JP2003536208A - 燃料電池電力設備用の改質油燃料処理装置 - Google Patents

燃料電池電力設備用の改質油燃料処理装置

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ボンビル，レオナルド，ジェイ．，ジュニア
シポリニ，ネド，イー．
ガロウ，ジェイ
レシアー，ロジャー，アール．
シドロウスキー，ドナルド，エフ．
バンス，ゼブロン，ディー．
フィーラー，ダグラス，ジェイ．
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ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、燃料電池電力設備のための改質油燃料処理装置（１０）であって、処理酸化剤と還元性流体反応物の流れから電気を発生させる、少なくとも１つの燃料電池（１２）と；水蒸気供給源（４２）、改質器（４８）を含み、炭化水素燃料から燃料電池（１２）のための水素が富化された改質油燃料を生成する、燃料処理構成要素と；改質油燃料が燃料電池のアノード電極（３２）に水素を供給するのに適したものとなるように改質油燃料を処理するアンモニア除去装置と、を備える。アンモニア除去装置は、使い捨てアンモニアスクラバー（８６）、一方が冷水床で他方が温水床である一対のアンモニア洗浄水床、一対の第１および第２アンモニアスクラバー、単一の再生可能なアンモニアスクラバーなどとすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、輸送装置や移動式の電力設備に使用するためにまたは据え付け型電
力設備として適している、燃料電池に関し、本発明は、特に、炭化水素燃料から
水素が富化された改質油燃料（ｒｅｆｏｒｍａｔｅ ｆｕｅｌ）を生成するため
に燃料処理構成要素を使用する燃料電池電力設備に関する。
【０００２】
【背景技術】
燃料電池電力設備は、一般に、還元性流体と酸化性流体から電気エネルギーを
発生させるのに使用される。そのような電力設備は、通常、電気絶縁体枠により
囲まれたスタックの中に配置された複数の燃料電池セルを有する。それぞれ個々
の燃料電池セルは、一般に、電解質により隔てられたアノード電極とカソード電
極を備える。水素などの反応物すなわち還元性流体は、アノード電極へ供給され
、酸素や空気などの酸化剤は、カソード電極へ供給される。反応物と酸化剤は、
電解質において電気化学的に反応し、電気、水、熱を発生する。
【０００３】 使用することができる電解質のいくつかの例には、当業技術においてよく知ら
れた固体高分子からなるプロトン交換膜（「ＰＥＭ」）、アノード電極とカソー
ド電極の間にある多孔質の非導電性マトリックス中に保持されたリン酸や水酸化
カリウム、が含まれる。
【０００４】 いくつかの燃料電池電力設備は、純水素ガスによって作動し、別のいくつかの
燃料電池電力設備は、自熱式改質器、水蒸気改質器、部分酸化改質器などの燃料
処理構成要素によってさまざまな炭化水素燃料のいずれかから水素が富化された
還元性流体が生成されている、改質油燃料を使用する。残念ながら、炭化水素燃
料のこのような改質によってアンモニアが生成し、このアンモニアは、改質油燃
料気体反応物の流れとともに燃料電池内へ移動し、そこでアンモニアは、電解質
内の水に溶解し、アンモニウムイオンとなる。アンモニアは、改質処理において
使用される空気中に存在する窒素またはピーク時に供給された天然ガスに添加さ
れた窒素と水素との間の反応によって、改質器内で形成される。アンモニウムイ
オンは、次に、ＰＥＭ電解質によって吸収され、ＰＥＭ内のプロトンと置き換わ
り、それによって、ＰＥＭの伝導性を低下させ、従って、燃料電池の特性に重大
な否定的影響を及ぼす。改質器の温度、改質器内のどのような触媒の組成、改質
器内の窒素濃度にも依存して、改質処理において形成されるアンモニアは、１〜
１００百万分率（「ｐｐｍ」）の範囲に亘り得る。そのような改質油燃料に基づ
いて燃料電池電力設備を効率的に作動させるために、アンモニアは、設備の燃料
電池内へ燃料を流入させる前に、燃料から効果的に除去される必要がある。
【０００５】 従って、好ましくは１．０ｐｐｍ未満にアンモニア濃度を低減する、燃料電池
電力設備ための改質油燃料処理装置を開発する必要がある。
【０００６】
【発明の開示】
本発明は、処理酸化剤と還元性流体反応物の流れから電気を発生させる、少な
くとも１つの燃料電池と；水蒸気供給源、改質器、水シフト反応器または変成器
を含み、炭化水素燃料から燃料電池のための水素が富化された改質油燃料を生成
する、燃料処理構成要素と；改質油燃料が燃料電池のアノード電極に水素を供給
するのに適したものとなるように改質油燃料を処理する、アンモニア除去装置と
、を備える、燃料電池電力設備のための改質油燃料処理装置である。改質油燃料
処理装置の一実施態様において、アンモニア除去装置は、リン酸で飽和された炭
素ペレット床（ｂｅｄ）、アルミナやゼオライトなどの分子ふるい、陽イオン交
換樹脂などを含む使い捨てアンモニアスクラバーである。さらに、使い捨てアン
モニア除去スクラバーへ改質油燃料を導く改質器は、燃料電池と連通する燃焼器
および水蒸気発生器から水蒸気を受け取ることができ、燃焼器は、燃料電池から
流出するアノード電極の排気の流れを受け取りかつ燃焼し、水蒸気発生器は、燃
料電池のカソード電極触媒と連通する燃料電池内の水移動冷却プレートから水を
受け取る。
【０００７】 改質油燃料処理装置の代替の実施態様において、アンモニア除去装置は、アン
モニア洗浄冷水床（ｓｃｒｕｂｂｉｎｇ ｃｏｏｌ ｗａｔｅｒ ｂｅｄ）とア
ンモニアストリッピング温水床（ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ ｗａｒｍ ｗａｔｅｒ
ｂｅｄ）を含み、改質油燃料は、燃料電池内へ流入する前に、改質油燃料から水
の中へどのようなアンモニアも除去するように、冷水床を通って流れる。水は、
次に、冷水床から、燃料電池から流出する冷媒流体と熱交換する熱交換器を通っ
て循環し、次に、温水床に流入し、そこでは、水が冷却されかつ温水床に戻され
る前に、単にアンモニアをストリッピングすることによって、または、アンモニ
アを酸化窒素に酸化することによって、水からアンモニアをストリッピングする
ように、温水床を通って酸化剤の流れが流れる。代替として、冷水床と温水床の
温度は、燃料電池電力設備の他の構成要素からの冷媒流体を用いて制御できる。
【０００８】 改質油燃料処理装置の付加的な実施態様において、アンモニア除去装置は、一
対の第１および第２の再生可能なスクラバーを含み、改質油燃料は、第１の再生
可能なスクラバーを通って流れ、燃料内のどのようなアンモニアも除去され、改
質油燃料は、次に、燃料電池に導かれる。第１の再生可能なスクラバーが、もは
や改質油燃料から適切な量のアンモニアを除去できなくなると、燃料は、燃料電
池内へ流入する前に、第２の再生可能なスクラバーを通って流れるように導かれ
、同時に、酸化剤の流れが、第１の再生可能なスクラバーを通って流れるように
導かれ、アンモニアを窒素または酸化窒素に酸化することによってスクラバーを
再生する。酸化剤の流れは、燃料電池から流出するカソード電極の排気の流れと
することができる。第２の再生可能なスクラバーが、改質油燃料から適切な量の
アンモニアを除去できなくなるときは必ず、燃料は、再生された第１の再生可能
なスクラバーを通って流れるように導かれ、同時に、第２の再生可能なスクラバ
ーは、第２の再生可能なスクラバーを通って流れる酸化剤の流れによって再生さ
れる。使い捨てスクラバーの実施態様のように、再生可能なスクラバーへ改質油
燃料を導く改質器は、燃焼器および水蒸気発生器から水蒸気を受け取ることがで
きる。
【０００９】 燃料電池電力設備のために改質油燃料処理装置を使用する際、燃料電池電力設
備が、約５００時間という限られた年間作動サイクルを有する自動車などの輸送
装置に電力を供給するのに使用される場合、使い捨てアンモニアスクラバーが、
１．０百万分率（「ｐｐｍ」）未満の許容可能な最低濃度に改質油燃料を処理す
るのに適切となり得る。アンモニア洗浄冷水床とアンモニアストリッピング温水
床の実施態様を使用すること、または、改質油燃料処理装置の一対の再生可能な
スクラバーの実施態様を使用することは、電力設備の進行中の絶え間ない作動に
備える。燃料電池電力設備が、輸送装置に電力を供給しており、かつ、改質器の
ための水蒸気が、燃料電池により生成された水から水蒸気発生器を通って供給さ
れる場合、改質油燃料処理装置は、燃料電池により電気化学的に生成された水が
電力設備内で保持されかつ効率的に使用されるという水バランスにおいて設備の
作動を維持する。
【００１０】
【発明を実施するための最良の形態】
図面を詳細に参照すると、燃料電池電力設備のための改質油燃料処理装置の第
１の実施態様が、図１に示されており、全体が参照番号１０により示されている
。改質油燃料処理装置１０は、燃料電池１２などの、電気を生成する少なくとも
１つの燃料電池手段を含む。燃料電池１２は、アノード電極の流れの場１４を通
って流れさらにアノード電極の排気ライン２０を通って電池１２から排出される
ように、燃料供給構成要素１６から燃料入口ライン１８を通って導かれる還元性
流体反応物の流れを受け取るアノード電極の流れの場１４を含む。電池１２は、
カソード電極の流れの場２２を通って流れさらにカソード電極の排気ライン２８
を通って電池１２から排出されるように、酸化剤供給構成要素２４から酸化剤入
口ライン２６を通って導かれる空気などの処理酸化剤の流れを受け取るカソード
電極の流れの場２２も含む。燃料電池１２は、アノード電極の流れの場１４とカ
ソード電極の流れの場２２との間に取り付けられたプロトン交換膜（「ＰＥＭ」
）などの電解質３０も含む。アノード電極触媒３２を含むアノード電極が、アノ
ード電極の流れの場１４と電解質３０との間に取り付けられ、カソード電極触媒
３４を含むカソード電極が、カソード電極の流れの場２２と電解質３０との間に
取り付けられる。アノード電極触媒３２、電解質３０、カソード電極触媒３４は
、「膜電極組立体」を形成するようによく知られた方法によって互いに取り付け
ることができ、燃料電池１２は、当業技術内でよく知られる方法によって組み立
てられた基体および保持層（図示せず）を含むことができる。
【００１１】 酸化剤送風機３６が、燃料電池１２内へ気体状の酸化剤の流れを可変で流入さ
せるように、酸化剤供給源２４と酸化剤入口ライン２６との間の酸化剤通路３８
に配置可能である。一実施態様において、送風機は、大気圧をわずかに上まわる
ように、処理酸化剤の流れの作動圧力を上昇させ得るだけであるが、本発明の範
囲は、より高い圧力を掛けられる燃料電池への適用も含む。
【００１２】 燃料電池１２は、カソード電極の流れの場２２およびカソード電極触媒３４と
連通するように取り付けられた水移動プレート４０を含む。図１では、装置１０
の説明を容易にするために、水移動または冷却プレート４０は、アノード電極の
流れの場１４に隣接して取り付けて示してある。しかしながら、燃料電池１２は
、大抵の場合、よく知られるスタック内に配置された付加的な燃料電池セルを含
む燃料電池セルスタックアッセンブリ内に取り付けられることになり、それによ
って、隣接する燃料電池セル（図示せず）のカソード電極の流れの場が、水移動
プレート４０に隣接して取り付けられることになることは、理解される必要があ
る。
【００１３】 図１に示される燃料電池電力設備のための改質油燃料処理装置１０の第１の実
施態様は、当業技術内でよく知られるように、アノード電極触媒３２に水素を供
給するのに適した改質油燃料へと炭化水素燃料を処理する燃料処理構成要素手段
を含むこともできる。適切な改質油燃料を生成するために処理され得る例示的な
炭化水素燃料としては、ガソリン、ディーゼル燃料、ブタン、プロパン、天然ガ
ス、メタノール、エタノールなどが挙げられる。燃料処理構成要素手段は、第１
の水蒸気供給ライン４４と第２の水蒸気供給ライン４６を通して改質器４８内へ
水蒸気を導く水蒸気供給源４２を含む。燃料供給源１６は、水蒸気と燃料の混合
物が改質器４８に流入する前に、第２の水蒸気供給ライン４６において燃料が水
蒸気と混合するように、第１の燃料供給ライン５０と第２の供給ライン５２を通
って流れるように炭化水素燃料を導く。脱硫器手段５４が、当業技術内でよく知
られるように、炭化水素燃料から硫黄を除去するように、第１の燃料供給ライン
５０と第２の燃料供給ライン５２との間に配置されることもできる。第１の酸化
剤通路延長部５６が、水蒸気、燃料、酸化剤の混合物が改質器４８に流入する前
に、処理酸化剤の流れの一部が炭化水素燃料および水蒸気と混合するように、第
１の酸化剤供給弁５８を通して水蒸気供給ライン４４、４６内へ処理酸化剤の流
れの一部を選択的に流入させることもできる。燃料処理構成要素手段は、反応物
として水蒸気、燃料、酸化剤を受け取る自熱式改質器４８を含み得ること、また
は、燃料処理構成要素手段は、反応物が炭化水素燃料と水蒸気である水蒸気改質
器、反応物が炭化水素燃料と酸素である部分酸化改質器、上述した自熱式改質器
、当業技術内で知られるいずれかの改質器などの、水素が富化された改質油燃料
へと炭化水素燃料を改質する従来の改質器手段を含み得ることが、指摘される。
【００１４】 水蒸気は、当業技術内で知られる一般的な水蒸気供給源と連通し得る水蒸気供
給源４２から改質器４８へ供給できる。水蒸気は、燃料電池１２から燃料として
アノード電極の排気の流れを受け取ることができる燃焼器６２と熱交換するよう
に取り付けられた水蒸気発生器６０からも供給できる。アノード電極の排気の流
れは、アノード電極の流れの場１４からアノード電極の排気ライン２０を通って
流出し、三方燃焼器供給弁６４が、排気ラインから燃焼器供給ライン６６を通し
て燃焼器へアノード電極の排気の流れの全てまたは一部を選択的に導くことがで
きる。アノード電極の排気の流れは、大抵の場合、燃料電池１２により使用され
なかったいくらかの水素に富んだ燃料を含むことになり、水素に富んだ燃料のこ
の未使用の部分は、燃焼器６２内で燃焼されることになり、燃焼器６２の加熱要
求に依存して燃焼器のための付加的な燃料と混合されることができる。さらに、
水蒸気発生器供給ライン６８が、燃料電池１２によって電気化学的に生成された
水を水蒸気発生器へ供給するように、燃料電池１２の水移動プレート４０と水蒸
気発生器６０との間に連通するように取り付けられ得る。水蒸気発生器から、水
蒸気が、水蒸気発生器６０と改質器４８または（図１に示されるように）第１の
水蒸気供給ライン、または第２の水蒸気供給ライン４６との間に取り付けられる
第３の水蒸気供給ライン７０を通って流れる。第３の水蒸気供給ラインに取り付
けられた水蒸気供給弁７２が、水蒸気発生器６０から改質器４８への水蒸気の移
動を選択的に制御する。燃焼されたアノード電極の排気ライン７３が、燃焼され
た排気の流れを燃焼器６２からカソード電極の排気ラインへ導き、そこで、燃焼
された排気の流れは、設備１０により使用するためにこの流れから水を抽出する
水管理装置（図示せず）へと設備１０から排出され得る。
【００１５】 燃料処理構成要素手段は、さらに、改質油燃料供給ライン７６上で改質器４８
と連通するように取り付けられた水シフト反応器７４と、改質油燃料供給ライン
７６の第１の延長部８０上でシフト反応器７４の下流に取り付けられた選択的酸
化器７８とを含む。水シフト反応器７４と選択的酸化器７８の両方とも、当業技
術内でよく知られるように、アノード電極の流れの場１４に流入する改質油燃料
内の一酸化炭素濃度を最小限に抑えるのに役に立つ。第２の酸化剤通路延長部８
２と第２の酸化剤制御弁８４が、改質油燃料が選択的酸化器７８内に流入する間
にこの改質油燃料に酸化剤を供給するように、酸化剤供給源２４から改質油燃料
供給ラインの第１の延長部８０内へ酸化剤の一部を選択的に導くこともできる。
【００１６】 燃料電池電力設備のための改質油燃料処理装置１０は、図１における装置１０
の第１の実施態様に示される使い捨てアンモニアスクラバー８６などの、改質器
４８と燃料電池１２との間の改質油燃料からアンモニアを除去するアンモニア除
去装置手段も含む。使い捨てアンモニアスクラバーは、改質油燃料供給ライン７
６の第２の延長部８８に取り付けられ、スクラバー８６から燃料入口１８内へ改
質油燃料を導き、改質油燃料は、燃料入口１８を通ってアノード電極の流れの場
１４内へ流入する。使い捨てアンモニアスクラバーは、リン酸で飽和された炭素
ペレットの充填層（ｐａｃｋｅｄ ｂｅｄ）、陽イオン交換樹脂、アルミナまた
はゼオライト分子ふるい、または、アンモニア洗浄技術内で知られる他の材料な
どの、流体の流れからアンモニアを除去するスクラバー手段を含むことができる
。
【００１７】 リン酸で飽和された炭素ペレットの充填層を有する使い捨てアンモニアスクラ
バーは、リン酸アンモニウム化合物を形成することによって改質油燃料の流れか
らアンモニアを除去する。陽イオン交換樹脂スクラバーを有する使い捨てスクラ
バーは、適切なイオン交換樹脂として、米国ウィスコンシン州ミルウォーキーの
シグマ−オールドリッチ社（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｃｏｍｐａｎｙ）か
ら入手できる架橋ポリスチレンスルホン酸、米国デラウェア州ウィルミントンの
デュポン社（Ｅ．Ｉ． ＤｕＰｏｎｔ ｃｏｍｐａｎｙ）から入手できるパーフ
ロウロスルホン酸（ｐｅｒｆｌｏｕｒｏ ｓｕｌｆｏｎｉｃ ａｃｉｄ）、米国
ミシガン州ミッドランド（Ｍｉｄｌａｎｄ）のダウケミカル社（Ｄｏｗ Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ，Ｃｏｍｐａｎｙ）から入手できる「デキストリン」型（“ｄｅｘｔ
ｒｉｎ” ｔｙｐｅ）イオン交換樹脂などを含むことができる。イオン交換ビー
ズは、多数の異なる大きさ、形状で入手できることが、よく知られている。陽イ
オン交換樹脂は、アンモニアが水中に溶け、次に、アンモニウムイオンと水酸化
物イオンに解離することによって、アンモニアを除去する。アンモニウムイオン
は、次に、陽イオン交換樹脂内の酸性基（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｇｒｏｕｐ）また
は負電荷をもつ基と結合する。陽イオン交換樹脂は、効果的に機能するために水
を含む必要がある。適切な水は、一般に１４０度華氏（「°Ｆ」）から１７０°
Ｆ（６０℃から７７°Ｆ）の露点を有する改質油燃料によって供給することがで
きる。
【００１８】 アルミナまたはゼオライト分子ふるいを有する使い捨てアンモニアスクラバー
は、分子ふるいの表面への物理吸着によってアンモニアを除去する。例示的な分
子ふるい使い捨てアンモニアスクラバーの試験では、アンモニア除去における分
子ふるいの効果を決定するために、米国メリーランド州コロンビア（Ｃｏｌｕｍ
ｂｉａ）のグレース商会（Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ Ｃｏｍｐａｎｙ）から「ＺＳＭ
−５」の名称で入手できる分子ふるいを用いた。２００°Ｆ（９３℃）において
、１ガロン量のＺＳＭ−５分子ふるいは、３ｐｐｍのアンモニアを含有する改質
油燃料の流れすなわち６，０００立方フィート毎時間の流れのアンモニア含有量
を、２５０時間を超える間、１ｐｐｍ未満に低下できることが見出された。ＺＳ
Ｍ−５分子ふるいは、層（ｂｅｄ）に亘って空気を流しかつ６５０°Ｆ（３４３
℃）に層を加熱することによって再生された。これは、アンモニアを一酸化窒素
または一酸化二窒素に変換したものであり、これらは、ＺＳＭ−５分子ふるいに
よって吸着されず、層から排気の流れの中へ除去された。アンモニア吸着温度が
４８０°Ｆ（２４９℃）に上昇されると、分子ふるい層の体積は、約１０％低減
した。
【００１９】 燃料電池電力設備のための改質油燃料処理装置の第２の実施態様９０が、図２
に概略示されており、図１に示される上述した構成要素と実質的に同一の多くの
構成要素を含む。図２における実質的に同じ構成要素は、効率のために、図２お
よびここでは、図１の同一または類似の構成要素に使用される参照番号にプライ
ムを付けて示される。例えば、図１において、アノード電極の流れの場は、参照
番号１４によって示されるが、図２において、濃度制御装置９０の第２の実施態
様のアノード電極の流れの場は、参照番号１４’によって示される。
【００２０】 燃料電池電力設備のための改質油燃料処理装置の第２の実施態様９０は、特に
、アンモニア除去装置手段が、アンモニア洗浄冷水床９２とアンモニアストリッ
ピング温水床９４から構成されており、これらが、水移動冷却プレート４０’を
通して冷却流体を導く燃料電池冷媒ループ９８と、改質油処理熱交換器９６を通
して統合されるので、図１の実施態様とは異なる。便宜上、改質油燃料処理装置
の第２の実施態様９０は、ここで、アンモニア洗浄冷水床およびアンモニアスト
リッピング温水床実施態様９０と呼ぶことにする。改質油燃料供給ラインの第２
の延長部８８’は、床９２の第１の端部１００に隣接する冷水床９２内へ改質油
燃料を導き、改質油燃料は、冷水床を通って流れ、冷水床９２から流出し、床９
２の第１の端部１００とは反対の第２の端部１０２に隣接する燃料入口１８’内
へ流入する。燃料入口１８’は、燃料電池１２’のアノード電極の流れの場１４
’内へ改質油燃料を導く。
【００２１】 改質油処理装置の第２の実施態様９０は、冷水床９２、改質油処理熱交換器９
６、アンモニアストリッピング温水床９４を通して、水を含む第１の冷却流体を
循環させるアンモニア除去冷媒ループ手段１０４も含む。アンモニア除去冷媒ル
ープ手段１０４は、床９２の第２の端部１０２に隣接する冷水床９２内へ、水を
含む冷却流体を導く、第１の冷媒供給ライン１０６と；床９２の第１の端部１０
０に隣接する冷水床９２に取り付けられ、改質油処理熱交換器９６を通り、床９
４の第１の端部１１０に隣接するアンモニアストリッピング温水床９４に取り付
けられる、第１の冷媒相互接続ライン１０８と；床９４の第１の端部１１０とは
反対の床９４の第２の端部１１４に隣接する温水床９４に取り付けられる、第１
の冷媒戻りライン１１２と；第１の冷媒戻りライン１１２と第１の冷媒供給ライ
ン１０６との間に接続され、アンモニア除去冷媒ループ１０４を通して水を含む
冷媒流体を供給する、第１の冷媒ポンプ１１６と；第１の冷媒供給ライン１０６
に取り付けられており、第１の冷媒ファン１２０を含むことができ、冷媒から熱
を除去する、第１の冷媒熱交換器１１８と；冷媒ループ１０４を通る、水を含む
第１の冷却流体の流量を制御する、第１の冷媒調整弁１２２と、を含む。代替と
して、第１の冷媒ポンプ１１６は、可変速ポンプとすることができ、それによっ
て、第１の冷媒調整弁１２２を削除できる。
【００２２】 酸化剤供給ライン１２４が、床９４の第２の端部１１４に隣接するアンモニア
ストリッピング温水床９４に流入するように酸化剤の流れを導き、酸化剤供給ラ
インは、アンモニアストリッピング温水床９４内へ流入するようカソード電極の
排気の流れの一部または全てを選択的に導くように、三方カソード電極排気弁１
２６においてカソード電極の排気ライン２８’に取り付けることができる。代替
として、酸化剤の流れが、燃料電池１２’を迂回し、かつ、酸化剤通路３８’の
第２の延長部８２’’などにおいて酸化剤通路３８’と床９４との間に取り付け
られる直接酸化剤供給ライン１２５を通ってアンモニアストリッピング温水床９
４内へ直接流入する。酸化剤排出口１２８が、温水床９４の第１の端部１１０に
隣接して取り付けられ、それによって、酸化剤の流れは、床９４から流出でき、
次に、電力設備９０から排出されるか、または、酸化剤の流れの中のどのような
水も利用する水保管理装置（図示せず）へ導かれることができる。
【００２３】 アンモニア洗浄冷水床９２とアンモニアストリッピング温水床９４には、床９
２、９４を通って流れる液体流体と気体流体との間の接触を増加させるために、
充填カラムに共通した材料などの当業技術内でよく知られる材料が充填される。
図２に示しかつ上述したように、アンモニア洗浄冷水床９２を通る水を含む冷却
流体と改質油燃料の流れは、気体の冷却液体への接触を増加させるように、気相
と液相の向流であり、それによって、改質油燃料中のアンモニアが、水に溶解し
、それによって、燃料入口１８’に流入する改質油燃料から効果的に除去される
。同様に、酸化剤と冷却流体との間の接触を増加させるように、アンモニアスト
リッピング温水床９４を通る水を含む冷媒流体の流れは、床９４を通って流れる
気体状の酸化剤の流れと反対であり、それによって、酸化剤は、水に溶解してい
るアンモニウムを、気体状の一酸化二窒素に酸化し、この一酸化二窒素は、酸化
剤排出口１２８内の酸化剤の流れとともに床９４から流出する。
【００２４】 燃料電池電力設備のための改質油燃料処理装置の第２の実施態様９０は、アン
モニア洗浄冷水床９２およびアンモニアストリッピング温水床９４アンモニア除
去装置手段と統合された燃料電池冷媒ループ９８も含む。燃料電池冷媒ループ９
８は、燃料電池１２’の水移動冷却プレート４０’内へ、燃料電池冷却流体を導
く、第２の冷媒供給ライン１３０と；冷却プレート４０’から冷却流体を導き出
す、第２の冷媒戻りライン１３２と；第２の冷媒供給ライン１３０と第２の冷媒
戻りライン１３２との間に取り付けられ、ループ９８を通して燃料電池冷媒流体
を供給する、第２の冷媒ポンプ１３４と；第２の冷媒供給ライン１３０に取り付
けられており、第２の冷媒熱交換器１３０を通して空気を流すように第２のファ
ン１３８を含むことができる、第２の冷媒熱交換器１３６と；燃料電池冷媒ルー
プ９８を通る燃料電池冷媒流体の流量を制御する、第２の冷媒調整弁１４０と；
改質油処理熱交換器９６へ燃料電池冷却流体の全てまたは一部を導く、改質油処
理熱交換器供給ライン１４２と；供給ライン１３０へ燃料電池冷却流体を戻す、
改質油処理熱交換器戻りライン１４４と；改質油処理熱交換器９６を通って流れ
るように燃料電池冷却流体を導かないかまたはその全てまたは一部を導く、改質
油処理熱交換器供給制御弁１４６と、を含む。
【００２５】 燃料電池１２’の作動中、熱が、発生し、燃料電池冷却流体内へ流入し、上述
したように、改質油処理熱交換器９６へと選択的に流されることができる。改質
油処理熱交換器９６を通ってアンモニアストリッピング温水床９４内へ流れる第
１の冷却流体の温度を上昇させるために、既知の電気−機械式検出器、スイッチ
、弁作動器などの、制御器が、第２の冷却流体戻りライン１３２から改質油処理
熱交換器９６内への燃料電池冷却流体の流れを、制御できる。水を含む第１の冷
却流体の温度を、１６０°Ｆ（７１℃）から２１２°Ｆ（１００℃）の最適温度
範囲に上昇させることによって、第１の冷却流体に溶解しているアンモニウムの
酸化またはストリッピングが、実質的に向上され、それによって、アンモニア洗
浄冷水床９２およびアンモニアストリッピング温水床９４の実施態様は、燃料電
池電力設備９０の作動中に絶え間ない持続した改質油燃料処理を与えることがで
きる。
【００２６】 燃料電池電力設備のための改質油燃料処理装置の第３の実施態様１４８が、図
３に概略示されており、図１、図２に示される上述した構成要素と実質的に同一
の多くの構成要素を含む。図１、図２における実質的に同じ構成要素は、効率の
ために、図３およびここでは、図１、図２の同一または類似の構成要素に使用さ
れる参照番号にプライムを２つ付けて示される。例えば、図１において、アノー
ド電極の流れの場は、参照番号１４によって示されるが、図３において、濃度制
御装置１４８の第３の実施態様のアノード電極の流れの場は、参照番号１４’’
によって示される。
【００２７】 燃料電池電力設備のための改質油燃料処理装置の第３の実施態様１４８は、特
に、アンモニア除去装置手段が、第１の再生可能なスクラバー１５０と第２の再
生可能なスクラバー１５２から構成されており、これらが、改質油燃料からアン
モニアを除去する一対の第１および第２の再生可能なスクラバー１５０、１５２
として互いに連結されているので、図１の実施態様とは異なる。便宜上、改質油
燃料処理装置の第３の実施態様１４８は、ここではときとして、一対の再生可能
なアンモニアスクラバー実施態様１４８と呼ぶことにする。改質油燃料供給ライ
ンの第２の延長部８８’’は、選択的酸化器７８’’から三方改質油燃料分配弁
１５４内へ改質油燃料を導き、この三方改質油燃料分配弁１５４は、弁１５４と
第１の再生可能なスクラバー１５０の間の第１の分割ライン１５６を通してまた
は弁１５４と第２の再生可能なスクラバー１５２の間の第２の分割ライン１５８
を通して、第１の再生可能なスクラバー１５０または第２の再生可能なスクラバ
ー１５２内へ、改質油の全てを導く。弁１５４が、第１の分割ライン１５６を通
して第１の再生可能なスクラバー１５０へ改質油燃料を供給するように設定され
ると、第１の分割ラインは、スクラバー１５０の第１の端部１６０に隣接する第
１の再生可能なスクラバー１５０に取り付けられ、それによって、改質油燃料は
、第１の端部１６０に隣接するスクラバー１５０に流入する。
【００２８】 改質油燃料は、第１の再生可能なスクラバー１５０を通って流れ、スクラバー
１５０の第１の端部１６０とは反対のスクラバー１５０の第２の端部１６４に隣
接する第１の燃料排出ライン１６２内において、排出される。第１の燃料排出ラ
イン１６２は、次に、三方燃料排出弁１６６へ改質油燃料を導き、この三方燃料
排出弁１６６は、燃料入口１８’’内へ流入し次に燃料電池１２’’のアノード
電極の流れの場１４’’内へ流入するように、改質油燃料を導くことになる。三
方改質油燃料分配弁１５４が、第２の分割ライン１５８を通して第２の再生可能
なスクラバー内へ改質油燃料の全てを導くように設定されると、第２の分割ライ
ン１５８は、第２の再生可能なスクラバーの第１の端部１６８に隣接して取り付
けられ、それによって、改質油燃料は、第１の端部１６８に隣接して流入するこ
とになる。改質油燃料は、次に、スクラバー１５２の第１の端部１６８とは反対
の第２の再生可能なスクラバー１５２の第２の端部１７４に隣接して取り付けら
れた第２の燃料排出ライン１７０を通って流出するように、第２の再生可能なス
クラバー１５２を通って流れることになる。第２の燃料排出ライン１７０は、次
に、燃料入口１８’’内へ導かれ次に燃料電池１２’’のアノード電極の流れの
場１４’’内へ導かれるように、三方燃料排出弁１６６へ改質油燃料を導く。
【００２９】 酸化剤の流れは、酸化剤供給ライン１７４を通って三方酸化剤分配弁１７６内
へ流入するように導かれ、この三方酸化剤分配弁１７６は、第１の再生可能なス
クラバー１５０または第２の再生可能なスクラバー１５２内へ酸化剤の流れを選
択的に導く。酸化剤供給ライン１７４は、再生可能なスクラバー１５０、１５２
へ燃料電池１２’’から流出する処理酸化剤を導くようにカソード電極の排気ラ
イン２８’’に取り付けられた三方カソード電極排気弁１７８に取り付けること
ができる。代替として、３００°Ｆ（１４９℃）から７００°Ｆ（３７１℃）の
間に加熱された酸化剤の流れを流すために、酸化剤の流れが、酸化剤通路３８’
’から直接、第２の延長部８２’’から第３の酸化剤通路延長部１７７を通って
酸化剤熱交換器１７９内へ導かれることができ、この酸化剤熱交換器１７９は、
水シフト反応器７４’’と選択的酸化器７８’’との間に改質油燃料供給ライン
７６’’の第１の延長部８０’’に沿って取り付けられる。酸化剤熱交換器１７
９を通って流れる改質油燃料の流れからの熱は、処理酸化剤の流れの中へ流入し
、次に、酸化剤の流れは、熱交換器１７９から、加熱された酸化剤供給ライン１
８０を通って酸化剤供給ライン１７４へ導かれる。
【００３０】 三方酸化剤分配弁１７６が、第１の再生可能なスクラバー１５０内へ酸化剤の
流れの全てを導くように設定されると、酸化剤の流れは、スクラバー１５０の第
２の端部１６４に隣接する第１の再生可能なスクラバー１５０と弁１７６との間
に取り付けられた第１の酸化剤分割ライン１８２を通って流れる。酸化剤の流れ
は、次に、スクラバー１５０の第１の端部１６０に隣接して取り付けられた第１
の酸化剤排出口１８４を通ってスクラバー１５０から流出するように、第１の再
生可能なスクラバー１５０を通って流れ、排出口１８４は、スクラバー１５０か
らの酸化剤の排出を制御する、第１の酸化剤排出弁１８６を含む。同様に、三方
酸化剤分配弁１６６が、第２の再生可能なスクラバー１５２内へ酸化剤の流れの
全てを導くように設定されると、酸化剤の流れは、弁１７６から、スクラバー１
５２の第２の端部１７２に隣接する第２の再生可能なスクラバーと弁１７６との
間に取り付けられた第２の酸化剤分割ラインを通って流れる。酸化剤の流れは、
次に、スクラバーから第２の酸化剤排出口１９０を通って流出するように、スク
ラバー１５２を通って流れ、この排出口は、スクラバー１５２からの酸化剤の排
出を制御する、第２の酸化剤排出弁１９２を含む。
【００３１】 改質油燃料処理装置の一対の再生可能なアンモニアスクラバー実施態様１４８
の使用においては、一対の再生可能なスクラバー１５０、１５２を通る改質油燃
料と酸化剤の流れの交互の分配を選択的に制御する制御手段は、改質油燃料から
のアンモニア除去をモニタし、かつ、第１の再生可能なスクラバー１５０と第２
の再生可能なスクラバー１５２との間で改質油燃料と酸化剤の流れが流れるのを
導くように、当業技術内でよく知られる制御器などの、電気−機械式検出器、ス
イッチ、弁作動器などを含む。よく知られるように、制御器は、第１の再生可能
なスクラバー１５０を通って燃料電池１２’’へ流れるように、全ての改質油燃
料を導くことができる。そのような状況では、第１の酸化剤排出弁１８６は、閉
にされるであろうし、さらに、三方酸化剤分配弁１７６は、第２の再生可能なス
クラバー１５２内へさらに第２の再生可能なスクラバー１５２を通って流れ、さ
らに、第２の酸化剤排出弁１９２および排出口１９０を通ってスクラバー１５２
から流出するように、酸化剤の流れの全てを導くことになるであろうし、この排
出口１９０においては、酸化剤は、設備から排出されるか、または、水管理装置
（図示せず）に導かれることができる。制御器が、第１の再生可能なスクラバー
１５０が、第１のスクラバー１５０から排出される改質油燃料から適切なアンモ
ニアを除去していないことを検出するときは必ず、制御器は、改質油燃料からア
ンモニアが除去されるようにするため、第２の再生可能なスクラバー１５２内へ
改質油燃料の全てを導くように、三方改質油燃料分配弁１５４を制御する。同様
に、制御器は、次に、第２の酸化剤排出弁１９２を閉にし、第１の再生可能なス
クラバー１５０内へ酸化剤の流れを導くように、三方酸化剤分配弁１７６を制御
し、さらに、第１のスクラバー１５０を通る酸化剤の流れの通過が可能となるよ
うに、第１の酸化剤排出弁１８６を開にする。
【００３２】 第１および第２の再生可能なスクラバー１５０、１５２は、水を吸着し、それ
によって、アンモニアが、気体状の改質油燃料の流れから水に溶解するように、
当業技術内で知られる充填層または分子ふるい層のような乾燥剤で満たされてお
り、この層は、層を通して酸化剤の流れを通過させることによって再生させるこ
とができ、ここで、酸化剤は、アンモニアを酸化窒素（ＮＯx）に酸化する。さ
らに、制御器は、酸化窒素の排出を許容されるレベルに維持する既知の制御手段
を含むこともある。図３に示しかつ上述したように、一対の再生可能なスクラバ
ー１５０、１５２は、スクラバー１５０、１５２の再生を向上させるように、ス
クラバーを通る改質油燃料の流れが、スクラバーを通る酸化剤の流れと反対の方
向になるように、構成することができる。
【００３３】 明らかなように、改質油燃料処理装置の一対の再生可能なアンモニアスクラバ
ー実施態様１４８の使用は、改質油燃料の流れの処理を無期限に維持することに
なるであろうし、従って、電力設備が、絶えず続く電気の要求を満たすための発
電機として役に立つ場合などの、連続的に作動する燃料電池電力設備に適してい
る。しかしながら、電力設備が、輸送装置などにおけるような断続する要求を満
たすのに使用される場合、図４に概略示されるように、より効率的な単一の再生
可能なスクラバーすなわち改質油燃料処理装置の第４の実施態様１９４が、適し
ているであろう。改質油燃料処理装置の第４の実施態様１９４は、図１、図２、
図３に示される上述した構成要素と実質的に同一の多くの構成要素を含む。図１
、図２、図３における実質的に同じ構成要素は、効率のために、図４およびここ
では、図１、図２、図３の同一または類似の構成要素に使用される参照番号にプ
ライムを３つ付けて示される。例えば、図１において、アノード電極の流れの場
は、参照番号１４によって示されるが、図４において、濃度制御装置１９４の第
４の実施態様のアノード電極の流れの場は、参照番号１４’’’によって示され
る。
【００３４】 改質油燃料処理装置の第４すなわち単一の再生可能なスクラバー実施態様１９
４は、単一の再生可能なスクラバー１９６を含み、この単一の再生可能なスクラ
バー１９６は、上述した一対の再生可能なスクラバー１５０、１５２の各スクラ
バーに類似しており、改質油燃料供給ライン７６’’’の第２の延長部８８’’
’内の燃料処理手段から導かれる改質油燃料の流れを受け取る。燃料分配ライン
７６’’’に取り付けられた燃料分配弁１９８が、スクラバー１９６の第１の端
部１９９に隣接する単一の再生可能なスクラバー１９６内へ改質油燃料の流れを
選択的に流入させる。燃料排出弁２００が、第１の端部１９９とは反対のスクラ
バー１９６の第２の端部２０１の隣接部から燃料入口１８’’’内へ、洗浄され
た改質油燃料の流れを、選択的に排出し、燃料入口１８’’’は、この流れを、
燃料電池１２’’’のアノード電極の流れの場１４’’’内へ導く。酸化剤の流
れが、カソード電極の流れの場２２’’’から三方カソード電極排気弁１７８’
’’を通して、さらに酸化剤供給ライン１７４’’’を通して、次に、酸化剤分
配弁２０２を通して、スクラバー１９６の第２の端部２０１に隣接する単一の再
生可能なスクラバー１９６内へと、選択的に導かれることができる。単一の再生
可能なスクラバー１９６の第１の端部１９９に隣接する酸化剤排出口２０６に取
り付けられた酸化剤排出弁２０４が、スクラバー１９６から酸化剤の流れを導き
出す。代替として、酸化剤の加熱された流れが、酸化剤熱交換器１７９’’’か
ら、加熱された酸化剤供給ライン１８０’’’を通して酸化剤供給ライン１７４
’’’へ導かれることができる。
【００３５】 改質油燃料処理装置の第４すなわち単一の再生可能なスクラバー１９４の実施
態様の作動において、燃料電池１２’’’の通常の持続した作動中、酸化剤分配
弁２０２、酸化剤排出弁２０４は、閉にされ、燃料分配弁１９８、燃料排出弁２
００は、開にされ、それによって、改質油燃料の流れは、単一の再生可能なスク
ラバー１９６を通過する間に、アンモニアが洗浄される。スクラバー１９６の再
生中、燃料分配弁１９８、燃料排出弁２００は、閉にされ、酸化剤分配弁２０２
、酸化剤排出弁２０４は、開にされ、それによって、酸化剤の流れは、スクラバ
ー１９６を通って流れる。スクラバーの再生は、燃料電池１２’’’の始動また
は停止工程時に行うことができる。図４に示しかつ上述したように、さらに、図
３に示される一対の再生可能なアンモニアスクラバーの実施態様１４８のように
、好ましい実施態様において、再生の効率を向上させるために、スクラバー１９
６を通る改質油燃料の流れは、スクラバーの第１の端部１９９から反対の第２の
端部２０１への流れとなり、従って、スクラバー１９６の第２の端部２０１から
第１の端部１９９へとスクラバーを通る酸化剤の流れとは反対になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 処理装置のアンモニア除去装置が使い捨てアンモニアスクラバー装置である、
燃料電池電力設備のための改質油燃料処理装置の第１の実施態様の概略図。
【図２】 処理装置のアンモニア除去装置がアンモニア洗浄冷水床とアンモニアストリッ
ピング温水床を含む、燃料電池電力設備のための改質油燃料処理装置の第２の実
施態様の概略図。
【図３】 処理装置のアンモニア除去装置が一対の第１および第２の再生可能なアンモニ
アスクラバーを含む、燃料電池電力設備のための改質油燃料処理装置の第３の実
施態様の概略図。
【図４】 処理装置のアンモニア除去装置が単一の再生可能なアンモニアスクラバーであ
る、燃料電池電力設備のための改質油燃料処理装置の第４の実施態様の概略図。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１４年４月２６日（２００２．４．２６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】 アルミナまたはゼオライト分子ふるいを有する使い捨てアンモニアスクラバー
は、分子ふるいの表面への物理吸着によってアンモニアを除去する。例示的な分
子ふるい使い捨てアンモニアスクラバーの試験では、アンモニア除去における分
子ふるいの効果を決定するために、米国メリーランド州コロンビア（Ｃｏｌｕｍ
ｂｉａ）のグレース商会（Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ Ｃｏｍｐａｎｙ）から「ＺＳＭ
−５」の製品名で入手できるゼオライト分子ふるいを用いた。２００°Ｆ（９３
℃）において、１ガロン量の「ＺＳＭ−５」分子ふるいは、３ｐｐｍのアンモニ
アを含有する改質油燃料の流れすなわち６，０００立方フィート毎時間の流れの
アンモニア含有量を、２５０時間を超える間、１ｐｐｍ未満に低下できることが
見出された。「ＺＳＭ−５」分子ふるいは、層（ｂｅｄ）に亘って空気を流しか
つ６５０°Ｆ（３４３℃）に層を加熱することによって再生された。これは、ア
ンモニアを一酸化窒素または一酸化二窒素に変換したものであり、これらは、Ｚ
ＳＭ−５分子ふるいによって吸着されず、層から排気の流れの中へ除去された。
アンモニア吸着温度が４８０°Ｆ（２４９℃）に上昇されると、分子ふるい層の
体積は、約１０％低減した。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】 改質油燃料は、第１の再生可能なスクラバー１５０を通って流れ、スクラバー
１５０の第１の端部１６０とは反対のスクラバー１５０の第２の端部１６４に隣
接する第１の燃料排出ライン１６２内において、排出される。第１の燃料排出ラ
イン１６２は、次に、三方燃料排出弁１６６へ改質油燃料を導き、この三方燃料
排出弁１６６は、燃料入口１８’’内へ流入し次に燃料電池１２’’のアノード
電極の流れの場１４’’内へ流入するように、改質油燃料を導くことになる。三
方改質油燃料分配弁１５４が、第２の分割ライン１５８を通して第２の再生可能
なスクラバー内へ改質油燃料の全てを導くように設定されると、第２の分割ライ
ン１５８は、第２の再生可能なスクラバーの第１の端部１６８に隣接して取り付
けられ、それによって、改質油燃料は、第１の端部１６８に隣接して流入するこ
とになる。改質油燃料は、次に、スクラバー１５２の第１の端部１６８とは反対
の第２の再生可能なスクラバー１５２の第２の端部１７２に隣接して取り付けら
れた第２の燃料排出ライン１７０を通って流出するように、第２の再生可能なス
クラバー１５２を通って流れることになる。第２の燃料排出ライン１７０は、次
に、燃料入口１８’’内へ導かれ次に燃料電池１２’’のアノード電極の流れの
場１４’’内へ導かれるように、三方燃料排出弁１６６へ改質油燃料を導く。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０１Ｂ 3/58 Ｃ０１Ｂ 3/58 Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｇ Ｊ Ｎ 8/10 8/10 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ガロウ，ジェイ アメリカ合衆国，コネチカット，エリング トン，アーズリー レーン 53 (72)発明者 レシアー，ロジャー，アール． アメリカ合衆国，コネチカット，エンフィ ールド，バン ブレン ロード 14 (72)発明者 シドロウスキー，ドナルド，エフ． アメリカ合衆国，コネチカット，エリング トン，リッジビュー ドライブ ９ (72)発明者 バンス，ゼブロン，ディー． アメリカ合衆国，コネチカット，プランツ ビル，オクトーバー レーン 195 (72)発明者 フィーラー，ダグラス，ジェイ． アメリカ合衆国，コネチカット，トーラン ド，シュガー ヒル ロード 355 Ｆターム(参考） 4G140 EA02 EA03 EA06 EA07 EB03 EB32 EB35 EB37 FA02 FB06 FC02 FC04 FC06 FC09 FD01 FD03 FD05 FE01 5H026 AA06 CX05 HH08 HH09 5H027 AA06 BA01 BA16 CC06 KK41 MM03 MM12 MM16

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料電池電力設備のための改質油燃料処理装置であって、 ａ． アノード電極触媒とカソード電極触媒との間に取り付けられた電解質
    を有し、改質油燃料と処理酸化剤反応物の流れから電気を発生させる、少なくと
    も１つの燃料電池手段と、 ｂ． 炭化水素燃料供給源から炭化水素燃料を受け取り炭化水素燃料を改質
    油燃料に改質する改質器手段を含む、炭化水素燃料を改質油燃料へと処理する、
    燃料処理構成要素手段と、 ｃ． 改質油燃料の流れからアンモニアを除去するスクラバー手段を含み、
    改質器手段と連通し、改質器から改質油燃料を受け取り改質油燃料からアンモニ
    アを除去し、さらに、燃料入口と連通するように取り付けられた、使い捨てアン
    モニアスクラバーであって、燃料入口は、燃料電池のアノード電極触媒に隣接し
    て通るように使い捨てアンモニアスクラバーから改質油燃料を導く、使い捨てア
    ンモニアスクラバーと、 を備えることを特徴とする改質油燃料処理装置。
  2. 【請求項２】 前記スクラバー手段は、リン酸で飽和された炭素ペレットの充
    填層をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の改質油燃料処理装置。
  3. 【請求項３】 前記スクラバー手段は、アルミナ分子ふるいをさらに備えるこ
    とを特徴とする請求項１記載の改質油燃料処理装置。
  4. 【請求項４】 前記スクラバー手段は、ゼオライト分子ふるいをさらに備える
    ことを特徴とする請求項１記載の改質油燃料処理装置。
  5. 【請求項５】 前記スクラバー手段は、陽イオン交換樹脂をさらに備えること
    を特徴とする請求項１記載の改質油燃料処理装置。
  6. 【請求項６】 前記燃料電池手段は、カソード電極触媒と連通するように取り
    付けられ、かつ、燃料電池により電気化学的に生成された水の一部を受け取る、
    水移動プレートを含むことを特徴とする請求項１記載の改質油燃料処理装置。
  7. 【請求項７】 前記装置は、燃料電池手段に流入する処理酸化剤の流れの圧力
    を上昇させる、処理酸化剤送風機と、この酸化剤送風機と燃料電池手段との間に
    連通するように取り付けられ、燃料電池へ加圧された酸化剤の流れを導く、酸化
    剤通路と、酸化剤送風機と改質器手段との間に連通するように取り付けられ、改
    質器手段内へ加圧された酸化剤の流れの一部を選択的に導く、酸化剤通路の延長
    部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の改質油燃料処理装置。
  8. 【請求項８】 燃料電池電力設備のための改質油燃料処理装置であって、 ａ． アノード電極触媒とカソード電極触媒との間に取り付けられた電解質
    を有し、改質油燃料と処理酸化剤反応物の流れから電気を発生させる、少なくと
    も１つの燃料電池手段と、 ｂ． 炭化水素燃料供給源から炭化水素燃料を受け取り炭化水素燃料を改質
    油燃料に改質する改質器手段を含む、炭化水素燃料を改質油燃料へと処理する、
    燃料処理構成要素手段と、 ｃ． 改質器手段と連通し、改質油燃料を受け取り改質油燃料からアンモニ
    アを除去し、次に、燃料電池と連通する燃料入口内へ改質油燃料を導く、アンモ
    ニア洗浄冷水床と、アンモニア洗浄冷水床と連通する、改質油処理熱交換器と、
    この熱交換器と連通する、アンモニアストリッピング温水床と、アンモニア除去
    冷媒ループ手段と、 を含み、アンモニア除去冷媒ループ手段は、冷水床、改質油処理熱交換器、温
    水床、第１の冷媒熱交換器を通して、水を含む第１の冷却流体を循環させ、それ
    によって、改質油熱交換器は、水を含む第１の冷媒流体がアンモニアストリッピ
    ング温水床に流入する前に、水を含む第１の冷媒流体を加熱し、第１の冷媒熱交
    換器は、第１の冷媒流体がアンモニア洗浄冷水床に流入する前に、第１の冷媒流
    体を冷却し、さらに、アンモニアストリッピング温水床は、酸化剤の流れと連通
    し、第１の冷媒の流れからアンモニアをストリッピングするようにアンモニアス
    トリッピング温水床を通って流れるように酸化剤の流れを導く、ことを特徴とす
    る改質油燃料処理装置。
  9. 【請求項９】 前記装置は、燃料電池冷媒ループをさらに備えており、この燃
    料電池冷媒ループは、燃料電池を通して燃料電池冷却流体を導き、かつ、第１の
    冷却流体を加熱するために改質油処理熱交換器を通って流れる第１の冷却流体と
    熱交換するよう改質油処理熱交換器を通るように燃料電池冷却流体を導く、こと
    を特徴とする請求項８記載の改質油燃料処理装置。
  10. 【請求項１０】 前記改質油処理熱交換器は、この熱交換器から流出する水を
    含む第１の冷却流体の温度を、１６５°Ｆ（７４℃）を超える温度に維持するこ
    とを特徴とする請求項９記載の改質油燃料処理装置。
  11. 【請求項１１】 アンモニアストリッピング温水床を通って流れる酸化剤の流
    れは、アンモニアストリッピング温水床内へさらにアンモニアストリッピング温
    水床を通って流れるように燃料電池から流出するカソード電極の排気の流れの全
    てまたは一部を選択的に導くようカソード電極触媒と連通するカソード電極排気
    弁から、導かれることを特徴とする請求項９記載の改質油燃料処理装置。
  12. 【請求項１２】 前記燃料電池手段は、燃料電池冷媒ループおよびカソード電
    極触媒と連通するように取り付けられ、かつ、燃料電池により電気化学的に生成
    された水の一部を受け取る、水移動プレートを含むことを特徴とする請求項９記
    載の改質油燃料処理装置。
  13. 【請求項１３】 燃料電池電力設備のための改質油燃料処理装置であって、 ａ． アノード電極とカソード電極触媒との間に取り付けられた電解質を有
    し、改質油燃料と処理酸化剤反応物の流れから電気を発生させる、少なくとも１
    つの燃料電池手段と、 ｂ． 炭化水素燃料供給源から炭化水素燃料を受け取り炭化水素燃料を改質
    油燃料に改質する改質器手段を含む、炭化水素燃料を改質油燃料へと処理する、
    燃料処理構成要素手段と、 ｃ． 改質器手段と連通するように取り付けられた改質油燃料分配弁と連通
    するように取り付けられ、改質油燃料を受け取り燃料からアンモニアを除去する
    、第１の再生可能なスクラバーと、改質油燃料分配弁と連通するように取り付け
    られ、改質油燃料を受け取り燃料からアンモニアを除去する、第２の再生可能な
    スクラバーと、第１の再生可能なスクラバーおよび第２の再生可能なスクラバー
    から改質油燃料を受け取り燃料電池内へ改質油燃料を導く、燃料入口と、第１の
    再生可能なスクラバーおよび第２の再生可能なスクラバーと連通し、第１の再生
    可能なスクラバーまたは第２の再生可能なスクラバー内へ酸化剤の流れを導く、
    酸化剤分配弁と、 を備え、燃料分配弁は、第１の再生可能なスクラバーまたは第２の再生可能な
    スクラバーに改質油燃料を選択的に分配し、燃料分配弁および酸化剤分配弁は、
    改質油燃料分配弁が第１の再生可能なスクラバー内へ改質油燃料を導くときは必
    ず、酸化剤分配弁が第２の再生可能なスクラバー内へ酸化剤の流れを導くように
    、かつ、改質油燃料分配弁が第２の再生可能なスクラバー内へ改質油燃料を導く
    ときは必ず、酸化剤分配弁が第１の再生可能なスクラバー内へ酸化剤の流れを導
    くように、構成される、ことを特徴とする改質油燃料処理装置。
  14. 【請求項１４】 酸化剤の流れは、交互に第１の再生可能なスクラバーまたは
    第２の再生可能なスクラバー内へ流入しそこを通って流れるように燃料電池から
    流出するカソード電極の排気の流れの全てまたは一部を選択的に導くようカソー
    ド電極触媒と連通するカソード電極排気弁から、導かれることを特徴とする請求
    項１３記載の改質油燃料処理装置。
  15. 【請求項１５】 前記燃料電池手段は、カソード電極触媒と連通するように取
    り付けられ、かつ、燃料電池により電気化学的に生成された水の一部を受け取る
    、水移動プレートを含むことを特徴とする請求項１３記載の改質油燃料処理装置
    。
  16. 【請求項１６】 前記酸化剤の流れは、改質器手段と改質油燃料分配弁との間
    に連通するように取り付けられた改質油燃料供給ライン内の改質油燃料の流れと
    熱交換して流れるように、酸化剤熱交換器を通して導かれ、それによって、酸化
    剤の流れは、３００°Ｆ（１４９℃）から７００°Ｆ（３７１℃）の間に加熱さ
    れ、次に、酸化剤分配弁へ導かれることを特徴とする請求項１３記載の改質油燃
    料処理装置。
  17. 【請求項１７】 燃料電池電力設備のための改質油燃料処理装置であって、 ａ． アノード電極とカソード電極触媒との間に取り付けられた電解質を有
    し、改質油燃料と処理酸化剤反応物の流れから電気を発生させる、少なくとも１
    つの燃料電池手段と、 ｂ． 炭化水素燃料供給源から炭化水素燃料を受け取り炭化水素燃料を改質
    油燃料に改質する改質器手段を含む、炭化水素燃料を改質油燃料へと処理する、
    燃料処理構成要素手段と、 ｃ． 改質器手段と連通するように取り付けられた改質油燃料分配弁と連通
    するように取り付けられ、改質油燃料を受け取り燃料からアンモニアを除去する
    、単一の再生可能なスクラバーと、単一の再生可能なスクラバーと連通するよう
    に取り付けられ、スクラバーから燃料入口内へ洗浄された改質油燃料を選択的に
    排出する、燃料排出弁であって、燃料入口は、燃料排出弁から洗浄された改質油
    燃料を受け取り燃料電池内へ改質油燃料を導く、燃料排出弁と、単一の再生可能
    なスクラバーと連通し、単一の再生可能なスクラバー内へ酸化剤の流れを導く、
    酸化剤分配弁と、単一の再生可能なスクラバーと連通し、スクラバーから酸化剤
    排出口を通して酸化剤の流れを選択的に導き出す、酸化剤排出弁と、 を備え、燃料分配弁、燃料排出弁、酸化剤分配弁、酸化剤排出弁は、燃料分配
    弁および燃料排出弁が、単一の再生可能なスクラバーを通して改質油燃料を導く
    ときは必ず、酸化剤分配弁および酸化剤排出弁が、閉にされるように、かつ、改
    質油燃料分配弁および改質油燃料排出弁が、閉にされるときは必ず、酸化剤分配
    弁および酸化剤排出弁が、単一の再生可能なスクラバーを通して酸化剤の流れを
    導くよう開にされるように、構成される、ことを特徴とする改質油燃料処理装置
    。
  18. 【請求項１８】 酸化剤の流れは、交互に単一の再生可能なスクラバー内へ流
    入しそこを通って流れるように燃料電池から流出するカソード電極の排気の流れ
    の全てまたは一部を選択的に導くようカソード電極触媒と連通するカソード電極
    排気弁から、導かれることを特徴とする請求項１７記載の改質油燃料処理装置。
  19. 【請求項１９】 前記燃料電池手段は、カソード電極触媒と連通するように取
    り付けられ、かつ、燃料電池により電気化学的に生成された水の一部を受け取る
    、水移動プレートを含むことを特徴とする請求項１７記載の改質油燃料処理装置
    。
  20. 【請求項２０】 前記酸化剤の流れは、改質器手段と改質油燃料分配弁との間
    に連通するように取り付けられた改質油燃料供給ライン内の改質油燃料の流れと
    熱交換して流れるように、酸化剤熱交換器を通して導かれ、それによって、酸化
    剤の流れは、３００°Ｆ（１４９℃）から７００°Ｆ（３７１℃）の間に加熱さ
    れ、次に、酸化剤分配弁へ導かれることを特徴とする請求項１７記載の改質油燃
    料処理装置。
  21. 【請求項２１】 前記電解質は、プロトン交換膜であることを特徴とする請求
    項２０記載の改質油燃料処理装置。
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