(57)【要約】燃料処理装置に使用する冷却剤サブシステム及びその操作方法を開示する。第１の側面によれば、冷却剤サブシステムは、処理装置反応器への供給路と分離しており、処理装置反応器を通して冷却剤を循環することが可能である。第２の側面によれば、燃料処理装置の構成要素はキャビネット内に格納され、冷却剤サブシステムは処理装置反応器とキャビネットの内部の両方を冷却することが可能である。様々な選択肢において、この燃料処理装置は燃料電池発電装置用の燃料を改質するために使用することができ、及び／又は無関係の機械システムに対する熱制御を行うために使用することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理装置反応器、
前記処理装置反応器への供給路、及び
前記供給路とは分離し、前記処理装置反応器を通じて冷却剤を循環させることが可能な冷却剤サブシステム
を含む、燃料処理装置。
【請求項２】
前記供給原料を受け入れ、そこでオートサーマル反応を行うことが可能な第１段、
前記第１段から前記供給原料を受け入れ、それから硫黄を取り除くことが可能な第２段、
前記第２段から前記供給原料を受け入れ、そこで第１シフト反応を行うことが可能な第３段、
前記第３段から前記供給原料を受け入れ、そこで第２シフト反応を行うことが可能な第４段、及び
前記第４段から前記供給原料を受け入れ、そこで受け入れた供給原料の選択酸化を行うことが可能な第５段
を少なくとも含む、請求項１に記載の燃料処理装置。
【請求項３】
前記処理装置反応器への供給路が、燃料、空気、及び水混合物を運ぶ、請求項１に記載の燃料処理装置。
【請求項４】
前記冷却剤サブシステムが、
前記処理装置反応器から循環されている冷却剤を受け入れ、それからの熱交換を行うことが可能な冷却器、
前記冷却器から受け入れた冷却剤を貯蔵することが可能な冷却剤貯槽、及び
前記貯蔵された冷却剤を前記処理装置反応器にポンプ輸送することが可能なポンプ
を含む、請求項１に記載の燃料処理装置。
【請求項５】
前記冷却器が、
熱交換器、及び
前記熱交換器の冷却が可能なエアーブロア
を含む、請求項４に記載の燃料処理装置。
【請求項６】
前記冷却器が、
第２熱交換器、及び
前記第２熱交換器の冷却が可能な第２エアーブロア
を更に含む、請求項５に記載の燃料処理装置。
【請求項７】
前記冷却剤が、水、グリコール、油、及びアルコールのうちの少なくとも１つを含む、請求項４に記載の燃料処理装置。
【請求項８】
前記冷却剤貯蔵装置がタンクを含む、請求項４に記載の燃料処理装置。
【請求項９】
燃料、水、及び空気を加熱し、前記混合物を前記供給路を介して前記処理反応器に供給することが可能な酸化器、
前記酸化器に燃料を供給する燃料供給サブシステム、
前記酸化器に水を供給することが可能な水サブシステム、及び
前記酸化器に空気を供給することが可能な空気サブシステム
を更に含む、請求項１に記載の燃料処理装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの外部使用部への接続部を更に含む、請求項１に記載の燃料処理装置。
【請求項１１】
前記接続部が出口及び入口を含み、それらを通じて前記冷却剤を外部使用部に循環させることができる、請求項１０に記載の燃料処理装置。
【請求項１２】
燃料、水、及び空気を予備加熱し、前記供給路を通じて前記処理装置反応器に導入されるプロセス供給原料流を生成することが可能な酸化器を更に含む、請求項１０に記載の燃料処理装置。
【請求項１３】
前記酸化器が陽極テールガス酸化器を含む、請求項１２に記載の燃料処理装置。
【請求項１４】
前記冷却剤サブシステムが複数の温度制御ユニットを更に含み、各温度制御ユニットが、
前記冷却剤が循環される前記処理装置反応器の一部分において前記冷却剤の温度を検知する温度センサ、及び
前記部分において検知された温度に応じて動作し、前記部分を通る冷却剤の流れを絞るアクチュエータ
を含む、請求項１に記載の燃料処理装置。
【請求項１５】
リフォーメートを生成する処理装置反応器、
前記処理装置反応器への供給路、及び
前記供給路とは分離し、前記処理装置反応器を通じて冷却剤を循環させることが可能な冷却剤サブシステム
を含む燃料処理装置、並びに
前記燃料処理装置の処理装置反応器によって生成されるリフォーメートによって作動する燃料電池
を含む、発電装置。
【請求項１６】
前記処理装置反応器が、
前記供給原料を受け入れ、そこでオートサーマル反応を行うことが可能な第１段、
前記第１段から前記供給原料を受け入れ、それから硫黄を取り除くことが可能な第２段、
前記第２段から前記供給原料を受け入れ、そこで第１シフト反応を行うことが可能な第３段、
前記第３段から前記供給原料を受け入れ、そこで第２シフト反応を行うことが可能な第４段、及び
前記第４段から前記供給原料を受け入れ、そこで受け入れた供給原料の選択酸化を行うことが可能な第５段
を少なくとも含む、請求項１５に記載の発電装置。
【請求項１７】
前記処理装置反応器への供給路が、燃料、空気、及び水混合物を運ぶ、請求項１５に記載の発電装置。
【請求項１８】
前記冷却剤サブシステムが、
前記処理装置反応器から循環されている冷却剤を受け入れ、それからの熱交換を行うことが可能な冷却器、
前記冷却器から受け入れた冷却剤を貯蔵することが可能な冷却剤貯槽、及び
前記貯蔵された冷却剤を前記処理装置反応器にポンプ輸送することが可能なポンプ
を含む、請求項１５に記載の発電装置。
【請求項１９】
前記冷却器が、
熱交換器、及び
対流によって前記熱交換器の冷却が可能なエアーブロア
を含む、請求項１５に記載の発電装置。
【請求項２０】
前記冷却器が、
第２熱交換器、及び
対流によって前記第２熱交換器の冷却が可能な第２エアーブロア
を更に含む、請求項１９に記載の発電装置。
【請求項２１】
前記冷却剤が、水、グリコール、油、及びアルコールのうちの少なくとも１つを含む、請求項１８に記載の発電装置。
【請求項２２】
前記冷却剤貯蔵装置がタンクを含む、請求項１８に記載の発電装置。
【請求項２３】
燃料、水、及び空気を予備加熱し、前記混合物を前記供給路を介して前記処理反応器に供給することが可能な酸化器、
前記酸化器に燃料を供給する燃料供給サブシステム、
前記酸化器に水を供給することが可能な水サブシステム、
前記酸化器に空気を供給することが可能な空気サブシステム
を更に含む、請求項１５に記載の発電装置。
【請求項２４】
少なくとも１つの外部使用部への接続部を更に含む、請求項１５に記載の発電装置。
【請求項２５】
前記接続部が出口及び入口を含み、それらを通じて前記冷却剤を循環させることができる、請求項２４に記載の発電装置。
【請求項２６】
前記冷却剤サブシステムが複数の温度制御ユニットを更に含み、各温度制御ユニットが、
前記冷却剤が循環される前記処理装置反応器の一部分において前記冷却剤の温度を検知する温度センサ、及び
前記部分において検知された温度に応じて動作し、前記部分を通る冷却剤の流れを絞るアクチュエータ
を含む、請求項１５に記載の発電装置。
【請求項２７】
前記燃料電池が高分子電解質燃料電池を含む、請求項１５に記載の発電装置。
【請求項２８】
燃料、水、及び空気混合物を処理装置反応器に供給する段階、
前記混合物を前記処理装置反応器で改質する段階、及び
前記供給原料混合物とは分離した冷却剤で前記処理装置反応器を冷却し、前記改質の温度を制御する段階
を含む、燃料処理装置に使用するための燃料を処理するのに使用するための方法。
【請求項２９】
前記混合物を改質する段階が、
オートサーマル反応を行う段階、
前記供給原料から硫黄を除去する段階、
前記硫黄を除去された供給原料から少なくとも１つのシフト反応を行う段階、及び
前記シフト反応を行った供給原料に選択酸化を行う段階
を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
冷却剤で前記処理反応器を冷却する段階が、水、グリコール、油、及びアルコールのうちの少なくとも１つで前記処理反応器を冷却する段階を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記処理装置反応器を前記供給原料混合物とは分離した冷却剤で冷却する段階が、前記冷却剤を前記処理装置反応器を通して循環させる段階を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記冷却剤を前記処理装置反応器を通して循環させる段階が、
前記処理装置反応器から循環される前記冷却剤から熱交換する段階、
受け入れた冷却された冷却剤を貯蔵する段階、及び
前記貯蔵された冷却剤を前記処理反応器にポンプ輸送する段階
を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記冷却剤から熱交換する段階が、対流により前記冷却剤を冷却する段階を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記冷却剤で前記処理装置反応器を冷却する段階が、
前記冷却剤が循環する前記処理装置反応器のある部分の温度を検知する段階、及び
前記検知された温度に応じて、前記処理装置反応器の前記部分を通る前記冷却剤の供給を絞る段階
を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３５】
前記冷却剤を少なくとも１つの外部使用部に循環させる段階を更に含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
キャビネット、並びに
処理装置反応器、
前記処理装置反応器への供給路、及び
前記処理装置反応器及び前記キャビネットの内部を冷却可能な冷却剤サブシステムを含む、前記キャビネット内に格納された燃料処理装置
を含む、装置。
【請求項３７】
前記処理装置反応器が少なくとも、
前記供給原料を受け入れ、そこでオートサーマル反応を行うことが可能な第１段、
前記第１段から前記供給原料を受け入れ、それから硫黄を取り除くことが可能な第２段、
前記第２段から前記供給原料を受け入れ、そこで第１シフト反応を行うことが可能な第３段、
前記第３段から前記供給原料を受け入れ、そこで第２シフト反応を行うことが可能な第４段、及び
前記第４段から前記供給原料を受け入れ、そこで受け入れた供給原料の選択酸化を行うことが可能な第５段
を含む、請求項３６に記載の燃料処理装置。
【請求項３８】
前記処理装置反応器への供給路が、燃料、空気、及び水混合物を運ぶ、請求項３６に記載の燃料処理装置。
【請求項３９】
前記冷却剤サブシステムが、前記処理装置反応器から循環されている冷却剤を受け入れ、それからの熱交換を行い前記処理装置反応器を冷却することが可能であり、かつ、熱を前記キャビネットの内部から前記キャビネットの外部に循環して前記キャビネット内部を冷却することが可能な、請求項３６に記載の装置。
【請求項４０】
前記冷却剤サブシステムが、
熱交換器、及び
対流によって前記熱交換器及び前記キャビネット内部の冷却が可能なエアーブロア
を含む、請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
前記冷却器が、
第２熱交換器、及び
対流によって前記熱交換器及び前記キャビネット内部の冷却が可能な第２エアーブロア
を更に含む、請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
前記冷却剤が、水、グリコール、油、及びアルコールのうちの少なくとも１つを含む、請求項３９に記載の装置。
【請求項４３】
前記冷却剤サブシステムが、前記処理装置反応器から循環されている冷却剤を受け入れ、それからの熱交換を行うことが可能であり、かつ、熱を前記キャビネットの内部から前記キャビネットの外部に循環させることが可能な冷却器を含む、請求項３６に記載の装置。
【請求項４４】
前記冷却剤サブシステムが、
前記冷却器から受け入れた冷却剤を貯蔵することが可能な冷却剤貯槽、及び
前記貯蔵された冷却剤を前記処理装置反応器にポンプ輸送することが可能なポンプ
を更に含む、請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
前記冷却器が、
熱交換器、及び
対流によって前記熱交換器及び前記キャビネット内部の冷却が可能なエアーブロア
を更に含む、請求項４３に記載の装置。
【請求項４６】
前記冷却器が、
第２熱交換器、及び
対流によって前記熱交換器及び前記キャビネット内部の冷却が可能な第２エアーブロア
を更に含む、請求項４３に記載の装置。
【請求項４７】
前記冷却剤貯蔵装置がタンクを含む、請求項４４に記載の装置。
【請求項４８】
前記冷却剤サブシステムが、
前記処理装置反応器から循環されている冷却剤を受け入れ、それからの熱交換を行うことが可能な冷却器、
前記冷却器から受け入れた冷却剤を貯蔵することが可能な冷却剤貯槽、及び
前記貯蔵された冷却剤を前記処理装置反応器にポンプ輸送することが可能なポンプ
を含む、請求項３６に記載の装置。
【請求項４９】
燃料、水、及び空気を加熱し、前記混合物を前記供給路を介して前記処理反応器に供給することが可能な酸化器、
前記酸化器に燃料を供給する燃料供給サブシステム、
前記酸化器に水を供給することが可能な水サブシステム、
前記酸化器に空気を供給することが可能な空気サブシステム
を更に含む、請求項３６に記載の装置。
【請求項５０】
少なくとも１つの外部使用部への接続部を更に含む、請求項３６に記載の装置。
【請求項５１】
前記接続部が出口及び入口を含み、それらを通じて前記冷却剤を循環させることができる、請求項５０に記載の装置。
【請求項５２】
前記冷却剤サブシステムが複数の温度制御ユニットを更に含み、各温度制御ユニットが、
前記冷却剤が循環される前記処理装置反応器の一部分において前記冷却剤の温度を検知する温度センサ、
前記部分において検知された温度に応じて動作し、前記部分を通る冷却剤を絞るアクチュエータ
を含む、請求項３６に記載の燃料処理装置。
【請求項５３】
キャビネット、
処理装置反応器、
前記処理装置反応器への供給路、及び
前記処理装置反応器及び前記キャビネットの内部を冷却可能な冷却剤サブシステム
を含む前記キャビネット内に格納された燃料処理装置、
前記キャビネット内に格納され、前記燃料処理装置の処理装置反応器によって生成されるリフォーメートによって作動する燃料電池
を含む、発電装置。
【請求項５４】
前記処理装置反応器が、
前記供給原料を受け入れ、そこでオートサーマル反応を行うことが可能な第１段、
前記第１段から前記供給原料を受け入れ、それから硫黄を取り除くことが可能な第２段、
前記第２段から前記供給原料を受け入れ、そこで第１シフト反応を行うことが可能な第３段、
前記第３段から前記供給原料を受け入れ、そこで第２シフト反応を行うことが可能な第４段、及び
前記第４段から前記供給原料を受け入れ、そこで受け入れた供給原料の選択酸化を行うことが可能な第５段
を少なくとも含む、請求項５３に記載の燃料処理装置。
【請求項５５】
前記処理装置反応器への供給路が、燃料、空気、及び水混合物を運ぶ、請求項５３に記載の燃料処理装置。
【請求項５６】
前記冷却剤サブシステムが、前記処理装置反応器から循環されている冷却剤を受け入れ、それからの熱交換を行い前記処理装置反応器を冷却することが可能であり、かつ、熱を前記キャビネットの内部から前記キャビネットの外部に循環させ、前記キャビネットの内部を冷却することが可能な、請求項５３に記載の発電装置。
【請求項５７】
前記冷却剤サブシステムが、
熱交換器、及び
対流によって前記熱交換器及び前記キャビネット内部の冷却が可能なエアーブロア
を含む、請求項５６に記載の発電装置。
【請求項５８】
前記冷却器が、
第２熱交換器、及び
対流によって前記熱交換器及び前記キャビネット内部の冷却が可能な第２エアーブロア
を更に含む、請求項５７に記載の発電装置。
【請求項５９】
前記冷却剤が、水、グリコール、油、及びアルコールのうちの少なくとも１つを含む、請求項５６に記載の発電装置。
【請求項６０】
前記冷却剤サブシステムが、前記処理装置反応器から循環されている冷却剤を受け入れ、それからの熱交換を行うことが可能であり、かつ、熱を前記キャビネットの内部から前記キャビネットの外部に循環させることが可能な冷却器を含む、請求項５３に記載の発電装置。
【請求項６１】
前記冷却剤サブシステムが、
前記冷却器から受け入れた冷却剤を貯蔵することが可能な冷却剤貯槽、及び
前記貯蔵された冷却剤を前記処理反応器にポンプ輸送することが可能なポンプ
を更に含む、請求項６０に記載の発電装置。
【請求項６２】
前記冷却器が、
熱交換器、及び
対流によって前記熱交換器及び前記キャビネット内部の冷却が可能なエアーブロア
を含む、請求項６０に記載の発電装置。
【請求項６３】
前記冷却器が、
第２熱交換器、及び
対流によって前記熱交換器及び前記キャビネット内部の冷却が可能な第２エアーブロア
を更に含む、請求項６０に記載の発電装置。
【請求項６４】
前記冷却剤貯蔵装置がタンクを含む、請求項６１に記載の発電装置。
【請求項６５】
前記冷却剤サブシステムが、
前記処理装置反応器から循環されている冷却剤を受け入れ、それからの熱交換を行うことが可能な冷却器、
前記冷却器から受け入れた冷却剤を貯蔵することが可能な冷却剤貯槽、及び
前記貯蔵された冷却剤を前記処理反応器にポンプ輸送することが可能なポンプ
を含む、請求項５３に記載の発電装置。
【請求項６６】
燃料、水、及び空気を予備加熱し、前記混合物を前記供給路を介して前記処理反応器に供給することが可能な酸化器、
前記酸化器に燃料を供給する燃料供給サブシステム、
前記酸化器に水を供給することが可能な水サブシステム、
前記酸化器に空気を供給することが可能な空気サブシステム
を更に含む、請求項５３に記載の発電装置。
【請求項６７】
少なくとも１つの外部使用部への接続部を更に含む、請求項５３に記載の発電装置。
【請求項６８】
前記接続部が出口及び入口を含み、それらを通じて前記冷却剤を循環させることができる、請求項６７に記載の発電装置。
【請求項６９】
前記冷却剤サブシステムが複数の温度制御ユニットを更に含み、各温度制御ユニットが、
前記冷却剤が循環される前記処理装置反応器の一部分において前記冷却剤の温度を検知する温度センサ、
前記部分において検知された温度に応じて動作し、前記部分を通る冷却剤の流れを絞るアクチュエータ
を含む、請求項５３に記載の燃料処理装置。
【請求項７０】
前記燃料電池が高分子電解質燃料電池を含む、請求項５３に記載の発電装置。
【請求項７１】
燃料処理装置の処理装置反応器を通じて冷却剤を循環させる段階、及び
対流により前記循環される流体を冷却する段階
を含み、前記対流もまた加熱された空気を前記燃料処理装置用のキャビネットの内部から外部に循環させる、燃料処理装置を冷却するための方法。
【請求項７２】
前記燃料処理反応器を通じて冷却剤を循環させる段階が、前記処理装置反応器の数か所の異なる部分を通じて冷却剤を循環させる段階を含む、請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
前記処理装置反応器を通じて冷却剤を循環させる段階が、水、グリコール、油、及びアルコールのうちの少なくとも１つを循環させる段階を含む、請求項７１に記載の方法。
【請求項７４】
前記処理装置反応器を通じて冷却剤を循環させる段階が、前記処理装置反応器への供給原料と分離して、前記処理装置反応器を通じて冷却剤を循環させる段階を含む、請求項７１に記載の方法。
【請求項７５】
前記循環流体を対流によって冷却する段階が、
前記冷却剤を熱交換器を通じて循環させる段階、及び
前記熱交換器を横切って空気を吹き付ける段階
を含む、請求項７１に記載の方法。
【請求項７６】
前記循環流体を対流によって冷却する段階が、
前記冷却剤を第２熱交換器を通じて循環させる段階、及び
前記第２熱交換器を横切って空気を吹き付ける段階
を含む、請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
前記熱交換器を横切って空気を吹き付ける段階が、加熱された空気を前記キャビネットの内部から外部に循環させる、請求項７５に記載の方法。
【請求項７８】
燃料処理装置の処理装置反応器を通じて冷却剤を循環させる段階、及び
対流により前記循環される流体を冷却する段階を含み、前記対流もまた加熱された空気を前記発電装置用のキャビネットの内部から外部に循環させる段階
を含む、発電装置を冷却するための方法。
【請求項７９】
前記燃料処理反応器を通じて冷却剤を循環させる段階が、前記処理装置反応器の数か所の異なる部分を通じて冷却剤を循環させる段階を含む、請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
前記処理装置反応器を通じて冷却剤を循環させる段階が、水、グリコール、油、及びアルコールのうちの少なくとも１つを循環させる段階を含む、請求項７８に記載の方法。
【請求項８１】
前記処理装置反応器を通じて冷却剤を循環させる段階が、前記処理装置反応器への供給原料と分離して、前記処理装置反応器を通じて冷却剤を循環させる段階を含む、請求項７８に記載の方法。
【請求項８２】
前記循環流体を対流によって冷却する段階が、
前記冷却剤を熱交換器を通じて循環させる段階、及び
前記熱交換器を横切って空気を吹き付ける段階
を含む、請求項７８に記載の方法。
【請求項８３】
前記循環流体を対流によって冷却する段階が、
前記冷却剤を第２熱交換器を通じて循環させる段階、及び
前記第２熱交換器を横切って空気を吹き付ける段階
を含む、請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
処理装置反応器、
前記処理装置反応器への供給路、
前記処理装置反応器を通じて冷却剤を循環させることが可能な冷却剤サブシステム、及び
前記燃料処理装置の少なくとも１つの外部使用部との接続部
を含む、燃料処理装置。
【請求項８５】
前記処理装置反応器が、
前記供給原料を受け入れ、そこでオートサーマル反応を行うことが可能な第１段、
前記第１段から前記供給原料を受け入れ、それから硫黄を取り除くことが可能な第２段、
前記第２段から前記供給原料を受け入れ、そこで第１シフト反応を行うことが可能な第３段、
前記第３段から前記供給原料を受け入れ、そこで第２シフト反応を行うことが可能な第４段、及び
前記第４段から前記供給原料を受け入れ、そこで受け入れた供給原料の選択酸化を行うことが可能な第５段
を少なくとも含む、請求項８４に記載の燃料処理装置。
【請求項８６】
前記処理装置反応器への供給路が、燃料、空気、及び水混合物を運ぶ、請求項８４に記載の燃料処理装置。
【請求項８７】
前記冷却剤サブシステムが、
前記処理装置反応器から循環されている冷却剤を受け入れ、それからの熱交換を行うことが可能な冷却器、
前記冷却器から受け入れた冷却剤を貯蔵することが可能な冷却剤貯槽、及び
前記貯蔵された冷却剤を前記処理反応器にポンプ輸送することが可能なポンプ
を含む、請求項８４に記載の燃料処理装置。
【請求項８８】
前記冷却器が、
熱交換器、及び
前記熱交換器の冷却が可能なエアーブロア
を含む、請求項８７に記載の燃料処理装置。
【請求項８９】
前記冷却剤が、水、グリコール、油、及びアルコールのうちの少なくとも１つを含む、請求項８７に記載の燃料処理装置。
【請求項９０】
前記冷却剤貯蔵装置がタンクを含む、請求項８７に記載の燃料処理装置。
【請求項９１】
燃料、水、及び空気を加熱し、前記混合物を前記供給路を介して前記処理反応器に供給することが可能な酸化器、
前記酸化器に燃料を供給する燃料供給サブシステム、
前記酸化器に水を供給することが可能な水サブシステム、
前記酸化器に空気を供給することが可能な空気サブシステム
を更に含む、請求項８４に記載の燃料処理装置。
【請求項９２】
前記外部使用部が、前記燃料処理装置と別の仕方では関連づけられない機械システムを含む、請求項８４に記載の燃料処理装置。
【請求項９３】
前記機械システムが空調／暖房機械システムである、請求項９２に記載の燃料処理装置。
【請求項９４】
前記接続部が出口及び入口を含み、それらを通じて前記冷却剤を外部使用部に循環させることができる、請求項８４に記載の燃料処理装置。
【請求項９５】
燃料、水、及び空気を予備加熱し、前記供給路を通じて前記処理装置反応器に導入されるプロセス供給原料流を生成することが可能な酸化器を更に含む、請求項８４に記載の燃料処理装置。
【請求項９６】
前記冷却剤サブシステムが複数の温度制御ユニットを更に含み、各温度制御ユニットが、
前記冷却剤が循環される前記処理装置反応器の一部分において前記冷却剤の温度を検知する温度センサ、及び
前記部分において検知された温度に応じて動作し、前記部分を通る冷却剤の流れを絞るアクチュエータ
を含む、請求項８４に記載の燃料処理装置。
【請求項９７】
リフォーメートを生成する処理装置反応器、
前記処理装置反応器への供給路、及び
前記処理装置反応器を通じて冷却剤を循環させることが可能な冷却剤サブシステム、及び
前記燃料処理装置の少なくとも１つの外部使用部との接続部
を含む燃料処理装置、並びに
前記燃料処理装置の前記処理装置反応器によって生成されるリフォーメートによって作動する燃料電池
を含む、発電装置。
【請求項９８】
前記処理装置反応器が、
前記供給原料を受け入れ、そこでオートサーマル反応を行うことが可能な第１段、
前記第１段から前記供給原料を受け入れ、それから硫黄を取り除くことが可能な第２段、
前記第２段から前記供給原料を受け入れ、そこで第１シフト反応を行うことが可能な第３段、
前記第３段から前記供給原料を受け入れ、そこで第２シフト反応を行うことが可能な第４段、及び
前記第４段から前記供給原料を受け入れ、そこで受け入れた供給原料の選択酸化を行うことが可能な第５段
を少なくとも含む、請求項９７に記載の発電装置。
【請求項９９】
前記処理装置反応器への供給路が、燃料、空気、及び水混合物を運ぶ、請求項９７に記載の発電装置。
【請求項１００】
前記冷却剤サブシステムが、
前記処理装置反応器から循環されている冷却剤を受け入れ、それからの熱交換を行うことが可能な冷却器、
前記冷却器から受け入れた冷却剤を貯蔵することが可能な冷却剤貯槽、及び
前記貯蔵された冷却剤を前記処理装置反応器にポンプ輸送することが可能なポンプ
を含む、請求項９７に記載の発電装置。
【請求項１０１】
前記冷却器が、
熱交換器、及び
対流によって前記熱交換器の冷却が可能なエアーブロア
を含む、請求項９７に記載の発電装置。
【請求項１０２】
前記冷却器が、
第２熱交換器、及び
対流によって前記第２熱交換器の冷却が可能な第２エアーブロア
を更に含む、請求項１０１に記載の発電装置。
【請求項１０３】
前記冷却剤が、水、グリコール、油、及びアルコールのうちの少なくとも１つを含む、請求項１００に記載の発電装置。
【請求項１０４】
前記冷却剤貯蔵装置がタンクを含む、請求項１００に記載の発電装置。
【請求項１０５】
燃料、水、及び空気を予備加熱し、前記混合物を前記供給路を介して前記処理反応器に供給することが可能な酸化器、
前記酸化器に燃料を供給する燃料供給サブシステム、
前記酸化器に水を供給することが可能な水サブシステム、
前記酸化器に空気を供給することが可能な空気サブシステム
を更に含む、請求項９７に記載の発電装置。
【請求項１０６】
前記外部使用部が、前記燃料処理装置と別の仕方では関連づけられない機械システムを含む、請求項９７に記載の発電装置。
【請求項１０７】
前記機械システムが空調／暖房機械システムである、請求項１０６に記載の発電装置。
【請求項１０８】
前記接続部が出口及び入口を含み、それらを通じて前記冷却剤を外部使用部に循環させることができる、請求項９７に記載の発電装置。
【請求項１０９】
前記冷却剤サブシステムが複数の温度制御ユニットを更に含み、各温度制御ユニットが、
前記冷却剤が循環される前記処理装置反応器の一部分において前記冷却剤の温度を検知する温度センサ、
前記部分において検知された温度に応じて動作し、前記部分を通る冷却剤の流れを絞るアクチュエータ
を含む、請求項９７に記載の発電装置。
【請求項１１０】
前記燃料電池が高分子電解質燃料電池を含む、請求項９７に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池発電装置、より詳しくは一体化した燃料電池発電装置用の冷却剤システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池技術は、化石燃料の燃焼を使用する、より従来型のエネルギー源に対する代替エネルギー源である。燃料電池は典型的には、燃料及び酸素から電力、水及び熱を発生させる。より具体的には、燃料電池は、化学的な酸化−還元反応から電気を供給し、クリーン及び効率の点から他の形態の発電に勝る重要な利点を有している。典型的には、燃料電池は燃料として水素を、酸化剤として酸素を使用する。電力発生量は、反応剤の消費率に比例する。
【０００３】
燃料電池のより広い使用を妨げる重大な不利点は、水素の広く行き渡ったインフラ基盤の不足である。水素は比較的低い体積当たりのエネルギー密度を有し、現在ほとんどの発電システムで使用される炭化水素燃料より貯蔵及び輸送が困難である。この困難を克服する１つの方法は、炭化水素を燃料電池用の供給原料として使用できる水素リッチなガス流に変換する「燃料処理装置」又は「リフォーマ」を使用することである。天然ガス、ＬＰＧ、ガソリン、及びディーゼル油などの、炭化水素ベースの燃料は、ほとんどの燃料電池用燃料として使用するために変換を必要とする。現在の技術は、いくつかの清浄化プロセスとイニシャル変換（ｉｎｉｔｉａｌ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）プロセスを組み合わせた多段プロセスを使用する。このイニシャルプロセスは、ほとんどの場合、水蒸気改質（ｓｔｅａｍ  ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）（「ＳＲ」）、オートサーマル改質（ａｕｔｏｔｈｅｒｍａｌ  ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）（「ＡＴＲ」）、触媒部分酸化（ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｐａｒｔｉａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）（「ＣＰＯＸ」）、又は無触媒部分酸化（ｎｏｎ−ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｐａｒｔｉａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）（「ＰＯＸ」）である。清浄化プロセスは通常、脱硫、高温水性ガスシフト、低温水性ガスシフト、選択的ＣＯ酸化、又は選択的ＣＯメタン生成の組み合わせを含む。代替プロセスには、水素選択的膜反応器（ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｒｅａｃｔｏｒ）及びフィルタを含む。
【０００４】
したがって、多くの種類の燃料を使用することができ、それらのいくつかは化石燃料との混成物であるが、理想的な燃料は水素である。例えば、燃料が水素である場合は、燃焼は非常にクリーンであり、実際的な問題として水のみが熱の消散及び／又は消費及び電気の消費の後に残される。最も容易に入手可能な燃料（例えば、天然ガス、プロパン及びガソリン）及びより一般的でない燃料（例えば、メタノール及びエタノール）でさえ、それらの分子構造に水素を含む。したがって、燃料電池の実施では、特定の燃料を処理して燃料電池に燃料を供給するために使用される比較的純粋な水素流を製造する「燃料処理装置」が使用されることがある。
【０００５】
固体高分子膜型燃料電池（Ｐｒｏｔｏｎ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）（ＰＥＭＦＣ）としても知られている、典型的な高分子電解質燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）（ＰＥＦＣ）用の処理装置は、一般に炭化水素改質、水性ガスシフト及び酸化反応のための反応器部分を含む。反応は高温で行われ、発熱、吸熱又は定熱変化の組み合わせである。したがって、熱管理は処理装置の適切な動作に重要である。反応供給原料の冷却は、製品を冷却しながら、すなわち処理装置内の熱を管理しながら、反応剤を予熱するために使用することができる。従来の冷却サブシステムでの１つの困難は、反応器冷却と反応器供給原料及び製品の温度の間の依存性である。別の問題は、燃料電池電力装置、すなわち燃料電池及びその燃料処理装置が、しばしばキャビネット内に格納され、それが追加の熱管理問題の原因となることである。これらの問題に対する従来の手法は、分離されたキャビネット冷却器を適用することである。しかしながら、この分離された冷却器は、全体として電力装置の電力及びコスト効率に悪影響を与える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の問題の１つ又は全てを解決する、又は少なくとも軽減させることを対象とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要
燃料処理装置に使用するための冷却剤サブシステム及びその操作のための方法が開示される。本発明の一側面によれば、この冷却剤サブシステムは、処理装置反応器への供給原料とは分離しており、処理装置反応器を通じて冷却剤を循環させることができる。本発明の第２の側面によれば、燃料処理装置の構成要素はキャビネット内に格納され、冷却剤サブシステムは、処理装置反応器とキャビネットの内部の両方を冷却することができる。
【０００８】
本発明は、添付の図面と関連させて行う以下の説明を参照することによって理解することができる。図面では、同一の参照番号は同一の要素を特定する。
【０００９】
本発明は、様々な改変又は別の形態が許容されるが、図面は本明細書において例示として詳細に説明する特定の態様を示すものである。しかしながら、本明細書での特定の態様の説明は、開示される具体的な形態に本発明を限定する意図ではなく、逆に、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨及び範囲内にある全ての改変、均等物及び代替物を包含する意図であることを理解すべきである。
【００１０】
発明の詳細な説明
本発明の実例となる態様を以下に説明する。分かり易くするために、実際の実施のすべての特徴は、この明細書では説明しない。勿論、任意のそのような実際の態様の開発においては、場合により異なるシステム関連及びビジネス関連の規制の遵守といった開発者の具体的な目標を達成するために、方法特異的に数多くの決定を行わなければならないことは理解されよう。更に、そのような開発努力は、複雑でかつ時間がかかることがあるかもしれないが、本開示の利益を有する技術分野における通常の知識を有する者にとってありふれた仕事であることは理解されるであろう。
【００１１】
図１は、本発明により構成される燃料処理装置１００を概念的に示す。燃料処理装置１００は、冷却剤サブシステム１０２、供給路１０４、水素（又は水素リッチな）ガス流１０８を生成する処理装置反応器１０６を含む。本発明の一側面によれば、冷却剤サブシステム１０２は、供給路１０４と分離しており、処理装置反応器１０６を通して冷却剤１１０を循環可能である。冷却剤１１０は、例えば、水、グリコール、油、アルコールなどの、当該技術分野で知られている任意の適切な冷却剤とすることができる。本発明の第２の態様によれば、燃料処理装置１００の構成要素は、キャビネット１１２内に格納され、冷却剤サブシステム１０２は、処理装置反応器１０６及びキャビネット１１２の内部の両方を冷却することができる。
【００１２】
図２は、図１の燃料処理装置１００の具体的一態様２００を概念的に図示する。該当する部分において、かつ一般的には、燃料処理装置２００は、冷却剤貯蔵庫又は貯槽２０２に貯えられた冷却剤１１０を、熱交換ループを含む冷却剤サブシステム１０２を通じてポンプ輸送する。図示の態様では、冷却剤１１０は水である。より具体的には、ポンプ２０４は、冷却剤１１０を、貯槽２０２から処理装置反応器１０６及び冷却器２０６を通り貯槽２０２内へ返すようにポンプ輸送する。この具体的な態様では、温度制御された冷却剤１１０は、図示の態様の処理装置反応器１０６と冷却器１１８の間で、１つ又は複数の外部使用部２０８にも供給され、そこから戻される。この「外部使用部」２０８は、燃料処理装置２００又は燃料処理装置が関連づけられ得る任意の発電装置及び別の仕方では関連づけられない機械的システムを含むことができる。例えば、燃料処理装置２００は、建物用の発電装置に動力を供給することができ、この場合、外部使用部２０８は建物用のエアコン／暖房機械システムとすることができる。
【００１３】
図示の態様の処理装置反応器１０６は、改質段２１０ａ、脱硫段２１０ｂ、変性段２１０ｃ、不活性段２１０ｄ、及び選択酸化段２１０ｅを含む数段を含む。改質段２１０ａは、オートサーマル改質器（ａｕｔｏｔｈｅｒｍａｌ  ｒｅｆｏｒｍｅｒ）（「ＡＴＲ」）であり、当該技術分野で知られた任意の適切な改質器を使用して実施することができる。別の態様も、意図される最終用途によって課される設計制限に応じて、図示のこれらに加えて、又は代わりに他の段を使用できることに注意すること。
【００１４】
図示の態様では、冷却剤サブシステム１０２は、冷却剤を段２１０ｂ〜２１０ｅに、複数の分岐管２２６ａ〜２２６ｄのそれぞれの１つを通じて、個別に循環させる。分岐管２２６ａ〜２２６ｄの各々は、温度制御ユニット２２８ａ〜２２８ｅを含む。各温度制御ユニット２２８ａ〜２２８ｅは、それぞれの段２１０ｂ〜２１０ｅにおける温度を検知する温度センサＳｉ及びアクチュエータ２３０ａ〜２３０ｄを含む。各アクチュエータ２３０ａ〜２３０ｄは、それぞれの段２１０ｂ〜２１０ｅにおいて検知された温度に対応して動作し、それぞれの分岐管２２６ａ〜２２６ｄを通る冷却剤１１０の流量を絞る。
【００１５】
図３は、図示の態様の冷却剤サブシステム１０２内の冷却器２０６の１つの具体的な手段を詳しく述べる。ここで図２及び図３の両方を参照すると、冷却剤１１０は外部の水供給部３０２（図３に示す）から引き出され貯槽２０２内に入れられ、ポンプ２０４によって循環される。ポンプ２０４は、冷却剤１１０を処理装置反応器１０６の様々な部分及びそれに関連するサブシステムに、管路２１２〜２１５上の供給部ＤＥＳ、ＳＨＩＦＴ、ＩＮＥＲＴ、及びＰＲＯＸ（図３に示す）を通じて循環する。予め処理装置反応器１０６に循環された冷却剤１１０は、管路２１８上の供給ＲＥＴＵＲＮ（図３に示す）を通じて冷却剤サブシステム１０２に戻される。冷却剤サブシステム１０２は供給部１０４と分離しており、処理装置反応器１０６を通じて冷却剤１１０を循環させることができることに注意すること。
【００１６】
処理装置反応器１０６構成部品によって冷却剤１１０に交換された熱は、冷却器２０６を通じて環境に放出される。図示の態様における冷却器２０６は、２つの熱交換器３０４及び複数のファン３０６を含む。ファン３０６は、熱交換器３０４を通じた熱交換を促進する。熱交換器３０４及びファン３０６の数は、本発明の実施に対して重要ではなく、別の態様は、例えば、１つ又は３つ熱交換器３０４及びファン３０６を使用することができることに注意すること。ファン３０６は、空気をキャビネット１１２（図１に示す）の内部からキャビネット１１２の外部に循環させることもできる。すなわち、それらは、加熱された空気を環境に循環させることによってキャビネット１１２の内部を冷却する。したがって、この冷却剤サブシステム１０２は、処理装置反応器１０６及びキャビネット１１２の内部を同時に冷却することができる。
【００１７】
図示の態様の冷却剤サブシステム１０２は、燃料処理装置２００の他の部品に、又は燃料処理装置２００の外部のシステムにさえ、加熱及び／又は冷却を提供することもできる。前に注意したように、燃料処理装置２００は、図２に示すように、外部使用部２０８に対する熱制御を行うことができる。この機能は、出口２２２及び入口２２４を含み、それらを通じて冷却剤１１０が外部使用部２０８に、及び外部使用部２０８から循環され得る接続部２２０を通じて行われる。図３に示すように、冷却剤サブシステム１０２は、管路３０８、３１０及び供給路Ｌ１、Ｌ２を通じて燃料処理装置１０２の他の部品に対する冷却を行うことができる。管路３０８、３１０が、貯槽２１１からの冷却剤１１０、すなわち冷却された冷却剤１１０を循環させることに注意すること。管路３０８、３１０を通る冷却剤１１０の流れは、全体的な意味でポンプ２０４の動作によってのみならず、精密な意味でバルブ３１２、３１４によっても制御できることにも注意すること。
【００１８】
操作すると、処理装置反応器１０６は、供給原料１０４を水素（又は水素富化された）ガス流１０８及び水などの排出副産物に改質する。図示の態様の供給路１０４は、燃料、空気及び水混合物を酸化器（図示せず）から輸送する。処理装置反応器１０６の操作からの排出水副産物（図示せず）は、冷却剤１１０として冷却剤サブシステム１０２内に戻して循環することができ、又は燃料処理装置２００から排出することもできることに注意すること。図４は、本発明の図示の態様に含まれる、プロセス段階を示す全体的なプロセスフロー図である。図４に関連する以下の説明は、「Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｆｕｅｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ａ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｒｉｃｈ  Ｇａｓ」という名称の、発明者Ｃｕｒｔｉｓ  Ｌ．  Ｋｒａｕｓｅらの名前で２００１年１２月５日に出願され、２００２年７月１８日に公開された（公開番号ＵＳ２００２／００９４３１０Ａ１）米国特許出願第１０／００６９６３号明細書から採られている。
【００１９】
当該技術分野において通常の知識を有する者なら、処理装置反応器１０６を通る反応物質の流れにある程度の進行順番（ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ  ｏｒｄｅｒ）が必要とされることは理解すべきである。燃料処理装置２００供給原料１０４は、炭化水素燃料、酸素、及び水混合物を含む。酸素は、空気、富化空気、又は実質的に純粋な酸素とすることができる。水は、液体又は蒸気として導入することができる。供給原料成分の成分パーセントは、以下に述べるように、所望の操作条件によって決まる。本発明の燃料処理装置からの排出流は、水素及び二酸化炭素を含み、かつ、いくらかの水、未変換の炭化水素、一酸化炭素、不純物（例えば、硫化水素及びアンモニア）及び不活性成分（例えば、特に空気が供給原料流の成分であった場合は、窒素及びアルゴン）を含む。
【００２０】
プロセス段階Ａは、オートサーマル改質プロセスであり、具体的な一態様では、２つの反応、部分酸化（以下の化学式Ｉ）及び任意選択的な水蒸気改質（以下の化学式ＩＩ）が行われ、供給原料流１０４を水素及び一酸化炭素を含む合成ガスに変換する。化学式Ｉ及びＩＩは、炭化水素としてメタンを想定した、例示の反応式である。
ＣＨ４＋１／２Ｏ２≧２Ｈ２＋ＣＯ    （Ｉ）
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ≧３Ｈ２＋ＣＯ      （ＩＩ）
供給原料１０４は、酸化器（図示せず）から処理装置反応器１０６によって受け入れられる。供給原料流中の酸素濃度が高くなると部分酸化に有利に働き、一方、水蒸気濃度が高くなると水蒸気改質に有利に働く。したがって、炭化水素に対する酸素、及び炭化水素に対する水の割合は、操作温度及び水素収量に影響する特徴パラメータである。
【００２１】
オートサーマル改質段階Ａの操作温度は、原料供給条件及び触媒に応じて、約５５０℃から約９００℃の範囲とすることができる。割合、温度、及び原料供給条件は全て、本発明の制御システムによって制御されるパラメータの例である。図示の態様は、蒸気改質触媒を伴い又は伴わずに、改質器段２１０ａで部分酸化触媒の触媒床を使用する。
【００２２】
プロセス段階Ｂは、プロセスＡからの合成ガス流を約２００℃から約６００℃、好ましくは約３７５℃から約４２５℃の温度に冷却し、（以下で論じる）プロセス段階Ｃ用の合成ガス流出の温度を整えるための冷却段（図示せず）で行われる冷却段階である。この冷却は、任意の適切な種類の冷却剤を使用して、設計仕様及びガス流内の熱含有量を回収／再循環する必要性に応じて、ヒートシンク、ヒートパイプ又は熱交換器で達成することができる。例えば、プロセス段階Ｂ用の冷却剤は、冷却剤サブシステム１０２の冷却剤１１０とすることができる。
【００２３】
プロセス段階Ｃは、脱硫段２１０ｂで行われ、硫化水素吸収剤として酸化亜鉛（ＺｎＯ）を使用する精製段階である。炭化水素流の主要な不純物の１つは硫黄であり、それはオートサーマル改質段階Ａで硫化水素に変換される。プロセス段階Ｃで使用される処理コア（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｃｏｒｅ）は、酸化亜鉛及び／又は硫化水素を吸収し変換することができる他の材料を含むことが好ましく、かつ支持体（例えば、モノリス、押出し物、ペレットなど）を含むことができる。脱硫は、以下の反応式ＩＩＩに従って、硫化水素を水に変換することによって行われる。
Ｈ２Ｓ＋ＺｎＯ→Ｈ２Ｏ＋ＺｎＳ      （ＩＩＩ）
この反応は、好ましくは約３００℃から約５００℃の温度で、より好ましくは約３７５℃から４２５℃の温度で行う。
【００２４】
もう一度図４を参照すると、次いで流出流は、モジュール（図示せず）内で行われる混合段階Ｄに送られ、そこで水サブシステム（図示せず）から受け入れた水が任意選択的にガス流に加えられる。水の添加は、それが蒸発するときに反応流の温度を低下させ、かつ（以下で論じる）プロセス段階Ｅの水性ガスシフト反応用に、より多量の水を供給する。水蒸気及び他の流出流成分は、効果的に混合し、及び／又は水の蒸発を助けるセラミックビーズ又は別の同様な材料などの不活性材料の処理コアを通過することによって混合される。別法として、任意の追加の水を供給原料と共に導入することができ、混合段階を別の場所に移して、（以下で論じる）ＣＯ酸化段階Ｇで酸化ガスのより良好な混合を行うことができる。この温度も、本発明の制御システムによって制御される。
【００２５】
変性段２１０ｃで行われるプロセス段階Ｅは、式ＩＶに従って一酸化炭素を二酸化炭素に変換する水性ガスシフト反応である。
Ｈ２Ｏ＋ＣＯ→Ｈ２＋ＣＯ２    （ＩＶ）
一酸化炭素の濃度は、好ましくは、燃料電池によって許容されるレベル、典型的には５０ｐｐｍ未満まで低下させるべきである。一般に、水性ガスシフト反応は、使用される触媒に応じて１５０℃から６００℃の温度で行うことができる。そのような条件の下では、ガス流中の一酸化炭素の過半はこの段階で変換される。この温度及び濃度は、本発明の制御システムによって制御される更に多くのパラメータである。
【００２６】
再度図４に戻ると、不活性段２１０ｄで行われるプロセス段階Ｆは、冷却段階である。プロセス段階Ｆはガス流の温度を低下させて、好ましくは約９０℃から約１５０℃の範囲の温度を有する流出流を生成する。空気サブシステム（図示せず）からの酸素も段階Ｆでプロセスに加えられる。この酸素は、以下で説明するプロセス段階Ｇによって消費される。
【００２７】
選択酸化段２１０ｅで行われるプロセス段階Ｇは、流出流中のほとんど全ての一酸化炭素が二酸化炭素に変換される酸化段階である。処理は、一酸化炭素酸化用の触媒の存在のもとで行われる。プロセス段階Ｇでは２つの反応が起きる。すなわち、以下のとおりの所望の一酸化炭素の酸化（化学式Ｖ）及び望ましくない水素の酸化（化学式ＶＩ）である。
ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２    （Ｖ）
Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ      （ＶＩ）
一酸化炭素の選択酸化は、低温で有利である。両方の反応が熱を生成するので、プロセス内に配設される冷却コイルなどの冷却要素を任意選択的に含むことが有利なことがある。プロセスの操作温度は、約９０℃から約１５０℃の範囲に維持されることが好ましい。プロセス段階Ｇは、燃料電池で使用するために適切なレベルである、５０ｐｐｍ未満まで一酸化炭素のレベルを低下させるのが好ましい。
【００２８】
燃料処理装置を出る流出流１０８は、二酸化炭素及び水、不活性成分（例えば、窒素、アルゴン）、残留炭化水素等、存在する可能性のある他の構成成分を含む水素リッチなガスである。製品ガスは、燃料電池用の、又は水素リッチな供給原料流が所望される他の用途についての供給原料として使用することができる。任意選択的に、製品ガスは、例えば、二酸化炭素、水又は他の構成成分を取り除くために、さらなる処理に送ることもできる。
【００２９】
上記で説明したプロセス段階Ａ〜Ｇの各々は、特定の温度範囲で起きることに注意すること。その範囲内の正確な温度は、本発明の実施には重要でない。確かに、これらの段階の性質及び順序は、所与の用途に対する供給路１０４の入力及び製品ガス流１０８に依存する、方法特異的なものである。したがって、この温度範囲内の正確な温度は、方法特異的な設計制約によって決められるであろう。
【００３０】
さて図２及び図３に戻ると、冷却剤サブシステム１０２は、プロセス段階Ａ〜Ｆ用の温度を、それらが所与の態様でどのようなものであろうとも、達成するのを助けるために使用される。段２１０ｂ〜２１０ｅの各々は、冷却剤サブシステム１０２のそれぞれの分岐管２２６ａ〜２２６ｄによって冷却される。各温度制御ユニット２２８ａ〜２２８ｄの温度センサＳｉが、それぞれの段２１０ｂ〜２１０ｅ内の温度を検知する。それぞれの段２１０ｂ〜２１０ｅ内の温度が、それぞれのプロセス段階Ａ〜Ｇのための所望の温度範囲の上限に近づく、又は超える場合は、それぞれの温度制御ユニット２２８ａ〜２２８ｄは、それぞれのアクチュエータ２３０ａ〜２３０ｄを開き、そこを流れる冷却剤１１０の流量を増加させる。それぞれの段２１０ｂ〜２１０ｅ内の温度が、それぞれのプロセス段階Ａ〜Ｇのための所望の温度範囲の下限に近づく、又は超える場合は、それぞれの温度制御ユニット２２８ａ〜２２８ｄは、それぞれのアクチュエータ２３０ａ〜２３０ｄを閉じ、そこを流れる冷却剤１１０の流量を減少させる。
【００３１】
温度制御ユニット２２８ａ〜２２８ｄが、それらのそれぞれの段２１０ｂ〜２１０ｅ内の温度を制御するとき、冷却剤１１０は冷却器２０６を通じて循環される。段２１０ｂ〜２１０ｅから交換された熱は、大気に放出される。上記で説明したように、これは熱交換器３０４を横切って空気を吹き付けるファン３０６によって行われる。熱交換器３０４を横切って空気を吹き付けることは、加熱された空気もキャビネット１１２からキャビネット１１２の外へ取り除く。したがって、キャビネット１１２の内部は、冷却剤サブシステム１０２が段２１０ａ〜２１０ｅのプロセス段階Ａ〜Ｆの温度を制御するときに冷却される。
【００３２】
この開示の利益を得た当該技術分野の当業者なら分かるように、図１の処理装置１００は、図示しない追加の構成部品を有するはずである。やはり分かるに違いないように、燃料処理装置１００は、様々な異なる状況で使用することができる。図５は、燃料電池発電装置５００を概念的に示す。ここで、処理装置反応器（「ＰＲ」）１０６は水素ガス流１０８を製造し、燃料電池５０２に燃料供給する。この発電装置５００は、「一体化された」発電装置、すなわち燃料処理装置１０２及び燃料電池５０４の操作が相互依存しているものである。燃料処理装置１０２及び燃料電池５０４は両方、キャビネット１１２内に格納される。燃料電池５０４は、固体高分子型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）としても知られている、典型的な高分子電解質燃料電池（ＰＥＦＣ）であることが好ましい。しかしながら、他の型式の燃料電池も使用することができる。本発明の全ての側面がそのような一体化発電装置に限定されるものではないことに注意すること。したがって、一体化されない発電装置に使用する態様もあり得る。
【００３３】
図５に示す態様では、燃料処理装置２００は、より具体的にはいくつかのモジュール式の物理的なサブシステムを含む。すなわち、
・燃料処理装置１００への供給燃料を燃料電池５０２用のガス１０８に改質する、酸化還元反応を行うオートサーマル改質器（「ＡＴＲ」）である処理装置反応器１０６、
・水、燃料、及び空気を予備加熱し、処理装置反応器１０６への供給原料１０４として送達される燃料混合物を作り出す、図示の態様では陽極テールガス酸化器（「ＡＴＯ」）である、酸化器５０６、
・処理装置反応器１０６へ送達する供給原料１０４内に混合するために、酸化器５０６への供給燃料（図示の態様では、天然ガス）を送達する、燃料サブシステム５０８、
・処理装置反応器１０６へ送達する供給原料１０４内に混合するために、ＡＴＯ２０６に水を送達する、水サブシステム５１０、
・処理装置反応器１０６へ送達する供給原料１０４内に混合するために、ＡＴＯ２０６に空気を送達する、空気サブシステム５１２、
・上記で説明した方法で、処理装置反応器１０６の操作の温度を制御する、冷却剤サブシステム１０２。
発電装置５００は、発電装置５００の操作を全体として制御する制御システム５１４も含む。制御システム５１４によって行われる１つの仕事は、上記で説明したように、温度制御ユニット２２８ａ〜２２８ｄを通じて処理装置反応器１０６のプロセスのための温度制御である。
【００３４】
図２に最初に示す、制御システム５１４の具体的な一手段６００を、図６Ａ及び図６Ｂに示す。いくつかの態様では、この制御システムは、各々が燃料処理装置１００の操作のいくつかの指定された面を制御することができる制御システム５１４などの、多くのコンピュータを含むコンピュータシステム上で実施することができる。しかしながら、図示の態様では、コンピュータ装置６００は、燃料処理装置１００の操作の手動制御でないすべての面を制御する。コンピュータ装置６００は、ラック取り付けであるが、すべての態様においてラック取り付けである必要はない。実際、任意の所与の手段のこの側面は、本発明の実施に重要ではない。コンピュータ装置６００は、デスクトップパソコン、ワークステーション、ノートブック又はラップトップコンピュータ、据付型のプロセッサーなどとして実施することができる。
【００３５】
図６Ａ及び図６Ｂに示すコンピュータ装置６００は、バスシステム６１５上を記憶装置６１０と通信するプロセッサー６０５を含む。この記憶装置６１０は、ハードデスク及び／又はランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）及び／又はフロッピー（登録商標）磁気ディスク６１７及び光学ディスク６２０などのリムーバブル記憶装置を含むことができる。記憶装置６１０は、上記で論じたように獲得したデータセット、オペレーティングシステム６３０、ユーザーインターフェイスソフトウエア６３５、及びアプリケーション６６５を記憶するデータ構造６２５でエンコードされている。ディスプレイ６４０と関連するユーザーインターフェイスソフトウエア６３５は、ユーザーインターフェイス６４５を実行する。ユーザーインターフェイス６４５は、キーパッド又はキーボード６５０、マウス６５５、又はジョイスティック６６０などの周辺Ｉ／Ｏ装置を含むことができる。プロセッサー６０５はオペレーティングシステム６３０の制御下で作動するが、後者は実際には当該技術分野で知られている任意のオペレーティングシステムとすることができる。アプリケーション６６５は、オペレーティングシステム６３０の実行に応じて、出力向上、リセット又は両者に際してオペレーティングシステム６３０によって呼び出される。
【００３６】
結局、本明細書の詳細な説明のいくつかの部分は、コンピュータシステム又はコンピュータ装置のメモリー内におけるデータビットに対する操作の記号による表示を含むソフトウエア実行プロセスという形で示される。これらの説明及び図は、当業者が、他の当業者に彼らの仕事の内容を最も効率的に伝えるために使用する手段である。このプロセス及び操作は、物理的な量の物理的な操作を必要とする。必ずしも必要ではないが、通常これらの量は、蓄積され、移動され、結合され、比較され、その他の仕方で操作することが可能な、電気的、磁気的、又は光学的信号の形態をとる。時には、主として共同使用という理由で、これらの信号をビット、値、要素、シンボル、文字、術語、数などとして言及することが便利であることが判明している。
【００３７】
しかしながら、これらの及び同様な術語の全ては、適切な物理量に関連付けられるべきであり、これらの量に適用される単に便利なラベルに過ぎないことを心に留めるべきである。特に提示した場合、又はそうでなくても明らかである場合でない限り、本発明の開示にわたり、これらの説明は、何らかの電子装置の記憶内の物理（電子、磁気、又は光学）量として示されるデータを、記録装置内、或いは伝送又はディスプレイの物理量として同様に示される他のデータに処理する又は変換する、電子装置の動作及び過程を指す。そのような記述を意味する術語の例として、限定するものではないが、「処理する（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」、「計算する（ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）」、「算出する（ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ）」、「決定する（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）」、「表示する（ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ）」などがある。
【００３８】
本発明のソフトウエア実行面は、典型的にはプログラム記録媒体のいくつかの形態にエンコードされ、又はいくつかの種類の伝達媒体上で実施されることにも注意すること。プログラム記録媒体は、磁気的（例えば、フロッピー（登録商標）ディスク又はハードドライブ）又は光学的（例えば、コンパクトディスク読み取り専用メモリー、又は「ＣＤ  ＲＯＭ」）とすることができ、読み出し専用又はランダムアクセスでも良い。同様に、伝達媒体もツイストペア線、同軸ケーブル、光ファイバー、又は当該技術分野で知られている他の適切な伝達媒体とすることができる。本発明は所与の実施方法のこれらの側面によって限定されるものではない。
【００３９】
図７は、最初に図５に示す燃料処理装置１００と燃料電池５０４の間の操作インターフェイスを図表的に示す。インターフェイスは、そこを通じて冷却剤１１０を冷却剤サブシステム１０２から循環することができる熱交換器７００を含むことに注意すること。この熱交換は、流れ１０８の検知された温度に対応して熱交換器７００を通る冷却剤１１０の流量を絞る温度制御ユニット７０２により制御される。温度制御ユニット７０２も、制御システム５１４によって温度制御ユニット２２８ａ〜２２８ｄと同様に制御される。したがって、熱交換器７００及び温度制御ユニット７０２は、この具体的な態様では、冷却剤サブシステム１０２の一部分である。
【００４０】
これで詳細な説明を終わる。上記で開示する具体的な態様は単に例示的なものである。というのは、本発明は本明細書の教示の利益を得た当業者に明らかな、異なった、しかし均等な方法で改変し実施することができるからである。更に、本明細書で示した構成又は設計の詳細については、以下の特許請求の範囲に記載されたもの以外、いかなる限定も意図していない。したがって、上記で開示された具体的な態様が、変更され、改変され得ることは明らかであり、そのような変形形態の全ては、本発明の範囲及び趣旨内であると考えられる。したがって、本明細書で求める保護は、以下の特許請求の範囲に記載したものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明により構成され、操作される燃料処理装置を概念的に図示したものである。
【図２】図１の燃料処理装置の具体的な一態様を図示したものである。
【図３】図２の冷却剤サブシステムの１つの具体的な実施を図示したものである。
【図４】図２に最初に示された燃料処理装置のオートサーマル改質器の改質プロセスを図表的に示したものである。
【図５】図１の燃料処理装置によって製造される水素ガス流によって燃料供給される、一体型燃料電池発電装置の概念的に図示したものである。
【図６Ａ】本発明の具体的な一態様の実施に使用できる、コンピュータ装置を概念的に図示したものである。
【図６Ｂ】本発明の具体的な一態様の実施に使用できる、コンピュータ装置を概念的に図示したものである。
【図７】図５の発電装置の燃料処理装置と燃料電池の間の操作インターフェイスを概念的に図示したものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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