(57)【要約】モジュラー燃料改質器は空洞を備えた燃料改質器組立体と；少なくとも1つの燃料改質器モジュールを備え、空洞内で少なくとも1つのモジュールを包囲するように燃料改質器組立体に接続する着脱可能なキャリヤと；キャリヤ及び燃料改質器組立体を流体密な関係で固定するように係合でき、燃料改質器組立体からのキャリヤの取り外しを許容するように容易に係合解除できるコネクタと；を有する。キャリヤを燃料改質器組立体に着脱自在に固定するために、ボルト穴を備えたフランジ、クランプ、ラッチ、保持バネ、ネジ付き接続部、ナット及びスタッド、ピン、差込み式係合部、保持リング、チャック又はコレット、クリンプされた使い捨てコネクタ又はこれらの任意の組み合わせのような任意の適当なコネクタを使用することができる。少なくとも１つの燃料改質器モジュールは好ましくは燃料改質触媒、水ガスシフト触媒、一酸化炭素又は他の汚染物を除去するための触媒又は接触バーナー触媒のような触媒を収容する触媒モジュールを有する。燃料改質器の有用性は、交換又は修理のために改質器から触媒を容易に取り外しできるように改質器を設計することにより、改善される。
2006523606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュラー燃料改質器において、
空洞を備えた燃料改質器組立体と；
少なくとも1つの燃料改質器モジュールを備え、上記空洞内で上記少なくとも1つのモジュールを包囲するように上記燃料改質器組立体に接続する着脱可能なキャリヤと；
上記キャリヤ及び上記燃料改質器組立体を流体密な関係で固定するように係合でき、当該燃料改質器組立体からの当該キャリヤの取り外しを許容するように容易に係合解除できるコネクタと；
を有することを特徴とするモジュラー燃料改質器。
【請求項２】
上記少なくとも1つのモジュールが触媒を有することを特徴とする請求項１に記載のモジュラー燃料改質器。
【請求項３】
上記触媒が燃料改質触媒、水ガスシフト触媒、一酸化炭素又は他の汚染物を除去する触媒及び接触バーナー触媒のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項２に記載のモジュラー燃料改質器。
【請求項４】
上記着脱可能なキャリヤが上記燃料改質器組立体からの当該キャリヤの取り外しを容易にするために上記空洞の外部へ延びる部分を有することを特徴とする請求項１に記載のモジュラー燃料改質器。
【請求項５】
上記キャリヤ及び上記空洞がほぼ円筒の形状をしており、当該キャリヤが当該空洞内に同軸に嵌合することを特徴とする請求項１に記載のモジュラー燃料改質器。
【請求項６】
上記キャリヤが同キャリヤを上記燃料改質器組立体に接続するために同燃料改質器組立体の表面に接触するフランジを有することを特徴とする請求項１に記載のモジュラー燃料改質器。
【請求項７】
上記フランジと上記燃料改質器組立体の表面との間に位置するガスケットを更に有することを特徴とする請求項６に記載のモジュラー組立体。
【請求項８】
上記コネクタがボルト穴を備えたフランジ、クランプ、ラッチ、保持バネ、ネジ付き接続部、ナット及びスタッド、ピン、差込み式（バヨネット式）係合部、保持リング、チャック又はコレット及びクリンプされた使い捨てコネクタのうちの少なくとも１つを有することを特徴とする請求項１に記載のモジュラー組立体。
【請求項９】
上記燃料改質器の空洞の内部が触媒を有することを特徴とする請求項２に記載のモジュラー組立体。
【請求項１０】
上記モジュールの触媒が低温水ガスシフト反応を容易にするようになっており、上記燃料改質器の空洞の内部の触媒が優先的な酸化反応を遂行するようになっていることを特徴とする請求項９に記載のモジュラー組立体。
【請求項１１】
操作を必要とする１又はそれ以上の機能的なモジュールを備えた燃料改質器の操作性を改善する方法において、
キャリヤ内に少なくとも1つのモジュールを配置する工程と；
上記キャリヤを上記改質器の残りの部分に接続する接続手段であって、当該キャリヤと当該改質器との間の接続の実行及び接続の解除を可逆の態様で許容するように選択された1又はそれ以上の接続手段を提供する工程と；
を有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
モジュールが触媒を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
触媒がペレット形状をしていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
上記触媒がモノリシック基体上で支持されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
上記キャリヤが同キャリヤの一端において上記接続手段の少なくとも一部を有する着脱可能な部片であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
上記キャリヤが上記改質器と同心であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
上記キャリヤが2つ以上の区分を有する改質器の少なくとも１つの区分と同心であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
上記キャリヤが無触媒燃焼、蒸気発生、熱交換、不純物吸収、混合、流体分配及び断熱のうちから選択された機能を備えた1又はそれ以上のモジュールを有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
上記キャリヤと上記改質器の上記残りの部分との間の上記接続手段がボルト穴を備えたフランジ、クランプ、ラッチのセット、保持バネのセット、ネジ付き接続部、ナット及びセットとなったスタッド、ピン、差込み式（バヨネット式）係合部、保持リング、チャック又はコレット、当該キャリヤの取り外しを許容するためにクリンプ解除又は切断できるクリンプされたコネクタを提供する使い捨て部片、及び、これらの組み合わせのうちの少なくとも１つを有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
上記モジュールが可逆手段により上記キャリヤに固定されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
上記触媒モジュールが不可逆手段により上記キャリヤに固定されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２２】
上記キャリヤが触媒モジュールであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２３】
上記キャリヤが2つの半部分を有し、少なくとも1つのモジュールが第1の半部分の周辺に置かれ、第2の半部分が上記第1の半部分に結合されて、上記モジュールを適所に保持するように同モジュールを圧縮することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２４】
モジュールが改質触媒、水ガスシフト触媒、一酸化炭素除去触媒、接触バーナー触媒及び汚染物除去触媒のうちから選択された触媒を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２５】
キャリヤ内に装着された少なくとも1つの機能的なモジュールを有することを特徴とする燃料改質器において、
上記キャリヤが、可逆接続手段の接続解除により上記改質器から取り外すことができるように、配置されることを特徴とする改質器。
【請求項２６】
上記キャリヤと上記改質器との間の上記接続手段がボルト穴を備えたフランジ、クランプ、ラッチのセット、保持バネのセット、ネジ付き接続部、ナット及びセットとなったスタッド、ピン、差込み式（バヨネット式）係合部、保持リング、チャック又はコレット、当該キャリヤの取り外しを許容するためにクリンプ解除又は切断できるクリンプされたコネクタを提供する使い捨て部片、及び、これらの組み合わせのうちの少なくとも１つを有することを特徴とする請求項２５に記載の改質器。
【請求項２７】
モジュールが改質触媒、水ガスシフト触媒、一酸化炭素除去触媒、接触バーナー触媒及び汚染物除去触媒のうちから選択された触媒を含むことを特徴とする請求項２５に記載の改質器。
【請求項２８】
モジュールが無触媒燃焼、蒸気発生、熱交換、不純物吸収、混合、流体分配及び断熱のうちから選択された機能を有することを特徴とする請求項２５に記載の改質器。
【請求項２９】
上記触媒がモノリシック基体上で支持されるか又はペレットの形をしていることを特徴とする請求項２７に記載の改質器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は２００３年４月１５日に出願された米国仮出願番号第６０／４６３，１２７号の利益を主張し、その全教示を参照としてここに組み込む。
【背景技術】
【０００２】
種々の状況における燃料電池の使用に大いに関心がある。燃料電池は電気を発生させるために水素を酸素と反応させる。水素分配インフラ即ち設備が無いときは、多くの場合、燃料電池に使用するために水素をその場で製造する必要がある。これは、自動車のような移動用途及び遠隔場所での熱電併給又は電気供給のような小さな分散用途において特に重要である。水素は水蒸気改質処理により石油生成物、アルコール、石炭等のような普通の燃料から製造される。
【０００３】
水蒸気改質反応は周知である。この反応においては、典型的には炭化水素又はアルコールである気体の形をした燃料は、普通は触媒の存在下で、高い温度で水蒸気と混合される。燃料及び水は水素及び一酸化炭素に変換される。水蒸気改質反応は（熱を吸収する）吸熱的なものであり、そのため、熱は反応を駆り立てるために装置へ供給しなければならない。これは、触媒ベッドの外部のバーナーから熱を供給することにより、又は、空気又は酸素を付加した後にベッド内で燃料の一部を燃やすことにより、行うことができる。反応温度は典型的には約７００ないし８００℃の範囲内にある。
【０００４】
次の反応においては、ＣＯ（一酸化炭素）は触媒の存在の下でＣＯ２（二酸化炭素）及び追加のＨ２ （水素ガス）を形成するように追加のＨ２Ｏ（水）と反応させられる。これは、「水ガスシフト」反応と呼ばれる。一般に改質物と呼ばれる、出来上がった水素含有ガスは種々の目的のために使用されるが、特に、燃料電池を使用する電気の発生に使用される。多くの場合、吸収及び触媒作用による触媒ＣＯ除去及び硫黄やアンモニアのような他の汚染物質の除去の付加的な段階は改質物における水素を使用する燃料電池内での触媒の汚染を回避するために必要とされる。
【特許文献１】ＷＯ０３／１０６９４６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
改質に使用する触媒は典型的には改質器組立体内の他の主要な成分よりも短い使用寿命を有する。それ故、改質器又は燃料電池電力装置の使用寿命内で改質触媒を取り替える必要があることがある。それ故、触媒は容易に交換できるようにすることが重要である。好ましくは、点検修理専門家により及び触媒材料と専門家との最小の物理的な接触で、触媒の除去を可能にすべきである。また、触媒リサイクル工場への除去した触媒の搬送を容易にするような態様で、触媒を梱包するのが望ましい。これは、改質器が典型的には改質器から熱及び有害ガスの逃避を阻止するために溶接した構造となっているような現在の慣行からの変更を必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、特に自動車の用途に使用したときに、燃料改質器の操作性を改善する方法及び装置を述べる。１又はそれ以上のモジュールを担持するキャリヤが設けられる。全体として、キャリヤはユニットとして改質器から取り外すことができる。キャリヤは可逆の接続により改質器組立体に接続される。典型的には及び好ましくは、キャリヤは細長いチューブから作られる。キャリヤチューブのための適当な形状の例は卵形、円筒又は丸い縁部を備えた矩形体であり；円筒が好ましい。キャリヤの可逆の取り外しを許容するボルト、クランプ又は他の接続手段のような装置を使用して、キャリヤを改質器の残りの部分に固定する。キャリヤは好ましくは二次元方向で改質器組立体の残りの部分内に収容され、この部分により取り囲まれるが、第３次元方向では、取り出しのために接近可能となるように配置される。熱の保持、及び、係合及び係合解除の容易性にとっては、改質器の中心での組立体の位置決めが好ましい。着脱可能なキャリヤのモジュール又はキャリヤ自体は、改質又は改質物純化に使用する種々の触媒、及び、熱交換剤、断熱剤、吸収剤、混合剤、分配剤、蒸気発生剤又は燃焼剤を含むことのできる他の成分、及び、キャリヤ上に都合よく配置できる他の成分のうちの任意のものを担持することができる。キャリヤはまた、例えば空気、水又は燃料の入口及び改質物の入口又は出口のような装置の他の部分への接続のためのコネクタを担持する。
【０００７】
１つの態様においては、本発明のモジュラー燃料改質器は空洞を備えた燃料改質器組立体と；少なくとも１つの燃料改質器モジュールを有し、空洞内で少なくとも１つのモジュールを取り囲むように燃料改質器組立体に接続する着脱可能なキャリヤと；流体密の関係でキャリヤ及び燃料改質器組立体を固定するように係合でき、燃料改質器組立体からのキャリヤの取り外しを許容するように容易に係合解除できるコネクタとを有する。キャリヤを燃料改質器組立体に着脱自在に固定するため、ボルト穴を備えたフランジ、クランプ、ラッチ、保持バネ、ネジ付き接続部、ナット及びスタッド、ピン、差込み式（バヨネット式）係合部、保持リング、チャック又はコレット、クリンプされた使い捨てコネクタ又はこれらの任意の組み合わせのような任意の適当なコネクタを使用することができる。少なくとも１つのモジュールは好ましくは、燃料改質触媒、水ガスシフト触媒、一酸化炭素又は他の汚染物を除去するための触媒、又は、接触バーナー触媒のような触媒を収容する触媒モジュールを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の前述の及び他の目的、特徴及び利点は、異なる図面にわたって同様の符号が同じ部品を示す添付図面に示すような、本発明の好ましい実施の形態の以下の一層特定の説明から明らかとなろう。図面は実寸とは限らず、本発明の原理を示す上で強調することがある。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態の説明は次の通りである。
本発明を説明するに当って、用語「キャリヤ」は可逆容易な手段により改質器の残りの部分（又は簡略的には「改質器」）に接続された改質器の素子を言うために使用する。最も簡単な実施の形態においては、キャリヤはそれ自体、モノリシック触媒又はペレット状の触媒の収容ベッドとすることができるか又は本質的にこれを有することができる。一層一般的には、キャリヤは、数個の「モジュール」、即ち、しばしば触媒モジュール、或いは、熱交換又はガス純化又は上述のような他のもののような他の機能を備えたモジュールである機能的なユニットを有することができる。触媒「モジュール」は典型的には触媒の容器又はモノリシック触媒の１又はそれ以上のセグメントである。「モノリシック」触媒は、モノリシックとしての触媒即ち一部品形状、例えば限定的ではないが、セラミック及び（又は）金属造形物、フォーム又はハニカム構造、一緒に結合されたセラミック及び（又は）金属繊維で作った構造内に含漬されるか及び（又は）これらの上に被覆された触媒又は熱交換器のような構造的な素子上に被覆された触媒である。
【００１０】
図１、２は本発明の実施の形態を概略的に示す。着脱可能なキャリヤを以下に一層詳細に説明し、一方、改質器の残りは極めて簡単に示す。本発明の１つの実施の形態に係る燃料改質器組立体１０は壁１１と、内部空洞１２と、ボルト穴１４とを有する。改質器は典型的には本発明の原理には関係しない有意義で付加的な素子及び特徴を有することを理解されたい。ガスケット１６は改質器区分１０と触媒キャリヤ２０との間に示してある。
【００１１】
この実施の形態においては、キャリヤ２０は金属シリンダである。２つの円筒状の触媒区分２２、２６はキャリヤ内に包まれる。図示のように、触媒区分は、例えば改質器区分２２と高温水ガスシフトユニット２６との間で使用されることのあるようなクーラー２４により分離される。シリンダの一端は開いており、空間２１はシリンダ２０の開いた端部と第１の触媒区分２２との間に設けることができる。第１の触媒２２とクーラー２４との間の空間２３、クーラーと第２の触媒２６との間の空間２５、及び、第２の触媒とフランジ支持端キャップ２８により部分的に閉じられるキャリヤチューブ２０の他端との間の空間２７を含む他の空間を混合のために設けることができる。キャップは中央の開口３４を有し、この開口を通ってクーラーコネクタが延び、外側のフランジ部分はキャリヤを改質器の残りの部分にボルト止めするための穴３０を有する。ボルトの代わりに、クランプ又は任意の他の可逆接続手段を使用することができる。
【００１２】
触媒機能又は他の機能のモジュールは任意の便利な手段によりキャリヤ内で固定することができる。この実施の形態においては、固定は、繊維性のセラミックマット３６（図２に明示）内にモジュラー区分を包み、モジュールとキャリヤ壁との間でこれを圧縮することにより、達成される。モジュール区分及びクーラーの位置を維持するためにスペーサリング（図示せず）を使用することができる。図示しない別の実施の形態においては、モジュールを固定するために絞圧バンド様構成を使用することができる。絞圧バンド様構成では、キャリヤシェルの半部分内に１又はそれ以上のモジュールを配置し、次に、第２のシェル半部分を押しモジュールを僅かに圧縮し第２のシェル半部分を適所に固定する。例えば、固定は、キャリヤの第２のシェル半部分を第１のシェル半部分に溶接することにより行うことができ、または、固定はクランプにより行うことができる。開いた端部は触媒への容易な接近を提供するようにキャリヤの一端に設けることができる。一般に、モジュールをキャリヤに接続するために任意の適当な手段を使用することができる。モジュールとキャリヤとの間の接続は容易に可逆のものであっても、そうでなくてもよい。そのため、ユニットはまたキャリヤシェル２０の内部で適所に溶接することができ又はファスナーでキャリヤ２０に締結することができる。
【００１３】
また、モジュールからキャリヤを組立てることができる。この実施の形態では、モジュールは、ユニットとして改質器から取り外すことのできる、キャリヤ機能を果たす単一の組立体を形成するように一緒に締結される。モジュールは可逆的又は不可逆的に接続することができる。例えば、これに限定されないが、キャリヤはネジ、クランプ、溶接又はスエージングによってモジュールを接続することにより形成することができる。
【００１４】
触媒を収容するこれらの組立体のうちの任意のものにおいては、有効表面積及び触媒能力を増大させるためにしばしば液コート又は他の中間層により触媒で被覆された例えば押出し形状又は金属ハニカム又はフォーム又は他の形状の基体のようなモノリシック装置として触媒を提供すると便利なことがある。このようなモノリシック体は、一般にコストが増大するが、移動用途にとって特に好ましい。触媒はまた普通のペレット状の触媒とすることができる。このような場合、典型的には、触媒はスクリーン又は他の多孔性構造体によりその端部で閉じられた個々の細長いチューブ内に詰め込まれる。代わりに、特にキャリヤが使用時に直立している場合、触媒はキャリヤ又はキャリヤの区分内へ単に注入されて、スクリーンにより保持することができる。
【００１５】
図２は一緒に組立てられたときの図１の素子を示し、可能な作動のいくつかを示す。空洞１２内へキャリヤ２０を挿入すると、空洞１２の大半が占領され、環状の通路３８及び混合区域１８が残る。キャリヤ内に触媒区分を可逆的に配置するために述べる「ブランケット」３６は、図２では、圧縮されたガスケット１６と同様、よく見えるようになっている。穴３０はボルト受け入れ穴１４に並置して示されており；ボルトは図示しない。
【００１６】
組立てた装置を通るガス流の経路の例は波線矢印で示す。図２の左側において、コネクタ３２に対して出（４２）入り（４０）する冷却剤の流れを示す。代わりに、流れはこの地点で一方向、例えば水又は低温水蒸気のような冷却剤が流れているガス流内に射出される場合は内方向、のみとすることができる。
【００１７】
拡大図示部Ｄでは、２つの波線矢印を示す。通路３８を通る燃料及び上記の流れ６０並びに改質器を出る流れ７６を示す。流れ６０の源は示さない；この流れは典型的には改質器組立体１２内のどこかよその位置から発生し、改質器の壁１１を通過する。流れ６０は典型的にはシェル２０（触媒容器の壁）を介しての改質触媒２２及びＨＴＳ触媒２６のような高温触媒素子との熱交換により暖められる。
【００１８】
拡大図示部Ｃに示すように、シェル２０の端部に達したとき、流れ６０はシェル２０と改質器の壁の内表面４６との間の間隙４４を通過する。流れは次いで混合区域１８へ入り、次いで、高温改質区域とすることのできる第１の触媒ユニット２２へ入る。１つの実施の形態においては、触媒２２は自己発熱改質触媒とすることができ、空気の流れ（図示せず）は、燃料の一部が吸熱改質反応に必要な熱を提供するために触媒ユニット２２内で酸化できるように、混合区域１８内へ導入される。空気は例えば水蒸気／燃料流れ６０と一緒に導入することができる。ここでシフトされていない改質物及び二酸化炭素に変換された流れ６０は次いで、この実施の形態では典型的にはクーラーであり随意には蒸気発生器であるユニット２４を通って流れ、次いで、この実施の形態では典型的にはＨＴＳ水ガスシフト触媒ユニットである第２の触媒ベッド２６を通って流れる。シフトされた改質物７６は開口３４を通って触媒モジュールを去る。完全に詳細化された反応炉のデザインにおいては、開口３４に連通する収集装置はシフトされた改質物を付加的な触媒を通して最終的に燃料電池内へ導く。クランプされたガスケット又は圧力コネクタのような可逆的な接続部が改質物通路３４及び流体入口３２を装置の他の素子に接続する。
【００１９】
この実施の形態の別の特徴を図２に示す。キャリヤ２０と改質器の壁端部４６との間の間隙４４は温度変化時にキャリヤ２０又は改質器の壁の長さの変化に順応するのに十分な大きさに容易にできる。特に、ここで述べた実施の形態のような最も熱い区域が改質器の中心にあるような実施の形態においては、キャリヤ２０は改質器の他のの部分よりも大きく膨張する傾向を有する。図示の構成はベローズ又は同様の装置のように膨張ジョイントを必要とせずにキャリヤの予期される異なる膨張を許容する。
【００２０】
図３、４は本発明の別の実施の形態を示す。この実施の形態においては、改質器組立体１１０は円筒状の壁１１１と、一端におけるフランジ１１３と、他端における端板１１４とを有する。端板１１４は中央の穴１１５と、複数のボルト穴１１６と、金属取り付け部１１７とを有する。改質器を閉じるために、別の端板１１８をフランジ１１３に接続できる。キャリヤ１２０は金属シリンダ１２１と、シリンダ１２１の一端におけるフランジ１２４とを有し、フランジは中央の穴１２２と、フランジ上の多数のボルト１２３とを有する。図４は組立てられて状態での改質器とキャリヤと触媒との間の空間関係を示す。キャリヤシリンダ１２１の直径は改質器シリンダ１１１よりも小さい。キャリヤシリンダ１２１は改質器シリンダ１１１よりも長さが短い。キャリヤ上のボルト１２３が改質器の端板１１４のボルト穴１１６に適合するように設計される。ボルト１２３がボルト穴１１６に締結されたとき、キャリヤの中央の穴１２２は改質器の中央の穴１１５に整合する。キャリヤシリンダ１２１と改質器の壁１１１との間の空洞には触媒１３１が位置する。キャリヤ１２０の内部には触媒１３２が位置する。両方の触媒１３１、１３２は基体上に付着した触媒又は触媒ペレットとすることができる。端板１１８がフランジ１１３に接続されたとき、空隙空間１２４内の流体通路が端板１１８の内側空洞と、キャリヤ１２０と改質器の触媒１３１との間の空間との間に形成される。別の空隙空間１２５がまた図４に示すように組立てられた改質器の他端において形成される。装置の残りの部分に対する改質器の関係は示さない。ただし、組立体は上流側のガス源と流体連通している。ガス流の方向は図４に波線矢印で示す。ガスストリーム１４０は中央の穴１１５、１２２を通ってキャリヤへ入り、触媒１３２に接触して、反応を起こす。反応後、ガスストリーム１４１はキャリヤシリンダ１２１と端板１１８との間のギャップ１２４を通って流れ、触媒１３１に接触して、更なる反応を起こす。出来上がったガスストリーム１４２は次いで空間１２５へ入り、続いて、出口１１７を通して改質器から出る。
【００２１】
図３、４に示す実施の形態は燃料改質器の「浄化」反応にとって特に有利である。例えば、内側シリンダ１２１内の触媒ベッド１３２は水ガスシフト反応の低温部分を遂行することができ、触媒ベッド１３１は改質物ストリーム内の一酸化炭素レベルを更に減少させるために優先的な酸化（ＰｒＯｘ）を遂行することができる。この形状（即ち中空コアを備えたもの）のＰｒＯｘ反応炉のためのある可能なデザインは本出願人に係る前出のＷＯ０３／１０６９４６号明細書に示されており、その全教示を参照のためにここに組み込む。
触媒の交換
図１、２の実施の形態においては、主要な触媒区分を取り外すには、取り付けられた供給ラインの接続を解除し、改質器１０にキャップ／フランジ２８を保持しているボルトを取り外し、キャリヤを引き出す必要がある。欠陥のあるモジュール又は全体のキャリヤを交換することができる。必要なら、古いガスケット取り外し、新たなガスケットを適所に配置し、（新たな又は修理した）キャリヤを挿入し、改質器にボルト止めする。この実施の形態においては、改質物出口３４及び流体入口３２のためのコネクタ以外、他のコネクタを破壊又は再構成する必要はなく、装置内には重大な取り除きを要するものは存在しない。ある実施の形態においては、随意には断熱体を担持し、外部の汚染物質から接続区域をシールドし及び（又は）改質器の熱から又は高温の可能性としては有害ガスのいかなる偶発的な漏洩からも他の素子を保護する着脱可能なカバーを設けることができる。キャリヤを改質器組立体から取り外した後、使用済みの触媒は、搬送容器内に置かれ、シールされ、リサイクル特に貴重な金属の回収のために返却される。代わりに、特に欠陥のあるモジュールをキャリヤから取り外して交換することができ、それに続いて、キャリヤを改質器に再接続することができる。同様の交換処理は図３、４の実施の形態において使用することができる。
【００２２】
本発明のモジュラー燃料改質器の１つの利点は、触媒材料に物理的に触れるか又はこれを物理的に取り扱うことなく、全体のキャリヤ又はモジュールを取り外し、交換することにより、専門家が燃料改質器内で触媒を容易に取り外し、交換できることである。
コネクタ
一組のボルトによる改質器組立体へのキャリヤの接続を例にして接続方法を説明した。しかし、この接続方法は限定的なものではなく、十分に流体密で漏洩の無い接続を生じさせる任意の接続方法も適する。ガス又は他の流体を漏洩させないほかに、接続手段の他の重要な特徴は、長期にわたる作業後に接続を容易に解除できることである。高温モジュール又はキャリヤを長期にわたって使用すると、ある腐食及び、もしかして、ある量の歪み及び（又は）ごみの蓄積を生じさせ勝ちである。好ましい接続方法はこのような出来事の後にもキャリヤの容易な取り外しを許容する。
【００２３】
数百の形式のコネクタを機械部品等の標準のカタログ内で見かけることができ、これらのうちの任意のコネクタは潜在的にキャリヤと改質器との間の接続を行う適当な手段となることができる。他の方法は、これに限定されないが、テーパークランプ又はバンドクランプのようなクランプ（随意には、改質器又はキャリヤの特徴にクランプを適合させるためにインサートを具備する）；１又はそれ以上のラッチ；１又はそれ以上のバネ；ネジ付き接続部；ナット及び一組のスタッド；コッタピンを含むピン；差込み式の係合部；内スナップ式保持リング；外スナップ式保持リング；チャック又はコレット；及びこれらの組み合わせを含む。
【００２４】
触媒又は他の機能的な燃料改質器モジュールの容易な交換ということについて同じ機能を得るために半可逆式の接続部も使用することができる。これらの半可逆手段の中には、例えば解放のためにこじ開けねばならない瓶キャップにおいて見られるような可逆クリンプ及び再接続のために使用される新たなもの；及び、素子を解放するために切断しなければならないある形式の外スナップ式の又はクリンプされたリテーナ（例えば、ドラムの閉鎖に時おり使用されるような、クリンプ締めされ、後に切断されるクランプ）がある。半可逆式の接続部は作業環境内での操作が容易であり、スチールバンドのような安価で容易に交換できる素子のみを破壊するだけでよい。
【００２５】
保持手段の選択は改質器の内部に存在する圧力によりある程度支配される。加圧されていない改質器においては、種々の可能な閉鎖手段があり；数気圧に加圧された改質器においても、やはりある程度の種類がある。高加圧された改質器においては、月単位に渡るような作動期間のための可逆シール手段の適用は、多分、装置内の他のジョイントのように、圧力を維持するために一層注意深い処理を必要とする。
他の実施の形態
改質器においては、水蒸気改質反応、自己発熱改質反応及び（又は）部分酸化反応のための触媒とすることのできる主要な改質触媒に加えて、典型的には、少なくとも２つの段階の触媒による水ガスシフト（高温及び低温）が存在し、多くの場合、一酸化炭素除去の最終段階のための１又はそれ以上の選択的な触媒がある。更に、しばしば、「廃棄」ガスのためのバーナーがあり、蒸気改質に対しては、典型的には、時には廃棄ガスバーナーとは異なる、改質触媒ユニットへ熱を供給するための外因性バーナーがあり；このようなバーナーも触媒性とすることができる。
【００２６】
上述の実施の形態で示したように、着脱可能な触媒キャリヤを改質器の中央位置で使用することが特に便利である。また、典型的には、熱損失を最少にするために、改質器内又はその近傍で最高温度反応を生じさせるのが望ましい。それ故、ここで述べた形状が好ましいが、改質モジュールを「容易に開く」端部側としシフト触媒をより内側として、キャリヤを上述したものとは逆になるように形状づけてはいけない特別な理由はない。いずれにしても、改質器に関連する触媒バーナーは、改質触媒ユニットに整合して或いはこれを部分的又は全体的に取り囲んで、同じモジュール内に配置することができる。形状ファクター（即ち直径に対する長さの比）に応じて、低温シフト触媒及び更には一酸化炭素除去触媒のような付加的な触媒ユニットを同じキャリヤ内に配置することもできる。代わりに、キャリヤは１つのみのモジュールを担持することができ、この場合、モジュールはキャリヤ即ち可逆接続部を形成するためのコネクタを担持するものとして製造することもできる。
【００２７】
更に、触媒は個別のキャリヤ内に配置することができる。例えば、第２のキャリヤは、第１のキャリヤを取り囲むか又はその中心で、第１のキャリヤと同心とすることができ、また、同様のデザイン原理により容易に着脱できるようにすることができる。例えば、このようなキャリヤは低温水ガスシフト触媒又は優先的な酸化ＣＯ除去触媒のような低温モジュールを担持することができる。代わりに、他の触媒を改質器の別の区分内に位置させることができ、多分、改質器の第１の区分と共通に収容することができる。触媒又は他のモジュールは同様に別の改質器区分においてキャリヤ内に配置することができる。
【００２８】
更に、「触媒モジュール」としてここで述べた構造体は、また、さらにあるいは代わりに、触媒バーナー又は不純物除去触媒ユニットを有することができる。そして、上述のように、キャリヤ内のモジュールは、例えば、無触媒燃焼、蒸気発生、熱交換、不純物吸収、混合、流体分配又は断熱のような無触媒機能を実行することができる。
【００２９】
モジュールキャリヤの重要な利点は、その周辺への改質器の必要な接続から触媒又は他のモジュールを分離し、それによって、改質器への触媒キャリヤの接続を簡単化することである。全体として、改質器は、１つの位置又は別の位置で、燃料、空気及び水の源への及びセンサや制御素子への及びポンプやブロワ等のような他の装置の素子への接続部を提供しなければならない。燃料改質器の低い耐久性の素子を容易に交換できるようにするためには注意深い装置の設計が必須であり、容易に着脱できるキャリヤ内での触媒素子の配置は容易に点検修理される改質器を構成する重要な態様である。
【００３０】
その好ましい実施の形態に関して本発明を特に示し、説明したが、当業者なら、特許請求の範囲に包含された本発明の範囲から逸脱することなく、形状及び詳部における種々の変更を行うことができることを理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】改質器からキャリヤを取り外した状態での、本発明の改質器の１つの実施の形態の斜視図及び断面を示す図である。
【図２】図１のものが組立てられた改質器の断面を示すが、装置の作動を示すためにある部分を拡大して示す図である。
【図３】改質器からキャリヤを取り外した状態での、本発明の改質器の第２の実施の形態の分解部品図である。
【図４】組立てた状態での、図３の改質器の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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