(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心ブロワシステムであって、
（ａ）少なくとも第１ブロワユニットおよび第２ブロワユニットを含む複数のブロワユニットの列であって、
前記第１ブロワユニットは第１ケーシングを備え、前記第１ケーシングは、第１軸方向入口と、第１径方向出口と、当該第１ケーシング内に配設されて、第１圧力で第１気体媒体を前記第１軸方向入口に引き込み、前記第１径方向出口を介して第２のより高い圧力で前記第１気体媒体を気体流通路および気体流拘束壁を具備するダクトへ放出する第１インペラと、当該第１インペラを駆動するモータと、を有し、
前記第２ブロワユニットは、前記ダクトの出口に接続された第２軸方向入口と、第２径方向出口と、第２ケーシング内に配設された第２インペラと、を有する前記第２ケーシングを備え、前記第２ブロワユニットは、前記第１気体媒体を、前記第２インペラを通じて前記第２軸方向入口に引き込み、前記第１気体媒体を、気体流入口を通じて導入される第２気体媒体と混合して気体混合物を形成し、そして、前記第１気体媒体および前記第２気体媒体を含む前記気体混合物を、前記第２径方向出口から放出するように構成され、ここで、前記第２気体媒体は、前記第１気体媒体と異なる材料を含む、複数のブロワユニットの列、及び、
（ｂ）前記ダクトの前記気体流通路に前記第２気体媒体を受け入れるための、前記ダクトに接続された前記気体流入口であって、前記ダクトの前記気体流拘束壁に形成され、又は、接続される遠心ブロワシステム。
【請求項２】
前記第１気体媒体は空気であり、
前記気体流入口は、前記空気と混合することで燃焼範囲組成又は爆発範囲組成の気体混合物を形成可能な燃料ガスを供給する燃料ガス源に接続され、
前記第２インペラは、耐爆発性又は気体封止電気モータ、又は、前記第２ブロワユニットのケーシングの外部に配設されるとともに軸によってその前記第２インペラに接続された電気モータ、により駆動される請求項１に記載の遠心ブロワシステム。
【請求項３】
前記遠心ブロワシステムの作動を制御するコントローラ、を更に有する請求項１に記載の遠心ブロワシステム。
【請求項４】
（ｃ）前記第１径方向出口から放出される前記第１気体媒体の流れに対して実質的に平行となるように構成された前記ダクトの前記気体流拘束壁の内面、または、前記第１気体媒体及び前記第２気体媒体を受ける気体流ハウジングであって、前記第１気体媒体の流れに対して実質的に平行となるように構成されている気体流ハウジング、である気体媒体配向構造体を更に有する、請求項１に記載の遠心ブロワシステム。
【請求項５】
（ｃ）前記第１径方向出口から放出される前記第１気体媒体の流れに対して実質的に平行となるように構成された前記ダクトの前記気体流拘束壁の内面、または、前記第１気体媒体及び前記第２気体媒体を受ける気体流ハウジングであって、前記第１気体媒体の流れに対して実質的に平行となるように構成されている気体流ハウジング、である気体媒体配向構造体を更に有する、請求項３に記載の遠心ブロワシステム。
【請求項６】
前記コントローラは、前記列中の少なくとも１つのブロワユニットの作動を制御して、前記遠心ブロワシステム全体の目標流量の５０〜９０％を提供するとともに、前記列中の少なくとも１つの別のブロワユニットの作動を制御して、前記遠心ブロワシステム全体の目標流量の残りを提供する、請求項３に記載の遠心ブロワシステム。
【請求項７】
前記遠心ブロワシステムから放出される気体の流速を測定する気体流量計を有し、作動中の当該気体流量計は、前記コントローラへの入力のための気体流データを生成する、請求項３に記載の遠心ブロワシステム。
【請求項８】
前記気体流入口は、前記ダクトの前記気体流通路に前記第２気体媒体を導入するための気体流導入管の末端部に形成された少なくとも１つの開口部として設けられ、前記気体流導入管は、前記ダクトの壁を超えて前記気体流通路の内部内へと延出する部分を有する、請求項１に記載の遠心ブロワシステム。
【請求項９】
前記気体流入口における、前記ダクトの壁を超えて前記気体流通路の内部内へと延出する部分は、前記気体流通路内において気体流のより乱流度の低い合流を提供するように、流線形の断面を有する、請求項８に記載の遠心ブロワシステム。
【請求項１０】
異なる気体媒体間の反応のための反応ゾーンを備える少なくとも１つの反応装置ユニットと、気体流を駆動する少なくとも１つの遠心ブロワシステムとを有する化学反応装置であって、前記遠心ブロワシステムは、
（ａ）少なくとも第１ブロワユニットおよび第２ブロワユニットを含む複数のブロワユニットの列であって、
当該列中の第１ブロワユニットは、第１軸方向入口と第１径方向出口とを備える第１ケーシングと、当該第１ケーシング内に配設されて、第１圧力で第１気体媒体を前記第１軸方向入口に引き込み、前記第１径方向出口を介して第２のより高い圧力で前記第１気体媒体を気体流通路および気体流拘束壁を具備するダクトへ放出する第１インペラと、当該第１インペラを駆動するモータと、を有し、
前記第２ブロワユニットは、前記第１径方向出口から前記第１気体媒体を受け入れる前記ダクトに接続された第２軸方向入口と、第２径方向出口と、第２ケーシング内に配設された第２インペラと、を有する前記第２ケーシングを備え、前記第２ブロワユニットは、前記第１気体媒体を、前記第２インペラを通じて前記第２軸方向入口に引き込み、前記第１気体媒体を、気体流入口を通じて導入される第２気体媒体と混合して気体混合物を形成し、そして、前記第１気体媒体および前記第２気体媒体を含む前記気体混合物を、前記第２径方向出口から放出するように構成され、ここで、前記第２気体媒体は、前記第１気体媒体と異なる材料を含む、複数のブロワユニットの列、及び、
（ｂ）前記ダクトの前記気体流通路に前記第２気体媒体を受け入れるための、前記ダクトに接続された前記気体流入口であって、前記ダクトの前記気体流拘束壁に形成され、又は接続され、前記遠心ブロワシステムは前記気体流を、前記少なくとも１つの反応装置ユニットの前記反応ゾーンへ、当該反応ゾーンにおいて、および／または、当該反応ゾーンから、流通させる前記気体流入口、を備える、化学反応装置。
【請求項１１】
前記遠心ブロワシステムは、前記遠心ブロワシステムの作動を制御するコントローラを更に有する、請求項１０に記載の化学反応装置。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記列中の少なくとも１つのブロワユニットの作動を制御して、前記遠心ブロワシステム全体の目標流量の５０〜９０％を提供するとともに、前記列中の少なくとも１つの別のブロワユニットの作動を制御して、前記遠心ブロワシステム全体の目標流量の残りを提供する、請求項１１に記載の化学反応装置。
【請求項１３】
前記遠心ブロワシステムは、
（ｃ）前記第１径方向出口から放出される前記第１気体媒体の流れに対して実質的に平行となるように構成された前記ダクトの前記気体流拘束壁の内面、または、前記第１気体媒体及び前記第２気体媒体を受ける気体流ハウジングであって、前記第１気体媒体の流れに対して実質的に平行となるように構成されている気体流ハウジング、である気体媒体配向構造体を更に有する、請求項１０に記載の化学反応装置。
【請求項１４】
前記遠心ブロワシステムは、
（ｃ）前記第１径方向出口から放出される前記第１気体媒体の流れに対して実質的に平行となるように構成された前記ダクトの前記気体流拘束壁の内面、または、前記第１気体媒体及び前記第２気体媒体を受ける気体流ハウジングであって、前記第１気体媒体の流れに対して実質的に平行となるように構成されている気体流ハウジング、である気体媒体配向構造体を更に有する、請求項１１に記載の化学反応装置。
【請求項１５】
前記遠心ブロワシステムから放出される気体の流速を測定する気体流量計を有し、作動中の前記気体流量計は、前記コントローラへの入力のための気体流データを生成する、請求項１１に記載の化学反応装置。
【請求項１６】
改質装置、又は、燃料電池に接続された改質装置である請求項１０に記載の化学反応装置。
【請求項１７】
部分酸化改質、オートサーマル改質および／又はスチーム改質を行うことが可能な改質装置、又は、燃料電池に接続されたそのような反応器である、請求項１０に記載の化学反応装置。
【請求項１８】
少なくとも１つの化学反応生成物を作り出す化学反応を行う方法であって、当該方法は、
化学反応装置の反応ゾーンへ、または、その内部で、および／又は、そこから、気体反応混合物のフローを駆動する工程であって、前記気体反応混合物は遠心ブロワシステムによって駆動され、前記遠心ブロワシステムは、
（ａ）複数のブロワユニットの列であって、当該列中の各ブロワユニットは、軸方向入口と径方向出口とを備えるケーシングと、当該ケーシング内に配設されて、第１圧力で第１気体媒体を前記軸方向入口に引き込み、前記径方向出口を介して第２のより高い圧力で前記第１気体媒体を放出するインペラと、当該インペラを駆動するモータとを有する、複数のブロワユニットの列、
（ｂ）前記列中のブロワユニットの前記径方向出口に接続された第１端部と、前記列中の別のブロワユニットの前記軸方向入口に接続された第２端部と、気体流通路を形成する気体流拘束壁とを有するダクト、及び
（ｃ）前記ダクト（ｂ）の前記気体流通路に第２気体媒体を受け入れるための気体流入口であって、前記ダクト（ｂ）の前記気体流拘束壁に形成され、又は接続され、ここで、前記第２気体媒体は、前記第１気体媒体と異なる材料を含む気体流入口、を備え、
前記第２気体媒体が前記気体流入口（ｃ）を通って前記ダクト（ｂ）に入ると、前記ダクト（ｂ）の気体流通路内の前記第１気体媒体及び前記第２気体媒体は、その軸心方向入口が前記ダクト（ｂ）に接続されたブロワユニット内に取り込まれ、当該ブロワユニットの径方向出口から、均質な前記第１気体媒体及び前記第２気体媒体の気体反応混合物として排出され、当該気体反応混合物は、前記化学反応装置の前記反応ゾーン内において反応して少なくとも１つの化学反応生成物を作り出す、方法。
【請求項１９】
前記気体流入口（ｃ）を通って前記ダクト（ｂ）内へ気化液体および／又は気体改質可能燃料の流れを導入する工程を含み、前記ダクト（ｂ）の前記第１端部に接続されたブロワユニットの径方向出口から放出される酸素含有気体とともに、前記気体改質可能燃料は、前記ダクト（ｂ）の前記第２端部が接続された他方のブロワユニットの前記軸心方向入口に導入され、酸素含有気体と改質可能燃料は前記他方のブロワユニット内において混合され、その径方向出口から均質な部分酸化反応混合物として排出され、前記部分酸化反応混合物は、前記遠心ブロワシステムによって、改質装置の前記反応ゾーン内に送り込まれて、水素リッチ気体を作り出す、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
水素リッチ気体へのオートサーマルおよび／又はスチーム改質能力を備える改質装置内での変換のために、前記ダクト（ｂ）の気体流通路内で前記気化液体および／又は気体状改質可能燃料をスチームと組み合わせる工程を更に有する、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心ブロワと当該ブロワを内蔵する化学反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心ブロワ、又は遠心ファンは、気体媒体の流れ又は移動を提供する周知の装置である。一般的なタイプの遠心ブロワは、軸方向向き気体入口と径方向向き気体出口とを備えるハウジングと、当該ハウジング内に配設されて気体を第１圧力で前記入口に引き込み気体をより高い第２圧力で前記出口から排出するインペラと、当該インペラを駆動、即ち、回転させる、モータとを有する。この一般タイプの遠心ブロワのバリエーションが、例えば、米国特許第４９１７５７２号明細書（特許文献１）；米国特許第５８３９８７９号明細書（特許文献２）；米国特許第６８７７９５４号明細書（特許文献３）；米国特許第７０６１７５８号明細書（特許文献４）；米国特許第７３５１０３１号明細書（特許文献５）；米国特許第７８８７２９０号明細書（特許文献６）；米国特許第７８９１９４２号明細書（特許文献７）および米国特許出願公開第２００６／００５１２０３号（特許文献８）に開示されており、これらの内容全体をここに参考文献として合体させる。
【０００３】
上述した一般的タイプの遠心ブロワは、改質装置（液体および気体改質可能燃料を水素リッチ生成物に変換するための装置）、燃料電池（改質装置の前記水素リッチ生成物等の電気化学的酸化可能燃料の電気的かつ潜在的に有用な回収可能熱への電気化学的変換のための装置）、一体型改質−燃料電池システム、気相オレフィン重合の流動層反応装置、触媒燃焼装置、気液循環気体水化物反応装置、気相酸化改質装置、ブロワがそれらの作動のために必須の気体駆動作動を行う水−気体シフト反応装置、のコンポーネントとして開示されてきた。例えば、部分酸化改質装置の場合、遠心ブロワは、一般に、空気等の酸素含有気体を、この気体が気体状又は気化液体改質可能燃料と組み合わされて気体状部分酸化反応混合物を形成する混合ゾーンに提供するために使用される。この同じ遠心ブロワは、又、前記気体状反応混合物を当該混合物が水素リッチリフォメートに変換され、そこから生成物リフホメートが得られる気相部分酸化反応ゾーンに送り込む。
【０００４】
その内容全体をここに参考文献として合体させる、ＤｅＷａｌｄ等の米国特許出願公開第２０１２／０３２８９６９号（特許文献９）は、相互接続されるとともに互いに独立して制御可能な複数の遠心ブロワユニット列から構成され、この列の一つのブロワの径方向出口からの気体放出物が、同列の別のブロワユニットの軸心方向入口に両ブロワユニットを接続するダクトを介して導入されるように構成されたブロワシステムを開示している。
【０００５】
米国特許出願公開第２０１２／０３２８９６９号（特許文献９）の前記遠心ブロワシステムは、上述したもののような、従来のその他の点では公知の単体の遠心ブロワに対して、複数の利点、特に、例えば、共に２０１４年１１月５日出願のＦｉｎｎｅｒｔｙ等の米国特許出願第１４／５３３７０２号（特許文献１０）および米国特許出願第１４／５３３８０３号（特許文献１１）や、共に２０１４年１１月６日出願の米国特許出願第１４／５３４３４５号（特許文献１２）および米国特許出願第１４／５３４４０９号（特許文献１３）、これらの内容全体をここに参考文献として合体させる、に開示されている改質装置および一体化改質装置および燃料電池アセンブリ、等におけるような、ブロワが接続されている気相化学反応装置の場合の頻繁に変化する気体流要件に応答して、気体流調節を迅速かつ正確に行う能力において利点を有する。
【０００６】
化学反応装置の気相反応ゾーン内へ、又は、その内部で、或いはその内部から、気体状反応混合物を駆動するために利用される公知の従来式遠心ブロワにおいては、ブロワは、ブロワ外部の第２反応気体流と組み合わされて気体状反応混合物を提供しこれが次に反応ゾーンへと導入される第１反応気体流を提供する。これら第１および第２気体流を、単純にこれら二つの気体流の合流時に行われる乱流混合によって行う場合に期待できるよりもより完全に混合するためには、この目的を達成するために静止型又は動力駆動型のミキサ等の混合装置を利用することができる。しかしながら、そのような混合装置によって達成可能な混合の程度は、単なる乱流混合よりは改善されたものではあるものの、最適を遥かに下回るものであり（特に、静止型ミキサの場合）、更なる構造的複雑性をもたらし（特に、動力駆動型ミキサの場合）、又、いずれの場合においても望ましくないレベルの背圧を引き起こす可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４９１７５７２号明細書
【特許文献２】米国特許第５８３９８７９号明細書
【特許文献３】米国特許第６８７７９５４号明細書
【特許文献４】米国特許第７０６１７５８号明細書
【特許文献５】米国特許第７３５１０３１号明細書
【特許文献６】米国特許第７８８７２９０号明細書
【特許文献７】米国特許第７８９１９４２号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００６／００５１２０３号
【特許文献９】米国特許出願公開第２０１２／０３２８９６９号
【特許文献１０】米国特許出願第１４／５３３７０２号
【特許文献１１】米国特許出願第１４／５３３８０３号
【特許文献１２】米国特許出願第１４／５３４３４５号
【特許文献１３】米国特許出願第１４／５３４４０９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、気体混合物を駆動するための遠心ブロワ又は遠心ブロワシステムであって、乱流混合のみによって達成可能なものよりも二種類以上の気体のより均質な混合物を提供するために外部混合装置を使用することを回避することができるものが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に依れば、気体流を駆動するための遠心ブロワシステムが提供され、当該遠心ブロワシステムは、
（ａ）複数のブロワユニットの列であって、当該列中の各ブロワユニットは、軸方向入口と径方向出口とを備えるケーシングと、当該ケーシング内に配設されて、第１圧力で気体媒体を前記軸方向入口に引き込み、前記径方向出口を介して第２のより高い圧力で気体媒体を放出するインペラと、当該インペラを駆動するモータとを有する複数のブロワユニットと、
（ｂ）前記列中のブロワユニットの前記径方向出口に接続された第１端部と、前記列中の別のブロワユニットの前記軸方向入口に接続された第２端部と、内部気体流通路を形成する気体流拘束壁とを有するダクトと、
（ｃ）前記ダクト（ｂ）の前記気体流通路に気体媒体を許容するための気体流入口であって、前記ダクト（ｂ）の前記気体流拘束壁に形成され、又は当該壁に接続されている気体流入口とを備える。
【００１０】
気体流入口（ｃ）を設けることによって、ここに記載の前記遠心ブロワシステム内において別々の気体流の遥かに均質な混合が可能とされ、この構成は、類似のブロワシステムではあるが、気体流入口（ｃ）を持たない遠心ブロワに対していくつかの重要な利点を提供する。前者の場合、そして後者と異なり、本開示のブロワシステム内での異なる気体流の混合は、ブロワ出口より下流側での気体混合手段を不要とし、それによって、ブロワ出口を接続可能な構造が単純化される。更に、ここでの遠心ブロワは、気体流利用装置、例えば、気相化学反応装置、内における背圧の望ましくない増大、を引き起こすかもしれない外部気体混合装置を不要とすることにより、自由な気体流を阻害する可能性のある気体流障害物の源を取り除く。
【００１１】
別々の気体流の内部混合の能力を備える、ここでの遠心ブロワシステム、および、当該遠心ブロワシステムを内蔵する気相化学反応装置、のこれらおよびその他の新規な特徴構成と利点は、以下の詳細説明と添付の図面からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
尚、以下に記載される図面は図示の目的のみのものであることが銘記される。これらの図面は、必ずしも正寸ではなく、本開示の原理を例示することに一般的に重きが置かれている。また、これらの図面は、本開示の範囲をいかなる点においても限定することを意図するものではない。類似の番号は一般に類似のパーツを指している。
【００１３】
【図１Ａ】本開示による遠心ブロワシステムのデュアルブロワ実施例の斜視図であり、ブロワは、そのダクト入口とその第２のブロワユニットのインペラとの部分を明らかにするために、その相互接続ダクトコンポーネントの断面を切り欠いた状態で、０度気体流構成にある状態が図示されている。
【図１Ｂ】１Ａの遠心ブロワシステムの平面図である。
【図１Ｃ】図１Ａの遠心ブロワの斜視図と長手方向断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｂの遠心ブロワの斜視図と長手方向断面図である。
【図２】図１Ａ〜図１Ｄに図示されているもののような、本開示による遠心ブロワシステムの作動を制御するためのブロワ制御システムの略図である。
【図３】図２のブロワ制御システムの論理フロー図である。
【図４】本開示による化学反応装置、特に、ここでのマルチ・ブロワタイプ遠心ブロワシステムを内蔵しその内部で気体流を駆動する一体型気体燃料触媒部分酸化改質装置および固体酸化物燃料電池アセンブリ、の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここでの開示は、記載される特定の手順、材料および改造に限定されるものではなく、それらは変更可能であることと理解される。又、使用される用語は、特定の実施例を記載する目的のみのためのものであって、添付の請求項によってのみ限定される本開示の範囲を限定することを意図するものではない、と理解される。
【００１５】
本明細書および請求項全体を通じて、構造、デバイス、装置、組成等は、特定のコンポーネントを、備える、有する、又は含む、ものとして記載されるか、又は、方法は、特定の方法工程を備える、有する又は含むものとして記載される場合、そのような構造、デバイス、装置、組成、等も、記載のコンポーネントから実質的に成る、又は、から成る、又、そのような方法は、記載の方法工程から実質的に成る、又は成る、と考えられる。
【００１６】
本明細書および請求項において、要素又はコンポーネントが、記載される複数の要素又はコンポーネントのリストに含まれるおよび／又はから選択される場合、その成分又はコンポーネントは、記載される要素又はコンポーネントのいずれであってもよい、或いは、記載される要素又はコンポーネントの二つ以上から成るグループから選択可能である、と理解される。更に、構造、デバイス、装置又は組成、又はここに記載の方法、の要素および／又は特徴は、特に銘記されない限り、本開示の要旨および範囲から逸脱することなく、様々な方法で組み合わせることが可能である、と理解される。例えば、特定の構造に言及される場合、その構造は、本開示の装置および／又は方法の様々な実施例に使用することが可能である。
【００１７】
それらの文法的均等物を含む用語「ｉｎｃｌｕｄｅ」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、「ｈａｖｅ」、「ｈａｓ」、「ｈａｖｉｎｇ」、「ｃｏｎｔａｉｎ」、「ｃｏｎｔａｉｎｓ」又は「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ」（「含む」、「有する」、「備える」、「包含する」）は、一般に、非限定的に理解されなければならず、例えば、特に明記されない限り、又は文脈からそうでないと理解されない限り、追加の記載されない要素又は工程を排除するものではない。
【００１８】
ここでの単数形、たとえば、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」の使用は、特に明記されない限りその複数（その逆もまた同様）を含むものである。
【００１９】
数値の前に語「ａｂｏｕｔ」（「約」）が使用されている場合、本開示は、特に明記されない限り、その特定の数値自身を含んでいる。ここでの使用において、単語「ａｂｏｕｔ」（約）は、特に明記又は推定されない限り、その名目値からの±１０％のバリエーションを指している。
【００２０】
尚、ある行為を行うための工程又は順序は、本開示が実施可能である限りにおいて、重要なものではない、と理解される。例えば、ここに記載の方法は、特に明記されない限り、或いは、文脈から明らかに矛盾しない限り、いかなる適切な順序で行うことも可能である。更に、工程が、その性質から、順番で行わなければならないのでない限り、それらは同時に行うことも可能である。
【００２１】
本明細書中の様々な箇所において、数値は値の範囲として開示される。特に、０から２０の数値範囲は、具体的に、０，１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９および２０と、その部分範囲、例えば、０から１０、８から１６、１６から２０、等、をそれぞれ開示することを意図している。
【００２２】
全ての具体例又は“ｓｕｃｈ  ａｓ”（「等」）等のここに提供される例示用語は、単に本開示をよりよく示すことのみを意図するものであって、クレームされない限り、本発明の範囲に対する限定を課するものではない。本明細書中にいかなる文言も、本開示の実施にとって必須のクレームされていない要素を示すものと解釈されてはならない。
【００２３】
「上方」、「下方」、「上部」、「底部」、「水平」、「垂直」、等の空間の向き又は姿勢を示す用語および表現は、特に内容的にそうでないと銘記されない限り、構造的、機能的又は作動的な重要性をなんら有するものと解釈されてはならず、単に添付の図面の一部に図示されている本開示の液体燃料ＣＰＯＸ改質装置の種々の図面の任意に選択された向きを反映するものである。
【００２４】
ここに使用されている表現「改質装置（ｒｅｆｏｒｍｅｒ）」は、気体改質反応混合物が気相改質反応を受けて水素リッチリフォメートを作り出す特定のタイプの化学反応装置を指すものと理解されなければならない。
【００２５】
表現「液体改質可能燃料」は、標準温度および圧力（ＳＴＰ）条件下で液体である、例えば、メタノール、エタノール、ナフサ、蒸留物、ガソリン、灯油、ジェット燃料、ディーゼル、バイオディーゼル、等の、改質されて水素リッチリフォメートに変換される改質可能炭素および水素含有燃料を含むものと理解される。前記表現「液体改質可能燃料」は、更に、それらが液状であるか気体状、即ち、蒸気、であるかを問わず、そのような燃料を含むものと理解されなければならない。  
【００２６】
表現「気体状改質可能燃料」は、ＳＴＰ条件下において気体である改質可能炭素および水素含有燃料、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン、ジメチルエーテル、主としてメタンである、天然気体や液化天然気体（ＬＮＧ）、それらの混合物、主としてプロパン又はブタンであるが、主としてプロパンとブタンとから成るすべての混合物を含む石油気体および液化石油気体（ＬＰＧ）、等、で、改質された時に、水素リッチリホヘメートに変換されるものを含む。
【００２７】
表現「改質反応」は、改質可能燃料の水素リッチリフォメートへの改質又は変換中に起こる反応（単数又は複数）を含むものと理解されなければならない。
【００２８】
表現「気体状改質反応混合物」は、気化液体改質可能燃料、気体状改質可能燃料、又は、それらの組み合わせ、酸化剤、例えば、空気として供給される酸素、スチーム又はオートサーマル改質、スチーム、を含む混合物を指す。
【００２９】
ここに使用される表現「燃料電池」は、電気化学的酸化可能燃料が酸化剤との電気化学的反応を受けて酸化気体と、電流の流れとを作り出す装置を指すものとして理解される。
【００３０】
本発明のマルチ・ブロワ型遠心ブロワシステムは、前述した改質装置、一体型改質−燃料電池システム、気相オレフィン重合の流動層反応装置、触媒燃焼装置、気液循環気体水化物反応装置、気相酸化改質装置、を含む種々の気相化学反応装置の気体流要件に対応することができる。より具体的には、図４は、任意の気体燃料ＣＰＯＸ改質装置と燃料電池システムの気体燃料ＣＰＯＸ改質装置部分のための気体燃料および空気触媒部分酸化（ＣＰＯＸ）反応混合物を提供するための前記マルチ・ブロワ型遠心ブロワシステムの利用を図示している。
【００３１】
図１Ａ〜図１Ｄを参照すると、本開示による遠心ブロワシステムの一実施例において、デュアル・ブロワシステム１００は、内部気体流通路１１９を包囲する気体流拘束壁１１８と、前記気体流通路に気体を導入するための気体入口又はポート１１５と、を備えるダクト１０３を介して、第２遠心ブロワユニット１０２に接続された第１遠心ブロワユニット１０１を有する。
【００３２】
第１ブロワユニット１０１は、軸方向入口１０５とダクト１０３の第１端部に接続された径方向出口１０６とを備えるケーシング１０４と、当該ケーシング１０４内に配設されて、第１圧力で第１気体媒体を前記軸方向入口１０５に引き込み、前記径方向出口１０６を介して第２のより高い圧力で気体媒体を放出するインペラ１０７と、当該インペラ１０７を駆動する電気モータ１０８とを有する。
【００３３】
第２ブロワユニット１０２は、ケーシング１０９と、図１Ａにおいてダクト１０３の切断面によって図示されているように、ケーシング１０９内に配設されるとともに電気モータ１１１によって駆動されるインペラ１１０と、気体流通路１１９内を流れる第１および第２気体媒体を受けるダクト１０３の第２端部に接続された軸方向入口１１２と、それを通して第１および第２気体媒体のそれまでに均質化された混合物がオプションの気体流ハウジング１１４内に押し込まれてそこから放出される径方向出口１１３とを有する。
【００３４】
第２気体媒体は、第１ブロワ１０１からダクト１０３内に排出される第１気体媒体の圧力よりも少なくとも僅かに高い圧力で、入口１１５からダクト１０３の気体流通路１１９に導入される。前記第１および第２気体媒体は、ダクト１０３内である程度の初期混合を受けるが、その程度は、前記二つの気体流の合流から生じる乱流の程度に応じたものとなる。次に、ダクト１０３内の前記第１および第２気体媒体のこの初期混合物は、完全な混合が行われる第２ブロワユニット１０２に入り、その後、実質的に均質な両気体の混合物が気体流ハウジング１１４から排出され、必要な場所に送られる。
【００３５】
前記入口１１５は、例えば、ダクト１０３の壁に形成された単数又は複数の開口部として設けることができ、或いは、それは、第２気体媒体を更に、例えば、その内部の気体流の中心、又は、その近傍で、ダクト１０３の気体流通路１１９内に導入するべく、そのような壁を越えて延出するように構成することも可能である。後者の実施例の場合、前記入口１１５の前記気体流通路内へと延出する部分に、乱流を最小限にするために流線型の断面を備えさせることが可能である。前記入口１１５のダクト１０３の気体流通路内へと延出する部分は、任意の適当な向き及び／又は姿勢、例えば、別々の気体流のより平行で、従って、より乱流度の低い合流に有利なもの、に配向することができる。
【００３６】
本開示は、更に、単数又は複数の追加の個々の気体をダクト１０３内に導入するために一つ以上の入口１１５を設けることも考案する。例えば、一つの入口には気化液体改質可能燃料を導入し、別の入口には気体改質可能燃料を導入して、オートサーマル改質（ＡＴＲ）反応装置および／又はスチーム改質（ＳＲ）反応装置における水素リッチリフォメートへの変換用の空気＋燃料＋スチーム改質反応混合物を提供するように構成することができる。
【００３７】
前述の第１および第２気体は、電気火花の存在下において互いに反応すること、および／又は、例えば、電気火花によって点火又は爆発させることが可能な、爆発性混合物を形成、することが可能なものではあるが、第２ブロワユニット１０２内においてインペラ１１０を駆動する前記電気モータは、その様々なタイプのものが従来式又はなんらかの形で公知であるところの、耐爆発性又は気体封入型ものとして早期反応又は爆発のリスクを最小限にすると有利である。或いは、そして図１Ｄに図示されているように、モータ１１６を、第２ブロワユニット１０２のケーシング１０９の外部に配設して、適当な長さの軸１１７によってインペラ１１０に接続することも可能であり、この構成も同様に、火花による化学反応又は爆発のリスクを最小限にするものである。
【００３８】
遠心ブロワシステム１００の作動の一例として、第１ブロワユニット１０１内に吸引された第１気体としての空気と、入口１１５からダクト１０３内に導入される第２気体又は気体混合物としての、メタン、プロパン、ブタン、天然ガス、それらの混合物、等は、先ず、ダクト１０３の気体流通路１１９内において互いに合流し、その後、第２ブロワユニット１０２に入って、ここで、これらの気体はより完全に混合されて、高度に均質な改質反応混合物を提供する。その後、この反応混合物は、改質装置へと搬送され、ここで、それは、図４に図示され、以下の詳述される一体型気体燃料ＣＰＯＸ改質および燃料電池システム４００のＣＰＯＸ改質装置部４０１によって、水素リッチリフォメート気体に変換される。
【００３９】
図１Ａおよび図１Ｂの矢印は、遠心ブロワシステム１００を構成する一連のブロワ中の各ブロワの径方向出口を通る気体流の全体的方向視を示している。例えば、図１Ｂに図示されているように、第１ブロワユニット１０１の出口１０６から放出される気体流の流れ、第２ブロワユニット１０２の出口１１３から放出される気体流の流れとは、それぞれの出口に対して平行でなく、それらに対してある角度を形成している。流れがダクトの内壁に対してほぼ平行なまま留まる状態で出口１０６から放出される気体流を受け取るようにダクト１０３のジオメトリを構成することによって、そうでない場合に流れがこれらの壁に当たる時に生じる乱流を防止又は低減することが可能である。ブロワシステム内の背圧源としてそれを低減又は除去するために乱流を最小化又は回避することが望ましい。この同じ理由により、気体流ハウジング１１４の角度を、その内壁が第２ブロワユニット１０２の出口１１３から放出される気体流の流れに対してほぼ平行となるように構成することが有利である。その気体流の流れに対するダクト１０３の内壁の最適ジオメトリと、気体流ハウジング１１４のオフセット角は、ルーチン実験を使用することによって所与の気体ブロワシステムに対して容易に決定することができる。図１Ａ〜図１Ｄに図示の気体ブロワシステムにおいて、ダクト１０３の内部、又は、案内、表面と、気体流ハウジング１１４の内部、又は、案内、表面とは、出口１０６および１１１に対して、１２度から２０度、好ましくは、１４度から１８度である角度αで配置することができる。
【００４０】
本発明の遠心ブロワシステムに使用される特定のブロワユニットの、寸法、電圧、消費電力、インペラ速度、空気流、騒音レベル、およびその他の特性は、それが接続される気相化学反応装置の気体圧力および気体流要件に応じて、様々なものとなりうる。
【００４１】
図２および３は、本発明のブロワ制御システムとその制御論理とを、それぞれ図示している。当業者は、これらのブロワ制御作業は、適当にプログラミングされたマイクロプロセッサによって実行することが可能であることを認識するであろう。
【００４２】
図４に図示されているように、一体型気体燃料ＣＰＯＸ改質装置−燃料電池システム４００は、燃料電池部４２８に接続された気体燃料ＣＰＯＸ改質装置部４０１を有する。当該改質装置部４０１は、空気と気体燃料との混合物を導管４０３に導入し、これおよびその他の気体流（気体燃料−空気混合物（単数又は複数）および水素リッチリフォメート（改質油）を含む）を前記改質装置および燃料電池部の種々の気体流通路を通して駆動するために、例えば、図１Ａ−１Ｄに図示されているような、デュアル相互接続ブロワシステム４０２を有する。導管４０３は、流量計４０４と熱電対４０５を備えることができる。一体型改質装置−燃料電池システム４００の作動を、測定、モニタおよび制御するために、これらおよびそれらに類似の装置を、気体燃料ＣＰＯＸ改質装置部および燃料電池部内の様々な箇所に配置することができる。
【００４３】
気体燃料ＣＰＯＸ改質装置−燃料電池システム４００の作動の起動モードにおいて、環境温度の空気とプロパンとの混合物が遠心ブロワシステム４００によって導管４０３に導入される。前記プロパンは、オプションとしての、熱電対４１５、流量計４１６および流れ制御弁４１７を備える燃料ライン４１４を介して気体燃料貯蔵タンク４１３から比較的低い圧力で、入口４０６を介して遠心ブロワシステム４０２の接続ダクト４０３内に吸引される。前記空気とプロパンは、前記気体混合物がそこから導管４０３内へと放出される前に、前記遠心ブロワシステム４０２内で完全に混合される。この実質的に均質なプロパン−空気混合物（気体ＣＰＯＸ反応混合物）が、反応混合物をより均質に筒状ＣＰＯＸ反応装置ユニット４０９内へと分配するように作用する、マニホルド又はプレナム４２０に入る。
【００４４】
ＣＰＯＸ改質装置部４０１の作動の起動モードにおいて、点火装置４２３が、筒状ＣＰＯＸ反応装置ユニット４０９のＣＰＯＸ反応ゾーン４１０内において前記気体ＣＰＯＸ反応混合物のＣＰＯＸ反応を開始し、それによって、水素リッチリホメートの生成を開始する。定常ＣＰＯＸ反応温度（たとえば、２４０℃〜１，１００℃）が達成されると、反応は自立状態となり、前記点火装置の作動を停止することができる。熱電対４２５は、ＣＰＯＸ反応ユニット４０９内で行われるＣＰＯＸ反応の温度をモニタリングするために単数又は複数のＣＰＯＸ反応ゾーン４１０の近傍に配置されている。これらの温度測定値は、モニタリングパラメータとして、改質装置制御システム４２６にリレーすることができる。
【００４５】
改質装置部４０１も、一体型改質装置−燃料電池システム４００の電気駆動コンポーネント、例えば、遠心ブロワシステム４０２、流量計４０４、流れ制御弁４１７、点火装置４２３、等のためのもので、起動モード中の電力を供給するために、又、所望の場合には、例えば、後の使用のための、定常運転中に燃料電池部４２８によって作り出される余剰電気を蓄えるために、再充電可能リチウムイオン電池システム４２７を備えることができる。
【００４６】
燃料電池部４２８は、燃料電池スタック４２９、アフターバーナー又はテールガスバーナー４３２、マニホルド４３１によって均一に分配された空気を、燃料電池スタック４２９のカソード側に導入して、その内部における燃料の電気への電気化学的変換をサポートするとともに、その内部でのテールガスの燃焼をサポートする、遠心ブロワシステム４３０と、制御システム４２６へ温度および圧力測定入力を提供するためのオプションとしての熱電対４３３と流量計４３４、とを有する。気体ＣＰＯＸ改質装置部４０１中に生成された水素リッチリフォメートは、燃料電池スタック４２９に入り、その内部で電気と、副産物の水（スチーム）と、気体流出物としての二酸化炭素、とへの電気化学的変換を受ける。燃料電池スタック４２９からのこの気体流出物、又は、テールガスは、燃焼可能気体（単数又は複数）、例えば、炭水化物（単数又は複数）、未使用水素、および／又は、一酸化炭素等のその他の電気化学的酸化可能気体（単数又は複数）を含有し、これらは、その後、アフターバーナー４３２に入り、ここで、遠心ブロワシステム４３０によって提供される空気を利用して、それらの水（スチーム）と二酸化炭素への燃焼が行われる。所望の場合、アフターバーナー４３２からの高温気体排出物を回収して、単数又は複数の流体流の加熱、例えば、ＡＴＲおよび／又はＳＲ改質に使用される水からスチームへの変換のために利用することができる。
【００４７】
以上、本発明を例示の目的で詳細に記載したが、これらの詳細はその目的のためのみのものであって、当業者は、請求項に定義される本発明の要旨および範囲から逸脱することなく、それらに対して様々な改変を行うことが可能である、と理解される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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