(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素含有ガスと、ガス状の燃料と、を混合する混合ゾーン、
外側表面と内側表面を有する空間を制限する壁を備える少なくとも一つの改質器反応器ユニット、
前記壁の少なくとも一セクションと前記壁によって制限され、改質反応ゾーンを画定する空間、
インレット端とガス状改質反応物の流れの前記改質反応ゾーンへの流入のための関連するインレット、および、
アウトレット端と前記改質反応ゾーンで生成された水素リッチ改質油の流出のための関連するアウトレット、を備え、
前記混合ゾーンにて混合された酸素含有ガスとガス状燃料との混合物が、前記インレットを通じて前記改質反応ゾーンに流入し、
前記改質反応ゾーンに対応する前記壁の少なくとも前記セクションは、前記セクションの構造成分として機能するペロブスカイトを備え、
そのような壁セクションは、ガス状改質反応物が前記壁の中に拡散できる且つ水素リッチ改質油が壁から拡散できるようにガス透過可能である改質器。
【請求項２】
触媒改質器であり、前記ペロブスカイトはまた改質触媒として存在する請求項１に記載の改質器。
【請求項３】
ＣＰＯＸ改質器であり、前記ペロブスカイトはまたＣＰＯＸ触媒として存在する請求項１又は２に記載の改質器。
【請求項４】
複数の改質器反応器ユニットを備え、各反応器ユニットが、開口ガス流通路を画定する管状構成を有する請求項１〜３の何れか１項に記載の改質器。
【請求項５】
複数の触媒改質器反応器ユニットを備え、各反応器ユニットは、開口ガス流通路を画定する管状構成を有し、且つ前記ペロブスカイトが、また、改質触媒として存在する請求項１〜４の何れか１項に記載の改質器。
【請求項６】
複数のＣＰＯＸ改質器反応器ユニットを備え、各反応器ユニットは、開口ガス流通路を画定する管状構成を有し、且つ前記ペロブスカイトが、また、ＣＰＯＸ触媒として存在する請求項１〜５の何れか１項に記載の改質器。
【請求項７】
前記ペロブスカイトは、前記改質反応ゾーンに対応する前記壁の少なくとも前記セクションの前記構造体の少なくとも２０重量パーセントを備える請求項１〜６の何れか１項に記載の改質器。
【請求項８】
前記ペロブスカイトは、前記改質反応ゾーンに対応する前記壁の少なくとも前記セクションの前記構造体の少なくとも５０重量パーセントを備える請求項１〜７の何れか１項に記載の改質器。
【請求項９】
前記ペロブスカイトは、前記改質反応ゾーンに対応する前記壁の少なくとも前記セクションの前記構造体の８０〜１００重量パーセントを備える請求項１〜８の何れか１項に記載の改質器。
【請求項１０】
前記改質反応ゾーンに対応する前記壁の少なくとも前記セクションは、金属、セラミック、耐火バインダ及びペロブスカイト以外の改質触媒からなる群から選択される少なくとも一つの成分を備える請求項１〜９の何れか１項に記載の改質器。
【請求項１１】
水素バリアが、前記改質反応ゾーンに対応する前記壁の少なくとも前記セクションの前記外側表面に取り付けられる請求項１〜１０の何れか１項に記載の改質器。
【請求項１２】
前記ペロブスカイトは、ＬａＮｉＯ３、ＬａＣоＯ３、ＬａＣｒＯ３、ＬａＦｅＯ３及びＬａＭｎＯ３よりなる群から選択される少なくとも一つの要素である請求項１〜１１の何れか１項に記載の改質器。
【請求項１３】
前記ペロブスカイト改質触媒は、ｘとｙが０．０１から０．５の範囲の数である、Ｌａ１−ｘＣｅｘＦｅ２Ｏ３、ＬａＣｒ１−ｙＲｕｙＯ３、Ｌａ１−ｘＳｒｘＡｌ１−ｙＲｕｙＯ３及びＬａ１−ｘＳｒｘＦｅ２Ｏ３よりなる群から選択される少なくとも一つの要素である請求項１〜１２の何れか１項に記載の改質器。
【請求項１４】
前記ペロブスカイトは、ランタンストロンチウムマンガナイト、ランタンストロンチウムフェライト、ランタンストロンチウムコバルトフェライト、ランタンカルシウムマンガナイト、ランタンストロンチウムクロマイト及びランタンストロンチウムガラートマグネサイトからなる群から選択される少なくとも一つの要素である請求項１〜１３の何れか１項に記載の改質器。
【請求項１５】
一つのＣＰＯＸ改質器反応器ユニットは、前記反応器ユニットの前記インレットから前記ＣＰＯＸ反応ゾーンに延在し且つ改質触媒が無い第１の領域と前記第１の領域との境界から前記反応器ユニットの前記アウトレットに又は前記アウトレットの近くに延在する第２の領域の二つの領域に分割され、前記ＣＰＯＸ反応ゾーンに対応する前記第２の領域の壁セクションのみが構造成分としてペロブスカイトを備える請求項１〜１４の何れか１項に記載の改質器。
【請求項１６】
アノードコンポーネント、電解質コンポーネント、カソードコンポーネント及び前記アノードコンポーネントに隣接する改質器コンポーネントを有する管状固体酸化物燃料セルである請求項１〜１５の何れか１項に記載の改質器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この実用出願は、各々が２０１３年１１月６日に出願された本発明の譲受人に譲渡されたＦｉｎｎｅｒｔｙ氏らの米国仮特許出願第６１／９００，５１０号明細書、第６１／９００５２９号明細書、第６１／９００５４３号明細書および第６１／９００５５２号明細書の出願日の優先権と利益を享受し、それらの開示の全体の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本教示は、水素リッチ改質油を生成するために改質可能燃料を改質する改質器及び方法に関する。
【０００３】
改質可能燃料の水素リッチ一酸化炭素含有ガス混合物、即ち、一般的に「合成ガス（ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｇａｓ）」又は「シンガス（ｓｙｎｇａｓ）」と呼ばれる生成品への変換は、スチーム改質、ドライ改質、オートサーマル改質、及び触媒部分酸化（ＣＰＯＸ）改質のような周知の燃料改質操作のいずれかに従って実行されることが出来る。これらの燃料改質操作の各々は、その特有の化学的作用と必要条件を有し、且つ各々は、その他の燃料改質操作に対するその有利な点と不利な点によって特色づけられている。
【０００４】
改良された燃料改質器、燃料改質器コンポーネント、及び改質プロセスの開発は、燃料セル、即ち、水素、水素と一酸化炭素の混合物等のような電気化学的酸化可能燃料を電気に電気化学的に変換して主電源ユニット（ＭＰＵ）及び副電源ユニット（ＡＰＵ）を含む一般的な用途のための大きく拡大された役割を果たすためのデバイスのポテンシャルに起因して多くの研究へ焦点が当てられ続けている。燃料セルは、例えば、電気自動車のためのオンボード電気発生デバイス、家庭用デバイスのためのバックアップ電源、レジャー使用、アウトドア及び送電線網を利用しない場所での他の電力消費デバイスのための主電源、及び携行バッテリパックのためのよりより軽量で、高い電力密度、周囲温度から独立した代替品のような特殊化された用途のために使用されることもできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
大きなスケール、水素の経済的生産、その流通のためのインフラストラクチャー、及びその貯蔵のための実際の手段（特に、輸送燃料）は、まだまだ先であると広く信じられているために、多くの現在の研究と開発は、電気化学的酸化可能燃料源、とりわけ、水素と一酸化炭素の混合物源としての燃料改質器とそのような燃料の電気への変換装置のような燃料セル「スタック」とも一般的に呼ばれる燃料セルアセンブリ、及び改質器と燃料セルの電気エネルギーの生産のためのよりコンパクトで信頼でき且つ効率的なデバイスへの一体化を向上することに向けられている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の概要
本発明に従って、水素リッチ改質油の生成のための改質器であって、前記改質器は、外側表面と内側表面を有する空間を制限する壁を備える少なくとも一つの改質器反応器ユニット、前記壁の少なくとも一セクションと前記壁によって制限され、改質反応ゾーンを画定する空間、インレット端とガス状改質反応物の流れの前記改質反応ゾーンへの流入のための関連するインレット、アウトレット端と前記改質反応ゾーンで生成された水素リッチ改質油の流出のための関連するアウトレットを備え、前記改質反応ゾーンに対応する前記壁の少なくとも前記セクションは、前記セクションの構造成分として機能するペロブスカイトを備え、そのような壁セクションは、ガス状改質反応物が前記壁の中に拡散できる且つ水素リッチ改質油が壁から拡散できるようにガス透過可能である改質器が提供される。
【０００７】
一つ以上の他の材料と共に、または前記一つ以上の他の材料無しで、ペロブスカイトは、幾つかの既知で且つ従来の技術、例えば、モールディング、鋳造、押し出し成形、付加製造、ラミネート加工等のいずれかを使用して本教示に従って改質器の壁、または壁のセクション内に容易に形成されることができる。得られるペロブスカイト含有壁構造体は、全てのタイプの改質器の壁（単数又は複数）／壁セクション（単数又は複数）の製造にとって特に有利である良好から優れた機械的且つ熱的特性を示すように作られることができる。
【０００８】
ペロブスカイトは、改質反応、特に、スチーム改質、オートサーマル改質及び部分酸化改質に触媒反応を及ぼすので、これらのペロブスカイトは、触媒改質器の壁（単数又は複数）又は壁セクション（単数又は複数）を形成するための材料として特に有用である。この能力において、ペロブスカイトは、触媒改質器の機械的及び熱的安定性特性を提供する又はそれに顕著に寄与するのみならず、ペロブスカイトは、改質反応のために、触媒を単独で又は一つ以上の他の改質触媒と組み合わせて供給する。例えば、触媒部分酸化改質器の発熱改質反応ゾーン（単数又は複数）に対応するペロブスカイト含有壁構造体は、そのようなゾーン（単数又は複数）内で生じる特徴的に高い発熱から及びそのような改質器に対して一般的な動作モード（スタートアップ、定常状態及びシャットダウン）における迅速で且つ高頻度の変化から生じる機械的及び熱的ストレスに非常に良好に耐えることができる。
【０００９】
本教示の特徴と利点は、以下の図面、記載、詳細な例示的実施形態、及び請求項からより十分に理解される。
【００１０】
以下に記載の図面は、例証目的のために過ぎない。図面は、必ずしも縮尺で描かれてはおらず、本教示の原理を描く時に一般的には強調される。図面は、本教示の範囲を制限する意図は全くない。同様の参照番号は、一般的に、同様の部品を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明に係る改質器であって、複数の触媒部分酸化改質器反応器ユニットを有する液体燃料触媒部分酸化改質器の概略図である。
【図２】図２は、本発明に係る改質器であって、複数の触媒部分酸化改質器反応器ユニットを有するガス状燃料触媒部分酸化改質器の概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図１と図２の触媒部分酸化改質器の改質器反応器ユニットのような改質器反応器ユニットの拡大長手方向断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図１と図２の触媒部分酸化改質器の改質器反応器ユニットのような改質器反応器ユニットの横方向断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本教示に係る改質器反応器ユニットの二つの他の実施形態の拡大横方向断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本教示に係る改質器反応器ユニットの二つの他の実施形態の拡大横方向断面図である。
【図４】図４は、図１に示される改質器のマニフォルドと、関連する改質器反応器ユニットの一部の拡大長手方向断面図である。
【図５】図５は、本教示に係るペロブスカイト含有改質器を含む略円筒形の管状固体酸化物燃料セルの等角図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
発明の詳細な説明
本明細書での本教示は、記述された特定の手順、材料、及び変更に制限されず、それらが変化され得ることが理解されるべきである。使用される用語は、特定の実施形態を記述する目的のみのためであり、且つ本教示の範囲を制限する意図はなく、それは、添付の特許請求の範囲によってのみ制限されることも理解されるべきである。
【００１３】
構成が指定のコンポーネントを有する（ｈａｖｉｎｇ）、含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）又は備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）として記載される、又は方法が指定の方法ステップを有する（ｈａｖｉｎｇ）、含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）又は備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）として記載される本願全体を通して、そのような構成は、また、引用されたコンポーネントを実質的に備える（ｃоｎｓｉｓｔ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  оｆ）、又はなる（ｃоｎｓｉｓｔ  оｆ）ということ及びこのような方法が、また、引用された方法ステップを実質的に備える（ｃоｎｓｉｓｔ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  оｆ）、又はなる（ｃоｎｓｉｓｔ  оｆ）ということが考えられる。
【００１４】
本願において、要素又はコンポーネントが引用された要素又はコンポーネントのリストに含まれる及び／又はそのリストから選択されると言われる本明細書及び特許請求の範囲において、その要素又はコンポーネントは、引用された要素又はコンポーネントのいずれか一つであることができる、又はその要素又はコンポーネントは、引用された要素又はコンポーネントの二つ以上よりなる群から選択されることができることが理解されるべきである。更に、本明細書で記載される構成、装置、又は方法の要素及び／又は特徴は、本明細書において明示的であろうと暗示的であろうと本教示の焦点及び範囲から逸脱することなく様々な方法で組み合わされることができる。例えば、特定の構造に言及する場合、その構造は、本教示の装置及び／又は方法の様々な実施形態において使用されることができる。
【００１５】
用語「含む（ｉｃｌｕｄｅ）」、「含む（ｉｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｅ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」、又は「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」は、文法的にそれに等価なものを含み、一般的にオープンエンド及び非制限的、例えば、特に具体的に明記しない限り、又は文脈から理解されない限り、追加の非引用要素又はステップを排除しないものとして理解されるべきである。
【００１６】
本明細書における単数形、例えば、「一つ（ａ）」、「一つ（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」の使用は、特に具体的に明記しない限り、複数を含む（且つその逆も含む）。
【００１７】
用語「約（ａｂｏｕｔ）」の使用が、量的値の前にある場合、本教示は、また、特に具体的に明記しない限り、指定の量的値を含む。本明細書で使用されているように、用語「約（ａｂｏｕｔ）」は、特に明記しない又は推測されない限り、名目値から±１０％の変動を指す。
【００１８】
ステップの順序や特定の動作を実行するための順序は、本教示が動作可能である限り、重要ではないことが理解されるべきである。例えば、本明細書に記述される方法は、本明細書でそうでないと指摘されない又は文脈によって明確に否定されない限り、任意の適切な順序で実行されることができる。更に、二つ以上のステップ又は動作は、同時に実行されてもよい。
【００１９】
本明細書における様々な所で、値は、群で又は範囲で開示される。本明細書で開示される数値の範囲は、その範囲内の各値及び全ての値及びその範囲の任意の部分範囲を含むことが具体的に意図される。例えば、０から２０の範囲内の一つの数値は、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９及び２０、及び例えば、０から１０、８から１６、１６から２０等の任意の部分範囲を個別に開示するように具体的に意図されている。
【００２０】
任意の及び全ての例、即ち本明細書で提供される例示的言語、例えば「のような（ｓｕｃｈ  ａｓ）」の使用は、本教示をより良く示すよう単に意図され、請求されない限り、本発明の範囲に対して制限を課さない。明細書における言語は、本教示の実施に必須である非請求要素を指すものとして解釈されるべきではない。
【００２１】
「上部」、「下部」、「頂部」、「底部」、「水平な」、「垂直な」等の空間的配向や高さを指す用語及び表現は、それらの文脈上の使用がそうではないことを指さない限り、構造的、機能的又は動作上の重要性を有さないものとして、及び添付の図面の幾らかにおいて描かれた本教示の液体燃料ＣＰＯＸ改質器の様々な図の任意に選択された配向を単に反映しているとして、本明細書では理解されるべきである。
【００２２】
用語「セラミック」は、その技術が認識された意味に加えて、ガラス、ガラス−セラミックス、及びサーメット（即ち、セラミック‐金属複合物）を含むように本明細書では理解されるべきである。
【００２３】
表現「ガス透過可能な」は、それが本明細書ではＣＰＯＸ反応器ユニットの壁に当てはまるように、制限するわけではないが、ガス状ＣＰＯＸ反応混合物の気化された液体又はガス状改質可能燃料成分及び生成物改質油の水素成分を含むガス状ＣＰＯＸ反応混合物及びガス状生成物改質油に対して透過可能である壁構造体を意味するように理解されるべきである。
【００２４】
表現「液体改質可能燃料」は、標準の温度及び標準の圧力（ＳＴＰ）状態で液体である改質可能炭素及び水素含有燃料、例えば、改質を受けた時に、水素リッチ改質油への変換を受けるメタノール、エタノール、ナフサ、蒸留液、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を含むように理解されるべきである。表現「液体改質可能燃料」は、更に、燃料が液体状態にあろうと又はガス状態、即ち蒸気であろうとそのような燃料を含むように理解されるべきである。
【００２５】
表現「ガス状改質可能燃料」は、ＳＴＰ状態においてガスである改質可能炭素及び水素含有燃料、例えば、改質を受けた時に、水素リッチ改質油への変換を受けるメタン、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、主にメタンである天然ガス及び液化天然ガス（ＬＮＧ）のようなそれらの混合物、及び主にプロパン又はブタンであるが主にプロパン、ブタン等からなる全ての混合物を含む石油ガス及び液化石油ガス（ＬＰＧ）等を含むように理解されるべきである。
【００２６】
用語「改質器」は、改質可能燃料の水素リッチ改質油への変換となる一つ以上の改質反応が起きる任意のデバイス又は装置を含むと理解されるべきである。従って、用語「改質器」は、スチーム改質、ドライ改質、オートサーマル改質、触媒部分酸化（ＣＰＯＸ）改質又は二つ以上のそのような改質動作の組み合わせが起こる反応器、および内部改質能力を有する燃料セルに当てはまる。
【００２７】
表現「改質反応」は、改質又は改質可能燃料の水素リッチ改質油への変換中に生じる反応（単数又は複数）を含むように理解されるべきである。
【００２８】
表現「改質反応混合物」は、気化された液体改質可能燃料、ガス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、及びスチームやオートサーマル改質の場合には、スチームを含む混合物を指す。
【００２９】
表現「触媒改質」は、改質触媒の存在下で実行される、又は実行されることができる任意の及び全ての改質反応を指し、且つ具体的に、無制限に、スチーム改質オートサーマル改質及び触媒部分酸化（ＣＰＯＸ）改質を含むと理解される。
【００３０】
図１及び図２は、ＣＰＯＸ改質に特有である、本教示に従って構成された改質器の実施形態を示す。これらの改質器の実施形態は、例示目的に過ぎず、本発明の範囲を制限するものとみなされるべきではない。
【００３１】
図１に示されるように、液体燃料ＣＰＯＸ改質器１００は、ここで及び本教示の他の実施形態では空気によって例示される酸素含有ガスをコンジット１０３内に導入するため、及びこのガス及び他のガスストリーム（気化された液体燃料‐空気混合物（単数又は複数）及び水素リッチ改質油を含む）を改質器の様々なガス流通路を介して駆動するための遠心ブロワー１０２を含む。コンジット１０３は、フローメータ１０４と熱電対１０５を含むことができる。これら及び同様のデバイスは、液体燃料ガス相ＣＰＯＸ改質器の動作を監視し且つ制御するために液体燃料ガス相ＣＰＯＸ改質器内の様々な位置に配置されることができる。
【００３２】
例示の液体燃料ガス相ＣＰＯＸ改質器１００の動作のスタートアップモードにおいて、遠心ブロワー１０２によってコンジット１０３内に導入される、周囲温度の空気は、第１の加熱ゾーン１０６を通過し、そこでは、その空気は、例えば、電気抵抗タイプの第１のヒーター１０７によって、所与の流量で、上昇された温度の事前設定された、又は目標とされた、第１の範囲内に最初に加熱される。次に、最初に加熱された空気は、ＣＰＯＸ改質器１００の動作の定常状態モードにおいて、管状ＣＰＯＸ反応器ユニット１０９のガス相ＣＰＯＸ反応ゾーン１１０内で生じるガス相ＣＰＯＸ反応から回収された発熱の熱によって加熱される熱伝達ゾーン１０８を通過する。改質器１００のそのような定常状態動作が達成されると、即ち、ＣＰＯＸ反応器ユニット１０９内のＣＰＯＸ反応が自立すると、第１のヒーター１０７の熱出力は、入ってくる空気が熱伝達ゾーン１０８を通過して上昇温度のその第１の範囲内に既に加熱されている、即ち、上昇温度のその第１の範囲に近接しているので、減少されることができる又はその動作が中断される。
【００３３】
コンジット１０３内の更に下流に続いて、動作のスタートアップモード中に第１の加熱ゾーン１０６を通過することによって又は動作の定常状態モード中に熱伝達ゾーン１０８を通過することによって最初に加熱されている空気は、第２の加熱ゾーン１１１を通過し、そこでは、その空気は、電気抵抗タイプのヒーターであり得る第２のヒーター１１２によって上昇された温度の第２の範囲内まで更に加熱される。第２のヒーター１１２は、先に加熱された空気の温度を終えるように作動し、それによって、液体燃料ＣＰＯＸ改質器１００の幾つかの動作要求を満足する、即ち、迅速な応答で改質器の熱的要求の調整及び微調整を助け、必要に応じて、コンジット１０３内に更に下流に導入された液体改質可能燃料のその後の気化のために十分な熱を提供し且つ加熱されたガス状ＣＰＯＸ反応混合物を提供する。
【００３４】
ディーゼルのような液体改質可能燃料は、ポンプ１１３を介して任意の流量計１１５及び任意の流量制御バルブ１１６を備える燃料ライン１１４を通してコンジット１０３内に連続的に導入され、そこで、燃料は、第２の加熱ゾーン１１１から流れる加熱された空気からの熱を利用して気化器システム１１７によって気化される。気化された、即ち、ここでは、ガス状の燃料は、コンジット１０３の混合ゾーン１１８内で加熱された空気と組み合わさる。ミキサー、例えば、インラインミキサー１１９のような静的ミキサー、及び外部から電力を供給されるミキサー（図示せず）は、そうでない場合よりもより均一な燃料‐空気ガス状ＣＰＯＸ反応混合物を提供するために、コンジット１０３の混合ゾーン１１８内に配置される。
【００３５】
加熱され気化された燃料‐空気混合物（加熱されたガス状ＣＰＯＸ反応混合物）は、反応混合物をより均一に、例えば、より均一な温度で、管状ガス相ＣＰＯＸ反応器ユニット１０９に分配するように機能するマニフォルド、即ち、プレナム１２０に入り、この管状ガス相ＣＰＯＸ反応器ユニット１０９のペロブスカイト含有ＣＰＯＸ触媒含有壁構造体が図４Ａ乃至図４Ｄに示されるＣＰＯＸ反応器ユニットの代表的な実施形態に関連してより詳細に記述される。コンジット１０３及びマニフォルド１２０は、通常、これらの構造体を介する熱損失を防止するために断熱材によって囲まれる。
【００３６】
マニフォルド１２０から、加熱されたＣＰＯＸ反応混合物は、管状ガス相ＣＰＯＸ反応器ユニット１０９に導入される。ＣＰＯＸ改質器１００の動作のスタートアップモードにおいて、点火器１２３は、ペロブスカイト含有管状ＣＰＯＸ反応器ユニット１０９のＣＰＯＸ反応ゾーン１１０内でガス状ＣＰＯＸ反応混合物のＣＰＯＸ反応を開始し、それによって、水素リッチ改質油の生成を開始する。定常状態ＣＰＯＸ反応温度に達すると（例えば、２５０℃から１，１００℃）、反応は、自立し、点火器の動作が中断される。熱電対１２４と１２５は、コンジット１０３内で生じる気化動作及びＣＰＯＸ反応器ユニット１０９内で生じるガス相ＣＰＯＸ反応夫々の温度を監視するために設けられ、温度測定は、監視されたパラメータとして改質器制御システム１２６に中継される。
【００３７】
また、改質器１００は、遠心ブロワーシステム１０２、フローメータ１０４と１１５、ヒーター１０７及び１１２、液体燃料ポンプ１１３、フロー制御バルブ１１６、点火器１２３、及び熱電対１０５、１２２、１２４及び１２５のような電気で駆動されるコンポーネントに対して電力を提供し、且つ必要ならば、後での使用のために電力を蓄電するために、電流源、例えば、充電可能リチウムイオンバッテリシステム１２７を含むことができる。
【００３８】
必要ならば、液体燃料ＣＰＯＸ改質器１００からの生産物流出物即ち水素リッチ改質油は、例えば、その一酸化炭素（ＣＯ）含有物を減少するために一つ以上の従来の又は他の既知の一酸化炭素除去デバイス１２８に導入されることができ、そこでは、生産物流出物は、燃料として、ＣＯによって汚染の影響を特に受けやすい触媒を利用する燃料セルスタック、例えば、ポリマー電解質膜燃料セルに挿入されるべきである。このように、例えば、生産物流出物は、水ガスシフト（ＷＧＳ）変換器に導入されることができ、そこでは、ＣＯが二酸化炭素（ＣＯ２）に変換されると共に、同時に、追加の水素を生成し、又は生産物流出物は、反応器に導入されることができ、そこでは、ＣＯは、ＣＯ２への優先酸化（ＰＲＯＸ）を受けるようになされる。また、ＣＯの減少は、これらのプロセスの組合せ、例えば、ＰＲＯＸが続くＷＧＳ及びその逆を使用して実行されることができる。
【００３９】
生産物改質油の水素ストリームとＣＯ含有副生物ストリームへの分離を行う水素選択性膜を備える既知の又は従来のクリーンアップユニット即ちデバイスを生産物改質油に通過させることによって生産物改質油中のＣＯレベルを減少することも本教示の範囲内に入る。また、この種のユニット／デバイスは、前述のＷＧＳ変換器及び／又はＰＲＯＸ反応器のような一つ以上の他のＣＯ−削減ユニットと組み合わされることができる。
【００４０】
図２に示されるように、ガス状燃料ＣＰＯＸ改質器２００は、空気をコンジット２０３内に導入するため及びこれと他のガスストリーム（ガス状燃料‐空気混合物（単数又は複数）及び水素リッチ改質油を含めて）をガス相ＣＰＯＸ反応器の、開口ガス流通路を含む、様々な通路を通るように駆動するための遠心ブロワー２０２を含む。コンジット２０３は、流量計２０４と熱電対２０５を含むことができる。これら及び同様のデバイスは、ＣＰＯＸ改質器２００の動作を監視し且つ制御するためにＣＰＯＸ改質器２００内の様々な位置に配置されることができる。
【００４１】
例示的ガス状燃料ＣＰＯＸ改質器２００の動作のスタートアップモードにおいて、遠心ブロワーシステム２０２によってコンジット２０３内に導入された空気は、ガス状燃料貯蔵タンク２１３から任意の熱電対２１５、流量計２１６、及び流量制御バルブ２１７を備える燃料ライン２１４を通って比較的に低い圧力でコンジット２０３内に導入される、プロパンのようなガス状改質可能燃料と組み合わさる。空気及びプロパンは、コンジット２０３の混合ゾーン２１８で組み合わさる。ミキサー、例えば、インラインミキサー２１９のような静的ミキサー及び／又はコンジット２０３の内側表面内に形成された渦流生成らせん溝、又は外部電力ミキサー（図示せず）は、そうでない場合よりもより均一なプロパン空気ガス状ＣＰＯＸ反応混合物を提供するためにコンジット２０３の混合ゾーン２１８内に配置される。
【００４２】
プロパン‐空気混合物（即ち、ガス状ＣＰＯＸ反応混合物）は、反応混合物をより均一にペロブスカイト含有管状ＣＰＯＸ反応器ユニット２０９に分配するように機能するマニフォルド、即ちプレナム２２０に入り、このペロブスカイト含有管状ＣＰＯＸ反応器ユニット２０９の夫々の実施形態は、図３Ａ乃至図３Ｄに詳細に示されている。ＣＰＯＸ改質器２００の動作のスタートアップモードにおいて、点火器２２３は、管状ＣＰＯＸ反応器ユニット２０９のＣＰＯＸ反応ゾーン２１０内でガス状ＣＰＯＸ反応混合物のガス相ＣＰＯＸ反応を開始し、それによって水素リッチ改質油の生成を開始する。定常状態ＣＰＯＸ反応温度が達成されると（例えば、２５０℃乃至１，１００℃）、反応は自立になり、点火器の動作は中断されることができる。熱電対２２５は、ＣＰＯＸ反応器ユニット２０９内で発生するＣＰＯＸ反応の温度を監視するために一つ以上のＣＰＯＸ反応ゾーン２１０に近接して配置され、温度測定は、改質器制御システム２２６に対して監視されたパラメータとして中継される。
【００４３】
改質器２００は、また、遠心ブロワーシステム２０２、流量計２０４と２１６、流量制御バルブ２１７、及び点火器２２３のような改質器２００の電気駆動コンポーネントのための電力を提供するために、電流源、例えば、再充電可能リチウムイオンバッテリシステム２２７を含むことができる。
【００４４】
ＣＰＯＸ改質器１００の一酸化炭素除去デバイス（単数又は複数）１２８の場合のように、ガス状燃料ＣＰＯＸ改質器２００は、同様に動作可能な一酸化炭素除去デバイス（単数又は複数）２２８を含んでもよい。
【００４５】
図３Ａ及び図３Ｂは、夫々、図１と図２のＣＰＯＸ改質器のような改質器に組み込むことに適する、本教示に従う管形状ＣＰＯＸ反応器ユニット３００の拡大長手方向及び横方向断面図を示す。
【００４６】
図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、液体又はガス状燃料ＣＰＯＸ改質器のような触媒改質器の改質器反応器ユニット３００は、インレット端３０１とガス状ＣＰＯＸ反応混合物の流れの流入のための関連するインレット３０２、アウトレット端３０３と水素リッチ改質油の流出のための関連するアウトレット３０４、及び構造成分として一つ以上のペロブスカイトを単独で又は耐火金属、触媒的に不活性なセラミック、耐火バインダ及びペロブスカイト以外の改質触媒のような一つ以上の追加の成分と共に備えるガス透過性壁３０５を含む。ペロブスカイト含有ガス透過可能壁３０５は、更に、内表面３０６、外表面３０７及び壁３０５によって、より具体的には、内壁表面３０６によって制限される開口ガス流通路３０８を含む。
【００４７】
開口ガス流通路３０８は、ガス状反応混合物の実質的にスムーズな流入と水素含有改質油の流出を可能とすることによって改質器内の低背圧の維持に資する。このように、本教示に従う改質器の動作において、水柱の約３インチ（０．００７５バール）以下、例えば、水柱の約２インチ以下、水柱の約１インチ以下の背圧は、容易に達成されることができる。
【００４８】
望ましくは、且つ図示の反応器ユニット３００の実施形態では、反応器は、二つの主領域、即ち、第１の、即ち上流の領域３０９とインレット端３０１から改質反応ゾーン３１１に延在し且つ改質触媒が実質的に無い対応壁セクション３１０、及び、構造成分（単数又は複数）として追加の材料（単数又は複数）と共に又はそれ無しで、ペロブスカイトを備える対応する壁セクション３１３のみを有する発熱改質反応ゾーン３１１と隣接する第２の、即ち下流の領域３１２に分割されることができる。第２の領域３１２は、第１の領域３０９との境界からアウトレット３０４に又はその近くに延在することができる。反応器ユニット３００の全長に対する第１と第２の領域３０９と３１２の長さは、大きく変化してもよい。このように、例えば、第１の領域３０９は、反応器ユニット３００の長さの約２０％から約６０％に、例えば、約３０％から約５０％に延在でき、第２の領域３１２は、ＣＰＯＸ反応器ユニットの長さの残りの長さに延在する。
【００４９】
反応器ユニット３００の第１と第２の領域への分割によって、特に、反応器ユニット３００の燃料‐空気混合物インレットと図１の液体燃料ＣＰＯＸ改質器１００のマニフォルド１２０、及び図２のガス状燃料ＣＰＯＸ改質器２００のマニフォルド２２０の接合点で、非常に低い温度、例えば、周囲温度から約３５０℃までの領域に留まるようにホット改質反応が第２の領域３１２と第１の領域３０９に大きく制限されることが可能とされる。温度が多くの熱可塑性樹脂の溶融温度よりも低く且つ多くの熱硬化性樹脂の劣化温度未満である実質的に触媒の無い第１の領域３０９のより低い温度によって、マニフォルドの製造のために熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂の幾つかの族の何れかを利用することが実用的になり且つ有利になる。前述のマニフォルド１２０と２２０の製造のために使用されることができる特定のタイプの熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂は、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエチルケトン（ＰＥＥＫ）のようなポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、フェノールホルムアルデヒド樹脂等を含む。それらの比較的に低い材料コストに加えて、これら及び他の熱的に安定な樹脂は、押し出し成形、真空成形、射出成形、反応射出成形、回転成形等のような低コスト製造手順を使用して複雑な形状に容易に形成可能にできる追加の利点を有し、従って、比較的に複雑な幾何学形状を有するマニフォルドを作るのに良好に適する。
【００５０】
ガス透過可能壁３０５を通っての生成品水素の損失を防止する又は抑制するために、水素バリア３１４は、壁の全外表面３０７に、又は改質反応ゾーン３１１に対応する壁セクション３１３の少なくとも外表面に取り付けられることができる。効果的な水素バリアとして機能できる材料は、改質反応の典型である温度で熱的に安定であるべきであり、改質油ガス、特に水素の材料を介する浸透や拡散を阻止するために十分に密であるべきである。これらの要求を満足する様々なセラミック材料（ガラス及びガラスセラミックスを含む）及び金属は、既知であり、従って、水素バリア３１４を提供するために適する。水素バリア３１４のための特定の材料は、例えば、アルミニウム、ニッケル、モリブデン、錫、クロム、アルミナ、再結晶アルミナ、アルミナイド、アルミノケイ酸塩、チタニア、炭化チタン、窒化チタン、窒化ボロン、酸化マグネシウム、酸化クロム、リン酸ジルコニウム、セリア、ジルコニア、ムライト等、それらの混合物及びそれらの層状の組合せを含む。
【００５１】
水素バリア３１４を構成する材料の性質が許す場合、水素バリアは、事前形成された層、フォイル、フィルム又は膜として、改質反応ゾーンに対応する反応器ユニットの外表面の少なくともその部分に適用されることができる。水素バリアは、耐火接着剤でその壁に接着されることができる。或いは、水素バリア３１４は、適切な堆積方法、例えば、スプレーコーティング、粉末コーティング、ブラシコーティング、浸漬、キャスティング、共押出、金属化等、及びそれらの多くの変型のいずれかのような従来の又は他の既知のセラミックコーティング及び金属コーティング技術のいずれかを使用して外表面に形成されてもよい。水素バリアのための厚みの適切な範囲は、選択されたバリア材料の水素透過性特性と改質反応ゾーンを囲む壁のガス透過性特性に主に依存し、そのような厚みは、既知で且つ従来の実験的技術を使用して当業者によって容易に決定されることができる。多くのバリア材料及びペロブスカイト含有反応器壁構造に対して、水素バリア３１４の厚みは、約２マイクロメートルから約１５マイクロメートルまで、例えば、約５マイクロメートルから１２マイクロメートルの間で変化してもよい。
【００５２】
当業者が、容易に認識し且つ理解するように、改質反応器ユニットの断面構成と寸法及び複数のそのような改質器、即ち、そのような反応器ユニットのアレイを有する改質器において、改質器ユニットの数と改質器ユニットの幾何学的中心、改質器ユニットの重心から測定された互いからの分離の距離は、特定の改質反応器に対する動作上及び機械的性能の仕様に依存させられる。実質的に均一な円形横断面の改質反応器ユニット、例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示された改質器反応器ユニット３００の場合において、ガス透過可能壁の外表面に取り付けられた水素バリアの長さ、内径と外径（ガス透過可能壁の厚みを画定する）及び位置、長さと厚みは、とりわけ、改質器の水素生成能力によって決定され、この水素生成能力は、タイプ、量（改質触媒、即ち、ペロブスカイト、及びガス透過可能壁内に存在し得る何らかの他の改質触媒（単数又は複数）の装填と分布）、孔の容量（孔サイズの関数）のような壁の多孔構造体の特性（壁のガス透過性に影響を及ぼす、従って、改質反応に影響する特性）、孔の主なタイプ（大部分が開口、即ち、網状の、又は大部分が閉鎖、即ち、非網状の）、及び孔の形状（球形の又は不規則な）、改質反応混合物の質量流量、改質反応温度、背圧等を含む幾つかのファクタの関数である。
【００５３】
加えて、水素バリアは、ＣＰＯＸ反応器ユニットのガス透過可能壁、例えば、少なくともＣＰＯＸ触媒含有壁セクションの外表面に関連する加圧ガスのような加圧流体であってもよい。十分な圧力で、ＣＰＯＸ反応器ユニットの外側にある加圧流体は、ＣＰＯＸ反応器ユニットを形成するガス透過可能壁を通るガスのロスを防止するためのバリアを生成する。加圧流体は、典型的には、不活性ガス（例えば、窒素）及び／又は空気のような加圧ガスである。水素バリアとしての加圧空気の使用は、酸素がＣＰＯＸ反応器ユニットの外部から内部へ拡散し、その拡散された酸素が、特にそのような水素バリアが使用され且つＣＰＯＸ反応ゾーンの回りに存在する場合に、再形成されようとしている又は再形成されているＣＰＯＸ反応混合物のＯ：Ｃ比を調整できる追加の利点を有する。
【００５４】
幾つかの実施形態では、ＣＰＯＸ反応器ユニットは、気密チャンバ内に配置されることができるが、それによって、ＣＰＯＸ反応器ユニットのインレットとアウトレットに対して、ＣＰＯＸ反応器ユニットの外部にある環境のガスのような流体の加圧を許容し、その加圧されたガスは、ＣＰＯＸ反応器ユニットの外部表面と関連する水素バリアを生成できる。特定の実施形態では、水素がＣＰＯＸ反応ゾーンまでＣＰＯＸ反応器ユニット内で生成されないので、ＣＰＯＸ反応器ユニットのＣＰＯＸ反応ゾーンのみが空気のような流体で加圧される気密チャンバに囲まれる。ＣＰＯＸ反応ゾーンがＣＰＯＸ反応器ユニットのアウトレットまで延在しない実施形態では、ＣＰＯＸ反応ゾーンの始めからアウトレットまで加圧ガスが水素バリアとして使用されることを許容するために気密チャンバ内に囲まれることができる。幾つかの設計では、本明細書で記述されるチャンバは、ＣＰＯＸ反応ゾーンの一部を取り囲み、他方、ＣＰＯＸ反応ゾーンの残りの部分を取り囲む水素バリアの他の形態が存在してもよい。
【００５５】
気密チャンバのようなチャンバが使用される実施形態では、そのチャンバの内部と流体連通状態にあるコンジットは、流体でそのチャンバを加圧するために使用されることができる。例えば、加圧流体やガスコンジットは、（気密）チャンバの内部と圧縮空気のような圧縮ガスの容器のような加圧又は圧縮流体源との間で動作可能な流体連通を提供できる。
【００５６】
改質器反応器ユニット３００は、図３Ｂに示される円形断面に加えて、図３Ｃ及び図３Ｄに示されるもののような他の断面構成を取ることができる。図３Ｃは、交互に凹凸となる、即ち、二裂片の断面を有する改質器反応器ユニットを示している。そのような断面構成を有する改質器反応器ユニットは、Ｆｉｎｎｅｒｔｙ氏らによる同時係属中で本願の譲受人に譲渡された米国特許出願公開第２０１３／０２３０７８７号明細書の燃料セルアセンブリのようにそれらのアウトレットセクションが同様に構成された管状固体酸化物燃料セルユニットに接合される又は嵌合される場合に特に有利であり、その明細書の全体の内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００５７】
特定の改質器の望ましい機械的性能特性は、ペロブスカイト及び、もし利用されるならば、改質器反応器ユニットの構造、改質器反応器ユニットの壁のガス透過可能構造体の孔の容量と形態、改質器反応器ユニットの寸法、特に、壁厚のために使用される他の材料の熱的及び機械的特性のようなファクタ、及び当業者が認識し理解するような関連ファクタにかなりな程度まで依存する。
【００５８】
改質器が適切に機能するために、少なくとも一つの改質器反応器ユニットのペロブスカイト含有触媒活性壁構造体のガス透過性特性は、改質可能燃料が自由に入り且つそのような壁構造体を介して拡散でき、それによって表面の触媒のみならず内部の触媒とも同様に効果的な接触するようでなければならない。改質可能燃料に対して限られたガス透過性を有する改質器反応器ユニット壁構造体は、その燃料の水素リッチ改質油への改質を顕著に妨げるように制限された物質移動であり得ることが留意されるべきである。対照的に、適切なガス透過性のペロブスカイト含有触媒活性反応器壁構造体は、改質可能燃料の改質と望ましい組成の水素リッチ改質油の生成のための選択性を促進する。本教示によって案内され且つ既知で且つ従来のテスト手順を使用して、当業者は、処理されるべき特定の改質可能燃料のための最適なガス透過性特性を示すペロブスカイト含有壁構造体を有する改質器を容易に構成できる。
【００５９】
ペロブスカイトは、スチーム改質、オートサーマル改質及びＣＰＯＸ改質のような改質反応のための触媒活性を有し、従って、改質反応ゾーンに対応する触媒改質器の壁構造体の製造のために有用であるのみならず、これらのペロブスカイトは、改質触媒の一部又は全てをも供給できる。
【００６０】
従来の且つ他の既知のペロブスカイトのいずれもが、触媒及び非触媒の多様性の壁を含む全てのタイプの改質器の壁（単数又は複数）及び／又は壁セクション（単数又は複数）の構成のために、本発明では利用されることができる。適切なペロブスカイトは、例えば、米国特許第４，３２１，２５０号明細書；第４，５１１，６７３号明細書；第５，１４９，５１６号明細書；第５，４４７，７０５号明細書；５，７１４，０９１号明細書；第６，１４３，２０３号明細書；第６，３７９，５８６号明細書；第７，０７０７５２号明細書；第７，１５１，０６７号明細書；第７，４１０，７１７号明細書及び第８，４８６，３０１号明細書において、及び公開米国特許出願第２０１２／０１６１０７８号明細書；第２０１２／０１８９５３６号明細書；及び第２０１２／０２６４５９７号明細書に記載されており、これらの全体の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００６１】
ペロブスカイト触媒は、それらが、また、触媒改質器の触媒活性壁構造体の構成に適するので、本教示において有用である。ペロブスカイト触媒は、「Ａ」と「Ｂ」が非常に異なるサイズの陽イオンであり、「Ｘ」は、両陽イオンに接合する陰イオン、一般的には、酸素である、構造ＡＢＸ３によって特徴付けられる。適切なペロブスカイト触媒の例は、ＬａＮｉＯ３、ＬａＣｏＯ３、ＬａＣｒＯ３、ＬａＦｅＯ３及びＬａＭｎＯ３を含む。
【００６２】
ペロブスカイトのＡ部位変更は、一般的に、それらの熱安定性に影響を及ぼし、他方、Ｂ部位変更は、一般的に、それらの触媒活性に影響を及ぼす。ペロブスカイトは、それらのＡ及び／又はＢ部位でドーピングを行うことで特定の触媒改質反応状態に対して適合変更されることができる。ドーピングによって、ペロブスカイト格子内の活性ドーパントの原子レベルの分散が生じ、それによって、それらの触媒性能における劣化を禁止する。また、ペロブスカイトは、触媒改質の高温特性での硫黄に対する良好な許容範囲を示すことができる。改質触媒として有用なドープされたベロブスカイトの例は、Ｌａ１−ｘＣｅｘＦｅＯ３、ＬａＣｒ１−ｙＲｕｙＯ３、Ｌａ１−ｘＳｒｘＡｌ１−ｙＲｕｙＯ３及びＬａ１−ｘＳｒｘＦｅＯ３を含み、ここでは、ｘとｙは、ドーパントの固溶限界とコストに依存して、０．０１から０．５まで、０．０５から０．２までの数である。本発明において改質器の壁（単数又は複数）／壁セクション（単数又は複数）の構成のために利用されることができる幾つかの指定のペロブスカイトは、ランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ）、ランタンストロンチウムフェライト（ＬＳＦ）、ランタンストロンチウムコバルトフェライト（ＬＳＣＦ）、ランタンカルシウムマンガナイト（ＬＣＭ）、ランタンストロンチウムクロマイト（ＬＳＣ）、ランタンストロンチウムガラートマグネサイト（ＬＳＧＭ）、それらの互いの混合物及びそれらの他のペロブスカイトとの混合物である。
【００６３】
改質器の壁（単数又は複数）／壁セクション（単数又は複数）の製造に使用されるペロブスカイトの全量は、壁（単数又は複数）／壁セクション（単数又は複数）の機械的強度に顕著に寄与するならば非常に広い限度にわたって変化してもよい。一般的に、改質器の壁全体、又は改質反応ゾーンが第２の領域３１２に制限されるＣＰＯＸ改質器反応器３００の場合には、丁度ＣＰＯＸ反応ゾーン３１１に対応する壁セクション３１３は、少なくとも２０重量パーセント、例えば、少なくとも５０重量パーセント及び他の実施形態では少なくとも８０重量パーセント及び１００重量パーセントまでペロブスカイトを含むことができる。
【００６４】
また、本教示は、以前の従来且つ他の既知の非ペロブスカイトＣＰＯＸ触媒及び触媒系の何れかの任意の追加の使用を考慮している。任意ではあるが、本発明で利用されることができる多くの既知で且つ従来の非ペロブスカイト改質触媒の内、金属、金属合金、金属酸化物、混合金属酸化物、パイロクロール、例えば、米国特許第５，１４９，１５６号明細書、第５，４４７，７０５号明細書、第６，３７９，５８６号明細書、第６，４０２，９８９号明細書、第６，４５８，３３４号明細書、第６，４８８，９０７号明細書、第６，７０２，９６０号明細書、第６，７２６，８５３号明細書、第６，８７８，６６７号明細書、第７，０７０，７５２号明細書、第７，０９０，８２６号明細書、第７，３２８，６９１号明細書、第７，５８５，８１０号明細書、第７，８８８，２７８号明細書、第８，０６２，８００号明細書、及び第８，２４１，６００号明細書に開示される様々なものを含む、それらの混合物及びそれらの組合せがあり、これらの明細書の全体の内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００６５】
多数の高活性貴金属含有改質触媒が既知であり、且つそのようなものがここでは有用であるが、それは、一般的に、それらの高いコスト、高温で焼結した結果触媒活性の減少を受ける傾向、及び硫黄による汚染への傾向に起因して他の既知のタイプの改質触媒よりも使用されない。
【００６６】
ペロブスカイト及び他の任意の改質触媒に加えて、本教示に従って構成される改質器の壁（単数又は複数）及び壁セクション（単数又は複数）が製造されることができる他の材料は、従来の且つ他の既知の耐火金属、セラミックス、耐火バインダ及びそれらの組み合わせを含む。
【００６７】
有用な金属として、チタン、バナジウム、クロム、ジルコン、モリブデン、ロジウム、タングステン、ニッケル、鉄等、それらの互いの組合せ、及び／又は他の金属及び／又は金属合金との組合せ等がある。
【００６８】
セラミックスは、本目的のために有用でもある多くの耐火性金属及び耐火性金属合金に比較して、それらが比較的に低コストであることに起因して、改質器壁構造体の構成にとって特に魅力的な材料のクラスである。そのようなセラミックスが既知及び従来の細孔形成手順を使用して極めて再生可能な細孔タイプの管状ガス透過可能構造体に形成できる比較的容易さとセラミックスの一般的に高度に満足のいく構造的／機械的特性（熱膨張係数、熱衝撃性を含む）及び化学劣化に対する抵抗性は、それらの材料を特に魅力的な材料にする。適切なセラミックスは、ＣＰＯＸ反応器ユニットの壁構造体の全体を含み、例えば、スピネル、マグネシア、セリア、安定化セリア、シリカ、チタニア、ジルコニア、アルミナ安定化ジルコニア、カルシア安定化ジルコニア、セリア安定化ジルコニア、マグネシア安定化ジルコニア、ランタナ安定化ジルコニア及びイットリア安定化ジルコニアのような安定化ジルコニア、ジルコニア安定化アルミナ、パイロクロール、ブラウンミラライト、リン酸ジルコニウム、シリコンカーバイド、イットリウムアルミニウムガーネット、アルミナ、αアルミナ、γアルミナ、βアルミナ、ケイ酸アルミニウム、コーディエライト、アルミン酸マグネシウム等を含み、これらの様々なものは米国特許第６，４０２，９８９号明細書及び第７，０７０，７５２号明細書に開示されており、それらの内容の全ては参照によって本明細書に組み込まれ；及び希土類アルミン酸及び希土類ガラートを含み、これらの様々なものは、米国特許第７，００１，８６７号明細書及び第７，８８８，２７８号明細書に開示されており、それらの内容の全ては参照よって本明細書に組み込まれる。
【００６９】
改質器の壁（単数又は複数）及び壁セクション（単数又は複数）の製造のために有用であり得る耐火バインダは、アルミン酸カルシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム及び酸化ナトリウムのような一つ以上の金属酸化物と混合されたシリカ及びアルミナのような従来の及び他の既知の材料を含む。
【００７０】
図４は、図１の液体燃料ＣＰＯＸ改質器のマニフォルド１２０の一セクション並びに関連するペロブスカイト含有管状ＣＰＯＸ反応器ユニット４０８の拡大長手方向断面図である。図４に示されるように、マニフォルド４２６のマニフォルドセクション４５０は、上部ハウジング構造体４５５、下部ハウジング構造体４５６、マニフォルドチャンバ４２９、ガス状ＣＰＯＸ反応混合物（ガス）分配器４２７及び管状ＣＰＯＸ反応器ユニット４０８のインレット４３１とガス流連通状態にあるガス分配器アウトレット４３０を含む。管状ＣＰＯＸ反応器ユニット４０８のインレット端４５７は、上部ハウジング構造体４５５内に形成されたキャビティ４５８に固くシールされ、且つそれと気密状態にＯリングガスケット４５９によって係合される。加熱されたガス状ＣＰＯＸ反応混合物は、ガス分配器４２７のアウトレット４３０を通って、且つ管状ＣＰＯＸ反応器ユニット４０８のインレット４３１を通ってＣＰＯＸ反応ゾーン４０９内に流れ、そこでガス状ＣＰＯＸ反応混合物は、関連するアウトレット４５４を通って反応器ユニットのアウトレット端４６０で反応器ユニットを出る水素リッチ一酸化炭素含有流出物改質油へのガス相ＣＰＯＸ変換を受ける。
【００７１】
本発明の改質器を管状固体酸化物燃料セル（ＳＯＦＣ）の改質コンポーネントとして組み込み、それによって内部改質（ＩＲＳＯＦＣ）を提供することも本発明の範囲内である。一つのそのようなＩＲＳＯＦＣが図５に示されている。図５に示されるように、且つ最内表面から最外表面に記述されるように、ＩＲＳＯＦＣ５０は、カソードコンポーネント５１、中間電解質コンポーネント５２、アノードコンポーネント５３及び通路ＣＯＰＸ反応ゾーン５５を画定するペロブスカイト含有改質器コンポーネント５４を含む。通路５５に入るガス状ＣＰＯＸ燃料‐空気反応混合物は、改質器コンポーネント５４内でＣＰＯＸ改質を受け、それによって、水素リッチ改質油を隣接するアノードコンポーネント５３に供給し、水素を燃料とするＩＲＳＯＦＣは、電流を生成するために既知の方法で動作する。
【００７２】
本明細書で記述された改質器の様々な実施形態及び改質器の動作の原理を考慮して、当業者は、通常の実験手順を使用することによって、本教示に従って、望ましい改質可能燃料変換能力、望ましい構造的特徴及び望ましい機械的特性の特定の改質器の設計を容易に最適化できる。
【００７３】
本教示は、その精神又は本質的な特徴から逸脱することなく他の特定の形態の実施形態を包含する。従って、前述の実施形態は、本明細書で記述された本教示を制限するのではなくその例証となる全てに関して考察されるべきである。このように、本発明の範囲は、前述の記載によってではなくて添付の特許請求の範囲によって指摘され、特許請求の範囲の等価の意味と範囲内で生じる全ての変化は、特許請求の範囲内に包含されることが意図される。
【図１】
0006285563.tif 000002
【図２】
0006285563.tif 000003
【図３Ａ】
0006285563.tif 000004
【図３Ｂ】
0006285563.tif 000005
【図３Ｃ】
0006285563.tif 000006
【図３Ｄ】
0006285563.tif 000007
【図４】
0006285563.tif 000008
【図５】
0006285563.tif 000009