは可変速度型モーターを使用する。弁アセンブリーは複数の吸着剤層での各工程のシーケンスを制御し、他方可変速度型モーターはこれら工程の各々の時間およびこれら工程の変化の頻度を制御する。このようなモーターの速度の調整により、複数の吸着剤層の各々での吸着時間は増減できる。更に、このような速度の変化により、改質中間生成物のフローが第一の吸着剤層から第二の吸着剤層に切り替えられる頻度は変化する。
【００３５】
本発明の装置は随意的に、水素純度が上昇した改質生成物および／あるいは水素純度が低下した改質生成物を測定しその結果に基づく生成物データーを作成できる生成物センサーを精製装置下流側に設置してよい。同生成物センサーによって作成された生成物データーは、精製装置の運転のために下記の制御装置に伝送できる。同生成物センサーは好ましくは精製装置の下流側であってそれの出口近傍に設置する。これは水素純度が上昇した改質生成物および／あるいは水素純度が低下した改質生成物の変化を素早く検出して補償操作の実施を可能にするためである。水素純度が上昇した改質生成物を受け取り貯蔵するためのタンクを精製装置の下流側に随意的に設けた場合には、同生成物センサーをタンクの上流側に設置する。これは、仕様を満たさない改質生成物を検出し、それをタンク内に流入することなく他の装置に移送するためである。
【００３６】
測定された生成物データーは、温度、圧力、密度、流量および組成の少なくとも一つを包含してよい。同生成物センサーは好ましくはガス・センサーを包含する。選択されるセンサーの種類は、必要とされるデーターの種類によって決まる。いくつかの実施態様では、水素純度が上昇した改質生成物および／あるいは水素純度が低下した改質生成物の成分濃度を検出する組成測定型のセンサーを包含してよい。例えば、一酸化炭素、二酸化炭素、炭化水素、水、硫黄含有化合物および窒素含有化合物の存在あるいはそれらの濃度を検出するためのセンサーは市販されている。同生成物センサーが組成データを検出するためのセンサーを包含する一実施態様では、同センサーは水素純度が上昇した改質生成物および／あるいは水素純度が低下した改質生成物での遊離酸素濃度の検出に適していないものが好ましい。
【００３７】
水素純度が上昇した改質生成物での水素純度に関するデーターが必要とされる一実施態様では、同センサーは水素純度を直接的に検出できるセンサーあるいは、それから水素純度の決定が可能なデーターを検出できる一つあるいは複数のセンサーを包含してよい。燃料電池に送られる改質生成物中の水素純度を間接的に測定する方法および装置は、Ｎｅｌｓｏｎ他に与えられた米国特許６，７００，３９１Ｂ２（２００４年８月３日）に開示されており、その内容は本明細書内に引用されている。精製装置から排出される水素純度が上昇した改質生成物中の水素純度は約９９．９６容量％を越えるものでなければならず、好ましくは約９９．９７容量％を越え、より好ましくは約９９．９８容量％を越える。制御装置に伝送された生成物データーの検出値が水素純度の低下を示している場合には、精製装置は改質中間生成物を一つの吸着剤層から次の吸着剤層へ送る頻度を増加することができる。より具体的には、同精製装置が変速モーターを装備する回転式ＰＳＡの場合には、吸着期間の短縮のために同変速モーターの速度を増加できる。同様にして、生成物データーの検出値が、水素純度が上昇した改質生成物の圧力および／あるいは流量の増加を示している場合には、吸着期間の短縮および水素純度が上昇した改質生成物中の水素純度を望ましいレベルに維持するために同変速モーターの速度を増加できる。
【００３８】
上述したように、本発明の装置は、燃料処理装置および精製装置の運転をモニタリングし制御するためのシステム制御装置を装備している。下述するように、同制御装置は、燃料処理装置により生成する改質中間生成物のフロー計算値を求め、同改質中間生成物のフロー計算値に対応した精製装置の運転を可能にする。
【００３９】
精製装置は、それが圧力スイング吸着装置の場合には、改質中間生成物の流量、圧力およびＰＳＡのサイクル時間（例えば、吸着、脱着、圧力均等化、再加圧、ブローダウン、パージングといった工程のシーケンス、これらは合計して「サイクル時間」と称される）の全てが一定であるとの前提下では、水素純度が上昇した改質生成物を一定の組成で移送できる。これらのパラメーターのどれかが変化する場合には、水素純度が上昇した改質生成物の組成も変化する。需要およびその他の因子は変化するので、燃料処理装置からＰＳＡに送られる水素純度が上昇した改質生成物の流量は時々変化する。従って、ある与えられた圧力下では、水素純度が上昇した改質生成物の組成を維持するために、ＰＳＡの運転は同生成物の流量変化に対応して調整される必要があろう。一定の組成を維持するために精製装置を運転するためには、燃料処理装置からの改質中間生成物フローの流量および組成に関する実質的に「リアルタイム」の情報が必要である。しかしながら、改質中間生成物フローの測定は困難である場合があるので、高価な分析インスツメンテーションが必要とされる。
更に、長い時間遅れのために、実際の測定は信頼性が高く有用なデーターを与えるとは限らない。
【００４０】
本発明の装置および方法においては、精製装置運転の制御に用いられる技術は、燃料処理装置により生成する改質中間生成物のフローの予測値あるいは計算値に基づいている。改質中間生成物のフローの計算値は、燃料処理装置のプロセス・モデルに基づいて制御装置によって求められる。同プロセス・モデルは、当初、燃料処理装置内の原料およびプロセス流での化学反応に基づいて作成される。反応転化率および組成は文献から得られる速度論データーに基づいて決めることが可能である。更に、例えばマサーチュセッツ州ケンブリッジに本拠を置くＡｓｐｅｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｉｎｃ．により市販されているモデリング・ソフトウエアなども燃料処理装置での一般化されたプロセス・モデルの作成に使用できる。しかしながら、適切なプロセス・モデルは改質中間生成物の生成に用いられる燃料処理装置に特有なものでなければならない。従って、より正確かつ完璧なモデルの作成のためには、同燃料処理装置の速度論的、熱力学的特性に影響を及ぼす燃料処理装置特有の因子も包含しなければならない。この種の因子の中には、反応容器の材料および形状、触媒その他のプロセス流路に配置される物質、並びに燃料処理装置設計に特有な熱的特性がある。更に、反応転化率、燃料処理装置で生成される組成物を推定し、与えられた圧力および温度条件下での酸素／炭素および水蒸気／炭素の最適比率を決めるために、実験結果に基づいて作成された速度論的モデルも使用できる。更に、与えられた圧力での原料の与えられたセットによって決まる改質反応容器内の温度分布は、改質反応での自由エネルギーの最小化によって得られる断熱温度上昇として計算できる。
【００４１】
作成されたプロセス・モデルは、燃料処理装置への既知の原料から生成する中間生成物の定常状態および与えられた圧力下での組成および流量を予測できる。同様にして、改質中間生成物が与えられた組成および流量を有すべきときには、同モデルはそのような中間生成物の生成に必要な複数の原料種を決定できる。同プロセス・モデルは、燃料処理装置運転の変動状態（例えば運転始動、運転停止、運転状態の変更、その他の遷移的な状態）にも対応できなければならない。
【００４２】
いくつかの実施態様では、制御装置は、望ましい組成および／あるいは流量を有する水素純度が上昇した改質生成物を与える改質中間生成物の計算されたフローに基づいて、ある与えられた圧力下での精製装置の運転を矯正する手段をも包含してよい。このような手段は、精製装置の運転状態（例えば、ある与えられた水素純度が上昇した改質生成物を生成するための吸着時間あるいは他のサイクル時間）の決定が可能なプロセス・モデルを包含してよい。別の方法では、このような手段は、実験的に求められた１セットの経験的相関関係を包含してよい。このような相関関係は制御装置のアクセスの便のために好ましくは表の形で記憶される。どのような手段を用いるにせよ、改質中間生成物の与えられた圧力およびフロー計算値を求めるために、それは選択された組成を有する水素純度が上昇した改質生成物を生成する精製装置の運転インストラクションを制御装置に提供する。精製装置が変速モーターを装備した回転式ＰＳＡである一実施態様では、相関関係を求める上記手段は参照表を包含してよい。このような表では、異なる圧力下での改質中間生成物のフロー計算値と与えられた組成を有する水素純度が上昇した改質生成物の生成のための異なるモーター速度との間の相関関係がまとめられている。その結果、水素純度が上昇した改質生成物フローの組成あるいは流量の計算値での起こり得る変化は、精製装置運転を調整するための適切なモーター速度の変化を求めるために使用できる。これによって、水素純度が上昇した改質生成物の組成を維持することが可能になる。更に、このような手段は、水素純度が上昇した改質生成物の選択された生成量から改質中間生成物のフローを計算するために用いることができる。
【００４３】
運転においては、運転員は、水素精製装置によって生成する水素純度が上昇した改質生成物の生成量を選択できる。この生成量選択は、与えられた品質あるいは組成を有する水素純度が上昇した改質生成物を与えられた流量で生成するように制御装置にインストラクションを与える設計としてよい。同制御装置は、改質生成物の選択された生成量に基づいて、燃料処理装置で生成される改質中間生成物のフロー計算値を参照表を使用して決定できる。これにより、同制御装置は、プロセス・モデルおよび改質中間生成物のフロー計算値に基づいて、改質中間生成物のフローを生成するために同燃料処理装置に送られる一種あるいは複数種の原料を設定し調整できる。同燃料処理装置の運転が定常状態に達したならば、それからの改質中間生成物のフローは精製装置に送られる。同制御装置は、改質中間生成物のフロー計算値に応じて精製装置を動かして水素純度が上昇した改質生成物を生成する。改質中間生成物の組成および／あるいは流量が変化したならば、同制御装置は水素純度が上昇した改質生成物の組成を維持するために精製装置の運転を調整できる（例えば吸着期間の調整により）。随意的に、同制御装置は、精製装置から排出される水素純度が上昇した改質生成物のために測定された生成物データーを受け取り、これに基づいて精製装置の運転を調整することにより運転員が選択した改質中間生成物の組成と流量を達成する設計としてよい。
【００４４】
いくつかの実施態様では、同制御装置は、手動制御で運転されてはいない装置の運転各面の制御のための単独の計算システムに基づいて働く。他の実施態様では、同システム制御装置は複数の計算システムにより構成されていてもよく、この場合には各々の計算システムは同装置運転における指定された面に対応している。同システム制御装置は、ラックマウント方式でもよく、あるいはデスクトップ型のパーソナル・コンピューター、ワークステーション、ノートブック型（すなわちラップトップ型）コンピューター、内蔵されたプロセッサーなどとして働いてよい。実際、どのような実施においても上記の各面は本発明の実施にとって本質的な事柄ではない。
【００４５】
上記の計算システムは、好ましくは、バス・システムを通じて記憶装置と連結するプロセッサーを包含する。同記憶装置は、ハード・ディスクおよび／あるいはランダム・アクセス・メモリー（ＲＡＭ）および／あるいはフロッピー（登録商標）磁気ディスクおよび／あるいは光学ディスクといった取り外し可能な記憶装置を包含してよい。同記憶装置は、取得データー、運転システム、ユーザーとのインターフェースのためのソフトウエアおよびアプリケーションを記憶するためのデーター構成でエンコードされる。ユーザーとのインターフェースのためのソフトウエアは、ディスプレイと共に、ユーザーとのインターフェースを提供する。同ユーザー・インターフェースは、キーパッドあるいはキーボード、マウスあるいはジョイスチックのような周辺Ｉ／Ｏ器具を包含してよい。同プロセッサーは制御システムによって制御され、この制御システムは実質的に当業界で知られているどのようなものでもよい。同アプリケーションは、運転システムの実施によっては電源を入れることにより、および／あるいはリセットにより起動する。
【００４６】
本発明のソフトウエアによって実施される面は、典型的には、ある種のプログラム記憶媒体にエンコードされるか、あるいはある種の形式の伝送媒体を通じて実施される。同伝送媒体は、ツイストペア線、同軸ケーブル、光ファイバーその他の当業界では知られている適切な媒体から選ばれる。本明細書内での詳細な説明のある部分は、ソフトウエアで実施されるプロセスを例にとって記載されている。このようなプロセスは、計算システムでの記憶装置内のデータービットに関する操作の記号表示を包含する。これらの記載あるいは表示は、当業界の専門家が彼の作業内容の実体を他の専門家に最も効果的に伝えるために使用されている手段である。同プロセスおよびそれの運転のためには物理量の物理的な操作が必要である。通常は（必須ではないが）、これらの物理量は、電気的、磁気的あるいは光学的な記号で表され、これらの記号は記憶、伝送、結合、比較が可能であり、そうでなければ操作可能である。これらの記号を、ビット、値、要素、記号、インストラクション、キャラクター、用語、数値等々としての使用は便利であることが、時々立証されている。これは主としてそれらが共通して使用されていることによる。しかし、これらの全ておよび同様の用語は適切な物理量と関連するものでなければならず、またこれらの物理量に貼られる単なる便利なラベルに過ぎないことを念頭において置く必要がある。更に、物理量（電気的、磁気的あるいは光学的な）で表される記憶装置内に内蔵されているデータの操作およびこれらを他の同様な物理量で表されるデーターに変換する電子装置の動作およびプロセスには、「処理」、「計算」、「演算」「比較」、「決定」、「表示」等々の用語が当てられている。
【００４７】
本発明の装置は、随意的に、精製装置からの水素純度が上昇した改質生成物および／あるいは水素純度が低下した改質生成物のフローを制御するために精製装置下流に弁も設けてよい（同弁を生成物弁と称する）。いくつかの実施態様では、同生成物弁は開口が変化する形式である。同生成物弁は改質中間生成物のフロー計算値に対応して制御装置により操作されてよい。水素純度が上昇した改質生成物および／あるいは水素純度が低下した改質生成物を測定するための生成物センサーが精製装置下流に設けられている場合には、同生成物弁は少なくとも部分的には測定された生成物データーに対応して操作されてよい。精製装置からの水素純度が上昇した改質生成物のフローの制御は、精製装置内に背圧を発生するように実施してよい。これは、同精製装置内により安定した、あるいは固定した圧力を維持するためである。更に、そのような制御は、水素純度が上昇した改質生成物の組成の維持のための同精製装置を通過するそれの流量に対する追加的な制御をも提供する。
【００４８】
本発明の装置は、随意的に、水素純度が上昇した改質生成物の貯蔵のために、精製装置下流に貯蔵装置を装備してよい。選択された特定の貯蔵装置が要求する圧力値によっては、同水素純度が上昇した改質生成物のフローを貯蔵のために圧縮する圧縮装置を随意的に設けてよい。更に、上記第二の圧縮装置の入口に補助流体の制御されたフローを送ることが可能な第二の配管を装備してよい。好ましくは、同第二の配管はそれの入口が第二の圧縮装置と貯蔵装置の中間に配置され、同配管を流れる補助流体のフローを制御するための弁を有し、またそれの出口は精製装置の出口と第二の圧縮装置の入口の中間に配置される。
【００４９】
本発明の装置に使用が適切な貯蔵装置は、当業界では知られている水素貯蔵装置から選択できる。好ましくは、水素貯蔵装置は水素純度が上昇した改質生成物を望ましい形で密封するに適切な貯蔵容器を包含する。このような改質生成物の形は圧縮ガス、液化ガスおよび固体を包含するが、これらに限られない。適切な貯蔵容器は可搬式、モジュール式組立品、スキッド装備型、あるいは固定型であってよい。更に、選択された貯蔵装置は、燃料処理装置が稼動していない間、および／あるいは需要ピーク時に需要を満たすために燃料処理装置で生成する改質生成物の生成を増強せざるを得ない期間中に貯蔵された改質生成物を決められた流量で送るための十分な貯蔵容量を有していることが好ましい。
【００５０】
水素貯蔵装置は、圧縮生成物を貯蔵するために圧縮装置に連結された圧力容器を装備してよい。適切な貯蔵装置は、水素を可逆的に固定可能な一種あるいは複数種の水素固定物質も利用できる。水素固定物質は水素貯蔵技術において知られており、この例として活性炭素、炭素含有複合物質、フラーレン系物質、金属水素化物、チタン合金、バナジウム、クロムおよびマンガンが挙げられる。これらは、追加的な元素、磁気的な水素吸収物質、周期律表の第二列および第三列の元素から選ばれる軽質な元素から得られるナノ構造の物質と組み合わせて使用してもよく、そうしなくてもよい。圧縮水素の貯蔵のための水素固定物質を保持する容器はＷｅｓｓｅｌに与えられた米国特許４，５９８，８３６（１９８６年７月８日）およびＫｌｏｓ他に与えられた米国特許６，４３２，１７６Ｂ１（２００２年８月１３日）に開示されており、これらの内容は本明細書内に引用されている。更に他の実施態様では、同貯蔵装置は、深冷その他の液化技術により水素純度が上昇した生成物を液化生成物に変換できる液化装置を装備してよい。
【００５１】
本発明の装置は、場合により、同装置内の各点での流体の温度、組成、密度、圧力および／あるいは流量を測定するための一つあるいは複数のセンサーを装置全域にわたって装備してよい。温度および圧力の測定値は、例えばＣｏｈｅｎ他に与えられた米国特許６，６１９，３３６（２００３年９月１６日）に開示される方法により、他の流体の状態（例えば密度）の計算に用いることが可能であることを当業界の専門家は認識していよう。更に、Ｎｅｌｓｏｎ他に与えられた米国特許６，７７０，３９１Ｂ２（２００４年８月３日）に開示されているように、測定された組成情報は各種の目的（例えば生成物中の水素純度の推定）に使用可能である。装置状態および流体状態（温度、組成、密度、圧力および／あるいは流量）を測定しモニタリングするためのセンサーは既知であり市販されている。
【００５２】
本発明のプロセス面は、水素純度が上昇した改質生成物を生成する方法を提供する。同方法は、燃料処理装置により水素および不純物を含む改質中間生成物フローの生成を包含する。燃料処理装置により改質中間生成物生成のためのプロセスは上に詳述した。精製装置は不純物を改質中間生成物から除去して水素純度が上昇した改質生成物を生成する。燃料処理装置で生成される改質中間生成物のフロー計算値は、燃料処理装置のプロセス・モデルにより決定され、精製装置は同計算値に少なくとも部分的に対応するように運転される。
【００５３】
不純物は上述したように改質中間生成物から選択的吸着により、特に圧力スイング吸着装置の採用により、除去できる。改質中間生成物フローからの不純物の除去は、吸着期間中に同フローを複数の吸着剤層の一基あるいは複数基を通過させることにより達成できる。圧力スイング吸着装置による改質中間生成物からの不純物の除去の程度は、改質中間生成物の流量および組成、また精製装置内の圧力によって変化する。典型的には、燃料処理装置から精製装置内の吸着剤層に送られる改質中間生成物の流量は、約１５０〜３７０ｓｌｐｍの範囲内にある。ここでの標準状態は２５°Ｃおよび１気圧である。改質中間生成物の組成は変化するが、典型的にはＣＯ＜１％、ＣＨ４＜２％、ＣＯ２＞１５％およびＨ２＞４０％を含有する。更に、精製装置内の圧力は典型的には約７０〜３５０ｐｓｉｇの範囲内にあり、好ましくは精製装置が改質生成物から不純物を除去している間には一定に維持される。精製装置の運転が適切に調整されていれば水素を少なくとも約９９．９０％の純度で含有する水素純度が上昇した改質生成物を約４０〜１２０ｓｌｐｍの流量で生成できる。
【００５４】
精製装置は、改質中間生成物のフロー計算値に対応して吸着期間を調整することにより、同計算値に対応して運転できる。精製装置には、好ましくは、複数基の吸着剤層に対して選択的に改質中間生成物のフローを送るための弁アセンブリーと同弁アセンブリーと複数基の吸着剤層の間のフローを切り替えるための変速モーターが装備される。このような実施態様では、吸着期間はモーター速度を変更することにより調整できる。望ましい純度と流量の水素生成物を生成するためのモーター速度は装置設計に特有である。Ｑｕｅｓｔａｉｒ社のＨ３２００シリーズＰＳＡを採用する場合には、変速モーター速度は、上記の組成および流量を確保するために、好ましくは約３〜１１ｒｐｍの範囲内から選択した適切な値に調整する。
【００５５】
不純物の除去は好ましくは複数の吸着剤層によって達成される。これは、第一の吸着剤層を通過する改質中間生成物のフローを中断してそれを第二の吸着剤層に再送し、これにより不純物除去と水素純度が上昇した改質生成物の生成の継続を可能にするためである。更に、第一の吸着剤層を通過する改質中間生成物のフローの中断とそれの第二の吸着剤層への再送により、第一の吸着剤層の再生が可能になる。この再生は、同層とその中に充填されている吸着剤の降圧、パージ、加熱、冷却および再加圧といった操作の少なくとも一つによって達成される。吸着剤層の再生は吸着された複数種の不純物の放出を促進し、排出物（すなわちそれまで吸着されていた不純物を含有する水素純度が低下した改質生成物）のフローを排出する。
【００５６】
上述したように、燃料処理装置のプロセス・モデルは改質中間生成物の計算されたフローを決めるために用いられる。改質中間生成物のフロー計算値は、燃料処理装置によって生成する改質中間生成物の流量と組成を包含する。更に、改質中間生成物のフロー計算値は、燃料処理装置への一種あるいは複数種の原料から、あるいは水素純度が上昇した改質生成物の選択された生成量から決めることができる。このようにして、同方法は、改質中間生成物のフロー計算値を決める目的で燃料処理装置への原料の選択工程を更に包含してよい。他の実施態様では、同方法は、水素純度が上昇した改質生成物の選択された生成量を与えるために必要とされる改質中間生成物のフロー計算値を決める目的で水素純度が上昇した改質生成物の選択された生成量の選択工程を更に包含してよい。水素純度が上昇した改質生成物の生成量の選択のために、組成および／あるいは流量のインプット値を使用してよい。
【００５７】
例示すると、運転員は生成する水素純度が上昇した改質生成物の生成量を選択できる。制御装置は水素純度が上昇した改質生成物の選択された生成量を使用して、燃料処理装置で生成する改質中間生成物のフロー計算値を決定する。精製装置のプロセス・モデルあるいは上述した経験的な相関関係を使用して改質中間生成物のフロー計算値を決めてよい。制御装置は、燃料処理装置のプロセス・モデルと改質中間生成物のフロー計算値を使用して、改質中間生成物を生成する燃料処理装置への複数種の原料を設定／調整する。燃料処理装置が定常状態に達したならば、改質中間生成物のフローは精製装置に向けられ、そこで水素純度が上昇した改質生成物を生成する。制御装置は、改質中間生成物のフロー計算値および参照表を使用して、望ましい純度と組成を有する水素純度が上昇した改質生成物を生成するために精製装置の運転状態を設定／調整する。他の実施態様では、運転員は燃料処理装置への一つの原料あるいは複数の原料のセットを選択し、制御装置はそれからの改質中間生成物のフロー計算値を決定する。次いで、制御装置は改質中間生成物のフロー計算値を用いて燃料処理装置への他の複数種の原料を設定／調整し、更に、望ましい純度と組成を有する水素純度が上昇した改質生成物を生成するために精製装置の運転状態を設定／調整する。
【００５８】
本発明の方法は、更に、改質中間生成物のフロー計算値に対応した精製装置の運転をも包含する。改質中間生成物の流量あるいは組成が変化したならば、水素純度が上昇した改質生成物の水素純度を維持するために制御装置により精製装置の運転の調整が可能である。より具体的には、同水素純度を維持するために吸着期間を調整できる。例示すると、燃料処理装置の処理量を水素需要の減少あるいはその他の理由により低下すれば、改質中間生成物の組成および／あるいは流量は変化する。そのような変化は、改質中間生成物のフロー計算値の変化をももたらす。本発明の方法では、改質中間生成物のフロー計算値の変化を補償するために、変速モーターの速度の増減により精製装置運転の調整が可能である。変速モーターの速度の増減により吸着期間を調整して水素純度が上昇した改質生成物の組成を維持する。
【００５９】
下流の精製装置の要請によっては、改質中間生成物のフローから不純物を除去する前に同フローを随意的に圧縮してよい。そのような実施態様では、改質中間生成物を定速あるいは変速モーターによって駆動される圧縮機により圧縮した後に精製装置へ送る。好ましい実施態様では、精製装置は圧縮機速度とは独立して運転される。水素純度が上昇した改質生成物が高圧下での生成物ガスの貯蔵を必要とする貯蔵装置に随意的に貯蔵される場合には、精製装置からの水素純度が上昇した改質生成物のフローを同様に圧縮してよい。
【００６０】
改質中間生成物の組成、圧力および／あるいは流量は変化し得る。このような変化を抑えるために、精製装置の上流側に随意的に緩衝装置を配置して改質中間生成物を緩衝してよい。改質中間生成物を精製装置に送る前に圧縮する実施態様では、同フローの圧力および／あるいは流量の変動は、圧縮装置の入口に補助的な流体の制御されたフローを送ることにより緩和できる。このような補助流体は、圧縮された改質中間生成物および／あるいは水素純度が上昇した改質生成物で構成されていてよく、このような流体は開口部が変化する弁により制御されてよい。圧縮装置の入口に送られる補助流体のフローは改質中間生成物のフロー計算値および／あるいは圧縮装置入口近傍での同フローの測定された圧力および／あるいは流量に対応して制御されてよい。
【００６１】
水素純度が上昇した改質生成物および／あるいは水素純度が低下した改質生成物は、随意的に、測定された生成物データーを得るために測定されてよい。水素純度が上昇した改質生成物あるいは水素純度が低下した改質生成物は精製装置出口近傍で測定され、これにより水素純度が上昇した改質生成物の組成変化を示唆するデーターが得られ、これにより補償的操作を直ちに取ることが可能になる。このような測定された生成物データーは、温度、圧力、密度、流量および／あるいは組成に関するデーターを包含し得る。水素純度が上昇した改質生成物を随意的に貯蔵装置に貯蔵する実施態様では、水素純度が上昇した改質生成物は同貯蔵装置の上流側で測定され、これにより仕様値を満たさない改質生成物は同貯蔵装置に送られることなく他の装置に移送が可能になる。
【００６２】
本発明の方法は、随意的に、精製装置からの水素純度が上昇した改質生成物のフローの制御を包含する。精製装置からの水素純度が上昇した改質生成物のフローの制御は開口が変化する生成物弁によってなされる。前述したように、同生成物弁は改質中間生成物のフロー計算値に対応して、および／あるいは生成物センサーにより測定された生成物データーに対応して操作されてよい。精製装置からの水素純度が上昇した改質生成物のフローの制御は、精製装置内に背圧を発生するように実施してよい。これは、同精製装置内により安定した、あるいは固定した圧力を維持するためである。更に、そのような制御は、水素純度が上昇した改質生成物の組成の維持のための同精製装置を通過するそれの流量に対する追加的な制御をも提供する。
【００６３】
（図面の詳細な説明）
図１に示すように、水素生成装置１００には燃料処理装置１１０、精製装置１４０および制御装置１７０が装備されている。燃料処理装置１１０は酸化装置１１３および改質装置１１１を包含し、燃料処理装置での反応物は原料１０２により同装置に送られる。燃料処理装置の種類によって、原料の数と種類が決められる。例えば、実施される一種あるいは複数種の燃料処理反応の種類によって、同原料は燃料、酸化剤、そして随意的に水あるいは水蒸気によって構成され、これらは配管によって燃料処理装置に送られる。図示されているように、燃料１０１、空気１０３および水１０５は原料１０２を構成し、燃料処理装置に送られる。これらの反応物は、燃料処理装置１１０内で水素および一種あるいは複数種の不純物を含有する改質中間生成物のフローに転化される。燃料処理装置からの改質中間生成物のフローの圧力、流量および／あるいは組成は過渡的な運転状態であれ定常運転状態であれ変化し得る。
【００６４】
改質中間生成物のフローは燃料処理装置１１０から配管１１２により精製装置１４０に送られる。精製装置１４０は選択的吸着により改質中間生成物から不純物を除去する。ここでは不純物を優先的に吸着する一種あるいは複数種の吸着剤を充填した一基あるいは複数基の吸着剤層を通過させ、同層から水素純度が上昇した改質生成物を排出させる。図１に示すように、精製装置１４０は複数の吸着剤層１５０と弁アセンブリー１４５を装備した圧力スイング吸着装置により構成される。これら複数の吸着剤層１５０の各々に送る物質のフローは弁アセンブリー１４５により制御される。同精製装置には更に変速モーター１４１が装備されており、これにより弁アセンブリー１４５から吸着剤層１５０のいずれかにフローを振り分ける。弁アセンブリー１４５の構成と変速モーター１４１の速度は、吸着剤層の運転段階と各層での吸着／再生のサイクルの進行速度を決める。このようなサイクル期間中では、一つの吸着剤層は改質中間生成物のフローあるいはパージ・ガスのフローの受け取り、降圧、内容物の排出、加熱、冷却および／あるいは再加圧その他の可能性のある操作を受ける。図１には加圧、パージ・ガスその他の発生源あるいは流出先、ならびに弁アセンブリー１４５の詳細を示していないことに注意されたい。これは本発明の本質の曖昧化を避けるためである。
【００６５】
運転期間中には、改質中間生成物は弁アセンブリー１４５により精製装置に送られ、吸着期間中にわたって一基あるいは複数基の吸着剤層１５０を通過する。吸着期間の長さは、弁アセンブリー１４５の構成とモーター１４１の速度によって決められる。吸着期間中に、改質中間生成物のフロー内に存在する不純物は一基あるいは複数基の吸着剤層１５０に充填された吸着剤に吸着され、これにより水素純度が上昇した改質生成物のフローは配管１４２により精製装置から排出される。ここで示されるように、水素純度が上昇した改質生成物の純度は多くの因子によって変わる。このような因子の例として、吸着物質の種類、吸着剤層の構成および幾何学的形状、改質中間生成物の流量、ならびに圧力および温度条件などが挙げられる。吸着剤層および吸着剤が所与の場合、吸着期間の長さは水素純度が上昇した改質生成物の純度に直接的な影響を及ぼすであろうし、水素純度が上昇した改質生成物の純度の調整のために、あるいは燃料処理装置１１０で生成した改質中間生成物の圧力、流量および／あるいは組成の変動を補償するために操作できる。
【００６６】
燃料処理装置１１０および精製装置１４０の運転のモニタリングおよび制御のために制御装置１７０が装備されている。更に、燃料処理装置１１０に送られる複数の反応物を測定するための複数のセンサー（図示されていない）も装備されている。これらのセンサーが取得した反応物データーは燃料処理装置１１０に伝送される。これらは、各々破線Ａ，ＢおよびＣで示されている。制御装置１７０は燃料処理装置１１０のプロセス・モデルを包含する。反応物データーはこのプロセス・モデルにインプットされ、反応物１０１、１０３および１０５の処理によって燃料処理装置１１０が生成する改質中間生成物のフローを計算する。インプット／アウトプット装置１７１が、改質生成物のフローを計算するために、燃料処理装置に送られる一種あるいは複数種の原料を選択し、および／あるいは装置１００により生成する水素純度が上昇した改質生成物の生成量を選択する目的で装備されている。改質中間生成物のフロー計算値（これは、改質中間生成物の組成、圧力および／あるいは流量を包含し得る）に基づいて、制御装置１７０は精製装置１４０での適切な吸着期間を決める。モーター１４１の速度を設定および／あるいは調整するインストラクションは破線Ｄで示されるように同モーターに伝送される。このようにして、制御装置１７０は改質中間生成物のフロー計算値に対応して精製装置１４０の運転を制御し、また燃料処理装置により生成した改質中間生成物の変動を補償するために吸着期間を調整できる（そうしなければ水素純度が上昇した改質生成物の純度に悪影響を与える可能性がある）。
【００６７】
図２は本発明の他の実施態様である水素生成装置２００を示している。同装置２００には燃料処理装置２１０が装備され、装置２１０は酸化装置２１３および改質装置２１１を包含している。原料２０２は燃料２０１、酸化剤２０３および水２０５により構成されており、これらは燃料処理装置２１０内で改質処理を受ける。燃料処理装置２１０で生成した改質中間生成物は配管２１２により緩衝装置２２０に送られ、次いで配管２２２により圧縮装置２３０に送られる。改質中間生成物のフローは圧縮装置２３０の圧縮機２３５により圧縮され、次いで精製装置２４０に送られる。精製装置２４０は図１に示される精製装置と本質的には異なることはない。すなわち、同精製装置は複数の吸着剤層２５０、弁アセンブリー２４５および弁アセンブリー２４５から吸着剤層２５０のいずれかにフローを振り分けるための変速モーター２４１が装備されている。
【００６８】
生成物センサー２６０が精製装置の下流に配置されており、これにより配管２４２により精製装置から排出される水素純度が上昇した改質生成物が測定され、生成物データーが取得される。測定された生成物データーは水素純度が上昇した改質生成物の組成を包含する。同データーは制御装置２７０に伝送され、水素純度が上昇した改質生成物のデーターが仕様範囲内に収まっているかどうかが決められる。更に、改質中間生成物のフロー計算値を決めるための燃料処理装置のプロセス・モデルの正確さを決めるために制御装置２７０はこれらの生成物データの測定値を使用でき、また、必要に応じて、より正確な改質中間生成物のフロー計算値を得るために同プロセス・モデルを修正できる。
【００６９】
制御装置２７０は燃料処理装置２１０、緩衝装置２２０、圧縮装置２３０および精製装置２４０の運転をモニターし制御する。反応物データーは燃料処理装置２１０のプロセス・モデルへのインプット・データーとして破線Ａ’，Ｂ’およびＣ’で示されるように制御装置２７０に伝送され、それを用いて改質中間生成物のフローが計算される。生成物センサー２６０で測定された生成物データーは破線Ｅ’で示されるように制御装置２７０に伝送される。インプット／アウトプット装置２７１が、改質生成物のフローを計算するために、燃料処理装置に送られる一種あるいは複数種の原料を選択し、および／あるいは装置２００により生成する水素純度が上昇した改質生成物の生成量を選択する目的で装備されている。改質中間生成物のフロー計算値および測定された生成物データーに基づいて、制御装置１７０は精製装置２４０での適切な吸着期間を決める。モーター２４１の速度を設定および／あるいは調整するインストラクションは破線Ｄ’で示されるように同モーターに伝送される。
【００７０】
図３に示されるは本発明の更に他の実施態様である水素生成装置３００には燃料処理装置３１０、圧縮装置３３０、精製装置３４０、タンク３８０および制御装置３７０が装備されている。同図に示されるように、原料３０２は燃料３０１、酸化剤３０３および水３０５により構成されており、これらは燃料処理装置３１０により改質処理を受ける。燃料処理装置３１０は酸化装置３１３を包含し、そこで燃料および酸化剤は予熱され、また水は水蒸気になる。燃料処理装置３１０は更に改質反応器３１１を包含し、そこで予熱された反応物は水素および一種あるいは複数種の不純物を含む改質中間生成物に転化される。
【００７１】
本明細書ですでに述べたように、改質中間生成物の組成、圧力および／あるいは流量は変動し得る。このような変動を抑えるために、入口３２１および開口が変化する弁３２３を有する配管３２１が装備され、圧縮された改質中間生成物の制御されたフローは配管３２１に送られる。センサー３２５が圧縮装置３３０の上流に装備されており、これにより配管３１２内の改質中間生成物の圧力および／あるいは流量が測定される。センサー３２５により測定された圧力および／あるいは流量のデーターは、破線Ｉ”で示されているように開口が変化する弁３２３に直接的に伝送でき、これにより弁３２３の開口度が制御される。別の方法では、破線Ｈ”およびＧ”で示されているように、測定されたデーターは弁３２３の制御のために制御装置３７０に伝送される。配管３２０を経由して配管３１２に送られる圧縮された改質中間生成物のフローは、圧縮装置に送られる改質中間生成物の圧力および／あるいは流量の変動を抑える働きをし、配管３１２内での負圧の発生を予防する（そうしなければ、同配管は大気ガスを引き込み、これが改質中間生成物と混合する可能性がある）。
【００７２】
燃料処理装置３１０で生成した改質中間生成物は配管３１２により圧縮装置３２０に送られる。同圧縮装置は改質中間生成物を圧縮して、配管３３２により圧縮された改質中間生成物のフローを精製装置３３０に送る。精製装置３３０は複数の吸着剤層３５０、弁アセンブリー３４５および弁アセンブリー３４５から吸着剤層３５０のいずれかにフローを振り分けるための変速モーター３４１が装備されている。精製装置３３０の運転は、図１および２に示される精製装置の運転と同様である。生成物センサー３６０が精製装置３３０の下流に配置されており、これにより配管３４２により精製装置３３０から排出される水素純度が上昇した改質生成物を測定する。測定された生成物データーは、破線Ｂ’で示されるように制御装置３７０に伝送される。生成物弁３６５（開口が変化する弁）が配管３４２に配置されており、これにより精製装置からの水素純度が上昇した改質生成物のフローを制御する。タンク３６５が精製装置および生成物センサー３６０の下流に装備されており、水素純度が上昇した改質生成物を受け入れ少なくとも一時的にそれを貯蔵し、それからのフローは他の装置に送られるか更に処理される。
【００７３】
制御装置３７０は燃料処理装置３１０、圧縮装置３３０および精製装置３４０の運転をモニターし制御する。反応物データーは燃料処理装置３１０のプロセス・モデルへのインプット・データーとして破線Ａ”，Ｂ”およびＣ”で示されるように制御装置３７０に伝送され、それによって改質中間生成物のフローが計算される。インプット／アウトプット装置３７１は、改質生成物のフローを計算するために、燃料処理装置に送られる一種あるいは複数種の原料を選択し、および／あるいは装置３００により生成する水素純度が上昇した改質生成物の生成量を選択する目的で装備されている。生成物センサー３６０で測定された生成物データーは破線Ｅ”で示されるように制御装置３７０に伝送される。生成物センサー３２５で測定された改質中間生成物の圧力および／あるいは流量は破線Ｈ”で示されるように制御装置３７０に伝送される。改質中間生成物のフロー計算値およびセンサー３２５で測定された改質中間生成物の圧力および／あるいは流量に対応して、制御装置３７０は開口が変化する弁３２３を制御あるいは操作する。弁３２３の開口度を設定および／あるいは調整するインストラクションは破線Ｇ”で示されるように同弁に伝送される。改質中間生成物のフロー計算値およびセンサー３２５で測定された改質中間生成物の圧力および／あるいは流量および／あるいは生成物センサー３６０で測定された生成物データーに対応して、制御装置３７０は精製装置３４０での適切な吸着期間を決める。モーター３４１の速度を設定および／あるいは調整するインストラクションは破線Ｄ”で示されるように同モーターに伝送される。改質中間生成物のフロー計算値およびセンサー３２５で測定された改質中間生成物の圧力および／あるいは流量および／あるいは生成物センサー３６０で測定された生成物データーに対応して、制御装置３７０は開口が変化する弁３２３を制御あるいは操作する。弁３６３の開口度を設定および／あるいは調整するインストラクションは破線Ｆ”で示されるように同弁に伝送される。
【００７４】
図４は、改質中間生成物のフローを生成できる燃料処理装置での各種のプロセス工程を示すブロック図である。図４に示される工程は上に詳述したので、ここではその説明を繰り返さない。図５は、水素および不純物を含有する改質中間生成物のフローから水素純度が上昇した改質生成物を生成する方法の工程を示すブロック図である。図５に示される工程は上に詳述したので、ここではその説明を繰り返さない。
【００７５】
上述した特定の実施態様は単に本発明を理解するために入れたものであり、本発明は、異なっているが本明細書での記載事項から利益を受ける関連業界の専門家にとっては明らかである同等な方法により変更して実施できる。更に、本明細書は、以下に示す特許請求の範囲での記載事項以外に、ここで記載される発明の構成、設計の詳細に制約を加えることを意図したものではない。従って、上述した特定の実施態様は変更あるいは修正が可能であり、全てのこれらの変更事項は本発明の範囲および精神の範囲内にあると解される。従って、本明細書は以下に示される特許請求の範囲により本発明の保護を要求する。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
本発明は以下に添付図を参照しつつ記載される説明により理解されよう。
【図１】燃料処理装置と精製装置を包含する本発明の一実施態様を模式的に示している。
【図２】燃料処理装置と精製装置を包含する本発明の他の実施態様を模式的に示している。
【図３】燃料処理装置と精製装置を包含する本発明の更に他の実施態様を模式的に示している。
【図４】改質中間生成物を生成できる燃料処理装置内のプロセス・フローを示すブロック図である。
【図５】本発明の方法を示すブロック図である。
【図１】
2008524107.tif 000003
【図２】
2008524107.tif 000004
【図３】
2008524107.tif 000005
【図４】
2008524107.tif 000006
【図５】
2008524107.tif 000007
【国際調査報告】
2008524107.tif 000008