(57)【要約】  水素精製装置とその構成要素が開示される。一部実施形態では、装置は、第一端部フレームと第二端部フレームとの間に配置され且つそれらに固定された少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリを含み得る。少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリは、少なくとも一つの水素選択膜と、複数の流路を形成する複数の開口が設けられたノンポーラス平面シートを含む少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体とを含み得る。平面シートは、透過側を支持するように構成された略対向する両面を有し得る。複数の流路はそれら両面の間に延在し得る。少なくとも一つの水素選択膜は少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体に冶金接合され得る。一部実施形態では、装置は、開口領域の少なくとも大部分に広がり、少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリを支持するように構成された少なくとも一つの膜支持構造体を有する透過フレームを含み得る。
2021509657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一端部フレーム及び第二端部フレームであって、
水素ガス及び他のガスを含む混合ガス流を受け取るように構成された流入ポートと、
前記混合ガス流と比較して高濃度の水素ガスと低濃度の他のガスのうち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流出ポートと、
前記他のガスの少なくとも大部分を含む副生成物流を受け取るように構成された副生成物ポートと、を含む第一端部フレーム及び第二端部フレームと、
前記第一端部フレームと前記第二端部フレームとの間に配置され、前記第一端部フレームと前記第二端部フレームに固定された少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリであって、
供給側と透過側を有する少なくとも一つの水素選択膜であって、前記透過流の少なくとも一部が、前記供給側から前記透過側に通過する前記混合ガス流の一部から形成され、前記供給側に残る前記混合ガス流の残りの部分が前記副生成物流の少なくとも一部を形成する、少なくとも一つの水素選択膜と、
複数の流路を形成する複数の開口が設けられたノンポーラス平面シートを含む少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体であって、前記ノンポーラス平面シートが前記透過側を支持するように構成された略対向する両面を含み、前記複数の流路が前記両面の間に延在し、前記少なくとも一つの水素選択膜が該少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体に冶金接合されている、少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体と、を含む少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリと、
前記第一端部フレーム及び第二端部フレームと前記少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリとの間に配置され、前記第一端部フレーム及び第二端部フレームに固定された複数のフレームであって、各フレームが開口領域を画定する周囲シェルを含む、複数のフレームと、を備える水素精製装置。
【請求項２】
前記複数の開口が、前記ノンポーラス平面シートの少なくとも周囲部分には前記複数の開口が無いようにして前記ノンポーラス平面シートに設けられている、請求項１に記載の水素精製装置。
【請求項３】
前記ノンポーラス平面シートが、前記複数の開口が設けられた二つ以上の離散的部分を含む、請求項２に記載の水素精製装置。
【請求項４】
前記二つ以上の離散的部分の各離散的部分が、前記複数の開口が設けられていない少なくとも一つの境界部分によって、前記二つ以上の離散的部分のうちの近接する離散的部分から離隔されている、請求項３に記載の水素精製装置。
【請求項５】
前記少なくとも一つの水素選択膜が二つ以上の水素選択膜を含み、前記二つ以上の水素選択膜の各水素選択膜が前記二つ以上の離散的部分のうちそれぞれ異なる離散的部分に冶金接合されている、請求項３に記載の水素精製装置。
【請求項６】
前記二つ以上の水素選択膜の各水素選択膜が、該水素選択膜の周囲部分が前記複数の開口が設けられていない前記ノンポーラス平面シートの一つ以上の部分に接触するように対応する離散的部分よりも大きなサイズを有する、請求項５に記載の水素精製装置。
【請求項７】
前記少なくとも一つの水素選択膜が前記少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体に拡散接合されている、請求項１に記載の水素精製装置。
【請求項８】
第一端部フレーム及び第二端部フレームであって、
水素ガス及び他のガスを含む混合ガス流を受け取るように構成された流入ポートと、
前記混合ガス流と比較して高濃度の水素ガス及び低濃度の他のガスのうち少なくとも一方を含む透過流を受け取るように構成された流出ポートと、
前記他のガスの少なくとも大部分を含む副生成物流を受け取るように構成された副生成物ポートと、を含む第一端部フレーム及び第二端部フレームと、
前記第一端部フレームと前記第二端部フレームとの間に配置され、前記第一端部フレームと前記第二端部フレームに固定された少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリであって、
供給側と透過側を有する少なくとも一つの水素選択膜であって、前記透過流の少なくとも一部が、前記供給側から前記透過側に通過する前記混合ガス流の一部から形成され、前記供給側に残る前記混合ガス流の残りの部分が前記副生成物流の少なくとも一部を形成する、少なくとも一つの水素選択膜と、
前記透過側を支持するように構成された略対向する両面と、前記両面の間に延在する複数の流路とを含む少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体であって、前記少なくとも一つの水素選択膜が該少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体に冶金接合されている、少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体と、を含む箔マイクロスクリーンアセンブリと、
前記第一端部フレーム及び第二端部フレームと前記少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリとの間に配置され、前記第一端部フレーム及び第二端部フレームに固定された複数のフレームであって、前記少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリと前記第二端部フレームとの間に配置された少なくとも一つの透過フレームを含む複数のフレームと、を備え、前記少なくとも一つの透過フレームが、
周囲シェルと、
前記周囲シェルに形成され、前記少なくとも一つの水素選択膜から前記透過流の少なくとも一部を受け取るように構成された流出導管と、
前記周囲シェルに囲まれた開口領域と、
前記開口領域の少なくとも大部分に広がり、前記少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリを支持するように構成され、穿孔されていない少なくとも一つの膜支持構造体と、を含む、水素精製装置。
【請求項９】
前記少なくとも一つの膜支持構造体が、第一面と前記第一面に対向する第二面を有する単一の膜支持プレートを含む、請求項８に記載の水素精製装置。
【請求項１０】
前記第一面及び前記第二面が、前記透過流の少なくとも一部用の流路を提供するように構成された複数のマイクロ溝を有する、請求項９に記載の水素精製装置。
【請求項１１】
前記第一面及び前記第二面にマイクロ溝が設けられていない、請求項９に記載の水素精製装置。
【請求項１２】
前記少なくとも一つの膜支持構造体が、前記少なくとも一つの膜支持構造体内で積み重ねられた第一膜支持プレート及び第二膜支持プレートを含む、請求項８に記載の水素精製装置。
【請求項１３】
前記第一膜支持プレート及び第二膜支持プレートの各々が、穿孔されておらず、第一面及び前記第一面に対向する第二面を有し、前記第一膜支持プレート及び第二膜支持プレートが、前記第一膜支持プレートの第二面が前記第二膜支持プレートの第二面と向き合うようにして前記少なくとも一つの膜支持構造体内で積み重ねられている、請求項１２に記載の水素精製装置。
【請求項１４】
前記第一膜支持プレート及び第二膜支持プレートの各々の第一面が、前記透過流の少なくとも一部用の流路を提供するように構成された複数のマイクロ溝を含む、請求項１３に記載の水素精製装置。
【請求項１５】
前記第一膜支持プレート及び第二膜支持プレートの各々にマイクロ溝が設けられていない、請求項１３に記載の水素精製装置。
【請求項１６】
前記少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体が、前記複数の流路を形成する複数の開口が設けられたノンポーラス金属シートを含む、請求項８に記載の水素精製装置。
【請求項１７】
前記ノンポーラス金属シートが平面を画定し、前記複数の開口の各々が前記平面に垂直な軸を有する、請求項１６に記載の水素精製装置。
【請求項１８】
前記複数の開口のうち一つ以上の開口がオーバル形状である、請求項１６に記載の水素精製装置。
【請求項１９】
前記ノンポーラス金属シートがステンレス鋼を含む、請求項１６に記載の水素精製装置。
【請求項２０】
前記ノンポーラス金属シートが一種以上のニッケル合金を含む、請求項１６に記載の水素精製装置。
【請求項２１】
水素精製装置用の箔マイクロスクリーンアセンブリであって、
供給側と透過側を有し、混合ガス流を受け取り、前記供給側から前記透過側に通過する前記混合ガス流の一部から透過流を形成し、前記供給側に残る前記混合ガス流の残りの部分から副生成物流を形成するように構成された少なくとも一つの水素選択膜と、
複数の流路を形成する複数の開口が設けられたノンポーラス平面シートを含む少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体であって、前記ノンポーラス平面シートが前記透過側を支持するように構成された略対向する両面を含み、前記複数の流路が前記両面の間に延在し、前記少なくとも一つの水素選択膜の透過側が該少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体に冶金接合されている、少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体と、を備える箔マイクロスクリーンアセンブリ。
【請求項２２】
前記複数の開口が、前記ノンポーラス平面シートの周囲部分には前記複数の開口が無いようにして設けられている、請求項２１に記載の箔マイクロスクリーンアセンブリ。
【請求項２３】
前記ノンポーラス平面シートが、前記複数の開口が設けられた二つ以上の離散的な部分を含む、請求項２２に記載の箔マイクロスクリーンアセンブリ。
【請求項２４】
前記二つ以上の離散的部分の各離散的部分が、前記複数の開口が設けられていない少なくとも一つの境界部分によって、前記二つ以上の離散的部分のうちの近接する離散的部分から離隔されている、請求項２３に記載の箔マイクロスクリーンアセンブリ。
【請求項２５】
前記少なくとも一つの水素選択膜が二つ以上の水素選択膜を含み、前記二つ以上の水素選択膜の各水素選択膜が前記二つ以上の離散的部分のうちそれぞれ異なる離散的部分に冶金接合されている、請求項２３に記載の箔マイクロスクリーンアセンブリ。
【請求項２６】
前記二つ以上の水素選択膜の各水素選択膜が、該水素選択膜の周囲部分が、前記複数の開口が設けられていない前記ノンポーラス平面シートの一つ以上の部分に接触するように対応する離散的部分よりも大きなサイズを有する、請求項２５に記載の箔マイクロスクリーンアセンブリ。
【請求項２７】
前記少なくとも一つの水素選択膜が前記少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体に拡散接合されている、請求項２１に記載の箔マイクロスクリーンアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１２年８月３０日出願の「Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ」との名称の米国特許出願第１３／６０００９６号の一部継続出願である２０１３年３月１４日出願の「Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ  ａｎｄ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」との名称の米国特許出願第１３／８２９７６６号（米国特許第９１８７３２４号）の一部継続出願である２０１８年１月４日出願の「Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」との名称の米国特許出願第１５／８６２４７４号の優先権を主張する。上記出願の全開示内容はあらゆる目的のため参照として本願に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
水素発生アセンブリは、一種以上の原料を、水素ガスを主成分として含む生成物流に変換するアセンブリである。その原料は炭素含有原料を含み得て、場合によっては水も含み得る。原料は、原料デリバリーシステムから水素発生アセンブリの水素製造領域に運ばれ、典型的には原料が圧力下において高温で運ばれる。水素製造領域には、加熱アセンブリや冷却アセンブリ等の温度変調アセンブリが付随することが多く、水素ガスを効果的に製造するための適切な温度範囲内に水素製造領域を維持するために一つ以上の燃料流を消費する。水素発生アセンブリは、水蒸気改質、自己熱改質、熱分解、及び／又は触媒部分酸化等の適切なメカニズムで水素を発生させ得る。
【０００３】
しかしながら、発生又は製造された水素ガスは不純物を有し得る。そのガスは、水素ガスと他のガスを含み、混合ガス流と称され得る。混合ガス流を使用する前には精製が必要であり、例えば、他のガスの少なくとも一部を除去する。従って、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精製装置を含み得る。水素精製装置は、混合ガス流を生成物流と副生成物流に分離する少なくとも一つの水素選択膜を含み得る。生成物流は、混合ガス流よりも高濃度の水素ガス及び／又は低濃度の一種以上の他のガスを含む。一つ以上の水素選択膜を用いる水素精製は圧力式の分離プロセスであり、一つ以上の水素選択膜は圧力容器内に含まれる。混合ガス流は膜の表面に接触し、膜を透過した（通り抜けた）混合ガス流の少なくとも一部から生成物流が形成される。圧力容器は典型的には密閉され、所定の流入及び流出用のポートや導管以外からは圧力容器にガスが入ったり圧力容器からガスが出たりしないようにされる。
【０００４】
生成物流は多様な応用で使用され得る。そのような応用の一つは、電気化学的な燃料電池等のエネルギー生産である。電気化学的な燃料電池は、燃料と酸化剤を電気と反応生成物と熱に変換する装置である。例えば、燃料電池は、水素と酸素を水と電気に変換することができる。こうした燃料電池では、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、複数の燃料電池を含み、水素発生アセンブリと共に用いられて、エネルギー生産アセンブリを提供し得る。
【０００５】
水素発生アセンブリ、水素処理アセンブリ、及び／又はこうした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、特許文献１８に記載されている。上記文献の全開示内容はあらゆる目的のため参照として本願に組み込まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５８６１１３７号明細書
【特許文献２】米国特許第６３１９３０６号明細書
【特許文献３】米国特許第６４９４９３７号明細書
【特許文献４】米国特許第６５６２１１１号明細書
【特許文献５】米国特許第７０６３０４７号明細書
【特許文献６】米国特許第７３０６８６８号明細書
【特許文献７】米国特許第７４７０２９３号明細書
【特許文献８】米国特許第７６０１３０２号明細書
【特許文献９】米国特許第７６３２３２２号明細書
【特許文献１０】米国特許第８９６１６２７号明細書
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００６／００９０３９７号明細書
【特許文献１２】米国特許出願公開第２００６／０２７２２１２号明細書
【特許文献１３】米国特許出願公開第２００７／０２６６６３１号明細書
【特許文献１４】米国特許出願公開第２００７／０２７４９０４号明細書
【特許文献１５】米国特許出願公開第２００８／００８５４３４号明細書
【特許文献１６】米国特許出願公開第２００８／０１３８６７８号明細書
【特許文献１７】米国特許出願公開第２００８／０２３００３９号明細書
【特許文献１８】米国特許出願公開第２０１０／００６４８８７号明細書
【特許文献１９】米国特許第５９９７５９４号明細書
【特許文献２０】米国特許第６２２１１１７号明細書
【特許文献２１】米国特許第６５３７３５２号明細書
【特許文献２２】米国特許第６１５２９９５号明細書
【特許文献２３】米国特許出願公開第２０１３／００１１３０１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一部実施形態は水素精製装置を提供し得る。一部実施形態では、水素精製装置は、水素ガス及び他のガスを含む混合ガス流を受け取るように構成された流入ポートを含む第一端部フレーム及び第二端部フレームを含み得る。第一端部フレーム及び第二端部フレームは、混合ガス流と比較して高濃度の水素ガスと低濃度の他のガスのうち少なくとも一方を含む透過流を受け取るように構成された流出ポートと、他のガスの少なくとも大部分を含む生成物流を受け取るように構成された副生成物ポートを更に含み得る。水素精製装置は、第一端部フレームと第二端部フレームとの間に配置され且つこれらに固定された少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリを更に含み得る。少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリは、供給側と透過側を有する少なくとも一つの水素選択膜を含む。透過流の少なくとも一部は、供給側から透過側に通過する混合ガス流の一部から形成され、供給側に残る混合ガス流の残りの部分が、副生成物流の少なくとも一部を形成する。
【０００８】
少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリは、複数の流路を形成する複数の開口が設けられたノンポーラス平面シートを含む少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体を更に含む。平面シートは、透過側を支持するように構成された略対向する両面を含む。複数の流路はそれら両面の間に延在する。少なくとも一つの水素選択膜は少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体に冶金接合される。水素精製装置は、第一端部フレーム及び第二端部フレームと少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリとの間に配置され且つ第一端部フレーム及び第二端部フレームに固定された複数のフレームを更に含む。複数のフレームうちの各フレームは、開口領域を画定する周囲シェルを含む。
【０００９】
一部実施形態では、水素精製装置は、水素ガス及び他のガスを含む混合ガス流を受け取るように構成された流入ポートを含む第一端部フレーム及び第二端部フレームを含み得る。第一端部フレーム及び第二端部フレームは、混合ガス流と比較して高濃度の水素ガスと低濃度の他のガスのうち少なくとも一方を含む透過流を受け取るように構成された流出ポートと、他のガスの少なくとも大部分を含む副生成物流を受け取るように構成された副生成物ポートを更に含み得る。水素精製装置は、第一端部フレームと第二端部フレームとの間に配置され且つこれらに固定された少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリを更に含む。少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリは、供給側と透過側を有する少なくとも一つの水素選択膜を含む。透過流の少なくとも一部は、供給側から透過側に通過する混合ガス流の一部から形成され、供給側に残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。少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリは、透過側を支持するように構成された略対向する両面と、略対向する両面の間を延在する複数の流路とを含む少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体を更に含む。少なくとも一つの水素選択膜は少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体に冶金接合される。
【００１０】
水素精製装置は、第一端部フレーム及び第二端部フレームと少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリとの間に配置され且つ第一端部フレーム及び第二端部フレームに固定された複数のフレームを更に含む。複数のフレームは、少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリと第二端部フレームとの間に配置された少なくとも一つの透過フレームを含む。少なくとも一つの透過フレームは、周囲シェルと、周囲シェルに形成され、少なくとも一つの水素選択膜から透過流の少なくとも一部を受け取るように構成された流出導管を含む。少なくとも一つの透過フレームは、周囲シェルに囲まれた開口領域と、開口領域の少なくとも大部分に広がり且つ少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリを支持するように構成された少なくとも一つの膜支持構造体を更に含む。少なくとも一つの膜支持構造体は穿孔されていない（貫通孔を有さない）。
【００１１】
一部実施形態は、箔マイクロスクリーンアセンブリを提供し得る。箔マイクロスクリーンアセンブリは、供給側と透過側を有する少なくとも一つの水素選択膜を含み得る。少なくとも一つの水素選択膜は、混合ガス流を受け取り、供給側から透過側に通過する混合ガス流の一部から透過流を形成し、供給側に残る混合ガス流の残りの部分から副生成物流を形成するように構成され得る。箔マイクロスクリーンアセンブリは、複数の流路を形成する複数の開口が設けられたノンポーラス平面シートを含む少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体を更に含み得る。平面シートは、透過側を支持するように構成された略対向する両面を含み得る。複数の流路は、対向する両面の間に延在し得る。少なくとも一つの水素選択膜の透過側は少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体に冶金接合され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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他の例の概略図である。
【図３】図１の水素発生アセンブリの水素精製装置の概略図である。
【図４】図３の水素精製装置の一例の等角分解図である。
【図５】図４の水素精製装置の箔マイクロスクリーンアセンブリの一例の上面図である。
【図６】図５の箔マイクロスクリーンアセンブリのマイクロスクリーン構造体の一例の上面図である。
【図７】他の例の開口を有する図６のマイクロスクリーン構造体の部分図である。
【図８】更に他の例の開口を有する図６のマイクロスクリーン構造体の部分図である。
【図９】更なる例の開口を有する図６のマイクロスクリーン構造体の部分図である。
【図１０】図４の水素精製装置の箔マイクロスクリーンアセンブリの他の例の上面図である。
【図１１】図１０の箔マイクロスクリーンアセンブリのマイクロスクリーン構造体の一例の上面図である。
【図１２】図４の水素精製装置の箔マイクロスクリーンアセンブリの他の例の上面図である。
【図１３】図４の水素精製装置の箔マイクロスクリーンアセンブリの更なる例の上面図である。
【図１４】図４の水素精製装置の透過フレーム、箔マイクロスクリーンアセンブリ、ガスケットフレーム、供給フレームの一例の部分断面図であり、箔マイクロスクリーンアセンブリと透過フレームとの間にガスケットフレーム無しで示されている。
【図１５】図４の水素精製装置の上面図であり、透過フレームの周囲シェルと透過フレームの膜支持構造体の一例を示す。
【図１６】図４の水素精製装置の透過フレームの周囲シェルの他の例の部分断面図である。
【図１７】図４の水素精製装置の透過フレームの膜支持構造体の膜支持プレートの一例の等角図である。
【図１８】図４の水素精製装置の透過フレームの膜支持構造体の膜支持プレートの他の例の等角図である。
【図１９】図４の水素精製装置の膜支持構造体の他の例の断面図である。
【図２０】図３の水素精製装置の他の例の等角分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、水素発生アセンブリ２０の例を示す。特に断らない限り、水素発生アセンブリ２０は、本明細書に記載される他の水素発生アセンブリの一つ以上の構成要素を含み得る。水素発生アセンブリは、製品水素流２１を生成するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。例えば、水素発生アセンブリは、原料デリバリーシステム２２及び燃料処理アセンブリ２４を含み得る。原料デリバリーシステムは、少なくとも一つの供給流２６を燃料処理アセンブリに選択的に運ぶように構成された任意の適切な構造体を含み得る。
【００１４】
一部実施形態では、原料デリバリーシステム２２は、少なくとも一つの燃料流２８を、燃料処理アセンブリ２４のバーナー又は他の加熱アセンブリに選択的に運ぶように構成された任意の適切な構造体を更に含み得る。一部実施形態では、供給流２６及び燃料流２８は、燃料処理アセンブリの異なる部分に運ばれる同じ流れであってよい。原料デリバリーシステムは、容積型又は他の適切なポンプ、又は流体流を推進させるためのメカニズム等、任意の適切な輸送メカニズムを含み得る。一部実施形態では、原料デリバリーシステムは、ポンプ及び／又は他の電気を動力とする流体輸送メカニズムを必要とすることなく、供給流２６及び／又は燃料流２８を運ぶように構成され得る。水素発生アセンブリ２０と共に使用され得る適切な原料デリバリーシステムの例として、特許文献７、特許文献８、特許文献１１に記載される原料デリバリーシステムが挙げられる。上記文献の全開示内容があらゆる目的のため参照として本願に組み込まれる。
【００１５】
供給流２６は、少なくとも一つの水素製造流体３０を含み得て、水素製造流体３０は製品水素流２１を製造するための反応物として使用され得る一つ以上の流体を含むことができる。例えば、水素製造流は、少なくとも一つの炭化水素及び／又はアルコール等の炭素含有原料を含み得る。適切な炭化水素の例としては、メタン、プロパン、天然ガス、ディーゼル、灯油、ガソリン等が挙げられる。適切なアルコールの例としては、メタノール、エタノール、ポリオール（エチレングリコール及びプロピレングリコール等）等が挙げられる。更に、水素製造流体３０は、水蒸気改質及び／又は自己熱改質を介して燃料処理アセンブリが製品水素流を生成するとき等に、水を含み得る。燃料処理アセンブリ２４が、熱分解又は触媒部分酸化を介して製品水素流を生成するとき、供給流２６は水を含まない。
【００１６】
一部実施形態では、原料デリバリーシステム２２は、水及び水と相溶する（メタノール及び／又はその他の、水と相溶するアルコール）炭素含有原料の混合物を含む水素製造流体３０を運ぶように構成され得る。そのような流体流における水と炭素含有原料の比は、特定の炭素含有原料が使用されること、使用者の選択、燃料処理アセンブリの設計、製品水素流を生成するための燃料処理アセンブリで使用されるメカニズム等の一つ以上の因子に従って変わり得る。例えば、水と炭素のモル比は、約１：１から３：１であり得る。更に、水とメタノールの混合物が、１：１のモル比で、又はそれに近い比（３７重量％の水と６３重量％のメタノール）で運ばれ得て、一方で炭化水素又は他のアルコールの混合物が、水と炭素のモル比が１：１よりも大きい状態で運ばれ得る。
【００１７】
燃料処理アセンブリ２４が改質を介して製品水素流２１を生成するとき、供給流２６は、例えば、略２５〜７５体積％のメタノール又はエタノール（又は他の適切な水と相溶する炭素含有原料）と略２５〜７５体積％の水を含み得る。少なくとも実質的にメタノール及び水を含む供給流に関して、これらの流れは、約５０〜７５体積％のメタノールと約２５〜５０体積％の水を含み得る。エタノール又は他の水に相溶するアルコールを含む流れは、約２５〜６０体積％のアルコール及び約４０〜７５体積％の水を含んでよい。水蒸気改質や自己熱改質を使用する水素発生アセンブリ２０のための供給流の例は、６９体積％のメタノール及び３１体積％の水を含む。
【００１８】
原料デリバリーシステム２２は単一の供給流２６を運ぶように構成されるものとして示されているが、原料デリバリーシステムは二つ以上の供給流２６を運ぶように構成されてもよい。これらの流れは、同じか又は異なる原料を含み得て、異なる組成を有し得て、少なくとも一つの共通する成分を有し得て、共通する成分が無くてよく、又は同じ組成を有し得る。例えば、第一の供給流は、炭素含有原料等の第一の成分を含み得て、第二の供給流は水等の第二の成分を含み得る。更に、原料デリバリーシステム２２は、一部実施形態において、単一の燃料流２８を輸送するように構成され得るが、原料デリバリーシステムが２つ以上の燃料流を輸送するように構成されてもよい。燃料流は、異なる組成を有し得て、少なくとも一つの共通する成分を有し得て、共通する成分が無くてもよく、又は同じ組成を有し得る。更に、供給流及び燃料流は、様々な相において、供給デリバリーシステムから排出され得る。例えば、流れの一つは液体流であってよく、一方で他の流れは気体流である。一部実施形態では、流れの両方が液体流であってよく、一方で他の実施形態において、流れの両方が気体流であってよい。更に、水素発生アセンブリ２０が単一の原料デリバリーシステム２２を含むように示されているが、水素発生アセンブリが二つ以上の原料デリバリーシステム２２を含んでもよい。
【００１９】
燃料処理アセンブリ２４は、任意の適切な水素製造メカニズムを介して水素ガスを含む流出流３４を製造するように構成された水素製造領域３２を含んでよい。流出流は、少なくとも主成分として水素ガスを含み得て、更なる気体成分も含み得る。従って、流出流３４は、主成分として水素ガスを含むが他のガスも含む「混合ガス流」と称され得る。
【００２０】
水素製造領域３２は、任意の適切な触媒含有ベッド又は領域を含み得る。水素製造メカニズムが水蒸気改質である場合、水素製造領域は、炭素含有原料及び水を含む供給流２６からの流出流３４の製造を容易にするための、適切な水蒸気改質触媒３６を含み得る。そのような実施形態において、燃料処理アセンブリ２４は「水蒸気改質器」と称され得て、水素製造領域３２は「改質領域」と称され得て、流出流３４は「改質流」と称され得る。改質流中に存在し得る他のガスとして、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、水蒸気、及び／又は未反応の炭素含有原料が挙げられる。
【００２１】
水素製造メカニズムが自己熱改質である場合、水素製造領域３２は、空気の存在下での水及び炭素含有原料を含む供給流２６からの流出流３４の製造を容易にするための、適切な自己熱改質触媒を含み得る。更に、燃料処理アセンブリ２４は、空気流を水素製造領域に輸送するように構成された空気デリバリーアセンブリ３８を含み得る。
【００２２】
一部実施形態では、燃料処理アセンブリ２４は、精製（又は分離）領域４０を含み得て、この領域は、流出（又は混合ガス）流３４から、少なくとも一つの水素リッチ流４２を製造するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。水素リッチ流４２は、流出流３４と比較して高い水素濃度を含み、及び／又は、流出流に存在していた一つ以上の他のガス（又は不純物）を低い濃度で含み得る。製品水素流２１は、水素リッチ流４２の少なくとも一部を含む。その結果、製品水素流２１及び水素リッチ流４２は、同じ流れであり得て、同じ組成及び流速を有し得る。代わりに、水素リッチ流４２中の精製された水素ガスの幾らかは、後の使用のために、適切な水素保管アセンブリ中等に保管され得て、及び／又は燃料処理アセンブリによって使用され得る。精製領域４０は、「水素精製装置」又は「水素処理アセンブリ」と称され得る。
【００２３】
一部実施形態では、精製領域４０は、少なくとも一つの副生成物流４４を製造し得て、副生成物流４４は水素ガスを含まないか、又は幾らかの水素ガスを含んでよい。副生成物流は、排気され、バーナーアセンブリ及び／又は他の燃焼源に送られ、加熱された流体流として使用され、後の使用のために保管され、及び／又は他のやり方で使用され、保管され、及び／又は処分され得る。更に、精製領域４０は、流出流３４の輸送に応じて、連続的な流れとして、副生成物流を放出し得て、又は、例えば、バッチプロセスにおいて、又は流出流の副生成物部分が少なくとも一時的に精製領域に保持される場合に、副生成物流を間欠的に放出してもよい。
【００２４】
燃料処理アセンブリ２４は、燃料処理アセンブリのための加熱アセンブリのための燃料流（又は原料流）としての使用に適する十分な量の水素ガスを含む一つ以上の副生成物流を製造するように構成された一つ以上の精製領域を含み得る。一部実施形態では、副生成物流は、十分な燃料値、又は所定の操作温度に、又は選択された温度範囲内に、水素製造領域を保持する加熱アセンブリを実現する水素含量を有し得る。例えば、副生成物流は、１０〜３０体積％の水素ガス、１５〜２５体積％の水素ガス、２０〜３０体積％の水素ガス、少なくとも１０又は１５体積％の水素ガス、少なくとも２０体積％の水素ガス等の、水素ガスを含み得る。
【００２５】
精製領域４０は、流出流２１の少なくとも一つの成分の濃度を増大（及び／又は増加）するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。多くの用途において、水素リッチ流４２は、流出流（又は混合ガス流）３４と比較して高い水素濃度を有するだろう。水素リッチ流は、流出流３４に存在していた一つ以上の非水素成分を低い濃度で有し得て、水素リッチ流の水素濃度は、流出流を超えるか、同じか、又はそれ未満である。例えば、従来の燃料電池システムにおいて、一酸化炭素は、もしもたとえ数ｐｐｍ存在する場合であっても、燃料電池スタックに損傷を与える場合があり、一方で、流出流３４に存在し得る、水等の他の非水素成分は、もしもより高い濃度で存在していたとしても、スタックに損傷を与えない。したがって、そのような用途において、精製領域は水素の全濃度を増加させないものとなり得るが、製品水素流の所定の用途に対して有害な、又は有害である可能性がある一つ以上の非水素成分の濃度を減少させる。
【００２６】
精製領域４０に適する装置の例として、一つ以上の水素選択膜４６、化学的な一酸化炭素除去アセンブリ４８、及び／又は圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システム５０が挙げられる。精製領域４０は、一つ以上のタイプの精製装置を含み得て、装置は同じか又は異なる構造体を有し得て、及び／又は同じか又は異なるメカニズムで操作され得る。燃料処理アセンブリ２４は、一つ以上の製品水素流、水素リッチ流、及び／又は副生成物流と関連する等して、精製領域の下流の少なくとも一つの制限オリフィス及び／又は他の流れ制限器を含み得る。
【００２７】
水素選択膜４６は、水素ガスを透過するが、流出流３４の他の成分に対して、少なくとも実質的に（もしも完全にではない場合）非透過性である。膜４６は、作動環境における使用及び精製領域４０が作動されるパラメータに適する任意の水素透過性材料で形成されてよい。膜４６のための適切な材料の例として、パラジウム及びパラジウム合金、特にそのような金属及び金属合金の薄膜が挙げられる。パラジウム合金は特に有効であると証明されており、特に３５重量％から４５重量％の銅を有するパラジウムが挙げられる。略４０重量％の銅を含むパラジウム銅合金が特に有効であると証明されているが、他の相対濃度及び成分も使用され得る。他の三種の特に有効な合金は、２重量％から２０重量％の金を有するパラジウム（特に５重量％の金を有するパラジウム）、３重量％から１０重量％のインジウム及び０重量％から１０重量％のルテニウムを有するパラジウム（特に６重量％のインジウム及び０．５重量％のルテニウムを有するパラジウム）、そして、２０重量％から３０重量％の銀を有するパラジウムである。パラジウム及びパラジウム合金が使用される際には、水素選択膜４６は場合によって「箔」と称され得る。水素透過性金属箔の典型的な厚さは、２５マイクロメートル（μｍ）未満であり、好ましくは１５マイクロメートル以下であり、最も好ましくは５マイクロメートルから１２マイクロメートルの間である。箔は適切なサイズ、例えば１１０ｍｍ×２７０ｍｍのものであり得る。
【００２８】
化学的な一酸化炭素除去アセンブリ４８は、一酸化炭素及び／又は流出流３４の他の望ましくない成分と化学的に反応して、有害である可能性がない他の組成物を形成する装置である。化学的な一酸化炭素除去アセンブリの例としては、水及び一酸化炭素から水素ガス及び二酸化炭素を生成するように構成された水性ガスシフト反応器、一酸化炭素及び酸素（通常空気から）を二酸化炭素に変換する部分酸化反応器、及び一酸化炭素及び水素をメタン及び水に変換するように構成されたメタン化反応器が挙げられる。燃料処理アセンブリ２４は、一種以上及び／又は一つ以上の化学的除去アセンブリ４８を含み得る。
【００２９】
圧力スイング吸着（ＰＳＡ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｗｉｎｇ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）は、特定の気体が、適切な温度及び圧力条件の下で、他の気体よりも強く吸着材料上に吸着される原理に基づき、気体の不純物が流出流３４から除去される化学的処理である。典型的には、非水素不純物が吸着され、流出流３４から除去される。不純物気体の吸着は、高い圧力で生じる。圧力が低下するとき、不純物が吸着材料から脱着され、その結果吸着材が再生される。典型的には、ＰＳＡはサイクル処理であり、連続（バッチとは対照的に）操作のために少なくとも二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物質の例は、活性化炭素及びゼオライトである。ＰＳＡシステム５０はまた、ガス流が流出流の精製と同時であるので、副生成物又は除去された成分が領域から直接排気されない、精製領域４０において使用するための装置の例を提供する。その代わりに、吸着材料が再生されるか又は他のやり方で精製領域から除去されるとき、これらの副生成物成分が除去される。
【００３０】
図１では、精製領域４０が燃料処理アセンブリ２４内部に示されている。精製領域は、代替的に、図１に一点鎖線で概略的に示されるように、燃料処理アセンブリから下流に別個に配置されてもよい。精製領域４０が燃料処理アセンブリの内部と外部に部分を含んでもよい。
【００３１】
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含み得る。加熱アセンブリは、典型的には空気の存在下で燃焼されるとき、少なくとも一つの加熱燃料流２８から、少なくとも一つの加熱された排気流（又は燃焼流）５４を生成するように構成され得る。加熱された排気流５４が、水素製造領域３２を加熱するものとして、図１に概略的に示される。加熱アセンブリ５２は、燃料が空気と共に燃焼され加熱排気流を作り出すバーナー又は燃焼触媒等、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含んでよい。加熱アセンブリは、燃料の燃焼を開始するように構成された点火装置又は着火源５８を含み得る。適切な着火源の例として、一つ又は複数のスパークプラグ、グロープラグ、燃焼触媒、パイロットライト、圧電点火装置、スパーク点火装置、熱表面点火装置等が挙げられる。
【００３２】
一部実施形態では、加熱アセンブリ５２は、バーナーアセンブリ６０を含み得て、燃焼系又は燃焼駆動型の加熱アセンブリと称され得る。燃焼系加熱アセンブリにおいて、加熱アセンブリ５２は、少なくとも一つの燃料流２８を受け取るように、かつ燃料処理アセンブリの少なくとも水素製造領域を加熱するのに使用され得る熱燃焼流５４を提供するために、空気の存在下で燃料流を燃焼するように、構成され得る。空気は、様々なメカニズムを介して、加熱アセンブリに運ばれ得る。例えば、空気流６２は、図１に示されるように、別個の流れとして加熱アセンブリに運ばれ得る。代替的に又は追加的に、空気流６２は、加熱アセンブリ５２のための少なくとも一つの燃料流２８と共に、加熱アセンブリに運ばれ得て、及び／又は加熱アセンブリが使用される環境から引き込まれ得る。
【００３３】
燃焼流５４は、追加的に又は代替的に、燃料処理アセンブリ及び／又は加熱アセンブリが使用される燃料電池システムの他の部分を加熱するのに使用され得る。更に、他の構成及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、抵抗加熱素子等少なくとも一つの加熱素子を用いて熱を生成することによって、燃料処理アセンブリ２４の少なくとも水素製造領域３２を加熱するように構成された電動の加熱アセンブリであり得る。これらの実施形態において、加熱アセンブリ５２は、水素製造領域を適切な水素製造温度に加熱するために、燃焼可能である燃料流を受け取って燃焼させなくてよい。加熱アセンブリの例は、特許文献９に開示されており、その全開示内容はあらゆる目的のため参照として本願に組み込まれる。
【００３４】
加熱アセンブリ５２は、水素製造領域及び／又は分離領域（以下に更に検討する）と共に共通のシェル又はハウジングに収納され得る。加熱アセンブリは、水素製造領域３２にとは別に位置決めされ得るが、少なくとも水素製造領域の所定の加熱を提供する領域と熱連通及び／又は流体連通する。加熱アセンブリ５２は、共通シェル内部に部分的に又は完全に配置されてよく、及び／又は、加熱アセンブリの少なくとも一部（又は全部）はそのシェルの外側に配置されてよい。加熱アセンブリがシェルの外側に配置される場合、バーナーアセンブリ６０からの熱い燃焼ガスが、適切な熱伝達導管を介してシェル内の一つ以上の構成要素に運ばれ得る。
【００３５】
加熱アセンブリは、原料デリバリーシステム２２、原料供給流、水素製造領域３２、精製（又は分離）領域４０、又はこれらのシステム、流れ、及び領域の任意の適切な組み合わせを加熱するように構成されてもよい。原料供給流の加熱は、液体反応流又は水素製造領域において水素ガスを製造するのに使用される水素製造流体の成分を蒸発する段階を含み得る。この実施形態では、燃料処理アセンブリ２４は、蒸発領域６４を含むとして記載され得る。加熱アセンブリは、水素発生アセンブリの他の構成要素を加熱するように更に構成されてよい。例えば、加熱された排気流は、供給流２６及び燃料流２８の少なくとも一部を形成する加熱燃料及び／又は水素製造流体を含む圧力容器及び／又は他のキャニスターを加熱するように構成され得る。
【００３６】
加熱アセンブリ５２は、水素製造領域３２内を任意の適切な温度にし得て、及び／又は保持し得る。水蒸気改質器は、典型的には２００℃から９００℃の範囲の温度で動作する。しかしながら、この範囲外の温度も、本開示の範囲内である。炭素含有原料がメタノールである場合、水蒸気改質反応は、典型的には略２００〜５００℃の範囲で行われる。この範囲のサブセットの例として、３５０〜４５０℃、３７５〜４２５℃、及び３７５〜４００℃が挙げられる。炭素含有原料が炭化水素、エタノール、又は他のアルコールである場合、略４００〜９００℃の温度範囲が水蒸気改質反応に典型的に使用される。この範囲のサブセットの例として、７５０〜８５０℃、７２５〜８２５℃、６５０〜７５０℃、７００〜８００℃、７００〜９００℃、５００〜８００℃、４００〜６００℃、及び６００〜８００℃が挙げられる。水素製造領域３２は、二つ以上の区域、又は部分を含み得て、それらの各々は同じか又は異なる温度で動作し得る。例えば、水素製造流体が炭化水素を含む場合、水素製造領域３２は、二つの異なる水素製造部分、又は領域を含んでよく、一方は他方よりも低い温度で動作し、プレ改質領域を提供する。これらの実施形態において、燃料処理アセンブリは二つ以上の水素製造領域を含むとも説明され得る。
【００３７】
燃料流２８は、所定の熱生成を提供するために、加熱アセンブリ５２によって消費されるのに適する任意の可燃性液体及び／又はガスを含んでよい。加熱アセンブリ５２によって輸送されかつ燃焼されるとき、或る燃料流は気体であり得、他の燃料流は液体流として加熱アセンブリに運ばれ得る。燃料流２８の適切な加熱燃料の例として、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、ブタン等の炭素含有原料が挙げられる。さらなる例として、液化石油ガス、アンモニア、軽量アミン、ジメチルエーテル、及び低分子量炭化水素等、低分子量の圧縮可能な燃料が挙げられる。更に他の例として、水素及び一酸化炭素が挙げられる。加熱アセンブリの代わりに冷却アセンブリの形態の温度変調アセンブリ（水蒸気改質等の吸熱過程の代わりに発熱水素発生過程（例えば部分酸化）が用いられる際に使用され得る）を含む水素発生アセンブリ２０の実施形態において、原料デリバリーシステムは燃料又は冷却剤流をアセンブリに供給するように構成されてよい。任意の適切な燃料又は冷却剤流体が使用され得る。
【００３８】
燃料処理アセンブリ２４は、図１に示されるように、少なくとも水素製造領域３２が含まれるシェル又はハウジング６６を更に含んでよい。一部実施形態では、蒸発領域６４及び／又は精製領域４０が、シェル内部に更に含まれ得る。シェル６６は、水蒸気改質器又は他の燃料処理メカニズムの構成要素がユニットとして動かされることを可能にし得る。シェルは、保護筐体を提供することによって、燃料処理アセンブリの構成要素を損傷から保護し得て、及び／又は、構成要素がユニットとして加熱され得るため、燃料処理アセンブリの加熱の必要性を低減し得る。シェル６６は、固体絶縁材料、ブランケット絶縁材料、及び／又は空気が充填されたキャビティ等の、絶縁材料６８を含み得る。絶縁材料は、シェルの内側、シェルの外側、又はその両方にあってよい。絶縁材料がシェルの外側にある場合、燃料処理アセンブリ２４は、図１に概略的に示されるように、絶縁の外側の、外側カバー又はジャケット７０を更に含み得る。燃料処理アセンブリは、原料デリバリーシステム２２及び／又は他の構成要素等の、燃料処理アセンブリのさらなる構成要素を含む異なるシェルを含み得る。
【００３９】
燃料処理アセンブリ２４の一つ以上の構成要素が、シェルを超えて延在するか、又はシェルの外側に配置され得る。例えば、精製領域４０は、シェルから離隔されるが適切な流体移送導管によって流体連通する等して、シェル６６の外側に配置され得る。他の例として、図１において代替的なシェル構成を表す点線で概略的に示されるもの等、水素製造領域３２（一つ以上の改質触媒ベッドの一部等）の一部がシェルを超えて延在し得る。適切な水素発生アセンブリ及びその構成要素の例は、特許文献１、特許文献１９、特許文献２０に開示されており、それらの全開示内容はあらゆる目的のため参照として本願に組み込まれる。
【００４０】
水素発生アセンブリ２０の他の例が図２に全体として７２で示される。特に断らない限り、水素発生アセンブリ７２は、水素発生アセンブリ２０の一つ以上の構成要素を含み得る。水素発生アセンブリ７２は、図２に示されるように、原料デリバリーシステム７４、蒸発領域７６、水素製造領域７８、及び加熱アセンブリ８０を含み得る。一部実施形態では、水素発生アセンブリ２０は精製領域８２を含み得る。
【００４１】
原料デリバリーシステムは、水素発生アセンブリの一つ以上の他の構成要素に、一つ以上の供給流及び／又は燃料流を運ぶように構成された任意の適切な構造体を含み得る。例えば、原料デリバリーシステムは、原料タンク（又はコンテナ）８４及びポンプ８６を含み得る。原料タンクは、水及び炭素含有原料（例えば、メタノール／水混合物）等の、任意の適切な水素製造流体８８を含み得る。ポンプ８６は、水素製造流体を蒸発領域７６及び／又は水素製造領域７８に運ぶように構成された任意の適切な構造体を有し得て、水素製造流体は、水及び炭素含有原料を含む少なくとも一つの液体含有供給流９０の形態であり得る。
【００４２】
蒸発領域７６は、液体含有供給流９０等、液体含有供給流の少なくとも一部を受け取り蒸発させるように構成された任意の適切な構造体を含み得る。例えば、蒸発領域７６は、液体含有供給流９０を少なくとも部分的に一つ以上の蒸気供給流９４に変換するように構成された蒸発器９２を含み得る。蒸気供給流は、一部実施形態では、液体を含み得る。適切な蒸発器の例として、コイルステンレス鋼管等のコイル管蒸発器が挙げられる。
【００４３】
水素製造領域７８は、蒸発領域から蒸気供給流９４等の一つ以上の供給流を受け取り、主成分としての水素ガス及び他のガスを含む一つ以上の流出流９６を製造するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。水素製造領域は、任意の適切なメカニズムを介して流出流を製造し得る。例えば、水素製造領域７８は、水蒸気改質反応を介して流出流９６を生成し得る。この例において、水素製造領域７８は、水蒸気改質反応を容易にするように及び／又は促進するように構成された改質触媒９８を備えた水蒸気改質領域９７を含み得る。水素製造領域７８が水蒸気改質反応を介して流出流９６を生成する場合、水素発生アセンブリ７２は、「水蒸気改質水素発生アセンブリ」と称され得て、流出流９６は「改質流」と称され得る。
【００４４】
加熱アセンブリ８０は、水素発生アセンブリ７２の一つ以上の構成要素を加熱するために、少なくとも一つの加熱された排気流９９を生成するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。例えば、加熱アセンブリは蒸発領域を、少なくとも最低蒸発温度又は液体含有供給流の少なくとも一部が蒸発され蒸気供給流を形成する温度等の任意の適切な温度に加熱し得る。追加的に又は代替的に、加熱アセンブリ８０は、水素製造領域を、少なくとも最低水素製造温度又は蒸気供給流の少なくとも一部が反応され水素ガスを生成し流出流を形成する温度等の任意の適切な温度に加熱し得る。加熱アセンブリは、蒸発領域及び／又は水素製造領域等水素発生アセンブリの一つ以上の構成要素と熱連通し得る。
【００４５】
加熱アセンブリは、図２に示すように、バーナーアセンブリ１００、少なくとも一つの送風機１０２、及び点火アセンブリ１０４を含み得る。バーナーアセンブリは、少なくとも一つの空気流１０６及び少なくとも一つの燃料流１０８を受け取るように、及び燃焼領域１１０内部で少なくとも一つの燃料流を燃焼して加熱された排気流９９を製造するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。燃料流は、原料デリバリーシステム７４及び／又は精製領域８２によって提供され得る。燃焼領域は、水素発生アセンブリの筐体内部に含まれ得る。送風機１０２は、空気流１０６を生成するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。点火アセンブリ１０４は、燃料流１０８に点火するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。
【００４６】
精製領域８２は、少なくとも一つの水素リッチ流１１２を生成するように構成された任意の適切な構造体を含み得て、水素リッチ流１１２は流出流９６と比較して高い水素濃度を有し得て、及び／又は、流出流に存在していた一つ以上の他のガス（又は不純物）を低濃度で含み得る。精製領域は、少なくとも一つの副生成物流又は燃料流１０８を生成し得て、図２に示されるように、これらはバーナーアセンブリ１００に送られ得て、そのアセンブリのための燃料流として使用され得る。精製領域８２は、流れ制限オリフィス１１１、フィルターアセンブリ１１４、膜アセンブリ１１６、及びメタン化反応器アセンブリ１１８を含み得る。フィルターアセンブリ（一つ以上の熱ガスフィルター等）が、水素精製膜アセンブリの前方に、流出流９６から不純物を取り除くように構成され得る。
【００４７】
膜アセンブリ１１６は、水素ガス及び他のガスを含む流出ガス流又は混合ガス流９６を受け取るように、及び、混合ガス流と比較して高濃度の水素ガス及び／又は低濃度の他のガスを含む水素リッチ流１１２を生成又は透過させるように構成された任意の構造体を含み得る。膜アセンブリ１１６は、平面又は管状の水素透過（又は水素選択）膜を組み込み得て、一つ以上の水素透過膜が膜アセンブリ１１６に組み込まれ得る。透過流が、一つ以上の燃料電池等、任意の適切な用途に関して使用され得る。一部実施形態では、膜アセンブリは、他のガスの少なくとも大部分を含む副生成物又は燃料流１０８を生成し得る。メタン化反応器アセンブリ１１８は、一酸化炭素及び水素をメタン及び水に変換するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。精製領域８２が流れ制限オリフィス１１１、フィルターアセンブリ１１４、膜アセンブリ１１６、及びメタン化反応器アセンブリ１１８を含むように示されているが、精製領域はこれらの全てのアセンブリを持たなくてもよく、及び／又は、代替的に又は追加的に、流出流９６を精製するように構成された一つ以上の他の構成要素を含み得る。例えば、精製領域８２は、膜アセンブリ１１６のみを含み得る。
【００４８】
一部実施形態では、水素発生アセンブリ７２は、このアセンブリの一つ以上の他の構成要素を少なくとも部分的に含み得るシェル又はハウジング１２０を含み得る。例えば、シェル１２０は、図２に示されるように、蒸発領域７６、水素製造領域７８、加熱アセンブリ８０、及び／又は精製領域８２を少なくとも部分的に含み得る。シェル１２０は、加熱アセンブリ８０によって製造される少なくとも一つの燃焼排気流１２４を排出するように構成された一つ以上の排気ポート１２２を含み得る。
【００４９】
水素発生アセンブリ７２は、一部実施形態において、制御システム１２６を含み得て、制御システム１２６は、水素発生アセンブリ７２の操作を制御するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。例えば、制御システム１２６は、制御アセンブリ１２８、少なくとも一つのバルブ１３０、少なくとも一つの圧力解放バルブ１３２、及び一つ以上の温度測定装置１３４を含み得る。制御アセンブリ１２８は、温度測定装置１３４を介して、水素製造領域及び／又は精製領域内の温度を検知し得て、温度測定装置１３４は一つ以上の熱電対及び／又は他の適切な装置を含み得る。検知された温度に基づき、制御アセンブリ及び／又は制御システムのオペレータは、バルブ１３０及びポンプ８６を介して蒸発領域７６及び／又は水素製造領域７８への供給流９０の輸送を調整し得る。バルブ１３０は、ソレノイドバルブ及び／又は任意の適切なバルブを含み得る。圧力解放バルブ１３２は、システム中の過剰な圧力が解放されることを確実にするように構成され得る。
【００５０】
一部実施形態では、水素発生アセンブリ７２は、水素発生アセンブリの一部から他の部分に熱を伝達するように構成された一つ以上の熱交換機１３８を含み得る熱交換アセンブリ１３６を含み得る。例えば、熱交換アセンブリ１３６は、蒸発領域７６に入る前に供給流の温度を上げるために、並びに水素リッチ流１１２を冷却するために、水素リッチ流１１２から供給流９０に熱を伝達し得る。
【００５１】
図１の水素発生アセンブリ２０の精製領域４０（又は水素精製装置）の例が、図３に全体として１４４で示される。特に断らない限り、水素精製装置は、本明細書に開示される他の精製領域の一つ以上の構成要素を含み得る。水素精製装置４０は、水素分離領域１４６及び筐体１４８を含み得る。筐体は、内部の周囲１５２を有する内部空間１５０を画定し得る。筐体１４８は、画定された流入ポート及び流出ポートを含み得る密閉圧力容器の形態のボディ１４９を形成するように互いに結合される少なくとも第一部分１５４及び第二部分１５６を含み得る。これらのポートは、気体及び他の流体が筐体の内部空間に運ばれ、筐体の内部空間から除去される流路を画定し得る。
【００５２】
第一部分１５４及び第二部分１５６は、任意の適切な保持機構又は構造体１５８を用いて互いに結合され得る。適切な保持構造体の例としては、溶接及び／又はボルトが挙げられる。第一部分と第二部分との間に液密界面を提供するために使用されるシールの例としては、ガスケット及び／又は溶接が挙げられる。追加的に又は代替的に、第一部分１５４及び第二部分１５６は、互いに固定され得て、筐体内部で水素分離領域を画定する多様な構成要素及び／又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少なくとも所定の量の圧縮を与えるようにする。与えられた圧縮は、様々な構成要素が筐体内の適切な位置に保持されることを確実にし得る。追加的に又は代替的に、水素分離領域を画定する多様な構成要素及び／又は他の構成要素に与えられた圧縮は、水素分離領域を画定する多様な構成要素同士の間、多様な他の構成要素同士の間、及び／又は水素分離領域を画定する多様な構成要素と他の構成要素との間に、流体密閉界面を提供し得る。
【００５３】
筐体１４８は、図３に示されるように、混合ガス領域１６０及び透過領域１６２を含み得る。混合ガス領域及び透過領域は、水素分離領域１４６によって分離され得る。少なくとも一つの流入ポート１６４が提供され得て、それを通じて流体流１６６が筐体に運ばれる。流体流１６６は、混合ガス領域１６０に運ばれた水素ガス１７０及び他のガス１７２を含む混合ガス流１６８であり得る。水素ガスは、混合ガス流の主成分であり得る。水素分離領域１４６は、混合ガス領域１６０と透過領域１６２との間に延在し、混合ガス領域中のガスが、透過領域に入るために、水素分離領域を通過しなければならないようにする。ガスは、例えば、以下で更に検討するように、少なくとも一つの水素選択膜を通過することを必要とし得る。透過領域及び混合ガス領域は、筐体内で任意の適切な相対的サイズを有し得る。
【００５４】
筐体１４８は、少なくとも一つの生成物流出ポート１７４を含み得て、それを通って透過流１７６が透過領域１６２から受け取られ、取り出され得る。透過流は、混合ガス流と比較して高濃度の水素ガス、及び低濃度の他のガスのうち少なくとも一つを含み得る。透過流１７６は、一部実施形態では、少なくとも初期にはキャリアガス成分又はスイープガス成分を含み得て、例えば、透過領域と流体連通しているスイープガスポート１８０を通ってスイープガス流１７８として輸送され得るもの等が挙げられる。筐体は、少なくとも一つの副生成物流出ポート１８２を含んでもよく、それを通って他のガス１７２の大部分及び（混合ガス流に対して）低濃度の水素ガス１７０の少なくとも一つを含む副生成物流１８４が混合ガス領域から取り出される。
【００５５】
水素分離領域１４６は、第一表面又は混合ガス表面１８８（混合ガス流１６８と接触するように向けられる）及び第二表面又は透過表面１９０（表面１８８に略対向する）を有する少なくとも一つの水素選択膜１８６を含み得る。混合ガス流１６８は、筐体の混合ガス領域に運ばれ得て、一つ以上の水素選択膜の混合ガス表面と接触するようにする。透過流１７６は、水素分離領域を透過領域１６２へと通過する混合ガス流の少なくとも一部から形成され得る。副生成物流１８４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から形成され得る。一部実施形態では、副生成物流１８４は、混合ガス流に存在する水素ガスの一部を含み得る。水素分離領域は、他のガスの少なくとも一部をトラップ又は他のやり方で保持するように構成されてもよく、他のガスはその後、分離領域が交換、再生、又は他のやり方では再充填される際に、副生成物流として除去され得る。
【００５６】
図３において、流れ１６６、１７６、１７８、及び／又は１８４は、水素精製装置１４４に流れ込む又は流出する一つ以上の実際の流れを含み得る。例えば、水素精製装置は、複数の混合ガス流１６８、水素分離領域１４６と接触する前に二つ以上の流れに分割される単一の混合ガス流１６８、内部空間１５０内に運ばれる単一の流れ等を受け取り得る。そうすると、筐体１４８は、一つ以上の流入ポート１６４、生成物流出ポート１７４、スイープガスポート１８０、及び／又は副生成物流出ポート１８２を含み得る。
【００５７】
水素選択膜は、水素精製装置が動作する動作環境及びパラメータにおける使用に適する任意の水素透過材料で形成され得る。水素精製装置の例は、特許文献１９、特許文献２１に開示され、それらの全開示内容はあらゆる目的のため参照として本願に組み込まれる。一部実施形態では、水素選択膜は、パラジウム及びパラジウム合金のうち少なくとも一つから形成され得る。パラジウム合金の例としては、パラジウムと銅との合金、パラジウムと銀との合金、及び／又はパラジウムと金との合金が挙げられる。多様な膜、膜構成、及び膜及び膜構成の調製方法の例は、特許文献２２、特許文献２０、特許文献２、特許文献２１に開示され、それらの全開示内容はあらゆる目的のため参照として本願に組み込まれる。
【００５８】
一部実施形態では、複数の離隔された水素選択膜１８６が、水素分離アセンブリ１９２の少なくとも一部を形成するために水素分離領域内で使用され得る。存在する場合には、複数の膜が、一つ以上の膜アセンブリを共同して画定し得る。そのような実施形態において、水素分離アセンブリは、概して第一部分１５４から第二部分１５６に延在し得る。その結果、第一部分及び第二部分は、水素分離アセンブリを効果的に圧縮することができる。一部実施形態では、筐体１４８は、追加的に又は代替的に、本体部分の反対側に結合された端部プレート（又は端部フレーム）を含み得る。そのような実施形態では、端部プレートは、一対の対向する端部プレートの間で水素分離アセンブリ（及び筐体内部に収容され得る他の構成要素）を効果的に圧縮し得る。
【００５９】
一つ以上の水素選択膜を用いた水素精製は、典型的には、水素分離領域の透過領域内のガスと比較して高い圧力で、混合ガス流が運ばれ膜の混合ガス表面と接触する圧力駆動分離工程である。水素分離領域は、一部実施形態では、混合ガス流を透過流及び副生成物流に分離するために水素分離領域が使用される場合、任意の適切な機構を介して高温に加熱され得る。パラジウム及びパラジウム合金膜を用いた水素精製に適する動作温度の例としては、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℃の範囲の温度、２７５〜３７５℃の範囲の温度、３００〜４５０℃の範囲の温度、３５０〜４５０℃の範囲の温度等が挙げられる。
【００６０】
水素精製装置１４４の例が、図４に全体として１９６で示される。特に断らない限り、水素精製装置１９６は、本明細書に記載される他の水素精製装置及び／又は精製領域の一つ以上の構成要素を含むことができる。水素精製装置１９６は、シェル又は筐体１９８を含み得て、これらは第一端部プレート又は端部フレーム２００及び第二端部プレート又は端部フレーム２０２を含み得る。第一端部プレート及び第二端部プレートは互いに固定及び／又は圧縮され、水素分離領域が支持される内部コンパートメント２０４を有する密封された圧力容器を画定するように構成され得る。第一端部プレート及び第二端部プレートは、水素精製装置１４４と同様に、流入ポート、流出ポート、スイープガスポート、及び副生成物ポート（図示せず）を含み得る。
【００６１】
水素精製装置１９６は少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリ２０５を含んでもよく、その箔マイクロスクリーンアセンブリは、第一端部プレートと第二端部プレートとの間に配置され、及び／又は、第一端部プレートと第二端部プレートに固定され得る。箔マイクロスクリーンアセンブリは、図５に示されるように、少なくとも一つの水素選択膜２０６と、少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体２０８を含み得る。水素選択膜は、流入ポートから混合ガス流の少なくとも一部を受け取り、混合ガス流を透過流の少なくとも一部及び副生成物流の少なくとも一部に分離するように構成され得る。水素選択膜２０６は、供給側２１０及び透過側２１２を含み得る。透過流の少なくとも一部は供給側から透過側に通過する混合ガス流の一部から形成され、供給側に残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。
【００６２】
一つ以上の水素選択膜はマイクロスクリーン構造体２０８に冶金接合され得る。例えば、水素選択膜の透過側がマイクロスクリーン構造体に冶金接合され得る。一部実施形態では、一つ以上の水素選択膜２０６（及び／又はその膜の透過側）はマイクロスクリーン構造体に拡散接合され、膜とマイクロスクリーン構造体との間の固相拡散接合部を形成し得る。例えば、膜の透過側とマイクロスクリーン構造体を互いに接触させて、高温及び／又は高圧に晒して、膜の表面とマイクロスクリーン構造体の表面の時間経過と共に散在化（ｉｎｔｅｒｓｐｅｒｓｅ）させ得る。
【００６３】
一部実施形態では、マイクロスクリーン構造体は、金属層、又は拡散接合を補助する中間接合層で覆われ得る。例えば、ニッケル、銅、銀、金、又は、固相拡散接合に適していて、（１）７００℃以下では溶融して液相にならない且つ（２）水素選択膜への拡散時に７００℃以下では低融点合金を形成しない他の金属の薄いコーティングが挙げられる。金属薄層は、水素選択膜に接触するマイクロスクリーン構造体の表面上の中間接合層の薄いコーティングとして、適切な堆積プロセス（電気化学めっき、気相堆積、スパッタリング等）によってマイクロスクリーン構造体に適用され得る。他の実施形態では、水素選択膜は、少なくとも一つの膜フレーム（図示せず）に固定され得て、その膜フレームが第一端部フレームと第二端部フレームに固定され得る。
【００６４】
マイクロスクリーン構造体２０８は、少なくとも一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含み得る。例えば、図６に示されるように、マイクロスクリーン構造体は、透過側２１２に対する支持を与えるように構成された略対向する両面２１４と２１５を有するノンポーラス（非多孔質性）平面シート２１３と、透過流がマイクロスクリーン構造体を流れることを可能にするようにそれら両面の間に延在する複数の流路２１７を形成する複数の開口２１６を含み得る。開口は、電気化学的エッチング、レーザードリル加工、又は他の機械的形成プロセス（スタンピングや型抜き）によってノンポーラス平面シートに設けられ得る。一部実施形態では、図６に示されるように、開口のうちの一つ以上（又は全ての開口）は、その開口の（長手方向）軸又は流路の長手方向軸がノンポーラス平面シートの平面に垂直になるようにして、ノンポーラス平面シートに設けられ得る。ノンポーラス平面シートは、適切な厚さ、例えば略１００マイクロメートルから略２００マイクロメートルの間の厚さのものであり得る。
【００６５】
一部実施形態では、マイクロスクリーン構造体２０８は、複数の開口を含む一つ以上の穿孔領域（又は部分）２１８と、複数の開口を含まない（排除した）一つ以上の無穿孔領域（又は部分）２１９を含み得る。図６には僅かな数の開口２１６のみが示されているが、開口２１６は穿孔部分のみの長さと幅の全体にわたって分布している。穿孔領域は、離散的であるか、又は、一つ以上の他の穿孔領域から離隔され得る。無穿孔領域２１９は、一つ以上の穿孔領域の周りのフレームを形成する周囲領域（又は部分）２２０、及び／又は、穿孔領域の二つ以上の離散的な部分を離隔又は画定する一つ以上の境界領域（又は部分）２２１を含み得る。つまり、各穿孔部分は、複数の開口が設けられていない少なくとも一つの境界部分によって、他の近接する離散的な穿孔部分から離隔され得る。
【００６６】
開口２１６は、任意の適切なパターン、形状及び／又はサイズを有し得る。一部実施形態では、開口は、圧力負荷の下で過度に偏向することを防ぐのに十分高いマイクロスクリーン構造体の剛性を維持しながら、合計の開口面積を最大にする一つ以上のパターンで形成され得る。開口２１６は、図６に示されるような円（円形）、図７に示されるような細長に引き延ばされた円、図８に示されるようなオーバル形状、図９に示されるような六角形、三角形、正方形、長方形、八角形、及び／又は他の適切な形状のものであり得る。一部実施形態では、穿孔領域の開口２１６は全て同じ形状のものであり得る。他の実施形態では、穿孔領域の開口２１６は、二種以上の異なる形状の適切な組み合わせであり得る。開口は任意の適切なサイズのものであり得る。例えば、開口が円形である場合、その直径は略０．００３インチから略０．０２０インチの範囲内であり得る。また、開口がオーバル形状である場合、そのオーバルの円形端部の半径は０．００１インチから略０．０１０インチの範囲内となり得て、そのオーバルの長さは半径の最大１０倍となり得る。一部実施形態では、穿孔領域の開口は全て同じサイズのものであり得る。他の実施形態では、穿孔領域の開口２１６は、二種以上の異なるサイズの適切な組み合わせであり得る。
【００６７】
ノンポーラス平面シートは任意の適切な物質を含み得る。例えば、ノンポーラス平面シートはステンレス鋼を含み得る。ステンレス鋼は、３００系ステンレス鋼（例えば、ステンレス鋼３０３（アルミニウム改質）、ステンレス鋼３０４等）、４００系ステンレス鋼、１７‐７ＰＨ、１４‐８ＰＨ、及び／又は、１５‐７ＰＨを含み得る。一部実施形態では、ステンレス鋼は、略０．６重量％から略３．０重量％のアルミニウムを含み得る。一部実施形態では、ノンポーラス平面シートは、炭素鋼、銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金、ニッケル、ニッケル銅合金、及び／又は、銀及び／又はニッケル及び／又は銅でメッキされたベースメタルを含み得る。ベースメタルは、炭素鋼、又は上述の一種以上のステンレス鋼を含み得る。
【００６８】
水素選択膜２０６は、マイクロスクリーン構造体の穿孔領域又はフィールドよりも大きなサイズにされ得て、水素選択膜をマイクロスクリーン構造体に冶金接合した際に水素選択膜の周囲部分２２２がマイクロスクリーン構造体の一つ以上の無穿孔領域２１９に接触するようにする。一部実施形態では、図５に示されるように、単一の水素選択膜が単一のマイクロスクリーン構造体に冶金接合され得る。他の実施形態では、二つ以上の水素選択膜２０６が単一のマイクロスクリーン構造体２０８に冶金接合され得る。例えば、二つ、三つ、四つ、五つ、六つ、七つ、八つ、九つ、十個又はそれ以上の水素選択膜２０６が単一のマイクロスクリーン構造体２０８に冶金接合され得る。図１０は、単一のマイクロスクリーン構造体２０８に冶金接合された六つの水素選択膜２０６を有する箔マイクロスクリーンアセンブリ２０５の一例を示す。図１２は、単一のマイクロスクリーン構造体２０８に冶金接合された二つの水素選択膜２０６を有する箔マイクロスクリーンアセンブリ２０５の一例を示す。図１３は、単一のマイクロスクリーン構造体２０８に冶金接合された四つの水素選択膜２０６を有する箔マイクロスクリーンアセンブリ２０５の一例を示す。
【００６９】
二つ以上の水素選択膜２０６がマイクロスクリーン構造体に冶金接合される場合、マイクロスクリーン構造体は、一つ以上の無穿孔領域２１９によって離隔された二つ以上の離散的な穿孔領域２１８を含み得る。一部実施形態では、穿孔領域２１８は他の穿孔領域２１８と同じサイズにされ得る。例えば、図１１は、略同じサイズの六つの離散的な穿孔領域２１８を示す。他の実施形態では、一つ以上の穿孔領域２１８が、他の穿孔領域２１８よりも小さなサイズ及び／又は大きなサイズにされ得る。水素選択膜２０６は、図１０に示されるように、各穿孔領域に冶金接合され得る。代替的に又は追加的に、水素選択膜は、二つ以上の離散的な穿孔領域２１８に冶金接合され得る。水素選択膜２０６は、その膜が一つ以上の穿孔領域２１８に冶金接合された際にその膜の周囲部分２２２が一つ以上の無穿孔領域２１９に接触するようなサイズにされ得る。
【００７０】
マイクロスクリーン構造体２０８は、図５に示されるように、透過フレームの開口領域内部に含まれる（例えば、全体的に含まれる）、及び／又は、開口領域内部で膜支持構造体によって支持されるようなサイズにされ得る。つまり、マイクロスクリーン構造体は、マイクロスクリーン構造体及び透過フレームが第一端部フレームと第二端部フレームに対して固定又は圧縮される際に、透過フレームの周囲シェルに接触しないようなサイズにされ得る。代わりに、マイクロスクリーン構造体は、ノンポーラスの周囲壁部分又はフレーム（図示せず）（透過フレームの周囲シェル等）によって支持され、及び／又は、ノンポーラスの周囲部分又はフレーム（透過フレームの周囲シェル等）に固定され得る。マイクロスクリーン構造体がノンポーラス周囲壁部分に固定される場合、マイクロスクリーン構造体は「多孔質中央領域部分」と称され得る。他のマイクロスクリーン構造体の例は、特許文献１８に開示され、その全開示内容はあらゆる目的のため参照として本願に組み込まれる。
【００７１】
水素精製装置１９６は、第一端部フレーム及び／又は第二端部フレームの間に配置され、かつそれらに固定された複数のプレート又はフレーム２２４を含み得る。フレームは、任意の適切な構造体を含み得て、及び／又は正方形、長方形、又は円形等の任意の適切な形状であり得る。例えば、図４に示されるように、フレーム２２４は周囲シェル２２６及び少なくとも一つの第一支持部材２２８を含み得る。周囲シェルは、開口領域２３０及びフレーム平面２３２を画定し得る。更に、図４に示されるように、周囲シェル２２６は、対向する第一側部２３４と第二側部２３６、及び、対向する第三側部２３８と第四側部２４０を含み得る。
【００７２】
第一支持部材２２８は、図４に示されるように、箔マイクロスクリーンアセンブリ２０５の第一部分２４２を支持するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。例えば、複数のフレームの第一支持部材が、図４に示されるように、水素選択膜の第一部分２４２を支持するために、第一支持平面２４４内部で互いに（又は複数のフレームのうち他のフレームの他の第一支持部材と）同一平面上にあり得る。つまり、複数のフレームのうち各フレームの第一支持部材は、複数のフレームのうち他のフレームの第一支持部材の鏡像となり得る。第一支持部材はフレーム平面２３２に対して任意の適切な向きを有し得る。例えば、第一支持平面２４４は、図４に示されるように、フレーム平面に対して垂直であり得る。代わりに、第一膜支持平面は、フレーム平面２３２と交差するが垂直にならなくてよい。
【００７３】
一部実施形態では、フレーム２２４は、第二支持部材２４６及び／又は第三支持部材２４８を含み得て、これらは図４に示されるように、箔マイクロスクリーンアセンブリ２０５の第二部分２５０及び／又は第三部分２５２を支持するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。例えば、複数のフレームの第二支持部材は、箔マイクロスクリーンアセンブリの第二部分２５０を支持するために第二支持平面２５４内部で互いに（又は複数のフレームの他の第二支持部材と）同一平面上にあり得る。更に、複数のフレームの第三支持部材は、箔マイクロスクリーンアセンブリの第三部分２５２を支持するために第三支持平面２５６内部で互いに（又は複数のフレームの他の第三支持部材と）同一平面上にあり得る。つまり、複数のフレームのうち各フレームの第二支持部材は、複数のフレームうち他のフレームの第二支持部材の鏡像となり得て、一方で複数のフレームのうち各フレームの第三支持部材は、複数のフレームのうち他のフレームの第三支持部材の鏡像となり得る。第二支持平面及び／又は第三支持平面は、フレーム平面２３２に対して任意の適切な向きを有し得る。例えば、第二支持平面２５４及び／又は第三支持平面２５６は、図４に示されるように、フレーム平面に垂直であり得る。代わりに、第二支持表面及び第三支持平面は、フレーム平面２３２と交差するが垂直にならなくてよい。
【００７４】
第二支持部材２４６及び／又は第三支持部材２４８は、第一支持部材２２８に対して任意の適切な向きを有し得る。例えば、第一支持部材２２８は、周囲シェル２２６の第三側部２３８から開口領域２３０内部に延在し得て、第二支持部材２４６は、周囲シェルの第四側部２４０（第三側部の反対側）から開口領域内部に延在し得て、第三支持部材２４８は、第三側部側から開口領域内部に延在し得る。或いは、第一支持部材、第二支持部材、及び／又は第三支持部材は、周囲シェルの第一側部、第二側部、第三側部、又は第四側部等の同じ側部から開口領域内部に延在し得る。一部実施形態では、第一支持部材、第二支持部材、及び／又は第三支持部材は、周囲シェルの第一側部及び／又は第二側部（第一側部の反対側）から開口領域内部に延在し得る。
【００７５】
第一支持部材、第二支持部材、及び／又は第三支持部材は、例えば、周囲シェルに取り付けられた及び／又は周囲シェルと共に形成された一つ以上の突出部又はフィンガ部２５８の形態であり得る。突出部は、周囲シェルから任意の適切な方向に延在し得る。突出部は、周囲シェルの全厚さのものであり得て、又は周囲シェルの全厚さよりも薄いものであってもよい。複数のフレーム２２４のうち各フレームの突出部は、箔マイクロスクリーンアセンブリに対して圧縮されることによって、そのアセンブリを適所に固定し得る。つまり、フレーム２２４の突出部は、第一膜支持平面及び／又は第二膜支持平面内の端部フレームの積層された延長部であることによって、箔マイクロスクリーンアセンブリを支持し得る。一部実施形態では、突出部２５８は、第一及び／又は第二端部フレームにフレーム２２４を固定するために少なくとも一つの留め具（図示せず）を受けるように構成された一つ以上の受容部又は開口（図示せず）を含み得る。
【００７６】
フレーム２２４は、図４に示されるように、少なくとも一つの供給フレーム２６０、少なくとも一つの透過フレーム２６２、及び複数のガスケット又はガスケットフレーム２６４を含み得る。供給フレーム２６０は、第一端部フレーム及び第二端部フレームの一方と少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリ２０５との間に、又は、二つの箔マイクロスクリーンアセンブリ２０５の間に配置され得る。供給フレームは、図４に示されるように、供給フレーム周囲シェル２６６、供給フレーム流入導管２６８、供給フレーム流出導管２７０、供給フレーム開口領域２７２、少なくとも第一供給フレーム支持部材２７４を含み得る。一部実施形態、供給フレームは、第二供給フレーム支持部材２７６及び／又は第三供給フレーム支持部材２７８を含み得る。
【００７７】
供給フレーム周囲シェル２６６は、任意の適切な構造体を含み得る。例えば、供給フレーム周囲シェルは、図１４に示されるように、第一セクション又は第一周囲シェル２８０、及び第二セクション又は第二周囲シェル２８２を含み得る。図１４の構成要素は説明目的のために誇張されていること、及びそれらの構成要素の相対的な寸法を反映していない場合があることに留意されたい。第一セクション及び第二セクションは、周囲シェルの第一の半分部分及び第二の半分部分であり得て、又はその周囲シェルの任意の適切な部分であり得る。更に、第一セクション及び／又は第二セクションは、互いにずされている等の任意の適切な相互関係にあるチャネル又は溝（図示せず）を含み得る。第一セクション２８０及び第二セクション２８２は、それらのセクションの間に気密シールを形成するための任意の適切な方法を介して結合され得る。例えば、供給フレームガスケット２８４が、これらのセクションの間で使用され得る。代わりに、特許文献２３（その全開示内容はあらゆる目的のため参照として本願に組み込まれる）に記載されるように、第一セクション及び第二セクションが互いにろう付けされ得て、又は、第一セクション及び第二セクションを結合するために層形成金属（ｌａｙｅｒｉｎｇ  ｍｅｔａｌ）を使用し得る。
【００７８】
更に、供給フレーム周囲シェル２６６は、水素精製装置１９６の他の構成要素を支持するように構成された任意の適切な寸法を有し得る。例えば、供給フレーム周囲シェルは、複数の供給フレーム支持平面２８８に沿って、透過フレーム２６２の周囲シェル及びそれらのフレームの膜支持構造体２８６を支持するようなサイズにされ得る。例えば、周囲シェル２６６は、図１４に示されるように、少なくとも周囲シェルの部分２９４が膜支持構造体２８６の部分２９６を支持するように、透過フレーム２６２の周囲シェルの幅２９２と比較して大きな幅２９０を有し得る。つまり、供給フレーム周囲シェルは、膜支持構造体を適所に固定し得て、その支持構造体のストッパとして機能する。供給フレーム支持平面は、供給フレーム平面３００に対して任意の適切な向きを有し得る。例えば、供給フレーム支持平面は、図１４に示すように、供給フレーム平面に垂直であり得る。代わりに、供給フレーム支持体平面は、供給フレーム平面３００と交差するが供給フレーム平面３００に垂直でなくてよい。
【００７９】
供給フレーム流入導管は、供給フレーム周囲シェル上に形成され、及び／又は、流入ポートから混合ガス流の少なくとも一部を受け取るように構成され得る。供給フレーム流出導管２７０は、供給フレーム周囲シェル上に形成され、及び／又は、水素選択膜２０６の供給側２１０に残る混合ガス流の残りの部分を受け取るように構成され得る。供給フレーム開口領域２７２は、供給フレーム流入導管と供給フレーム流出導管との間に配置され得る。供給フレーム周囲シェル２６６は、流入導管及び流出導管を供給フレーム開口領域と流体連通する複数の溝又はチャネル（図示せず）を含み得る。チャネルは任意の適切な方法を介して周囲シェル上に形成され、及び／又は、供給フレーム開口領域２６０内での混合を引き起こし得る傾いた向き等の任意の適切な向きを有し得る。
【００８０】
第一供給フレーム支持部材、第二供給フレーム支持部材、及び／又は第三供給フレーム支持部材は、少なくとも一つの水素選択膜の第一部分、第二部分、及び／又は第三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含み得て、及び／又は、上述のように、他のフレームの第一支持部材、第二支持部材、及び／又は第三支持部材の鏡像となり得る。更に、第一供給フレーム支持部材、第二供給フレーム支持部材、及び／又は第三供給フレーム支持部材は、流入導管と流出導管との間で供給フレーム開口領域を横切って混合ガス流が流れるとき、混合ガス流の少なくとも一部の流れの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含み得る。また、第一供給フレーム支持部材及び／又は第二供給フレーム支持部材も、供給フレーム開口領域内部での乱流又は混合を促進するように構成され得る。例えば、第一供給フレーム支持部材及び／又は第二供給フレーム支持部材なしで、流入導管と流出導管との間で供給フレーム開口領域を横切る混合ガス流の少なくとも一部の流れが、少なくとも第一方向（図示せず）に移動し得る。第一供給フレーム膜支持構造体及び／又は第二供給フレーム膜支持構造体は、混合ガス流の少なくとも一部の流れを、少なくとも第一方向から、第一方向とは異なる少なくとも第二方向（図示せず）に変更するように構成され得る。
【００８１】
第一供給フレーム支持部材、第二供給フレーム支持部材、及び／又は第三供給フレーム支持部材は、例えば、供給フレーム周囲シェルに取り付けられた少なくとも一つの供給フレーム突出部又はフィンガ部３０２の形態であり得て、及び／又は供給フレーム周囲シェルと共に形成され得る。供給フレーム突出部は、周囲シェルから任意の適切な方向に延在し得る。例えば、供給フレーム突出部は、混合ガス流の少なくとも一部が流入導管から供給フレーム開口領域に向かって流れる方向に対して、略垂直な（及び／又は略平行な）方向に、供給フレーム周囲シェルから延在し得る。例えば、流入導管から供給フレーム開口領域に向かう混合ガス流の流れが略水平方向に沿っている場合、供給フレーム突出部は、供給フレーム周囲シェルから略直角方向及び／又は水平方向に延在し得る。
【００８２】
透過フレーム２６２は、少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリが、第一端部フレーム及び第二端部フレームのうち一方と透過フレームとの間に、又は二つの箔マイクロスクリーンアセンブリの間に配置されるように、位置決めされ得る。透過フレームは、図１５に示されるように、透過フレーム周囲シェル３０４、透過フレーム流出導管３０６、透過フレーム開口領域３０８、及び膜支持構造体２８６を含み得る。
【００８３】
透過フレーム周囲シェルは、任意の適切な構造体を含み得る。例えば、透過フレーム周囲シェルは、図１４に示されるように、第一セクション又は第一周囲シェル３１０及び第二セクション又は第二周囲シェル３１２を含み得る。第一セクション及び第二セクションは、周囲シェルの第一の半分部分及び第二の半分部分であり得て、又はその周囲シェルの任意の適切な部分であり得る。更に、第一セクション及び／又は第二セクションは、互いにずらされている等の任意の適切な相互関係にあるチャネル又は溝（図示せず）を含み得る。第一セクション３１０及び第二セクション３１２は、これらのセクションの間に気密シールを形成するための任意の適切な方法を介して結合され得る。例えば、透過フレームガスケット３１４が、これらのセクションの間で使用され得る。透過フレームガスケットは、透過フレーム２６２が第一端部フレーム及び第二端部フレームに固定された際に図１４に示されるようにかつ以下で更に検討されるように、透過フレーム周囲シェルの厚さ３１６が、膜支持構造体の厚さ３１８に整合する、又は実質的に整合する（同じか、又は実質的に同じ）ように構成され得る。
【００８４】
代わりに、特許文献２３（その全開示内容はあらゆる目的のため参照として本願に組み込まれる）に記載されるように、第一セクション及び第二セクションが互いにろう付けされ得て、又は、第一セクション及び第二セクションを結合するために層形成金属を使用し得る。
【００８５】
一部実施形態では、透過フレーム周囲シェル３０４は、図１６に示されるように、第一セクション３２０、第二セクション３２２、及び、第一セクションと第二セクションとの間に配置された第三セクション３２４を含み得る。これらのセクションは、周囲シェルの第一セクション、第二セクション、及び第三セクションであり得て、又はその周囲シェルの任意の部分であり得る。更に、第一セクション、第二セクション、及び／又は第三セクションは、互いにずらされている等の任意の適切な相互関係にあるチャネル又は溝（図示せず）を含み得る。図１６の構成要素は説明目的で誇張されており、これらの構成要素の相対的な寸法を反映していない場合があることに留意されたい。
【００８６】
第一セクション３２０、第二セクション３２２、及び第三セクション３２４は、これらのセクションの間に気密シールを形成する任意の適切な方法によって結合され得る。例えば、透過フレームガスケット３２６がこれらのセクションの間で使用され得る。透過フレームガスケットは、図１４に示されるように、透過フレーム２６２が第一端部フレーム及び第二端部フレームに固定される際に透過フレーム周囲シェルの厚さ３１６が膜支持構造体の厚さ３１８と整合、又は実質的に整合する（同じ、又は実質的に同じ）するように構成され得る。代わりに、特許文献２３（その全開示内容はあらゆる目的のため参照として本願に組み込まれる）に記載されるように、第一セクション、第二セクション、及び／又は第三セクションは互いにろう付けされ得て、又は、第一セクション、第二セクション、及び／又は第三セクションを結合するために層形成金属が使用され得る。
【００８７】
流出導管３０６は、透過フレーム周囲シェル２８２上に形成され得て、膜支持構造体２８６、透過フレーム開口領域３０８、及び／又は水素選択膜から透過流を受け取るように構成され得る。周囲シェル２８２は、流出導管２８４を透過フレーム開口領域及び／又は膜支持構造体と流体連通させる複数の溝又はチャネル（図示せず）を含み得る。チャネルは、任意の適切な方法を介して周囲シェル２８２上に形成され得て、及び／又は角度を付けた向き等の任意の適切な向きを有し得る。
【００８８】
膜支持構造体２８６は、箔マイクロスクリーンアセンブリの第一部分、第二部分、第三部分、及び／又は他の部分等の少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリを支持するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。一部実施形態では、膜支持構造体は、一つ以上の他のフレームと同様の第一支持部材、第二支持部材、及び／又は第三支持部材（図示せず）を含み得る。代わりに、膜支持構造体２８８は、図１４に示されるように、一つ以上の膜支持プレート３２８を含み得る。膜支持プレートは、開口領域の少なくとも大部分等の開口領域の任意の適切な部分に広がり得る。更に、膜支持プレートは、中実な、平坦な、又は平面の、穿孔（貫通孔）や孔がない（穿孔（貫通孔）や孔を有さない）、隆起及び／又は突出部がない（隆起及び／又は突出部を有さない）ものであり得て、及び／又は非圧縮性（又は実質的に非圧縮性）であり得る。更に、膜支持プレートは、透過フレーム周囲シェルに取り付けられなくてもよい（取り付け部がない）。つまり、供給フレームが第一端部プレート及び第二端部プレートに固定される際に、供給フレームのみが透過フレーム周囲シェルの開口領域内部の適所に膜支持構造体を固定し得る。更に、膜支持プレートは、ステンレス鋼等の任意の適切な材料製となり得る。
【００８９】
膜支持プレート３２８は、図１４に示すように、第一面（又は表面）３３０及び、対向する第二面（反対側の面）３３２を含み得る。膜支持プレートの片面又は両面は、図１７に示されるように、溝、隆起、突出等のいずれか又は全部が無い又は排除されているものとなり得る。一部実施形態では、膜支持プレート３２８の片面又は両面は、図１８に示されるように、複数のマイクロ溝３３４を含み得て、マイクロ溝は透過流に対して一つ以上の流路を提供する任意の適切な構造体を含み得る。膜支持プレート３２８が表面マイクロ溝を含む場合、プレートは「表面溝付きプレート」と称され得る。マイクロ溝は、互いに平行である等の任意の適切な向きを有し得る。更に、マイクロ溝３３４は、図１８に示されるように、膜支持プレートの第一端３３６から反対側の第二端３３８まで（又は第三端から反対側の第四端まで）延在し得る。代わりに、一つ以上ののマイクロ溝は、第一端から第二端の手前まで、第二端から第一端の手前まで、第一端と第二端との間であるが第一端及び第二端を含まないように延在する等となり得る。更に、マイクロ溝３３４は第一面上にのみ、第二面上にのみ、又は第一面及び第二面の両方に存在し得る。更に、マイクロ溝は、膜支持プレートの全長さ又は全幅に沿って含まれ得て（図１８に示されるように）、長さ又は幅の２５％、５０％、又は７５％な等の長さ又は幅の任意の適切な部分に沿って存在してもよい。
【００９０】
マイクロ溝３３４は、任意の適切な寸法を有し得る。例えば、マイクロ溝は、０．００５インチから０．０２０インチの間（又は、好ましくは０．０１０から０．０１２インチの間）の幅、及び０．００３から０．０２０インチの間（又は好ましくは０．００８から０．０１２インチ）の深さを有し得る。マイクロ溝は、０．００３から０．０２０インチ（又は好ましくは０．００３から０．００７インチ）等の任意の適切な距離で離隔され得る。マイクロ溝は、化学エッチング、機械加工等の任意の適切な方法で設けられ得る。
【００９１】
一部実施形態では、図１４に示されるように、膜支持構造体２８６は、対向する両面（片面又は両面がマイクロ溝３３４を有する）を有する単一の支持プレート３３９を含み得る。代わりに、膜支持構造体は、図１４に破線で示されるように、第一膜支持プレート３４０及び第二膜支持プレート３４２を含み得る。第一膜支持プレートは、第一面３４４及び対向する第二面３４６を含み得る。第二膜支持プレート３４２は、第一面３４８及び対向する第二面３４９を含み得る。第一膜支持プレート及び／又は第二膜支持プレートの第一面はマイクロ溝３３４を含んでも含まなくてもよい。更に、第一膜支持プレートの第二面と第二膜支持プレートの第二面は互いに向き合い得る。つまり、第一膜支持プレート及び第二膜支持プレートは、第一膜支持プレートの第二面が第二膜支持プレートの第二面と対向するように、及び／又はその逆も同様にして、膜支持構造体内で積み重ねられ得る。一部実施形態では、第一膜支持プレートの第二面は、第二膜支持プレートの第二面に接触し得る。
【００９２】
一部実施形態では、膜支持構造体は第三膜支持プレート３５０を含み得て、これは図１９に示されるように、第一膜支持プレートと第二膜支持プレートとの間に配置され得る。図１９の構成要素は説明目的で誇張されており、これらの構成要素の相対的な寸法を反映していない場合がある。膜支持構造体は、第三膜支持プレートが第一膜支持プレート及び／又は第二膜支持プレート膜支持プレートの第二面に接触するように積層された第一膜支持プレート、第二膜支持プレート、及び第三膜支持プレートを含み得る。第三膜支持プレートが、第一膜支持プレートと第二膜支持プレートとの間に配置される場合、第三膜支持プレートは「中央プレート」と称され得る。第三膜支持プレートは、その片面又は両面にマイクロ溝が無いものとなり得る。第一膜支持プレート、第二膜支持プレート、及び第三膜支持プレートは、任意の適切な寸法を有し得る。例えば、第一膜支持プレート及び第二膜支持プレートは０．０６０インチのものとなり得て、一方で第三膜支持プレートは０．１０５インチのものとなり得る。
【００９３】
上述のように、透過フレームガスケット３１４及び／又は３２６は、透過フレームが第一端部フレーム及び第二端部フレームに固定され、及び／又は圧縮される際に、透過フレームの厚さが膜支持構造体の厚さと整合するように構成され得る。これらのガスケットは、圧縮の前に、膜支持構造体の厚さと比較して大きな厚さをもたらす場合がある。圧縮限界が１５から５０％である透過フレームガスケットとして柔軟なグラファイトガスケットが使用される場合、透過フレームガスケットは、圧縮の前に、これらの圧縮限界の範囲内で、所定の最終厚さをもたらす厚さを有し得る。透過フレームがそのようなガスケットを含む場合、透過フレームは「自己調整透過フレーム」と称され得る。供給フレームと水素選択膜との間に気密シールを形成するために供給フレームを通じた圧縮（１０００から２０００ｐｓｉの圧縮下など）によるアセンブリの間に自己調整透過フレームが圧縮される場合、供給フレームが水素選択膜に接触した際に、透過フレームに対する供給フレームの圧縮力を停止し得て、マイクロスクリーン構造体及び膜支持構造体と共に、略非圧縮性の構成要素の組又は積層体を形成し得る。
【００９４】
一例として、膜支持構造体が０．２５７インチの厚さを有する場合、透過フレームは理想的には正確に又は約０．２５７インチの厚さを有する。透過フレーム周囲シェルは、例えばそれぞれ０．１２０インチの厚さの二つのセクションを含み、透過フレームガスケットは圧縮の後０．０１７インチの厚さになるように構成される。例えば、圧縮前に０．０３０インチの厚さである透過フレームガスケットが、圧縮後、０．０１７インチの厚さに、その圧縮限界の範囲内で、圧縮されることによって、透過フレームの厚さが膜支持構造体の厚さと整合する。膜支持構造体２８６が膜支持プレート３２８を含むように示されるが、膜支持構造体は、ワイヤメッシュ及び／又は穿孔（貫通孔）を有する金属シート（図示せず）を含んでもよい。
【００９５】
図４に示されるように、フレーム２２４もまた、ガスケット又はガスケットフレーム２６４を含み得る。ガスケットフレームは、第一端部プレート２００及び第二端部プレート２０２と供給フレーム２６０との間、供給フレーム２６０と箔マイクロスクリーンアセンブリ２０５との間、箔マイクロスクリーンアセンブリと透過フレーム２６２との間等の、他のフレームとの流体密閉界面を提供するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。ガスケットフレーム２６４用の適切なガスケットの例として、柔軟なグラファイトのガスケットが挙げられる。適切なガスケット材料の他の例は、Ｆｌｅｘｉｔａｌｌｉｃ  ＬＰ社（テキサス州ディアパーク）によって販売されるＴＨＥＲＭＩＣＵＬＩＴＥ（登録商標）８６６である。フレーム２２４は二つの供給フレーム２６０及び単一の透過フレーム２６２を含むものとして示されているが、フレームは任意の適切な数の供給フレーム及び透過フレームを含み得る。更に、水素精製装置１９６は二つの水素選択膜２０６を含むものとして示されているが、装置は任意の適切な数のこれらの膜を含み得る。
【００９６】
一つ以上のフレーム２２４が、直角方向にのみ、又は水平方向にのみ延在する突出部を含むように示されているが、フレームは、追加的に又は代替的に、水平に、直角に、及び／又は、対角線上等の他の適切な方向に延在した突出部を含み得る。更に、一つ以上のフレーム２２４が三つの突出部を含むように示されているが、フレームは、一つ、二つ、四つ、五つ、又はそれ以上の突出部を含み得る。更に、一つ以上ののフレーム２２４は、第一支持平面、第二支持平面、及び／又は第支持平面内で同一平面にある突出部を含むように示されているが、フレームは、追加的に又は代替的に、第四支持平面、第五支持平面、又はそれ以上の支持平面内で同一平面にある突出部を含み得る。
【００９７】
水素精製装置１４４の他の例が図２０に全体として３９６で示される。特に断らない限り、水素精製装置３９６は、本開示の他の水素精製装置及び／又は精製領域の一つ以上の構成要素を含み得る。
【００９８】
水素精製装置３９６は水素精製装置１９６と多くの点において同様のものであるが、以下で更に説明するように、異なる形状のフレームを有し、支持膜を有さず、異なるサイズの箔マイクロスクリーンアセンブリを有し、ガスケットフレームが少ない。水素精製装置３９６の構成要素又は部品は水素精製装置１９６の構成要素又は部品に対応しており、図２０において、「１ＸＸ」の代わりに「３ＸＸ」の形式、そして「２ＸＸ」の代わりに「４ＸＸ」の形式の同様の参照番号が付されている。従って、特徴３９８、４００、４０２、４０４、４０５、４０６、４０８、４２４、４２６、４３４、４３６、４３８、４４０、４６０、４６２、４６４等は、水素精製装置１９６の各対応部分、つまり、特徴１９８、２００、２０２、２０４、２０５、２０６、２０８、２２４、２２６、２３４、２３６、２３８、２４０、２６０、２６２、２６４等と同一であるか又は実質的に同一であり得る。
【００９９】
水素精製装置３９６は、第一端部プレート又は端部フレーム４００と第二端部プレート又は端部フレーム４０２とを含み得るシェル又は筐体３９８を含み得る。第一端部プレート及び第二端部プレートは互いに固定及び／又は圧縮されて、水素分離領域が支持される内部コンパートメント４０４を有する密閉圧力容器を画定するように構成され得る。
【０１００】
また、水素精製装置３９６は、第一端部プレートと第二端部プレートとの間に配置され及び／又は第一端部プレートと第二端部プレートに固定され得る少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリ４０５を含み得る。箔マイクロスクリーンアセンブリは、少なくとも一つの水素選択膜４０６と、少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体４０８を含み得る。一つ以上の水素選択膜がマイクロスクリーン構造体４０８に冶金接合され得る。例えば、一つ以上の水素選択膜４０６がマイクロスクリーン構造体に拡散接合されて、膜とマイクロスクリーン構造体との間に固相拡散接合部を形成し得る。箔マイクロスクリーンアセンブリ４０５は、透過フレームの開口領域に収まるようなサイズにされるので、箔マイクロスクリーンアセンブリ２０５と比較して長さと幅が小さい。
【０１０１】
また、水素精製装置３９６は、第一端部フレームと第二端部フレームとの間に配置され且つ第一端部フレーム及び／又は第二端部フレームに固定された複数のプレート又はフレーム４２４も含み得る。フレーム４２４は周囲シェル４２６を含み得る。周囲シェルが開口領域４３０を画定し得る。更に、周囲シェル４２６は、対向する第一側部４３４と第二側部４３６、及び、対向する第三側部４３８と第四側部４４０を含み得る。水素精製装置１９６のフレーム２２４とは異なり、フレーム４２４は支持部材を含まない。
【０１０２】
フレーム４２４は、少なくとも一つの供給フレーム４６０と、少なくとも一つの透過フレーム４６２と、複数のガスケット又はガスケットフレーム４６４を含み得る。供給フレーム４６０は、第一端部フレーム及び第二端部フレームの一方と少なくとも箔マイクロスクリーンアセンブリ４０５との間に、又は、二つの箔マイクロスクリーンアセンブリ４０５の間に配置され得る。その供給フレームは、供給フレーム２６０と少なくとも実質的に同様の構成要素、例えば、供給フレーム周囲シェル、供給フレーム流入導管、供給フレーム流出導管、及び／又は供給フレーム開口境域を含み得る。
【０１０３】
透過フレーム４６２は、少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリが第一端部フレーム及び第二端部フレームの一方と透過フレームとの間に又は二つの箔マイクロスクリーンアセンブリとの間に配置されるように位置決めされ得る。透過フレームは、透過フレーム２６２と少なくとも実質的に同様の構成要素、例えば、透過フレーム周囲シェル、透過フレーム流出導管、透過フレーム開口領域、及び／又は膜支持構造体を含み得る。
【０１０４】
また、フレーム４２４は、ガスケット又はガスケットフレーム４６４も含み得る。ガスケットフレームは、第一端部プレート４００及び第二端部プレート４０２と供給フレームとの間、及び／又は供給フレーム４６０と箔マイクロスクリーンアセンブリ４０５との間等の異なるフレーム同士の間に流体密閉界面を提供するように構成された任意の適切な構造体を含み得る。水素精製装置１９６とは異なり、水素精製装置３９６は、箔マイクロスクリーンアセンブリと透過フレーム４６２との間のガスケットフレーム４６４を含まない。水素精製装置１９６と同様に、供給フレームとガスケットフレームの幅は透過フレームの幅よりも大きく（又は、供給フレームとガスケットフレームの開口領域は透過フレームの開口領域よりも小さい）、その余分な幅が箔マイクロスクリーンアセンブリの縁を覆い、供給側から透過側への漏れや、透過側から供給側への漏れを無くす又は最小にするようになっている（例えば、図１４を参照すると、供給フレームとガスケットフレームの余分な幅が箔マイクロスクリーンアセンブリの縁を覆う様子が示されている）。一部実施形態では、余分な幅は、箔マイクロスクリーンアセンブリのマイクロスクリーン構造体の周囲（無穿孔）部分の幅に対応している。
【０１０５】
本開示の水素精製装置及び／又はその構成要素（例えば、箔マイクロスクリーンアセンブリ）は以下のもののうちの一つ以上を含み得る：
○  水素ガス及び他のガスを含む混合ガス流を受ける取るように構成された流入ポートを含む第一端部フレーム及び第二端部フレーム；
○  混合ガス流と比較して高濃度の水素ガス及び低濃度の他のガスのうち少なくとも一方を含む透過流を受け取るように構成された流出ポートを含む第一端部フレーム及び第二端部フレーム；
○  他のガスの少なくとも大部分を含む副生成物流を受け取るように構成された副生成物ポートを含む第一端部フレーム及び第二端部フレーム；
○  第一端部フレームと第二端部フレームとの間に配置され、これらに固定された少なくとも一つの箔マイクロスクリーンアセンブリ；
○  第一端部フレームと第二端部フレームとの間に配置され、これらに固定された少なくとも一つの水素選択膜；
○  供給側及び透過側を有する少なくとも一つの水素選択膜であって、透過流の少なくとも一部が供給側から透過側へと通過する混合ガス流の一部から形成され、供給側に残る混合ガス流の残りの部分が副生成物流の少なくとも一部を形成する、水素選択膜；
○  少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体に冶金接合された少なくとも一つの水素選択膜；
○  少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体に冶金接合された少なくとも一つの水素選択膜の透過側；
○  少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体に拡散接合された少なくとも一つの水素選択膜；
○  少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体に拡散接合された少なくとも一つの水素選択膜の透過側；
○  少なくとも一つの水素選択膜と少なくとも一つの透過フレームとの間に配置された少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体；
○  少なくとも一つの水素選択膜を支持するように構成されたされた少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体；
○  透過側に支持を与えるように構成された略対向する両表面を含む少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体；
○  対向する両表面の間に延在する複数の流路を含む少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体；
○少なくとも一つの透過フレームの周囲シェルに接触しないサイズにされた少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体；
○  少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体と少なくとも一つの透過フレームを第一端部フレーム及び第二端部フレームに固定した際に周囲シェルに接触しないサイズにされた少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体；
○  複数の流路を形成する複数の開口を有するノンポーラス（非多孔質）平面シートが設けられた少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体；
○  透過側に支持を与えるように構成された略対向する両面を含むノンポーラス平面シート；
○  開口が設けられていない少なくとも一つの周囲部分を含むノンポーラス平面シート；
○  開口を有する二つ以上の離散的な部分が設けられたノンポーラス平面シート；
○  複数の流路を形成する複数の開口が設けられたノンポーラス金属シートを含む少なくとも一つのマイクロスクリーン構造体；
○  平面を画定するノンポーラス金属シート（ノンポーラスシートの開口がその平面に垂直な軸を有する）；
○  ノンポーラスシートに設けられた円形の開口；
○  ノンポーラスシートに設けられた細長に引き延ばされた円の開口；
○  ノンポーラスシートに設けられたオーバル形状の開口；
○  ノンポーラスシートに設けられた六角形の開口；
○  ステンレス鋼を含むノンポーラス金属シート；
○  ３００系ステンレス鋼を含むノンポーラス金属シート；
○  ４００系ステンレス鋼を含むノンポーラス金属シート；
○  略０．６重量％から略３．０重量％のアルミニウムを有するステンレス鋼を含むノンポーラス金属シート；
○  一種以上のニッケル合金を含むノンポーラス金属シート；
○  ニッケルメッキ表面を有する一種以上のニッケル合金を含むノンポーラス金属シート；
○  銅を有する一種以上のニッケル合金を含むノンポーラス金属シート；
○  開口を含まない少なくとも一つの境界部分によって近接する離散的部分から離隔された一つ以上の離散的部分；
○  それぞれ異なる離散的部分に冶金接合された水素選択膜；
○  水素選択膜の周囲部分が、開口を含まないノンポーラス平面シートの一つ以上の部分に接触するように離散的部分よりも大きなサイズにされた水素選択膜；
○  第一端部フレーム及び第二端部フレームと少なくとも一つの水素選択膜との間に配置され、第一端部フレーム及び第二端部フレームに固定された複数のフレーム；
○  少なくとも一つの水素選択膜と第二端部フレームとの間に配置された少なくとも一つの透過フレームを含む複数のフレーム；
○  周囲シェルを含む少なくとも一つの透過フレーム；
○  周囲シェルに形成され、少なくとも一つの水素選択膜からの透過流の少なくとも一部を受け取るように構成された流出導管を含む少なくとも一つの透過フレーム；
○  周囲シェルにより囲まれた開口領域を含む少なくとも一つの透過フレーム；
○  少なくとも一つの膜支持構造体を含む少なくとも一つの透過フレーム；
○  開口領域の少なくとも大部分に広がる少なくとも一つの膜支持構造体；
○  少なくとも一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一つの膜支持構造体；
○  第一面と、第一面に対向する第二面とを含む単一の膜支持プレートを含む少なくとも一つの膜支持構造体；
○  透過流の少なくとも一部用の流路を提供するように構成された複数のマイクロ溝を有する第一面及び／又は第二面；
○  マイクロ溝が設けられていない第一面及び／又は第二面；
○  第一膜支持プレート及び第二膜支持プレートを含む少なくとも一つの膜支持構造；
○  穿孔されていない（貫通孔を含まない）第一膜支持プレート及び第二膜支持プレート；
○  透過流の少なくとも一部用の流路を提供するように構成された複数のマイクロ溝を有する第一面を有する第一膜支持プレート及び第二膜支持プレート；
○  第一面に対向する第二面を有する第一膜支持プレート及び第二膜支持プレート；
○  少なくとも一つの膜支持構造体中に積み重ねられた第一膜支持プレート及び第二膜支持プレート；
○  第一膜支持プレートの第二面が第二膜支持プレートの第二面と向き合うように、少なくとも一つの膜支持構造体中に積み重ねられた第一膜支持プレート及び第二膜支持プレート；
○  非圧縮性の第一膜支持プレート及び第二膜支持プレート；
○  平坦な第一膜支持プレート及び第二膜支持プレート；
○  第一端部フレームと少なくとも一つの水素選択膜との間に配置された少なくとも一つの供給フレーム；
○  周囲シェルを含む少なくとも一つの供給フレーム；
○  少なくとも一つの供給フレームの周囲シェルに形成された流入導管を含む少なくとも一つの供給フレーム；
○  流入ポートからの混合ガス流の少なくとも一部を受け取るように構成された流入導管を含む少なくとも一つの供給フレーム；
○  少なくとも一つの供給フレームの周囲シェルに形成された流出導管を含む少なくとも一つの供給フレーム；
○  少なくとも一つの水素選択膜の供給側に残る混合ガス流の少なくとも一部の残りの部分を受け取るように構成された流出導管を含む少なくとも一つの供給フレーム；
○  供給フレームの周囲シェルによって囲まれ、流入導管と流出導管との間に配置された、供給フレーム開口領域を含む少なくとも一つの供給フレーム；
○  少なくとも一つの供給フレームの周囲シェルが少なくとも一つの透過フレームの周囲シェル及び少なくとも一つの膜支持構造体の一部を支持するようなサイズにされた少なくとも一つの供給フレームの周囲シェル；
○  複数のフレームのうちの各フレームのフレーム平面に垂直な複数の支持平面に沿って、少なくとも一つの供給フレームの周囲シェルが、少なくとも一つの透過フレームの周囲シェル及び少なくとも一つの膜支持構造体の一部を支持するようなサイズにされた少なくとも一つの供給フレームの周囲シェル；
○  第三膜支持プレートを含む少なくとも一つの膜支持構造体；
○  第一膜支持プレートと第二膜支持プレートの間に配置された第三膜支持プレート；
○  非圧縮性の第三膜支持プレート；
○  平坦な第三膜支持プレート；
○  穿孔されていない（貫通孔を含まない）第三膜支持プレート；
○  マイクロ溝が設けられていない第三膜支持プレート；
○  第一周囲シェル及び第二周囲シェルを含む透過フレームの周囲シェル；
○  第一周囲シェルと第二周囲シェルとの間に配置されたガスケットを含む透過フレームの周囲シェル；
○  透過フレーム周囲シェルの厚さが膜支持構造体の厚さと整合するように構成されたガスケット；
○  透過フレームが第一端部フレーム及び第二端部フレームに固定される際に、透過フレーム周囲シェルの厚さが膜支持構造体の厚さと整合するように構成されたガスケット；
○  第一周囲シェル、第二周囲シェル、及び第三周囲シェルを含む透過フレーム周囲シェル；
○  第一周囲シェルと第二周囲シェルとの間に配置された第一ガスケットを含む透過フレーム周囲シェル；
○  第二周囲シェルと第三周囲シェルとの間に配置された第二ガスケットを含む透過フレーム周囲シェル；
○  透過フレーム周囲シェルの厚さが膜支持構造体の厚さと整合するように構成された第一ガスケット及び第二ガスケット；
○  透過フレームが第一端部フレーム及び第二端部フレームに固定される際に、透過フレーム周囲シェルの厚さが膜支持構造体の厚さと整合するように構成された第一ガスケット及び第二ガスケット；
○  対向する第一端部及び第二端部をそれぞれ有する第一膜支持プレート及び第二膜支持プレート；
○  第一端部から第二端部に延在する複数のマイクロ溝；
○  複数の平行なマイクロ溝。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本開示は、水素精製装置、及びその装置の構成要素を含み、水素ガスが精製、製造、及び／又は利用される燃料処理や他の産業に利用可能である。
【０１０７】
上記開示は、独立した有用性を有する複数の異なる発明を包含する。これらの発明の各々がその好ましい形態で開示される一方で、本願で開示され説明されるその特定の実施形態は、多くの変形が可能であり、限定的なものとはみなされない。本発明の主題は、本願で開示される多様な要素、特徴、機能、及び／又は特性の、全ての新規かつ非自明な組み合わせ及び部分的組み合わせを含む。同様に、任意の請求項が「一つの」又は「第一の」要素又はその等価物を記載する場合、そのような請求項は、二つ以上のそのような要素を要求することも排除することもなく、一つ又は複数のそのような要素の組み込みを含むものと理解されるものである。
【０１０８】
特徴、機能、要素、及び／又は性質の多様な組み合わせ及び部分的組み合わせで実現される発明は、関連出願において新たな請求項を提示することを通じて特許請求可能なものである。そのような新たな請求項は、それらが異なる発明に関しようが又は同じ発明に関しようが、元々の請求項の範囲において異なる、広い、狭い、又は同じものであろうが、本開示の発明の主題の範囲内に含まれるとみなされるものである。
【符号の説明】
【０１０９】
１９６  水素精製装置
１９８  筐体
２００  第一端部プレート
２０２  第二端部プレート
２０４  内部コンパートメント
２０５  箔マイクロスクリーンアセンブリ
２０６  水素選択膜
２０８  マイクロスクリーン構造体
２１０  供給側
２１２  透過側
２１３  ノンポーラス（非多孔質性）平面シート
２１６  開口
２１７  流路
２１８  穿孔領域
２１９  無穿孔領域
２２４  フレーム
２２６  周囲シェル
２２８  第一支持部材
２３０  開口領域
２４６  第二支持部材
２４８  第三支持部材
２５８  突出部
２６０  供給フレーム
２６２  透過フレーム
２６４  ガスケットフレーム
２６６  周囲シェル
２６８  供給フレーム流入導管
２７０  供給フレーム流出導管
２７２  供給フレーム開口領域
２７４  第一供給フレーム支持部材
２７６  第二供給フレーム支持部材
２７８  第三供給フレーム支持部材
２８２  透過フレーム周囲シェル
２８４  供給フレームガスケット
２８６  膜支持構造体
３０２  突出部
３０４  透過フレーム周囲シェル
３０６  透過フレーム流出導管
３０８  透過フレーム開口領域
３１４  透過フレームガスケット
３２６  透過フレームガスケット
３２８  膜支持プレート
３３４  マイクロ溝
３３９  支持プレート
３４０  第一膜支持プレート
３４２  第二膜支持プレート
３５０  第三膜支持プレート
３９６  水素精製装置
３９８  筐体
４００  第一端部プレート
４０２  第二端部プレート
４０４  内部コンパートメント
４０５  箔マイクロスクリーンアセンブリ
４０６  水素選択膜
４０８  マイクロスクリーン構造体
４２４  フレーム
４２６  周囲シェル
４３０  開口領域
４６０  供給フレーム
４６２  透過フレーム
４６４  ガスケットフレーム
【図１】
2021509657.tif 000003
【図２】
2021509657.tif 000004
【図３】
2021509657.tif 000005
【図４】
2021509657.tif 000006
【図５】
2021509657.tif 000007
【図６】
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【図７】
2021509657.tif 000009
【図８】
2021509657.tif 000010
【図９】
2021509657.tif 000011
【図１０】
2021509657.tif 000012
【図１１】
2021509657.tif 000013
【図１２】
2021509657.tif 000014
【図１３】
2021509657.tif 000015
【図１４】
2021509657.tif 000016
【図１５】
2021509657.tif 000017
【図１６】
2021509657.tif 000018
【図１７】
2021509657.tif 000019
【図１８】
2021509657.tif 000020
【図１９】
2021509657.tif 000021
【図２０】
2021509657.tif 000022
【国際調査報告】
2021509657.tif 000023