JP2024518985A - Systems and methods for processing ammonia - Google Patents

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Abstract

本開示は、アンモニアを処理するためのシステムおよび方法を提供する。システムは、アンモニアを含む原料物質から水素を生成するように構成される一つまたは複数の反応器モジュールを備えてもよい。一つまたは複数の反応器モジュールによって生成される水素は、(例えば、水素の燃焼によって)反応器モジュールの追加の加熱を行うために使用されてもよく、または電気エネルギーの生成のために一つもしくはまたは複数の燃料電池に供給されてもよい。【選択図】図2The present disclosure provides systems and methods for processing ammonia. The systems may include one or more reactor modules configured to produce hydrogen from a feed material including ammonia. The hydrogen produced by the one or more reactor modules may be used to provide additional heating for the reactor modules (e.g., by combustion of the hydrogen) or may be supplied to one or more fuel cells for the production of electrical energy. Illustrated in FIG.

Description

相互参照
本出願は、2021年5月14日出願の米国仮特許出願第63/188,593号、2021年6月28日出願の同第63/215,843号、2021年8月23日出願の同第63/236,048号、2021年9月22日出願の同第63/247,054号、2021年12月21日出願の同第63/292,122号、2021年7月2日出願の米国特許出願第17/366,633号、および2021年8月13日出願の同第17/401,993号の優先権を主張し、そのそれぞれの内容は、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
CROSS REFERENCE This application claims priority to U.S. Provisional Patent Application No. 63/188,593, filed May 14, 2021, No. 63/215,843, filed June 28, 2021, No. 63/236,048, filed August 23, 2021, No. 63/247,054, filed September 22, 2021, No. 63/292,122, filed December 21, 2021, U.S. Patent Application No. 17/366,633, filed July 2, 2021, and No. 17/401,993, filed August 13, 2021, the contents of each of which are incorporated by reference herein in their entirety for all purposes.

燃料源を使用して様々なシステムを動作させることができる。燃料源は、燃料の単位質量当たりに貯蔵または抽出可能なエネルギーの量に対応する比エネルギーを有することができる。燃料源は、様々なシステムに提供されて、このようなシステムがエネルギーを生成し、および/または(例えば、移動または輸送用の)電力を供給できるようにすることができる。 Fuel sources can be used to operate a variety of systems. A fuel source can have a specific energy that corresponds to the amount of energy that can be stored or extracted per unit mass of fuel. Fuel sources can be provided to a variety of systems to enable such systems to generate energy and/or provide power (e.g., for travel or transportation).

水素は、様々なシステムに電力を供給するために、クリーンエネルギー源として利用されることができる。水素は、他の種類の燃料、例えば比エネルギーが約45メガジュール/キログラム(MJ/kg)(熱)のディーゼル、ガソリン、もしくはジェット燃料、または比エネルギーが約0.95MJ/kg(電気)のリチウムイオン電池に、比べて明確な利点をもたらすことができる。対照的に、水素は140MJ/kgを超える比エネルギー(熱)を有する。したがって、1kgの水素は、約3kgのガソリンまたはケロシンと同じ量のエネルギーを生み出すことができる。したがって、燃料源としての水素は、他の従来の燃料源と同等の量のエネルギーを生み出すのに必要とされる(質量による)燃料の量を減少させるのに役立つことができる。さらに、水素を燃料源として(例えば、燃焼反応物質として)使用するシステムは、一般的に良性または非毒性の副生成物、例えば水を作り、一方、温室効果ガス(例えば、二酸化炭素および亜酸化窒素)の排出を最小限またはほぼゼロにし、それによって水素を燃料源として使用する様々なシステム(例えば、輸送手段)の環境への影響を軽減する。 Hydrogen can be utilized as a clean energy source to power a variety of systems. Hydrogen can provide distinct advantages over other types of fuels, such as diesel, gasoline, or jet fuel, which have a specific energy of about 45 megajoules per kilogram (MJ/kg) (heat), or lithium-ion batteries, which have a specific energy of about 0.95 MJ/kg (electricity). In contrast, hydrogen has a specific energy (heat) of over 140 MJ/kg. Thus, 1 kg of hydrogen can produce the same amount of energy as about 3 kg of gasoline or kerosene. Thus, hydrogen as a fuel source can help reduce the amount of fuel (by mass) required to produce an equivalent amount of energy as other conventional fuel sources. Furthermore, systems that use hydrogen as a fuel source (e.g., as a combustion reactant) generally produce benign or non-toxic by-products, such as water, while minimizing or nearly eliminating greenhouse gas (e.g., carbon dioxide and nitrous oxide) emissions, thereby reducing the environmental impact of various systems (e.g., transportation) that use hydrogen as a fuel source.

本明細書では、現在利用可能な水素貯蔵および生産システムに関する様々な制限が認識さている。水素は(MJ/kgで測定される)比較的高い重量密度を有するが、圧縮水素および液化水素用の燃料貯蔵システムには、特殊な貯蔵条件が設けられ、かつそれを維持する必要があるため、しばしば複雑である。例えば、ガスでの水素の貯蔵は、高圧タンク(例えば、350~700バールまたは5,000~10,000psi)を必要とすることになる。液体での水素の貯蔵は、1気圧での水素の沸点が-252.8℃であるため、極低温度を必要とすることになる。本明細書においてさらに、市販のアンモニア処理システムによる様々な制限が認識され、これは一般的に、遅い起動時間、非理想的な熱特性、最適ではないアンモニア転化効率、および高い重量および体積要件を有する。 Various limitations of currently available hydrogen storage and production systems are recognized herein. Although hydrogen has a relatively high gravimetric density (measured in MJ/kg), fuel storage systems for compressed and liquefied hydrogen are often complicated due to the need to provide and maintain specialized storage conditions. For example, storage of hydrogen as a gas would require high-pressure tanks (e.g., 350-700 bar or 5,000-10,000 psi). Storage of hydrogen as a liquid would require extremely low temperatures, since the boiling point of hydrogen at 1 atmosphere is −252.8° C. Further recognized herein are various limitations with commercially available ammonia processing systems, which generally have slow start-up times, non-ideal thermal properties, suboptimal ammonia conversion efficiencies, and high weight and volume requirements.

本開示は、アンモニアを処理し、(例えば、給油所または発電システムで)燃料源として利用するために水素を作り、貯蔵し、および/または放出するための従来のシステムの少なくとも上記の欠点に対処するシステムおよび方法を提供する。本開示の実施形態は、概ね、燃料源を作るまたは抽出するために原料物質を加工するためのシステムおよび方法に関する。燃料源は水素を含んでもよい。原料物質は、水素(例えば、炭化水素)を含む任意の材料または化合物を含んでもよい。場合によっては、原料物質はアンモニア(NH)を含んでもよい。 The present disclosure provides systems and methods that address at least the above-mentioned shortcomings of conventional systems for processing ammonia to make, store, and/or release hydrogen for use as a fuel source (e.g., in a fueling station or power generation system). Embodiments of the present disclosure generally relate to systems and methods for processing a feedstock material to make or extract a fuel source. The fuel source may include hydrogen. The feedstock material may include any material or compound that includes hydrogen (e.g., a hydrocarbon). In some cases, the feedstock material may include ammonia ( NH3 ).

本システムおよび方法は、いくつかの点で有利である。本システムおよび方法のいくつかの実施形態は、他の脱炭素化方法では燃料補給が困難な長距離輸送(例えば、500マイルを超えるトラック輸送ルート、または大洋横断輸送ルート)の脱炭素化(例えば、原料物質としてアンモニアを使用し、燃料源として水素を使用する)を可能にする。このような長距離航路では、バッテリーを使用してモーターに電力を供給すると、過度に長い充電時間ならびに過度の重量および体積の要件が必要になる可能性があり、貨物に利用できるスペースが減少するため、船舶運航者の収益が減少する。さらに、このような長距離ルートで(例えば、純粋な水素として貯蔵され、アンモニアから転化されない)水素のみを使用することは、前述の水素の特殊な貯蔵条件、および大容量の貯蔵タンクの要件があるため実行不可能である可能性がある。したがって、本システムおよび方法のいくつかの実施形態は、アンモニアを原料物質として、水素を燃料源として利用する場合、高い電力(5キロワット以上)を生成することできる一方、高いエネルギー密度(重量で655Wh/kg以上、体積で447Wh/L以上)を備えることができる。 The present system and method are advantageous in several ways. Some embodiments of the present system and method enable decarbonization (e.g., using ammonia as a feedstock and hydrogen as a fuel source) of long-distance shipping (e.g., trucking routes over 500 miles or transoceanic shipping routes) that are difficult to refuel with other decarbonization methods. On such long-distance routes, using batteries to power the motors may require excessively long charging times and excessive weight and volume requirements, reducing the space available for cargo and therefore reducing the revenue of the ship operator. Furthermore, using only hydrogen (e.g., stored as pure hydrogen and not converted from ammonia) on such long-distance routes may be infeasible due to the special storage conditions of hydrogen mentioned above and the requirement for large storage tanks. Thus, some embodiments of the present system and method can generate high power (5 kilowatts or more) while having high energy density (655 Wh/kg or more by weight, 447 Wh/L or more by volume) when utilizing ammonia as a feedstock and hydrogen as a fuel source.

さらに、本開示における反応器のいくつかの実施形態は、(温室効果ガス、窒素酸化物(NO)、および/もしくは微粒子状物質を望ましくなく排出する可能性がある炭化水素またはアンモニアを燃焼させることによって反応器を加熱するのとは対照的に)アンモニアから抽出された水素の燃焼によって加熱されることができる。いくつかの実施形態では、アンモニアを水素に分解またはクラッキングすることにより、本開示の反応器モジュールを加熱するための燃焼燃料(例えば、炭化水素、水素、またはアンモニア)を貯蔵するための別個のタンクが必要なくなる可能性がある。 Additionally, some embodiments of the reactors in the present disclosure can be heated by combustion of hydrogen extracted from ammonia (as opposed to heating the reactor by burning hydrocarbons or ammonia, which can undesirably emit greenhouse gases, nitrogen oxides ( NOx ), and/or particulate matter). In some embodiments, decomposing or cracking ammonia into hydrogen can eliminate the need for separate tanks to store combustion fuels (e.g., hydrocarbons, hydrogen, or ammonia) for heating the reactor modules of the present disclosure.

さらに、本システムおよび方法のいくつかの実施形態は、(本開示の反応器および触媒の設計によって達成される)吸着体による高いアンモニア転化効率を利用して、未転化アンモニアを除去することにより、微量アンモニアが高度に精製された水素の流れ(例えば、99%以上の純度)、または微量アンモニア(例えば、1ppm未満)を含む窒素と混合された水素の流れを提供することができる。いくつかの実施形態では、高純度の水素(または窒素と混合した水素)の流れは、プロトン交換膜燃料電池(PEMFC)または他の発電装置(例えば、内燃機関[ICE]または固体酸化物燃料電池[SOFC])によって消費される可能性がある。 Additionally, some embodiments of the present system and method can take advantage of the high ammonia conversion efficiency of the adsorber (achieved by the reactor and catalyst design of the present disclosure) to remove unconverted ammonia, thereby providing a highly purified hydrogen stream (e.g., 99% or greater purity) or a hydrogen stream mixed with nitrogen containing trace ammonia (e.g., less than 1 ppm). In some embodiments, the high purity hydrogen (or hydrogen mixed with nitrogen) stream can be consumed by a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) or other power generation device (e.g., internal combustion engine [ICE] or solid oxide fuel cell [SOFC]).

さらに、本発明のシステムおよび方法は、操作が簡単であり、高度の安全性を提供することができる。いくつかの実施形態では、アンモニアは、(例えば、第一の反応器モジュール用の第一の入口、第二の反応器モジュール用の第二の入口等、とは対照的に)アンモニアタンクからの単一の入口を使用して導入されることできる。いくつかの実施形態では、アンモニアの単一の流れは、すべての反応器モジュールを通る(例えば、最初に起動反応器を、次に主反応器内に、またはその逆向きに、通る)。いくつかの実施形態では、この構成は、反応器モジュールから、貯蔵タンクからのアンモニア投入に(液体アンモニアの気化を促進させる)過剰な熱を伝達し、十分に高いアンモニア転化効率を確実にもたらすことができる。いくつかの実施形態では、アンモニア流量は、単一の入口で制御されてもよく、重大な障害または危険な事象の場合、アンモニア流量は単一の入口によって迅速に遮断されてもよい。 Furthermore, the systems and methods of the present invention are simple to operate and can provide a high degree of safety. In some embodiments, ammonia can be introduced using a single inlet from the ammonia tank (as opposed to, for example, a first inlet for the first reactor module, a second inlet for the second reactor module, etc.). In some embodiments, a single flow of ammonia passes through all reactor modules (e.g., first through the start-up reactor and then into the main reactor, or vice versa). In some embodiments, this configuration can transfer excess heat (which promotes vaporization of liquid ammonia) from the reactor modules to the ammonia input from the storage tank, ensuring sufficiently high ammonia conversion efficiency. In some embodiments, the ammonia flow rate can be controlled by the single inlet, and in the event of a major failure or hazardous event, the ammonia flow rate can be quickly shut off by the single inlet.

一態様では、本開示は、アンモニアを処理するためのシステムを提供する。本システムは、アンモニアを含む原料物質を受け取るように構成される第一の反応器モジュールであって、第一の反応器モジュールが(i)第一の触媒ならびに(ii)起動加熱および改質ユニットを備え、起動加熱および改質ユニットが電流を第一の触媒に流して第一の触媒を加熱するための一つまたは複数の電極を備え、第一の触媒が起動加熱および改質ユニットを用いて加熱される場合、第一の触媒がアンモニアから水素を作るまたは抽出するように構成される、第一の反応器モジュールと、第一の反応器モジュールと流体連通する第二の反応器モジュールであって、第二の反応器モジュールがアンモニアを含む原料物質を受け取るように構成され、第二の反応器モジュールが(i)第二の触媒および(ii)第二の触媒を加熱するための一つまたは複数の主加熱ユニットを備え、一つまたは複数の主加熱ユニットのうちの少なくとも一つが、第一の反応器モジュールによって生成される水素を燃焼させることによって第二の触媒の少なくとも一部を加熱するように構成され、第二の触媒が、第二の触媒が一つまたは複数の主加熱ユニットを使用して加熱される場合、アンモニアから水素を作るまたは抽出するように構成される、第二の反応器モジュールと、を備える。 In one aspect, the disclosure provides a system for processing ammonia. The system includes a first reactor module configured to receive a feed material including ammonia, the first reactor module including (i) a first catalyst and (ii) a start-up heating and reforming unit, the start-up heating and reforming unit including one or more electrodes for applying an electric current to the first catalyst to heat the first catalyst, the first catalyst configured to make or extract hydrogen from ammonia when the first catalyst is heated using the start-up heating and reforming unit, and a second reactor module in fluid communication with the first reactor module, the second reactor module configured to receive a feed material including ammonia, the second reactor module including (i) a second catalyst and (ii) one or more main heating units for heating the second catalyst, at least one of the one or more main heating units configured to heat at least a portion of the second catalyst by burning hydrogen produced by the first reactor module, the second catalyst configured to make or extract hydrogen from ammonia when the second catalyst is heated using the one or more main heating units.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数のアンモニア燃料源が、一つまたは複数の液体燃料貯蔵タンクを備え、アンモニアが、一つまたは複数の液体燃料貯蔵タンク内に液体アンモニアとして貯蔵される。 In some embodiments, the one or more ammonia fuel sources include one or more liquid fuel storage tanks, and the ammonia is stored as liquid ammonia in the one or more liquid fuel storage tanks.

いくつかの実施形態では、液体アンモニアは、約15~約30℃の範囲の温度、および7~12バールの範囲の絶対圧力で貯蔵される。いくつかの実施形態では、液体アンモニアは、約大気圧~約20バールの範囲のゲージ圧力で貯蔵される。いくつかの実施形態では、液体アンモニアは、約-40~約20℃の範囲の温度、および約0.5バール~約9バールの範囲の絶対圧力で貯蔵される。 In some embodiments, the liquid ammonia is stored at a temperature in the range of about 15 to about 30° C. and at an absolute pressure in the range of 7 to 12 bar. In some embodiments, the liquid ammonia is stored at a gauge pressure in the range of about atmospheric pressure to about 20 bar. In some embodiments, the liquid ammonia is stored at a temperature in the range of about -40 to about 20° C. and at an absolute pressure in the range of about 0.5 bar to about 9 bar.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の主加熱ユニットは、電気ヒーターまたは燃焼ヒーターを備える。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の電極は、一つまたは複数の金属電極を含む。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の金属電極は銅を含んでもよい。 In some embodiments, the one or more main heating units comprise an electric heater or a fired heater. In some embodiments, the one or more electrodes include one or more metal electrodes. In some embodiments, the one or more metal electrodes may include copper.

いくつかの実施形態では、第一の触媒および第二の触媒のうちの少なくとも一つは、金属発泡体触媒を含む。いくつかの実施形態では、金属発泡体触媒は、ニッケル、鉄、クロム、コバルト、モリブデン、銅、またはアルミニウムを含む。いくつかの実施形態では、金属発泡体触媒は、ニッケル、鉄、クロム、コバルト、モリブデン、銅、またはアルミニウムを含む一つまたは複数の合金を含む。いくつかの実施形態では、金属発泡体触媒は、一つまたは複数の粉末もしくはペレット触媒の触媒コーティングを含む。いくつかの実施形態では、触媒コーティングは、金属材料、プロモーター材料、担体材料、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、金属材料は、ルテニウム、ニッケル、ロジウム、イリジウム、コバルト、鉄、白金、クロム、パラジウム、または銅を含む。いくつかの実施形態では、プロモーター材料は、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Ba、Sr、La、Ce、Pr、Sm、またはGdから選択される少なくとも一つの材料を含む。いくつかの実施形態では、担体は、Al、MgO、CeO、ZrO、La、SiO、Y、TiO、SiC、六方晶BN(窒化ホウ素)、BNナノチューブ、炭化ケイ素、一つもしくは複数のゼオライト、LaAlO、CeAlO、MgAl、CaAl、または一つもしくは複数のカーボンナノチューブから選択される少なくとも一つの材料を含む。 In some embodiments, at least one of the first catalyst and the second catalyst comprises a metal foam catalyst. In some embodiments, the metal foam catalyst comprises nickel, iron, chromium, cobalt, molybdenum, copper, or aluminum. In some embodiments, the metal foam catalyst comprises one or more alloys comprising nickel, iron, chromium, cobalt, molybdenum, copper, or aluminum. In some embodiments, the metal foam catalyst comprises a catalyst coating of one or more powder or pellet catalysts. In some embodiments, the catalyst coating comprises a metal material, a promoter material, a support material, or any combination thereof. In some embodiments, the metal material comprises ruthenium, nickel, rhodium, iridium, cobalt, iron, platinum, chromium, palladium, or copper. In some embodiments, the promoter material comprises at least one material selected from Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Ba, Sr, La, Ce, Pr, Sm, or Gd. In some embodiments, the support comprises at least one material selected from Al2O3 , MgO, CeO2 , ZrO2, La2O3 , SiO2 , Y2O3 , TiO2 , SiC, hexagonal BN (boron nitride ) , BN nanotubes, silicon carbide, one or more zeolites , LaAlO3 , CeAlO3 , MgAl2O4 , CaAl2O4 , or one or more carbon nanotubes.

いくつかの実施形態では、触媒コーティングは、一つまたは複数のルテニウム系前駆体を含む。いくつかの実施形態では、一つまたは複数のルテニウム系前駆体は、RuClまたはRu(CO)12を含む。いくつかの実施形態では、金属発泡体触媒は、少なくとも約8マイクロオームメートル(μΩm)の見掛け電気抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、金属発泡体触媒は、一つまたは複数のエッチング、浸出、または酸処理を使用して処理され、金属発泡体触媒の表面積を増やすことができる。いくつかの実施形態では、金属発泡体触媒は、熱処理され、熱活性化される。いくつかの実施形態では、金属発泡体触媒は、物理的気相成長処理または化学気相成長処理を使用して被覆される。 In some embodiments, the catalyst coating comprises one or more ruthenium-based precursors. In some embodiments, the one or more ruthenium-based precursors comprise RuCl3 or Ru3 (CO) 12 . In some embodiments, the metal foam catalyst has an apparent electrical resistivity of at least about 8 microohm-meters (μΩm). In some embodiments, the metal foam catalyst can be treated using one or more of etching, leaching, or acid treatment to increase the surface area of the metal foam catalyst. In some embodiments, the metal foam catalyst is heat treated and heat activated. In some embodiments, the metal foam catalyst is coated using a physical vapor deposition process or a chemical vapor deposition process.

いくつかの実施形態では、第一の反応器モジュールは、互いに積み重ね可能な複数のモジュラーユニットを備える。いくつかの実施形態では、複数のモジュラーユニットのそれぞれは、金属発泡体触媒と、アンモニアを金属発泡体触媒に誘導するための一つまたは複数の反応器の流路と、を備える。いくつかの実施形態では、システムは、複数のモジュラーユニットを分離するための一つまたは複数の絶縁パネルをさらに備えてもよく、一つまたは複数の絶縁パネルは電気絶縁コーティングを備え、電気絶縁コーティングは複数のモジュラーユニットの間に配置される。 In some embodiments, the first reactor module comprises a plurality of modular units stackable together. In some embodiments, each of the plurality of modular units comprises a metal foam catalyst and one or more reactor flow paths for directing ammonia to the metal foam catalyst. In some embodiments, the system may further comprise one or more insulating panels for separating the plurality of modular units, the one or more insulating panels comprising an electrically insulating coating, the electrically insulating coating disposed between the plurality of modular units.

いくつかの実施形態では、第一の反応器モジュールを使用して生成される水素は、一つもしくは複数の燃料電池に電力を供給する、または燃焼により第二の反応器モジュールを加熱するのに使用可能である。いくつかの実施形態では、第一の反応器モジュールは、少なくとも摂氏約550度の目標温度に到達するために、起動時間を最大で約5分にする。いくつかの実施形態では、第一の反応器モジュールは、少なくとも摂氏約550度の目標温度に到達するために、起動時間を最大で約60分にする。いくつかの実施形態では、第一の反応器モジュールにより、少なくとも約90%のアンモニア転化効率が得られる。いくつかの実施形態では、第一の反応器モジュールは、反応器床体積の立方センチメートル当たり約10ワットの電力密度を有する。いくつかの実施形態では、システムは、少なくとも約600ワット時/キログラムのシステムレベルの電気エネルギー密度を有する。いくつかの実施形態では、システムは、少なくとも約5重量%の水素貯蔵容量を有する。いくつかの実施形態では、第一の反応器モジュールおよび第二の反応器モジュールのうちの少なくとも一つは、電気または水素燃焼による自己発熱用に構成される。 In some embodiments, hydrogen produced using the first reactor module can be used to power one or more fuel cells or heat the second reactor module by combustion. In some embodiments, the first reactor module has a start-up time of up to about 5 minutes to reach a target temperature of at least about 550 degrees Celsius. In some embodiments, the first reactor module has a start-up time of up to about 60 minutes to reach a target temperature of at least about 550 degrees Celsius. In some embodiments, the first reactor module provides an ammonia conversion efficiency of at least about 90%. In some embodiments, the first reactor module has a power density of about 10 watts per cubic centimeter of reactor bed volume. In some embodiments, the system has a system level electrical energy density of at least about 600 watt-hours per kilogram. In some embodiments, the system has a hydrogen storage capacity of at least about 5% by weight. In some embodiments, at least one of the first reactor module and the second reactor module is configured for self-heating by electricity or hydrogen combustion.

いくつかの実施形態では、システムは、第一の反応器モジュールおよび第二の反応器モジュールのうちの少なくとも一つと流体連通する一つまたは複数の燃料電池をさらに備えてもよい。いくつかの実施形態では、システムは、負荷追従および初期反応器加熱電力のための ハイブリッド電池をさらに備えてもよい。いくつかの実施形態では、ハイブリッド電池は、第一の反応器モジュールおよび第二の反応器モジュールのうちの少なくとも一つと電気的に連通する。 In some embodiments, the system may further include one or more fuel cells in fluid communication with at least one of the first reactor module and the second reactor module. In some embodiments, the system may further include a hybrid battery for load following and initial reactor heating power. In some embodiments, the hybrid battery is in electrical communication with at least one of the first reactor module and the second reactor module.

いくつかの実施形態では、第二の反応器モジュールは、第一の反応器モジュールと流体連通して、第一の反応器モジュールと第二の反応器モジュールとの間で水素、窒素、またはアンモニアの輸送を可能にする。いくつかの実施形態では、第二の反応器モジュールは、第一の反応器モジュールと熱連通および/または流体連通している。いくつかの実施形態では、原料物質は、同じ原料から第一の反応器モジュールおよび第二の反応器モジュールに供給される。いくつかの実施形態では、原料物質は、異なる供給源から第一の反応器モジュールおよび第二の反応器モジュールに供給される。 In some embodiments, the second reactor module is in fluid communication with the first reactor module to allow transport of hydrogen, nitrogen, or ammonia between the first reactor module and the second reactor module. In some embodiments, the second reactor module is in thermal and/or fluid communication with the first reactor module. In some embodiments, the feed material is supplied to the first reactor module and the second reactor module from the same feed. In some embodiments, the feed material is supplied to the first reactor module and the second reactor module from different sources.

いくつかの実施形態では、システムは、触媒および/または一つもしくは複数の電極に隣接する一つまたは複数のばねをさらに備えてもよく、一つまたは複数のばねは、触媒が一つまたは複数の熱サイクル手順を経る場合に、触媒にかかる機械的負荷を軽減または再分配するように構成される。いくつかの実施形態では、一つまたは複数のばねは、一つまたは複数の金属ばねを含む。いくつかの実施形態では、一つまたは複数のばねは、一つまたは複数の銅ばねを含む。いくつかの実施形態では、一つまたは複数のばねは、一つまたは複数の熱サイクル手順中に触媒の熱膨張または熱収縮に起因する触媒にかかる熱応力を軽減するように構成される。 In some embodiments, the system may further include one or more springs adjacent to the catalyst and/or the one or more electrodes, the one or more springs configured to relieve or redistribute mechanical loads on the catalyst when the catalyst undergoes one or more thermal cycling procedures. In some embodiments, the one or more springs include one or more metal springs. In some embodiments, the one or more springs include one or more copper springs. In some embodiments, the one or more springs are configured to relieve thermal stresses on the catalyst due to thermal expansion or contraction of the catalyst during one or more thermal cycling procedures.

別の態様では、本開示はアンモニアを処理する方法を提供し、方法は、(a)(i)第一の触媒ならびに起動加熱および改質ユニットを含む第一の反応器モジュールならびに(ii)第一の反応器モジュールと流体連通する第二の反応器モジュールを提供することであって、第二の反応器モジュールが第二の触媒および一つまたは複数の主加熱ユニットを備える、提供することと、(b)電流を第一の触媒に流して第一の触媒を加熱するために起動加熱および改質ユニットを使用することであって、加熱されると第一の触媒がアンモニアから水素を作るまたは抽出するように構成される、使用することと、(c)第一の反応器モジュールおよび/または第二の反応器モジュールを使用して生成された水素を燃焼することによって、第二の触媒の少なくとも一部を加熱するために、一つまたは複数の主加熱ユニットのうちの少なくとも一つを使用することと、を含む。 In another aspect, the present disclosure provides a method for processing ammonia, the method including: (a) providing (i) a first reactor module including a first catalyst and a start-up heating and reforming unit, and (ii) a second reactor module in fluid communication with the first reactor module, the second reactor module including a second catalyst and one or more main heating units; (b) using the start-up heating and reforming unit to pass an electric current through the first catalyst to heat the first catalyst, the first catalyst being configured to make or extract hydrogen from ammonia when heated; and (c) using at least one of the one or more main heating units to heat at least a portion of the second catalyst by burning hydrogen produced using the first reactor module and/or the second reactor module.

いくつかの実施形態では、方法は、アンモニアから水素を作るまたは抽出するために第二の触媒を使用することをさらに含み、第二の触媒は、加熱されるとアンモニアから水素を作るまたは抽出するように構成される。いくつかの実施形態では、方法は、第二の触媒を使用して生成される水素の少なくとも一部を一つまたは複数の燃料電池に誘導し、電気エネルギーを生成することをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、方法は、第一の触媒を使用して生成される水素の少なくとも一部を一つまたは複数の燃料電池に誘導し、電気エネルギーを生成することをさらに含むことができる。 In some embodiments, the method further includes using a second catalyst to make or extract hydrogen from the ammonia, the second catalyst configured to make or extract hydrogen from the ammonia when heated. In some embodiments, the method can further include directing at least a portion of the hydrogen produced using the second catalyst to one or more fuel cells to generate electrical energy. In some embodiments, the method can further include directing at least a portion of the hydrogen produced using the first catalyst to one or more fuel cells to generate electrical energy.

別の態様では、本開示はシステムを提供し、システムは、アンモニアを含む原料物質を受け取るように構成される反応器モジュールであって、反応器モジュールが触媒および触媒を加熱するための複数の加熱ユニットを備え、複数の加熱ユニットが、燃焼によって触媒の少なくとも第一の部分を加熱するように構成される第一の加熱ユニットと、電気加熱を使用して触媒の少なくとも第二の部分を加熱するように構成される第二の加熱ユニットと、を備え、触媒が複数の加熱ユニットを使用して加熱される場合、触媒がアンモニアから水素を作るまたは抽出するように構成される、反応器モジュール、を備える。 In another aspect, the disclosure provides a system, the system comprising: a reactor module configured to receive a feed material including ammonia, the reactor module comprising a catalyst and a plurality of heating units for heating the catalyst, the plurality of heating units comprising a first heating unit configured to heat at least a first portion of the catalyst by combustion and a second heating unit configured to heat at least a second portion of the catalyst using electrical heating, the catalyst configured to make or extract hydrogen from ammonia when the catalyst is heated using the plurality of heating units.

いくつかの実施形態では、第二の加熱ユニットは、電流を触媒の第二の部分に流すことによって、触媒の第二の部分を加熱するように構成される。いくつかの実施形態では、システムは、反応器モジュールと流体連通および/または熱連通する第二の反応器モジュールをさらに備えてもよく、第二の反応器モジュールは、第二の触媒および第二の加熱ユニットを備え、第二の加熱ユニットが第二の触媒を加熱するように構成され、第二の触媒が第二の加熱ユニットを使用して加熱される場合、第二の触媒がアンモニアから水素を作るまたは抽出するように構成される。 In some embodiments, the second heating unit is configured to heat the second portion of the catalyst by passing an electric current through the second portion of the catalyst. In some embodiments, the system may further include a second reactor module in fluid and/or thermal communication with the reactor module, the second reactor module including a second catalyst and a second heating unit, the second heating unit configured to heat the second catalyst, and the second catalyst configured to make or extract hydrogen from ammonia when the second catalyst is heated using the second heating unit.

いくつかの実施形態では、反応器モジュールの第一の加熱ユニットは、第二の反応器モジュールを使用して生成される水素ガスを燃焼することによって、触媒の第一の部分を加熱するように構成される。いくつかの実施形態では、第一の加熱ユニットは、反応器モジュールまたは第二の反応器モジュールと流体連通する一つまたは複数の燃料電池からの残留水素ガスを燃焼させることによって、触媒の第一の部分を加熱するように構成される。いくつかの実施形態では、第二の加熱ユニットは、第二の触媒に電流を流して第二の触媒を加熱するための一つまたは複数の電極を備える。 In some embodiments, the first heating unit of the reactor module is configured to heat the first portion of the catalyst by burning hydrogen gas produced using the second reactor module. In some embodiments, the first heating unit is configured to heat the first portion of the catalyst by burning residual hydrogen gas from one or more fuel cells in fluid communication with the reactor module or the second reactor module. In some embodiments, the second heating unit comprises one or more electrodes for passing an electric current through the second catalyst to heat the second catalyst.

いくつかの実施形態では、第一の加熱ユニットと第二の加熱ユニットとの間の熱負荷分布は、アンモニアクラッキング転化効率を高め、反応器モジュールの熱改質効率を向上させるために調整可能である。いくつかの実施形態では、システムは、反応器モジュール内の熱負荷分布を調整するために、第一の加熱ユニットおよび第二の加熱ユニットの動作を制御するように構成されるコントローラーをさらに備えてもよい。いくつかの実施形態では、熱負荷分布は、第一の加熱ユニットの加熱電力と第二の加熱ユニットの加熱電力との間の比に対応する加熱電力比を含む。 In some embodiments, the heat load distribution between the first heating unit and the second heating unit is adjustable to increase ammonia cracking conversion efficiency and improve thermal reforming efficiency of the reactor module. In some embodiments, the system may further include a controller configured to control operation of the first heating unit and the second heating unit to adjust the heat load distribution in the reactor module. In some embodiments, the heat load distribution includes a heating power ratio corresponding to a ratio between the heating power of the first heating unit and the heating power of the second heating unit.

いくつかの実施形態では、反応器モジュールは、少なくとも約80%の熱改質効率を有する。いくつかの実施形態では、反応器モジュールは、少なくとも約90%の熱改質効率を有する。いくつかの実施形態では、反応器モジュールは、少なくとも約95%の熱改質効率を有する。いくつかの実施形態では、反応器モジュールは、高い熱伝達係数を有する一つまたは複数の電気絶縁材料を利用するカートリッジヒーターの設計を備える。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の電気絶縁材料は窒化ホウ素を含む。いくつかの実施形態では、反応器モジュールは、金属材料、プロモーター材料、および担体材料を含む一つまたは複数のアンモニア分解触媒を備える反応床を備える。いくつかの実施形態では、第一の加熱ユニットおよび第二の加熱ユニットは、反応床の異なる部分を加熱するように構成される。いくつかの実施形態では、金属材料は、ルテニウム、ニッケル、ロジウム、イリジウム、コバルト、鉄、白金、クロム、パラジウム、または銅を含む。いくつかの実施形態では、プロモーター材料は、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Ba、Sr、La、Ce、Pr、Sm、またはGdから選択される少なくとも一つの材料を含む。いくつかの実施形態では、担体は、Al、MgO、CeO、ZrO、La、SiO、Y、TiO、SiC、六方晶BN(窒化ホウ素)、BNナノチューブ、炭化ケイ素、一つもしくは複数のゼオライト、LaAlO、CeAlO、MgAl、CaAl、または一つもしくは複数のカーボンナノチューブから選択される少なくとも一つの材料を含む。 In some embodiments, the reactor module has a thermal reforming efficiency of at least about 80%. In some embodiments, the reactor module has a thermal reforming efficiency of at least about 90%. In some embodiments, the reactor module has a thermal reforming efficiency of at least about 95%. In some embodiments, the reactor module comprises a cartridge heater design utilizing one or more electrically insulating materials with a high heat transfer coefficient. In some embodiments, the one or more electrically insulating materials comprise boron nitride. In some embodiments, the reactor module comprises a reaction bed comprising one or more ammonia decomposition catalysts comprising a metallic material, a promoter material, and a support material. In some embodiments, the first heating unit and the second heating unit are configured to heat different portions of the reaction bed. In some embodiments, the metallic material comprises ruthenium, nickel, rhodium, iridium, cobalt, iron, platinum, chromium, palladium, or copper. In some embodiments, the promoter material comprises at least one material selected from Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Ba, Sr, La, Ce, Pr, Sm, or Gd. In some embodiments, the support comprises at least one material selected from Al2O3 , MgO, CeO2 , ZrO2, La2O3 , SiO2 , Y2O3 , TiO2 , SiC, hexagonal BN (boron nitride ) , BN nanotubes, silicon carbide, one or more zeolites , LaAlO3 , CeAlO3 , MgAl2O4 , CaAl2O4 , or one or more carbon nanotubes.

いくつかの実施形態では、反応器モジュールは、約0.5ミリメートル~約1.5ミリメートルの範囲の厚さを有する一つまたは複数の壁を備えて熱質量を減少させ、より速くかつより動的に温度応答する。いくつかの実施形態では、反応器モジュールは、(構造的一体性を高めるために)約1.5ミリメートル~約10ミリメートルの範囲の厚さを有する一つまたは複数の壁を備える。いくつかの実施形態では、システムは、反応器モジュールと流体連通する一つまたは複数の燃料電池をさらに備えてもよく、一つまたは複数の燃料電池は、反応器モジュールによって生成される水素を使用して電気エネルギーを生成するように構成される。 In some embodiments, the reactor module includes one or more walls having a thickness in the range of about 0.5 millimeters to about 1.5 millimeters to reduce thermal mass and provide faster and more dynamic temperature response. In some embodiments, the reactor module includes one or more walls having a thickness in the range of about 1.5 millimeters to about 10 millimeters (to increase structural integrity). In some embodiments, the system may further include one or more fuel cells in fluid communication with the reactor module, the one or more fuel cells configured to generate electrical energy using hydrogen produced by the reactor module.

いくつかの実施形態では、複数の加熱ユニットは、少なくとも二つ以上の加熱ユニットを備える。いくつかの実施形態では、少なくとも二つ以上の加熱ユニット間の熱負荷分布は、アンモニア転化効率を高めるために、および反応器モジュールの熱改質効率を向上させるために調整可能である。いくつかの実施形態では、少なくとも二つ以上の加熱ユニットのそれぞれは、反応器モジュール内に一つまたは複数の加熱ゾーンを有し、反応器モジュール内の一つまたは複数の領域内で連続的な熱分布を可能にする。いくつかの実施形態では、少なくとも二つ以上の加熱ユニットは、反応器モジュール内の異なる加熱ゾーンを加熱するように構成される。いくつかの実施形態では、少なくとも二つ以上の加熱ユニットは、反応器モジュール内の一つまたは複数の同じゾーンを加熱するように構成される。いくつかの実施形態では、第一の部分および第二の部分は、触媒の異なる部分である。いくつかの実施形態では、電気加熱はジュール加熱を含む。 In some embodiments, the plurality of heating units comprises at least two or more heating units. In some embodiments, the heat load distribution between the at least two or more heating units is adjustable to increase ammonia conversion efficiency and to improve thermal reforming efficiency of the reactor module. In some embodiments, each of the at least two or more heating units has one or more heating zones within the reactor module to enable continuous heat distribution within one or more regions within the reactor module. In some embodiments, the at least two or more heating units are configured to heat different heating zones within the reactor module. In some embodiments, the at least two or more heating units are configured to heat one or more of the same zones within the reactor module. In some embodiments, the first portion and the second portion are different portions of the catalyst. In some embodiments, the electrical heating includes Joule heating.

別の態様では、本開示は方法を提供し、方法は、(a)触媒および触媒を加熱するための複数の加熱ユニットを備える反応器モジュールを設けることであって、複数の加熱ユニットが第一の加熱ユニットおよび第二の加熱ユニットを備え、触媒が複数の加熱ユニットを使用して加熱される場合、触媒がアンモニアから水素を作るまたは抽出するように構成される、設けることと、(b)(i)燃焼によって触媒の少なくとも第一の部分を加熱するために、第一の加熱ユニットおよび(ii)電気加熱によって触媒の少なくとも第二の部分を加熱するために第二の加熱ユニットを使用することと、を含む。 In another aspect, the disclosure provides a method, the method including: (a) providing a reactor module comprising a catalyst and a plurality of heating units for heating the catalyst, the plurality of heating units comprising a first heating unit and a second heating unit, the catalyst configured to make or extract hydrogen from ammonia when the catalyst is heated using the plurality of heating units; and (b) using (i) the first heating unit to heat at least a first portion of the catalyst by combustion and (ii) the second heating unit to heat at least a second portion of the catalyst by electrical heating.

いくつかの実施形態では、方法は、触媒を使用してアンモニアから水素を抽出することをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、方法は、抽出された水素を一つまたは複数の燃料電池に誘導して電気エネルギーを生成することをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、第一の加熱ユニットを使用して触媒の少なくとも第一の部分を加熱することは、第二の反応器モジュールを使用して生成される水素ガスを燃焼することを含む。いくつかの実施形態では、第二の加熱ユニットを使用して触媒の少なくとも第二の部分を加熱することは、電流を触媒の第二の部分に流すことを含む。いくつかの実施形態では、方法は、第一の加熱ユニットと第二の加熱ユニットとの間の熱負荷分布を調整して、アンモニア転化効率を高め、反応器モジュールの熱改質効率を向上させることをさらに含んでもよい。 In some embodiments, the method may further include extracting hydrogen from the ammonia using a catalyst. In some embodiments, the method may further include directing the extracted hydrogen to one or more fuel cells to generate electrical energy. In some embodiments, heating at least a first portion of the catalyst using a first heating unit includes combusting hydrogen gas produced using a second reactor module. In some embodiments, heating at least a second portion of the catalyst using a second heating unit includes passing an electric current through a second portion of the catalyst. In some embodiments, the method may further include adjusting a heat load distribution between the first heating unit and the second heating unit to increase ammonia conversion efficiency and improve thermal reforming efficiency of the reactor module.

別の態様では、本開示はアンモニアを処理するためのシステムを提供し、システムは、一つまたは複数の触媒を使用してアンモニアを分解するための一つまたは複数の反応器と、一つまたは複数の反応器の少なくとも入口流を加熱するため、または少なくとも出口流を冷却するための一つまたは複数の熱交換器と、一つまたは複数の反応器の出口流から一つまたは複数の微量材料を濾過または除去するための一つまたは複数の吸着塔と、を備える。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の吸着塔は、カートリッジ型である一つまたは複数の吸着体を備える。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器は、起動反応器および主反応器を備える。起動反応器は、アンモニアを水素に分解し、燃焼加熱のための燃料として少なくとも前述の水素を主反応器に供給するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、起動反応器は、電気加熱、抵抗加熱、誘導加熱、またはジュール加熱を使用して、一つまたは複数の触媒を加熱するように構成される。いくつかの実施形態では、起動反応器は、主反応器と流体連通および/または熱連通する。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の吸着塔は、オンデマンド吸着体再生およびシステムの連続稼働用の二つ以上の吸着床を備える。 In another aspect, the present disclosure provides a system for processing ammonia, the system comprising one or more reactors for decomposing ammonia using one or more catalysts, one or more heat exchangers for heating at least an inlet stream or cooling at least an outlet stream of the one or more reactors, and one or more adsorption towers for filtering or removing one or more trace materials from the outlet stream of the one or more reactors. In some embodiments, the one or more adsorption towers comprise one or more adsorbents that are cartridge-type. In some embodiments, the one or more reactors comprise a start-up reactor and a main reactor. The start-up reactor can be configured to decompose ammonia into hydrogen and provide at least said hydrogen to the main reactor as fuel for combustion heating. In some embodiments, the start-up reactor is configured to heat the one or more catalysts using electrical heating, resistive heating, inductive heating, or Joule heating. In some embodiments, the start-up reactor is in fluid and/or thermal communication with the main reactor. In some embodiments, the one or more adsorption towers comprise two or more adsorption beds for on-demand adsorbent regeneration and continuous operation of the system.

いくつかの実施形態では、システムは、反応器出口流を第一の吸着床と第二の吸着床との間で選択的に向きを変えるための一つまたは複数のバルブもしくは流量制御ユニットをさらに備えてもよい。いくつかの実施形態では、システムは、反応器出口流を再生吸着床に向きを変えるために、一つまたは複数のバルブもしくは流量制御ユニットを制御するように構成されるコントローラーをさらに備えてもよい。いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の吸着塔を再生成するための一つまたは複数の別の熱交換器をさらに備えてもよい。いくつかの実施形態では、システムは、(例えば、吸着体再生中に)反応器出口流から微量アンモニアを除去し、微量アンモニアの流れを、一つもしくは複数の反応器および/または一つもしくは複数の吸着塔の燃焼ヒーターと流体連通する燃料電池からの出口流と混ぜ合わせるように構成されるポンプまたはブロワをさらに備えてもよい。いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の燃料電池をさらに備えてもよい。いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数のアンモニアタンクをさらに備えてもよい。いくつかの実施形態では、反応器の出口流および/または入口流のための一つまたは複数の熱交換器は、アンモニア貯蔵タンクと熱連通して、アンモニア貯蔵タンク内部のアンモニア蒸発のための加熱エネルギーを提供することができる。いくつかの実施形態では、反応器の出口流および/または入口流は、アンモニアを蒸発させるため、および/または温度を上昇させるために、アンモニア貯蔵タンクからの流れと熱連通していてもよい。いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の燃料電池と熱連通するアンモニア貯蔵タンクをさらに備え、一つまたは複数の燃料電池から廃熱を回収して、アンモニア貯蔵タンク内のアンモニア蒸発のための加熱エネルギーを供給してもよい。いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の燃料電池と熱連通する一つまたは複数の熱交換器を備え、一つまたは複数の燃料電池から廃熱を回収して、一つまたは複数の熱交換器内のアンモニア蒸発のための加熱エネルギーを供給してもよい。いくつかの実施形態では、反応器入口流または出口流は、水素、窒素、およびアンモニアのうちの少なくとも一つを含む。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の微量材料はアンモニアを含む。いくつかの実施形態では、アンモニアは、未転化アンモニアを含む。いくつかの実施形態では、システムは、アンモニア貯蔵タンクと熱連通する一つまたは複数の追加の熱交換器をさらに備え、アンモニア貯蔵タンク内部にアンモニア蒸発のための加熱エネルギーを供給してもよい。 In some embodiments, the system may further comprise one or more valves or flow control units for selectively redirecting the reactor outlet stream between the first and second adsorption beds. In some embodiments, the system may further comprise a controller configured to control the one or more valves or flow control units to redirect the reactor outlet stream to the regenerated adsorption bed. In some embodiments, the system may further comprise one or more separate heat exchangers for regenerating the adsorption tower or towers. In some embodiments, the system may further comprise a pump or blower configured to remove trace ammonia from the reactor outlet stream (e.g., during adsorbent regeneration) and combine the trace ammonia stream with an outlet stream from a fuel cell in fluid communication with the one or more reactors and/or the one or more adsorption towers' fired heaters. In some embodiments, the system may further comprise one or more fuel cells in fluid communication with the one or more reactors. In some embodiments, the system may further comprise one or more ammonia tanks in fluid communication with the one or more reactors. In some embodiments, the one or more heat exchangers for the reactor outlet stream and/or inlet stream can be in thermal communication with an ammonia storage tank to provide heating energy for ammonia evaporation within the ammonia storage tank. In some embodiments, the reactor outlet and/or inlet streams may be in thermal communication with a stream from an ammonia storage tank to evaporate the ammonia and/or increase the temperature. In some embodiments, the system may further comprise an ammonia storage tank in thermal communication with the one or more fuel cells to recover waste heat from the one or more fuel cells to provide heating energy for ammonia evaporation in the ammonia storage tank. In some embodiments, the system may comprise one or more heat exchangers in thermal communication with the one or more fuel cells to recover waste heat from the one or more fuel cells to provide heating energy for ammonia evaporation in the one or more heat exchangers. In some embodiments, the reactor inlet or outlet stream comprises at least one of hydrogen, nitrogen, and ammonia. In some embodiments, the one or more trace materials comprise ammonia. In some embodiments, the ammonia comprises unconverted ammonia. In some embodiments, the system may further comprise one or more additional heat exchangers in thermal communication with the ammonia storage tank to provide heating energy for ammonia evaporation inside the ammonia storage tank.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器は、車両に取り付けられるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、車両は陸上車両、航空車両、または水中車両(例えば、ボート、船、または任意の他の種類の海上車両)を備える。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器は、車両の前方領域、後方領域、側部領域、内側領域、外側領域、上部領域、または下部領域に取り付けられるように構成される。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器、一つまたは複数の熱交換器、および一つまたは複数の吸着塔は、車両の異なる部分または領域に取り付けられるように構成される。いくつかの実施形態では、車両は、ドローン、自動車、またはトラックを含む。いくつかの実施形態では、車両は、ヒトまたはコンピューターによって操作されるように構成される。いくつかの実施形態では、車両は自律的または半自律的である。 In some embodiments, the one or more reactors may be configured to be mounted on a vehicle. In some embodiments, the vehicle comprises a land vehicle, an air vehicle, or an underwater vehicle (e.g., a boat, a ship, or any other type of marine vehicle). In some embodiments, the one or more reactors are configured to be mounted on a front region, a rear region, a side region, an inner region, an outer region, a top region, or a bottom region of the vehicle. In some embodiments, the one or more reactors, the one or more heat exchangers, and the one or more adsorption towers are configured to be mounted on different portions or regions of the vehicle. In some embodiments, the vehicle includes a drone, a car, or a truck. In some embodiments, the vehicle is configured to be operated by a human or a computer. In some embodiments, the vehicle is autonomous or semi-autonomous.

別の態様では、本開示はシステムを提供し、システムは、(a)アンモニア貯蔵タンクと、(b)アンモニア貯蔵タンクと流体連通する反応器であって、反応器が、アンモニア貯蔵タンクから受け取ったアンモニアを分解して、水素を含む反応器出口流を生成するように構成される、反応器と、(c)反応器出口流の少なくとも一部から未転化アンモニアを濾過または除去して、濾過された反応器出口流を供給するように構成される一つまたは複数の吸着体と、(d)反応器および一つまたは複数の吸着体のうちの少なくとも一つと流体連通する一つまたは複数の燃料電池であって、一つまたは複数の燃料電池が、(i)一つまたは複数の吸着体から濾過された反応器出口流を受け取る、(ii)濾過された反応器出口流を処理して電気を生成する、 および(iii)未転化水素を含む燃料電池出口流を排出する、ように構成される、一つまたは複数の燃料電池と、(e)反応器内に少なくとも部分的に埋め込まれる一つまたは複数の燃焼器であって、一つまたは複数の燃焼器が、(i)アンモニア貯蔵タンク、反応器、一つまたは複数の吸着体、および一つまたは複数の燃料電池のうちの少なくとも一つと流体連通し、ならびに(ii)アンモニアタンクからのアンモニア流、反応器出口流、濾過された反応器出口流、または燃料電池出口流の少なくとも一部を燃焼し、複数の異なる領域で反応器を加熱するための熱エネルギーを生成してアンモニア分解を促進させるように構成される、一つまたは複数の燃焼器と、を備える。 In another aspect, the disclosure provides a system, the system comprising: (a) an ammonia storage tank; (b) a reactor in fluid communication with the ammonia storage tank, the reactor configured to decompose ammonia received from the ammonia storage tank to produce a reactor outlet stream comprising hydrogen; (c) one or more adsorber configured to filter or remove unconverted ammonia from at least a portion of the reactor outlet stream to provide a filtered reactor outlet stream; and (d) one or more fuel cells in fluid communication with at least one of the reactor and the one or more adsorber, the one or more fuel cells (i) receiving the filtered reactor outlet stream from the one or more adsorber and (ii) processing the filtered reactor outlet stream to generate electricity. and (iii) one or more fuel cells configured to discharge a fuel cell outlet stream comprising unconverted hydrogen; and (e) one or more combustors at least partially embedded within the reactor, the one or more combustors being in fluid communication with at least one of (i) the ammonia storage tank, the reactor, the one or more adsorber, and the one or more fuel cells, and (ii) configured to combust at least a portion of the ammonia stream from the ammonia tank, the reactor outlet stream, the filtered reactor outlet stream, or the fuel cell outlet stream to generate thermal energy for heating the reactor in a plurality of different regions to promote ammonia decomposition.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃焼器は、反応器出口流の少なくとも一部を燃焼して、反応器内の複数の異なる領域を加熱するように構成される。いくつかの実施形態では、反応器出口流は、未分解アンモニアをさらに含む。いくつかの実施形態では、反応器出口流は、窒素をさらに含む。 In some embodiments, the one or more combustors are configured to combust at least a portion of the reactor outlet stream to heat different regions within the reactor. In some embodiments, the reactor outlet stream further comprises undecomposed ammonia. In some embodiments, the reactor outlet stream further comprises nitrogen.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃焼器は、燃料電池出口流の少なくとも一部を燃焼して、反応器内の複数の異なる領域を加熱するように構成される。いくつかの実施形態では、燃料電池出口流は水素をさらに含む。いくつかの実施形態では、燃料電池出口流は窒素をさらに含む。 In some embodiments, the one or more combustors are configured to combust at least a portion of the fuel cell outlet stream to heat different regions within the reactor. In some embodiments, the fuel cell outlet stream further comprises hydrogen. In some embodiments, the fuel cell outlet stream further comprises nitrogen.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃焼器は、反応器内の複数の異なる領域を加熱するように構成される一つまたは複数の異なる燃焼加熱ゾーンを備える。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃焼器は、水素を含む流れと酸素を含む流れとを混合して燃焼を促進させるように構成される一つまたは複数の空気-燃料接触ゾーンを備える。 In some embodiments, the one or more combustors include one or more different combustion heating zones configured to heat different regions within the reactor. In some embodiments, the one or more combustors include one or more air-fuel contact zones configured to mix the hydrogen-containing stream with the oxygen-containing stream to promote combustion.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃焼器は、円筒形状または円形断面である。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃焼器は、反応器と同心である。 In some embodiments, the combustor or combustors are cylindrical or circular in cross-section. In some embodiments, the combustor or combustors are concentric with the reactor.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の燃焼器と流体連通する給気ユニットをさらに備え、給気ユニットは、一つまたは複数の燃焼器に少なくとも酸素を供給するように構成される。いくつかの実施形態では、給気ユニットは、ファン、ブロワ、コンプレッサー、圧縮シリンダー、ベンチュリ制限器、タービン、またはターボ過給ユニットを備える。いくつかの実施形態では、給気ユニットは、一つまたは複数の燃焼器からの燃焼器出口流によって駆動されるターボ過給ユニットを備える。 In some embodiments, the system further comprises an air supply unit in fluid communication with the one or more combustors, the air supply unit configured to supply at least oxygen to the one or more combustors. In some embodiments, the air supply unit comprises a fan, a blower, a compressor, a compression cylinder, a venturi restrictor, a turbine, or a turbocharging unit. In some embodiments, the air supply unit comprises a turbocharging unit driven by a combustor exit flow from the one or more combustors.

いくつかの実施形態では、システムは、最大で約2mの体積を有するモバイルシステムを備える。 In some embodiments, the system comprises a mobile system having a volume of up to about 2 m3 .

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃焼器は、長方形形状または長方形断面である。 In some embodiments, the combustor or combustors are rectangular in shape or cross-section.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃焼器は、燃焼器の安定性を向上させるように構成される高温耐火物材料を備える。いくつかの実施形態では、高温耐火物材料は、アルミナ、マグネシア、シリカ、石灰、鋼、タングステン、モリブデン、炭化タングステン、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、高温耐火物材料は、AlO3、SiO、ZrO、VO、Ta、Ni合金、Al合金、Mo合金、Cr合金、Si合金、またはそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される金属酸化物を含む。いくつかの実施形態では、耐火物材料は、一つまたは複数の燃焼器の一つまたは複数の表面上にコーティングされる。 In some embodiments, the one or more combustors comprise a high temperature refractory material configured to improve the stability of the combustor. In some embodiments, the high temperature refractory material comprises alumina, magnesia, silica, lime, steel, tungsten, molybdenum, tungsten carbide, or any combination thereof. In some embodiments, the high temperature refractory material comprises a metal oxide selected from the group consisting of Al2O3 , SiO2 , ZrO2 , VO2 , Ta, Ni alloys, Al alloys, Mo alloys, Cr alloys, Si alloys, or any combination thereof. In some embodiments, the refractory material is coated on one or more surfaces of the one or more combustors.

いくつかの実施形態では、濾過された反応器出口流は、最大で約100ppmのアンモニアを含む。いくつかの実施形態では、濾過された反応器出口流は、最大で約10ppmのアンモニアを含む。 In some embodiments, the filtered reactor outlet stream contains up to about 100 ppm ammonia. In some embodiments, the filtered reactor outlet stream contains up to about 10 ppm ammonia.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃焼器は、大気燃焼器、自然吸気式燃焼器、スワール燃焼器、または加圧燃焼器を備える。いくつかの実施形態では、大気燃焼器は、圧縮シリンダーまたは給気ユニット(例えば、ファン、ブロワ、コンプレッサー等)から空気または酸素の供給を受け取るように構成される。いくつかの実施形態では、自然吸気式燃焼器は、ある程度燃焼器内に誘導される真空に基づいて周囲環境から空気または酸素の供給を受け取るように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、加圧燃焼器は、タービンに連結する給気ユニット(例えば、ファン、ブロワ、コンプレッサー等)から空気または酸素の供給を受けるように構成され、タービンは、加圧燃焼器からの一つまたは複数の排気ガスによって駆動される。 In some embodiments, the one or more combustors comprise an atmospheric combustor, a naturally aspirated combustor, a swirl combustor, or a pressurized combustor. In some embodiments, the atmospheric combustor is configured to receive a supply of air or oxygen from a compression cylinder or an air intake unit (e.g., a fan, blower, compressor, etc.). In some embodiments, the naturally aspirated combustor may be configured to receive a supply of air or oxygen from the surrounding environment based in part on a vacuum induced within the combustor. In some embodiments, the pressurized combustor is configured to receive a supply of air or oxygen from an air intake unit (e.g., a fan, blower, compressor, etc.) that couples to a turbine, the turbine being driven by one or more exhaust gases from the pressurized combustor.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃焼器は、燃焼領域の上流で少なくとも部分的に予混合された空気と燃料との混合物を燃焼するように構成される。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃焼器は、空気と燃料との混合物を燃焼するように構成され、空気および燃料は、燃焼領域またはその近くで混合されて、火炎を生成する。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃焼器は、空気と燃料との混合物を燃焼するように構成され、空気および燃料は、燃焼領域の上流の一連の予混合ゾーンで混合されて、熱分布を向上させる。いくつかの実施形態では、一連の予混合ゾーンの各予混合ゾーンは、空気と燃料との混合物の少なくとも一部を予燃焼するように構成され、それにより燃焼器全体にわたって熱をより均一に分散させ、一つまたは複数の局所的なホットスポット温度を低下させる。いくつかの実施形態では、一連の予混合ゾーンは、少なくとも1つの予混合ゾーンを備える。いくつかの実施形態では、一連の予混合ゾーンは、少なくとも2つの予混合ゾーンを備える。いくつかの実施形態では、一連の予混合ゾーンは、少なくとも3つの予混合ゾーンを備える。 In some embodiments, the one or more combustors are configured to combust an air-fuel mixture that is at least partially premixed upstream of the combustion zone. In some embodiments, the one or more combustors are configured to combust an air-fuel mixture, where the air and fuel are mixed at or near the combustion zone to generate a flame. In some embodiments, the one or more combustors are configured to combust an air-fuel mixture, where the air and fuel are mixed in a series of premix zones upstream of the combustion zone to improve heat distribution. In some embodiments, each premix zone in the series of premix zones is configured to pre-combust at least a portion of the air-fuel mixture, thereby distributing heat more uniformly throughout the combustor and reducing one or more localized hot spot temperatures. In some embodiments, the series of premix zones comprises at least one premix zone. In some embodiments, the series of premix zones comprises at least two premix zones. In some embodiments, the series of premix zones comprises at least three premix zones.

いくつかの実施形態では、燃焼燃料は、反応器出口流、アンモニア貯蔵タンクからの流れ、濾過された反応器出口流、または燃料電池出口流のうちの少なくとも一つを含む。 In some embodiments, the combustion fuel includes at least one of a reactor outlet stream, a stream from an ammonia storage tank, a filtered reactor outlet stream, or a fuel cell outlet stream.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃焼器は、アンモニア貯蔵タンクからのアンモニア流の少なくとも一部を燃焼させて、複数の異なる領域で反応器を加熱するための熱エネルギーを生成して、アンモニア分解を促進させるように構成される。 In some embodiments, one or more combustors are configured to combust at least a portion of the ammonia stream from the ammonia storage tank to generate thermal energy for heating the reactor in multiple different regions to facilitate ammonia decomposition.

別の態様では、本開示はシステムを提供し、システムは、水素、窒素、および/またはアンモニアを生成するために一つまたは複数の反応器に供給されるアンモニアをクラッキングするように構成される一つまたは複数の反応器と、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の燃料電池と、を備え、一つまたは複数の燃料電池が、水素を受け取って処理して電気エネルギーを生成するように構成され、一つまたは複数の反応器および一つまたは複数の燃料電池が航空車両に取り付けられるように構成され、一つまたは複数の燃料電池が、航空車両の一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置と電気的に連通し、航空車両の一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置を駆動する。 In another aspect, the present disclosure provides a system, the system comprising one or more reactors configured to crack ammonia provided to the one or more reactors to produce hydrogen, nitrogen, and/or ammonia, and one or more fuel cells in fluid communication with the one or more reactors, the one or more fuel cells configured to receive and process hydrogen to produce electrical energy, the one or more reactors and the one or more fuel cells configured to be mounted to an aviation vehicle, the one or more fuel cells in electrical communication with one or more motors or drive devices of the aviation vehicle to drive the one or more motors or drive devices of the aviation vehicle.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器は、起動反応器および主反応器を備える。 In some embodiments, the one or more reactors include a start-up reactor and a main reactor.

いくつかの実施形態では、起動反応器は、一つまたは複数の反応器に供給されるアンモニアの少なくとも一部をクラッキングして、水素、窒素、および/またはアンモニアを生成するように構成される。いくつかの実施形態では、起動反応器は、主反応器と流体連通し、主反応器は、起動反応器からの出口流の少なくとも一部を燃焼して主反応器を加熱するように構成される。 In some embodiments, the start-up reactor is configured to crack at least a portion of the ammonia supplied to the one or more reactors to produce hydrogen, nitrogen, and/or ammonia. In some embodiments, the start-up reactor is in fluid communication with the main reactor, and the main reactor is configured to combust at least a portion of the outlet stream from the start-up reactor to heat the main reactor.

いくつかの実施形態では、起動反応器からの出口流は、水素、およびアンモニアまたは窒素のうちの少なくとも一つを含む。 In some embodiments, the outlet stream from the start-up reactor includes hydrogen and at least one of ammonia or nitrogen.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器は、二つ以上の起動反応器および二つ以上の主反応器を備える。 In some embodiments, the one or more reactors include two or more start-up reactors and two or more main reactors.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の燃料電池からの所望の電力出力に基づいて、一つまたは複数の反応器に供給されるアンモニアの流れを制御するように構成されるコントローラーをさらに備える。 In some embodiments, the system further includes a controller configured to control the flow of ammonia supplied to the one or more reactors based on a desired power output from the one or more fuel cells.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の吸着体をさらに備え、一つまたは複数の吸着体が、一つまたは複数の反応器からの出口流を処理して、出口流からアンモニアを濾過または除去するように構成され、出口流が少なくとも水素および/または窒素を含む。 In some embodiments, the system further comprises one or more adsorbents in fluid communication with the one or more reactors, the one or more adsorbents configured to process an outlet stream from the one or more reactors to filter or remove ammonia from the outlet stream, the outlet stream comprising at least hydrogen and/or nitrogen.

いくつかの実施形態では、吸着体は、一つまたは複数の燃料電池と流体連通し、吸着体は、一つまたは複数の反応器の出口流からアンモニアを濾過または除去した後に、水素および/または窒素を一つまたは複数の燃料電池に誘導するように構成される。 In some embodiments, the adsorber is in fluid communication with one or more fuel cells, and the adsorber is configured to direct hydrogen and/or nitrogen to the one or more fuel cells after filtering or removing ammonia from the outlet stream of the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の燃料電池と流体連通する一つまたは複数の燃焼器をさらに備え、一つまたは複数の燃焼器は、一つまたは複数の燃料電池からの出口流を燃焼して、一つまたは複数の反応器を加熱するように構成される。 In some embodiments, the system further comprises one or more combustors in fluid communication with the one or more fuel cells, the one or more combustors configured to combust an outlet stream from the one or more fuel cells to heat the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃料電池からの出口流は、未転化水素を含む。 In some embodiments, the outlet stream from one or more fuel cells includes unconverted hydrogen.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃料電池は電気負荷と連通する。 In some embodiments, the one or more fuel cells are in communication with an electrical load.

いくつかの実施形態では、電気負荷は、航空車両の一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置を含む。 In some embodiments, the electrical load includes one or more motors or drives of the air vehicle.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃焼器は、一つまたは複数の反応器内に少なくとも部分的に配置される。 In some embodiments, the one or more combustors are disposed at least partially within the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、システムは、航空車両の一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置に給電するための補助電池を更に備える。 In some embodiments, the system further comprises an auxiliary battery for powering one or more motors or drives of the air vehicle.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の反応器の出口流を冷却するための一つまたは複数の熱交換器をさらに備える。いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の燃料貯蔵タンクからの流れを気化および/または加熱するための一つまたは複数の熱交換器をさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises one or more heat exchangers for cooling the outlet stream of the one or more reactors. In some embodiments, the system further comprises one or more heat exchangers for vaporizing and/or heating a stream from the one or more fuel storage tanks.

いくつかの実施形態では、システムは、航空車両上に取り付けられる一つまたは複数の燃料貯蔵タンクをさらに備え、燃料貯蔵タンクは、一つもしくは複数の熱交換器および/または一つもしくは複数の反応器と流体連通してアンモニアを供給する。 In some embodiments, the system further comprises one or more fuel storage tanks mounted on the aircraft vehicle, the fuel storage tanks in fluid communication with the one or more heat exchangers and/or the one or more reactors to supply ammonia.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃料電池は、一つもしくは複数の燃料貯蔵タンクおよび/または一つもしくは複数の熱交換器と熱連通して、一つまたは複数の燃料電池から一つもしくは複数の燃料貯蔵タンクおよび/または一つもしくは複数の熱交換器への熱エネルギーの伝達を促進させ、アンモニア蒸発のための一つもしくは複数の燃料貯蔵タンクおよび/または一つもしくは複数の熱交換器を加熱する。 In some embodiments, the one or more fuel cells are in thermal communication with one or more fuel storage tanks and/or one or more heat exchangers to facilitate the transfer of thermal energy from the one or more fuel cells to the one or more fuel storage tanks and/or one or more heat exchangers to heat the one or more fuel storage tanks and/or one or more heat exchangers for ammonia evaporation.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の熱交換器は、一つまたは複数の燃料電池からの出口流と熱連通して、熱交換器および/または一つもしくは複数の反応器からの出口流を冷却し、一つまたは複数の燃料電池からの出口流は少なくとも空気または酸素を含む。 In some embodiments, one or more heat exchangers are in thermal communication with the outlet stream from the one or more fuel cells to cool the heat exchanger and/or the outlet stream from the one or more reactors, and the outlet stream from the one or more fuel cells includes at least air or oxygen.

いくつかの実施形態では、システムは、(i)一つもしくは複数の反応器または一つもしくは複数の熱交換器へのアンモニアの流れ、または(ii)一つもしくは複数の燃料電池への水素の流れを制御するために、一つまたは複数のバルブに動作可能に結合するコントローラーをさらに備える。いくつかの実施形態では、コントローラーは、一つまたは複数のバルブの動作を制御することによって、動的電力制御を提供するように構成されている。 In some embodiments, the system further comprises a controller operatively coupled to the one or more valves to control (i) the flow of ammonia to the one or more reactors or the one or more heat exchangers, or (ii) the flow of hydrogen to the one or more fuel cells. In some embodiments, the controller is configured to provide dynamic power control by controlling the operation of the one or more valves.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器のそれぞれは、少なくとも約30リットル/分のアンモニアをクラッキングするように構成される。 In some embodiments, each of the one or more reactors is configured to crack at least about 30 liters/min of ammonia.

いくつかの実施形態では、システムは、コントローラーと、コントローラーに動作可能に結合する一つまたは複数のセンサーとをさらに備え、コントローラーが、一つまたは複数のセンサーを使用して取得される一つまたは複数の測定値に基づいて、一つもしくは複数の反応器の温度、アンモニアおよび/もしくは水素の流れ圧力、ならびに/または一つもしくは複数の燃料電池の電気出力を監視するように構成される。いくつかの実施形態では、コントローラーは、一つまたは複数の反応器の温度が閾値温度未満に低下または下がる場合、給気ユニットの電力を増加させて、一つまたは複数の反応器の一つまたは複数の燃焼器への空気流量を増加させるように構成される。いくつかの実施形態では、コントローラーは、アンモニア貯蔵タンクに連結する一つまたは複数のバルブを調節して、所望のアンモニア流量および電力出力に対応する閾値圧力点を維持する、またはそれに到達するように構成される。 In some embodiments, the system further comprises a controller and one or more sensors operably coupled to the controller, the controller configured to monitor the temperature of the one or more reactors, the ammonia and/or hydrogen flow pressure, and/or the electrical output of the one or more fuel cells based on one or more measurements obtained using the one or more sensors. In some embodiments, the controller is configured to increase the power of the air supply unit to increase the air flow rate to the one or more combustors of the one or more reactors if the temperature of the one or more reactors drops or falls below a threshold temperature. In some embodiments, the controller is configured to adjust one or more valves coupled to the ammonia storage tank to maintain or reach a threshold pressure point corresponding to a desired ammonia flow rate and electrical output.

いくつかの態様では、本開示は、アンモニアを処理するためのシステムを提供し、システムは、アンモニアを分解するための一つまたは複数の反応器と、一つまたは複数の反応器のうちの少なくとも一つに埋め込まれた一つまたは複数の発熱体と、流れ場および加熱の均一性を向上させるために、一つまたは複数の発熱体の周囲または近傍に設けられる一つまたは複数の流路と、を備え、一つまたは複数の発熱体が、流体が一つまたは複数の発熱体の周囲または近傍に設けられる一つまたは複数の流路に沿って流れる際に、一つまたは複数の改質ガスを含む流体を加熱するように構成される。 In some aspects, the present disclosure provides a system for processing ammonia, the system comprising one or more reactors for decomposing ammonia, one or more heating elements embedded in at least one of the one or more reactors, and one or more flow paths disposed around or near the one or more heating elements to improve flow fields and uniformity of heating, the one or more heating elements configured to heat a fluid, including one or more reformed gases, as the fluid flows along the one or more flow paths disposed around or near the one or more heating elements.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器のそれぞれは、少なくとも約25キロワットの電力を生成するのに使用可能な体積または量の水素を出力するように構成される。 In some embodiments, each of the one or more reactors is configured to output a volume or amount of hydrogen usable to generate at least about 25 kilowatts of power.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器は、(i)一つまたは複数の流路を備え、かつ(ii)一つまたは複数の発熱体を取り囲む、一つまたは複数の囲まれたもしくは部分的に囲まれた領域を備え、一つまたは複数の取り囲まれたもしくは部分的に取り囲まれた領域は、一つまたは複数の発熱体の周囲で一つまたは複数の改質ガスが通過するのを可能にし、一つまたは複数の発熱体と一つまたは複数の改質ガスとの間の熱伝達を促進させる。 In some embodiments, the reactor(s) (i) comprise one or more flow paths and (ii) comprise one or more enclosed or partially enclosed regions surrounding the one or more heating elements, the one or more enclosed or partially enclosed regions allowing the one or more reformed gases to pass around the one or more heating elements and facilitating heat transfer between the one or more heating elements and the one or more reformed gases.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の発熱体は、燃焼ヒーター、電気ヒーター、または燃焼ヒーターおよび電気ヒーターの両方を備えるハイブリッド加熱ユニットを備える。 In some embodiments, the one or more heating elements comprise a combustion heater, an electric heater, or a hybrid heating unit comprising both a combustion heater and an electric heater.

いくつかの実施形態では、ハイブリッド加熱ユニットは、燃焼ヒーターおよび電気ヒーターを、少なくとも一つの反応器の長さに沿って直列に備える。 In some embodiments, the hybrid heating unit includes a fired heater and an electric heater in series along the length of at least one reactor.

いくつかの実施形態では、ハイブリッド加熱ユニットは、少なくとも一つの反応器の長さに直交する並列の燃焼ヒーターおよび電気ヒーターを備える。 In some embodiments, the hybrid heating unit includes parallel fired heaters and electric heaters perpendicular to the length of at least one reactor.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の発熱体によって加熱される場合、アンモニアを分解またはクラッキングするように構成される一つまたは複数の触媒をさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises one or more catalysts configured to decompose or crack ammonia when heated by the one or more heating elements.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の触媒は、一つまたは複数の発熱体の外部または外側に設けられる。 In some embodiments, the catalyst(s) are provided externally or externally to the heating element(s).

いくつかの実施形態では、一つもしくは複数の発熱体は、一つもしくは複数の流路に沿って、またはそれを通って流れる流体と熱連通する一つもしくは複数の外側表面を備え、一つもしくは複数の触媒は、一つもしくは複数の発熱体の外側表面に隣接して、および/または外側表面と熱連通して設けられる。 In some embodiments, the one or more heating elements have one or more exterior surfaces in thermal communication with fluid flowing along or through the one or more flow paths, and the one or more catalysts are disposed adjacent to and/or in thermal communication with the outer surfaces of the one or more heating elements.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の触媒は、一つまたは複数の流路内に設置または設けられる。 In some embodiments, one or more catalysts are disposed or provided within one or more flow paths.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の流路は、流体の均一な加熱を可能にする円形断面である。 In some embodiments, one or more of the flow channels are of circular cross-section to allow for uniform heating of the fluid.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数のガス入口は、一つまたは複数の反応器の少なくとも一つの反応器内の複数の流路内に流体の流れを分散するように構成される。 In some embodiments, the one or more gas inlets are configured to distribute the fluid flow into multiple flow paths within at least one of the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の発熱体は、反応器内に複数の加熱ゾーンを設けるように構成され、複数の加熱ゾーンは、所定のまたは調整可能な異なる温度および/もしくは加熱電力を有する。 In some embodiments, the one or more heating elements are configured to provide multiple heating zones within the reactor, the multiple heating zones having different, pre-determined or adjustable temperatures and/or heating powers.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器は、円、楕円、長円形、または三つ以上の側面を備える任意の多角形を含む断面形状を備える。 In some embodiments, one or more reactors have a cross-sectional shape including a circle, an ellipse, an oval, or any polygon with three or more sides.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の流路は、円、楕円、長円形、または三つ以上の側面を備える任意の多角形を含む断面形状を備える。 In some embodiments, one or more of the channels have a cross-sectional shape including a circle, an ellipse, an oval, or any polygon with three or more sides.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器は、一つまたは複数の流路内の流路の断面形状と類似した断面形状を備える。 In some embodiments, one or more reactors have a cross-sectional shape similar to the cross-sectional shape of the flow passages in one or more flow passages.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器は、一つまたは複数の流路内の流路の断面形状と異なる断面形状を備える。 In some embodiments, one or more reactors have a cross-sectional shape that is different from the cross-sectional shape of the flow passages in one or more flow passages.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器は、(i)改質ガスが一つまたは複数のガス入口から一つまたは複数の発熱体の一部に沿って通過するための第一の流路と、(ii)リフォメートガスを一つまたは複数のガス出口に誘導するための第二の流路と、を備える。 In some embodiments, the one or more reactors include (i) a first flow path for passing reformate gas from one or more gas inlets along a portion of one or more heating elements, and (ii) a second flow path for directing the reformate gas to one or more gas outlets.

いくつかの実施形態では、第一の流路と第二の流路は、異なる方向に向けられる。 In some embodiments, the first flow path and the second flow path are oriented in different directions.

いくつかの実施形態では、第一の流路および第二の流路は、(i)一つまたは複数のガス入口を介して一つまたは複数の反応器に入る一つまたは複数の改質ガスと(ii)ガス出口を介して一つまたは複数の反応器から出る一つまたは複数のリフォメートガスとの間の熱エネルギーの伝達を可能にするために、互いに隣接して配置される。 In some embodiments, the first flow path and the second flow path are positioned adjacent to one another to allow transfer of thermal energy between (i) one or more reformate gases entering the one or more reactors via one or more gas inlets and (ii) one or more reformate gases exiting the one or more reactors via one or more gas outlets.

いくつかの実施形態では、システムは、複数の流路をさらに備え、複数の流路のうちの第一の流路は第一の流路に関連付けられ、一つもしくは複数の流路のうちの第二の流路は第二の流路に関連付けられ、または第一の流路および第二の流路の両方は、熱伝達を向上させるように構成される一つもしくは複数の内側拡大伝熱面を有する。 In some embodiments, the system further comprises a plurality of flow paths, a first of the plurality of flow paths being associated with the first flow path and a second of the one or more flow paths being associated with the second flow path, or both the first and second flow paths having one or more internal extended heat transfer surfaces configured to enhance heat transfer.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の発熱体の各個々の発熱体は、一つまたは複数の専用の流路を備える。 In some embodiments, each individual heating element of one or more heating elements includes one or more dedicated flow paths.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の発熱体はそれぞれ、異なるそれぞれの流路を備える。 In some embodiments, one or more heating elements each have a different respective flow path.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の発熱体は、(i)一つもしくは複数の発熱体もしくは一つもしくは複数の反応器の異なる領域の温度および/もしくは加熱電力を制御する、または(ii)一つもしくは複数の反応器内の一つもしくは複数の加熱ゾーンの位置を調整して、アンモニア熱改質効率および/または転化効率を最適化するように構成される。反応器の燃料改質または転化能力は、一つまたは複数の反応器の下流で得られた測定値に基づいて決定または計算されてもよい。 In some embodiments, the heating element or elements are configured to (i) control the temperature and/or heating power of different regions of the heating element or elements or the reactor or reactors, or (ii) adjust the position of one or more heating zones within the reactor or reactors to optimize ammonia thermal reforming efficiency and/or conversion efficiency. The fuel reforming or conversion capacity of the reactors may be determined or calculated based on measurements taken downstream of the reactor or reactors.

いくつかの実施形態では、システムは、アンモニアを分解するための複数の異なる触媒をさらに備え、複数の異なる触媒は、一つまたは複数の発熱体のうちの少なくとも一つと熱連通している。 In some embodiments, the system further comprises a plurality of different catalysts for decomposing ammonia, the plurality of different catalysts being in thermal communication with at least one of the one or more heating elements.

いくつかの実施形態では、複数の異なる触媒は、アンモニア改質特性の第一のセットを有する第一の触媒と、アンモニア改質特性の第二のセットを有する第二の触媒とを含む。 In some embodiments, the plurality of different catalysts includes a first catalyst having a first set of ammonia reforming properties and a second catalyst having a second set of ammonia reforming properties.

いくつかの実施形態では、第一の触媒および第二の触媒は、異なる発熱体、同じ発熱体の異なる位置もしくは領域、または一つもしくは複数の発熱体によって生成される異なる加熱ゾーンと熱連通する。 In some embodiments, the first catalyst and the second catalyst are in thermal communication with different heating elements, different locations or regions of the same heating element, or different heating zones generated by one or more heating elements.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の流路は、乱流、混合を誘発し、流れ滞留時間を増加させ、ならびに/または流れの均一性および熱伝達を向上させるための一つまたは複数のバッフルを備える。 In some embodiments, one or more flow paths include one or more baffles to induce turbulence, mixing, increase flow residence time, and/or improve flow uniformity and heat transfer.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の流量制御ユニットを調整することによって、一つまたは複数の流路の中へのアンモニアの流れを制御するように構成されるコントローラーをさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises a controller configured to control the flow of ammonia into one or more flow paths by adjusting one or more flow control units.

いくつかの実施形態では、コントローラーは、一つまたは複数の発熱体のそれぞれへの加熱電力投入量および/または温度に基づいて、アンモニアの流れを制御するように構成される。 In some embodiments, the controller is configured to control the flow of ammonia based on the heating power input and/or temperature to each of the one or more heating elements.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の発熱体の動作または温度を制御するように構成されるコントローラーをさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises a controller configured to control the operation or temperature of one or more heating elements.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の反応器の一つまたは複数の高温の出口流と一つまたは複数の低温の入口流との間に、一つまたは複数の熱交換器をさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises one or more heat exchangers between one or more hot outlet streams and one or more cold inlet streams of one or more reactors.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器のそれぞれは、少なくとも約300L/分のアンモニアを改質するように構成される。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器のそれぞれは、少なくとも約300標準リットル/分(SLM)のアンモニアを改質するように構成される。 In some embodiments, each of the one or more reactors is configured to reform at least about 300 L/min of ammonia. In some embodiments, each of the one or more reactors is configured to reform at least about 300 standard liters per minute (SLM) of ammonia.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の燃料電池をさらに備え、一つまたは複数の燃料電池が、アンモニアの分解によって生成される水素を受け取って処理して電気エネルギーを生成するように構成され、システムが、少なくとも約600Wh/kg、少なくとも約400Wh/L、またはその両方のエネルギー密度を有する。 In some embodiments, the system further comprises one or more fuel cells in fluid communication with the one or more reactors, the one or more fuel cells configured to receive and process hydrogen produced by the decomposition of ammonia to produce electrical energy, and the system has an energy density of at least about 600 Wh/kg, at least about 400 Wh/L, or both.

いくつかの実施形態では、システムは、複数の反応器をさらに備え、複数の反応器内の第一の反応器は電気ヒーターを備え、複数の反応器内の第二の反応器は燃焼ヒーターを備え、第一の反応器と第二の反応器とは直列または並列に流体連通している。 In some embodiments, the system further comprises a plurality of reactors, a first reactor in the plurality of reactors comprising an electric heater and a second reactor in the plurality of reactors comprising a fired heater, the first reactor and the second reactor being in fluid communication in series or parallel.

別の態様では、本開示はシステムを提供し、システムは、一つまたは複数のアンモニア源と流体連通する一つまたは複数の反応器であって、一つまたは複数の反応器が一つまたは複数の触媒を備える、一つまたは複数の反応器と、一つまたは複数の触媒と熱連通する複数の発熱体と、を備え、一つまたは複数の反応器が一つまたは複数の触媒および複数の発熱体を使用して、一つまたは複数のアンモニア源によって供給されるまたはそこから受け取られるアンモニアから水素を作るまたは生成するように構成され、複数の発熱体が少なくとも一つの電気ヒーターおよび少なくとも一つの燃焼ヒーターを備える。 In another aspect, the disclosure provides a system, the system comprising: one or more reactors in fluid communication with one or more ammonia sources, the one or more reactors comprising one or more catalysts; and a plurality of heating elements in thermal communication with the one or more catalysts, the one or more reactors configured to make or produce hydrogen from ammonia provided by or received from the one or more ammonia sources using the one or more catalysts and the plurality of heating elements, the plurality of heating elements comprising at least one electric heater and at least one fired heater.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器は、第一の反応器と、第一の反応器と流体連通する第二の反応器とを備える。 In some embodiments, the one or more reactors include a first reactor and a second reactor in fluid communication with the first reactor.

いくつかの実施形態では、第一の反応器は、(i)第一の触媒、および(ii)第一の触媒を加熱するように構成される起動加熱ユニットを備え、第一の触媒がアンモニアから水素を作るまたは抽出するように構成される。 In some embodiments, the first reactor comprises (i) a first catalyst and (ii) a start-up heating unit configured to heat the first catalyst, such that the first catalyst is configured to produce or extract hydrogen from ammonia.

いくつかの実施形態では、起動加熱ユニットは、少なくとも一つの電気ヒーターを備える。 In some embodiments, the power source heating unit includes at least one electric heater.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの電気ヒーターは、電流を第一の触媒に流して第一の触媒を加熱するための一つまたは複数の電極を備える。 In some embodiments, at least one electric heater includes one or more electrodes for passing an electric current through the first catalyst to heat the first catalyst.

いくつかの実施形態では、第二の反応器は、(i)第二の触媒、および(ii)第二の触媒を加熱するように構成される一つまたは複数の主加熱ユニットを備え、第二の触媒がアンモニアから水素を作るまたは抽出するように構成される。 In some embodiments, the second reactor comprises (i) a second catalyst, and (ii) one or more main heating units configured to heat the second catalyst, such that the second catalyst is configured to produce or extract hydrogen from ammonia.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の主加熱ユニットは、少なくとも一つの燃焼ヒーターを備える。 In some embodiments, one or more of the main heating units includes at least one fired heater.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの燃焼ヒーターは、第一の反応器によって生成される水素を燃焼することによって、第二の触媒の少なくとも一部を加熱するように構成される。 In some embodiments, at least one fired heater is configured to heat at least a portion of the second catalyst by combusting hydrogen produced by the first reactor.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数のアンモニア源をさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises one or more ammonia sources.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数のアンモニア源は、一つまたは複数の液体燃料貯蔵タンクを備え、アンモニアが、一つまたは複数の液体燃料貯蔵タンク内に液体アンモニアとして貯蔵される。 In some embodiments, the one or more ammonia sources include one or more liquid fuel storage tanks, and the ammonia is stored as liquid ammonia in the one or more liquid fuel storage tanks.

いくつかの実施形態では、液体アンモニアは、約15~約30℃の範囲の温度、および7~12バールの範囲の絶対圧力で貯蔵される。 In some embodiments, the liquid ammonia is stored at a temperature in the range of about 15 to about 30° C. and at a pressure in the range of 7 to 12 bar absolute.

いくつかの実施形態では、液体アンモニアは、約大気圧~約20バールの範囲のゲージ圧力で貯蔵される。 In some embodiments, the liquid ammonia is stored at a gauge pressure ranging from about atmospheric pressure to about 20 bar.

いくつかの実施形態では、液体アンモニアは、約-40~約20℃の範囲の温度、および約0.5バール~約9バールの範囲の絶対圧力で貯蔵される。 In some embodiments, the liquid ammonia is stored at a temperature ranging from about -40 to about 20°C and at an absolute pressure ranging from about 0.5 bar to about 9 bar.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の燃料電池をさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises one or more fuel cells in fluid communication with the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の反応器および一つまたは複数の燃料電池と流体連通する一つまたは複数の吸着体をさらに備え、一つまたは複数の吸着体が、一つまたは複数の反応器からの出口流から未転化アンモニアを濾過または除去するように構成される。 In some embodiments, the system further comprises one or more adsorbents in fluid communication with the one or more reactors and the one or more fuel cells, the one or more adsorbents configured to filter or remove unconverted ammonia from the outlet stream from the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の吸着体は、濾過された反応器出口流を一つまたは複数の燃料電池に供給するように構成される。 In some embodiments, the one or more adsorbents are configured to provide the filtered reactor outlet stream to one or more fuel cells.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃料電池は、(i)一つまたは複数の吸着体から濾過された反応器出口流を受け取る、(ii)濾過された反応器出口流を処理して電気を生成する、および(iii)未転化水素を含む燃料電池出口流を排出する、ように構成される。 In some embodiments, the one or more fuel cells are configured to (i) receive a filtered reactor outlet stream from the one or more adsorber, (ii) process the filtered reactor outlet stream to generate electricity, and (iii) discharge a fuel cell outlet stream that includes unconverted hydrogen.

いくつかの実施形態では、複数の発熱体のうちの一つまたは複数の発熱体は、燃料電池出口流と流体連通および/または熱連通する。 In some embodiments, one or more of the multiple heating elements are in fluid and/or thermal communication with the fuel cell outlet stream.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の発熱体は、一つまたは複数の触媒を加熱するために、未転化水素を燃焼するように構成される。 In some embodiments, the one or more heating elements are configured to combust unconverted hydrogen to heat the one or more catalysts.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器は、アンモニアのための一つまたは複数の流路を備え、一つまたは複数の流路が、(i)複数の発熱体のうちの少なくとも一つの発熱体を取り囲み、(ii)少なくとも一つの発熱体の周りのアンモニアの流れが発熱体とアンモニアとの間の熱伝達を促進させることを可能にする。 In some embodiments, the one or more reactors include one or more flow paths for ammonia, the one or more flow paths (i) surrounding at least one heating element of the plurality of heating elements, and (ii) allowing flow of ammonia around the at least one heating element to facilitate heat transfer between the heating element and the ammonia.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器は、複数の発熱体に隣接する一つまたは複数の流路を備え、流路が、一つまたは複数の発熱体に隣接またはそれに沿ったアンモニアの流れが一つまたは複数の発熱体とアンモニアとの間の熱伝達を促進させることを可能にする。 In some embodiments, the reactor or reactors include one or more flow paths adjacent to the heating elements, the flow paths allowing flow of ammonia adjacent to or along the heating element or elements to facilitate heat transfer between the heating element or elements and the ammonia.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の流路のそれぞれは、長手方向軸に対して、一つまたは複数の発熱体のうちのそれぞれ一つと同心または同軸である。 In some embodiments, each of the one or more flow channels is concentric or coaxial with a respective one of the one or more heating elements relative to the longitudinal axis.

いくつかの実施形態では、複数の発熱体は、一つまたは複数の流路に沿って、もしくはそれを通って流れるアンモニアと流体連通および/または熱連通する。 In some embodiments, multiple heating elements are in fluid and/or thermal communication with ammonia flowing along or through one or more flow paths.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の流路は、流れ場および加熱の均一性を向上させるために、発熱体の周囲、またはその近傍に設けられる。 In some embodiments, one or more flow channels are provided around or near the heating element to improve the flow field and uniformity of heating.

いくつかの実施形態では、発熱体は、アンモニアが発熱体の周囲またはその近傍に設けられる一つまたは複数の流路に沿って、もしくはそれを通って流れる際に、アンモニアを加熱するように構成される。 In some embodiments, the heating element is configured to heat the ammonia as it flows along or through one or more flow paths disposed around or near the heating element.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの燃焼ヒーターは、一つまたは複数の反応器からの出口流を燃焼して、一つまたは複数の反応器を加熱するための熱エネルギーを生成するように構成される。 In some embodiments, at least one fired heater is configured to combust the outlet stream from the one or more reactors to generate thermal energy for heating the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの燃焼ヒーターは、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の吸着体からの出口流を燃焼させて、一つまたは複数の反応器を加熱するための熱エネルギーを生成するように構成される。 In some embodiments, at least one fired heater is configured to combust an outlet stream from one or more adsorbents in fluid communication with the one or more reactors to generate thermal energy for heating the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの燃焼ヒーターは、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の燃料電池からの出口流を燃焼させて、一つまたは複数の反応器を加熱するための熱エネルギーを生成するように構成される。 In some embodiments, at least one fired heater is configured to combust an outlet stream from one or more fuel cells in fluid communication with the one or more reactors to generate thermal energy for heating the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの燃焼ヒーターは、スワール燃焼器、拡散火炎燃焼器、マイクロミキサー燃焼器、またはそれらの任意の組み合わせを含む。 In some embodiments, at least one combustion heater includes a swirl combustor, a diffusion flame combustor, a micro-mixer combustor, or any combination thereof.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの燃焼ヒーターの排気は、アンモニアを加熱または予熱するために使用可能である。 In some embodiments, the exhaust of at least one fired heater can be used to heat or preheat ammonia.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの燃焼ヒーターは、空気と水素を含む燃焼燃料との混合物を燃焼するように構成される。 In some embodiments, at least one fired heater is configured to combust a mixture of air and a combustion fuel that includes hydrogen.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの燃焼ヒーターは、少なくとも一つの燃焼ヒーターの燃焼領域の上流にある空気と燃焼燃料とを混合または予混合するための一つまたは複数のゾーンを備える。 In some embodiments, at least one fired heater includes one or more zones for mixing or premixing air and combustion fuel upstream of a combustion region of the at least one fired heater.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数のゾーンのそれぞれは、空気と燃焼燃料との混合物の少なくとも一部を燃焼または予燃焼させて、燃焼ヒーター全体に熱を均一に分散させ、局所的なホットスポット温度を低下させるように構成される。 In some embodiments, each of the one or more zones is configured to combust or pre-combust at least a portion of the mixture of air and combustible fuel to distribute heat evenly throughout the fired heater and reduce localized hot spot temperatures.

いくつかの実施形態では、複数の発熱体は、少なくとも一つの電気ヒーターおよび少なくとも一つの燃焼ヒーターを備えるハイブリッド加熱ユニットを備える。 In some embodiments, the multiple heating elements include a hybrid heating unit that includes at least one electric heater and at least one combustion heater.

いくつかの実施形態では、第一の反応器は少なくとも一つの電気ヒーターを備え、第二の反応器は少なくとも一つの燃焼ヒーターを備える。 In some embodiments, the first reactor includes at least one electric heater and the second reactor includes at least one fired heater.

いくつかの実施形態では、第一の反応器および第二の反応器は、第一の反応器の第一の出口流が第二の反応器に入るように直列に流体連通する。 In some embodiments, the first reactor and the second reactor are in fluid communication in series such that the first outlet stream of the first reactor enters the second reactor.

いくつかの実施形態では、第一の反応器および第二の反応器は、第一の反応器の第一の出口流と第二の反応器の第二の出口流とが混ざり合い、混ざり合った出口流を生成するように、並列に流体連通する。 In some embodiments, the first reactor and the second reactor are in parallel fluid communication such that the first outlet stream of the first reactor and the second outlet stream of the second reactor combine to produce a combined outlet stream.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の触媒は、発熱体の一つまたは複数の外表面に隣接して、および/または熱連通して設けられる。 In some embodiments, one or more catalysts are provided adjacent to and/or in thermal communication with one or more exterior surfaces of the heating element.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器は、円、楕円、長円形、および三つ以上の辺を備える任意の多角形からなる群から選択される断面形状を備える。 In some embodiments, one or more reactors have a cross-sectional shape selected from the group consisting of a circle, an ellipse, an oval, and any polygon having three or more sides.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器は、円、楕円、長円形、および三つ以上の辺を備える任意の多角形からなる群から選択される断面形状を有する一つまたは複数の流路を備える。 In some embodiments, one or more reactors include one or more flow channels having a cross-sectional shape selected from the group consisting of a circle, an ellipse, an oval, and any polygon having three or more sides.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器のそれぞれは、一つまたは複数の反応器の各それぞれの反応器の流路の断面形状と類似する断面形状を備える。 In some embodiments, each of the one or more reactors has a cross-sectional shape similar to the cross-sectional shape of the flow passage of each respective reactor of the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器のそれぞれは、一つまたは複数の反応器の各それぞれの反応器の流路の断面形状とは異なる断面形状を備える。 In some embodiments, each of the one or more reactors has a cross-sectional shape that is different from the cross-sectional shape of the flow passage of each respective reactor of the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器は、(i)アンモニアを含む改質ガス用の第一の流路、および(ii)改質ガスの処理から生成されるリフォメートガス用の第二の流路を備える。 In some embodiments, the one or more reactors include (i) a first flow path for a reformate gas that includes ammonia, and (ii) a second flow path for a reformate gas produced from processing the reformate gas.

いくつかの実施形態では、第一の流路は、複数の発熱体の少なくとも一部に沿った改質ガスの流れを可能にする。 In some embodiments, the first flow path allows flow of the reformed gas along at least a portion of the plurality of heating elements.

いくつかの実施形態では、第二の流路は、反応器の一つまたは複数の出口へのリフォメートガスの流れを可能にする。 In some embodiments, the second flow path allows the flow of reformate gas to one or more outlets of the reactor.

いくつかの実施形態では、第一の流路と第二の流路は、異なる方向に向けられる。 In some embodiments, the first flow path and the second flow path are oriented in different directions.

いくつかの実施形態では、第一の流路および第二の流路は互いに流体連通し、改質ガスとリフォメートガスとの間の熱伝達を可能にする。 In some embodiments, the first flow path and the second flow path are in fluid communication with each other to allow for heat transfer between the reformate gas and the reformate gas.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の熱交換器をさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises one or more heat exchangers.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の熱交換器は、一つまたは複数の反応器の出口流と一つまたは複数のアンモニア源からのアンモニアの流れとの間で熱を交換するように構成される。 In some embodiments, the one or more heat exchangers are configured to exchange heat between the outlet stream of the one or more reactors and ammonia streams from one or more ammonia sources.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の熱交換器は、アンモニアを蒸発させるために、(i)一つまたは複数のアンモニア源からのアンモニアの流れと(ii)一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の燃料電池との間で、熱エネルギーの伝達を促進させるように構成される。 In some embodiments, the one or more heat exchangers are configured to facilitate the transfer of thermal energy between (i) a flow of ammonia from one or more ammonia sources and (ii) one or more fuel cells in fluid communication with the one or more reactors to vaporize the ammonia.

いくつかの実施形態では、システムは、一つもしくは複数の反応器の出口流および/または複数の発熱体の温度を調整するための一つまたは複数の制御ユニットをさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises one or more control units for regulating the temperature of the outlet stream of one or more reactors and/or the multiple heating elements.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の制御ユニットは、コントローラーと、コントローラーに動作可能に結合する一つまたは複数のセンサーとを備える。 In some embodiments, the one or more control units include a controller and one or more sensors operably coupled to the controller.

いくつかの実施形態では、コントローラーは、一つまたは複数のセンサーを使用して得られる一つまたは複数の測定値に少なくとも部分的に基づいて、(i)一つもしくは複数の反応器の温度、(ii)アンモニアおよび/もしくは水素の流れ圧力、ならびに/または(iii)一つもしくは複数の反応器と流体連通する一つもしくは複数の燃料電池の電気出力、を監視および制御するように構成される。 In some embodiments, the controller is configured to monitor and control (i) the temperature of one or more reactors, (ii) the ammonia and/or hydrogen flow pressure, and/or (iii) the electrical output of one or more fuel cells in fluid communication with one or more reactors based at least in part on one or more measurements obtained using one or more sensors.

いくつかの実施形態では、コントローラーは、一つまたは複数の反応器の温度に基づいて、空気流量を減少もしくは増加させ、燃焼燃料流量を減少もしくは増加させ、または、少なくとも一つの燃焼ヒーターへの空気流量および燃焼燃料流量の両方を減少もしくは増加させるように構成される。 In some embodiments, the controller is configured to decrease or increase the air flow rate, decrease or increase the combustion fuel flow rate, or decrease or increase both the air flow rate and the combustion fuel flow rate to at least one of the fired heaters based on the temperature of one or more reactors.

いくつかの実施形態では、コントローラーは、ファン、ブロワ、またはコンプレッサーを使用して空気流量を増加させるように構成される。 In some embodiments, the controller is configured to increase the airflow using a fan, blower, or compressor.

いくつかの実施形態では、コントローラーは、アンモニア流量を増加させること、または燃料電池の水素消費量を減少させることによって、燃焼燃料流量を増加させるように構成される。 In some embodiments, the controller is configured to increase the combustion fuel flow rate by increasing the ammonia flow rate or decreasing the hydrogen consumption of the fuel cell.

いくつかの実施形態では、コントローラーは、一つまたは複数の反応器の温度に基づいて、一つまたは複数の燃料電池の電力出力を減少または増加させるように構成される。 In some embodiments, the controller is configured to decrease or increase the power output of one or more fuel cells based on the temperature of one or more reactors.

いくつかの実施形態では、コントローラーは、一つもしくは複数の反応器の温度または一つもしくは複数の燃料電池の電力出力に基づいて、一つまたは複数の反応器へのアンモニアの流量を増加させるように構成される。 In some embodiments, the controller is configured to increase the flow rate of ammonia to one or more reactors based on the temperature of the one or more reactors or the power output of the one or more fuel cells.

いくつかの実施形態では、コントローラーは、バルブおよび/またはポンプを使用してアンモニアの流量を増加させるように構成される。 In some embodiments, the controller is configured to increase the flow rate of ammonia using a valve and/or a pump.

いくつかの実施形態では、システムは、アンモニアガスの少なくとも約50L/分STPの速度でアンモニアを改質するように構成される。 In some embodiments, the system is configured to reform ammonia at a rate of at least about 50 L/min STP of ammonia gas.

いくつかの実施形態では、コントローラーは、一つまたは複数の反応器の温度に基づいて、少なくとも一つの電気ヒーターに供給される電力を増加または減少させるように構成される。 In some embodiments, the controller is configured to increase or decrease the power provided to at least one electric heater based on the temperature of the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、システムは、少なくとも約600Wh/kg、または少なくとも約400Wh/Lのエネルギー密度を有する。 In some embodiments, the system has an energy density of at least about 600 Wh/kg, or at least about 400 Wh/L.

いくつかの実施形態では、システムは、約30バール未満の動作圧力を備える。 In some embodiments, the system has an operating pressure of less than about 30 bar.

いくつかの実施形態では、システムは一つまたは複数の反応器の出口流から窒素を除去するために圧力スイング吸着(PSA)ユニットをさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises a pressure swing adsorption (PSA) unit to remove nitrogen from the outlet stream of one or more reactors.

いくつかの実施形態では、PSAは、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の吸着体の下流に設置される、または配置される。 In some embodiments, the PSA is installed or positioned downstream of one or more adsorbents in fluid communication with one or more reactors.

いくつかの実施形態では、PSAユニットは、窒素および水素を含む排出流を作り、排出流が少なくとも一つの燃焼ヒーターに供給される。 In some embodiments, the PSA unit produces an exhaust stream comprising nitrogen and hydrogen, and the exhaust stream is fed to at least one fired heater.

いくつかの実施形態では、濾過された反応器出口流は、100ppm未満のアンモニアを含む。 In some embodiments, the filtered reactor outlet stream contains less than 100 ppm ammonia.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の吸着体は、一つもしくは複数の吸着体に埋め込まれた一つもしくは複数の電気ヒーター、少なくとも一つの燃焼ヒーターからの排気、および/または一つもしくは複数の反応器からの出口流と熱を交換することによって再生するように構成される。 In some embodiments, the one or more adsorbents are configured to be regenerated by exchanging heat with one or more electric heaters embedded in the one or more adsorbents, exhaust from at least one fired heater, and/or an outlet stream from one or more reactors.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の吸着体は、一つまたは複数の新しいまたは再生された吸着体と交換可能である。 In some embodiments, one or more adsorbents can be replaced with one or more new or regenerated adsorbents.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の触媒は、担体と、ルテニウム、ニッケル、ロジウム、イリジウム、コバルト、鉄、白金、クロム、パラジウム、モリブデン、タンタル、または銅から選択される少なくとも一つの金属と、を含む。 In some embodiments, the one or more catalysts include a support and at least one metal selected from ruthenium, nickel, rhodium, iridium, cobalt, iron, platinum, chromium, palladium, molybdenum, tantalum, or copper.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の触媒は、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Ba、Sr、La、Ce、Pr、Sm、またはGdから選択される少なくとも一つの金属で促進される。 In some embodiments, the catalyst or catalysts are promoted with at least one metal selected from Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Ba, Sr, La, Ce, Pr, Sm, or Gd.

いくつかの実施形態では、担体は、Al2O3、MgO、CeO2、ZrO2、La2O3、SiO2、Y2O3、TiO2、SiC、六方晶BN(窒化ホウ素)、BNナノチューブ、炭化ケイ素、一つもしくは複数のゼオライト、LaAlO3、CeAlO3、MgAl2O4、CaAl2O4、または一つもしくは複数のカーボンナノチューブから選択される少なくとも一つの材料を含む。 In some embodiments, the support comprises at least one material selected from Al2O3, MgO, CeO2, ZrO2, La2O3, SiO2, Y2O3, TiO2, SiC, hexagonal BN (boron nitride), BN nanotubes, silicon carbide, one or more zeolites, LaAlO3, CeAlO3, MgAl2O4, CaAl2O4, or one or more carbon nanotubes.

いくつかの実施形態では、第一の反応器は、アンモニアの改質プロセスを開始するように構成される。 In some embodiments, the first reactor is configured to initiate an ammonia reforming process.

いくつかの実施形態では、改質プロセスは、少なくとも一つの電気ヒーターまたは一つまたは複数の触媒に流れる電流を使用して開始される。 In some embodiments, the reforming process is initiated using at least one electric heater or an electric current passing through one or more catalysts.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの電気ヒーターまたは電流は、改質プロセスが開始された後に停止される。 In some embodiments, at least one electric heater or electrical current is turned off after the reforming process has begun.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃料電池は、一つまたは複数の反応器からの水素の90%未満を消費し、残りの未転化水素を含む一つまたは複数の出口流を排出する。 In some embodiments, the fuel cell or fuel cells consume less than 90% of the hydrogen from the reactor or reactors and output one or more outlet streams containing the remaining unconverted hydrogen.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器の動作温度は、900℃未満である。 In some embodiments, the operating temperature of one or more reactors is less than 900°C.

いくつかの実施形態では、システムは、アンモニアを供給し、アンモニアの流れ圧力を増加させるための一つまたは複数のポンプをさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises one or more pumps for supplying ammonia and increasing the flow pressure of the ammonia.

いくつかの実施形態では、システムは炭素を排出しない。 In some embodiments, the system does not emit carbon.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器の燃料改質または転化率は、約90%より大きい。 In some embodiments, the fuel reforming or conversion rate of one or more reactors is greater than about 90%.

いくつかの実施形態では、システムの有用な電気エネルギー出力効率に対する燃料発熱量は、少なくとも約25%、最大で約50%である。 In some embodiments, the fuel heating value to useful electrical energy output efficiency of the system is at least about 25% and at most about 50%.

いくつかの実施形態では、システムは、移動車両を駆動するための一つまたは複数の電池、一つまたは複数のDC/DCコンバーター、および一つまたは複数のモーターをさらに備える。 In some embodiments, the system further includes one or more batteries, one or more DC/DC converters, and one or more motors for powering the mobile vehicle.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の電池は、システムを起動するための電力を提供する。 In some embodiments, one or more batteries provide power to power the system.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の電池は、電力を供給し、電力を少なくとも一つの電気ヒーターに供給することによって、システムを起動するように構成される。 In some embodiments, the one or more batteries are configured to provide power to power the system by providing power to at least one electric heater.

いくつかの実施形態では、システムは、電力を生成するための一つまたは複数の燃料電池をさらに備え、一つまたは複数の燃料電池を使用して生成される電力が、起動プロセスが開始または終了される後に一つまたは複数の電池を充電する。 In some embodiments, the system further comprises one or more fuel cells for generating electrical power, the electrical power generated using the one or more fuel cells charging the one or more batteries after the start-up process is initiated or terminated.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃料電池は、移動車両に実質的に安定した電力または負荷を提供し、一つまたは複数の電池が動的負荷追従機能を可能にする。 In some embodiments, the fuel cell or fuel cells provide a substantially stable power or load to a moving vehicle, and the battery or batteries enable dynamic load following capabilities.

いくつかの実施形態では、移動車両は、航空車両、無人航空車両、海上もしくは水中車両、または陸上車両を含む。 In some embodiments, the mobile vehicle includes an aerial vehicle, an unmanned aerial vehicle, a marine or underwater vehicle, or a terrestrial vehicle.

いくつかの実施形態では、システムは、電力を生成するための一つまたは複数の燃料電池をさらに備え、一つまたは複数の燃料電池を使用して生成される電力が、固定型もしくは非移動プラットフォームまたはネットワークに供給される。 In some embodiments, the system further comprises one or more fuel cells for generating electrical power, the electrical power generated using the one or more fuel cells being supplied to a fixed or non-moving platform or network.

いくつかの実施形態では、固定型もしくは非移動プラットフォームまたはネットワークは、電力網を備える。 In some embodiments, the fixed or non-mobile platform or network comprises a power grid.

いくつかの実施形態では、複数の発熱体が、一つまたは複数の反応器内に少なくとも部分的に埋め込まれている。 In some embodiments, multiple heating elements are at least partially embedded within one or more reactors.

別の態様では、本開示はシステムを提供し、システムは、一つまたは複数のアンモニア源と流体連通する一つまたは複数の反応器と、一つまたは複数の反応器内に少なくとも部分的に配置される少なくとも一つの発熱体と、を備え、一つまたは複数の反応器が、一つまたは複数のアンモニア源から受け取られる、またはそれによって供給されるアンモニアの流れ場および加熱の均一性を向上させるために、少なくとも一つの発熱体を取り囲む複数の流路を備え、複数の流路が、少なくとも一つの発熱体に隣接するアンモニアの流路を提供して、少なくとも一つの発熱体とアンモニアとの間の熱エネルギーの伝達を促進させる。 In another aspect, the present disclosure provides a system, the system comprising one or more reactors in fluid communication with one or more ammonia sources and at least one heating element at least partially disposed within the one or more reactors, the one or more reactors comprising a plurality of flow paths surrounding the at least one heating element to improve flow field and heating uniformity of ammonia received from or supplied by the one or more ammonia sources, the plurality of flow paths providing a flow path for ammonia adjacent to the at least one heating element to facilitate transfer of thermal energy between the at least one heating element and the ammonia.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの発熱体は、アンモニアの第一の部分を加熱するための第一の発熱体と、アンモニアの第二の部分を加熱するための第二の発熱体とを備え、複数の流路は、(i)一つまたは複数の反応器を通ってアンモニアの第一の部分を流すための第一の流路と、(ii)一つまたは複数の反応器を通ってアンモニアの第二の部分を流すための第二の流路と、を備える。 In some embodiments, the at least one heating element comprises a first heating element for heating a first portion of the ammonia and a second heating element for heating a second portion of the ammonia, and the plurality of flow paths comprises (i) a first flow path for flowing the first portion of the ammonia through the one or more reactors, and (ii) a second flow path for flowing the second portion of the ammonia through the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、複数の流路は、(i)第一の発熱体を使用してアンモニアの第一の部分を、および(ii)第二の発熱体を使用してアンモニアの第二の部分を加熱中に、互いに流体的に分離される二つ以上の流路を備える。 In some embodiments, the multiple flow paths include two or more flow paths that are fluidly separated from one another during heating of (i) a first portion of the ammonia using a first heating element and (ii) a second portion of the ammonia using a second heating element.

いくつかの実施形態では、複数の流路は、第一の発熱体の一部に沿って、またはその周囲に延在する第一の流路と、第二の発熱体の一部に沿って、またはその周囲に延在する第二の流路と、を備える。 In some embodiments, the plurality of flow paths includes a first flow path that extends along or around a portion of the first heating element and a second flow path that extends along or around a portion of the second heating element.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの発熱体は電気ヒーターまたは燃焼ヒーターを備える。 In some embodiments, at least one heating element comprises an electric heater or a combustion heater.

いくつかの実施形態では、第一の発熱体および第二の発熱体は、燃焼ヒーターを備える。 In some embodiments, the first heating element and the second heating element comprise combustion heaters.

いくつかの実施形態では、第一の発熱体は燃焼ヒーターを備え、第二の発熱体は電気ヒーターを備える。 In some embodiments, the first heating element comprises a combustion heater and the second heating element comprises an electric heater.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの発熱体は、独立して動作するように構成される複数の燃焼ヒーターを備える。 In some embodiments, at least one heating element comprises multiple fired heaters configured to operate independently.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの発熱体は、燃焼ヒーターおよび電気ヒーターを備えるハイブリッド加熱ユニットを備える。 In some embodiments, at least one heating element comprises a hybrid heating unit comprising a combustion heater and an electric heater.

いくつかの実施形態では、燃焼ヒーターおよび電気ヒーターは直列に配置される。 In some embodiments, the combustion heater and the electric heater are arranged in series.

いくつかの実施形態では、燃焼ヒーターおよび電気ヒーターは並列に配置される。 In some embodiments, the combustion heater and the electric heater are arranged in parallel.

いくつかの実施形態では、システムは、アンモニアを分解またはクラッキングするように構成される一つまたは複数の触媒をさらに備え、少なくとも一つの発熱体は、一つまたは複数の触媒を加熱してアンモニアの分解またはクラキングを促進させるように構成される。 In some embodiments, the system further comprises one or more catalysts configured to decompose or crack the ammonia, and the at least one heating element is configured to heat the one or more catalysts to facilitate the decomposition or cracking of the ammonia.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の触媒は、少なくとも一つの発熱体の外部または外側に設けられる。 In some embodiments, the catalyst or catalysts are provided externally or externally to at least one heating element.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの発熱体は、一つまたは複数の外側表面を備え、一つまたは複数の触媒は、少なくとも一つの発熱体の外側表面に隣接して、かつ/または熱連通して設けられる。 In some embodiments, the at least one heating element has one or more outer surfaces, and the one or more catalysts are disposed adjacent to and/or in thermal communication with the outer surface of the at least one heating element.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の触媒は、複数の流路内に設置または設けられる。 In some embodiments, one or more catalysts are disposed or provided in multiple flow paths.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの発熱体は、一つまたは複数の反応器内に複数の加熱ゾーンを設けるように構成され、複数の加熱ゾーンは、異なる温度および/または加熱プロファイルを有する。 In some embodiments, at least one heating element is configured to provide multiple heating zones within one or more reactors, the multiple heating zones having different temperatures and/or heating profiles.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器は、(i)少なくとも一つの発熱体を使用してアンモニアを加熱するための一つまたは複数の反応器を通るアンモニアが通過するための第一の流路、および(ii)アンモニアの分解またはクラキングから生成されるリフォメートガスを一つまたは複数の反応器の一つまたは複数の出口に誘導するための第二の流路を備える。 In some embodiments, the one or more reactors include (i) a first flow path for passing ammonia through the one or more reactors to heat the ammonia using at least one heating element, and (ii) a second flow path for directing reformate gas produced from the decomposition or cracking of ammonia to one or more outlets of the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、第一の流路と第二の流路は、異なる方向に向けられる。 In some embodiments, the first flow path and the second flow path are oriented in different directions.

いくつかの実施形態では、第一の流路および第二の流路は、(i)一つまたは複数の反応器に入るアンモニアと(ii)一つまたは複数の反応器を出るリフォメートガスとの間の熱エネルギーの伝達を可能にするために、互いに隣接して配置される。 In some embodiments, the first flow path and the second flow path are positioned adjacent to one another to allow for the transfer of thermal energy between (i) ammonia entering the one or more reactors and (ii) reformate gas exiting the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの発熱体は、アンモニアのための一つまたは複数の専用流路をそれぞれ有する複数の発熱体を備え、複数の流路は、一つまたは複数の専用流路を備える。 In some embodiments, the at least one heating element comprises a plurality of heating elements each having one or more dedicated flow paths for ammonia, and the plurality of flow paths comprises one or more dedicated flow paths.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの発熱体は、(i)一つまたは複数の反応器の異なる領域の温度および/または加熱プロファイルを制御するか、または(ii)一つまたは複数の反応器内の一つまたは複数の加熱ゾーンの位置を調整して、アンモニアの熱改質効率および/または転化を最適化するように構成される。 In some embodiments, at least one heating element is configured to (i) control the temperature and/or heating profile of different regions of one or more reactors, or (ii) adjust the position of one or more heating zones within one or more reactors to optimize ammonia thermal reforming efficiency and/or conversion.

いくつかの実施形態では、システムは、アンモニアを分解するための複数の異なる触媒をさらに含み、複数の異なる触媒は少なくとも一つの発熱体と熱連通している。 In some embodiments, the system further includes a plurality of different catalysts for decomposing ammonia, the plurality of different catalysts being in thermal communication with at least one heating element.

いくつかの実施形態では、複数の異なる触媒は、アンモニア改質特性の第一のセットを有する第一の触媒と、アンモニア改質特性の第二のセットを有する第二の触媒とを含む。 In some embodiments, the plurality of different catalysts includes a first catalyst having a first set of ammonia reforming properties and a second catalyst having a second set of ammonia reforming properties.

いくつかの実施形態では、第一の触媒および第二の触媒は、異なる発熱体と熱連通している。 In some embodiments, the first catalyst and the second catalyst are in thermal communication with different heating elements.

いくつかの実施形態では、第一の触媒および第二の触媒は、同じ発熱体の異なる位置または領域と熱連通している。 In some embodiments, the first catalyst and the second catalyst are in thermal communication with different locations or regions of the same heating element.

いくつかの実施形態では、第一の触媒および第二の触媒は、少なくとも一つの発熱体によって生成される異なる加熱ゾーンと熱連通する。 In some embodiments, the first catalyst and the second catalyst are in thermal communication with different heating zones generated by at least one heating element.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の流路は、乱流もしくは混合を誘発し、流れ滞留時間を増加させ、ならびに/または流れの均一性および熱伝達を向上させるための一つまたは複数のバッフルを備える。 In some embodiments, one or more flow paths include one or more baffles to induce turbulence or mixing, increase flow residence time, and/or improve flow uniformity and heat transfer.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の流量制御ユニットを調整することによって、一つまたは複数の流路内へアンモニアの流れを制御するように構成されるコントローラーをさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises a controller configured to control the flow of ammonia into one or more flow paths by adjusting one or more flow control units.

いくつかの実施形態では、コントローラーは、少なくとも一つの発熱体への加熱電力の投入量および/または少なくとも一つの発熱体の温度に基づいて、アンモニアの流れを制御するように構成される。 In some embodiments, the controller is configured to control the flow of ammonia based on the amount of heating power input to the at least one heating element and/or the temperature of the at least one heating element.

いくつかの実施形態では、システムは、少なくとも一つの発熱体の動作または温度を制御するように構成されるコントローラーをさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises a controller configured to control the operation or temperature of the at least one heating element.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の反応器の一つまたは複数の高温の出口流と一つまたは複数の低温の入口流との間に、一つまたは複数の熱交換器をさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises one or more heat exchangers between the one or more hot outlet streams and the one or more cold inlet streams of the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器のそれぞれは、少なくとも約50L/分STPの速度でアンモニアガスを改質するように構成される。 In some embodiments, each of the one or more reactors is configured to reform ammonia gas at a rate of at least about 50 L/min STP.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の燃料電池をさらに備え、一つまたは複数の燃料電池は、アンモニアの分解から生成される水素を受け取って処理し、電気エネルギーを生成するように構成される。 In some embodiments, the system further comprises one or more fuel cells in fluid communication with the one or more reactors, the one or more fuel cells configured to receive and process hydrogen produced from the decomposition of ammonia to produce electrical energy.

いくつかの実施形態では、システムは、少なくとも約600Wh/kg、少なくとも約400Wh/L、またはその両方のエネルギー密度を有する。 In some embodiments, the system has an energy density of at least about 600 Wh/kg, at least about 400 Wh/L, or both.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器は、複数の反応器を備え、複数の反応器のうちの第一の反応器は電気ヒーターを備え、複数の反応器のうちの第二の反応器は燃焼ヒーターを備え、第一の反応器と第二の反応器は互いに流体連通している。 In some embodiments, the one or more reactors comprises a plurality of reactors, a first reactor of the plurality of reactors comprises an electric heater, a second reactor of the plurality of reactors comprises a fired heater, and the first reactor and the second reactor are in fluid communication with each other.

いくつかの実施形態では、第一の反応器および第二の反応器は、第一の反応器の第一の出口流と第二の反応器の第二の出口流とが合わさって混ざり合った出口流を生成するように、並列に配置される。 In some embodiments, the first reactor and the second reactor are arranged in parallel such that the first outlet stream of the first reactor and the second outlet stream of the second reactor combine to produce a mixed outlet stream.

いくつかの実施形態では、第一の反応器と第二の反応器が直列に配置され、第一の反応器の第一の出口流が第二の反応器に入るように構成される。 In some embodiments, the first reactor and the second reactor are arranged in series and configured such that the first outlet stream of the first reactor enters the second reactor.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の燃料電池をさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises one or more fuel cells in fluid communication with the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の反応器および一つまたは複数の燃料電池と流体連通する一つまたは複数の吸着体をさらに備え、一つまたは複数の吸着体が、一つまたは複数の反応器からの出口流から未転化アンモニアを濾過または除去するように構成される。 In some embodiments, the system further comprises one or more adsorbents in fluid communication with the one or more reactors and the one or more fuel cells, the one or more adsorbents configured to filter or remove unconverted ammonia from the outlet stream from the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の吸着体は、濾過された反応器出口流を一つまたは複数の燃料電池に供給するように構成される。 In some embodiments, the one or more adsorbents are configured to provide the filtered reactor outlet stream to one or more fuel cells.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃料電池は、(i)一つまたは複数の吸着体から濾過された反応器出口流を受け取る、(ii)濾過された反応器出口流を処理して電気を生成する、および(iii)未転化水素を含む燃料電池出口流を排出する、ように構成される。 In some embodiments, the one or more fuel cells are configured to (i) receive the filtered reactor outlet stream from the one or more adsorber, (ii) process the filtered reactor outlet stream to generate electricity, and (iii) discharge a fuel cell outlet stream that includes unconverted hydrogen.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの発熱体は、燃料電池出口流と流体連通する。 In some embodiments, at least one heating element is in fluid communication with the fuel cell outlet stream.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの発熱体は、一つまたは複数の反応器内に設けられる一つまたは複数の触媒を加熱するために、未転化水素を燃焼するように構成される。 In some embodiments, at least one heating element is configured to combust unconverted hydrogen to heat one or more catalysts disposed within one or more reactors.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の反応器の出口流から窒素を除去するように構成される圧力スイング吸着(PSA)ユニットをさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises a pressure swing adsorption (PSA) unit configured to remove nitrogen from the outlet stream of one or more reactors.

いくつかの実施形態では、PSAは、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の吸着体の下流に設置される、または配置される。 In some embodiments, the PSA is installed or positioned downstream of one or more adsorbents in fluid communication with one or more reactors.

いくつかの実施形態では、PSAユニットは、窒素および水素を含む排出流を生成し、排出流は少なくとも一つの発熱体に供給される。 In some embodiments, the PSA unit produces an exhaust stream comprising nitrogen and hydrogen, and the exhaust stream is fed to at least one heating element.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の熱交換器をさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises one or more heat exchangers.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の熱交換器が、一つまたは複数の反応器の出口流と一つまたは複数のアンモニア源からのアンモニアの流れとの間で熱エネルギーを交換するように構成される。 In some embodiments, one or more heat exchangers are configured to exchange thermal energy between the outlet stream of one or more reactors and ammonia streams from one or more ammonia sources.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の熱交換器は、一つまたは複数の反応器の出口流を冷却するために、(i)一つまたは複数の反応器の出口流と(ii)周囲環境との間で、熱エネルギーの伝達を促進させるように構成される。 In some embodiments, the one or more heat exchangers are configured to facilitate the transfer of thermal energy between (i) the outlet stream of the one or more reactors and (ii) the surrounding environment to cool the outlet stream of the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の熱交換器は、アンモニアを蒸発させるために、(i)一つまたは複数のアンモニア源からのアンモニアの流れと(ii)一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の燃料電池との間で、熱エネルギーの伝達を促進させるように構成される。 In some embodiments, the one or more heat exchangers are configured to facilitate the transfer of thermal energy between (i) a flow of ammonia from one or more ammonia sources and (ii) one or more fuel cells in fluid communication with the one or more reactors to vaporize the ammonia.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の熱交換器は、アンモニアを蒸発させるために、(i)一つまたは複数のアンモニア源からのアンモニアの流れと(ii)周囲環境との間で、熱エネルギーの伝達を促進させるように構成される。 In some embodiments, the one or more heat exchangers are configured to facilitate the transfer of thermal energy between (i) a flow of ammonia from one or more ammonia sources and (ii) the ambient environment to vaporize the ammonia.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの発熱体は、一つまたは複数の反応器からの出口流を燃焼して、一つまたは複数の反応器を加熱するための熱エネルギーを生成するように構成される。 In some embodiments, at least one heating element is configured to combust an outlet stream from one or more reactors to generate thermal energy for heating the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの発熱体は、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の吸着体からの出口流を燃焼させて、一つまたは複数の反応器を加熱するための熱エネルギーを生成するように構成される。 In some embodiments, at least one heating element is configured to combust an outlet stream from one or more adsorbents in fluid communication with the one or more reactors to generate thermal energy for heating the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの発熱体は、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の燃料電池からの出口流を燃焼させて、一つまたは複数の反応器を加熱するための熱エネルギーを生成するように構成される。 In some embodiments, at least one heating element is configured to combust an outlet stream from one or more fuel cells in fluid communication with the one or more reactors to generate thermal energy for heating the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの発熱体は、一つまたは複数の触媒内に配置される。 In some embodiments, at least one heating element is disposed within one or more catalysts.

別の態様では、本開示はシステムを提供し、システムは、水素、窒素、および/またはアンモニアを生成するために一つまたは複数の反応器に供給されるアンモニアを少なくとも部分的に分解するように構成される一つまたは複数の反応器と、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の燃料電池と、を備え、一つまたは複数の燃料電池が水素を受け取って処理し、電気エネルギーを生成するように構成され、一つまたは複数の反応器および一つまたは複数の燃料電池が航空車両に取り付けられるように構成され、一つまたは複数の燃料電池が航空車両の一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置と電気的に連通し、航空車両の一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置を駆動する。 In another aspect, the present disclosure provides a system, the system comprising one or more reactors configured to at least partially decompose ammonia provided to the one or more reactors to produce hydrogen, nitrogen, and/or ammonia; and one or more fuel cells in fluid communication with the one or more reactors, the one or more fuel cells configured to receive and process hydrogen and generate electrical energy, the one or more reactors and the one or more fuel cells configured to be mounted to an aviation vehicle, the one or more fuel cells in electrical communication with one or more motors or drive devices of the aviation vehicle to drive the one or more motors or drive devices of the aviation vehicle.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器および一つまたは複数の燃料電池は、アンモニアパワーパックユニットとして動作するように構成される。 In some embodiments, the one or more reactors and the one or more fuel cells are configured to operate as an ammonia power pack unit.

いくつかの実施形態では、アンモニアパワーパックユニットは、約100キログラム未満の重量を有する。 In some embodiments, the ammonia power pack unit has a weight of less than about 100 kilograms.

いくつかの実施形態では、アンモニアパワーパックユニットは、約200リットル未満の体積を有する。 In some embodiments, the ammonia power pack unit has a volume of less than about 200 liters.

いくつかの実施形態では、アンモニアパワーパックユニットは、少なくとも約600ワット時/キログラムまたは少なくとも約400ワット時/リットルのエネルギー密度を有する。 In some embodiments, the ammonia power pack unit has an energy density of at least about 600 watt-hours/kilogram or at least about 400 watt-hours/liter.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器は、第一の反応器と、第一の反応器と流体連通する第二の反応器とを備える。 In some embodiments, the one or more reactors include a first reactor and a second reactor in fluid communication with the first reactor.

いくつかの実施形態では、第一の反応器は、一つまたは複数の反応器に供給されるアンモニアの少なくとも一部を分解して、水素、窒素、および/またはアンモニアを生成するように構成される。 In some embodiments, the first reactor is configured to decompose at least a portion of the ammonia supplied to the one or more reactors to produce hydrogen, nitrogen, and/or ammonia.

いくつかの実施形態では、第二の反応器は、第一の反応器からの出口流の少なくとも一部を燃焼させて、第二の反応器を加熱または予熱するように構成され、第一の反応器からの出口流は、水素、およびアンモニアまたは窒素のうちの少なくとも一つを含む。 In some embodiments, the second reactor is configured to combust at least a portion of the outlet stream from the first reactor to heat or preheat the second reactor, the outlet stream from the first reactor comprising hydrogen and at least one of ammonia or nitrogen.

いくつかの実施形態では、システムは、アンモニアを少なくとも部分的に分解するための熱エネルギーを提供するように構成される一つまたは複数の発熱体をさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises one or more heating elements configured to provide thermal energy to at least partially decompose the ammonia.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の発熱体と熱連通する一つまたは複数の触媒をさらに備え、一つまたは複数の触媒がアンモニアの分解を促進させるように構成される。 In some embodiments, the system further comprises one or more catalysts in thermal communication with the one or more heating elements, the one or more catalysts configured to promote decomposition of the ammonia.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の発熱体は、一つまたは複数の電気ヒーターおよび/または燃焼器を備える。 In some embodiments, the one or more heating elements comprise one or more electric heaters and/or combustors.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の発熱体は、一つまたは複数の燃料電池と流体連通する燃焼器を備え、燃焼器が、一つまたは複数の燃料電池からの出口流を燃焼して一つまたは複数の反応器を加熱するように構成され、出口流が未転化水素を含む。 In some embodiments, the one or more heating elements include a combustor in fluid communication with the one or more fuel cells, the combustor configured to combust an outlet stream from the one or more fuel cells to heat the one or more reactors, the outlet stream including unconverted hydrogen.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の燃料電池からの所望の電力出力に基づいて、一つまたは複数の反応器に供給されるアンモニアの流れを制御するように構成されるコントローラーをさらに備える。 In some embodiments, the system further includes a controller configured to control the flow of ammonia supplied to the one or more reactors based on a desired power output from the one or more fuel cells.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の吸着体をさらに備え、一つまたは複数の吸着体が、一つまたは複数の反応器からの出口流を処理して、出口流からアンモニアを濾過または除去するように構成され、出口流が少なくとも水素および/または窒素を含む。 In some embodiments, the system further comprises one or more adsorbents in fluid communication with the one or more reactors, the one or more adsorbents configured to process an outlet stream from the one or more reactors to filter or remove ammonia from the outlet stream, the outlet stream comprising at least hydrogen and/or nitrogen.

いくつかの実施形態では、吸着体は、一つまたは複数の燃料電池と流体連通し、吸着体は、一つまたは複数の反応器の出口流からアンモニアを濾過または除去した後に、水素および/または窒素を一つまたは複数の燃料電池に誘導するように構成される。 In some embodiments, the adsorber is in fluid communication with one or more fuel cells, and the adsorber is configured to direct hydrogen and/or nitrogen to the one or more fuel cells after filtering or removing ammonia from the outlet stream of the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃料電池は、電気負荷および/または一つもしくは複数の電池と連通する。 In some embodiments, the one or more fuel cells are in communication with an electrical load and/or one or more batteries.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃料電池は、電気負荷と連通する一つまたは複数の電池に給電するように構成される。 In some embodiments, one or more fuel cells are configured to power one or more batteries in communication with an electrical load.

いくつかの実施形態では、電気負荷は、航空車両の一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置を含む。 In some embodiments, the electrical load includes one or more motors or drives of the air vehicle.

いくつかの実施形態では、システムは、一つもしくは複数の反応器の起動、一つもしくは複数の反応器の電気予熱、および/またはその後の動的負荷追従を実施するための一つもしくは複数の電池をさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises one or more batteries for starting up the reactor(s), electrically preheating the reactor(s), and/or performing subsequent dynamic load following.

いくつかの実施形態では、起動は約30分以内に起こる。 In some embodiments, activation occurs within about 30 minutes.

いくつかの実施形態では、システムは、航空車両の一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置に給電するための補助電池を更に備える。 In some embodiments, the system further comprises an auxiliary battery for powering one or more motors or drives of the air vehicle.

いくつかの実施形態では、システムは、動作中に補助電池を充電することができる一つまたは複数の燃料電池をさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises one or more fuel cells capable of charging the auxiliary battery during operation.

いくつかの実施形態では、システムは、(i)一つもしくは複数の反応器の出口流を冷却し、および/または(ii)一つもしくは複数の燃料貯蔵タンクから一つもしくは複数の反応器へのアンモニアの流れを気化もしくは加熱するための一つもしくは複数の熱交換器をさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises one or more heat exchangers for (i) cooling the outlet stream of the one or more reactors, and/or (ii) vaporizing or heating the flow of ammonia from the one or more fuel storage tanks to the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、システムは、アンモニアを貯蔵し、一つまたは複数の反応器に供給するための一つまたは複数の燃料貯蔵タンクをさらに備え、一つまたは複数の燃料貯蔵タンクが航空車両上に取り付けられる。 In some embodiments, the system further comprises one or more fuel storage tanks for storing and supplying ammonia to the one or more reactors, the one or more fuel storage tanks being mounted on the aircraft vehicle.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃料電池は、一つまたは複数の燃料貯蔵タンクと熱連通して、燃料電池から燃料貯蔵タンクへの熱エネルギーの伝達を促進させてアンモニアを加熱および/または蒸発させる。 In some embodiments, the one or more fuel cells are in thermal communication with one or more fuel storage tanks to facilitate the transfer of thermal energy from the fuel cells to the fuel storage tanks to heat and/or vaporize the ammonia.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃料電池は、一つまたは複数の熱交換器と熱連通して、燃料電池から一つまたは複数の熱交換器への熱エネルギーの伝達を促進させてアンモニアを加熱および/または蒸発させる。 In some embodiments, the one or more fuel cells are in thermal communication with one or more heat exchangers to facilitate the transfer of thermal energy from the fuel cells to the one or more heat exchangers to heat and/or vaporize the ammonia.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の熱交換器は、一つまたは複数の燃料電池からの出口流と熱連通して、熱交換器および/または一つもしくは複数の反応器からの出口流を冷却する。 In some embodiments, one or more heat exchangers are in thermal communication with the outlet stream from the one or more fuel cells to cool the heat exchanger and/or the outlet stream from the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の熱交換器は、周囲環境と熱連通して、一つまたは複数の熱交換器を冷却する。 In some embodiments, the one or more heat exchangers are in thermal communication with the surrounding environment to cool the one or more heat exchangers.

いくつかの実施形態では、システムは、(i)一つもしくは複数の反応器へのアンモニアの流れ、または(ii)一つもしくは複数の燃料電池への水素の流れを調整するように構成されるコントローラーをさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises a controller configured to regulate (i) the flow of ammonia to the one or more reactors, or (ii) the flow of hydrogen to the one or more fuel cells.

いくつかの実施形態では、コントローラーは、アンモニアまたは水素の流れを調整することによって動的電力制御を行うように構成される。 In some embodiments, the controller is configured to perform dynamic power control by adjusting the flow of ammonia or hydrogen.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器のそれぞれは、少なくとも約30リットル/分STPのアンモニアガスを分解するように構成される。 In some embodiments, each of the one or more reactors is configured to decompose at least about 30 liters/min STP ammonia gas.

いくつかの実施形態では、システムは、コントローラーに動作可能に結合する一つまたは複数のセンサーをさらに備え、コントローラーが、一つまたは複数のセンサーを使用して取得される一つまたは複数の測定値に基づいて、一つもしくは複数の反応器の温度、アンモニアの流れ圧力もしくは流量、水素の流れ圧力もしくは流量、および/または一つもしくは複数の燃料電池の電気出力を監視するように構成される。 In some embodiments, the system further comprises one or more sensors operably coupled to the controller, and the controller is configured to monitor the temperature of the one or more reactors, the ammonia flow pressure or flow rate, the hydrogen flow pressure or flow rate, and/or the electrical output of the one or more fuel cells based on one or more measurements obtained using the one or more sensors.

いくつかの実施形態では、コントローラーは、一つまたは複数の反応器の温度に基づいて、給気ユニットの電力を増加させて、一つまたは複数の反応器の一つまたは複数の燃焼器への空気流量を増加させるように構成される。 In some embodiments, the controller is configured to increase power to the air supply unit to increase air flow to one or more combustors of one or more reactors based on the temperature of the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、コントローラーは、一つまたは複数の反応器の温度に基づいて、アンモニアの流れ圧力を調整してアンモニア流量を増加させ、一つまたは複数の反応器の一つまたは複数の燃焼器に追加の水素を供給するように構成される。 In some embodiments, the controller is configured to adjust the ammonia flow pressure to increase the ammonia flow rate and provide additional hydrogen to one or more combustors of one or more reactors based on the temperature of the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、コントローラーは、一つまたは複数の反応器の温度に基づいて、アンモニアの流れ圧力を増加させてアンモニア流量を増加させ、一つまたは複数の反応器の一つまたは複数の燃焼器に追加の水素を供給するように構成される。 In some embodiments, the controller is configured to increase the ammonia flow pressure to increase the ammonia flow rate and provide additional hydrogen to one or more combustors of one or more reactors based on the temperature of the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、コントローラーは、アンモニアを含む一つまたは複数の燃料貯蔵タンクと流体連通する一つまたは複数のバルブを調整して、所望のアンモニア流量および電力出力に対応する閾値圧力点を維持するか、またはそれに到達するように構成される。 In some embodiments, the controller is configured to adjust one or more valves in fluid communication with one or more fuel storage tanks containing ammonia to maintain or reach a threshold pressure point corresponding to a desired ammonia flow rate and power output.

別の態様では、本開示は方法を提供し、方法は、(a)一つまたは複数の反応器を使用して、水素を作るまたは生成するためにアンモニアを処理することであって、一つまたは複数の反応器が、(i)一つまたは複数の触媒と、(ii)一つまたは複数の触媒と熱連通する複数の発熱体と、を備え、複数の発熱体が少なくとも一つの電気ヒーターおよび少なくとも一つの燃焼ヒーターを備える、処理することと、(b)電気エネルギーを作るために一つまたは複数の燃料電池に水素を供給することと、を含む。 In another aspect, the disclosure provides a method, the method including: (a) processing ammonia to make or produce hydrogen using one or more reactors, the one or more reactors comprising (i) one or more catalysts and (ii) a plurality of heating elements in thermal communication with the one or more catalysts, the plurality of heating elements comprising at least one electric heater and at least one combustion heater; and (b) supplying hydrogen to one or more fuel cells to produce electrical energy.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応器は、第一の反応器と、第一の反応器と流体連通する第二の反応器とを備える。 In some embodiments, the one or more reactors include a first reactor and a second reactor in fluid communication with the first reactor.

いくつかの実施形態では、第一の反応器は、(i)一つまたは複数の触媒のうちの第一の触媒と、(ii)第一の触媒を加熱するように構成される起動加熱および改質ユニットと、を備え、第一の触媒がアンモニアから水素を作るまたは抽出するように構成される。 In some embodiments, the first reactor comprises (i) a first catalyst of the one or more catalysts, and (ii) a start-up heating and reforming unit configured to heat the first catalyst, the first catalyst configured to produce or extract hydrogen from ammonia.

いくつかの実施形態では、起動加熱および改質ユニットは、少なくとも一つの電気ヒーターを備える。 In some embodiments, the start-up heating and reforming unit includes at least one electric heater.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの電気ヒーターは、電流を第一の触媒に流して第一の触媒を加熱するための一つまたは複数の電極を備える。 In some embodiments, at least one electric heater includes one or more electrodes for passing an electric current through the first catalyst to heat the first catalyst.

いくつかの実施形態では、第二の反応器は、(i)一つまたは複数の触媒のうちの第二の触媒と、(ii)第二の触媒を加熱するように構成される一つまたは複数の主加熱ユニットと、を備え、第二の触媒は、アンモニアから水素を作るまたは抽出するように構成される。 In some embodiments, the second reactor comprises (i) a second catalyst of the one or more catalysts and (ii) one or more main heating units configured to heat the second catalyst, the second catalyst configured to produce or extract hydrogen from ammonia.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の主加熱ユニットは、少なくとも一つの燃焼ヒーターを備える。 In some embodiments, one or more of the main heating units includes at least one fired heater.

いくつかの実施形態では、少なくとも一つの燃焼ヒーターは、第一の反応器を使用して生成される水素の少なくとも一部を燃焼することによって、第二の触媒の少なくとも一部を加熱するように構成される。 In some embodiments, at least one fired heater is configured to heat at least a portion of the second catalyst by combusting at least a portion of the hydrogen produced using the first reactor.

いくつかの実施形態では、方法は、(b)に続いて、電気エネルギーを電気負荷および/または一つもしくは複数の電池に供給することをさらに含む。 In some embodiments, the method further includes, subsequent to (b), supplying electrical energy to an electrical load and/or one or more batteries.

いくつかの実施形態では、方法は、(b)の前に、一つまたは複数の反応器からの出口流から未転化アンモニアを濾過または除去することをさらに含む。 In some embodiments, the method further comprises filtering or removing unconverted ammonia from the outlet stream from the one or more reactors prior to (b).

いくつかの実施形態では、濾過された反応器出口流を作るために、未転化アンモニアは、一つまたは複数の吸着体を使用して出口流から濾過または除去される。 In some embodiments, unconverted ammonia is filtered or removed from the outlet stream using one or more adsorbents to produce a filtered reactor outlet stream.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃料電池は、(i)一つまたは複数の吸着体から濾過された反応器出口流を受け取る、(ii)濾過された反応器出口流を処理して電気エネルギーを生成する、および(iii)未転化水素を含む燃料電池出口流を排出する、ように構成される。 In some embodiments, the one or more fuel cells are configured to (i) receive a filtered reactor outlet stream from the one or more adsorber, (ii) process the filtered reactor outlet stream to generate electrical energy, and (iii) discharge a fuel cell outlet stream that includes unconverted hydrogen.

いくつかの実施形態では、方法は、一つまたは複数の触媒を加熱するために、一つまたは複数の燃料電池からの未転化水素を燃焼させることをさらに含む。 In some embodiments, the method further includes combusting unconverted hydrogen from the one or more fuel cells to heat the one or more catalysts.

いくつかの実施形態では、未転化水素は、複数の発熱体のうちの一つまたは複数を使用して燃焼される。 In some embodiments, the unconverted hydrogen is combusted using one or more of a number of heating elements.

いくつかの実施形態では、方法は、一つまたは複数の反応器からの出口流を燃焼させて、一つもしくは複数の反応器または一つもしくは複数の触媒を加熱するための熱エネルギーを生成することをさらに含む。 In some embodiments, the method further includes combusting the outlet stream from the one or more reactors to generate thermal energy for heating the one or more reactors or the one or more catalysts.

いくつかの実施形態では、方法は、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の吸着体からの出口流を燃焼させて、一つもしくは複数の反応器または一つもしくは複数の触媒を加熱するための熱エネルギーを生成することをさらに含む。 In some embodiments, the method further includes combusting an outlet stream from one or more adsorbents in fluid communication with the one or more reactors to generate thermal energy for heating the one or more reactors or the one or more catalysts.

いくつかの実施形態では、方法は、(i)一つまたは複数の反応器の出口流と(ii)一つまたは複数のアンモニア源からのアンモニアの流れとの間で熱エネルギーの伝達を促進させるために熱交換器を使用することをさらに含む。 In some embodiments, the method further includes using a heat exchanger to facilitate the transfer of thermal energy between (i) the outlet stream of the one or more reactors and (ii) the stream of ammonia from the one or more ammonia sources.

いくつかの実施形態では、方法は、アンモニアを蒸発させるために、(i)一つまたは複数のアンモニア源からのアンモニアの流れと(ii)一つまたは複数の燃料電池からの出口流との間で熱エネルギーの伝達を促進させるために熱交換器を使用することをさらに含む。 In some embodiments, the method further includes using a heat exchanger to facilitate the transfer of thermal energy between (i) a flow of ammonia from the one or more ammonia sources and (ii) an outlet flow from the one or more fuel cells to vaporize the ammonia.

いくつかの実施形態では、方法は、コントローラーを使用して、一つもしくは複数の反応器の出口流および/または複数の発熱体の温度を調節することをさらに含む。 In some embodiments, the method further includes regulating the temperature of the outlet stream of one or more reactors and/or the plurality of heating elements using the controller.

いくつかの実施形態では、方法は、コントローラーを使用して、(i)一つもしくは複数の反応器の温度、(ii)アンモニアおよび/もしくは水素の流れ圧力、ならびに/または(iii)一つもしくは複数の燃料電池の電気出力を、監視および制御することをさらに含む。 In some embodiments, the method further includes using a controller to monitor and control (i) the temperature of the one or more reactors, (ii) the ammonia and/or hydrogen flow pressure, and/or (iii) the electrical output of the one or more fuel cells.

いくつかの実施形態では、方法は、コントローラーを使用して、一つまたは複数の反応器の温度に基づいて、少なくとも一つの燃焼ヒーターへの空気流量、少なくとも一つの燃焼ヒーターへの燃焼燃料流量、または少なくとも一つの燃焼ヒーターへの空気流量および燃焼燃料流量の両方を調整することをさらに含む。 In some embodiments, the method further includes using the controller to adjust an air flow rate to the at least one fired heater, a combustion fuel flow rate to the at least one fired heater, or both an air flow rate and a combustion fuel flow rate to the at least one fired heater based on the temperature of the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、方法は、コントローラーを使用して、一つまたは複数の反応器の温度に基づいて、一つまたは複数の燃料電池の電力出力または水素消費量を調整することをさらに含む。 In some embodiments, the method further includes using the controller to adjust the power output or hydrogen consumption of the one or more fuel cells based on the temperature of the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、方法は、コントローラーを使用して、一つもしくは複数の反応器の温度および/または燃料電池電力出力に基づいて、一つまたは複数の反応器へのアンモニアの流量を調整することをさらに含む。 In some embodiments, the method further includes adjusting, using the controller, the flow rate of ammonia to the one or more reactors based on the temperature of the one or more reactors and/or the fuel cell power output.

いくつかの実施形態では、方法は、一つまたは複数の反応器の出口流から窒素を除去するために圧力スイング吸着(PSA)ユニットをさらに備える。 In some embodiments, the method further comprises a pressure swing adsorption (PSA) unit to remove nitrogen from the outlet stream of one or more reactors.

いくつかの実施形態では、PSAは、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の吸着体の下流に設置される、または配置される。 In some embodiments, the PSA is installed or positioned downstream of one or more adsorbents in fluid communication with one or more reactors.

いくつかの実施形態では、PSAユニットは、窒素および水素を含む排出流を作り、排出流が少なくとも一つの燃焼ヒーターに供給される。 In some embodiments, the PSA unit produces an exhaust stream comprising nitrogen and hydrogen, and the exhaust stream is fed to at least one fired heater.

いくつかの実施形態では、方法は、第一の反応器を使用してアンモニアの改質プロセスを開始することをさらに含む。 In some embodiments, the method further includes initiating an ammonia reforming process using the first reactor.

いくつかの実施形態では、改質プロセスを開始することは、一つもしくは複数の触媒の少なくとも一部または一つもしくは複数の電気ヒーターの少なくとも一部を通して電流を供給して、一つまたは複数の触媒を加熱し、アンモニアの分解またはクラッキングを促進させることを含む。 In some embodiments, initiating the reforming process includes providing an electric current through at least a portion of the one or more catalysts or at least a portion of the one or more electric heaters to heat the one or more catalysts and promote decomposition or cracking of ammonia.

別の態様では、本開示はシステムを提供し、システムは、複数の反応器を備えるアンモニア処理装置を備え、複数の反応器が一つもしくは複数の電気反応器を備え、一つもしくは複数の電気反応器が、(i)アンモニアを処理して水素を生成する、かつ(ii)一つもしくは複数の電気反応器および/または一つもしくは複数の燃焼反応器と流体連通する一つもしくは複数の燃焼反応器および/または一つもしくは複数の燃料電池に水素の少なくとも一部を供給するように構成される。 In another aspect, the present disclosure provides a system, the system comprising an ammonia treatment apparatus comprising a plurality of reactors, the plurality of reactors comprising one or more electric reactors, the one or more electric reactors configured to (i) process ammonia to produce hydrogen, and (ii) provide at least a portion of the hydrogen to one or more combustion reactors and/or one or more fuel cells in fluid communication with the one or more electric reactors and/or the one or more combustion reactors.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の燃焼反応器をさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises one or more combustion reactors.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃焼反応器は、水素を燃焼させて、一つまたは複数の燃焼反応器を所定の閾値温度に加熱するように構成される。 In some embodiments, the one or more combustion reactors are configured to combust hydrogen to heat the one or more combustion reactors to a predetermined threshold temperature.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃焼反応器は、(i)アンモニアを処理して一つまたは複数の燃焼反応器出口流を生成し、(ii)一つまたは複数の燃焼反応器出口流を一つまたは複数の燃料電池に供給するように構成される。 In some embodiments, the one or more combustion reactors are configured to (i) process ammonia to produce one or more combustion reactor outlet streams, and (ii) provide the one or more combustion reactor outlet streams to one or more fuel cells.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃焼反応器は、一つまたは複数の燃焼反応器を加熱するために(i)燃焼燃料を含む第一の流れを、(ii)燃焼燃料の燃焼を促進させるために空気を含む第二の流れと混合または渦を巻くように構成される一つまたは複数のスワールバーナーを備え、必要に応じて燃焼燃料は水素を含む。 In some embodiments, the one or more combustion reactors include one or more swirl burners configured to mix or swirl (i) a first stream comprising a combustion fuel with (ii) a second stream comprising air to heat the one or more combustion reactors, and optionally the combustion fuel comprises hydrogen.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数のスワールバーナーは、燃料の燃焼を高めるために、一つまたは複数のらせん状または渦巻き状の流路に沿って第一の流れおよび第二の流れを誘導するための一つまたは複数の流路を備える。 In some embodiments, the one or more swirl burners include one or more flow paths for directing the first and second flows along one or more helical or spiral flow paths to enhance combustion of the fuel.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の電気反応器は、電源を使用して加熱または予熱される。 In some embodiments, one or more electric reactors are heated or preheated using a power source.

いくつかの実施形態では、システムは、アンモニアを予熱および/または蒸発させるために、(i)アンモニア処理装置へのアンモニアの流入流と(ii)一つまたは複数の燃焼反応器からの一つまたは複数の出口流との間で、熱エネルギーの伝達を促進させるように構成される熱交換器をさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises a heat exchanger configured to facilitate the transfer of thermal energy between (i) an inlet stream of ammonia to the ammonia treatment unit and (ii) one or more outlet streams from the one or more combustion reactors to preheat and/or vaporize the ammonia.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃焼反応器は、アンモニアを処理して水素を生成するために、(i)アンモニアを加熱または予熱し、(ii)加熱または予熱されたアンモニアを、一つもしくは複数の電気反応器または一つもしくは複数の燃焼反応器に供給するように構成される。 In some embodiments, the one or more combustion reactors are configured to (i) heat or preheat ammonia and (ii) provide the heated or preheated ammonia to one or more electric reactors or one or more combustion reactors for processing the ammonia to produce hydrogen.

いくつかの実施形態では、システムは、一つまたは複数の燃料電池をさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises one or more fuel cells.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃料電池は、電気を生成するために、(i)一つもしくは複数の電気反応器によって作られる水素、および/または(ii)一つもしくは複数の燃焼反応器によって生成される水素を処理するように構成される。 In some embodiments, the one or more fuel cells are configured to process (i) hydrogen produced by the one or more electric reactors and/or (ii) hydrogen produced by the one or more combustion reactors to generate electricity.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃料電池は、未転化水素を含む一つまたは複数の燃料電池出口流を作るように構成される。 In some embodiments, the one or more fuel cells are configured to produce one or more fuel cell outlet streams that include unconverted hydrogen.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃焼反応器は、未転化水素を燃焼燃料として利用して、アンモニアの分解を促進させ、自立型自己熱改質を維持するように構成される。 In some embodiments, the combustion reactor or reactors are configured to utilize unconverted hydrogen as a combustion fuel to drive the decomposition of ammonia and sustain self-sustaining autothermal reforming.

いくつかの実施形態では、複数の反応器は直列構成で配置される。 In some embodiments, multiple reactors are arranged in a series configuration.

いくつかの実施形態では、複数の反応器は並列構成で配置される。 In some embodiments, multiple reactors are arranged in a parallel configuration.

いくつかの実施形態では、複数の反応器はモジュール構成で配置される。 In some embodiments, multiple reactors are arranged in a modular configuration.

いくつかの実施形態では、システムは、アンモニア処理装置の動作を制御して、一つまたは複数の燃料電池の入口における流体圧力を調整するように構成される制御ユニットをさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises a control unit configured to control operation of the ammonia treatment device to regulate the fluid pressure at the inlet of the one or more fuel cells.

いくつかの実施形態では、システムは、アンモニア処理装置の動作を制御して、一つまたは複数の燃料電池への流体流量を調整するように構成される制御ユニットをさらに備える。 In some embodiments, the system further comprises a control unit configured to control operation of the ammonia treatment device to regulate fluid flow to the one or more fuel cells.

いくつかの実施形態では、アンモニア処理装置は、アンモニア処理装置の出力または動作を調整するための一つまたは複数のバルブ、ポンプ、ファン、ブロワ、またはコンプレッサーをさらに備える。 In some embodiments, the ammonia treatment device further comprises one or more valves, pumps, fans, blowers, or compressors for regulating the output or operation of the ammonia treatment device.

いくつかの実施形態では、アンモニア処理装置は、一つまたは複数の移動型用途またはプラットフォームに対してアンモニアを処理するように構成される。 In some embodiments, the ammonia treatment device is configured to process ammonia for one or more mobile applications or platforms.

いくつかの実施形態では、アンモニア処理装置は、一つまたは複数の固定型用途またはプラットフォームに対してアンモニアを処理するように構成される。 In some embodiments, the ammonia treatment device is configured to process ammonia for one or more fixed applications or platforms.

いくつかの実施形態では、アンモニア処理装置は、車両に取り付けられ、連結され、または搭載されるように構成される。 In some embodiments, the ammonia treatment device is configured to be attached, coupled, or mounted on a vehicle.

いくつかの実施形態では、アンモニア処理装置は、車両の一つまたは複数の電気もしくは機械構成要素と一体化されるように構成される。 In some embodiments, the ammonia treatment device is configured to be integrated with one or more electrical or mechanical components of the vehicle.

別の態様では、本開示は方法を提供し、方法は、(a)電気反応器を第一の目標温度に加熱することと、(b)電気反応器を使用してアンモニアを改質して、少なくとも水素を含む燃料を作ることと、(c)(b)で作った燃料を燃焼させることによって、燃焼反応器を第二の目標温度に加熱することと、(d)燃焼反応器に別のアンモニアを供給することであって、燃焼反応器が、(i)別のアンモニアを分解して別の水素を生成し、(ii)別の水素を一つまたは複数の燃料電池に供給するように構成される、供給することと、を含む。 In another aspect, the disclosure provides a method, the method including: (a) heating an electric reactor to a first target temperature; (b) reforming ammonia using the electric reactor to produce a fuel comprising at least hydrogen; (c) heating a combustion reactor to a second target temperature by combusting the fuel produced in (b); and (d) supplying additional ammonia to the combustion reactor, the combustion reactor configured to (i) decompose the additional ammonia to produce additional hydrogen and (ii) supply the additional hydrogen to one or more fuel cells.

いくつかの実施形態では、燃焼反応器は、第二の温度で自立型自己熱改質のために構成される。 In some embodiments, the combustion reactor is configured for self-sustaining autothermal reforming at the second temperature.

いくつかの実施形態では、方法は、(c)に続いて、電気反応器の電気ヒーターを停止することをさらに含む。 In some embodiments, the method further includes, subsequent to (c), shutting down the electric heater of the electric reactor.

いくつかの実施形態では、(c)は、電気反応器の電気ヒーターを停止することをさらに含む。 In some embodiments, (c) further comprises shutting down the electric heater of the electric reactor.

いくつかの実施形態では、方法は、燃焼反応器の温度または燃焼反応器のアンモニア転化効率に基づいて、電気反応器の動作を制御することをさらに含む。 In some embodiments, the method further includes controlling operation of the electric reactor based on the temperature of the combustion reactor or the ammonia conversion efficiency of the combustion reactor.

いくつかの実施形態では、方法は、燃焼反応器の温度または燃焼反応器のアンモニア転化効率に基づいて、電気反応器または燃焼反応器へのアンモニアの流量を制御することをさらに含む。 In some embodiments, the method further includes controlling the flow rate of ammonia to the electric reactor or the combustion reactor based on the temperature of the combustion reactor or the ammonia conversion efficiency of the combustion reactor.

いくつかの実施形態では、方法は、燃焼反応器の温度または燃焼反応器のアンモニア転化効率に基づいて、燃焼反応器からの出口流量を制御することをさらに含む。 In some embodiments, the method further includes controlling an outlet flow rate from the combustion reactor based on the temperature of the combustion reactor or the ammonia conversion efficiency of the combustion reactor.

いくつかの実施形態では、方法は、燃焼反応器の温度または燃焼反応器のアンモニア転化効率に基づいて、燃焼反応器への空気流量を制御することをさらに含む。 In some embodiments, the method further includes controlling the air flow rate to the combustion reactor based on the temperature of the combustion reactor or the ammonia conversion efficiency of the combustion reactor.

いくつかの実施形態では、方法は、(d)に続いて、一つまたは複数の燃料電池からの出口流を燃焼反応器に誘導し、別のアンモニアの分解を促進させることをさらに含む。 In some embodiments, the method further includes, subsequent to (d), directing the outlet stream from the one or more fuel cells to a combustion reactor to facilitate further decomposition of the ammonia.

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃料電池からの出口流は、未転化水素を含む。 In some embodiments, the outlet stream from one or more fuel cells includes unconverted hydrogen.

いくつかの実施形態では、方法は、所定の温度範囲に到達するか、またはそれを維持するために、燃焼反応器への空気流量またはアンモニア流量を制御することをさらに含む。 In some embodiments, the method further includes controlling the air flow rate or the ammonia flow rate to the combustion reactor to reach or maintain a predetermined temperature range.

いくつかの実施形態では、方法は、(b)および/または(c)の前に、アンモニアを予熱することをさらに含む。 In some embodiments, the method further comprises preheating the ammonia prior to (b) and/or (c).

いくつかの実施形態では、アンモニアは、燃焼反応器または電気反応器を使用して予熱される。 In some embodiments, the ammonia is preheated using a combustion reactor or an electric reactor.

いくつかの実施形態では、アンモニアは、燃焼反応器からの出口流を使用して予熱される。 In some embodiments, the ammonia is preheated using the exit stream from the combustion reactor.

いくつかの実施形態では、アンモニアは、燃焼生成ガスを使用して予熱される。 In some embodiments, the ammonia is preheated using combustion product gases.

いくつかの実施形態では、熱は、アンモニアと燃焼生成ガスとの間で対向流または並列流で交換される。 In some embodiments, heat is exchanged between the ammonia and the combustion product gases in a countercurrent or parallel flow manner.

本開示の別の態様は、一つまたは複数のコンピュータープロセッサーによって実行されると、本明細書の上記または他の箇所に記載の方法のいずれかを実行する、機械実行可能コードを含む、非一時的なコンピューター可読媒体を提供する。 Another aspect of the present disclosure provides a non-transitory computer-readable medium including machine-executable code that, when executed by one or more computer processors, performs any of the methods described above or elsewhere herein.

本開示の別の態様は、一つまたは複数のコンピュータープロセッサーと、それに結合されたコンピューターメモリとを備えるシステムを提供する。コンピューターメモリは、一つまたは複数のコンピュータープロセッサーによって実行されると、本明細書の上記または他の箇所に記載の方法のいずれかを実行する、機械実行可能コードを含む。 Another aspect of the present disclosure provides a system comprising one or more computer processors and a computer memory coupled thereto. The computer memory includes machine executable code that, when executed by the one or more computer processors, performs any of the methods described above or elsewhere herein.

本開示の別の態様および利点は、以下の詳細な説明から当業者には容易に明らかになり、本開示の例示的な実施形態のみが示され、説明される。理解されるように、本開示は他の異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、すべて本開示から逸脱することなく、様々な明らかな点で修正が可能である。したがって、図面および説明は本質的に例示的なものとみなされるべきであり、限定的なものとしてみなされるべきではない。 Other aspects and advantages of the present disclosure will become readily apparent to those skilled in the art from the following detailed description, in which only exemplary embodiments of the present disclosure are shown and described. As will be understood, the present disclosure is capable of other and different embodiments, and its several details are capable of modification in various obvious respects, all without departing from the present disclosure. Accordingly, the drawings and description are to be regarded as illustrative in nature, and not as restrictive.

参照による援用
本明細書で言及するすべての刊行物、特許、および特許出願は、個々の刊行物、特許、または特許出願のそれぞれが参照により組み込まれることが具体的かつ個別に示されている場合と同じ範囲で、参照により本明細書に組み込まれる。参照により組み込まれる刊行物および特許または特許出願が明細書に含まれる開示と矛盾する限り、明細書はあらゆるこのような矛盾する内容に取って代わる、および/または優先するものとする。
INCORPORATION BY REFERENCE All publications, patents, and patent applications mentioned in this specification are incorporated herein by reference to the same extent as if each individual publication, patent, or patent application was specifically and individually indicated to be incorporated by reference. To the extent that the publications and patents or patent applications incorporated by reference conflict with the disclosure contained in the specification, the specification supersedes and/or takes precedence over any such conflicting content.

本発明の新規の特徴は、添付の特許請求の範囲に詳細に記載されている。本発明の特徴および利点は、本発明の原理が利用される例示的な実施形態を説明する以下の詳細な説明、および(本明細書では「図」とも呼ばれる)添付の図面を参照することによって、よりよく理解されるであろう。 The novel features of the invention are set forth with particularity in the appended claims. The features and advantages of the invention will be better understood by reference to the following detailed description that sets forth illustrative embodiments, in which the principles of the invention are utilized, and the accompanying drawings (also referred to herein as "figures"), in which:

図1は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、アンモニアを処理して水素燃料を生成するための例示的なシステムを概略的に示す。FIG. 1 illustrates generally an exemplary system for processing ammonia to produce hydrogen fuel, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図2は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、液体化学物質を使用する水素貯蔵の例示的な方法を概略的に示す。FIG. 2 illustrates a schematic of an exemplary method of hydrogen storage using liquid chemicals, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図3は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、水素担体としてアンモニアを使用することを概略的に示す。FIG. 3 illustrates a schematic of the use of ammonia as a hydrogen carrier in accordance with one or more embodiments of the present disclosure.

図4は、エネルギー担体としてのアンモニアおよびアンモニアの様々な密度特性を、他の種類の燃料と比較して概略的に示す。FIG. 4 shows a schematic of ammonia as an energy carrier and its various density characteristics compared to other types of fuels.

図5は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、燃料電池の燃料としてアンモニアを使用する電力システムを概略的に示す。本開示の一つまたは複数の実施形態では、電力システムは、プロトン交換膜燃料電池(PEMFC)を備えることができる。5 illustrates a schematic of a power system that uses ammonia as a fuel for a fuel cell, in accordance with one or more embodiments of the present disclosure. In one or more embodiments of the present disclosure, the power system may comprise a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC).

図6は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、例示的なアンモニアパワーパックのシステム構成を概略的に示す。FIG. 6 illustrates a schematic of an exemplary ammonia power pack system configuration according to one or more embodiments of the present disclosure.

図7Aは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、電気加熱式高速起動反応器の例を概略的に示す。FIG. 7A illustrates a schematic of an example of an electrically heated, fast start-up reactor according to one or more embodiments of the present disclosure.

図7Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、一つまたは複数の導電性ばねを備える電気加熱式高速起動反応器の例を概略的に示す。FIG. 7B illustrates a schematic of an example of an electrically heated fast start-up reactor with one or more conductive springs, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図8は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、一つまたは複数の導電性ばねを備える高速起動反応器の時間の関数としてのガス温度のプロットを概略的に示す。FIG. 8 illustrates a schematic plot of gas temperature as a function of time for a fast start reactor with one or more conductive springs, in accordance with one or more embodiments of the present disclosure.

図9は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、高速起動反応器に使用されることができる触媒材料の様々な改良および処理を概略的に示す。FIG. 9 illustrates generally various modifications and treatments of catalyst materials that can be used in fast start-up reactors according to one or more embodiments of the present disclosure.

図10は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動反応器の起動時間シミュレーションデータを概略的に示す。FIG. 10 illustrates a schematic of start-up time simulation data for a start-up reactor, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図11は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動反応器のアンモニア転化シミュレーションデータを概略的に示す。FIG. 11 illustrates a schematic of start-up reactor ammonia conversion simulation data according to one or more embodiments of the present disclosure.

図12は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動反応器のモジュール設計の例を概略的に示す。FIG. 12 illustrates a schematic of an example of a modular design of the start-up reactor, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図13は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動反応器の過渡時間および過渡状態の反応器温度データを概略的に示す。FIG. 13 illustrates a schematic of start-up reactor transient time and transient reactor temperature data in accordance with one or more embodiments of the present disclosure.

図14は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、ハイブリッド加熱を有する主反応器の例を概略的に示す。FIG. 14 illustrates a schematic of an example of a primary reactor with hybrid heating, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図15Aおよび15Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、本システムおよび方法に関する反応器の熱改質効率、吸熱率、水素燃焼率、および燃料電池の電力出力のデータを概略的に示す。15A and 15B show schematic diagrams of reactor thermal reforming efficiency, heat absorption rate, hydrogen combustion rate, and fuel cell power output data for the present systems and methods in accordance with one or more embodiments of the present disclosure. 同上。Ibid.

図16は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、本システムおよび方法に関するハイブリッド加熱シミュレーションデータを概略的に示す。FIG. 16 illustrates a schematic of hybrid heating simulation data for the present system and method, in accordance with one or more embodiments of the present disclosure.

図17は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、本システムおよび方法に関する加熱電力比シミュレーションデータを概略的に示す。FIG. 17 illustrates a schematic of heating power ratio simulation data for the present system and method, in accordance with one or more embodiments of the present disclosure.

図18は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、本システムおよび方法を実施するようにプログラムされるか、または別の方法で構成されるコンピューターシステムを概略的に示す。FIG. 18 illustrates generally a computer system that is programmed or otherwise configured to implement the present systems and methods, in accordance with one or more embodiments of the present disclosure.

図19~25は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、アンモニア処理およびアンモニアパワーパックシステムのためのシステム構成の様々な例を概略的に示す。19-25 generally illustrate various examples of system configurations for ammonia processing and ammonia power pack systems in accordance with one or more embodiments of the present disclosure. 同上。Ibid. 同上。Ibid. 同上。Ibid. 同上。Ibid. 同上。Ibid. 同上。Ibid.

図26~35は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、アンモニアパワーパックシステムのパッケージングおよびアセンブリのための様々な例示的な構成を概略的に示す。26-35 generally illustrate various exemplary configurations for packaging and assembly of an ammonia power pack system in accordance with one or more embodiments of the present disclosure. 同上。Ibid. 同上。Ibid. 同上。Ibid. 同上。Ibid. 同上。Ibid. 同上。Ibid. 同上。Ibid. 同上。Ibid. 同上。Ibid.

図36A~36Cは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、可燃性水素ガスを燃焼器に供給するための構成を概略的に示す。36A-36C illustrate schematic configurations for supplying combustible hydrogen gas to a combustor, according to one or more embodiments of the present disclosure. 同上。Ibid.

図37A~37Cは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、燃焼器に空気を供給するための構成を概略的に示す。37A-37C illustrate schematic configurations for supplying air to a combustor according to one or more embodiments of the present disclosure. 同上。Ibid.

図38Aおよび38Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、空気と燃料とを接触させるための燃焼器設計を概略的に示す。38A and 38B illustrate schematic diagrams of a combustor design for contacting air and fuel according to one or more embodiments of the present disclosure.

図39は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、空気と燃料との複数の接点を有する燃焼器の設計を概略的に示す。FIG. 39 illustrates a schematic of a combustor design having multiple air-fuel contact points in accordance with one or more embodiments of the present disclosure.

図40Aおよび40Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、燃焼器および反応器設計の外観および内側断面図を概略的に示す。40A and 40B show schematic exterior and interior cross-sectional views of a combustor and reactor design according to one or more embodiments of the present disclosure.

図40Cは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、反応器内部の燃焼のために構成される燃焼器を備えるシステムを概略的に示す。FIG. 40C illustrates a schematic of a system including a combustor configured for combustion inside a reactor, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図40Dは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、反応器内部の燃焼のために構成される燃焼器を備えるシステムの写真を示す。FIG. 40D shows a photograph of a system including a combustor configured for combustion inside a reactor, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図41Aおよび41Bは、図40に示される設計で行われる、NH流量の関数としての反応器熱改質効率および燃焼器効率の実験測定値を示す。41A and 41B show experimental measurements of reactor thermal reforming efficiency and combustor efficiency as a function of NH3 flow rate performed on the design shown in FIG. 同上。Ibid.

図42は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、反応器内に部分的に埋め込まれた二つの燃焼器を備える設計を概略的に示す。FIG. 42 illustrates a schematic of a design with two combustors partially embedded within a reactor, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図43は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、シミュレーションで解かれた燃焼器設計の温度プロファイルを示す。FIG. 43 illustrates a temperature profile solved in a simulation for a combustor design in accordance with one or more embodiments of the present disclosure.

図44は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、シミュレーションで解かれた燃焼器設計の温度プロファイルを示す。FIG. 44 illustrates a temperature profile solved in a simulation for a combustor design in accordance with one or more embodiments of the present disclosure.

図45Aおよび45Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、シミュレーションで解かれた燃焼器設計の温度プロファイルを示す。45A and 45B show temperature profiles of a simulated combustor design in accordance with one or more embodiments of the present disclosure.

図46Aおよび46Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、シミュレーションで解かれた燃焼器設計の温度プロファイルおよび水素質量プロファイルを示す。46A and 46B show temperature and hydrogen mass profiles of a simulated combustor design in accordance with one or more embodiments of the present disclosure. 同上。Ibid.

図47は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、燃焼器および反応器の例示的な設計を概略的に示す。FIG. 47 illustrates a schematic of an exemplary design of a combustor and reactor, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図48は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、燃焼器および反応器の例示的な設計を概略的に示す。FIG. 48 illustrates generally an exemplary design of a combustor and reactor in accordance with one or more embodiments of the present disclosure.

図49は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、アンモニア処理システムのためのシステム構成構造の例を概略的に示す。FIG. 49 illustrates generally an example of a system architecture for an ammonia processing system according to one or more embodiments of the present disclosure.

図50は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、アンモニアパワーパックシステムのデジタル描画を示す。FIG. 50 shows a digital rendering of an ammonia power pack system according to one or more embodiments of the present disclosure.

図51は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、航空車両上に取り付けられたアンモニアパワーパックシステムのデジタル描画を示す。FIG. 51 illustrates a digital rendering of an ammonia power pack system mounted on an air vehicle according to one or more embodiments of the present disclosure.

図52は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、航空車両に取り付けられるアンモニアパワーパックシステムを示す。FIG. 52 illustrates an ammonia power pack system installed in an air vehicle according to one or more embodiments of the present disclosure.

図53は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、アンモニアパワーパックシステムによって電力供給されている間の飛行中の航空車両を示す。FIG. 53 illustrates an air vehicle in flight while powered by an ammonia power pack system according to one or more embodiments of the present disclosure.

図54は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、アンモニアパワーパックシステムを備える航空車両の電力プロファイルを示す。FIG. 54 illustrates the power profile of an air vehicle equipped with an ammonia power pack system according to one or more embodiments of the present disclosure.

図55Aおよび55Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、円形断面を有する反応器の外観図および内面図を概略的に示す。55A and 55B generally illustrate exterior and interior views of a reactor having a circular cross-section, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図56は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、円形断面を有する反応器の上面図および内面図を概略的に示す。FIG. 56 generally illustrates a top view and an inside view of a reactor having a circular cross-section, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図57Aおよび57Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、正方形の断面を有する反応器の外観図および内面図を概略的に示す。57A and 57B show schematic exterior and interior views of a reactor having a square cross-section according to one or more embodiments of the present disclosure.

図58Aおよび58Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、正方形の断面を有する反応器の上面図および内面図を概略的に示す。58A and 58B generally show top and inside views of a reactor having a square cross-section, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図59Aおよび59Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、高温効率触媒および低温効率触媒の両方を有する反応器の外観図および内面図を概略的に示す。59A and 59B show schematic diagrams of exterior and interior views of a reactor having both high temperature and low temperature efficient catalysts, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図60は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、反応器の流路におけるガス流路を概略的に示す。FIG. 60 illustrates a schematic of the gas flow paths in a reactor flow path according to one or more embodiments of the present disclosure.

図61は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、様々な形状および構成を有する反応器のデジタル描画を示す。FIG. 61 shows digital renderings of reactors having various shapes and configurations, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図62A~62Dは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、異なる寸法を有する様々な反応器設計のデジタル描画を示す。62A-62D show digital renderings of various reactor designs with different dimensions, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図63Aおよび63Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、反応器を通るアンモニア流量の関数としての反応器の熱改質効率およびアンモニア転化率を概略的に示す。63A and 63B illustrate schematic diagrams of the thermal reforming efficiency and ammonia conversion of a reactor as a function of ammonia flow rate through the reactor, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図64Aおよび64Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動中および動作中にアンモニアを処理するためのシステム構成を概略的に示す。64A and 64B illustrate generally a system configuration for processing ammonia during start-up and operation in accordance with one or more embodiments of the present disclosure. 同上。Ibid.

図65は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動中にアンモニアを処理するためのシステム構成を概略的に示す。FIG. 65 illustrates generally a system configuration for processing ammonia during start-up, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図66は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、動作中にアンモニアを処理するためのシステム構成を概略的に示す。FIG. 66 illustrates generally a system configuration for processing ammonia during operation in accordance with one or more embodiments of the present disclosure.

図67は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、システム反応器および/またはホットボックス構成の例を概略的に示す。FIG. 67 illustrates a schematic of an example of a system reactor and/or hot box configuration according to one or more embodiments of the present disclosure.

図68は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、システム反応器および/またはホットボックス構成の例を概略的に示す。FIG. 68 illustrates generally an example of a system reactor and/or hot box configuration according to one or more embodiments of the present disclosure.

図69は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、システム反応器および/またはホットボックス構成の例を概略的に示す。FIG. 69 illustrates a schematic of an example of a system reactor and/or hot box configuration according to one or more embodiments of the present disclosure.

図70は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動中のシステム反応器および/またはホットボックス構成の例を概略的に示す。FIG. 70 illustrates generally an example of a system reactor and/or hot box configuration during start-up, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図71は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動中のシステム反応器および/またはホットボックス構成の例を概略的に示す。FIG. 71 illustrates generally an example of a system reactor and/or hot box configuration during start-up, in accordance with one or more embodiments of the present disclosure.

図72は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、動作中のシステム反応器および/またはホットボックス構成の例を概略的に示す。FIG. 72 illustrates generally an example of a system reactor and/or hot box configuration in operation, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図73は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、動作中のシステム反応器および/またはホットボックス構成の例を概略的に示す。FIG. 73 illustrates generally an example of a system reactor and/or hot box configuration in operation, according to one or more embodiments of the present disclosure.

図74は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、燃焼バーナーヘッドの設計を示す。FIG. 74 illustrates a combustion burner head design according to one or more embodiments of the present disclosure.

図75A~75Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、バーナーヘッドの設計を示す。75A-75B show a burner head design according to one or more embodiments of the present disclosure.

図76A~76Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、バーナーヘッドの設計を示す。76A-76B show a burner head design according to one or more embodiments of the present disclosure.

図77は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、バーナーヘッドを有する燃焼管内の流体シミュレーションを示す。FIG. 77 illustrates a fluid simulation within a combustion tube with a burner head according to one or more embodiments of the present disclosure.

図78は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、バーナーヘッドを有する燃焼管内の流体シミュレーションを示す。FIG. 78 illustrates a fluid simulation within a combustion tube with a burner head according to one or more embodiments of the present disclosure.

図79は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、バーナーヘッドを有する燃焼管内の流体シミュレーションを示す。FIG. 79 illustrates a fluid simulation within a combustion tube with a burner head according to one or more embodiments of the present disclosure.

図80Aは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、パワーパックを示す。FIG. 80A shows a power pack according to one or more embodiments of the present disclosure.

図80Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、取り付けられたパワーパックを有するトラクターを概略的に示す。FIG. 80B illustrates a schematic of a tractor having an attached power pack in accordance with one or more embodiments of the present disclosure.

図81A~81Bは、燃料電池を備える統合パワーパックの電圧対電流および電力対電流をそれぞれ示す。81A-81B show the voltage vs. current and power vs. current, respectively, of an integrated power pack with a fuel cell.

図82は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、コントローラーを使用するシステム制御のためのブロック図を示す。FIG. 82 shows a block diagram for system control using a controller according to one or more embodiments of the present disclosure.

図83は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動プロセスのプロセスフロー図を示す。FIG. 83 shows a process flow diagram of a start-up process according to one or more embodiments of the present disclosure.

図84は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動プロセスのプロセスフロー図を示す。FIG. 84 shows a process flow diagram of a start-up process according to one or more embodiments of the present disclosure.

図85は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動プロセスのプロセスフロー図を示す。FIG. 85 shows a process flow diagram of a start-up process according to one or more embodiments of the present disclosure.

図86は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動プロセスのプロセスフロー図を示す。FIG. 86 shows a process flow diagram of a start-up process according to one or more embodiments of the present disclosure.

図87は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動後の運転プロセスのプロセスフロー図を示す。FIG. 87 illustrates a process flow diagram of a post-start-up operational process according to one or more embodiments of the present disclosure.

図88は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動後の運転プロセスのプロセスフロー図を示す。FIG. 88 illustrates a process flow diagram of a post-start-up operational process according to one or more embodiments of the present disclosure.

本明細書では本発明の様々な実施形態を示し説明してきたが、このような実施形態が単なる例として提供されたものであることは当業者には明らかであろう。当業者であれば、本発明から逸脱することなく、数多くの変形、変更、および置き換えを思いつくであろう。当然のことながら、本明細書に記載の本発明の実施形態に対する様々な代替物が採用されてもよい。 While various embodiments of the present invention have been shown and described herein, it will be apparent to those skilled in the art that such embodiments are provided by way of example only. Numerous variations, changes, and substitutions will occur to those skilled in the art without departing from the invention. It will be appreciated that various alternatives to the embodiments of the invention described herein may be employed.

用語「少なくとも」、「より大きい」、または「以上」は一連の二つ以上の数値の最後の数値の後ろにある場合、用語「少なくとも」、「より大きい」、または「以上」は常に、その一連の数値内の各数値に適用される場合がある。例えば、1、2、または 3以上は、1以上、2以上、または3以上と同等であることができる。 When the terms "at least," "greater," or "greater than or equal to" appear after the last number in a series of two or more numbers, the terms "at least," "greater than," or "greater than or equal to" may always apply to each number in the series. For example, 1, 2, or 3 or more can be equivalent to 1 or more, 2 or more, or 3 or more.

用語「以下」、「未満」、または「以下」という用語が一連の二つ以上の数値の最後の数値の後ろにある場合、用語「以下」、「未満」、または「以下」は、その一連の数値内の各数値に適用される場合がある。例えば、3、2、または1以下は、3以下、2以下、または1以下と同等であることができる。 When the term "less than", "less than", or "less than" follows the last number in a series of two or more numbers, the term "less than", "less than", or "less than" may apply to each number in the series. For example, 3, 2, or 1 or less can be equivalent to 3 or less, 2 or less, or 1 or less.

用語「AおよびBのうちの少なくとも一つ」ならびに「AまたはBのうちの少なくとも一つ」は、Aのみ、Bのみ、またはAとBの両方を意味すると理解されることができる。用語「Aおよび/またはB」は、Aのみ、Bのみ、またはAとBの両方を意味すると理解されることができる。 The terms "at least one of A and B" and "at least one of A or B" can be understood to mean A only, B only, or both A and B. The term "A and/or B" can be understood to mean A only, B only, or both A and B.

本明細書で互換的に使用される用語「リアルタイム」または「リアル-タイム」は、一般的に、最近取得された(例えば、収集または受信した)データを使用して実行できる事象(例えば、動作、プロセス、方法、技術、算定、計算、分析、視覚化、最適化等)を指す。場合によっては、リアルタイムイベントは、ほぼ即座に、または十分に短い時間内に、例えば、少なくとも0.0001ミリ秒(ms)、0.0005ms、0.001ms、0.005ms、0.01ms、0.05ms、0.1ms、0.5ms、1ms、5ms、0.01秒、0.05秒、0.1秒、0.5秒、1秒、もしくはそれ以上以内に実行される場合がある。場合によっては、リアルタイムイベントは、ほぼ即座に、または十分に短い時間内に、例えば、最長1秒、0.5秒、0.1秒、0.05秒、0.01秒、5ms、1ms、0.5ms、0.1ms、0.05ms、0.01ms、0.005ms、0.001ms、0.0005ms、0.0001ms、もしくはそれ未満内に実行される場合がある。 The terms "real-time" or "real-time," as used interchangeably herein, generally refer to an event (e.g., an operation, process, method, technique, calculation, computation, analysis, visualization, optimization, etc.) that can be performed using recently obtained (e.g., collected or received) data. In some cases, a real-time event may be performed nearly instantly or within a sufficiently short time period, e.g., within at least 0.0001 milliseconds (ms), 0.0005 ms, 0.001 ms, 0.005 ms, 0.01 ms, 0.05 ms, 0.1 ms, 0.5 ms, 1 ms, 5 ms, 0.01 seconds, 0.05 seconds, 0.1 seconds, 0.5 seconds, 1 second, or more. In some cases, real-time events may occur almost instantly or within a sufficiently short time, for example, up to 1 second, 0.5 seconds, 0.1 seconds, 0.05 seconds, 0.01 seconds, 5 ms, 1 ms, 0.5 ms, 0.1 ms, 0.05 ms, 0.01 ms, 0.005 ms, 0.001 ms, 0.0005 ms, 0.0001 ms, or less.

用語「分解する」、「解離する」、「改質する」、「クラッキング」、および「化学変化する」およびその文法上の変形は、同じ意味で解釈されることができる。例えば、「アンモニアの分解」という表現は、「アンモニアの解離」、「アンモニアの改質」、「アンモニアのクラッキング」等と同じ意味であることができる。 The terms "decompose," "dissociate," "reform," "crack," and "chemically change" and grammatical variations thereof may be construed interchangeably. For example, the expression "decomposition of ammonia" may be interchangeably used with "dissociation of ammonia," "reformation of ammonia," "cracking of ammonia," etc.

用語「ヒーター」、「発熱体」、および「加熱ユニット」、およびそれらの文法上の変形は、同じ意味で解釈されることができる。例えば、表現「電気ヒーター」は、「電気加熱ユニット」、「電気発熱体」等と同じ意味であることができる。 The terms "heater," "heating element," and "heating unit," and grammatical variations thereof, can be construed interchangeably. For example, the expression "electric heater" can be interchangeably used with "electric heating unit," "electric heating element," etc.

用語「燃焼ヒーター」と「燃焼器」、およびそれらの文法上の変形は、同じ意味で解釈されることができる。 The terms "fired heater" and "combustor," and their grammatical variations, may be construed interchangeably.

用語「反応器」、「改質器」、「反応器モジュール」、およびそれらの文法上の変形は、同じ意味で解釈されることができる。例えば、表現「電気反応器」は、「電気反応器モジュール」と同じ意味であることができる。 The terms "reactor," "reformer," "reactor module," and grammatical variations thereof may be construed interchangeably. For example, the expression "electric reactor" may be interchangeably used with "electric reactor module."

「燃焼反応器」、「燃焼加熱反応器」、「燃焼器反応器」、および「C反応器」という用語、およびそれらの文法上の変形は、同じ意味で解釈されることができる。 The terms "combustion reactor", "combustion heating reactor", "combustor reactor", and "C reactor", and grammatical variations thereof, may be construed interchangeably.

用語「電気反応器」、「電気加熱反応器」、および「E反応器」、ならびにそれらの文法上の変形は、同じ意味で解釈されることができる。 The terms "electric reactor", "electrically heated reactor", and "E reactor", as well as grammatical variations thereof, may be construed interchangeably.

用語「コントローラー」および「制御ユニット」、ならびにそれらの文法上の変形は、同じ意味で解釈されることができる。 The terms "controller" and "control unit" and their grammatical variations may be construed interchangeably.

用語「アンモニア転化」、「アンモニア転化率」、および「アンモニア転化効率」、ならびにそれらの文法上の変形は、水素および窒素に転化されるアンモニアの割合と解釈されることができ、同じ意味で解釈されることができる。例えば、90%の「アンモニア転化」、「アンモニア転化率」、または「アンモニア転化効率」は、90%のアンモニアが水素および窒素に転化されていることを表すことができる。 The terms "ammonia conversion," "ammonia conversion rate," and "ammonia conversion efficiency," and grammatical variations thereof, can be interpreted as the percentage of ammonia that is converted to hydrogen and nitrogen and can be interpreted interchangeably. For example, an "ammonia conversion," "ammonia conversion rate," or "ammonia conversion efficiency" of 90% can represent that 90% of the ammonia is converted to hydrogen and nitrogen.

用語「自己熱改質」は、アンモニアの分解反応自体によって作られる水素の少なくとも一部を使用する水素燃焼反応(2H+O→2HO;発熱反応)によって、アンモニアの分解反応(2NH→N+3H;吸熱反応)が加熱される条件と解釈されることができる。場合によっては、用語「自己熱改質」は、アンモニアの分解反応自体、電気加熱、または両方の組み合わせによって作られる水素の少なくとも一部を使用する水素燃焼反応によって、アンモニア分解反応が加熱される条件と解釈されることができ、これにより全体的にプラスの電気エネルギーおよび/または化学エネルギー出力が得られる可能性がある。例えば、「自己熱改質」が水素燃焼反応および/または電気加熱を使用して実行される場合、アンモニア分解反応から作られる水素は、燃焼燃料と水素燃焼反応をもたらす、および/または水素から電気への変換装置(例えば、燃料電池、燃焼機関等)による電気加熱用の電気エネルギーを供給するのに十分である可能性がある。場合によっては、水素燃焼反応のために供給される水素、および/または「自己熱改質」を実行するための電気加熱のために供給される電力は、アンモニア分解反応からの水素を使用してもしなくてもよい(例えば、水素は別の水素源によって供給されてもよいし、電気は電池または送電網等から供給されてもよい)。場合によっては、「自己熱改質」は、アンモニア分解反応が燃焼反応(例えば、アンモニア燃焼、炭化水素燃焼等)、電気加熱、または両方の組み合わせによって加熱される条件と解釈されることができ、これにより全体的にプラスの電気エネルギーおよび/または化学エネルギー出力が得られる場合がある。例えば、「自己熱改質」が燃焼反応および/または電気加熱を使用して実行される場合、アンモニア分解反応から作られる水素からの化学エネルギー(例えば、低位発熱量)は、燃焼燃料の化学エネルギー(例えば、低位発熱量)よりも高い可能性があり、および/または水素から電気への変換装置(例えば、燃料電池、燃焼機関等)によって電気加熱のための電気エネルギーを供給するのに十分である場合がある。 The term "autothermal reforming" can be interpreted as a condition where the ammonia decomposition reaction ( 2NH3N2 +3H2; endothermic reaction) is heated by a hydrogen combustion reaction ( 2H2 + O22H2O ; exothermic reaction) using at least a portion of the hydrogen produced by the ammonia decomposition reaction itself. In some cases, the term "autothermal reforming" can be interpreted as a condition where the ammonia decomposition reaction is heated by a hydrogen combustion reaction using at least a portion of the hydrogen produced by the ammonia decomposition reaction itself, electrical heating, or a combination of both, which may result in an overall positive electrical and/or chemical energy output. For example, when "autothermal reforming" is carried out using a hydrogen combustion reaction and/or electrical heating, the hydrogen produced from the ammonia decomposition reaction may be sufficient to provide the combustion fuel and the hydrogen combustion reaction, and/or electrical energy for electrical heating by a hydrogen-to-electricity conversion device (e.g., fuel cell, combustion engine, etc.). In some cases, the hydrogen provided for the hydrogen combustion reaction and/or the power provided for electrical heating to perform "autothermal reforming" may or may not use hydrogen from the ammonia decomposition reaction (e.g., hydrogen may be provided by another hydrogen source, electricity may be provided from a battery or power grid, etc.). In some cases, "autothermal reforming" may be interpreted as a condition where the ammonia decomposition reaction is heated by a combustion reaction (e.g., ammonia combustion, hydrocarbon combustion, etc.), electrical heating, or a combination of both, which may result in an overall positive electrical energy and/or chemical energy output. For example, when "autothermal reforming" is performed using a combustion reaction and/or electrical heating, the chemical energy (e.g., lower heating value) from the hydrogen made from the ammonia decomposition reaction may be higher than the chemical energy (e.g., lower heating value) of the combustion fuel and/or may be sufficient to provide electrical energy for electrical heating by a hydrogen-to-electricity conversion device (e.g., fuel cell, combustion engine, etc.).

反応器 Reactor

一態様では、本開示は、原料物質を処理するためのシステムを提供する。システムは、反応器または改質器を備えてもよい。原料物質を処理して燃料源を生成することができる。燃料源は、例えば、水素および/または窒素を含んでもよい。燃料源は、一つまたは複数の空気取入口を有する一つまたは複数の水素燃料電池に供給されることができ、燃料源を使用して電気エネルギーを生成するように構成されることができる。このような電気エネルギー使用して、様々なシステム、車両、および/またはデバイスに電力を供給することができる。 In one aspect, the present disclosure provides a system for processing a source material. The system may include a reactor or reformer. The source material may be processed to produce a fuel source. The fuel source may include, for example, hydrogen and/or nitrogen. The fuel source may be fed to one or more hydrogen fuel cells having one or more air intakes, and may be configured to generate electrical energy using the fuel source. Such electrical energy may be used to power various systems, vehicles, and/or devices.

追加的にまたは代替的に、燃料源は、一つまたは複数の内燃エンジン(ICE)に提供されてもよく、ICEは、燃料源を消費して(ドライブトレイン、プロペラ、または他の推進装置に電力を供給するために)機械エネルギーおよび/または(送電網またはバッテリーに電力を供給するために)電気エネルギーを生成するように構成されることができる。燃料源は、ICEが二元燃料(DF)エンジンとして動作するように、別の燃料と組み合わせてICEに供給されてもよい。例えば、DF ICEは、水素をアンモニアで、水素をディーゼルで、水素を天然ガスで等、燃焼させることができる。 Additionally or alternatively, the fuel source may be provided to one or more internal combustion engines (ICEs), which may be configured to consume the fuel source to generate mechanical energy (to power a drivetrain, propellers, or other propulsion device) and/or electrical energy (to power a power grid or batteries). The fuel source may be provided to the ICE in combination with another fuel such that the ICE operates as a dual-fuel (DF) engine. For example, a DF ICE may burn hydrogen with ammonia, hydrogen with diesel, hydrogen with natural gas, etc.

図1は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、原料物質を処理して電気エネルギーを作るための例示的な方法のブロック図を概略的に示す。原料物質110は、反応器120に供給されることができる。原料物質110は、一つまたは複数の水素原子を含む化合物であってもよい。化合物は、例えばアンモニア(NH)であってもよい。場合によっては、化合物は炭化水素Cを含んでもよい。原料物質110は、反応器120に供給されてもよい。原料物質110は、気体状態および/または液体状態であってもよい。反応器120は、原料物質110を処理して、原料物質110から燃料源130を抽出する、作る、または放出するように設計または構成されてもよい。場合によっては、原料物質110を処理することは、本開示のシステムおよび方法を使用して原料物質110を加熱して、燃料源130を抽出する、作る、または放出することを含むことができる。燃料源130は、水素および/または窒素を含んでもよい。燃料源130は、電気エネルギーの生成のために一つまたは複数の燃料電池に供給されてもよい。このような電気エネルギーを使用して、例えば、陸上、航空、または水中車両を含む、様々なシステム、車両、および/または装置に電力を供給することができる。 FIG. 1 illustrates a schematic block diagram of an exemplary method for processing a feed material to produce electrical energy, according to one or more embodiments of the present disclosure. The feed material 110 can be fed to a reactor 120. The feed material 110 may be a compound containing one or more hydrogen atoms. The compound may be, for example, ammonia (NH 3 ). In some cases, the compound may include a hydrocarbon C x H y . The feed material 110 may be fed to a reactor 120. The feed material 110 may be in a gaseous and/or liquid state. The reactor 120 may be designed or configured to process the feed material 110 to extract, make, or release a fuel source 130 from the feed material 110. In some cases, processing the feed material 110 may include heating the feed material 110 using the systems and methods of the present disclosure to extract, make, or release a fuel source 130. The fuel source 130 may include hydrogen and/or nitrogen. The fuel source 130 may be fed to one or more fuel cells for the generation of electrical energy. Such electrical energy may be used to power a variety of systems, vehicles, and/or devices, including, for example, land, air, or underwater vehicles.

上記のように、一つまたは複数の燃料電池を使用して、水素および/または窒素を含むことができる燃料源130から電気エネルギーを生成することができる。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、燃料源130と酸素(O)との間の電気化学反応によって電気を生成することができる。燃料は、燃料源130内に水素および/または窒素を含んでもよい。燃料電池によって生成される電気を使用して、一つまたは複数のシステム、車両、またはデバイスに電力を供給することができる。いくつかの実施形態では、燃料電池によって生成される過剰な電気は、将来の使用のために一つまたは複数のエネルギー貯蔵ユニット(例えば、電池)に貯蔵されてもよい。いくつかの任意の実施形態では、燃料電池は、より大きな電気化学システムの一部として提供されてもよい。電気化学システムは、電気分解モジュールをさらに備えてもよい。一つまたは複数の燃料電池の副生成物(例えば、水)の電気分解は、副生成物を一つまたは複数の構成要素(例えば、酸素および/または水素)に分解することによって、副生成物を除去することを可能にすることができる。副生成物の電気分解はまた、一つまたは複数の燃料電池のための別の燃料(例えば、水素)を生成することができる。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃料電池は、出力電力が(例えば、50キロワット、500キロワット、または数メガワットに)拡張可能であるように、複数の燃料電池(すなわち、燃料電池のアレイ)として動作することができる。本明細書に記載の実施形態のいずれかでは、一つまたは複数の燃料電池は、水素源から水素を受け取るように構成されることができる。水素源は、本明細書の他の箇所に記載のように、一つまたは複数の反応器または改質器を備えてもよい。いくつかの非限定的な実施形態では、水素源は、反応器も改質器も備えなくてもよく、または備える必要がない。例えば、水素源は水素貯蔵タンクを備えてもよい。水素貯蔵タンクは、反応器または改質器に流体連通していてもよく、または流体連通していなくてもよい。場合によっては、水素源は、水素生成システムまたはサブシステムを備えてもよい。本明細書に記載の実施形態のいずれかでは、一つまたは複数の燃料電池は、一つまたは複数の燃料電池に水素を提供または供給するために使用される水素源の種類に関係なく、一つまたは複数の反応器、改質器、熱交換器、または本明細書に記載のシステムの任意の他の構成要素に電気エネルギーを出力および/または出口流を提供し、アンモニア分解プロセスを促進させるように構成される。 As described above, one or more fuel cells can be used to generate electrical energy from a fuel source 130, which can include hydrogen and/or nitrogen. In some cases, the one or more fuel cells can generate electricity by an electrochemical reaction between the fuel source 130 and oxygen (O 2 ). The fuel may include hydrogen and/or nitrogen in the fuel source 130. The electricity generated by the fuel cell can be used to power one or more systems, vehicles, or devices. In some embodiments, excess electricity generated by the fuel cell can be stored in one or more energy storage units (e.g., batteries) for future use. In some optional embodiments, the fuel cell can be provided as part of a larger electrochemical system. The electrochemical system can further include an electrolysis module. Electrolysis of a by-product (e.g., water) of one or more fuel cells can allow for the removal of the by-product by breaking it down into one or more components (e.g., oxygen and/or hydrogen). Electrolysis of the by-product can also generate another fuel (e.g., hydrogen) for the one or more fuel cells. In some embodiments, the one or more fuel cells can be operated as multiple fuel cells (i.e., an array of fuel cells) such that the output power is scalable (e.g., 50 kilowatts, 500 kilowatts, or even multiple megawatts). In any of the embodiments described herein, the one or more fuel cells can be configured to receive hydrogen from a hydrogen source. The hydrogen source may include one or more reactors or reformers, as described elsewhere herein. In some non-limiting embodiments, the hydrogen source may not or need not include a reactor or reformer. For example, the hydrogen source may include a hydrogen storage tank. The hydrogen storage tank may or may not be in fluid communication with a reactor or reformer. In some cases, the hydrogen source may include a hydrogen production system or subsystem. In any of the embodiments described herein, the one or more fuel cells are configured to output electrical energy and/or provide an outlet stream to one or more reactors, reformers, heat exchangers, or any other components of the system described herein to facilitate the ammonia decomposition process, regardless of the type of hydrogen source used to provide or supply hydrogen to the one or more fuel cells.

図2は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、液体化学物質を使用する水素貯蔵の例示的な方法を概略的に示す。水素は、再生可能エネルギー(例えば、グリーン水素)の電気分解によって作られるか、または炭化水素改質(例えば、ブルー水素またはグレー水素)によって作られるかにかかわらず、一つまたは複数の液体化学物質を使用して貯蔵されることができる。いくつかの非限定的な実施形態では、一つまたは複数の液体化学物質は、例えば、アンモニア、液体有機水素担体(LOHC)、ギ酸(HCOOH)、またはメタノール(CHOH)を含んでもよい。一つまたは複数の液体化学物質は、水素リッチ形態または水素リーン形態で貯蔵されてもよい。水素を含む一つまたは複数の液体化学物質は、本明細書の他の箇所に記載のように処理されて、液体化学物質中に貯蔵された水素を放出することができる。放出されると、水素は、発電(例えば、固定型もしくは携帯型発電)に使用されてもよく、または水素燃料ステーションに供給されてもよい。 FIG. 2 illustrates a schematic of an exemplary method of hydrogen storage using liquid chemicals according to one or more embodiments of the present disclosure. Hydrogen can be stored using one or more liquid chemicals, whether produced by electrolysis of renewable energy (e.g., green hydrogen) or by hydrocarbon reforming (e.g., blue or gray hydrogen). In some non-limiting embodiments, the one or more liquid chemicals may include, for example, ammonia, liquid organic hydrogen carriers (LOHC), formic acid (HCOOH), or methanol (CH 3 OH). The one or more liquid chemicals may be stored in a hydrogen-rich or hydrogen-lean form. The one or more liquid chemicals including hydrogen can be processed as described elsewhere herein to release the hydrogen stored in the liquid chemicals. Once released, the hydrogen may be used for power generation (e.g., stationary or portable power generation) or may be supplied to a hydrogen fueling station.

図3は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、水素担体としてアンモニアを使用することを概略的に示す。水素化を用いて、一つまたは複数の液体化学物質中に水素を貯蔵することができる。水素化は、材料または物質を分子状水素(H)で処理して、その材料または物質を構成する様々な構成化合物(例えば、一つまたは複数の不飽和化合物)に一つまたは複数の水素原子のペアを付加することを指す場合がある。水素化は、標準温度および圧力(例えば、室温および海面大気圧)に近い条件下で反応が起こることを可能にする触媒を使用して行われてもよい。場合によっては、Haber-Boschプロセス(人工窒素固定プロセス)を使用して、アンモニアを作ってもよい。プロセスを用いて、高温および高圧下で金属触媒を使用して、水素(例えば、電気分解によって作られた、または得られたH)との反応によって、空中窒素(N)をアンモニア(NH)に転化することができる。
2NH⇔N+3H
FIG. 3 illustrates a schematic of using ammonia as a hydrogen carrier according to one or more embodiments of the present disclosure. Hydrogenation can be used to store hydrogen in one or more liquid chemicals. Hydrogenation may refer to treating a material or substance with molecular hydrogen (H 2 ) to add one or more pairs of hydrogen atoms to various constituent compounds (e.g., one or more unsaturated compounds) that make up the material or substance. Hydrogenation may be performed using a catalyst that allows the reaction to occur under conditions close to standard temperature and pressure (e.g., room temperature and sea level atmospheric pressure). In some cases, the Haber-Bosch process (an artificial nitrogen fixation process) may be used to make ammonia. The process can be used to convert atmospheric nitrogen (N 2 ) to ammonia (NH 3 ) by reaction with hydrogen (e.g., H 2 made or obtained by electrolysis ) using a metal catalyst under high temperature and pressure.
2NH3N2 + 3H2

上記のように、Haber-Boschプロセスを用いて水素担体として使用することができるアンモニアを作ることができる。アンモニアを水素担体として使用すると、比較的標準的な条件(液体状態で0.8MPa、20℃)での容易な貯蔵、および便利な輸送を含む、純粋な水素の貯蔵および輸送に比べていくつかの利点を得ることができる。アンモニアはまた、比較的高い水素含有量(液体アンモニア1リットル当たり17.7重量%または120グラムのH)を有する。さらに、Haber-Bosch法を使用したアンモニアの生成は、再生可能エネルギー源(例えば、太陽光発電、太陽熱、風力タービン、および/または水力発電)によって電力を供給されることができ、これにより、Nが唯一の副生成物であり、COのさらなる排出がないため、生成プロセスは環境的に安全かつ優しいものになる。アンモニアが作られると、アンモニアは、脱水素プロセスによって(すなわち、アンモニアを解離、分解、改質、またはクラッキングすることによって)水素を放出するように処理されることができる。そして、放出された水素は、一つまたは複数の燃料電池、例えば、プロトン伝導性ポリマー電解質膜を有するプロトン交換膜燃料電池(PEMFC)(すなわち、ポリマー電解質膜[PEM]燃料電池)に供給されることができる。PEMFCは、比較的低い動作温度および/または圧力範囲(例えば、約50~100℃)を有することができる。プロトン交換膜燃料電池を使用して、水素および酸素ガスの直接燃焼とは対照的に、水素および酸素の電気化学反応中に放出される化学エネルギーを電気エネルギーに変換して、熱エネルギーを作ることができる。PEMFCは、電気を生成し、電気を消費するPEM電気分解とは反対の原理で動作することができる。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃料電池は、固体酸化物燃料電池(SOFC)、高温PEM(HTPEM)、またはアルカリ燃料電池(AFC)であることができる。本明細書に開示される方法およびシステムは、熱効率のよい水素生成を達成するように実行されてもよく、高エネルギー密度電力システムへ適用するために拡張されてもよい。 As described above, the Haber-Bosch process can be used to make ammonia that can be used as a hydrogen carrier. Using ammonia as a hydrogen carrier can provide several advantages over the storage and transportation of pure hydrogen, including easy storage at relatively standard conditions (0.8 MPa in the liquid state, 20° C.) and convenient transportation. Ammonia also has a relatively high hydrogen content (17.7% by weight or 120 grams of H 2 per liter of liquid ammonia). Furthermore, the production of ammonia using the Haber-Bosch process can be powered by renewable energy sources (e.g., photovoltaic, solar thermal, wind turbines, and/or hydroelectric power), making the production process environmentally safe and friendly, since N 2 is the only by-product and there are no additional emissions of CO 2. Once the ammonia is made, it can be processed to release hydrogen by a dehydrogenation process (i.e., by dissociating, decomposing, reforming, or cracking the ammonia). The released hydrogen can then be fed to one or more fuel cells, for example, proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) having a proton-conducting polymer electrolyte membrane (i.e., polymer electrolyte membrane [PEM] fuel cells). PEMFCs can have a relatively low operating temperature and/or pressure range (e.g., about 50-100° C.). Proton exchange membrane fuel cells can be used to convert chemical energy released during an electrochemical reaction of hydrogen and oxygen into electrical energy to create thermal energy, as opposed to direct combustion of hydrogen and oxygen gases. PEMFCs can operate on the opposite principle to PEM electrolysis, which produces electricity and consumes electricity. In some embodiments, the one or more fuel cells can be solid oxide fuel cells (SOFCs), high temperature PEMs (HTPEMs), or alkaline fuel cells (AFCs). The methods and systems disclosed herein can be implemented to achieve thermally efficient hydrogen production and can be extended for application to high energy density power systems.

図4は、エネルギー担体としてのアンモニアおよびアンモニアの様々な密度特性を、他の種類の燃料と比較して概略的に示す。NHのH貯蔵容量は、アンモニア1リットル当たり約17.7重量%および120グラムのHである。他の燃料の種類、例えば水素と比較して、アンモニアは、その重量密度を考えると好ましい体積密度を示す。さらに、(炭素系燃料、例えばメタン、プロパン、メタノール、エタノール、ガソリン、E-10ガソリン、JP-8ジェット燃料、またはディーゼルを含む)他の種類の燃料と比較して、燃料としてアンモニアを使用すると、有害な排気物、例えばCOもCOも黒色炭素(すす)も作らず、かつ(特に選択的触媒還元[SCR]触媒と組み合わせると)NO(例えば、NOもNOも)の排出物がゼロまたは無視できるほどにできる。したがって、エネルギー担体としてアンモニアを使用することにより、ここで開示されるシステムおよび方法のいくつかの実施形態は、(a)水素と比較してアンモニアの体積密度が大きいことと、(b)水素の貯蔵および輸送に通常使用される複雑で高圧の貯蔵容器を必要とせずに、標準的な温度および圧力でアンモニアを輸送できることと、を活用しながら、アンモニアが水素に分解されると、水素燃料の利点(例えば、環境的に安全で高い重量エネルギー密度)を利用することができる。 FIG. 4 shows a schematic of ammonia as an energy carrier and various density characteristics of ammonia compared to other types of fuels. The H2 storage capacity of NH3 is about 17.7 wt. % and 120 grams of H2 per liter of ammonia. Compared to other fuel types, e.g., hydrogen, ammonia exhibits favorable volumetric density given its gravimetric density. Furthermore, compared to other types of fuels (including carbon-based fuels, e.g., methane, propane, methanol, ethanol, gasoline, E-10 gasoline, JP-8 jet fuel, or diesel), the use of ammonia as a fuel produces no harmful exhaust emissions, e.g., CO2 , CO, black carbon (soot), and zero or negligible emissions of NOx (e.g., NO2 and N2O ) (e.g., especially when combined with selective catalytic reduction [SCR] catalysts). Thus, by using ammonia as an energy carrier, some embodiments of the systems and methods disclosed herein can take advantage of (a) the large volumetric density of ammonia compared to hydrogen, and (b) the ability to transport ammonia at standard temperatures and pressures without the need for the complex, high-pressure storage vessels typically used to store and transport hydrogen, while still taking advantage of the advantages of hydrogen fuel (e.g., environmentally safe and high gravimetric energy density) once ammonia is cracked into hydrogen.

場合によっては、アンモニアは、液体燃料貯蔵タンク内に含まれてもよく、または貯蔵されてもよい。場合によっては、アンモニアは、液体アンモニアとして貯蔵されてもよい。場合によっては、液体アンモニアは、約15~約30℃の範囲の温度、および7~12バールの範囲の絶対圧力で貯蔵されてもよい。場合によっては、液体アンモニアは、約大気圧~約20バールの範囲のゲージ圧力で貯蔵されてもよい。場合によっては、液体アンモニアは、約-40~約20℃の範囲の温度、および約0.5バール~約9バールの範囲の絶対圧力で貯蔵されてもよい。場合によっては、液体アンモニアは、少なくとも摂氏約-60、-50、40、-30、-20、-10、0、10、20、30、40、50、または60度の温度で貯蔵されてもよい。場合によっては、液体アンモニアは、最大摂氏約-60、-50、40、-30、-20、-10、0、10、20、30、40、50、または60度の温度で貯蔵されてもよい。場合によっては、液体アンモニアは、少なくとも約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、または40バールの絶対圧力で貯蔵されてもよい。場合によっては、液体アンモニアは、最大で約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、または50バールの絶対圧力で貯蔵されてもよい。 In some cases, the ammonia may be contained or stored in a liquid fuel storage tank. In some cases, the ammonia may be stored as liquid ammonia. In some cases, the liquid ammonia may be stored at a temperature in the range of about 15 to about 30° C. and an absolute pressure in the range of 7 to 12 bar. In some cases, the liquid ammonia may be stored at a gauge pressure in the range of about atmospheric pressure to about 20 bar. In some cases, the liquid ammonia may be stored at a temperature in the range of about -40 to about 20° C. and an absolute pressure in the range of about 0.5 bar to about 9 bar. In some cases, the liquid ammonia may be stored at a temperature of at least about -60, -50, 40, -30, -20, -10, 0, 10, 20, 30, 40, 50, or 60 degrees Celsius. In some cases, the liquid ammonia may be stored at a temperature of up to about -60, -50, 40, -30, -20, -10, 0, 10, 20, 30, 40, 50, or 60 degrees Celsius. In some cases, the liquid ammonia may be stored at a pressure of at least about 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, or 40 bar absolute. In some cases, the liquid ammonia may be stored at a pressure of up to about 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, or 50 bar absolute.

図5は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、電気エネルギーを生成するために、一つまたは複数の燃料電池(例えば、プロトン交換膜燃料電池[PEMFC])に供給される水素を生成するための燃料源としてアンモニアを使用する電力システムを概略的に示す。電力システムは、アンモニアの触媒分解またはクラッキングを実行して、水素を抽出および/または作るように構成される改質器を備えてもよい。このような改質器は、熱エネルギーを使用して動作されてもよい。場合によっては、電力システムは、改質器の動作を駆動するために熱エネルギーを生成する燃焼器を備えていてもよい。場合によっては、熱エネルギーは、化学化合物(例えば、水素または炭化水素)の燃焼から生成されてもよい。改質器を使用して生成および/または抽出される水素は、一つまたは複数の燃料電池に供給されてもよく、燃料電池は電気エネルギーを作り、一つまたは複数のシステム、サブシステム、または動作するために電気エネルギーを必要とする装置に電力を供給する。場合によっては、改質器を使用して生成および/または抽出される水素は、一つまたは複数の他の反応器または改質器に供給されてもよい。このような場合、一つまたは複数の他の反応器または改質器は、水素を燃焼して熱エネルギーを生成するように構成されてもよい。このような熱エネルギーを用いて、一つまたは複数の他の反応器または改質器を加熱してアンモニアの別の触媒分解またはクラッキングを促進させ、別の水素を抽出および/または作る。 FIG. 5 illustrates a schematic diagram of a power system that uses ammonia as a fuel source to generate hydrogen that is fed to one or more fuel cells (e.g., proton exchange membrane fuel cells [PEMFCs]) to generate electrical energy, according to one or more embodiments of the present disclosure. The power system may include a reformer configured to perform catalytic decomposition or cracking of the ammonia to extract and/or create hydrogen. Such a reformer may be operated using thermal energy. In some cases, the power system may include a combustor that generates thermal energy to drive the operation of the reformer. In some cases, the thermal energy may be generated from the combustion of chemical compounds (e.g., hydrogen or hydrocarbons). The hydrogen generated and/or extracted using the reformer may be fed to one or more fuel cells, which create electrical energy to power one or more systems, subsystems, or devices that require electrical energy to operate. In some cases, the hydrogen generated and/or extracted using the reformer may be fed to one or more other reactors or reformers. In such cases, the one or more other reactors or reformers may be configured to combust hydrogen to generate thermal energy. Such thermal energy is used to heat one or more other reactors or reformers to facilitate additional catalytic decomposition or cracking of ammonia to extract and/or produce additional hydrogen.

高速起動反応器モジュール Fast start reactor module

いくつかの実施形態では、本開示のシステムは、パワーパックおよび負荷追従モジュールを備えることができる。パワーパックおよび負荷追従モジュールは、触媒の熱伝達、より速い反応器起動時間、および最適化された熱管理、パッケージング最適化、および動的負荷追従を促進させることができる。場合によっては、パワーパックは、高速起動を可能にする負荷追従モジュールを備えてもよい。このような負荷追従モジュールは、パワーパックの一つまたは複数の構造要素またはサブシステムと一体化されることができる。本明細書に記載の負荷追従反応器は、(例えば、燃料電池に連結される電気負荷での)電力の需要に基づいて、(例えば、燃料電池の)電力出力を調整するように構成されてもよく、追加の電池システムの使用を回避するのに十分な速さで電力出力を調整することができる。このような要求は、電力を必要とするシステムもしくは装置を操作する一人もしくは複数人のエンドユーザーによって提供されるフィードバックに基づいて、または十分ではない電力もしくは別の電力の必要性を示す一つまたは複数のセンサーの測定値に基づいて決定されることができる。一つまたは複数のセンサーの測定値は、(反応器によって作られる水素を消費する)一つまたは複数の燃料電池によって生成される電気エネルギーを使用して動作するシステムもしくは装置上に設けられる、またはそれに動作可能に結合する、一つまたは複数のセンサーを使用して取得される。 In some embodiments, the disclosed system may include a power pack and a load following module. The power pack and the load following module may facilitate catalytic heat transfer, faster reactor start-up times, and optimized thermal management, packaging optimization, and dynamic load following. In some cases, the power pack may include a load following module that enables fast start-up. Such a load following module may be integrated with one or more structural elements or subsystems of the power pack. The load following reactors described herein may be configured to adjust the power output (e.g., of the fuel cell) based on the demand for power (e.g., at an electrical load coupled to the fuel cell), and may adjust the power output fast enough to avoid the use of additional battery systems. Such demand may be determined based on feedback provided by one or more end users operating the system or device requiring power, or based on one or more sensor readings indicating insufficient power or a need for additional power. The one or more sensor readings are obtained using one or more sensors provided on or operably coupled to the system or device that operates using the electrical energy generated by the one or more fuel cells (which consume the hydrogen produced by the reactor).

図6は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、例示的なアンモニアパワーパックのシステム構成を概略的に示す。システム構成は、上記のように、パワーパックおよび負荷追従モジュールを備えることができる。場合によっては、システムは、少なくとも約600ワット時/キログラムのシステムレベルのエネルギー密度を有してもよい。場合によっては、システムは、少なくとも約5重量%の水素貯蔵容量を有してもよい。図6に例示するシステムは、起動反応器R_sを備えてもよい。アンモニアは、一つまたは複数の燃料ラインを介して起動反応器に供給されることができる。起動反応器へのアンモニアの流れは、一つもしくは複数の流量制御ユニットFCUおよび/または一つもしくは複数のバルブSV(例えば、電磁弁)を使用して制御されることができる。起動反応器R_sは、抵抗加熱を使用して(すなわち、電流を触媒自体に、または触媒担体に流すことによって)触媒を直接加熱するように構成されることができる。この特定の構成は、熱質量を減少させ、一つまたは複数の反応が発生する場所で熱を発生させる可能性があり、これによりアンモニア分解のための所望の反応温度に達するのに必要な起動時間を減少させることができる。いくつかの実施形態では、所望の温度は、摂氏約400度~摂氏約600度の範囲とすることができる。起動反応器R_sを使用して生成される熱を使用して、触媒またはその一部を加熱することができる。また起動反応器R_sを使用して生成される熱を使用して、アンモニアの一部を分解またはクラッキングさせて水素を生成することができ、これは電気を生成するための一つまたは複数の燃料電池に直接供給されてもよい。場合によっては、アンモニアの分解から生成される水素を燃焼させて、主反応器R_mを加熱してもよい。場合によっては、起動反応器R_sを使用して発生した熱を使用して、主反応器R_mまたはその一部を加熱してもよい。このような場合、起動反応器R_sおよび主反応器R_mは、互いに熱連通して、二つの反応器間で熱エネルギーの伝達を可能にすることができる。主反応器R_mは、一つまたは複数の加熱ユニットを備えてもよい。一つまたは複数の加熱ユニットは、例えば電気ヒーターおよび/または燃焼ヒーターを備えてもよい。起動反応器R_sを使用して生成される熱を使用して、主反応器R_mの電気ヒーターおよび/または燃焼ヒーターを使用して生成される熱を補完してもよい。主反応器R_mは、電気ヒーター、燃焼ヒーター、起動反応器R_s、および/または起動反応器R_sを使用して作られる任意の水素の燃焼を使用して生成される熱を使用して、システムに供給されるアンモニアを分解して、アンモニアから水素を生成および/または抽出するように構成されることができる。抽出された水素は、電気エネルギーの生成のために一つまたは複数の燃料電池FCに供給されてもよい。場合によっては、吸着塔ADSを使用して、水素が一つまたは複数の燃料電池に供給される前に、水素を処理(例えば、精製または純化)することができる。水素および一つまたは複数の燃料電池を使用して作られる電気を使用して、電気負荷(例えば、航空車両、例えばドローンまたは航空機)に電力を供給することができる。 FIG. 6 illustrates a schematic diagram of an exemplary ammonia power pack system configuration according to one or more embodiments of the present disclosure. The system configuration may include a power pack and a load following module, as described above. In some cases, the system may have a system level energy density of at least about 600 watt-hours/kilogram. In some cases, the system may have a hydrogen storage capacity of at least about 5% by weight. The system illustrated in FIG. 6 may include a start-up reactor R_s. Ammonia may be supplied to the start-up reactor via one or more fuel lines. The flow of ammonia to the start-up reactor may be controlled using one or more flow control units FCU and/or one or more valves SV (e.g., solenoid valves). The start-up reactor R_s may be configured to directly heat the catalyst using resistive heating (i.e., by passing an electric current through the catalyst itself or through the catalyst support). This particular configuration may reduce thermal mass and generate heat at the location where the reaction or reactions occur, thereby reducing the start-up time required to reach a desired reaction temperature for ammonia decomposition. In some embodiments, the desired temperature may range from about 400 degrees Celsius to about 600 degrees Celsius. The heat generated using the start-up reactor R_s can be used to heat the catalyst or a portion thereof. The heat generated using the start-up reactor R_s can also be used to decompose or crack a portion of the ammonia to produce hydrogen, which may be fed directly to one or more fuel cells for producing electricity. In some cases, the hydrogen produced from the decomposition of ammonia may be combusted to heat the main reactor R_m. In some cases, the heat generated using the start-up reactor R_s may be used to heat the main reactor R_m or a portion thereof. In such cases, the start-up reactor R_s and the main reactor R_m may be in thermal communication with each other to allow the transfer of thermal energy between the two reactors. The main reactor R_m may include one or more heating units. The one or more heating units may include, for example, electric heaters and/or fired heaters. The heat generated using the start-up reactor R_s may be used to supplement the heat generated using the electric heaters and/or fired heaters of the main reactor R_m. The main reactor R_m can be configured to decompose ammonia fed to the system to produce and/or extract hydrogen from the ammonia using heat generated using an electric heater, a combustion heater, the start-up reactor R_s, and/or the combustion of any hydrogen produced using the start-up reactor R_s. The extracted hydrogen may be fed to one or more fuel cells FC for the production of electrical energy. In some cases, an adsorption tower ADS can be used to process (e.g., purify or purify) the hydrogen before it is fed to the one or more fuel cells. The electricity produced using the hydrogen and one or more fuel cells can be used to power an electrical load (e.g., an air vehicle, e.g., a drone or an aircraft).

場合によっては、主反応器R_mおよび起動反応器R_sは、同じ供給源からアンモニアを受け取るように構成されてもよい。同じ供給源は、(例えば、別個の配管、ダクト、または流路を介して)主反応器R_mおよび起動反応器R_sの両方と流体連通してもよい。あるいは、同じ供給源は、起動反応器R_sを介して主反応器R_mと、または主反応器R_mを介して起動反応器R_sと流体連通してもよい。他の場合には、主反応器R_mおよび起動反応器R_sは、異なる供給源からアンモニアを受け取るように構成されてもよい。このような場合、主反応器R_mは、第一の供給源からアンモニアを受け取るように構成されてもよく、起動反応器R_sは、第二の供給源からアンモニアを受け取るように構成されてもよい。第一の供給源と第二の供給源は、互いに流体連通していてもよく、または流体連通していなくてもよい。場合によっては、主反応器R_mおよび/または起動反応器R_sは、複数の供給源からアンモニアを受け取るように構成されてもよい。 In some cases, the main reactor R_m and the startup reactor R_s may be configured to receive ammonia from the same source. The same source may be in fluid communication with both the main reactor R_m and the startup reactor R_s (e.g., via separate piping, ducts, or flow paths). Alternatively, the same source may be in fluid communication with the main reactor R_m through the startup reactor R_s, or with the startup reactor R_s through the main reactor R_m. In other cases, the main reactor R_m and the startup reactor R_s may be configured to receive ammonia from different sources. In such cases, the main reactor R_m may be configured to receive ammonia from a first source, and the startup reactor R_s may be configured to receive ammonia from a second source. The first and second sources may or may not be in fluid communication with each other. In some cases, the main reactor R_m and/or the startup reactor R_s may be configured to receive ammonia from multiple sources.

図7Aは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、高速起動反応器の一例を概略的に示す。このような高速起動反応器は、図6に示す起動反応器R_sに対応し、および/またはそれを備えてもよい。高速起動反応器は、電気絶縁および/または断熱を有するハウジングを備えてもよい。ハウジングは、円筒形状または管形状であってもよい。ハウジングは断面形状であってもよい。断面形状は、円、楕円、長円形、または三つ以上の側面を有する任意の多角形であってもよい。ハウジングは、例えば、セラミック材料、例えば石英、または金属材料、例えばアルミニウムもしくは鋼を含んでもよい。 7A illustrates a schematic diagram of an example of a fast start-up reactor according to one or more embodiments of the present disclosure. Such a fast start-up reactor may correspond to and/or comprise the start-up reactor R_s illustrated in FIG. 6. The fast start-up reactor may comprise a housing having electrical insulation and/or thermal insulation. The housing may be cylindrical or tubular in shape. The housing may have a cross-sectional shape. The cross-sectional shape may be a circle, an ellipse, an oval, or any polygon having three or more sides. The housing may comprise, for example, a ceramic material, such as quartz, or a metallic material, such as aluminum or steel.

ハウジングは、触媒床および/または一つもしくは複数の電極(例えば、一つまたは複数の銅電極)を収容する内部容積を備えてもよい。一つまたは複数の電極は、触媒床またはその一部と電気的に連通してもよい。ハウジングは、ガス(例えば、アンモニア)を収容してガスの処理を可能にするように構成される、取り囲まれたまたは部分的に取り囲まれた容積を備えてもよい。ガスがアンモニアを含む場合、このような処理は、アンモニア(またはアンモニアの一部)をクラッキングまたは分解することを含んでもよい。高速起動反応器は、アンモニアを受け取るように構成されるガス入口を備えてもよい。高速起動反応器は、一つまたは複数の触媒を含む触媒床をさらに備えてもよい。一つまたは複数の触媒は、例えば、改質された金属発泡体触媒を含んでもよい。高速起動反応器に適合する別の種類の触媒材料が使用されてもよい。触媒材料は、一つまたは複数の強化および/もしくは処理を施されてもよく、または受けてもよい(図9)。場合によっては、金属発泡体触媒は、ニッケルクロムアルミニウム(NiCrAl)発泡体を含んでもよい。高速起動反応器は、一つまたは複数のガス(例えば、アンモニア、窒素、および/または水素)を別のシステムまたはサブシステムに誘導するように構成されるガス出口をさらに備えてもよい。場合によっては、ガス出口は、高速起動反応器によって作られる水素ガスを一つまたは複数の燃料電池に誘導するように構成されてもよい。場合によっては、ガス出口は、水素-窒素または水素-窒素-アンモニア混合物を、図6に示し説明する主反応器R_mのガス入口に誘導するように構成することができる。他の場合には、ガス出口は、高速起動反応器によって作られる水素ガスを一つまたは複数の燃焼器に誘導し、図6に示し説明する主反応器R_mに給電またはそれを加熱するために使用されることができる熱エネルギーを生成するように構成されることができる。 The housing may include an interior volume that contains a catalyst bed and/or one or more electrodes (e.g., one or more copper electrodes). The one or more electrodes may be in electrical communication with the catalyst bed or a portion thereof. The housing may include an enclosed or partially enclosed volume configured to contain a gas (e.g., ammonia) and enable processing of the gas. If the gas includes ammonia, such processing may include cracking or decomposing the ammonia (or a portion of the ammonia). The fast start reactor may include a gas inlet configured to receive the ammonia. The fast start reactor may further include a catalyst bed including one or more catalysts. The one or more catalysts may include, for example, a modified metal foam catalyst. Another type of catalyst material compatible with the fast start reactor may be used. The catalyst material may be or may have undergone one or more strengthening and/or treatments (FIG. 9). In some cases, the metal foam catalyst may include nickel chromium aluminum (NiCrAl) foam. The fast start reactor may further include a gas outlet configured to direct one or more gases (e.g., ammonia, nitrogen, and/or hydrogen) to another system or subsystem. In some cases, the gas outlet may be configured to direct hydrogen gas produced by the fast start reactor to one or more fuel cells. In some cases, the gas outlet can be configured to direct the hydrogen-nitrogen or hydrogen-nitrogen-ammonia mixture to a gas inlet of the main reactor R_m shown and described in FIG. 6. In other cases, the gas outlet can be configured to direct the hydrogen gas produced by the fast start reactor to one or more combustors to generate thermal energy that can be used to power or heat the main reactor R_m shown and described in FIG. 6.

図7Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、一つまたは複数の導電性ばねを備える高速起動反応器の例を概略的に示す。一つまたは複数の導電性ばねは、触媒床に隣接して設けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の導電性ばねは、触媒床の両端に設けられてもよい。一つまたは複数の導電性ばねは、触媒床および/または一つもしくは複数の電極と物理的、電気的、および/または熱連通することができる。一つまたは複数の導電性ばねは、発泡体触媒が熱サイクルを受ける場合、発泡体触媒上の熱応力を低減するように構成されてもよい。一つまたは複数の導電性ばねは、触媒の加熱中の熱膨張および触媒の冷却中の熱収縮に対応するように構成されてもよい。一つまたは複数の導電性ばねは、触媒床が破損または破壊することなく複数の熱サイクルに耐えることができるように、触媒床上の機械的負荷を軽減するおよび/または再分布させるように機能することができる。場合によっては、一つまたは複数のばねは、一つまたは複数の熱サイクル手順中の触媒の熱膨張または熱収縮に起因する触媒上の熱応力を軽減するように構成されることができる。一つまたは複数のばねは、例えば、銅または鋼ばねを含むことができる。一つまたは複数の導電性ばねの使用は、起動反応器が、急速な温度変化中に触媒床上の熱応力を低減または最小限に抑えながら高速起動能力をもたらすことを可能にする。 FIG. 7B illustrates a schematic of an example of a fast start-up reactor with one or more conductive springs according to one or more embodiments of the present disclosure. The one or more conductive springs may be provided adjacent to the catalyst bed. In some cases, the one or more conductive springs may be provided at both ends of the catalyst bed. The one or more conductive springs may be in physical, electrical, and/or thermal communication with the catalyst bed and/or one or more electrodes. The one or more conductive springs may be configured to reduce thermal stress on the foam catalyst when the foam catalyst undergoes thermal cycling. The one or more conductive springs may be configured to accommodate thermal expansion during heating of the catalyst and thermal contraction during cooling of the catalyst. The one or more conductive springs may function to reduce and/or redistribute mechanical loads on the catalyst bed such that the catalyst bed can withstand multiple thermal cycles without breaking or fracturing. In some cases, the one or more springs may be configured to reduce thermal stress on the catalyst due to thermal expansion or contraction of the catalyst during one or more thermal cycling procedures. The one or more springs may include, for example, copper or steel springs. The use of one or more conductive springs allows the start-up reactor to provide fast start-up capability while reducing or minimizing thermal stresses on the catalyst bed during rapid temperature changes.

図8は、図7に示すような一つまたは複数の導電性バネを備える高速起動反応器の時間の関数としてのガス温度のプロットを概略的に示す。場合によっては、一つまたは複数の熱ばねを備える高速起動反応器を使用して、アンモニアガスを5分未満内に摂氏500度に熱することができる。場合によっては、一つまたは複数の熱ばねを備える高速起動反応器を使用して、アンモニアガスを60分未満内に摂氏約600度に加熱することができる。場合によっては、112ワットの加熱電力が触媒に供給される場合、アンモニアガスは、300秒未満内に摂氏500度に加熱されることができる。場合によっては、157ワットの加熱電力が触媒に供給される場合、アンモニアガスは、200秒未満内に摂氏500度に加熱されることができる。 8 is a schematic diagram of a plot of gas temperature as a function of time for a fast start reactor with one or more conductive springs as shown in FIG. 7. In some cases, a fast start reactor with one or more heat springs can be used to heat ammonia gas to 500 degrees Celsius in less than 5 minutes. In some cases, a fast start reactor with one or more heat springs can be used to heat ammonia gas to about 600 degrees Celsius in less than 60 minutes. In some cases, when 112 watts of heating power are provided to the catalyst, ammonia gas can be heated to 500 degrees Celsius in less than 300 seconds. In some cases, when 157 watts of heating power are provided to the catalyst, ammonia gas can be heated to 500 degrees Celsius in less than 200 seconds.

図9は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、高速起動反応器に使用されることができる金属発泡体触媒材料の様々な種類の強化および/または処理を概略的に示す。適合する金属発泡体触媒は、ニッケル、クロム、鉄、および/またはアルミニウム、すなわち、Ni/Cr-X、Ni/Cr-X/Al-Y、および/またはNi/Fe-X/Cr-Y/Al-Zを含む任意の金属合金を含んでもよく、式中、X、Y、および/またはZは0~100の範囲である。金属発泡体触媒の表面を(例えば、エッチング、合金化、浸出、および/または一つもしくは複数の酸処理を使用することにより)処理して、触媒材料の表面積を増やすことができる。金属発泡体触媒はまた、(例えば、含浸、PVD、もしくはCVDによる)触媒コーティング作業ならびに/または一つもしくは複数の熱処理作業(例えば、焼結、アニーリング、および/もしくは仮焼)を受けてもよい。金属発泡体触媒材料のこのような加工は、一つまたは複数の電気抵抗性触媒を含む触媒被覆された金属発泡体を作ることができる。 9 illustrates a schematic of various types of enhancements and/or treatments of metal foam catalyst materials that can be used in fast start-up reactors according to one or more embodiments of the present disclosure. Suitable metal foam catalysts may include any metal alloy including nickel, chromium, iron, and/or aluminum, i.e., Ni/Cr-X, Ni/Cr-X/Al-Y, and/or Ni/Fe-X/Cr-Y/Al-Z, where X, Y, and/or Z range from 0 to 100. The surface of the metal foam catalyst can be treated (e.g., by etching, alloying, leaching, and/or using one or more acid treatments) to increase the surface area of the catalyst material. The metal foam catalyst can also be subjected to a catalyst coating operation (e.g., by impregnation, PVD, or CVD) and/or one or more heat treatment operations (e.g., sintering, annealing, and/or calcination). Such processing of the metal foam catalyst material can produce a catalyst-coated metal foam that includes one or more electrically resistive catalysts.

図10は、本開示のシステムおよび方法の起動時間シミュレーションデータを概略的に示す。本明細書で使用する場合、起動時間は、反応器床の温度を目標温度に上昇させるのに必要な時間量に対応することができる。目標温度は、少なくとも摂氏約100度、摂氏200度、摂氏300度、摂氏400度、またはそれ以上であってもよい。本明細書に開示の高速起動反応器を備える反応器システムの場合、平均反応器温度が、他の従来の反応器システムよりも短い時間で目標温度まで上昇することができる。例えば、本開示のシステムの加熱電力が、触媒床の直接抵抗加熱のために少なくとも約150ワットに調整される場合、反応器および/または触媒床は、少なくとも摂氏約400度の目標温度に30秒未満で加熱される。 Figure 10 shows a schematic of start-up time simulation data for the disclosed systems and methods. As used herein, start-up time can correspond to the amount of time required to increase the temperature of the reactor bed to a target temperature. The target temperature may be at least about 100 degrees Celsius, 200 degrees Celsius, 300 degrees Celsius, 400 degrees Celsius, or more. For reactor systems with fast start-up reactors as disclosed herein, the average reactor temperature can be increased to the target temperature in less time than other conventional reactor systems. For example, when the heating power of the disclosed system is adjusted to at least about 150 watts for direct resistive heating of the catalyst bed, the reactor and/or catalyst bed is heated to a target temperature of at least about 400 degrees Celsius in less than 30 seconds.

図11は、本開示のシステムおよび方法のアンモニア転化効率シミュレーションデータを概略的に示す。本明細書で使用する場合、アンモニア転化効率は、一つまたは複数の構成成分(例えば、水素または窒素)に転化されたアンモニアの(質量またはモルによる)割合に対応することができる。本明細書に開示される高速起動反応器を備える反応器システムの場合、アンモニア転化効率は、他の従来の反応器システムのものよりも高い可能性がある。例えば、本開示の起動反応器の加熱電力が触媒床の直接抵抗加熱のために少なくとも約250ワットに調整される場合、本明細書に開示のシステムは、90%を超えるアンモニア転化効率を達成する可能性があり、これはアンモニアの90%超が1分未満で一つまたは複数の構成成分に転化されることを示す。 11 shows ammonia conversion efficiency simulation data of the disclosed system and method. As used herein, ammonia conversion efficiency can correspond to the percentage (by mass or moles) of ammonia converted to one or more constituents (e.g., hydrogen or nitrogen). For a reactor system with a fast start-up reactor as disclosed herein, the ammonia conversion efficiency can be higher than that of other conventional reactor systems. For example, when the heating power of the disclosed start-up reactor is adjusted to at least about 250 watts for direct resistance heating of the catalyst bed, the disclosed system can achieve an ammonia conversion efficiency of more than 90%, indicating that more than 90% of the ammonia is converted to one or more constituents in less than one minute.

図12は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動反応器のモジュール設計の例を概略的に示す。場合によっては、起動反応器は、複数の反応器の流路を備える複数の層を互いに積み重ねることを可能にするモジュール設計を備えてもよい。層のそれぞれは、金属発泡体触媒および断熱材(例えば、断熱体および/または電気絶縁体)を含んでもよい。場合によっては、セパレーターは、一つまたは複数の層の間に設けられてもよい。場合によっては、セパレーターは、電気絶縁コーティング、例えば窒化ホウ素(BN)または他のセラミック系材料を使用して電気的に絶縁されてもよい。複数の層は、各層のガス入口およびガス出口が一つの側面に整列するように配置されてもよい。さらに、複数の層は、各層の対応する電極が、同じ側面から内側にまたは外側に突出するように配置されてもよい。ガス入口およびガス出口は、各層の第一の側面上に設けられてもよく、電極は、各層の第二の側面上に設けられてもよい。図12に示す積層可能なモジュール設計は、起動反応器の拡張性を向上させ、金属発泡体触媒の直接加熱を可能にする可能性がある。モジュール構成はまた、触媒材料と各層の一つまたは複数の熱源との間の距離を減少させることができる。いくつかの実施形態では、電気絶縁を有する金属ハウジング(例えば、窒化ホウ素を含む絶縁コーティング)を使用して、起動反応器の加熱性能およびアンモニア転化効率を改善することができる。 FIG. 12 illustrates a schematic example of a modular design of a start-up reactor according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the start-up reactor may include a modular design that allows multiple layers with multiple reactor flow paths to be stacked on top of each other. Each of the layers may include a metal foam catalyst and an insulating material (e.g., thermal and/or electrical insulator). In some cases, a separator may be provided between one or more layers. In some cases, the separator may be electrically insulated using an electrically insulating coating, such as boron nitride (BN) or other ceramic-based material. The multiple layers may be arranged such that the gas inlet and gas outlet of each layer are aligned on one side. Furthermore, the multiple layers may be arranged such that the corresponding electrodes of each layer protrude inwardly or outwardly from the same side. The gas inlet and gas outlet may be provided on a first side of each layer, and the electrodes may be provided on a second side of each layer. The stackable modular design illustrated in FIG. 12 may improve the scalability of the start-up reactor and allow for direct heating of the metal foam catalyst. The modular configuration may also reduce the distance between the catalyst material and the one or more heat sources of each layer. In some embodiments, a metal housing with electrical insulation (e.g., an insulating coating including boron nitride) can be used to improve the heating performance and ammonia conversion efficiency of the start-up reactor.

図13は、モジュール式起動反応器設計のための過渡時間および過渡反応器温度データを概略的に示す。目標温度に到達するのに必要な過渡時間は、モジュール式起動反応器設計の熱容量が大きいため、単一の反応器ユニット以上になる可能性があるが、モジュール式起動反応器設計でも、約5分以内に摂氏約500度の目標温度に到達する可能性がある。場合によっては、112ワットの加熱電力が供給される場合、反応器は、約300秒未満内に摂氏500度に加熱されることができる。場合によっては、157ワットの加熱電力が供給される場合、反応器は、約200秒未満に摂氏500度に加熱されることができる。 Figure 13 shows a schematic of the transient time and transient reactor temperature data for the modular start-up reactor design. The transient time required to reach the target temperature may be more than a single reactor unit due to the larger thermal capacity of the modular start-up reactor design, but the modular start-up reactor design may still reach a target temperature of about 500 degrees Celsius in less than about 5 minutes. In some cases, if 112 watts of heating power is provided, the reactor can be heated to 500 degrees Celsius in less than about 300 seconds. In some cases, if 157 watts of heating power is provided, the reactor can be heated to 500 degrees Celsius in less than about 200 seconds.

一態様では、本開示は、アンモニアを含む原料物質を受け取るように構成される第一の反応器モジュールを備えるシステムを提供する。第一の反応器モジュールは、第一の触媒と、起動加熱および改質ユニットとを備えてもよい。起動加熱および改質ユニットは、電流を第一の触媒に流して(例えば、抵抗加熱またはジュール加熱によって)第一の触媒を加熱するための一つまたは複数の電極を備えてもよい。一つまたは複数の電極は、例えば、一つまたは複数の銅電極を含むことができる。場合によっては、第一の触媒が起動加熱および改質ユニットを使用して加熱される場合、第一の触媒を使用してアンモニアから水素を生成してもよい。 In one aspect, the present disclosure provides a system including a first reactor module configured to receive a feed material including ammonia. The first reactor module may include a first catalyst and a start-up heating and reforming unit. The start-up heating and reforming unit may include one or more electrodes for passing an electric current through the first catalyst to heat the first catalyst (e.g., by resistive heating or Joule heating). The one or more electrodes may include, for example, one or more copper electrodes. In some cases, the first catalyst may be used to produce hydrogen from ammonia when the first catalyst is heated using the start-up heating and reforming unit.

いくつかの実施形態では、システムは、第一の反応器モジュールと熱連通および/または流体連通する第二の反応器モジュールをさらに備えてもよい。第二の反応器モジュールは、第二の触媒と、第二の触媒を加熱するための一つまたは複数の主加熱ユニットとを備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の主加熱ユニットのうちの少なくとも一つは、第一の反応器モジュールによって生成される水素の燃焼に基づいて、第二の触媒の少なくとも一部を加熱するように構成されてもよい。場合によっては、第二の触媒が一つまたは複数の主加熱ユニットを使用して加熱される場合、第二の触媒を使用してアンモニアから水素を生成してもよい。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の主加熱ユニットは、例えば電気ヒーターおよび/または燃焼ヒーターを備えてもよい。 In some embodiments, the system may further include a second reactor module in thermal and/or fluid communication with the first reactor module. The second reactor module may include a second catalyst and one or more main heating units for heating the second catalyst. In some cases, at least one of the one or more main heating units may be configured to heat at least a portion of the second catalyst based on combustion of hydrogen produced by the first reactor module. In some cases, the second catalyst may be used to produce hydrogen from ammonia when the second catalyst is heated using the one or more main heating units. In some embodiments, the one or more main heating units may include, for example, an electric heater and/or a fired heater.

上記のように、システムは、第一の反応器モジュールおよび第二の反応器モジュールを備えてもよい。本明細書で使用する場合、用語「モジュール」は、通常、プロセスの一つまたは複数の工程(例えば、アンモニアのクラッキングまたは分解プロセス)を実行するための機能ユニットを指す。モジュールは、一つまたは複数の機能ユニットを備えてもよい。場合によっては、モジュールは、反応器または改質器を備えてもよい。場合によっては、反応器または改質器は、触媒および/または触媒を加熱するための一つまたは複数の加熱ユニットを備えてもよい。場合によっては、反応器または改質器は、少なくとも一つの流体投入および/または少なくとも一つの流体排出を含んでもよい。少なくとも一つの流体投入を使用して、アンモニアを反応器または改質器に輸送してもよい。少なくとも一つの流体排出を使用して、水素(または水素および窒素と、必要に応じて微量アンモニアとの混合物)を一つまたは複数の燃料電池に輸送してもよい。 As mentioned above, the system may include a first reactor module and a second reactor module. As used herein, the term "module" generally refers to a functional unit for performing one or more steps of a process (e.g., an ammonia cracking or decomposition process). A module may include one or more functional units. In some cases, a module may include a reactor or reformer. In some cases, the reactor or reformer may include a catalyst and/or one or more heating units for heating the catalyst. In some cases, the reactor or reformer may include at least one fluid input and/or at least one fluid output. At least one fluid input may be used to transport ammonia to the reactor or reformer. At least one fluid output may be used to transport hydrogen (or a mixture of hydrogen and nitrogen, optionally with trace ammonia) to one or more fuel cells.

場合によっては、第一の触媒および第二の触媒のうちの少なくとも一つは、金属発泡体触媒を含むことができる。金属発泡体触媒は、ニッケル、鉄、クロム、および/またはアルミニウムを含んでもよい。場合によっては、金属発泡体触媒は、ニッケル、鉄、クロム、および/またはアルミニウムを含む一つまたは複数の合金を含んでもよい。 In some cases, at least one of the first catalyst and the second catalyst may include a metal foam catalyst. The metal foam catalyst may include nickel, iron, chromium, and/or aluminum. In some cases, the metal foam catalyst may include one or more alloys including nickel, iron, chromium, and/or aluminum.

いくつかの実施形態では、金属発泡体触媒は、一つまたは複数の粉末またはペレット触媒の触媒コーティングを含むことができる。触媒コーティングは、金属材料、プロモーター材料、および/または担体材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、金属発泡体触媒は、金属発泡体触媒の内表面が触媒コーティングによって覆われるように、多孔質であってもよい。金属材料は、例えば、ルテニウム、ニッケル、ロジウム、イリジウム、コバルト、鉄、白金、クロム、パラジウム、および/または銅を含んでもよい。いくつかの実施形態では、プロモーター材料は、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Ba、Sr、La、Ce、Pr、Sm、またはGdから選択される少なくとも一つの材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、担体は、Al、MgO、CeO、ZrO、La、SiO、Y、TiO、SiC、六方晶BN(窒化ホウ素)、BNナノチューブ、炭化ケイ素、一つもしくは複数のゼオライト、LaAlO、CeAlO、MgAl、CaAl、または一つもしくは複数のカーボンナノチューブから選択される少なくとも一つの材料を含んでもよい。 In some embodiments, the metal foam catalyst may include a catalytic coating of one or more powder or pellet catalysts. The catalytic coating may include a metal material, a promoter material, and/or a support material. In some embodiments, the metal foam catalyst may be porous such that the inner surface of the metal foam catalyst is covered by the catalytic coating. The metal material may include, for example, ruthenium, nickel, rhodium, iridium, cobalt, iron, platinum, chromium, palladium, and/or copper. In some embodiments, the promoter material may include at least one material selected from Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Ba, Sr, La, Ce, Pr, Sm, or Gd. In some embodiments, the support may comprise at least one material selected from Al2O3 , MgO , CeO2 , ZrO2 , La2O3 , SiO2 , Y2O3 , TiO2 , SiC, hexagonal BN (boron nitride), BN nanotubes, silicon carbide, one or more zeolites , LaAlO3 , CeAlO3 , MgAl2O4 , CaAl2O4 , or one or more carbon nanotubes .

いくつかの実施形態では、触媒コーティングは、一つまたは複数のルテニウム系前駆体を含んでもよい。一つまたは複数のルテニウム系前駆体は、例えば、RuClまたはRu(CO)12を含んでもよい。本明細書に記載の実施形態のいずれかでは、金属発泡体触媒は、少なくとも約8マイクロオームメートル(μΩm)の見掛け電気抵抗率を有してもよい。 In some embodiments, the catalyst coating may include one or more ruthenium-based precursors. The one or more ruthenium-based precursors may include, for example, RuCl3 or Ru3 (CO) 12 . In any of the embodiments described herein, the metal foam catalyst may have an apparent electrical resistivity of at least about 8 microohm-meters (μΩm).

場合によっては、金属発泡体触媒は、一つまたは複数のエッチング、合金化、浸出、または酸処理を使用して処理され、金属発泡体触媒の表面積を増やすことができる。場合によっては、金属発泡体触媒は、(例えば、焼結、仮焼、および/またはアニーリングによって)熱処理されてもよい。場合によっては、金属発泡体触媒は、物理的気相成長処理および/または化学気相成長処理を使用して被覆されてもよい。いくつかの実施形態では、第一の反応器モジュールは、互いに積み重ね可能な複数のモジュラーユニットを備えてもよい。複数のモジュールユニットのそれぞれは、金属発泡体触媒と、アンモニアを金属発泡体触媒に誘導するための一つまたは複数の反応器の流路とを備えてもよい。一つまたは複数の反応器の流路は、アンモニアガスが金属発泡体触媒の表面または内部容積に誘導されることを可能にする任意の好適な設計または構成を備えてもよい。場合によっては、システムは、複数のモジュラーユニットを分離するための一つまたは複数の絶縁パネルをさらに備えてもよい。複数のモジュラーユニット(およびモジュラーユニットのそれぞれを有する金属発泡体触媒)は、一つまたは複数の熱源と熱連通してもよい。場合によっては、複数のモジュラーユニットのうちの第一のモジュラーユニットは、第一の熱源と熱連通してもよく、複数のモジュラーユニットのうちの第二のモジュラーユニットは、第二の熱源と熱連通してもよい。第一の熱源は、第二の熱源と同一であってもよい。あるいは、第一の熱源は第二の熱源とは異なってもよい(例えば、第一の熱源は燃焼によって熱エネルギーを生み出してもよく、第二の熱源は抵抗加熱またはジュール加熱によって熱エネルギーを生み出しもよい)。場合によっては、複数のモジュラーユニットのうちの第一のモジュラーユニットおよび第二のモジュラーユニットは、同じ熱源と熱連通してもよい。他の場合には、複数のモジュラーユニットのうちの第一のモジュラーユニットおよび第二のモジュラーユニットは、異なる熱源と熱連通してもよい。 In some cases, the metal foam catalyst may be treated using one or more etching, alloying, leaching, or acid treatments to increase the surface area of the metal foam catalyst. In some cases, the metal foam catalyst may be heat treated (e.g., by sintering, calcining, and/or annealing). In some cases, the metal foam catalyst may be coated using physical vapor deposition and/or chemical vapor deposition processes. In some embodiments, the first reactor module may comprise a plurality of modular units stackable together. Each of the plurality of modular units may comprise a metal foam catalyst and one or more reactor flow paths for directing ammonia to the metal foam catalyst. The one or more reactor flow paths may comprise any suitable design or configuration that allows ammonia gas to be directed to a surface or interior volume of the metal foam catalyst. In some cases, the system may further comprise one or more insulation panels for separating the plurality of modular units. The plurality of modular units (and the metal foam catalyst with each of the modular units) may be in thermal communication with one or more heat sources. In some cases, a first modular unit of the plurality of modular units may be in thermal communication with a first heat source and a second modular unit of the plurality of modular units may be in thermal communication with a second heat source. The first heat source may be the same as the second heat source. Alternatively, the first heat source may be different from the second heat source (e.g., the first heat source may generate thermal energy by combustion and the second heat source may generate thermal energy by resistive or Joule heating). In some cases, the first modular unit and the second modular unit of the plurality of modular units may be in thermal communication with the same heat source. In other cases, the first modular unit and the second modular unit of the plurality of modular units may be in thermal communication with different heat sources.

いくつかの実施形態では、複数のモジュラーユニットは積み重ねられ、並行して作られる水素の量を調整することができる。場合によっては、複数のモジュラーユニットは、モジュラーユニットの縁部が互いに対して同一平面にあるように配置されてもよい。他の場合には、モジュラーユニットの位置および/または方向は、目標体積内に取り付ける所望の空間配置または形状を達成するために、互いに対して調整されることができる。 In some embodiments, multiple modular units can be stacked to adjust the amount of hydrogen made in parallel. In some cases, multiple modular units may be positioned such that the edges of the modular units are flush with one another. In other cases, the position and/or orientation of the modular units can be adjusted with respect to one another to achieve a desired spatial arrangement or shape for installation within a target volume.

場合によっては、第一の反応器モジュールは、第二の反応器モジュールと流体連通してもよい。このような流体連通は、アンモニアまたは他のガス(例えば、水素および/または窒素)が第一の反応器モジュールと第二の反応器モジュールとの間で流れることを可能にすることができる。場合によっては、第一の反応器モジュールを使用して生成される水素は、第二の反応器モジュールもしくは第二の反応器モジュールのうちの一つもしくは複数の構成要素(例えば、第二の反応器モジュールの触媒)を加熱するか、または部分的に加熱するために燃焼されてもよい。場合によっては、第一の反応器モジュールを使用して生成される水素を、一つまたは複数の燃料電池に誘導または向きを変えて燃料電池に給電する。燃料電池は、第一の反応器モジュールおよび/または第二の反応器モジュールを使用して生成される水素を使用して、電気を生成してもよい。 In some cases, the first reactor module may be in fluid communication with the second reactor module. Such fluid communication may allow ammonia or other gases (e.g., hydrogen and/or nitrogen) to flow between the first reactor module and the second reactor module. In some cases, hydrogen produced using the first reactor module may be combusted to heat or partially heat the second reactor module or one or more components of the second reactor module (e.g., the catalyst of the second reactor module). In some cases, hydrogen produced using the first reactor module may be directed or redirected to one or more fuel cells to power the fuel cells. The fuel cells may generate electricity using the hydrogen produced using the first reactor module and/or the second reactor module.

いくつかの実施形態では、第一の反応器モジュールは、少なくとも摂氏約550度の目標温度に到達するための起動時間を、最大で約5分とすることができる。 いくつかの実施形態では、第一の反応器モジュールは、少なくとも摂氏約550度の目標温度に到達するための起動時間を、最大で約60分とすることができる。第一の反応器モジュールにより、少なくとも約90%のアンモニア転化効率が得られることができる。場合によっては、第一の反応器モジュールは、反応器床体積の立方センチメートル当たり約10ワットの電力の電力密度を有することができる。 In some embodiments, the first reactor module can have a start-up time of up to about 5 minutes to reach a target temperature of at least about 550 degrees Celsius. In some embodiments, the first reactor module can have a start-up time of up to about 60 minutes to reach a target temperature of at least about 550 degrees Celsius. The first reactor module can provide an ammonia conversion efficiency of at least about 90%. In some cases, the first reactor module can have a power density of about 10 watts of power per cubic centimeter of reactor bed volume.

場合によっては、第一の反応器モジュールおよび第二の反応器モジュールのうちの少なくとも一つは、電気または水素燃焼による自己発熱(すなわち、自己熱改質)用に構成されることができる。場合によっては、第一の反応器モジュールおよび/または第二の反応器モジュールは、第一のおよび第二の反応器モジュールによってそれぞれ作られる水素を燃焼して別の熱エネルギーを生成するように構成されてもよい。このような別の熱エネルギーを使用して、第一の反応器モジュールおよび/または第二の反応器モジュールの触媒を加熱してもよい。 In some cases, at least one of the first reactor module and the second reactor module can be configured for self-heating via electricity or hydrogen combustion (i.e., autothermal reforming). In some cases, the first reactor module and/or the second reactor module may be configured to combust hydrogen produced by the first and second reactor modules, respectively, to generate additional thermal energy. Such additional thermal energy may be used to heat a catalyst in the first reactor module and/or the second reactor module.

いくつかの実施形態では、システムは、第一の反応器モジュールおよび第二の反応器モジュールのうちの少なくとも一つと流体連通する一つまたは複数の燃料電池をさらに備えてもよい。一つまたは複数の燃料電池は、第一の反応器モジュールおよび/または第二の反応器モジュールを使用して生成される水素を受け取り、水素を使用して電気エネルギーを作るように構成されることができる。 In some embodiments, the system may further include one or more fuel cells in fluid communication with at least one of the first reactor module and the second reactor module. The one or more fuel cells may be configured to receive hydrogen produced using the first reactor module and/or the second reactor module and to use the hydrogen to produce electrical energy.

場合によっては、システムは、負荷追従および初期反応器加熱電力のためのハイブリッド電池をさらに備えてもよい。ハイブリッド電池は、第一の反応器モジュールおよび第二の反応器モジュールのうちの少なくとも一つと電気的に連通して配置されてもよい。場合によっては、ハイブリッド電池を使用して、第一の反応器モジュールおよび/または第二の反応器モジュールの触媒に電流を流して、抵抗加熱またはジュール加熱を可能にしてもよい。場合によっては、ハイブリッド電池は、第一の反応器モジュールおよび/または第二の反応器モジュールに供給される電流の量を調整するように構成されてもよい。場合によっては、ハイブリッド電池は、第一の反応器モジュールおよび第二の反応器モジュールに異なる電流を供給するように構成されてもよい。 In some cases, the system may further include a hybrid battery for load following and initial reactor heating power. The hybrid battery may be disposed in electrical communication with at least one of the first reactor module and the second reactor module. In some cases, the hybrid battery may be used to pass electrical current through the catalyst of the first reactor module and/or the second reactor module to enable resistive or joule heating. In some cases, the hybrid battery may be configured to adjust the amount of electrical current provided to the first reactor module and/or the second reactor module. In some cases, the hybrid battery may be configured to provide different electrical currents to the first reactor module and the second reactor module.

図64Aは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動運転中にアンモニアを処理するためのシステム構成を概略的に示す。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6405)は、電気の入力で加熱されてもよい。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6405)によって作られる流れは、熱交換器(6404)を通り抜け、燃焼燃料としてアンモニア反応器/改質器(6405)内の一つまたは複数の燃焼器に供給されてもよい。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6405)によって作られる流れは、熱交換器(6404)を通り抜け、少なくとも部分的にアンモニア反応器/改質器(6405)に戻されて供給されてもよい。場合によっては、空冷熱交換器(6403)を使用して、アンモニアが熱交換器(6404)および/またはアンモニア反応器/改質器(6405)に供給される前に、アンモニアを蒸発させてもよい。場合によっては、一つまたは複数の給気ユニット(6412)は、燃焼反応のために、アンモニア反応器/改質器(6405)内の一つまたは複数の燃焼器に空気を供給することができる。 FIG. 64A illustrates a schematic of a system configuration for processing ammonia during start-up operation, according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the ammonia reactor/reformer (6405) may be heated with an input of electricity. In some cases, the stream produced by the ammonia reactor/reformer (6405) may be passed through a heat exchanger (6404) and fed to one or more combustors in the ammonia reactor/reformer (6405) as a combustion fuel. In some cases, the stream produced by the ammonia reactor/reformer (6405) may be passed through a heat exchanger (6404) and fed at least partially back to the ammonia reactor/reformer (6405). In some cases, an air-cooled heat exchanger (6403) may be used to vaporize the ammonia before it is fed to the heat exchanger (6404) and/or the ammonia reactor/reformer (6405). In some cases, one or more air supply units (6412) may supply air to one or more combustors in the ammonia reactor/reformer (6405) for the combustion reaction.

図64Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、定常運転中または起動後の運転中にアンモニアを処理するためのシステム構成を概略的に示す。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6405)によって作られる流れは、熱交換器(6404)を通り抜け、(i)一つもしくは複数の吸着体(6408および6409)ならびに燃料電池システム(6410)に少なくとも部分的に供給されてもよく、ならびに/または(ii)アンモニア反応器/改質器(6405)内の一つもしくは複数の燃焼器に供給されてもよい。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6405)によって作られる流れは、熱交換器(6404)を通り抜け、少なくとも部分的にアンモニア反応器/改質器(6405)に戻されて供給されてもよい。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6405)によって作られる流れからの熱を捕捉してアンモニア反応器/改質器(6405)に戻すことは、アンモニア転化効率を向上させることができる。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6405)によって作られる流れを熱交換器(6404)に通すことは、熱交換器を使用してアンモニア反応器/改質器(6405)の投入されるアンモニアを加熱する場合、アンモニア転化効率を向上させることができる。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6405)によって作られる流れは、熱交換器(6404)、一つまたは複数の吸着体(6408および6409)、ならびに燃料電池システム(6410)を通り抜け、燃焼燃料としてアンモニア反応器/改質器(6405)内の一つまたは複数の燃焼器に供給されることができる。場合によっては、一つまたは複数の給気ユニット(6412)は、燃焼反応のために、アンモニア反応器/改質器(6405)内の一つまたは複数の燃焼器に空気を供給する。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6405)によって作られる流れは、熱交換器(6404)を通り抜け、その後、流れは、燃焼燃料としてアンモニア反応器/改質器(6405)内の一つまたは複数の燃焼器に供給されてもよい。場合によっては、燃料電池システム(6410)は、水素を消費し、有用な電気を生成することができる。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6405)の少なくとも一部は、電気の入力で加熱されてもよい。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6405)は、電気的に加熱されない場合がある。場合によっては、一つまたは複数の吸着体は、それに取り付けられる温度センサーを備えてもよく、温度センサーは経時的に吸着体の品質もしくは容量を示すこと、および/または監視することができる。圧力センサー(P)、温度センサー(T)、アンモニアセンサー(A)、液体燃料貯蔵タンク(6401)、液体燃料供給ユニット(6402)(例えば、バルブ、ポンプ、質量流量コントローラー等)、任意の空冷/加熱熱交換器(6403)(この熱交換器は、燃料電池放熱ユニットおよび/または周囲に連結して液体燃料を蒸発させてもよい)、熱交換器(6404)(例えば、気体から気体へ、液体から気体へ、液体/気体の二相流からガス熱交換器へ)、アンモニア反応器/改質器(6405)、任意の質量流量コントローラーまたは質量流量計(6406)、流量調整ユニット(6407)(例えば、3方弁、バルブ、背圧レギュレーター等)、吸着体(6408)、任意の吸着体(6409)、燃料電池システム(6410)、ガス供給ユニット(6411)(例えば、バルブ、質量流量コントローラー、逆止弁等)、ならびに給気ユニット(6412)(例えば、ファン、ブロワ、コンプレッサー等)が示されている。 FIG. 64B illustrates a schematic of a system configuration for processing ammonia during steady-state or post-start-up operation according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the stream produced by the ammonia reactor/reformer (6405) may be passed through a heat exchanger (6404) and fed at least in part to (i) one or more adsorbers (6408 and 6409) and a fuel cell system (6410), and/or (ii) one or more combustors in the ammonia reactor/reformer (6405). In some cases, the stream produced by the ammonia reactor/reformer (6405) may be passed through a heat exchanger (6404) and fed at least in part back to the ammonia reactor/reformer (6405). In some cases, capturing heat from the stream produced by the ammonia reactor/reformer (6405) and feeding it back to the ammonia reactor/reformer (6405) can improve ammonia conversion efficiency. In some cases, passing the stream produced by the ammonia reactor/reformer (6405) through a heat exchanger (6404) can improve ammonia conversion efficiency if the heat exchanger is used to heat the ammonia input to the ammonia reactor/reformer (6405). In some cases, the stream produced by the ammonia reactor/reformer (6405) can pass through a heat exchanger (6404), one or more adsorber (6408 and 6409), and a fuel cell system (6410) and be supplied to one or more combustors in the ammonia reactor/reformer (6405) as combustion fuel. In some cases, one or more air supply units (6412) supply air to one or more combustors in the ammonia reactor/reformer (6405) for the combustion reaction. In some cases, the stream produced by the ammonia reactor/reformer (6405) may pass through a heat exchanger (6404) after which the stream may be fed to one or more combustors in the ammonia reactor/reformer (6405) as combustion fuel. In some cases, the fuel cell system (6410) may consume hydrogen and produce useful electricity. In some cases, at least a portion of the ammonia reactor/reformer (6405) may be heated with an input of electricity. In some cases, the ammonia reactor/reformer (6405) may not be electrically heated. In some cases, the adsorber or adsorber may include a temperature sensor attached thereto, which may indicate and/or monitor the quality or capacity of the adsorber over time. Pressure sensor (P), temperature sensor (T), ammonia sensor (A), liquid fuel storage tank (6401), liquid fuel supply unit (6402) (e.g., valves, pumps, mass flow controllers, etc.), optional air cooling/heating heat exchanger (6403) (which may be connected to the fuel cell heat dissipation unit and/or the surroundings to evaporate the liquid fuel), heat exchanger (6404) (e.g., gas to gas, liquid to gas, liquid/gas two-phase to gas heat exchanger), and an Shown are a monia reactor/reformer (6405), an optional mass flow controller or mass flow meter (6406), a flow control unit (6407) (e.g., a 3-way valve, a valve, a back pressure regulator, etc.), an adsorber (6408), an optional adsorber (6409), a fuel cell system (6410), a gas supply unit (6411) (e.g., a valve, a mass flow controller, a check valve, etc.), and an air supply unit (6412) (e.g., a fan, a blower, a compressor, etc.).

場合によっては、システムは、一つまたは複数の燃焼排気流から亜酸化窒素(NO)を除去するための選択的触媒還元(SCR)システム(例えば、SCR触媒)をさらに備えてもよい。場合によっては、SCRシステムは、(例えば、NOを低減するための還元剤として使用するために)一つまたは複数のアンモニアタンクからアンモニアを受け取ることができる。場合によっては、SCRシステムは、一つまたは複数の尿素タンクから尿素を受容することができる。場合によっては、SCRシステムは、一つまたは複数の尿素と水の混合物タンクから尿素と水の混合物を受容することができる。場合によっては、SCRシステムは、一つまたは複数の尿素タンクおよび一つまたは複数の水タンクから尿素および水を受容することができる。 In some cases, the system may further include a selective catalytic reduction (SCR) system (e.g., an SCR catalyst) for removing nitrous oxides ( NOx ) from the one or more combustion exhaust streams. In some cases, the SCR system may receive ammonia from one or more ammonia tanks (e.g., for use as a reductant to reduce NOx ). In some cases, the SCR system may receive urea from one or more urea tanks. In some cases, the SCR system may receive a mixture of urea and water from one or more urea and water mixture tanks. In some cases, the SCR system may receive urea and water from one or more urea tanks and one or more water tanks.

図65は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動運転中にアンモニアを処理するためのシステム構成を概略的に示す。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6505)は、電気の入力で加熱される。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6505)によって作られる流れは、熱交換器(6504)および少なくとも一つの吸着体(6507)を通り抜け、燃焼燃料としてアンモニア反応器/改質器(6505)内の一つまたは複数の燃焼器に供給されることができる。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6505)によって作られる流れは、熱交換器(6504)を通り抜け、少なくとも部分的にアンモニア反応器/改質器(6505)に戻されて供給されてもよい。場合によっては、空冷熱交換器(6503)を使用して、アンモニアが熱交換器(6504)および/またはアンモニア反応器/改質器(6505)に供給される前に、アンモニアを蒸発させてもよい。場合によっては、一つまたは複数の給気ユニット(6512)は、燃焼反応のために、アンモニア反応器/改質器(6505)内の一つまたは複数の燃焼器に空気を供給することができる。圧力センサー(P)、温度センサー(T)、アンモニアセンサー(A)、液体燃料貯蔵タンク(6501)、液体燃料供給ユニット(6502)(例えば、バルブ、ポンプ、質量流量コントローラー等)、任意の空冷/加熱熱交換器(6503)(燃料電池放熱ユニットおよび/または周囲に連結して液体燃料を蒸発させる)、熱交換器(6504)(例えば、気体から気体へ、液体から気体へ、液体/気体の二相流からガス熱交換器へ)、アンモニア反応器/改質器(6505)、任意の質量流量コントローラーまたは質量流量計(6506)、吸着体(6507)、流量調整ユニット(6508)(例えば、3方弁、バルブ、背圧レギュレーター等)、任意の吸着体(6509)、燃料電池システム(6510)、ガス供給ユニット(6511)(例えば、バルブ、質量流量コントローラー、逆止弁等)、ならびに給気ユニット(6512)(例えば、ファン、ブロワ、コンプレッサー等)が示されている。 FIG. 65 illustrates a schematic of a system configuration for processing ammonia during start-up operation, according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the ammonia reactor/reformer (6505) is heated with an input of electricity. In some cases, the stream produced by the ammonia reactor/reformer (6505) can be passed through a heat exchanger (6504) and at least one adsorber (6507) and fed to one or more combustors in the ammonia reactor/reformer (6505) as a combustion fuel. In some cases, the stream produced by the ammonia reactor/reformer (6505) can be passed through a heat exchanger (6504) and fed at least partially back to the ammonia reactor/reformer (6505). In some cases, an air-cooled heat exchanger (6503) can be used to vaporize the ammonia before it is fed to the heat exchanger (6504) and/or the ammonia reactor/reformer (6505). In some cases, one or more air supply units (6512) may supply air to one or more combustors in the ammonia reactor/reformer (6505) for the combustion reaction. Pressure sensor (P), temperature sensor (T), ammonia sensor (A), liquid fuel storage tank (6501), liquid fuel supply unit (6502) (e.g., valves, pumps, mass flow controllers, etc.), optional air cooling/heating heat exchanger (6503) (connected to fuel cell heat dissipation unit and/or ambient to evaporate liquid fuel), heat exchanger (6504) (e.g., gas to gas, liquid to gas, liquid/gas two-phase flow to gas heat exchanger), ammonia reactor/reformer (6505), optional mass flow controller or mass flow meter (6506), adsorber (6507), flow regulation unit (6508) (e.g., 3-way valve, valve, back pressure regulator, etc.), optional adsorber (6509), fuel cell system (6510), gas supply unit (6511) (e.g., valves, mass flow controllers, check valves, etc.), and air supply unit (6512) (e.g., fan, blower, compressor, etc.).

図66は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、定常運転中または起動後の運転中にアンモニアを処理するためのシステム構成を概略的に示す 場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6605)によって作られる流れは、熱交換器(6604)を通り抜け、少なくとも部分的に(i)一つまたは複数の吸着体(6607および6609)、その後、(ii)燃料電池システム(6610)および/またはアンモニア反応器/改質器(6605)内の一つまたは複数の燃焼器に供給されてもよい。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6605)によって作られる流れは、熱交換器(6604)を通り抜け、少なくとも部分的にアンモニア反応器/改質器(6605)に戻されて供給されてもよい。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6605)によって作られる流れからの熱を捕捉してアンモニア反応器/改質器(6605)に戻すことは、アンモニア転化効率を向上させることができる。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6605)によって作られる流れを熱交換器(6604)に通すことは、熱交換器を使用してアンモニア反応器/改質器(6605)の投入されるアンモニアを加熱する場合、アンモニア転化効率を向上させることができる。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6605)によって作られる流れは、燃焼燃料としてアンモニア反応器/改質器(6605)内の一つまたは複数の燃焼器に供給されてもよい。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6605)によって作られる流れは、熱交換器(6604)、一つまたは複数の吸着体(6607および6609)、ならびに燃料電池システム(6610)を通り抜け、燃焼燃料としてアンモニア反応器/改質器(6605)内の一つまたは複数の燃焼器に供給されてもよい。場合によっては、一つまたは複数の給気ユニット(6612)は、燃焼反応のために、アンモニア反応器/改質器(6605)内の一つまたは複数の燃焼器に空気を供給してもよい。場合によっては、燃料電池システム(6610)は、水素を消費し、有用な電気を生成することができる。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6605)の少なくとも一部は、電気の入力で加熱されてもよい。場合によっては、アンモニア反応器/改質器(6605)は、電気的に加熱されない場合がある。圧力センサー(P)、温度センサー(T)、アンモニアセンサー(A)、液体燃料貯蔵タンク(6601)、液体燃料供給ユニット(6602)(例えば、バルブ、ポンプ、質量流量コントローラー等)、任意の空冷/加熱熱交換器(6603)(燃料電池放熱ユニットおよび/または周囲に連結して液体燃料を蒸発させる)、熱交換器(6604)(例えば、気体から気体へ、液体から気体へ、液体/気体の二相流からガス熱交換器へ)、アンモニア反応器/改質器(6605)、任意の質量流量コントローラーまたは質量流量計(6606)、吸着体(6607)、流量調整ユニット(6608)(例えば、3方弁、バルブ、背圧レギュレーター等)、任意の吸着体(6609)、燃料電池システム(6610)、ガス供給ユニット(6611)(例えば、バルブ、質量流量コントローラー、逆止弁等)、ならびに給気ユニット(6612)(例えば、ファン、ブロワ、コンプレッサー等)が示される。 FIG. 66 illustrates a schematic of a system configuration for processing ammonia during steady-state or post-start-up operation according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the stream produced by the ammonia reactor/reformer (6605) may be passed through a heat exchanger (6604) and at least partially fed to (i) one or more adsorbers (6607 and 6609) and then (ii) one or more combustors in the fuel cell system (6610) and/or the ammonia reactor/reformer (6605). In some cases, the stream produced by the ammonia reactor/reformer (6605) may be passed through a heat exchanger (6604) and at least partially fed back to the ammonia reactor/reformer (6605). In some cases, capturing heat from the stream produced by the ammonia reactor/reformer (6605) and feeding it back to the ammonia reactor/reformer (6605) can improve ammonia conversion efficiency. In some cases, passing the stream produced by the ammonia reactor/reformer (6605) through a heat exchanger (6604) can improve ammonia conversion efficiency if a heat exchanger is used to heat the ammonia input to the ammonia reactor/reformer (6605). In some cases, the stream produced by the ammonia reactor/reformer (6605) may be fed to one or more combustors in the ammonia reactor/reformer (6605) as a combustion fuel. In some cases, the stream produced by the ammonia reactor/reformer (6605) may pass through a heat exchanger (6604), one or more adsorber (6607 and 6609), and a fuel cell system (6610) and be fed to one or more combustors in the ammonia reactor/reformer (6605) as a combustion fuel. In some cases, one or more air supply units (6612) may feed air to one or more combustors in the ammonia reactor/reformer (6605) for the combustion reaction. In some cases, the fuel cell system (6610) can consume hydrogen and produce useful electricity. In some cases, at least a portion of the ammonia reactor/reformer (6605) may be heated with an input of electricity. In some cases, the ammonia reactor/reformer (6605) may not be electrically heated. Pressure sensor (P), temperature sensor (T), ammonia sensor (A), liquid fuel storage tank (6601), liquid fuel supply unit (6602) (e.g., valves, pumps, mass flow controllers, etc.), optional air cooling/heating heat exchanger (6603) (connected to fuel cell heat sink unit and/or ambient to evaporate liquid fuel), heat exchanger (6604) (e.g., gas to gas, liquid to gas, liquid/gas two-phase flow to gas heat exchanger), ammonia reactor/reformer (6605), optional mass flow controller or mass flow meter (6606), adsorber (6607), flow regulation unit (6608) (e.g., 3-way valve, valve, back pressure regulator, etc.), optional adsorber (6609), fuel cell system (6610), gas supply unit (6611) (e.g., valves, mass flow controllers, check valves, etc.), and air supply unit (6612) (e.g., fan, blower, compressor, etc.).

図67は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、システム反応器および/またはホットボックス構成の例を概略的に示す。一つまたは複数の燃焼反応器および一つまたは複数の電気反応器は、アンモニア改質のために構成されてもよい。場合によっては、アンモニア流(6701)は、アンモニア流(6701)が燃焼反応器からの熱によって予熱されるように、燃焼反応器と同心の導管を通り抜けることができる。図67に示す構成では、アンモニア流(6701)は、燃焼反応の反応物質および生成物に平行に(例えば、同じ方向に沿って)流れてもよく、熱は、導管の壁を横切って(燃焼反応の反応物質および生成物から)アンモニア流(6701)に伝達される。場合によっては、予熱されたアンモニア(6702)は、アンモニア改質のために電気反応器に入ることができる。そして、場合によっては、(例えば、モル分率で50%以上のH/Nおよび50%以下のNHを含む)出口流(6703)は、電気反応器から出て、さらなるアンモニア改質のために燃焼反応器に入ることができる。場合によっては、(例えば、モル分率で98%以上のH/Nおよび2%以下のNHを含む)出口流(6704)は、燃焼反応器を出て、熱交換器に入り、燃焼反応器および電気反応器に投入されるアンモニア流(6701)を加熱することができる。場合によっては、電気反応器からの出口流(6703)は、出口流(6703)が領域に隣接する燃焼反応器内でさらに改質されるように、燃焼反応器の領域に近接する燃焼反応器に入ることができる。場合によっては、燃焼反応器の領域は、(燃焼反応器の別の領域と比較して)アンモニアと燃焼ガスとの間で比較的低い熱勾配を含むことができる。場合によっては、燃焼反応器の領域は、燃焼反応器の別の領域と比較して、燃焼して熱を発生させるための比較的少量の燃焼ガスを含んでもよい。電気反応器(「E反応器」)、電気反応器内に少なくとも部分的に埋め込まれた電気ヒーター(E_1)、燃焼反応器(「C反応器」)、燃焼反応器内に少なくとも部分的に埋め込まれた燃焼ヒーター(C_1)、燃焼器を通して予熱するアンモニアのイン6701、予熱されたアンモニアの燃焼器アウト/E反応器イン(6702)、E反応器アウト/C反応器イン(6703)、C反応器アウト(6704)、水素を含む燃焼燃料(6705)、空気イン(6706)、および燃焼排ガス(6707)、電気反応器内の一つまたは複数の触媒、ならびに燃焼反応器内の一つまたは複数の触媒が示されている。電気反応器内の一つまたは複数の触媒は、燃焼反応器内の一つまたは複数の触媒と同一でも異なっていてもよい。フロー図中の反応器の入口ポートおよび出口ポートの位置は、様々な設計のために変更される場合がある。場合によっては、入口ポートおよび出口ポートの両方は、長さに沿って、反応器上の同様の位置に、または反応器上の反対の位置に配置されてもよい。 FIG. 67 illustrates a schematic of an example of a system reactor and/or hot box configuration according to one or more embodiments of the present disclosure. One or more combustion reactors and one or more electric reactors may be configured for ammonia reforming. In some cases, the ammonia stream (6701) may pass through a conduit concentric with the combustion reactor such that the ammonia stream (6701) is preheated by heat from the combustion reactor. In the configuration illustrated in FIG. 67, the ammonia stream (6701) may flow parallel (e.g., along the same direction) to the reactants and products of the combustion reaction, and heat is transferred (from the reactants and products of the combustion reaction) across the walls of the conduit to the ammonia stream (6701). In some cases, the preheated ammonia (6702) may enter the electric reactor for ammonia reforming. And in some cases, an outlet stream (6703) (e.g., comprising 50% or more H2 / N2 and 50% or less NH3 by mole fraction) may exit the electric reactor and enter the combustion reactor for further ammonia reforming. In some cases, the outlet stream (6704) (e.g., containing 98% or more H2 / N2 and 2% or less NH3 by mole fraction) can leave the combustion reactor and enter a heat exchanger to heat the ammonia stream (6701) that is fed to the combustion reactor and the electric reactor. In some cases, the outlet stream (6703) from the electric reactor can enter a combustion reactor adjacent to a region of the combustion reactor such that the outlet stream (6703) is further reformed in the combustion reactor adjacent the region. In some cases, the region of the combustion reactor can include a relatively low thermal gradient between the ammonia and the combustion gases (compared to another region of the combustion reactor). In some cases, the region of the combustion reactor can include a relatively small amount of combustion gases to be combusted to generate heat compared to another region of the combustion reactor. Shown are an electric reactor ("E reactor"), an electric heater (E_1) at least partially embedded in the electric reactor, a combustion reactor ("C reactor"), a combustion heater (C_1) at least partially embedded in the combustion reactor, ammonia in preheating through the combustor 6701, preheated ammonia out combustor/E reactor in (6702), E reactor out/C reactor in (6703), C reactor out (6704), combustion fuel including hydrogen (6705), air in (6706), and flue gas (6707), one or more catalysts in the electric reactor, and one or more catalysts in the combustion reactor. The one or more catalysts in the electric reactor may be the same or different than the one or more catalysts in the combustion reactor. The location of the inlet and outlet ports of the reactors in the flow diagram may be changed for various designs. In some cases, both the inlet and outlet ports may be located in similar positions on the reactor along the length or in opposite positions on the reactor.

図68は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、システム反応器および/またはホットボックス構成の例を概略的に示す。場合によっては、一つまたは複数の燃焼反応器および一つまたは複数の電気反応器は、アンモニア改質のために構成されてもよい。場合によっては、アンモニア流(6801)は、アンモニア流(6801)が燃焼反応器からの熱エネルギーを用いて予熱されるように、燃焼反応器と同心の導管を通り抜けることができる。図68に示す構成では、アンモニア流(6801)は、燃焼反応の反応物質および生成物に対向して(例えば、反対方向に)流れてもよく、熱は導管の壁を横切って(燃焼反応の反応物質および生成物から)アンモニア流(6801)に伝達されてもよい。場合によっては、予熱されたアンモニア(6802)は、アンモニア改質のために電気反応器に入ってもよい。そして、場合によっては、(例えば、モル分率で50%以上のH/Nおよび50%以下のNHを含む)出口流(6803)は、電気反応器から出て、さらなるアンモニア改質のために燃焼反応器に入る場合がある。そして、場合によっては、(例えば、モル分率で98%以上のH/Nおよび2%以下のNHを含む)出口流(6804)は燃焼反応器を出て、熱交換器に入り、燃焼反応器および電気反応器に投入されるアンモニア流(6801)を加熱する。場合によっては、アンモニアは、燃焼反応器および電気反応器によって順に加熱された後、熱交換器を通って流れ、燃焼反応器および電気反応器に投入されるアンモニア流(6801)を加熱することができる。場合によっては、電気反応器からの出口流(6803)は、燃焼反応器の領域近傍を通って流れ、燃焼反応器内でさらに改質されることができる。場合によっては、電気反応器からのアンモニア排出は、燃焼反応器の入口部分(6803近傍)を通って流れ、入口部分から離れた点(6804近傍)で出ることができる。電気反応器(「E反応器」)、電気反応器内に少なくとも部分的に埋め込まれた電気ヒーター(E_1)、燃焼反応器(「C反応器」、(C_1))、燃焼反応器内に少なくとも部分的に埋め込まれた燃焼ヒーター(C_1)、燃焼器を通して予熱するアンモニアイン(6801)、燃焼器を通って予熱されたアンモニアアウト/E反応器イン(6802)、E反応器アウト/C反応器イン(6803)、C反応器アウト(6804)、水素を含む燃焼燃料(6805)、空気イン(6806)、燃焼排ガス(6807)、電気反応器内の一つまたは複数の触媒、および燃焼反応器内の一つまたは複数の触媒が示されている。電気反応器内の一つまたは複数の触媒は、燃焼反応器内の一つまたは複数の触媒と同一でも異なっていてもよい。フロー図中の反応器の入口ポートおよび出口ポートの位置は、様々な設計のために変更される場合がある。場合によっては、入口ポートおよび出口ポートの両方は、長さに沿って、反応器上の同様の位置に、または反応器上の反対の位置に配置されてもよい。 FIG. 68 illustrates a schematic of an example of a system reactor and/or hot box configuration according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the combustion reactor(s) and the electric reactor(s) may be configured for ammonia reforming. In some cases, the ammonia stream (6801) may pass through a conduit concentric with the combustion reactor such that the ammonia stream (6801) is preheated using thermal energy from the combustion reactor. In the configuration illustrated in FIG. 68, the ammonia stream (6801) may flow counter to (e.g., in the opposite direction) the reactants and products of the combustion reaction, and heat may be transferred (from the reactants and products of the combustion reaction) across the walls of the conduit to the ammonia stream (6801). In some cases, the preheated ammonia (6802) may enter the electric reactor for ammonia reforming. And in some cases, an outlet stream (6803) (e.g., comprising 50% or more H2 / N2 and 50% or less NH3 by mole fraction) may exit the electric reactor and enter the combustion reactor for further ammonia reforming. And optionally, the outlet stream (6804) (e.g., containing 98% or more H2 / N2 and 2 % or less NH3 by mole fraction) leaves the combustion reactor and enters a heat exchanger to heat the ammonia stream (6801) that is fed to the combustion reactor and the electric reactor. In some cases, the ammonia can be heated in turn by the combustion reactor and the electric reactor, and then flow through a heat exchanger to heat the ammonia stream (6801) that is fed to the combustion reactor and the electric reactor. In some cases, the outlet stream (6803) from the electric reactor can flow through a region adjacent to the combustion reactor and be further reformed in the combustion reactor. In some cases, the ammonia exhaust from the electric reactor can flow through an inlet portion of the combustion reactor (near 6803) and exit at a point away from the inlet portion (near 6804). Shown are an electric reactor ("E reactor"), an electric heater (E_1) at least partially embedded in the electric reactor, a combustion reactor ("C reactor", (C_1)), a combustion heater (C_1) at least partially embedded in the combustion reactor, ammonia in preheating through combustor (6801), ammonia out preheating through combustor/E reactor in (6802), E reactor out/C reactor in (6803), C reactor out (6804), combustion fuel including hydrogen (6805), air in (6806), combustion exhaust gas (6807), one or more catalysts in the electric reactor, and one or more catalysts in the combustion reactor. The one or more catalysts in the electric reactor may be the same or different than the one or more catalysts in the combustion reactor. The location of the inlet and outlet ports of the reactors in the flow diagram may be changed for various designs. In some cases, both the inlet and outlet ports may be located in similar positions on the reactor along the length or in opposite positions on the reactor.

図69は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、システム反応器および/またはホットボックス構成の例を概略的に示す。一つまたは複数の燃焼反応器および一つまたは複数の電気反応器は、アンモニア改質のために構成されてもよい。場合によっては、アンモニア流(6901)は、アンモニア流(6901)が燃焼反応器からの熱エネルギーを用いて予熱されるように、燃焼反応器と同心の導管を通り抜けることができる。図69に示す構成では、アンモニア流(6901)は、燃焼反応の反応物質および生成物に対向して(例えば、反対方向に)流れてもよく、熱は導管の壁を横切って(燃焼反応の反応物質および生成物から)アンモニア流(6901)に伝達されてもよい。場合によっては、予熱されたアンモニア(6902)は、アンモニア改質のために燃焼反応器に入る。そして、場合によっては、(例えば、モル分率で50%以上のH/Nおよび50%以下のNHを含む)出口流(6903)は、燃焼反応器から出て、さらなるアンモニア改質のために電気反応器に入る場合がある。そして、場合によっては、(例えば、モル分率で98%以上のH/Nおよび2%以下のNHを含む)出口流(6904)は電気反応器を出て、熱交換器に入り、燃焼反応器および電気反応器に投入されるアンモニア流(6901)を加熱する。場合によっては、燃焼反応器からのアンモニア排出は、燃焼反応器の別の部分と比較して比較的低温の燃焼反応器の一部に再循環されて(6902)されて、比較的低温の部分を加熱することができる。場合によっては、比較的低温の部分は、アンモニアが燃焼反応器の燃焼ガスと最初に接触する場所の近傍である可能性がある。場合によっては、燃焼反応器(6903)を通って再循環した後の燃焼反応器からのアンモニア排出は、熱交換器に投入される前に、電気反応器によってさらに加熱されてもよい。電気反応器(E反応器)、電気反応器内に少なくとも部分的に埋め込まれた電気ヒーター(E_1)、燃焼反応器(C反応器)、燃焼反応器内に少なくとも部分的に埋め込まれた燃焼ヒーター(C_1)、燃焼器を通して予熱するアンモニアイン(6901)、燃焼器を通って予熱されたアンモニアアウト/C反応器イン(6902)、C反応器アウト/E反応器イン(6903)、E反応器アウト(6904)、水素を含む燃焼燃料(6905)、空気イン(6906)、燃焼排ガス(6907)、電気反応器内の一つまたは複数の触媒、および燃焼反応器内の一つまたは複数の触媒、が示されている。電気反応器内の一つまたは複数の触媒は、燃焼反応器内の一つまたは複数の触媒と同一でも異なっていてもよい。フロー図中の反応器の入口ポートおよび出口ポートの位置は、様々な設計のために変更される場合がある。場合によっては、入口ポートおよび出口ポートの両方は、長さに沿って、反応器上の同様の位置に、または反応器上の反対の位置に配置されてもよい。 FIG. 69 illustrates a schematic of an example of a system reactor and/or hot box configuration according to one or more embodiments of the present disclosure. One or more combustion reactors and one or more electric reactors may be configured for ammonia reforming. In some cases, the ammonia stream (6901) may pass through a conduit concentric with the combustion reactor such that the ammonia stream (6901) is preheated using thermal energy from the combustion reactor. In the configuration illustrated in FIG. 69, the ammonia stream (6901) may flow counter to (e.g., in the opposite direction) the reactants and products of the combustion reaction, and heat may be transferred (from the reactants and products of the combustion reaction) across the walls of the conduit to the ammonia stream (6901). In some cases, the preheated ammonia (6902) enters the combustion reactor for ammonia reforming. And in some cases, an outlet stream (6903) (e.g., comprising 50% or more H2 / N2 and 50% or less NH3 by mole fraction) may exit the combustion reactor and enter the electric reactor for further ammonia reforming. And optionally, the outlet stream (6904) (e.g., containing 98% or more H2 / N2 and 2% or less NH3 by mole fraction) leaves the electric reactor and enters a heat exchanger to heat the ammonia stream (6901) that is fed to the combustion reactor and the electric reactor. In some cases, the ammonia exhaust from the combustion reactor can be recycled (6902) to a portion of the combustion reactor that is relatively cooler compared to another portion of the combustion reactor to heat the relatively cooler portion. In some cases, the relatively cooler portion can be near where the ammonia first comes into contact with the combustion reactor combustion gases. In some cases, the ammonia exhaust from the combustion reactor after being recycled through the combustion reactor (6903) can be further heated by the electric reactor before being fed to the heat exchanger. Shown are an electric reactor (E reactor), an electric heater (E_1) at least partially embedded in the electric reactor, a combustion reactor (C reactor), a combustion heater (C_1) at least partially embedded in the combustion reactor, ammonia in preheating through combustor (6901), ammonia out preheating through combustor/C reactor in (6902), C reactor out/E reactor in (6903), E reactor out (6904), combustion fuel including hydrogen (6905), air in (6906), combustion exhaust gas (6907), one or more catalysts in the electric reactor, and one or more catalysts in the combustion reactor. The one or more catalysts in the electric reactor may be the same or different from the one or more catalysts in the combustion reactor. The location of the inlet and outlet ports of the reactors in the flow diagram may be changed for various designs. In some cases, both the inlet and outlet ports may be located in a similar position on the reactor along the length or in opposite positions on the reactor.

図70は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動運転中のシステム反応器および/またはホットボックス構成の例を概略的に示す。場合によっては、燃焼反応器、電気反応器、またはその両方からの水素および/または窒素を含む排出流は熱交換器を通って流れ、燃焼反応器内の燃焼燃料として使用されてもよい。液体、液体/気体の二相、または気体のアンモニア(7001)が示される。アンモニアガス(7002)、水素、窒素、およびアンモニアを含む生成ガス(7003)、冷却された生成ガス(7004)、水素および窒素を含む燃焼燃料ガス(7005)、空気(7006)、燃焼排ガス(7007)、およびC/E反応器モジュールへの電気(7008)が示されている。 Figure 70 illustrates a schematic of an example of a system reactor and/or hot box configuration during start-up operation, according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, exhaust streams containing hydrogen and/or nitrogen from the combustion reactor, the electric reactor, or both may flow through a heat exchanger and be used as combustion fuel in the combustion reactor. Liquid, liquid/gas two-phase, or gaseous ammonia (7001) is shown. Ammonia gas (7002), product gas containing hydrogen, nitrogen, and ammonia (7003), cooled product gas (7004), combustion fuel gas containing hydrogen and nitrogen (7005), air (7006), flue gas (7007), and electricity (7008) to the C/E reactor module are shown.

図71は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動中のシステム反応器および/またはホットボックス構成の例を概略的に示す。場合によっては、燃焼反応器、電気反応器、またはその両方からの水素および/または窒素を含む排出流は、熱交換器、その後吸着体を通って流れ、燃焼反応器内の燃焼燃料として使用されることができる。図71に示す例では、吸着体は、排出流(7104)から微量のアンモニア(例えば、体積で10,000ppm)を除去して、C-/E-反応器モジュール(7108)内へ投入される濾過流(7105)の燃焼特性を改善することができる。液体、液体/気体の二相、または気体のアンモニア(7101)、アンモニアガス(7102)、水素、窒素、およびアンモニアを含む生成ガス(7103)、冷却された生成ガス(7104)、水素および窒素を含む濾過された燃焼燃料ガス(7105)、空気(7106)、燃焼排ガス(7107)、C/E反応器モジュールへの電気(7108)が示されている。 Figure 71 illustrates a schematic of an example of a system reactor and/or hot box configuration during start-up according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the exhaust stream containing hydrogen and/or nitrogen from the combustion reactor, the electric reactor, or both can flow through a heat exchanger and then an adsorber to be used as a combustion fuel in the combustion reactor. In the example shown in Figure 71, the adsorber can remove trace amounts of ammonia (e.g., 10,000 ppm by volume) from the exhaust stream (7104) to improve the combustion characteristics of the filtered stream (7105) input into the C-/E-reactor module (7108). Liquid, liquid/gas two-phase, or gaseous ammonia (7101), ammonia gas (7102), product gas containing hydrogen, nitrogen, and ammonia (7103), cooled product gas (7104), filtered combustion fuel gas containing hydrogen and nitrogen (7105), air (7106), flue gas (7107), and electricity (7108) to the C/E reactor module are shown.

図72は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、定常運転中または起動後の運転中のシステム反応器および/またはホットボックス構成の例を概略的に示す。場合によっては、燃焼反応器、電気反応器、またはその両方からの水素および窒素を含む排出流(7203)は、熱交換器、そして吸着体を通って流れてもよい。(燃料電池によって使用されない水素、および/または窒素を含む)燃料電池の排出流(7206)は、燃焼反応器の燃焼燃料として使用されてもよい。場合によっては、燃料電池の排出流(7206)は、燃焼反応器、電気反応器、またはその両方からの排出流(7203)からの水素の約10~40%を含んでもよい。場合によっては、燃料電池の排出流(7206)は、燃焼反応器、電気反応器、またはその両方からの排出流(7203)からの水素の約5~50%を含んでもよい。場合によっては、燃料電池の排出流(7206)は、燃焼反応器、電気反応器、またはその両方からの排出流(7203)からの水素の約1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、または100%を含むことができる。液体、液体/気体の二相、または気体のアンモニア(7201)、アンモニアガス(7202)、水素、窒素、およびアンモニアを含む生成ガス(7203)、冷却された生成ガス(7204)、濾過された生成ガス(7205)、燃料電池からの未転化水素および窒素を含む燃焼燃料ガス(7206)、空気(7207)、燃焼排ガス(7208)、C/E反応器モジュールへの任意の電気(7209)、燃料電池からの電気出力(7210)が示されている。 FIG. 72 illustrates a schematic of an example of a system reactor and/or hot box configuration during steady-state or post-startup operation according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the exhaust stream (7203) containing hydrogen and nitrogen from the combustion reactor, the electric reactor, or both may flow through a heat exchanger and then an adsorber. The fuel cell exhaust stream (7206) (containing hydrogen and/or nitrogen not used by the fuel cell) may be used as a combustion fuel for the combustion reactor. In some cases, the fuel cell exhaust stream (7206) may include about 10-40% of the hydrogen from the exhaust stream (7203) from the combustion reactor, the electric reactor, or both. In some cases, the fuel cell exhaust stream (7206) may include about 5-50% of the hydrogen from the exhaust stream (7203) from the combustion reactor, the electric reactor, or both. In some cases, the fuel cell exhaust stream (7206) may contain about 1, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, or 100% of the hydrogen from the exhaust stream (7203) from the combustion reactor, the electric reactor, or both. Shown are liquid, liquid/gas two-phase, or gaseous ammonia (7201), ammonia gas (7202), product gas (7203) containing hydrogen, nitrogen, and ammonia, cooled product gas (7204), filtered product gas (7205), combustion fuel gas (7206) containing unconverted hydrogen and nitrogen from the fuel cell, air (7207), flue gas (7208), optional electricity (7209) to the C/E reactor module, and electrical output (7210) from the fuel cell.

図73は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、定常運転中または起動後の運転中のシステム反応器および/またはホットボックス構成の例を概略的に示す。場合によっては、燃焼反応器、電気反応器、またはその両方からの水素および窒素を含む排出流(7303)は、熱交換器、そして吸着体、次に水素分離ユニット(例えば、圧力スイング吸着[PSA]システムまたは膜分離システム)を通って流れてもよい。場合によっては、精製された水素を含む水素分離ユニットからの生成物流(7306)は、燃料電池に投入されることができる。場合によっては、水素および窒素を含む水素分離ユニットからの出口流または排出流(7307)は、燃焼反応器の燃焼燃料として使用されてもよい。場合によっては、水素分離ユニットの出口流または排出流(7307)は、燃焼反応器、電気反応器、またはその両方からの排出流(7303)からの水素の約10~40%を含んでもよい。場合によっては、水素分離ユニットの出口流または排出流(7307)は、燃焼反応器、電気反応器、またはその両方からの排出流(7303)からの水素の約5~50%を含んでもよい。場合によっては、水素分離ユニットの出口流または排出流(7307)は、燃焼反応器、電気反応器、またはその両方からの排出流(7303)からの水素の約0、1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、または100%を含んでもよい。液体、液体/ガス二相、または気体アンモニア(7301)、アンモニアガス(7302)、水素、窒素、およびアンモニアを含む生成ガス(7303)、冷却された生成ガス(7304)、濾過された生成ガス(7305)、主に水素を含む濾過された生成ガス(7306)、水素および窒素を含む水素分離ユニット排出流(7307)、空気(7308)、燃焼排ガス(7309)、燃焼器/電気反応器モジュールへの任意の電気(7310)、ならびに燃料電池からの電気出力(7311)が示されている。 FIG. 73 illustrates an example of a system reactor and/or hot box configuration during steady-state or post-startup operation according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the exhaust stream (7303) containing hydrogen and nitrogen from the combustion reactor, the electric reactor, or both may flow through a heat exchanger, then an adsorber, and then a hydrogen separation unit (e.g., a pressure swing adsorption [PSA] system or a membrane separation system). In some cases, the product stream (7306) from the hydrogen separation unit containing purified hydrogen can be input to a fuel cell. In some cases, the outlet or exhaust stream (7307) from the hydrogen separation unit containing hydrogen and nitrogen may be used as a combustion fuel for the combustion reactor. In some cases, the outlet or exhaust stream (7307) of the hydrogen separation unit may contain about 10-40% of the hydrogen from the exhaust stream (7303) from the combustion reactor, the electric reactor, or both. In some cases, the outlet or exhaust stream (7307) of the hydrogen separation unit may comprise about 5-50% of the hydrogen from the exhaust stream (7303) from the combustion reactor, the electric reactor, or both. In some cases, the outlet or exhaust stream (7307) of the hydrogen separation unit may comprise about 0, 1, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, or 100% of the hydrogen from the exhaust stream (7303) from the combustion reactor, the electric reactor, or both. Shown are liquid, liquid/gas two-phase, or gaseous ammonia (7301), ammonia gas (7302), product gas containing hydrogen, nitrogen, and ammonia (7303), cooled product gas (7304), filtered product gas (7305), filtered product gas containing primarily hydrogen (7306), hydrogen separation unit effluent stream containing hydrogen and nitrogen (7307), air (7308), flue gas (7309), optional electricity to the combustor/electrical reactor module (7310), and electrical output from the fuel cell (7311).

図83は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動方法の流れ図を示す。場合によっては、起動方法は、(1)電気反応器を電気反応器目標温度に加熱すること、(2)アンモニアを電気反応器に投入し、電気反応器でアンモニアを改質すること、(3)電気反応器出口流の少なくとも一部を空気で燃焼させて、燃焼反応器を加熱すること、(4)必要に応じて、電気反応器を停止させること、および/または(5)アンモニア流量を少なくとも所定の流量に増加させること、を含むことができる。場合によっては、工程(1)および(2)は、順に、または並行して実施されてもよい。場合によっては、工程(1)~(5)における少なくとも二つの工程は、順に、または並行して行われてもよい。状態(5)に到達し、自立型自己熱改質が維持されると(すなわち、定常状態条件)、アンモニア流量は、自己熱改質を維持しながら、動作要件(例えば、燃料電池の出力電力、反応器温度、燃焼器温度、反応器圧力、アンモニア流量等)に応じて、所定の速度を超えてさらに増加される可能性がある。工程(4)は、燃焼反応器温度およびアンモニア転化効率に応じて、実行されてもよく、または実行されなくてもよい。電気反応器は、温度分布のバランスを取るために使用されてもよい。場合によっては、燃料電池の効率が高い場合、電力も加熱電力の主な供給源として使用されることができる。 83 illustrates a flow diagram of a start-up method according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the start-up method may include (1) heating the electric reactor to an electric reactor target temperature, (2) feeding ammonia to the electric reactor and reforming the ammonia in the electric reactor, (3) combusting at least a portion of the electric reactor outlet stream with air to heat the combustion reactor, (4) shutting down the electric reactor, if necessary, and/or (5) increasing the ammonia flow rate to at least a predetermined rate. In some cases, steps (1) and (2) may be performed in sequence or in parallel. In some cases, at least two steps in steps (1)-(5) may be performed in sequence or in parallel. Once state (5) is reached and self-sustaining autothermal reforming is maintained (i.e., steady-state condition), the ammonia flow rate may be further increased above a predetermined rate while maintaining autothermal reforming, depending on the operating requirements (e.g., fuel cell output power, reactor temperature, combustor temperature, reactor pressure, ammonia flow rate, etc.). Step (4) may or may not be performed depending on the combustion reactor temperature and ammonia conversion efficiency. An electric reactor may be used to balance the temperature distribution. In some cases, if the efficiency of the fuel cell is high, electricity can also be used as the main source of heating power.

図84は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動方法の流れ図を示す。場合によっては、起動方法は以下を含む。(1)電気反応器を少なくとも電気反応器目標温度に加熱すること、(2)少なくとも初期目標流量を有するアンモニアを電気反応器に投入すること、(3)(i)空気および(ii)電気反応器からの出口流の少なくともごく一部を燃焼反応器へ投入することと、(4)燃焼反応器で点火し、燃焼反応器内への空気の流量を調整すること、(5)燃焼反応器を少なくとも第一の目標燃焼反応器温度に加熱すること、(6)電気反応器を停止させること、(7)コントローラーを使用して、アンモニア流量を少なくとも第二の目標流量まで段階的に増加させ、同時に燃焼反応器の空気流量を制御して増加させて、少なくとも第二の目標燃焼反応器温度を維持すること。場合によっては、第二の目標燃焼反応器温度は、第一の目標燃焼反応器温度と同一でも異なっていてもよく、(8)燃焼反応器からの出口流の少なくとも一部を燃料電池へ投入すること、(9)燃焼反応器からの出口流を反応させて、燃料電池内で電力を生成すること、(10)燃料電池からの出口流の少なくとも一部を燃焼反応器へ投入すること、(11)燃焼反応器の空気流量を調整して、少なくとも第三の目標燃焼反応器温度を維持すること。場合によっては、第三の目標燃焼反応器温度は、第一の目標燃焼反応器温度または第二の目標燃焼反応器温度と同一でも異なっていてもよく、(12)アンモニア流量を少なくとも第三の目標流量に調整し(例えば、アンモニア流量を微調整または減少/増加させることによって)、および/ならびに燃焼反応器の空気流量を調整して、少なくとも第四の目標燃焼反応器温度を維持すること。場合によっては、第四の標的燃焼反応器温度は、第一の標的燃焼反応器温度、第二の標的燃焼反応器温度、もしくは第三の標的燃焼反応器温度と同一でも異なっていてもよく、および/または(13)所定の初期運転条件(すなわち、定常状態条件)を達成すること。場合によっては、工程(1)~(13)における少なくとも二つの工程は、順番に、または並行して行われてもよい。場合によっては、起動プロセスは、工程(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)、(12)、またはそれらの組み合わせなしに行われてもよい。燃焼反応器の流出流は、吸着体および熱交換器を通り抜け、未転化アンモニアを除去し、燃料電池に入る前に熱を冷却および/または回収することができる。工程(6)は、燃焼反応器温度が所定の閾値温度を上回る限り、フローチャートの任意の場所で実行されてもよい。工程(6)は、燃焼反応器温度が所定の閾値温度を下回る場合、実行されなくてもよい。工程(9)は、工程(8)の後のどこでも実行されることができる。 84 illustrates a flow diagram of a start-up method according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the start-up method includes: (1) heating the electric reactor to at least an electric reactor target temperature; (2) dosing the electric reactor with ammonia having at least an initial target flow rate; (3) dosing at least a small portion of (i) air and (ii) the outlet flow from the electric reactor to the combustion reactor; (4) igniting the combustion reactor and adjusting the flow rate of air into the combustion reactor; (5) heating the combustion reactor to at least a first target combustion reactor temperature; (6) shutting down the electric reactor; and (7) using a controller, incrementally increasing the ammonia flow rate to at least a second target flow rate and simultaneously controlling and increasing the air flow rate of the combustion reactor to maintain at least the second target combustion reactor temperature. In some cases, the second target combustion reactor temperature may be the same as or different from the first target combustion reactor temperature, (8) inputting at least a portion of the outlet stream from the combustion reactor into a fuel cell, (9) reacting the outlet stream from the combustion reactor to generate power in the fuel cell, (10) inputting at least a portion of the outlet stream from the fuel cell into the combustion reactor, (11) adjusting the combustion reactor air flow rate to maintain at least a third target combustion reactor temperature. In some cases, the third target combustion reactor temperature may be the same as or different from the first target combustion reactor temperature or the second target combustion reactor temperature, and (12) adjusting the ammonia flow rate to at least a third target flow rate (e.g., by tweaking or decreasing/increasing the ammonia flow rate) and/or adjusting the combustion reactor air flow rate to maintain at least a fourth target combustion reactor temperature. In some cases, the fourth target combustion reactor temperature may be the same or different from the first target combustion reactor temperature, the second target combustion reactor temperature, or the third target combustion reactor temperature; and/or (13) achieving a predetermined initial operating condition (i.e., a steady-state condition). In some cases, at least two steps in steps (1)-(13) may be performed in sequence or in parallel. In some cases, the start-up process may be performed without steps (1), (2), (3), (4), (5), (6), (7), (8), (9), (10), (11), (12), or a combination thereof. The combustion reactor effluent stream may be passed through an adsorber and a heat exchanger to remove unconverted ammonia and to cool and/or recover heat before entering the fuel cell. Step (6) may be performed anywhere in the flow chart as long as the combustion reactor temperature is above a predetermined threshold temperature. Step (6) may not be performed if the combustion reactor temperature is below a predetermined threshold temperature. Step (9) may be performed anywhere after step (8).

図85は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動方法の流れ図を示す。場合によっては、起動方法は以下を含む。(1)電気反応器を少なくとも電気反応器の目標温度に加熱すること、(2)少なくとも初期目標流量を有するアンモニアを電気反応器内に投入すること、(3)電気反応器からの出口流を燃料電池に投入すること、(4)(i)空気および(ii)燃料電池からの出口流を燃焼反応器へ投入して、燃焼反応器内の出口流および空気に点火すること、(5)電気反応器および/または燃焼反応器からの出口流内の水素を反応させて、燃料電池から電力を生成すること、(6)燃焼反応器を少なくとも第一の燃焼反応器目標温度に加熱すること、(7)電気反応器を停止させること、(8)コントローラーを使用して、アンモニア流量を少なくとも第二の目標流量まで段階的に増加させ、同時に空気の流量を制御して(例えば、増加させて)少なくとも第二の目標燃焼反応器温度を維持すること。場合によっては、第二の目標燃焼反応器温度は、第一の目標燃焼反応器温度と同一でも異なっていてもよく、(9)少なくとも第三の目標燃焼反応器温度を維持するために空気の流量を調整すること。場合によっては、第三の目標燃焼反応器温度は、第一の目標燃焼反応器温度または第二の目標燃焼反応器温度と同一でも異なっていてもよく、(10)(例えば、アンモニア流量を微調整または減少/増加させることにより)アンモニアの流量を少なくとも第二の目標流量に調整し、燃焼反応器への空気の流量を調整して、少なくとも第四の燃焼反応器温度を維持すること。場合によっては、第四の目標燃焼反応器温度は、第一の目標燃焼反応器温度、第二の目標燃焼反応器温度、もしくは第三の目標燃焼反応器温度と同一でも異なっていてもよく、および/または(13)所定の初期運転条件を達成すること。場合によっては、工程(1)~(13)における少なくとも二つの工程は、順番に、または並行して行われてもよい。場合によっては、起動プロセスは、工程(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)、(12)、またはそれらの組み合わせなしに行われてもよい。反応器の出口流は、吸着体および熱交換器を通り抜けて未転化アンモニアを除去し、燃料電池に入る前に熱を冷却および/または回収することができる。工程(7)は、C反応器温度が所定の閾値温度を上回る限り、フローチャートの任意の場所で実行されてもよい。工程(7)は、C反応器温度が所定の閾値温度を下回る場合、実行されなくてもよい。工程(5)は、工程(3)の後のどこにでも実行されることができる。 FIG. 85 illustrates a flow diagram of a start-up method according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the start-up method includes: (1) heating the electric reactor to at least a target temperature of the electric reactor; (2) inputting ammonia having at least an initial target flow rate into the electric reactor; (3) inputting an outlet flow from the electric reactor to a fuel cell; (4) inputting (i) air and (ii) an outlet flow from the fuel cell to a combustion reactor to ignite the outlet flow and air in the combustion reactor; (5) reacting hydrogen in the electric reactor and/or the outlet flow from the combustion reactor to generate power from the fuel cell; (6) heating the combustion reactor to at least a first combustion reactor target temperature; (7) shutting down the electric reactor; and (8) incrementally increasing the ammonia flow rate to at least a second target flow rate using a controller while controlling (e.g., increasing) the air flow rate to maintain at least a second target combustion reactor temperature. In some cases, the second target combustion reactor temperature may be the same as or different from the first target combustion reactor temperature; (9) adjusting the air flow rate to maintain at least a third target combustion reactor temperature. In some cases, the third target combustion reactor temperature may be the same as or different from the first target combustion reactor temperature or the second target combustion reactor temperature; (10) adjusting the ammonia flow rate (e.g., by tweaking or decreasing/increasing the ammonia flow rate) to at least the second target flow rate and adjusting the air flow rate to the combustion reactor to maintain at least a fourth combustion reactor temperature. In some cases, the fourth target combustion reactor temperature may be the same as or different from the first target combustion reactor temperature, the second target combustion reactor temperature, or the third target combustion reactor temperature; and/or (13) achieving the predetermined initial operating condition. In some cases, at least two steps in steps (1)-(13) may be performed sequentially or in parallel. In some cases, the start-up process may be performed without steps (1), (2), (3), (4), (5), (6), (7), (8), (9), (10), (11), (12), or combinations thereof. The reactor outlet stream may be passed through an adsorber and a heat exchanger to remove unconverted ammonia and to cool and/or recover heat before entering the fuel cell. Step (7) may be performed anywhere in the flow chart as long as the C reactor temperature is above a predetermined threshold temperature. Step (7) may not be performed if the C reactor temperature is below a predetermined threshold temperature. Step (5) may be performed anywhere after step (3).

図86は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動方法の流れ図を示す。場合によっては、起動方法は以下を含む。(1)電気反応器を電気反応器の目標温度に加熱すること、(2)少なくとも初期目標流量を有するアンモニアを電気反応器に投入すること、(3)電気反応器からの出口流の少なくともごく一部を燃焼反応器へ投入すること、(4)給気ユニットを使用して空気を燃焼反応器内に投入し、電気反応器からの出口流および空気に燃焼反応器内で点火すること、(5)燃焼反応器を第一の目標燃焼反応器温度に加熱すること、(6)コントローラーを使用して、アンモニア流量を少なくとも第二の目標流量まで段階的に増加させ、同時に燃焼反応器内への空気の流量を制御して(例えば、増加させて)少なくとも第二の目標燃焼反応器温度を維持すること。場合によっては、第二の目標燃焼反応器温度は、第一の目標燃焼反応器温度と同一でも異なっていてもよく、(7)所定の初期運転条件を達成すること。場合によっては、工程(1)~(6)における少なくとも二つの工程は、順番に、または並行して行われてもよい。場合によっては、起動プロセスは、工程(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、またはそれらの組み合わせなしに行われてもよい。反応器の出口流は、吸着体および熱交換器を通り抜けて未転化アンモニアを除去し、燃料電池に入る前に熱を冷却および/または回収することができる。C反応器温度が所定の閾値温度を上回る場合、E反応器は停止されることができる。 86 illustrates a flow diagram of a start-up method according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the start-up method includes: (1) heating the electric reactor to a target temperature of the electric reactor; (2) dosing the electric reactor with ammonia having at least an initial target flow rate; (3) dosing at least a small portion of the outlet flow from the electric reactor to the combustion reactor; (4) dosing air into the combustion reactor using an air supply unit and igniting the outlet flow from the electric reactor and the air in the combustion reactor; (5) heating the combustion reactor to a first target combustion reactor temperature; (6) using a controller to incrementally increase the ammonia flow rate to at least a second target flow rate while simultaneously controlling (e.g., increasing) the flow rate of air into the combustion reactor to maintain at least the second target combustion reactor temperature. In some cases, the second target combustion reactor temperature may be the same or different from the first target combustion reactor temperature; and (7) achieving a predetermined initial operating condition. In some cases, at least two steps in steps (1)-(6) may be performed in sequence or in parallel. In some cases, the start-up process may be performed without steps (1), (2), (3), (4), (5), (6), or combinations thereof. The reactor outlet stream may be passed through an adsorber and a heat exchanger to remove unconverted ammonia and to cool and/or recover heat before entering the fuel cell. If the C reactor temperature exceeds a predetermined threshold temperature, the E reactor may be shut down.

本明細書で留意するところは、図83~86に関して記載の工程またはプロセスのいずれかは、図83~86に関して記載の工程またはプロセスの他のものと組み合わされてもよく、図83~86に関して記載の例は、本開示を限定するものとして解釈されるべきではないことである。 It is noted herein that any of the steps or processes described with respect to Figures 83-86 may be combined with other of the steps or processes described with respect to Figures 83-86, and the examples described with respect to Figures 83-86 should not be construed as limiting this disclosure.

図87は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動後の運転方法の流れ図を示す。所定のシステム運転パラメーターのセットについて、自立型自己熱運転条件を事前に決定することができる(例えば、最小/最大NH流量、対応するFC電力および水素消費率、電池の最小/最大充電状態[SOC]、最小/最大空気流量等)。いくつかの態様では、本開示は、燃料電池の電力出力を維持および/または調整するために、燃料電池を備えるシステムの運転パラメーターを維持および/または調整するための方法を提供する。場合によっては、方法は、燃料電池の電力出力を監視すること、および(例えば、燃料電池に結合する電気負荷を監視することによって)電力出力を自動的に調整する(増加または減少させる)ことを含むことができる。場合によっては、方法は、燃焼反応器の空気流量、システムもしくはその任意の構成要素(例えば、燃焼反応器、電気ヒーター等)へのアンモニア流量、および/または燃料電池の水素利用率を含む、様々な動作パラメータ(8703)を調整することができるが、これに限定されない。「*」は、燃焼器の空気流量、アンモニア(NH)流量、燃料電池(FC)H利用率、またはE反応器電力を含む調整可能な条件を示す。「a」は、所定のFC入口流量に対する自立型自己熱改質を維持するためのFC投入流からの所定の達成可能な燃料電池(FC)水素利用率または消費率を示す。「b」は所定の最大NH流量を示す。「c」は所定の最小NH流量を示す。NH流量の増分または減分変化は、電流値の所定の値および/または割合に基づくことができる。場合によっては、コントローラーは、NH流量を制御し、空気流量を制御し、流れ圧力を制御し、バルブを制御し、FC電力出力を制御し、電池電力出力を制御し、E反応器電力入力を制御し、またはそれらの任意の組み合わせを制御することができる。場合によっては、センサーは、温度、圧力、燃料電池の電力出力、電池の電力出力、電池のSOC、燃料電池の水素消費量、およびNH転化効率を測定することができる。 FIG. 87 illustrates a flow diagram of a post-start-up operation method according to one or more embodiments of the present disclosure. For a given set of system operating parameters, the self-sustaining autothermal operating conditions can be pre-determined (e.g., minimum/maximum NH3 flow rate, corresponding FC power and hydrogen consumption rate, minimum/maximum state of charge [SOC] of the cell, minimum/maximum air flow rate, etc.). In some aspects, the present disclosure provides a method for maintaining and/or adjusting operating parameters of a system comprising a fuel cell to maintain and/or adjust the power output of the fuel cell. In some cases, the method can include monitoring the power output of the fuel cell and automatically adjusting (increasing or decreasing) the power output (e.g., by monitoring an electrical load coupled to the fuel cell). In some cases, the method can adjust various operating parameters (8703), including, but not limited to, the combustion reactor air flow rate, the ammonia flow rate to the system or any component thereof (e.g., the combustion reactor, the electric heater, etc.), and/or the hydrogen utilization rate of the fuel cell. A "*" indicates an adjustable condition, including the combustor air flow rate, the ammonia ( NH3 ) flow rate, the fuel cell (FC) H2 utilization rate, or the E-reactor power. "a" indicates a predetermined achievable fuel cell (FC) hydrogen utilization or consumption rate from the FC input stream to maintain self-sustaining autothermal reforming for a given FC inlet flow rate. "b" indicates a predetermined maximum NH3 flow rate. "c" indicates a predetermined minimum NH3 flow rate. The incremental or decremental change in NH3 flow rate can be based on a predetermined value and/or percentage of the current value. In some cases, the controller can control NH3 flow rate, control air flow rate, control flow pressure, control valves, control FC power output, control cell power output, control E-reactor power input, or any combination thereof. In some cases, the sensors can measure temperature, pressure, fuel cell power output, cell power output, cell SOC, fuel cell hydrogen consumption, and NH3 conversion efficiency.

場合によっては、方法は、燃料電池の電力出力を増加させること(8701)を含むことができる。場合によっては、方法は、燃料電池の水素利用率を所定の閾値と比較することを含むことができる。場合によっては、方法は、燃料電池の水素利用率が所定の閾値より低い場合に、(依然として水素利用率を所定の閾値より低いレベルに維持しながら)水素利用率および/または消費量を増加させることによって燃料電池の電力出力を増加させることを含むことができる。場合によっては、方法は、燃料電池の水素利用率が所定の閾値以上である場合に、システム内へのアンモニア流量を所定のアンモニア流量値と比較することを含むことができる。場合によっては、所定のアンモニア流量値は、システムの最大アンモニア流量値であってもよい。場合によっては、方法は、システム内へのアンモニア流量が所定のアンモニア流量値よりも小さい場合に、アンモニア流量を増加させることを含むことができる。場合によっては、方法は、システム内へのアンモニア流量が所定のアンモニア流量値よりも大きい場合に、アンモニア流量を維持することを含むことができる。場合によっては、方法は、システム内へのアンモニア流量が所定のアンモニア流量値よりも大きい場合に、燃料電池の電力出力を増加させることを含むことができる。 Optionally, the method may include increasing the power output of the fuel cell (8701). Optionally, the method may include comparing the hydrogen utilization of the fuel cell to a predetermined threshold. Optionally, the method may include increasing the power output of the fuel cell by increasing the hydrogen utilization and/or consumption (while still maintaining the hydrogen utilization at a level below the predetermined threshold) if the hydrogen utilization of the fuel cell is lower than the predetermined threshold. Optionally, the method may include comparing the ammonia flow rate into the system to a predetermined ammonia flow rate value if the hydrogen utilization of the fuel cell is equal to or greater than the predetermined threshold. Optionally, the predetermined ammonia flow rate value may be a maximum ammonia flow rate value for the system. Optionally, the method may include increasing the ammonia flow rate if the ammonia flow rate into the system is less than the predetermined ammonia flow rate value. Optionally, the method may include maintaining the ammonia flow rate if the ammonia flow rate into the system is greater than the predetermined ammonia flow rate value. Optionally, the method may include increasing the power output of the fuel cell if the ammonia flow rate into the system is greater than the predetermined ammonia flow rate value.

場合によっては、方法は、燃料電池の電力出力を減少させること(8702)を含むことができる。場合によっては、方法は、システム内へのアンモニア流量を所定のアンモニア流量値と比較することを含むことができる。場合によっては、所定のアンモニア流量値は、システムの最小アンモニア流量値であってもよい。場合によっては、方法は、システム内へのアンモニア流量が所定のアンモニア流量値より大きい場合に、アンモニア流量を減少させることを含むことができる。場合によっては、方法は、システム内へのアンモニア流量が所定のアンモニア流量値以下に下がった場合に、アンモニア流量を維持することを含むことができる。場合によっては、方法は、システム内へのアンモニア流量が所定のアンモニア流量値未満に下がった場合に、燃料電池の電力出力を減少させることを含むことができる。 In some cases, the method may include decreasing the power output of the fuel cell (8702). In some cases, the method may include comparing the ammonia flow rate into the system to a predetermined ammonia flow rate value. In some cases, the predetermined ammonia flow rate value may be a minimum ammonia flow rate value for the system. In some cases, the method may include decreasing the ammonia flow rate if the ammonia flow rate into the system is greater than the predetermined ammonia flow rate value. In some cases, the method may include maintaining the ammonia flow rate if the ammonia flow rate into the system falls below the predetermined ammonia flow rate value. In some cases, the method may include decreasing the power output of the fuel cell if the ammonia flow rate into the system falls below the predetermined ammonia flow rate value.

場合によっては、方法は、運転停止プロセスを含むことができる。場合によっては、運転停止プロセスは、アンモニア流量、空気流量、および燃料電池電力のうちのいずれか一つまたは組み合わせをゼロに減少させることを含むことができる。 In some cases, the method can include a shutdown process. In some cases, the shutdown process can include reducing any one or combination of the ammonia flow rate, the air flow rate, and the fuel cell power to zero.

場合によっては、方法は、障害検出システムを含むことができる。場合によっては、障害検出システムは、障害を検出することができる。場合によっては、障害は、重大障害または軽度の障害として分類されることができる。重大障害の例としては、反応容器の破壊、または所定の漏れレベルを超えるアンモニアの漏れが挙げられる。軽度の障害の例としては、反応器もしくはヒーターの温度が目標温度から(例えば、10%以上)ずれること、または一つもしくは複数の吸着体もしくは燃料電池システムへの一つもしくは複数の入口流中のアンモニア濃度が所定の閾値濃度を超えて増加することが挙げられる。場合によっては、障害検出システムによって重大障害が検出される場合、運転停止プロセスが開始されることができる。場合によっては、軽微な障害が障害検出システムによって検出される場合、システム内の反応器は、所定の温度を維持しながら待機状態で動作することができる。場合によっては、軽度の障害が障害検出システムによって検出される場合、システム内の燃料電池が運転停止される場合がある。場合によっては、燃料電池の電力を断続的に停止する必要がある場合、事象は軽度の障害として分類されることができる。場合によっては、(例えば、燃料電池の出力電力がない)ホット待機状態は、運転停止プロセスが実行されるまで維持されることができる。場合によっては、(例えば、燃料電池の出力電力がない)ホット待機状態は、燃料電池の電力出力が実行されるまで維持されることができる。 In some cases, the method may include a fault detection system. In some cases, the fault detection system may detect a fault. In some cases, the fault may be classified as a major fault or a minor fault. Examples of major faults include a reactor vessel breaking or ammonia leaking above a predetermined leak level. Examples of minor faults include a reactor or heater temperature deviation (e.g., 10% or more) from a target temperature or an increase in ammonia concentration in one or more inlet streams to one or more adsorber or fuel cell systems above a predetermined threshold concentration. In some cases, if a major fault is detected by the fault detection system, a shutdown process may be initiated. In some cases, if a minor fault is detected by the fault detection system, a reactor in the system may operate in a standby state while maintaining a predetermined temperature. In some cases, if a minor fault is detected by the fault detection system, a fuel cell in the system may be shut down. In some cases, if the fuel cell power needs to be shut down intermittently, the event may be classified as a minor fault. In some cases, a hot standby state (e.g., no fuel cell output power) may be maintained until the shutdown process is performed. In some cases, the hot standby state (e.g., no fuel cell output power) can be maintained until the fuel cell power output is performed.

図88は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、起動後の運転プロセスのプロセスフロー図を示す。所定のシステム運転パラメーターのセットに基づいて、自立型自己熱運転条件を事前に決定することができる(例えば、最小/最大NH流量、対応するFC電力および水素消費率、電池の最小/最大SOC、最小/最大空気流量等)。いくつかの態様では、本開示は、燃料電池の電力出力を維持および/または調整するために、燃料電池を備えるシステムの運転パラメーターを維持および/または調整するための方法を提供する。場合によっては、方法は、燃料電池の電力出力が電気エネルギーまたは電力需要よりも大きいか低いかを判定することを含むことができる。場合によっては、方法は、燃焼反応器の空気流量、システムまたはその任意の構成要素(例えば、燃焼反応器、電気ヒーター等)へのアンモニア流量、および/または燃料電池の水素利用率を含む、様々な動作パラメーター(8803)を調整することができるが、これに限定されない。「*」は、燃焼器の空気流量、NH流量、燃料電池(FC)H利用率、またはE反応器電力を含む整可能な条件を示す。「a」は、所定のFC入口流量に対する自立型自己熱改質を維持するためのFC流入量からの所定の達成可能な燃料電池の水素利用率または消費率を示す。「b」は所定の最大NH流量を示す。「c」は所定の最小NH流量を示す。「d」は、所定の最大電池充電状態を示す。「e」は、所定の最小電池充電状態を示す。NH流量の増分または減分変化は、電流値の所定の値および/または割合に基づく。場合によっては、コントローラーは、NH流量を制御し、空気流量を制御し、流れ圧力を制御し、バルブを制御し、FC電力出力を制御し、電池電力出力を制御し、E反応器電力入力を制御し、またはそれらの任意の組み合わせを制御することができる。場合によっては、センサーは、温度、圧力、燃料電池の電力出力、電池の電力出力、電池のSOC、燃料電池の水素消費量、およびNH転化効率を測定することができる。 FIG. 88 illustrates a process flow diagram of a post-startup operation process according to one or more embodiments of the present disclosure. Based on a set of predetermined system operating parameters, the self-sustaining autothermal operating conditions can be pre-determined (e.g., min/max NH3 flow rate, corresponding FC power and hydrogen consumption rate, cell min/max SOC, min/max air flow rate, etc.). In some aspects, the present disclosure provides a method for maintaining and/or adjusting operating parameters of a system including a fuel cell to maintain and/or adjust the power output of the fuel cell. In some cases, the method can include determining whether the power output of the fuel cell is greater than or less than the electrical energy or power demand. In some cases, the method can adjust various operating parameters (8803), including, but not limited to, the combustion reactor air flow rate, the ammonia flow rate to the system or any component thereof (e.g., the combustion reactor, the electric heater, etc.), and/or the hydrogen utilization rate of the fuel cell. A "*" indicates an adjustable condition, including the combustor air flow rate, the NH3 flow rate, the fuel cell (FC) H2 utilization rate, or the E reactor power. "a" indicates a predetermined achievable fuel cell hydrogen utilization or consumption rate from the FC inlet flow rate to maintain self-sustaining autothermal reforming for a given FC inlet flow rate. "b" indicates a predetermined maximum NH3 flow rate. "c" indicates a predetermined minimum NH3 flow rate. "d" indicates a predetermined maximum battery state of charge. "e" indicates a predetermined minimum battery state of charge. The incremental or decremental change in NH3 flow rate is based on a predetermined value and/or percentage of the current value. In some cases, the controller can control NH3 flow rate, control air flow rate, control flow pressure, control valves, control FC power output, control battery power output, control E reactor power input, or any combination thereof. In some cases, the sensors can measure temperature, pressure, fuel cell power output, battery power output, battery SOC, fuel cell hydrogen consumption, and NH3 conversion efficiency.

場合によっては、方法は、燃料電池の電力出力を増加させること(8801)を含むことができる。場合によっては、方法は、燃料電池の水素利用率を所定の閾値と比較することを含むことができる。場合によっては、方法は、(依然として水素利用率を所定の閾値より低いレベルに維持しながら)水素利用率および/または消費量を増加させることによって燃料電池の電力出力を増加させることを含むことができる。場合によっては、方法は、電池を使用して燃料電池からの電力出力を補完して、電気エネルギーまたは電力需要を満たすことを含むことができる。場合によっては、方法は、システム内へのアンモニア流量を所定のアンモニア流量値と比較することを含むことができる。場合によっては、所定のアンモニア流量値は、システムの最大アンモニア流量値であってもよい。場合によっては、方法は、アンモニア流量を増加させることを含むことができる。場合によっては、方法は、アンモニア流量を維持することを含むことができる。場合によっては、方法は、燃料電池の電力出力を増加させることを含むことができる。場合によっては、方法は、電気エネルギーまたは電力需要に関連付けられる電気負荷を制限することを含むことができる。 In some cases, the method may include increasing the power output of the fuel cell (8801). In some cases, the method may include comparing the hydrogen utilization of the fuel cell to a predetermined threshold. In some cases, the method may include increasing the power output of the fuel cell by increasing the hydrogen utilization and/or consumption (while still maintaining the hydrogen utilization at a level below the predetermined threshold). In some cases, the method may include using the battery to supplement the power output from the fuel cell to meet the electrical energy or power demand. In some cases, the method may include comparing the ammonia flow rate into the system to a predetermined ammonia flow rate value. In some cases, the predetermined ammonia flow rate value may be a maximum ammonia flow rate value for the system. In some cases, the method may include increasing the ammonia flow rate. In some cases, the method may include maintaining the ammonia flow rate. In some cases, the method may include increasing the power output of the fuel cell. In some cases, the method may include limiting an electrical load associated with the electrical energy or power demand.

場合によっては、方法は、燃料電池の電力出力を減少させること(8802)を含むことができる。場合によっては、方法は、電池が所定の閾値を超える充電状態(SOC)を有するかを判定することを含むことができる。場合によっては、方法は、システム内へのアンモニア流量を所定のアンモニア流量値と比較することを含む。場合によっては、所定のアンモニア流量値は、システムの最小アンモニア流量値であってもよい。場合によっては、方法は、アンモニア流量を減少させることを含むことができる。場合によっては、方法は、アンモニア流量を維持することを含むことができる。場合によっては、方法は、燃料電池によって生成される電気エネルギーまたは電力を使用して電池を充電することを含むことができる。場合によっては、方法は、電池が完全に充電されているかを判定することを含むことができる。 In some cases, the method may include decreasing (8802) the power output of the fuel cell. In some cases, the method may include determining if the battery has a state of charge (SOC) above a predetermined threshold. In some cases, the method may include comparing an ammonia flow rate into the system to a predetermined ammonia flow rate value. In some cases, the predetermined ammonia flow rate value may be a minimum ammonia flow rate value for the system. In some cases, the method may include decreasing the ammonia flow rate. In some cases, the method may include maintaining the ammonia flow rate. In some cases, the method may include charging the battery using electrical energy or power generated by the fuel cell. In some cases, the method may include determining if the battery is fully charged.

図82は、本開示の一つまたは複数の実施形態によるコントローラーを示す。場合によっては、コントローラーは、様々な運転パラメーターを監視および/または制御することができる。場合によっては、コントローラーは、システム内へのアンモニアの流量、燃料電池内へのガスの流量、燃焼器内への空気の流量、本明細書に開示されるシステムもしくはシステム構成要素に流入もしくは流出するあらゆる流れ、またはそれらの任意の組み合わせを監視および/もしくは制御することができる。場合によっては、コントローラーは、反応器(例えば、電気反応器もしくは燃焼反応器)、燃料電池、熱交換器、システムの構成要素間の流れ、任意のシステム構成要素、またはそれらの任意の組み合わせの温度を監視および/もしくは制御することができる。場合によっては、コントローラーは、一つもしくは複数のバルブ、一つもしくは複数のポンプ、一つもしくは複数のファン、一つもしくは複数のブロワ、一つもしくは複数のコンプレッサー、またはそれらの任意の組み合わせを監視および/もしくは制御して、アンモニア流量、燃料電池内へのガスの流量、給気ユニットからの流量、本明細書に開示のシステムもしくはシステム構成要素に流入もしくは流出するあらゆる流れ、またはそれらの任意の組み合わせを調整することができる。場合によっては、コントローラーは、本明細書に開示の一つもしくは複数のシステム構成要素、例えば、一つもしくは複数の燃料電池、一つもしくは複数のヒーター、またはそれらの任意の組み合わせの電力出力もしくは投入量を、監視および/または制御することができる。場合によっては、コントローラーは、環境中またはシステム内の物質の濃度、例えば、環境中または本明細書に開示の任意のシステム構成要素もしくはそれらの間の流れにおける湿度、アンモニア濃度、水素、またはそれらの任意の組み合わせを監視および/または制御することができる。場合によっては、コントローラーは、システム構成要素の圧力、またはそれらの間のあらゆる流れ、例えば、反応器、燃料電池、アンモニア貯蔵タンク、およびそれらの間のあらゆる流れを監視および/または制御することができる。場合によっては、コントローラーは、一つまたは複数の任意のモニター(すなわち、センサー)に通信可能に結合されてもよい。場合によっては、コントローラーは、一つの好ましいモニターおよび制御装置に加えて、一つまたは複数の任意のモニターに通信可能に結合されてもよい。場合によっては、コントローラーは、二つ以上の任意のモニターに通信可能に結合されてもよい。 FIG. 82 illustrates a controller according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the controller can monitor and/or control various operating parameters. In some cases, the controller can monitor and/or control the flow rate of ammonia into the system, the flow rate of gas into the fuel cell, the flow rate of air into the combustor, any flows into or out of the system or system components disclosed herein, or any combination thereof. In some cases, the controller can monitor and/or control the temperature of the reactor (e.g., electric reactor or combustion reactor), the fuel cell, the heat exchanger, the flows between components of the system, any system components, or any combination thereof. In some cases, the controller can monitor and/or control one or more valves, one or more pumps, one or more fans, one or more blowers, one or more compressors, or any combination thereof to regulate the ammonia flow rate, the flow rate of gas into the fuel cell, the flow rate from the air supply unit, any flows into or out of the system or system components disclosed herein, or any combination thereof. In some cases, the controller can monitor and/or control the power output or input of one or more system components disclosed herein, such as one or more fuel cells, one or more heaters, or any combination thereof. In some cases, the controller can monitor and/or control the concentration of a substance in the environment or in the system, such as humidity, ammonia concentration, hydrogen, or any combination thereof, in the environment or in any system component disclosed herein or flows therebetween. In some cases, the controller can monitor and/or control the pressure of a system component, or any flows therebetween, such as the reactor, fuel cell, ammonia storage tank, and any flows therebetween. In some cases, the controller can be communicatively coupled to one or more optional monitors (i.e., sensors). In some cases, the controller can be communicatively coupled to one or more optional monitors in addition to the one preferred monitor and control device. In some cases, the controller can be communicatively coupled to two or more optional monitors.

ハイブリッド加熱 Hybrid heating

図14は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、ハイブリッド加熱を有する主反応器の例を概略的に示す。このようなハイブリッド加熱設計は、反応器の熱損失を最小化しながら熱伝達を改善することができ、起動時間を減少させることができる。ハイブリッド加熱設計はまた、反応器の重量および体積を減少させ、アンモニア転化のための最適化された熱源を提供する一方、システムの熱管理特性を改善することができる。 Figure 14 illustrates a schematic of an example of a primary reactor with hybrid heating, according to one or more embodiments of the present disclosure. Such a hybrid heating design can improve heat transfer while minimizing reactor heat losses, reducing start-up time. The hybrid heating design can also reduce the weight and volume of the reactor, improving the thermal management characteristics of the system while providing an optimized heat source for ammonia conversion.

主反応器のためのハイブリッド加熱設計は、一つまたは複数の熱源を備えてもよい。熱源は、例えば、本明細書の他の箇所に記載の加熱ユニットであってもよい。熱源は、起動加熱および改質ユニットならびに/または一つもしくは複数の主加熱ユニットを備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の熱源は、二つ以上の熱源または加熱ユニットを備えてもよい。場合によっては、二つ以上の熱源は同一であってもよい。他の場合では、二つ以上の熱源は異なっていてもよい。例えば、第一の熱源はジュール加熱用に構成されてもよく、第二の熱源は燃焼加熱用に構成されてもよい。場合によっては、ハイブリッド加熱反応器は、第一の熱源と第二の熱源との間に設けられるセパレーター(例えば、物理的構成要素または構造)を備えてもよい。セパレーターは、セパレーターを横切る熱エネルギーの伝達を促進させてもさせなくてもよい。 The hybrid heating design for the main reactor may include one or more heat sources. The heat sources may be, for example, heating units described elsewhere herein. The heat sources may include start-up heating and reforming units and/or one or more main heating units. In some cases, the one or more heat sources may include two or more heat sources or heating units. In some cases, the two or more heat sources may be the same. In other cases, the two or more heat sources may be different. For example, a first heat source may be configured for Joule heating and a second heat source may be configured for combustion heating. In some cases, the hybrid heating reactor may include a separator (e.g., a physical component or structure) disposed between the first heat source and the second heat source. The separator may or may not facilitate the transfer of thermal energy across the separator.

一例では、ハイブリッド加熱設計を有する主反応器は、入口を通じてアンモニアを受け取るように構成されることができる。アンモニアは、二つ以上の熱源を使用して加熱される触媒材料を備えることができる主反応器を通って誘導されることができる。触媒材料は、アンモニアが主反応器の第一の部分を通って誘導される場合、第一の熱源を使用して直接的または間接的に加熱されることができる。触媒材料は、アンモニアが主反応器の第二の部分を通って誘導される場合、第二の熱源を使用して直接的または間接的に加熱されることができる。アンモニアの存在下で触媒材料を加熱することにより、水素および/または窒素を作ることができる。そして、水素および/または窒素は出口に向かって誘導されてもよく、それにより一つまたは複数の水素燃料電池と流体連通することができる。いくつかの実施形態では、水素および/または窒素は出口に向かって誘導されてもよく、それにより一つまたは複数の燃焼機関および/もしくは燃焼器と流体連通することができる。 In one example, a primary reactor having a hybrid heating design can be configured to receive ammonia through an inlet. The ammonia can be directed through the primary reactor, which can include a catalytic material that is heated using two or more heat sources. The catalytic material can be heated directly or indirectly using a first heat source when the ammonia is directed through a first portion of the primary reactor. The catalytic material can be heated directly or indirectly using a second heat source when the ammonia is directed through a second portion of the primary reactor. By heating the catalytic material in the presence of ammonia, hydrogen and/or nitrogen can be produced. The hydrogen and/or nitrogen can then be directed toward an outlet, which can be in fluid communication with one or more hydrogen fuel cells. In some embodiments, the hydrogen and/or nitrogen can be directed toward an outlet, which can be in fluid communication with one or more combustion engines and/or combustors.

いくつかの実施形態では、ハイブリッド加熱設計を有する主反応器は、反応器(例えば、主反応器もしくは高速起動反応器)から、または一つもしくは複数の燃料電池から、残留水素ガスを燃焼させて、アンモニアおよび/または触媒材料を加熱するように構成されることができる。場合によっては、反応器壁または流体流路壁は、反応器の壁を横切って、または流体流の間で熱交換を可能にするように設計されてもよい。場合によっては、熱源または加熱ユニットは、熱伝達を向上させるために高い熱伝達係数を有する粉末材料を含んでもよい。場合によっては、熱交換器は、主反応器の一つまたは複数の構成要素に組み込まれても、またはそれらと一体化されてもよく、その結果、主反応器がよりコンパクトかつ効率的になる可能性がある。さらに、主反応器は、約0.5ミリメートル~約1.2ミリメートルの範囲の厚さを有する一つまたは複数の壁を備えてもよく、これは熱質量を減少させることができる。いくつかの実施形態では、主反応器は、約1ミリメートル~約30ミリメートルの範囲の厚さを有する一つまたは複数の壁を備えてもよく、これは構造的一体性を高めることができる。ハイブリッド加熱設計を有する主反応器は、高速水素抽出および高速負荷追従しながら、熱損失を最小限に抑えるように構成されることができる。 In some embodiments, the primary reactor with a hybrid heating design can be configured to burn residual hydrogen gas from a reactor (e.g., the primary reactor or fast start reactor) or from one or more fuel cells to heat ammonia and/or catalyst material. In some cases, the reactor walls or fluid flow passage walls may be designed to allow heat exchange across the reactor walls or between fluid streams. In some cases, the heat source or heating unit may include a powder material with a high heat transfer coefficient to improve heat transfer. In some cases, the heat exchanger may be incorporated into or integrated with one or more components of the primary reactor, which may result in a more compact and efficient primary reactor. Additionally, the primary reactor may include one or more walls having a thickness in the range of about 0.5 millimeters to about 1.2 millimeters, which may reduce thermal mass. In some embodiments, the primary reactor may include one or more walls having a thickness in the range of about 1 millimeter to about 30 millimeters, which may increase structural integrity. The primary reactor with a hybrid heating design can be configured to minimize heat loss while providing fast hydrogen extraction and fast load following.

図15Aは、本開示のシステムおよび方法の、反応器の熱改質効率、吸熱率、および水素燃焼率データを概略的に示す。反応器のハイブリッド加熱は、様々な異なるアンモニア流量の全体にわたって、他の従来の反応器と比較して、より高い熱改質効率をもたらすことができる。さらに、本明細書に開示のハイブリッド加熱反応器システムは、他の従来の反応器と比較して、より好ましい吸熱率を示す。場合によっては、熱交換器をハイブリッド加熱反応器と一体化することまたは組み込むことは、ハイブリッド加熱反応器の水素燃焼率をさらに改善する可能性がある。 Figure 15A shows a schematic of reactor thermal reforming efficiency, heat absorption rate, and hydrogen burn rate data for the disclosed system and method. Hybrid heating of the reactor can result in higher thermal reforming efficiency compared to other conventional reactors across a range of different ammonia flow rates. Additionally, the hybrid heating reactor system disclosed herein exhibits more favorable heat absorption rates compared to other conventional reactors. In some cases, integrating or incorporating a heat exchanger with the hybrid heating reactor may further improve the hydrogen burn rate of the hybrid heating reactor.

図15Bは、100ワット~600ワットの範囲の様々な加熱電力について、アンモニア流量の関数として、反応器の熱改質効率、吸熱/熱の割合、および燃料電池電力出力(ワット)の追加データを概略的に示す。本明細書で使用する場合、反応器の熱改質効率は、使用可能な化学エネルギー出力(例えば、H)の化学エネルギー(NH)および反応器内への熱エネルギーに対する比に対応することができる。場合によっては、300ワット、400ワット、500ワット、または600ワットの加熱電力が反応器に供給される場合、反応器の熱改質効率は、約10リットル/分~約20リットル/分の範囲のアンモニア流量に対して約90%に達する可能性がある。本明細書で使用する場合、吸熱率は、システム内への熱または熱エネルギーの総量(すなわち、一つまたは複数の加熱ユニットによって反応器または触媒床に提供または供給される熱または熱エネルギーの総量)に対する、吸熱反応中に反応器によって吸収される熱エネルギーの量に相当することができる。場合によっては、300ワット、400ワット、500ワット、または600ワットの加熱電力が反応器に供給される場合、吸熱率は、約10リットル/分~約20リットル/分の範囲のアンモニア流量に対して約0.5に達する可能性がある。本明細書に記載の一つまたは複数の燃料電池の電力出力は、600ワットの加熱電力が反応器に供給される場合、約15リットル/分~約20リットル/分の範囲のアンモニア流量に対して約2キロワット(kW)に達する可能性がある。 FIG. 15B shows additional data for reactor thermal reforming efficiency, endothermic/thermal ratio, and fuel cell power output (watts) as a function of ammonia flow rate for various heating powers ranging from 100 watts to 600 watts. As used herein, the thermal reforming efficiency of a reactor can correspond to the ratio of available chemical energy output (e.g., H 2 ) to chemical energy (NH 3 ) and thermal energy into the reactor. In some cases, when 300 watts, 400 watts, 500 watts, or 600 watts of heating power are provided to the reactor, the thermal reforming efficiency of the reactor can reach about 90% for ammonia flow rates ranging from about 10 liters/min to about 20 liters/min. As used herein, the endothermic rate can correspond to the amount of thermal energy absorbed by the reactor during an endothermic reaction relative to the total amount of heat or thermal energy into the system (i.e., the total amount of heat or thermal energy provided or supplied to the reactor or catalyst bed by one or more heating units). In some cases, the heat absorption rate can reach about 0.5 for an ammonia flow rate ranging from about 10 liters/minute to about 20 liters/minute when 300 watts, 400 watts, 500 watts, or 600 watts of heating power are provided to the reactor. The power output of one or more fuel cells described herein can reach about 2 kilowatts (kW) for an ammonia flow rate ranging from about 15 liters/minute to about 20 liters/minute when 600 watts of heating power are provided to the reactor.

図16は、本開示のシステムおよび方法のハイブリッド加熱シミュレーションデータを概略的に示す。本明細書の他の箇所に記載のように、ハイブリッド加熱反応器は、異なる加熱モード(例えば、燃焼またはジュール電気加熱)用に構成される二つ以上のヒーターを備えてもよい。ハイブリッド加熱反応器は、0~1の範囲の加熱電力比(R)を示すことができる。加熱電力比0は、すべての電力がハイブリッド加熱反応器の第一のヒーターに供給されることを示し、電力比1は、すべての電力がハイブリッド加熱反応器の第二のヒーターに供給されることを示す。電力比0.5は、電力が第一のヒーターおよび第二のヒーターに等しく供給されることを示す。反応器の加熱電力比(R)は、以下のように決定されてもよい。
P_ヒーター_1=P_総量*(R)
P_ヒーター_2=P_総量*(1-R)
FIG. 16 illustrates schematic hybrid heating simulation data of the disclosed systems and methods. As described elsewhere herein, the hybrid heating reactor may include two or more heaters configured for different heating modes (e.g., combustion or joule electric heating). The hybrid heating reactor may exhibit a heating power ratio (R) ranging from 0 to 1. A heating power ratio of 0 indicates that all power is supplied to the first heater of the hybrid heating reactor, and a power ratio of 1 indicates that all power is supplied to the second heater of the hybrid heating reactor. A power ratio of 0.5 indicates that power is supplied equally to the first heater and the second heater. The heating power ratio (R) of the reactor may be determined as follows:
P_Heater_1 = P_Total*(R)
P_heater_2 = P_total*(1-R)

図16に示すハイブリッド加熱データは、315ワットの熱エネルギーの総加熱電力(P_総量)および0.1グラム/秒のアンモニア質量流量に基づいて生成された。ハイブリッド加熱データは、異なる加熱電力比で著しく異なる熱利用率を示す。 The hybrid heating data shown in Figure 16 was generated based on a total heating power (P_total) of thermal energy of 315 watts and an ammonia mass flow rate of 0.1 grams/second. The hybrid heating data shows significantly different heat utilization rates at different heating power ratios.

図17は、本開示のシステムおよび方法の加熱電力比シミュレーションデータを概略的に示す。熱利用率の差異に起因して、アンモニア転化効率は、加熱電力比に基づいて変化することができる。加熱電力比は、燃焼とジュール加熱との間の比として表されてもよい。加熱電力比が増加するにつれて、アンモニア転化効率も(例えば、直線的および/または比例的に)増加することができる。 FIG. 17 illustrates schematic heating power ratio simulation data for the disclosed systems and methods. Due to differences in heat utilization, ammonia conversion efficiency can vary based on heating power ratio. Heating power ratio may be expressed as the ratio between combustion and Joule heating. As heating power ratio increases, ammonia conversion efficiency can also increase (e.g., linearly and/or proportionally).

別の態様では、本開示は、アンモニアを含む原料物質を受け取るように構成される反応器モジュールを備えるシステムを提供する。反応器モジュールは、触媒と、触媒を加熱するための複数の加熱ユニットとを備えてもよい。いくつかの実施形態では、複数の加熱ユニットは、水素を燃焼することによって触媒の少なくとも第一の部分を加熱するように構成される第一の加熱ユニットと、電気加熱を使用して触媒の少なくとも第二の部分を加熱するように構成される第二の加熱ユニットと、を備えることができる。本明細書で使用する場合、用語「電気加熱」は、通常、材料(例えば、電線管)を通して電子を流すことによって少なくとも部分的に実施される加熱を指す。電線管は抵抗負荷であってもよい。いくつかの例では、電気加熱は、ジュール加熱(すなわち、オームの法則に従う加熱)を含むことができる。抵抗加熱、抵抗加熱、またはオーム加熱としても知られるジュール加熱は、熱または熱エネルギーを作るために、材料(例えば、電気抵抗器、触媒、触媒材料、または触媒床)に電流を流すことを含むことができる。場合によっては、触媒が複数の加熱ユニットを使用して加熱される場合、触媒を使用してアンモニアを含む原料物質から水素を生成することができる。いくつかの実施形態では、第一の部分および第二の部分は、触媒の同じ部分であってもよい。別の実施形態では、第一の部分および第二の部分は、触媒の異なる部分であってもよい。場合によっては、第一の部分および第二の部分は、重なり合ってもよく、または部分的に重なり合ってもよい。 In another aspect, the present disclosure provides a system comprising a reactor module configured to receive a source material including ammonia. The reactor module may comprise a catalyst and a plurality of heating units for heating the catalyst. In some embodiments, the plurality of heating units may comprise a first heating unit configured to heat at least a first portion of the catalyst by burning hydrogen, and a second heating unit configured to heat at least a second portion of the catalyst using electrical heating. As used herein, the term "electrical heating" generally refers to heating that is performed at least in part by passing electrons through a material (e.g., a conduit). The conduit may be a resistive load. In some examples, electrical heating may include Joule heating (i.e., heating that follows Ohm's law). Joule heating, also known as resistive heating, resistance heating, or ohmic heating, may include passing an electric current through a material (e.g., an electrical resistor, a catalyst, a catalytic material, or a catalytic bed) to create heat or thermal energy. In some cases, the catalyst may be used to produce hydrogen from a source material including ammonia when the catalyst is heated using a plurality of heating units. In some embodiments, the first portion and the second portion may be the same portion of the catalyst. In another embodiment, the first portion and the second portion may be different portions of the catalyst. In some cases, the first portion and the second portion may overlap or partially overlap.

場合によっては、反応器モジュールの第一の加熱ユニットは、第二の反応器モジュールを使用して生成される水素ガスの燃焼に基づいて、触媒の第一の部分を加熱するように構成されてもよい。場合によっては、第一の加熱ユニットは、(i)反応器モジュールと流体連通する一つもしくは複数の燃料電池、または(ii)第二の反応器モジュール(例えば、本明細書の他の箇所に記載の高速起動反応器モジュール)からの残留水素ガスの燃焼に基づいて、触媒の第一の部分を加熱するように構成されてもよい。場合によっては、第二の加熱ユニットは、電流を触媒の第二の部分に流すことによって、触媒の第二の部分を加熱するように構成されてもよい。場合によっては、触媒の第一の部分および触媒の第二の部分は、連続していてもよい(すなわち、物理的に連結する)。他の場合では、触媒の第一の部分および触媒の第二の部分は、触媒の第三の部分によって分離されてもよい。触媒の第三の部分は、触媒の第一の部分と第二の部分との間に配置されてもよい。場合によっては、触媒の第一と第二の部分とは、(触媒の第三の部分を介して直接的または間接的に)互いに熱連通してもよい。他の場合では、触媒の第一と第二の部分とは、互いに熱連通しなくてもよく、または熱連通する必要はない。 In some cases, the first heating unit of the reactor module may be configured to heat the first portion of the catalyst based on combustion of hydrogen gas produced using the second reactor module. In some cases, the first heating unit may be configured to heat the first portion of the catalyst based on combustion of residual hydrogen gas from (i) one or more fuel cells in fluid communication with the reactor module, or (ii) the second reactor module (e.g., a fast start reactor module described elsewhere herein). In some cases, the second heating unit may be configured to heat the second portion of the catalyst by passing an electric current through the second portion of the catalyst. In some cases, the first portion of the catalyst and the second portion of the catalyst may be contiguous (i.e., physically connected). In other cases, the first portion of the catalyst and the second portion of the catalyst may be separated by a third portion of the catalyst. The third portion of the catalyst may be disposed between the first and second portions of the catalyst. In some cases, the first and second portions of the catalyst may be in thermal communication with each other (directly or indirectly through the third portion of the catalyst). In other cases, the first and second portions of the catalyst may not or need not be in thermal communication with each other.

いくつかの実施形態では、システムは、反応器モジュールと流体連通および/または熱連通する第二の反応器モジュールをさらに備えてもよい。第二の反応器モジュールは、第二の触媒および第二の加熱ユニットを備えてもよい。第二の加熱ユニットは、第二の触媒を加熱するように構成されてもよい。場合によっては、第二の加熱ユニットは、第二の触媒を加熱するために第二の触媒に電流を流すための一つまたは複数の電極を備えてもよい。第二の触媒が第二の加熱ユニットを使用して加熱される場合、第二の触媒を使用してアンモニアから水素を生成することができる。 In some embodiments, the system may further include a second reactor module in fluid and/or thermal communication with the reactor module. The second reactor module may include a second catalyst and a second heating unit. The second heating unit may be configured to heat the second catalyst. In some cases, the second heating unit may include one or more electrodes for passing an electric current through the second catalyst to heat the second catalyst. When the second catalyst is heated using the second heating unit, the second catalyst can be used to produce hydrogen from ammonia.

いくつかの実施形態では、主反応器の第一の加熱ユニットと第二の加熱ユニットとの間の熱負荷分布は、アンモニア転化効率を高めるように、および/または反応器モジュールの熱効率を向上させるように調整可能であってもよい。熱負荷分布は、第一の加熱ユニットの加熱電力と第二の加熱ユニットの加熱電力との間の比に対応する加熱電力比を含むことができる。第一の加熱ユニットおよび第二の加熱ユニットの加熱電力は、所望のアンモニア転化効率および熱効率を達成するために調整されることができる。場合によっては、システムは、第一の加熱ユニットおよび第二の加熱ユニットの動作を制御するように構成されるコントローラーまたはプロセッサーをさらに備え、反応器モジュール内の熱負荷分布を調整してもよい。場合によっては、熱負荷分布のこのような調整は、一つまたは複数のセンサー測定値(例えば、温度測定値)に基づいて、または反応器モジュールの性能(例えば、アンモニア転化効率および/または反応器モジュールの熱効率)に基づいて、リアルタイムで実施されてもよい。場合によっては、二つ以上の加熱ゾーンを有するヒーターを使用して、ヒーター内の電力および熱分布を制御してもよい。場合によっては、システムは、複数の加熱ユニットを備えてもよい。複数の加熱ユニットは、少なくとも二つ以上の加熱ユニットを備えてもよい。場合によっては、少なくとも二つ以上の加熱ユニット間の熱負荷分布は、アンモニア転化効率を高めるために、および反応器モジュールの熱改質効率を向上させるために調整可能であってもよい。場合によっては、少なくとも二つ以上の加熱ユニットのそれぞれは、反応器モジュール内に一つまたは複数の加熱ゾーンを有し、反応器モジュール内の一つまたは複数の領域内で連続的な熱分布を可能にすることができる。場合によっては、少なくとも二つ以上の加熱ユニットは、反応器モジュール内の異なるゾーンを加熱するように構成されてもよい。場合によっては、少なくとも二つ以上の加熱ユニットは、反応器モジュール内の一つまたは複数の同じゾーンを加熱するように構成されてもよい。 In some embodiments, the heat load distribution between the first heating unit and the second heating unit of the primary reactor may be adjustable to increase the ammonia conversion efficiency and/or improve the thermal efficiency of the reactor module. The heat load distribution may include a heating power ratio corresponding to a ratio between the heating power of the first heating unit and the heating power of the second heating unit. The heating power of the first heating unit and the second heating unit may be adjusted to achieve a desired ammonia conversion efficiency and thermal efficiency. In some cases, the system may further include a controller or processor configured to control the operation of the first heating unit and the second heating unit to adjust the heat load distribution in the reactor module. In some cases, such adjustment of the heat load distribution may be performed in real time based on one or more sensor measurements (e.g., temperature measurements) or based on the performance of the reactor module (e.g., ammonia conversion efficiency and/or thermal efficiency of the reactor module). In some cases, a heater having two or more heating zones may be used to control the power and heat distribution in the heater. In some cases, the system may include multiple heating units. The multiple heating units may include at least two or more heating units. In some cases, the heat load distribution among the at least two or more heating units may be adjustable to increase ammonia conversion efficiency and to improve thermal reforming efficiency of the reactor module. In some cases, each of the at least two or more heating units may have one or more heating zones within the reactor module to enable continuous heat distribution within one or more regions within the reactor module. In some cases, the at least two or more heating units may be configured to heat different zones within the reactor module. In some cases, the at least two or more heating units may be configured to heat one or more of the same zones within the reactor module.

いくつかの実施形態では、反応器モジュールは、金属材料、プロモーター材料、および担体材料を含む一つまたは複数のアンモニア分解触媒を備える反応床を備えることができる。第一の加熱ユニットおよび第二の加熱ユニットは、反応床の異なる部分を加熱するように構成されてもよい。場合によっては、金属材料は、例えば、ルテニウム、ニッケル、ロジウム、イリジウム、コバルト、鉄、白金、クロム、パラジウム、または銅を含んでもよい。いくつかの実施形態では、プロモーター材料は、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Ba、Sr、La、Ce、Pr、Sm、またはGdから選択される少なくとも一つの材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、担体は、Al、MgO、CeO、ZrO、La、SiO、Y、TiO、SiC、六方晶BN(窒化ホウ素)、BNナノチューブ、炭化ケイ素、一つもしくは複数のゼオライト、LaAlO、CeAlO、MgAl、CaAl、または一つもしくは複数のカーボンナノチューブから選択される少なくとも一つの材料を含んでもよい。 In some embodiments, the reactor module may include a reaction bed comprising one or more ammonia decomposition catalysts including a metallic material, a promoter material, and a support material. The first heating unit and the second heating unit may be configured to heat different portions of the reaction bed. In some cases, the metallic material may include, for example, ruthenium, nickel, rhodium, iridium, cobalt, iron, platinum, chromium, palladium, or copper. In some embodiments, the promoter material may include at least one material selected from Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Ba, Sr, La, Ce, Pr, Sm, or Gd. In some embodiments, the support may comprise at least one material selected from Al2O3 , MgO , CeO2 , ZrO2 , La2O3 , SiO2 , Y2O3 , TiO2 , SiC, hexagonal BN (boron nitride), BN nanotubes, silicon carbide, one or more zeolites , LaAlO3 , CeAlO3 , MgAl2O4 , CaAl2O4 , or one or more carbon nanotubes .

いくつかの実施形態では、反応器モジュールは、高い熱伝達係数を有する一つまたは複数の電気絶縁材料を利用するカートリッジヒーター設計を備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の電気絶縁材料は、例えば窒化ホウ素を含んでもよい。 In some embodiments, the reactor module may include a cartridge heater design that utilizes one or more electrically insulating materials with a high heat transfer coefficient. In some cases, the one or more electrically insulating materials may include, for example, boron nitride.

いくつかの実施形態では、反応器モジュールは、約0.5ミリメートル~約1.5ミリメートルの範囲の厚さを有する一つまたは複数の壁を備えて熱質量を減少させ、より速くかつより動的に温度応答することができる。いくつかの実施形態では、反応器モジュールは、約1.5ミリメートル~約30ミリメートルの範囲の厚さを有する一つまたは複数の壁を備え、構造的一体性を高めることができる。いくつかの実施形態では、反応器モジュールは、少なくとも約90%の熱改質効率を有することができる。場合によっては、反応器モジュールは、少なくとも約95%の熱改質効率を有することができる。本明細書で使用する場合、用語「熱効率」または「熱改質効率」は、Hの化学エネルギーに変換されるシステムに提供される総熱および化学エネルギーの割合を指す場合がある。場合によっては、「熱効率」または「熱改質効率」は、アンモニアの発熱量および実際の入熱量に対する水素の発熱量に対応することができる。場合によっては、「熱効率」または「熱改質効率」は、流入するNH化学エネルギーと流入する熱に対する出て行くH化学エネルギーに対応することができる。 In some embodiments, the reactor module may include one or more walls having a thickness ranging from about 0.5 millimeters to about 1.5 millimeters to reduce thermal mass and provide faster and more dynamic temperature response. In some embodiments, the reactor module may include one or more walls having a thickness ranging from about 1.5 millimeters to about 30 millimeters to increase structural integrity. In some embodiments, the reactor module may have a thermal reforming efficiency of at least about 90%. In some cases, the reactor module may have a thermal reforming efficiency of at least about 95%. As used herein, the term "thermal efficiency" or "thermal reforming efficiency" may refer to the percentage of total heat and chemical energy provided to the system that is converted to H2 chemical energy. In some cases, the "thermal efficiency" or "thermal reforming efficiency" may correspond to the heating value of ammonia and the heating value of hydrogen relative to the actual heat input. In some cases, the "thermal efficiency" or "thermal reforming efficiency" may correspond to the outgoing H2 chemical energy relative to the incoming NH3 chemical energy and the incoming heat.

場合によっては、システムは、反応器モジュールと流体連通する一つまたは複数の燃料電池をさらに備えてもよい。一つまたは複数の燃料電池は、反応器モジュールによって生成される水素を使用して電気エネルギーを生成するように構成されることができる。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、反応器モジュールおよび/または第二の反応器モジュールと流体連通してもよい。第二の反応器モジュールは、例えば、上記の高速起動反応器モジュールを備えてもよい。一つまたは複数の燃料電池は、反応器モジュールおよび/または第二の反応器モジュールによって生成される水素を使用して電気エネルギーを生成するように構成されてもよい。 In some cases, the system may further include one or more fuel cells in fluid communication with the reactor module. The one or more fuel cells can be configured to generate electrical energy using hydrogen produced by the reactor module. In some cases, the one or more fuel cells may be in fluid communication with the reactor module and/or a second reactor module. The second reactor module may include, for example, a fast start reactor module as described above. The one or more fuel cells may be configured to generate electrical energy using hydrogen produced by the reactor module and/or the second reactor module.

方法 Method

別の態様では、本開示は、アンモニアを処理して水素を生成するための方法を提供する。方法は、アンモニアを含む原料物質を第一の反応器モジュールに提供することを含むことができる。第一の反応器モジュールは、第一の触媒と、起動加熱および改質ユニットとを備えてもよい。起動加熱および改質ユニットは、電流を第一の触媒に流して第一の触媒を加熱するための一つまたは複数の電極を備えてもよい。方法は、起動加熱および改質ユニットを使用して、第一の触媒の少なくとも一部に電流を流すことにより、第一の触媒を加熱することをさらに含んでもよい。第一の触媒が起動加熱および改質ユニットを使用して加熱される場合、第一の触媒を使用してアンモニアから水素を生成してもよい。 In another aspect, the disclosure provides a method for processing ammonia to produce hydrogen. The method may include providing a feed material including ammonia to a first reactor module. The first reactor module may include a first catalyst and a start-up heating and reforming unit. The start-up heating and reforming unit may include one or more electrodes for passing an electric current through the first catalyst to heat the first catalyst. The method may further include heating the first catalyst by passing an electric current through at least a portion of the first catalyst using the start-up heating and reforming unit. When the first catalyst is heated using the start-up heating and reforming unit, the first catalyst may be used to produce hydrogen from ammonia.

いくつかの実施形態では、方法は、第一の反応器モジュールを使用して生成される水素を一つまたは複数の燃料電池に提供することを含むことができる。方法は、一つまたは複数の燃料電池を使用して電気を生成することをさらに含むことができる。 In some embodiments, the method can include providing hydrogen produced using the first reactor module to one or more fuel cells. The method can further include generating electricity using the one or more fuel cells.

別の実施形態では、方法は、第一の反応器モジュールを使用して生成された水素を、第一の反応器モジュールと流体連通する第二の反応器モジュールに供給することを含むことができる。第二の反応器モジュールはまた、アンモニアを含む原料物質を受け取るように構成されてもよい。原料物質は、同じ原料から第一の反応器モジュールおよび第二の反応器モジュールに供給されてもよい。場合によっては、原料物質は、異なる供給源から第一の反応器モジュールおよび第二の反応器モジュールに供給されてもよい。第二の反応器モジュールは、第二の触媒と、第二の触媒を加熱するための一つまたは複数の主加熱ユニットとを備えてもよい。方法は、一つまたは複数の主加熱ユニットを使用して第二の触媒の少なくとも一部を加熱することをさらに含んでもよい。場合によっては、方法は、第一の反応器モジュールによって生成される水素の少なくとも一部を燃焼することによって第二の触媒を加熱することを含むことができる。加熱されると、第二の触媒を使用して、第二の反応器モジュールによって受け取られたアンモニアから別の水素を生成してもよい。 In another embodiment, the method may include supplying hydrogen produced using the first reactor module to a second reactor module in fluid communication with the first reactor module. The second reactor module may also be configured to receive a feed material including ammonia. The feed material may be supplied to the first reactor module and the second reactor module from the same feed. In some cases, the feed material may be supplied to the first reactor module and the second reactor module from different sources. The second reactor module may include a second catalyst and one or more main heating units for heating the second catalyst. The method may further include heating at least a portion of the second catalyst using the one or more main heating units. In some cases, the method may include heating the second catalyst by combusting at least a portion of the hydrogen produced by the first reactor module. Once heated, the second catalyst may be used to produce additional hydrogen from the ammonia received by the second reactor module.

いくつかの実施形態では、方法は、第二の反応器モジュールを使用して生成される水素を一つまたは複数の燃料電池に供給することを含むことができる。場合によっては、方法は、一つまたは複数の燃料電池を使用して電気を生成することをさらに含むことができる。電気を使用して、運転するために電力を必要とする一つまたは複数のシステムまたは装置(例えば、様々な陸上、航空、または水中車両)に電力を供給することができる。 In some embodiments, the method can include supplying hydrogen produced using the second reactor module to one or more fuel cells. In some cases, the method can further include generating electricity using the one or more fuel cells. The electricity can be used to power one or more systems or devices that require power to operate (e.g., various land, air, or underwater vehicles).

別の態様では、本開示は、アンモニアを処理して水素を生成するための方法を提供する。方法は、アンモニアを含む原料物質を反応器モジュールに提供することを含むことができる。反応器モジュールは、触媒と、触媒を加熱するための複数の加熱ユニットとを備えてもよい。複数の加熱ユニットは、燃焼によって触媒の少なくとも第一の部分を加熱するように構成される第一の加熱ユニットと、ジュール加熱を使用して触媒の少なくとも第二の部分を加熱するように構成される第二の加熱ユニットと、を備えることができる。場合によっては、触媒の第一の部分と第二の部分とは、互いに接触または隣接していてもよい。他の場合では、触媒の第一の部分と第二の部分とは、触媒の第三の部分、またはバリア(例えば、物理的バリアもしく熱バリア)によって分離されてもよい。 In another aspect, the disclosure provides a method for processing ammonia to produce hydrogen. The method can include providing a feed material including ammonia to a reactor module. The reactor module can include a catalyst and a plurality of heating units for heating the catalyst. The plurality of heating units can include a first heating unit configured to heat at least a first portion of the catalyst by combustion and a second heating unit configured to heat at least a second portion of the catalyst using Joule heating. In some cases, the first and second portions of the catalyst can be in contact with or adjacent to each other. In other cases, the first and second portions of the catalyst can be separated by a third portion of the catalyst or a barrier (e.g., a physical barrier or a thermal barrier).

いくつかの実施形態では、方法は、水素を燃焼することによって触媒の第一の部分を加熱することをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、方法は、電流を触媒の第二の部分に流すことによって、触媒の第二の部分を加熱することをさらに含むことができる。加熱されると、触媒を使用して、アンモニアを含む原料物質から水素を生成することができる。場合によっては、触媒の第一の部分を加熱するために燃焼される水素は、第二の反応器モジュールを使用して生成されることができる。このような第二の反応器モジュールは、アンモニアを含む原料物質から水素を生成する(すなわち、作るまたは抽出する)ように構成されることができる。第二の反応器モジュールは、第二の触媒および第二の加熱ユニットを備えてもよい。場合によっては、第二の加熱ユニットは、電流を第二の触媒に流すことによって第二の触媒を加熱するように構成されることができる。加熱されると、第二の触媒を使用して、第二の反応器モジュールによって受け取られる原料物質から水素を生成することができる。 In some embodiments, the method may further include heating a first portion of the catalyst by burning hydrogen. In some embodiments, the method may further include heating a second portion of the catalyst by passing an electric current through the second portion of the catalyst. Once heated, the catalyst may be used to produce hydrogen from a feed material including ammonia. In some cases, the hydrogen burned to heat the first portion of the catalyst may be produced using a second reactor module. Such a second reactor module may be configured to produce (i.e., make or extract) hydrogen from a feed material including ammonia. The second reactor module may include a second catalyst and a second heating unit. In some cases, the second heating unit may be configured to heat the second catalyst by passing an electric current through the second catalyst. Once heated, the second catalyst may be used to produce hydrogen from a feed material received by the second reactor module.

いくつかの実施形態では、方法は、反応器モジュールを使用して生成される水素を一つまたは複数の燃料電池に供給することを含むことができる。場合によっては、方法は、一つまたは複数の燃料電池を使用して電気を生成することをさらに含むことができる。電気を使用して、運転するために電力を必要とする一つまたは複数のシステムまたは装置(例えば、様々な陸上、航空、または水中車両)に電力を供給することができる。 In some embodiments, the method can include supplying hydrogen produced using the reactor module to one or more fuel cells. In some cases, the method can further include generating electricity using the one or more fuel cells. The electricity can be used to power one or more systems or devices that require power to operate (e.g., various land, air, or underwater vehicles).

いくつかの実施形態では、方法は、反応器モジュールを使用して生成される水素を一つまたは複数の燃焼機関に供給することをさらに含むことができる。場合によっては、方法は、一つまたは複数の燃焼機関を使用して機械的作用を生み出すことをさらに含むことができる。機械的作用を用いて、運転するために電力を必要とする一つまたは複数のシステムまたは装置(例えば、様々な陸上、航空、または水中車両)に電力を供給することができる。 In some embodiments, the method may further include supplying hydrogen produced using the reactor module to one or more combustion engines. In some cases, the method may further include producing mechanical work using the one or more combustion engines. The mechanical work may be used to power one or more systems or devices that require electrical power to operate (e.g., various land, air, or underwater vehicles).

コンピューターシステム Computer systems

一態様では、本開示は、本開示の方法を実施するようにプログラムされる、あるいは構成されるコンピューターシステムを提供する。図18は、アンモニアを処理するためのシステムおよび/または方法を実施するようにプログラムされる、あるいは構成されることができる、コンピューターシステム1801(すなわち、コントローラーまたはコンピューティングデバイス)を示す。コンピューターシステム1801は、例えば、(i)アンモニアを含む原料物質の一つまたは複数の反応器への流れを制御する、(ii)一つまたは複数の加熱ユニットの動作を制御して、一つまたは複数の反応器の一つまたは複数の触媒を加熱し、その一つまたは複数の触媒を使用して、一つまたは複数の加熱ユニットによって加熱された後に、アンモニアを含む原料物質から水素を生成する、および(iii)アンモニアから生成される水素の一つまたは複数の燃料電池への流れを制御して電気を生成する、ように構成されることができる。コンピューターシステム1801は、一つまたは複数の流れ制御機構(例えば、一つまたは複数のバルブ)を調節することによって、反応器への原料物質の流れおよび/または反応器から一つまたは複数の燃料電池への水素の流れを制御することができる。コンピューターシステム1801は、一つまたは複数の触媒に流す電流量を調節することによって、一つまたは複数の加熱ユニットの動作を制御することができる。コンピューターシステム1801は、ユーザーの電子デバイス、または電子デバイスに対して遠隔設置されるコンピューターシステムであってもよい。電子デバイスはモバイル電子デバイスであってもよい。 In one aspect, the present disclosure provides a computer system that is programmed or configured to implement the methods of the present disclosure. FIG. 18 illustrates a computer system 1801 (i.e., a controller or computing device) that can be programmed or configured to implement a system and/or method for processing ammonia. The computer system 1801 can be configured, for example, to (i) control the flow of ammonia-containing feedstock to one or more reactors, (ii) control the operation of one or more heating units to heat one or more catalysts in one or more reactors and use the one or more catalysts to produce hydrogen from the ammonia-containing feedstock after being heated by the one or more heating units, and (iii) control the flow of hydrogen produced from the ammonia to one or more fuel cells to produce electricity. The computer system 1801 can control the flow of feedstock to the reactors and/or the flow of hydrogen from the reactors to one or more fuel cells by adjusting one or more flow control mechanisms (e.g., one or more valves). The computer system 1801 can control the operation of one or more heating units by adjusting the amount of current flowing through one or more catalysts. The computer system 1801 may be a user's electronic device or a computer system located remotely to the electronic device. The electronic device may be a mobile electronic device.

コンピューターシステム1801は、中央処理装置(CPU、本明細書では「プロセッサー」および「コンピュータープロセッサー」)1805を含んでもよく、これは、シングルコアもしくはマルチコアプロセッサー、または並列処理のための複数のプロセッサーであってもよい。コンピューターシステム1801はまた、メモリまたは記憶場所1810(例えば、ランダムアクセスメモリ、読取り専用メモリ、フラッシュメモリ)、電子記憶装置1815(例えば、ハードディスク、ソリッドステートディスク等)、一つまたは複数の他のシステムと通信するための通信インターフェース1820(例えば、ネットワークアダプター)、ならびに周辺機器1825、例えばキャッシュ、他のメモリ、データストレージおよび/または電子ディスプレイアダプター等を備えてもよい。メモリ1810、記憶装置1815、インターフェース1820および周辺機器1825は、通信バス(実線)、例えばマザーボードを介してCPU1805と通信する。記憶装置1815は、データを記憶するためのデータ記憶装置(またはデータリポジトリ)であってもよい。コンピューターシステム1801は、通信インターフェース1820を用いて、コンピュータネットワーク(ネットワーク)1830に動作可能に結合してもよい。ネットワーク1830は、インターネット、インターネットおよび/もしくはエクストラネット、またはインターネットと通信するイントラネットおよび/もしくはエクストラネットであってもよい。場合によっては、ネットワーク1830は、電気通信ネットワークおよび/またはデータネットワークであってもよい。ネットワーク1830は、一つまたは複数のコンピュータサーバーを含むことができ、これにより分散コンピューティング、例えばクラウドコンピューティングを可能にすることができる。ネットワーク1830は、場合によっては、コンピューターシステム1801を用いて、ピアツーピアネットワークを実装してもよく、これにより、コンピューターシステム1801に結合するデバイスがクライアントまたはサーバーとして動作することができる。 The computer system 1801 may include a central processing unit (CPU, herein "processor" and "computer processor") 1805, which may be a single-core or multi-core processor, or multiple processors for parallel processing. The computer system 1801 may also include memory or storage locations 1810 (e.g., random access memory, read-only memory, flash memory), electronic storage 1815 (e.g., hard disk, solid state disk, etc.), communication interface 1820 (e.g., network adapter) for communicating with one or more other systems, and peripherals 1825, such as cache, other memory, data storage and/or electronic display adapters, etc. The memory 1810, storage 1815, interface 1820 and peripherals 1825 communicate with the CPU 1805 via a communication bus (solid lines), e.g., a motherboard. The storage 1815 may be a data storage device (or data repository) for storing data. The computer system 1801 may be operatively coupled to a computer network (network) 1830 using the communication interface 1820. Network 1830 may be the Internet, an Internet and/or an extranet, or an intranet and/or an extranet in communication with the Internet. In some cases, network 1830 may be a telecommunications network and/or a data network. Network 1830 may include one or more computer servers, thereby enabling distributed computing, such as cloud computing. Network 1830 may, in some cases, implement a peer-to-peer network using computer system 1801, such that devices coupled to computer system 1801 may operate as clients or servers.

CPU1805は、プログラムまたはソフトウェアで具体化されることができる、一連の機械可読命令を実行することができる。命令は、記憶場所、例えばメモリ1810に格納されることができる。命令は、CPU1805に向けられてもよく、その後、本開示の方法を実行するようにCPU1805をプログラムするか、あるいは構成してもよい。CPU1805によって実行される動作の例には、フェッチ、デコード、実行、およびライトバックが含まれることができる。 The CPU 1805 may execute a sequence of machine-readable instructions, which may be embodied in a program or software. The instructions may be stored in a memory location, such as memory 1810. The instructions may be directed to the CPU 1805, which may then program or configure the CPU 1805 to perform the methods of the present disclosure. Examples of operations performed by the CPU 1805 may include fetch, decode, execute, and writeback.

CPU1805は、回路、例えば集積回路の一部であってもよい。システム1801の一つまたは複数の他の構成要素は、回路に含まれてもよい。場合によっては、回路は特定用途向け集積回路(ASIC)であってもよい。 The CPU 1805 may be part of a circuit, such as an integrated circuit. One or more other components of the system 1801 may also be included in the circuit. In some cases, the circuit may be an application specific integrated circuit (ASIC).

記憶装置1815は、ファイル、例えばドライバー、ライブラリ、および保存されたプログラムを格納することができる。記憶装置1815は、ユーザーデータ、例えば、ユーザー設定およびユーザープログラムを格納することができる。コンピューターシステム1801は、場合によっては、コンピューターシステム1801の外部に設置される(例えば、イントラネットまたはインターネットを介してコンピューターシステム1801と通信するリモートサーバー上の)一つまたは複数の別のデータ記憶装置を備えてもよい。 Storage device 1815 may store files, such as drivers, libraries, and saved programs. Storage device 1815 may store user data, such as user settings and user programs. Computer system 1801 may optionally include one or more additional data storage devices located outside computer system 1801 (e.g., on a remote server in communication with computer system 1801 via an intranet or the Internet).

コンピューターシステム1801は、ネットワーク1830を介して一つまたは複数のリモートコンピューターシステムと通信してもよい。例えば、コンピューターシステム1801は、ユーザーのリモートコンピューターシステム(例えば、反応器を操作する個人、反応器の動作を監視する事業体、または反応器を使用して生成される水素から導出または作られる電気エネルギーを使用して電力を供給することができる装置もしくは車両を操作するエンドユーザー)と通信することができる。リモートコンピューターシステムの例としては、パーソナルコンピューター(例えば、ポータブルPC)、スレートまたはタブレットPC(例えば、Apple(登録商標)iPad(登録商標)、Samsung(登録商標)Galaxy Tab)、電話、スマートフォン(例えば、Apple(登録商標)iPhone(登録商標)、Android(登録商標)対応デバイス、Blackberry(登録商標))、またはパーソナルデジタルアシスタントが挙げられる。ユーザーは、ネットワーク1830を介してコンピューターシステム1801にアクセスすることができる。 The computer system 1801 may communicate with one or more remote computer systems via the network 1830. For example, the computer system 1801 may communicate with a remote computer system of a user (e.g., an individual operating a reactor, an entity monitoring the operation of the reactor, or an end user operating an apparatus or vehicle that can be powered using electrical energy derived or created from hydrogen produced using the reactor). Examples of remote computer systems include a personal computer (e.g., a portable PC), a slate or tablet PC (e.g., Apple® iPad®, Samsung® Galaxy Tab), a phone, a smartphone (e.g., Apple® iPhone®, Android®-enabled device, BlackBerry®), or a personal digital assistant. A user may access the computer system 1801 via the network 1830.

本開示で説明されるシステムおよび方法は、コンピューターシステム1801の電子的記憶場所、例えばメモリ1810または電子記憶装置1815に格納された機械(例えばコンピュータープロセッサー)実行可能コードによって実行されることができる。機械実行可能コードまたは機械可読コードは、ソフトウェアの形態で提供されてもよい。使用中、コードはプロセッサー1805によって実行されてもよい。場合によっては、コードは、記憶装置1815から取得され、プロセッサー1805による迅速なアクセスのためにメモリ1810に格納されることができる。場合によっては、電子記憶装置1815は除外されてもよく、機械実行可能命令はメモリ1810に格納される。 The systems and methods described in this disclosure can be executed by machine (e.g., computer processor) executable code stored in electronic storage locations of the computer system 1801, such as memory 1810 or electronic storage 1815. The machine executable or machine readable code may be provided in the form of software. In use, the code may be executed by the processor 1805. In some cases, the code may be retrieved from storage 1815 and stored in memory 1810 for rapid access by the processor 1805. In some cases, the electronic storage 1815 may be omitted and the machine executable instructions are stored in memory 1810.

コードは、コードを実行するように構成されるプロセッサーを有する機械で使用するように予めコンパイルおよび構成されてもよく、または実行中にコンパイルされてもよい。コードは、コードが予めコンパイルされたまたはコンパイルされた形式で実行できるように選択されることができるプログラミング言語で供給されることができる。 The code may be pre-compiled and configured for use on a machine having a processor configured to execute the code, or may be compiled on the fly. The code may be provided in a programming language that can be selected so that the code can be executed in a pre-compiled or compiled form.

本明細書に提供される、例えばコンピューターシステム1801のようなシステムおよび方法の態様は、プログラミングにおいて具体化されることができる。技術の様々な態様は、典型的には機械(またはプロセッサー)実行可能コード、および/または一種の機械可読媒体上で運ばれる、もしくはそれに組み込まれる関連データの形態の、「製品」または「製造物品」として考えられることができる。機械実行可能コードは、電子記憶装置、例えばメモリ(例えば、読取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、フラッシュメモリ)またはハードディスク上に格納されることができる。「ストレージ」タイプの媒体には、コンピューター、プロセッサー等の有形メモリ、またはそれらの関連モジュール、例えば、様々な半導体メモリ、テープドライブ、ディスクドライブ等のいずれかまたはすべてが含まれてもよく、それらはソフトウェアプログラミングのためにいつでも非一時的ストレージを提供することができる。ソフトウェアのすべてまたは一部は、時にはインターネットまたは様々な他の通信ネットワークを介して通信されてもよい。このような通信は、例えば、あるコンピューターまたはプロセッサーから別のコンピューターまたはプロセッサーへ、例えば、管理サーバーまたはホストコンピューターからアプリケーションサーバーのコンピュータープラットフォームへソフトウェアをロードすることを可能にすることができる。したがって、ソフトウェア要素を搭載することができる別のタイプのメディアには、ローカルデバイス間の物理インターフェース全体で、有線および光固定電話回線ネットワークを経由して、および様々なエアリンクを介して使用される光、電気、電磁波が含まれる。このような波、例えば有線または無線リンク、光リンク等を伝送する物理的要素も、ソフトウェアを搭載する媒体とみなされることができる。本明細書で使用する場合、非一時的で有形の「ストレージ」媒体に限定されない限り、用語、例えばコンピューターまたは機械「可読媒体」は、実行のためにプロセッサーに命令を提供することに関与するあらゆる媒体を指す。 Aspects of the systems and methods provided herein, such as the computer system 1801, can be embodied in programming. Various aspects of the technology can be thought of as a "product" or "article of manufacture," typically in the form of machine (or processor) executable code and/or associated data carried on or embodied in a type of machine-readable medium. The machine-executable code can be stored on electronic storage, such as memory (e.g., read-only memory, random access memory, flash memory) or a hard disk. A "storage" type medium may include any or all of the tangible memory of a computer, processor, etc., or their associated modules, such as various semiconductor memories, tape drives, disk drives, etc., which can provide non-transitory storage at any time for software programming. All or a portion of the software may sometimes be communicated over the Internet or various other communications networks. Such communication can, for example, allow the software to be loaded from one computer or processor to another, such as from a management server or host computer to an application server computer platform. Thus, other types of media that may carry software elements include optical, electrical, and electromagnetic waves used across physical interfaces between local devices, over wired and optical landline networks, and over various air links. The physical elements that transmit such waves, e.g., wired or wireless links, optical links, etc., may also be considered media carrying the software. As used herein, unless limited to non-transitory, tangible "storage" media, the term, e.g., computer or machine "readable medium," refers to any medium that participates in providing instructions to a processor for execution.

したがって、機械可読媒体、例えばコンピューター実行可能コードは、有形記憶媒体、搬送波媒体、または物理的伝送媒体を含むが、これらに限定されない、多くの形態を取ることができる。例えば、光ディスクもしくは磁気ディスク、または任意のコンピューター等の任意の記憶装置を含む不揮発性記憶媒体を使用して、図面に示すデータベース等を実装してもよい。揮発性記憶媒体は、ダイナミックメモリ、例えばこのようなコンピュータープラットフォームのメインメモリを含んでもよい。有形の伝送媒体は、同軸ケーブル、銅線、および光ファイバーを含み、コンピューターシステム内のバスを含む配線を含むことができる。搬送波伝送媒体は、電気信号もしくは電磁信号、または音響波または光波、例えば無線周波数(RF)および赤外線(IR)通信中に生成されるようなものの形式を取る場合がある。したがって、コンピューター可読媒体の一般的な形態として、例えば、フロッピー(登録商標)ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の磁気媒体、CD-ROM、DVDもしくはDVD-ROM、任意の他の光学媒体、パンチカードの紙テープ、穴のパターンを有する任意の他の物理的記憶媒体、RAM、ROM、PROMおよびEPROM、FLASH-EPROM、任意の他のメモリチップもしくはカートリッジ、データもしくは命令を伝送する搬送波、このような搬送波を伝送するケーブルもしくはリンク、またはコンピューターがプログラミングコードおよび/もしくはデータを読み取ることができる任意の他の媒体、が挙げられる。これらの形態のコンピューター可読媒体の多くは、実行のためにプロセッサーに一つまたは複数の命令の一つまたは複数の配列を伝送することに関与してもよい。 Thus, the machine-readable medium, e.g., computer executable code, can take many forms, including but not limited to tangible storage media, carrier wave media, or physical transmission media. For example, non-volatile storage media, including optical or magnetic disks, or any storage device, such as any computer, may be used to implement the databases, etc., shown in the drawings. Volatile storage media may include dynamic memory, e.g., the main memory of such a computer platform. Tangible transmission media may include wiring, including coaxial cables, copper wire, and fiber optics, including buses within a computer system. Carrier wave transmission media may take the form of electric or electromagnetic signals, or acoustic or light waves, such as those generated during radio frequency (RF) and infrared (IR) communications. Thus, common forms of computer readable media include, for example, floppy disks, flexible disks, hard disks, magnetic tape, any other magnetic media, CD-ROMs, DVDs or DVD-ROMs, any other optical media, punched card paper tape, any other physical storage media with a pattern of holes, RAM, ROM, PROMs and EPROMs, FLASH-EPROMs, any other memory chips or cartridges, carrier waves transmitting data or instructions, cables or links transmitting such carrier waves, or any other medium from which a computer can read programming code and/or data. Many of these forms of computer readable media may be involved in transmitting one or more sequences of one or more instructions to a processor for execution.

コンピューターシステム1801は、例えば、一つもしくは複数の反応器または反応器の一つもしくは複数の構成要素の、動作または性能を監視または追跡するためのユーザー用のポータルを提供するためのユーザーインターフェース(UI)1840を備える電子ディスプレイ1835を含んでもよく、またはそれと通信してもよい。場合によっては、一つまたは複数の反応器の性能は、例えば、一つまたは複数の反応器のアンモニア転化効率または熱効率を含んでもよい。ポータルは、アプリケーションプログラミングインターフェース(API)を介して提供されてもよい。ユーザーまたは事業体はまた、UIを介してポータル内の様々な要素と相互作用してもよい。UIの例としては、グラフィカルユーザーインターフェース(GUI)およびウェブベースのユーザーインターフェースが挙げられるが、これらに限定されない。 The computer system 1801 may include or communicate with an electronic display 1835 with a user interface (UI) 1840 to provide a portal for a user to monitor or track the operation or performance of, for example, one or more reactors or one or more components of a reactor. In some cases, the performance of the one or more reactors may include, for example, the ammonia conversion efficiency or thermal efficiency of the one or more reactors. The portal may be provided through an application programming interface (API). A user or entity may also interact with various elements in the portal through the UI. Examples of UIs include, but are not limited to, graphical user interfaces (GUIs) and web-based user interfaces.

本開示の方法およびシステムは、一つまたは複数のアルゴリズムによって実行されてもよい。アルゴリズムは、中央処理装置1805によって実行されると、ソフトウェアによって実行されることができる。例えば、アルゴリズムは、一つもしくは複数のセンサー測定値(例えば、温度測定値、流量等)に基づいて、または一つもしくは複数の反応器の性能に基づいて、一つまたは複数の反応器の動作を制御するように構成されてもよい。場合によっては、アルゴリズムは、(i)アンモニアを含む原料物質の一つまたは複数の反応器への流れを制御する、(ii)一つまたは複数の加熱ユニットの動作を制御して、一つまたは複数の反応器の一つまたは複数の触媒を加熱し、一つまたは複数の触媒が一つまたは複数の加熱ユニットによって加熱された後に、アンモニアを含む原料物質から水素を生成または抽出することができる、および/または(iii)アンモニアから生成される水素の一つまたは複数の燃料電池への流れを制御して電気を生成する、ように構成されることができる。場合によっては、アルゴリズムは、反応器の第一の加熱ユニットと第二の加熱ユニットとの間の熱負荷分布を制御、修正、または調整して、アンモニア転化効率を高め、反応器モジュールの熱効率を向上させるように構成されてもよい。熱負荷分布は、第一の加熱ユニットの加熱電力と第二の加熱ユニットの加熱電力との間の比に対応する加熱電力比を含むことができる。アルゴリズムは、所望のアンモニア転化効率および/または反応器の熱効率を達成するために、反応器の性能に関連付けられた様々なモニターもしくはセンサーの測定値、または様々なパラメーターを使用して、第一の加熱ユニットおよび第二の加熱ユニットの加熱電力を調整することができる。 The methods and systems of the present disclosure may be implemented by one or more algorithms. The algorithm may be implemented by software when executed by the central processing unit 1805. For example, the algorithm may be configured to control the operation of one or more reactors based on one or more sensor measurements (e.g., temperature measurements, flow rates, etc.) or based on the performance of one or more reactors. In some cases, the algorithm may be configured to (i) control the flow of ammonia-containing feedstock material to one or more reactors, (ii) control the operation of one or more heating units to heat one or more catalysts of one or more reactors, which may produce or extract hydrogen from the ammonia-containing feedstock material after the one or more catalysts are heated by the one or more heating units, and/or (iii) control the flow of hydrogen produced from the ammonia to one or more fuel cells to generate electricity. In some cases, the algorithm may be configured to control, modify, or adjust the heat load distribution between the first heating unit and the second heating unit of the reactor to increase ammonia conversion efficiency and improve the thermal efficiency of the reactor module. The heat load distribution may include a heating power ratio corresponding to a ratio between the heating power of the first heating unit and the heating power of the second heating unit. The algorithm can adjust the heating power of the first heating unit and the second heating unit using various monitor or sensor measurements or various parameters associated with the reactor performance to achieve a desired ammonia conversion efficiency and/or reactor thermal efficiency.

システム構成 System configuration

図19は、主反応器R_mからの出口流のための熱交換器を備えるコンパクトなアンモニアパワーパックシステムを示す。主反応器R_mからの出口流は、吸着塔(ADS)に入る前に、熱交換器(HX)を使用して冷却されてもよい。熱交換器は、出口流(水素、窒素、および/または低ppmの未転化アンモニアを含む場合がある)とヒートシンク(例えば、アンモニア貯蔵タンク)または流体媒体(例えば、周囲空気)との間の熱エネルギーの伝達を促進させるために使用されることができる。熱交換器は、周囲空気と熱連通し、主反応器R_mからの出口流を摂氏約50度未満に冷却してもよい。あるいは、熱交換器は、一つまたは複数のアンモニア貯蔵タンクと熱連通し、主反応器R_mからの出口流を摂氏約50度未満に冷却し、貯蔵タンク内のアンモニア蒸発のための加熱エネルギーを提供してもよい。あるいは、熱交換器は、一つまたは複数のアンモニア流入と熱連通し、主反応器R_mからの出口流を摂氏約50度未満に冷却し、熱交換器内のアンモニア蒸発のための熱または熱エネルギーを提供してもよい。冷却された出口流は、出口流が一つまたは複数の燃料電池に向けられる前に、一つまたは複数の吸着塔に誘導され、冷却された出口流からどんな微量のアンモニアでも除去する。アンモニアは燃料電池の性能に有害である可能性があるため、吸着塔は、一つまたは複数の燃料電池の性能および/もしくは寿命を維持するのに役立つことができる。吸着塔は、一定のサイクル数または動作数の後に交換可能(例えば、カートリッジ型)であることができる一つまたは複数の吸着体を備えてもよい。一つまたは複数の吸着体は、一つまたは複数の反応器からの出口流から、未転化アンモニアおよび/または窒素を濾過または除去するように構成されることができる。 FIG. 19 shows a compact ammonia power pack system with a heat exchanger for the outlet stream from the primary reactor R_m. The outlet stream from the primary reactor R_m may be cooled using a heat exchanger (HX) before entering the adsorption tower (ADS). The heat exchanger can be used to facilitate the transfer of thermal energy between the outlet stream (which may contain hydrogen, nitrogen, and/or low ppm unconverted ammonia) and a heat sink (e.g., an ammonia storage tank) or a fluid medium (e.g., ambient air). The heat exchanger may be in thermal communication with the ambient air and cool the outlet stream from the primary reactor R_m to less than about 50 degrees Celsius. Alternatively, the heat exchanger may be in thermal communication with one or more ammonia storage tanks and cool the outlet stream from the primary reactor R_m to less than about 50 degrees Celsius and provide heating energy for ammonia evaporation in the storage tank. Alternatively, the heat exchanger may be in thermal communication with one or more ammonia inflows to cool the outlet stream from the primary reactor R_m to less than about 50 degrees Celsius and provide heat or thermal energy for ammonia evaporation in the heat exchanger. The cooled outlet stream may be directed to one or more adsorption towers to remove any traces of ammonia from the cooled outlet stream before the outlet stream is directed to the one or more fuel cells. The adsorption towers may help maintain the performance and/or life of the one or more fuel cells, as ammonia can be detrimental to the performance of the fuel cells. The adsorption towers may comprise one or more adsorbents that can be replaceable (e.g., cartridge type) after a certain number of cycles or operations. The one or more adsorbents may be configured to filter or remove unconverted ammonia and/or nitrogen from the outlet stream from the one or more reactors.

図20は、入口流を使用して主反応器R_mの出口流を冷却するための熱交換器を備えるアンモニアパワーパックシステムを示す。熱交換器は、アンモニア貯蔵タンクと熱連通し、R_mからの出口流の冷却を促進させ、貯蔵タンク内のアンモニア蒸発のための熱エネルギーを提供することができる。いくつかの実施形態では、アンモニア貯蔵タンクは、燃料電池と熱連通して、燃料電池から廃熱を回収し、アンモニア貯蔵タンク内のアンモニア蒸発のための加熱エネルギーを提供することができる。反応器の入口流と出口流は、熱回収のために熱交換器を介して互いに熱連通することができる。場合によっては、入口流(一つまたは複数のアンモニアタンクからのアンモニアを含む場合がある)は、主反応器R_mに入る前に加熱または予熱されてもよい。入口流は、入口流と出口流との間の熱エネルギーの伝達によって加熱または予熱されてもよい。出口流は、入口流内のアンモニアの分解によって作られる水素および/または窒素を含む場合がある。出口流と入口流および/またはアンモニア貯蔵タンクとの間の熱エネルギーの伝達は、出口流を冷却し、その後、出口流が、出口流の少なくとも一部(例えば、水素)を利用するように構成される一つまたは複数の燃料電池の上流にある吸着塔に入って、電気エネルギーを生成することができる。 FIG. 20 illustrates an ammonia power pack system with a heat exchanger for cooling the outlet stream of the primary reactor R_m using the inlet stream. The heat exchanger can be in thermal communication with an ammonia storage tank to facilitate cooling of the outlet stream from R_m and provide thermal energy for ammonia evaporation in the storage tank. In some embodiments, the ammonia storage tank can be in thermal communication with a fuel cell to recover waste heat from the fuel cell and provide heating energy for ammonia evaporation in the ammonia storage tank. The inlet and outlet streams of the reactor can be in thermal communication with each other via a heat exchanger for heat recovery. In some cases, the inlet stream (which may include ammonia from one or more ammonia tanks) may be heated or preheated before entering the primary reactor R_m. The inlet stream may be heated or preheated by the transfer of thermal energy between the inlet stream and the outlet stream. The outlet stream may include hydrogen and/or nitrogen created by decomposition of ammonia in the inlet stream. The transfer of thermal energy between the outlet stream and the inlet stream and/or the ammonia storage tank cools the outlet stream, which can then enter an adsorption tower upstream of one or more fuel cells configured to utilize at least a portion of the outlet stream (e.g., hydrogen) to generate electrical energy.

図21は、主反応器R_mの入口流および出口流の両方を冷却するための熱交換器を備えるアンモニアパワーパックシステムを示す。アンモニアパワーパックシステムは、本明細書の他の箇所に記載されるような起動反応器R_sをさらに備えてもよい。起動反応器は、反応器を開始させる所定時間内にアンモニアを分解するように構成されてもよい。所定時間は、最大で約5分以下であってもよい。いくつかの実施形態では、所定時間は、最大で約60分以下であってもよい。起動反応器は、電気エネルギーによって(例えば、発熱のために導電性触媒材料に電流を流すことによって)電力を供給されてもよい。起動反応器は、閾値温度(例えば、摂氏350度を超える)に加熱された場合にアンモニアを分解するように構成される触媒を備えてもよい。アンモニアの分解により、本明細書の他の箇所に記載のように、起動反応器R_sから燃焼加熱のための主反応器R_mの加熱ユニットに誘導されることができる水素を作ることができる。場合によっては、高電力需要の間、起動反応器は負荷追従ユニットとして動作することができる。主反応器R_m内への入口流は、アンモニア、窒素、および/または水素を含む場合がある。主反応器R_mへの入口流は、一つまたは複数のアンモニアタンクからのアンモニア、または起動反応器R_sからの窒素、水素、および/もしくは未転化アンモニアを含む場合がある。 FIG. 21 illustrates an ammonia power pack system comprising a heat exchanger for cooling both the inlet and outlet streams of the primary reactor R_m. The ammonia power pack system may further comprise a start-up reactor R_s as described elsewhere herein. The start-up reactor may be configured to decompose the ammonia within a predetermined time to start the reactor. The predetermined time may be up to about 5 minutes or less. In some embodiments, the predetermined time may be up to about 60 minutes or less. The start-up reactor may be powered by electrical energy (e.g., by passing an electrical current through a conductive catalytic material for heat generation). The start-up reactor may comprise a catalyst configured to decompose the ammonia when heated to a threshold temperature (e.g., above 350 degrees Celsius). The decomposition of ammonia may produce hydrogen that may be directed from the start-up reactor R_s to the heating unit of the primary reactor R_m for combustion heating, as described elsewhere herein. In some cases, during high power demand, the start-up reactor may operate as a load-following unit. The inlet stream into the primary reactor R_m may include ammonia, nitrogen, and/or hydrogen. The inlet stream to the main reactor R_m may include ammonia from one or more ammonia tanks, or nitrogen, hydrogen, and/or unconverted ammonia from the start-up reactor R_s.

図22は、より大きなシステム(例えば、少なくとも約100キロワット以上の必要な電力を有するシステム)に電力を供給するためのアンモニアパワーパックを示す。パワーパックシステムは、起動反応器R_s、主反応器R_m、および複数の吸着塔(ADS)を備えることができる。場合によっては、吸着塔は、カートリッジ型で提供される吸着材料を含むことができる。しかし、吸着材料は、カートリッジ型ではない、またはそうである必要はない場合がある。場合によっては、アンモニアパワーパックシステムのオンデマンド吸着体再生および連続稼働のために、二つの吸着床を利用してもよい。場合によっては、第一の吸着塔は、第一の期間使用または動作してもよく、第二の吸着塔は、使用または動作する準備ができたスタンバイ状態であってもよい。第一のADSが完全に放電されると、システムは、主反応器R_mからの出口流の流路を第二のADSへと切り替えることができる。出口流が一つまたは複数の燃料電池に誘導される前に、第二のADSを使用して出口流からどんな微量のアンモニアでも除去することができる。第二のADSが使用されている間、第一のADSが再生されることができる。第二のADSが完全に放電されると、第一のADSは再生され、別のサイクルまたは動作で使用するための準備が整う。本明細書に記載の実施形態のいずれかでは、二つ、三つ、四つ、五つ、六つ、七つ、八つ、九つ、十、またはそれ以上の吸着塔が使用されることができる。 FIG. 22 shows an ammonia power pack for powering a larger system (e.g., a system having a required power of at least about 100 kilowatts or more). The power pack system can include a start-up reactor R_s, a main reactor R_m, and multiple adsorption towers (ADS). In some cases, the adsorption towers can include adsorption material provided in a cartridge type. However, the adsorption material may not be or need not be in a cartridge type. In some cases, two adsorption beds may be utilized for on-demand adsorption regeneration and continuous operation of the ammonia power pack system. In some cases, a first adsorption tower may be used or operated for a first period of time, and a second adsorption tower may be in a standby state ready to be used or operated. Once the first ADS is fully discharged, the system can switch the flow path of the outlet stream from the main reactor R_m to the second ADS. The second ADS can be used to remove any traces of ammonia from the outlet stream before the outlet stream is directed to one or more fuel cells. While the second ADS is being used, the first ADS can be regenerated. Once the second ADS is fully discharged, the first ADS is regenerated and ready for use in another cycle or operation. In any of the embodiments described herein, two, three, four, five, six, seven, eight, nine, ten, or more adsorption towers can be used.

図23に示すように、場合によっては、一つまたは複数の追加の熱交換器が設けられてもよい。一つまたは複数の追加の熱交換器を使用して、様々な吸着床を再成することができる。例えば、吸着床1(ADS_1)は、埋め込まれた電気ヒーター(H_3)を使用して再生されてもよい。ポンプまたはブロワを使用して、再生アンモニアを除去し、再生アンモニアの流れを(未転化Hおよび/またはNを含む場合がある)燃料電池からの出口流と混ぜ合わせることができる。アンモニアは、燃料電池出口流内に放出されてもよい。燃料電池出口流とアンモニアとの組み合わせは、さらなるアンモニア分解のために主反応器R_mを加熱するために、燃焼のための主反応器R_mに誘導されてもよい。 As shown in FIG. 23, one or more additional heat exchangers may be provided in some cases. One or more additional heat exchangers may be used to regenerate various adsorption beds. For example, adsorption bed 1 (ADS_1) may be regenerated using an embedded electric heater (H_3). A pump or blower may be used to remove the regenerated ammonia and the regenerated ammonia stream may be combined with the outlet stream from the fuel cell (which may contain unconverted H2 and/or N2 ). The ammonia may be released into the fuel cell outlet stream. The combination of the fuel cell outlet stream and ammonia may be directed to the primary reactor R_m for combustion to heat the primary reactor R_m for further ammonia decomposition.

吸着体が再生された後、吸着床は、次のサイクルの間、冷却されてもよい。例えば、吸着床2(ADS_2)が再生される場合、バルブを使用してADS_2間の流路が閉鎖または制限されてもよく、点線(すなわち、ADS_2とポンプまたはブロワPとの間の点線)で示される流路は、ADS_2からの再生アンモニアが、主反応器R_mの燃焼加熱のためのH_2に提供される燃焼反応流に向かって誘導されることを可能にしてもよい。このような場合、次いで、ADS_1は、主反応器R_mの出口流が燃料電池に向かってADS_1を通って流れることを可能にすることができる。 After the adsorbent is regenerated, the adsorption bed may be cooled for the next cycle. For example, if adsorption bed 2 (ADS_2) is regenerated, the flow path between ADS_2 may be closed or restricted using a valve, and the flow path shown by the dotted line (i.e., the dotted line between ADS_2 and pump or blower P) may allow the regenerated ammonia from ADS_2 to be directed toward the combustion reaction stream that provides H_2 for combustion heating of the main reactor R_m. In such a case, ADS_1 may then allow the outlet stream of the main reactor R_m to flow through ADS_1 toward the fuel cell.

図24に示すように、場合によっては、一つまたは複数の追加の熱交換器が設けられてもよい。一つまたは複数の追加の熱交換器を使用して、様々な吸着床を再成することができる。例えば、吸着床1は、埋め込まれた燃焼ヒーター(H_3)を使用して再生されてもよい。場合によっては、H_3からの燃焼副生成物、主に水蒸気は、大気に放出されてもよい。ポンプまたはブロワを使用して、再生アンモニアを除去し、再生アンモニアの流れを(未転化Hおよび/またはNを含む場合がある)燃料電池からの出口流と混ぜ合わせることができる。アンモニアは、燃料電池出口流内に放出されてもよい。燃料電池出口流とアンモニアとの組み合わせは、主反応器R_mを加熱するための燃焼、吸着体から脱着されるアンモニアの除去、および/またはさらなるアンモニア分解のために主反応器R_mに誘導されてもよい。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の燃焼反応器またはヒーター(例えば、図24のH_2)からの排気流は、吸着体再生に使用されることができる。 As shown in FIG. 24, one or more additional heat exchangers may be provided in some cases. One or more additional heat exchangers may be used to regenerate the various adsorbent beds. For example, adsorbent bed 1 may be regenerated using an embedded combustion heater (H_3). In some cases, combustion by-products from H_3, primarily water vapor, may be vented to the atmosphere. A pump or blower may be used to remove the regenerated ammonia and combine the regenerated ammonia stream with the outlet stream from the fuel cell (which may contain unconverted H2 and/or N2 ). The ammonia may be vented into the fuel cell outlet stream. The combination of the fuel cell outlet stream and ammonia may be directed to the primary reactor R_m for combustion to heat the primary reactor R_m, removal of ammonia desorbed from the adsorber, and/or further ammonia decomposition. In some embodiments, the exhaust stream from one or more combustion reactors or heaters (e.g., H_2 in FIG. 24) may be used for adsorber regeneration.

場合によっては、周囲空気(例えば、主反応器(R_m)燃焼器ヒーター(H_2)空気取入口からの空気の一部)、ならびに燃料電池出口流からのHおよび/またはNは、再生のための吸着燃焼ヒーターH_3に引き込まれても、または誘導されてもよい。場合によっては、一つまたは複数の流量制御ユニット(例えば、バルブ)を使用して、燃料電池出口流を異なる燃焼ヒーターH_3に誘導することができる。いくつかの実施形態では、再生アンモニア、未転化水素、および/または第一の吸着燃焼ヒーターH_3から出る窒素は、周囲に排気されてもよい。一つまたは複数の吸着床が再生された後、吸着床は、一つまたは複数の後続サイクルの間冷却され、それによって連続動作を可能にすることができる。 In some cases, ambient air (e.g., a portion of the air from the main reactor (R_m) combustor heater (H_2) air intake), as well as H2 and/or N2 from the fuel cell outlet stream may be drawn or directed to the adsorption-combustion heater H_3 for regeneration. In some cases, one or more flow control units (e.g., valves) may be used to direct the fuel cell outlet stream to a different combustion heater H_3. In some embodiments, the regenerated ammonia, unconverted hydrogen, and/or nitrogen exiting the first adsorption-combustion heater H_3 may be vented to the environment. After one or more adsorption beds are regenerated, the adsorption beds may be cooled for one or more subsequent cycles, thereby enabling continuous operation.

図25に示すように、場合によっては、三つ以上の吸着塔が、単一のアンモニアパワーパックシステムで使用されることができる。図25に示すパワーパックシステムは、より大きなシステム構成(例えば、100kW以上の必要な電力を有する電気自動車)に適合されることができる。いくつかの構成では、オンデマンド吸着体再生および連続稼働のために、二つの吸着床が利用可能であることができる。もう一つの追加の吸着床(例えば、ADS_3)は、(例えば、アンモニアパワーパックシステムの動作中にADS_1およびADS_2の再生が不完全である場合)燃料電池の安全機構として利用されることができる。場合によっては、ADS_1とADS_2の吸着材料は同じであってもよく、ADS_3の吸着材料はADS_1とADS_2の吸着材料とは異なってもよい。いくつかの実施形態では、異なる吸着材料の組み合わせを使用して、システム全体のNH吸着効率または容量を増加させることができる。 As shown in FIG. 25, in some cases, three or more adsorption towers can be used in a single ammonia power pack system. The power pack system shown in FIG. 25 can be adapted to larger system configurations (e.g., electric vehicles with power requirements of 100 kW or more). In some configurations, two adsorption beds can be available for on-demand adsorber regeneration and continuous operation. Another additional adsorption bed (e.g., ADS_3) can be utilized as a fuel cell safety mechanism (e.g., in case of incomplete regeneration of ADS_1 and ADS_2 during operation of the ammonia power pack system). In some cases, the adsorption materials of ADS_1 and ADS_2 can be the same, and the adsorption material of ADS_3 can be different from the adsorption materials of ADS_1 and ADS_2. In some embodiments, a combination of different adsorption materials can be used to increase the NH3 adsorption efficiency or capacity of the entire system.

別の実施形態 Another embodiment

場合によっては、アンモニアパワーパックシステムは、(例えば、アンモニア流量および電気加熱を制御することによって)動的負荷追従のための起動反応器を備えてもよい。場合によっては、アンモニアパワーパックシステムは、(例えば、アンモニア流量、およびH燃焼もしくは電気加熱の量、または両方の組み合わせを制御することによって)動的負荷追従のための主反応器を備えてもよい。 In some cases, the ammonia powerpack system may include a start-up reactor for dynamic load following (e.g., by controlling ammonia flow rate and electrical heating). In some cases, the ammonia powerpack system may include a main reactor for dynamic load following (e.g., by controlling ammonia flow rate and the amount of H2 combustion or electrical heating, or a combination of both).

場合によっては、アンモニアパワーパックシステムは、動的負荷追従のための電池を備えてもよい。主反応器は、一定の電力出力を維持するように構成されてもよく、搭載型電池は、動的負荷追従機能を提供すること(すなわち、負荷が高い場合は放電、負荷が低い場合は充電)ができる。 In some cases, the ammonia power pack system may include a battery for dynamic load following. The main reactor may be configured to maintain a constant power output, and the on-board battery can provide dynamic load following functionality (i.e., discharge when the load is high and charge when the load is low).

場合によっては、アンモニアパワーパックシステムは、緊急遮断機能を備えることができる。緊急遮断機能は、吸着床入口および燃料電池入口でのアンモニアppmレベルを監視し、アンモニアppmレベルが一定の閾値限界(例えば、燃料電池入口で約10ppm)を超える場合、アンモニア流量を遮断または減少させるように構成されるセンサーを使用して実装されることができる。 In some cases, the ammonia power pack system can be equipped with an emergency shutoff feature. The emergency shutoff feature can be implemented using sensors configured to monitor the ammonia ppm levels at the adsorption bed inlet and the fuel cell inlet, and shut off or reduce the ammonia flow rate if the ammonia ppm level exceeds a certain threshold limit (e.g., about 10 ppm at the fuel cell inlet).

場合によっては、アンモニアパワーパックシステムは、一つまたは複数の埋め込まれたアンモニアセンサーを有する吸着スイッチを備えてもよい。アンモニアセンサーは、吸着体内のアンモニア濃度を監視するように構成されることができる。反応器からのNおよび/またはHの出口流は、アンモニアレベルが一定の閾値レベル(例えば、少なくとも約10ppm)を超える場合、次の吸着体に切り替えてもよい。 In some cases, the ammonia power pack system may include an adsorption switch having one or more embedded ammonia sensors. The ammonia sensors may be configured to monitor the ammonia concentration in the adsorber. The outlet stream of N2 and/or H2 from the reactor may be switched to the next adsorber if the ammonia level exceeds a certain threshold level (e.g., at least about 10 ppm).

場合によっては、吸着材料は、吸着体(例えば、ゼオライト)と金属塩(例えば、MgCl2)との組み合わせを含んでもよく、これは、主反応器出口流のアンモニアppmレベルをさらに低下させることができる。 In some cases, the adsorbent material may include a combination of an adsorbent (e.g., a zeolite) and a metal salt (e.g., MgCl2), which can further reduce the ammonia ppm levels in the primary reactor outlet stream.

場合によっては、アンモニアパワーパックシステムは、反応器温度を維持および/または調整するために、アンモニア流量制御を可能にすることができる(例えば、アンモニア流量の増加は、反応器温度を低下させる場合がある)。この制御は、過熱のリスクを防止または低減させ、アンモニア分解のための最適な温度を維持することができる。 In some cases, the ammonia power pack system may enable ammonia flow control to maintain and/or adjust the reactor temperature (e.g., increasing the ammonia flow rate may decrease the reactor temperature). This control may prevent or reduce the risk of overheating and maintain an optimal temperature for ammonia decomposition.

本明細書に記載の実施形態のいずれかでは、アンモニアパワーパックユニットは、共通フレームに取り付けられる、固定される、または貼り付けられる一つまたは複数の反応器および一つまたは複数の燃料電池を備えてもよく、そのため一つまたは複数の反応器および一つまたは複数の燃料電池が統合パワーパックシステムとして動作するように構成されることができる。 In any of the embodiments described herein, the ammonia power pack unit may include one or more reactors and one or more fuel cells that are mounted, fixed, or affixed to a common frame, such that the one or more reactors and one or more fuel cells can be configured to operate as an integrated power pack system.

パッケージングおよびアセンブリ Packaging and assembly

別の態様では、本開示は、アンモニアパワーパックシステムのパッケージングおよびアセンブリのための様々な例示的な構成を提供する。アンモニアパワーパックシステムは、本明細書の他の箇所に記載の構成要素またはシステム構成のいずれかを有すことができる。 In another aspect, the present disclosure provides various exemplary configurations for packaging and assembly of an ammonia power pack system. The ammonia power pack system can have any of the components or system configurations described elsewhere herein.

図26に示すように、場合によっては、アンモニアパワーパックシステムは、一つまたは複数の燃料電池ユニットを備えることができる。アンモニアパワーパックシステムは、一つまたは複数の燃料電池ユニットに連結、またはそれに隣接して配置される一つまたは複数のアンモニアタンクをさらに備えることができる。場合によっては、一つまたは複数のアンモニアタンクは、一つまたは複数の燃料電池ユニットのトップに配置されることができる。アンモニアパワーパックシステムは、上記のように、主反応器R_mおよび起動反応器R_sをさらに備えてもよい。アンモニアタンクは、主反応器R_mおよび/または起動反応器R_sと流体連通してもよい。アンモニアは、アンモニアタンクから起動反応器R_sおよび/または主反応器R_mに流れてもよい。主反応器R_mおよび起動反応器R_sは、燃料電池ユニットの一つまたは複数の側面に連結、またはそれに隣接して配置されてもよい。場合によっては、主反応器R_mおよび起動反応器R_sは、燃料電池ユニットの異なる側面上に配置されてもよい。主反応器R_mと起動反応器R_sは、起動反応器R_sからの一つまたは複数の流体もしくは物質が主反応器R_mに流れることができるように、互いに流体連通することができる。場合によっては、燃料電池ユニットはまた、主反応器R_mと流体連通してもよい。場合によっては、燃料電池ユニットからの未転化水素は、燃焼加熱のための主反応器R_mに誘導され、主反応器を加熱してもよい。場合によっては、電池ユニットは、燃料電池ユニット、主反応器R_m、起動反応器R_s、アンモニアタンク、および/またはアンモニアパワーパックシステムの構成要素間の様々な流体もしくは材料の流れを制御するための任意のバルブもしくは他の流量制御ユニットに、動作可能に結合していてもよい。電池ユニットは、燃料電池ユニットの一部に結合していてもよい。 As shown in FIG. 26, in some cases, the ammonia power pack system may include one or more fuel cell units. The ammonia power pack system may further include one or more ammonia tanks coupled to or disposed adjacent to the one or more fuel cell units. In some cases, the one or more ammonia tanks may be disposed on top of the one or more fuel cell units. The ammonia power pack system may further include a main reactor R_m and a start-up reactor R_s, as described above. The ammonia tank may be in fluid communication with the main reactor R_m and/or the start-up reactor R_s. Ammonia may flow from the ammonia tank to the start-up reactor R_s and/or the main reactor R_m. The main reactor R_m and the start-up reactor R_s may be coupled to or disposed adjacent to one or more sides of the fuel cell unit. In some cases, the main reactor R_m and the start-up reactor R_s may be disposed on different sides of the fuel cell unit. The main reactor R_m and the start-up reactor R_s may be in fluid communication with each other such that one or more fluids or materials from the start-up reactor R_s can flow to the main reactor R_m. In some cases, the fuel cell unit may also be in fluid communication with the primary reactor R_m. In some cases, unconverted hydrogen from the fuel cell unit may be directed to the primary reactor R_m for combustion heating to heat the primary reactor. In some cases, the cell unit may be operatively coupled to any valves or other flow control units for controlling the flow of various fluids or materials between the fuel cell unit, the primary reactor R_m, the start-up reactor R_s, the ammonia tank, and/or components of the ammonia power pack system. The cell unit may be coupled to a portion of the fuel cell unit.

場合によっては、アンモニアパワーパックシステムは、本明細書の他の箇所に記載のように、熱交換器および/または吸着塔を備えてもよい。熱交換器および吸着塔は、主反応器R_mと流体連通してもよい。熱交換器および吸着塔は、燃料電池ユニットの一部に結合する、またはそれに隣接して配置されてもよい。いくつかの実施形態では、熱交換器および吸着塔は、燃料電池ユニットの第一の側面上に配置されてもよい。場合によっては、主反応器R_mは燃料電池ユニットの第二の側面上に配置されてもよく、起動反応器R_sは燃料電池ユニットの第三の側面上に配置さられてもよく、電池ユニットは燃料電池ユニットの第四の側面上に配置されてもよい。アンモニアタンクは、燃料電池ユニットの第五の側面上に配置されてもよい。図26に示すアンモニアパワーパック構成は、コンパクトなシステム(例えば、約100キロワット未満の必要な電力を有するシステム)に利用されることができる。 In some cases, the ammonia power pack system may include a heat exchanger and/or an adsorption tower, as described elsewhere herein. The heat exchanger and adsorption tower may be in fluid communication with the primary reactor R_m. The heat exchanger and adsorption tower may be coupled to or disposed adjacent to a portion of the fuel cell unit. In some embodiments, the heat exchanger and adsorption tower may be disposed on a first side of the fuel cell unit. In some cases, the primary reactor R_m may be disposed on a second side of the fuel cell unit, the start-up reactor R_s may be disposed on a third side of the fuel cell unit, and the cell unit may be disposed on a fourth side of the fuel cell unit. The ammonia tank may be disposed on a fifth side of the fuel cell unit. The ammonia power pack configuration shown in FIG. 26 can be utilized for compact systems (e.g., systems having a power requirement of less than about 100 kilowatts).

図27に示すように、場合によっては、アンモニアパワーパックシステムは、より大きなシステム(例えば、100キロワットを超える必要な電力を有するシステム)に適している。アンモニアパワーパックシステムは、アンモニアタンク、熱交換器、起動反応器R_s、主反応器R_m、一つまたは複数の吸着塔、燃料電池ユニット、および電池ユニットを備えてもよい。熱交換器、起動反応器R_s、主反応器R_m、一つまたは複数の吸着塔、燃料電池ユニット、および電池ユニットは、アンモニアタンクに隣接して配置されてもよい。アンモニアタンクは、熱交換器と流体連通してもよい。アンモニアタンクからのアンモニアは、熱交換器を通って、処理のための起動反応器R_s内に流れてもよい。アンモニアの分解から作られる水素および/または窒素は、起動反応器から主反応器に誘導されてもよい。起動反応器によってアンモニアから抽出された水素は、主反応器を加熱するために主反応器内で燃焼されてもよい。場合によっては、アンモニアタンクからのアンモニアおよび/または起動反応器からの未転化アンモニアは、アンモニアのクラッキングまたは分解のための主反応器R_mに誘導されてもよい。主反応器R_mを使用してアンモニアがクラッキングされると、水素および窒素を含む生成物は、出口流の水素および/または窒素が一つまたは複数の吸着塔に誘導される前に、主反応器から熱交換器に誘導され、出口流を冷却することができる。場合によっては、出口流は、水素および/または窒素に加えて、未転化アンモニアを含む場合がある。このような場合、出口流は、第一の期間中に第一の吸着塔に、および第二の期間中に第二の吸着塔に誘導されて、未転化アンモニアを除去することができる。第一の期間は、第二の吸着塔が再生される期間に対応することができる。第二の期間は、第一の吸着塔が再生される期間に対応することができる。吸着塔は、水素および/または窒素を含む出口流が燃料電池ユニットに誘導される前に、任意の過剰なアンモニアを除去するために使用されることができる。燃料電池ユニットは、水素を使用して電気エネルギーを生成するように構成されることができる。場合によっては、未転化水素は、燃焼加熱のための主反応器R_mに戻されて、主反応器を加熱することができる。 As shown in FIG. 27, in some cases, the ammonia power pack system is suitable for larger systems (e.g., systems having a required power of more than 100 kilowatts). The ammonia power pack system may include an ammonia tank, a heat exchanger, a startup reactor R_s, a main reactor R_m, one or more adsorption towers, a fuel cell unit, and a battery unit. The heat exchanger, startup reactor R_s, main reactor R_m, one or more adsorption towers, a fuel cell unit, and a battery unit may be disposed adjacent to the ammonia tank. The ammonia tank may be in fluid communication with the heat exchanger. Ammonia from the ammonia tank may flow through the heat exchanger into the startup reactor R_s for processing. Hydrogen and/or nitrogen made from the decomposition of ammonia may be directed from the startup reactor to the main reactor. Hydrogen extracted from the ammonia by the startup reactor may be combusted in the main reactor to heat the main reactor. In some cases, ammonia from the ammonia tank and/or unconverted ammonia from the startup reactor may be directed to the main reactor R_m for cracking or decomposing ammonia. When ammonia is cracked using the primary reactor R_m, products including hydrogen and nitrogen can be directed from the primary reactor to a heat exchanger to cool the outlet stream before the hydrogen and/or nitrogen in the outlet stream is directed to one or more adsorption towers. In some cases, the outlet stream may include unconverted ammonia in addition to hydrogen and/or nitrogen. In such a case, the outlet stream can be directed to the first adsorption tower during a first period of time and to the second adsorption tower during a second period of time to remove the unconverted ammonia. The first period of time can correspond to a period during which the second adsorption tower is regenerated. The second period of time can correspond to a period during which the first adsorption tower is regenerated. The adsorption towers can be used to remove any excess ammonia before the outlet stream including hydrogen and/or nitrogen is directed to the fuel cell unit. The fuel cell unit can be configured to generate electrical energy using hydrogen. In some cases, the unconverted hydrogen can be returned to the primary reactor R_m for combustion heating to heat the primary reactor.

図28は、航空車両での使用に適合することができるアンモニアパワーパックシステムを概略的に示す。航空車両は、例えば、有人航空車両、無人航空車両、航空機、飛行機、ヘリコプター、またはドローンを含むことができる。図28に示すアンモニアパワーパックシステムの構成は、図26に示す構成と同様であることができる。場合によっては、アンモニアパワーパックシステムは、航空車両の本体に組み込まれることができる。他の場合には、アンモニアパワーパックシステムは、航空車両の本体のトップに、または下に配置されることができる。 FIG. 28 illustrates a schematic of an ammonia power pack system that may be adapted for use in an aerial vehicle. The aerial vehicle may include, for example, a manned aerial vehicle, an unmanned aerial vehicle, an aircraft, an airplane, a helicopter, or a drone. The configuration of the ammonia power pack system illustrated in FIG. 28 may be similar to the configuration illustrated in FIG. 26. In some cases, the ammonia power pack system may be integrated into the body of the aerial vehicle. In other cases, the ammonia power pack system may be located on top of or underneath the body of the aerial vehicle.

図29は、航空車両での使用に適合することができるアンモニアパワーパックシステムの別の例を概略的に示す。アンモニアパワーパックシステムは、アンモニアタンク、一つまたは複数の燃料電池ユニット、電池ユニット、起動反応器R_s、主反応器R_m、熱交換器、および吸着塔を備えてもよい。一つまたは複数の燃料電池ユニット、電池ユニット、起動反応器R_s、主反応器R_m、熱交換器、および吸着塔は、アンモニアタンクの周りに配置されてもよい。アンモニアパワーパックシステムは、航空車両の一部のトップまたは下に配置されることができる。あるいは、アンモニアパワーパックシステムは、航空車両の構造部分または構成要素と一体化されてもよい。 Figure 29 shows a schematic of another example of an ammonia power pack system that may be adapted for use in an aviation vehicle. The ammonia power pack system may include an ammonia tank, one or more fuel cell units, a battery unit, a start-up reactor R_s, a main reactor R_m, a heat exchanger, and an adsorption tower. The one or more fuel cell units, the battery unit, the start-up reactor R_s, the main reactor R_m, the heat exchanger, and the adsorption tower may be arranged around the ammonia tank. The ammonia power pack system may be located on top of or under a portion of the aviation vehicle. Alternatively, the ammonia power pack system may be integrated with a structural portion or component of the aviation vehicle.

図30は、陸上車両、例えば車または自動車での使用に適合することができるアンモニアパワーパックシステムの例を概略的に示す。アンモニアパワーパックシステムは、一つまたは複数の燃料電池、一つまたは複数の吸着塔、起動反応器R_sおよび/または主反応器R_m、熱交換器、電池ユニット、ならびにアンモニアタンクを備えてもよい。一つまたは複数の燃料電池は、車両の前部内またはその近くに(例えば、車両のエンジン室内に)配置されることができる。吸着塔、起動反応器R_s、主反応器R_m、および熱交換器は、車両の下側領域内またはその近くに配置されてもよい。アンモニアタンクは、車両の後端部の近くに配置されてもよい。電池ユニットは、アンモニアタンクとアンモニアパワーパックシステムの他の構成要素との間に配置されてもよい。 Figure 30 shows a schematic of an example of an ammonia power pack system that may be adapted for use in a land vehicle, e.g., a car or automobile. The ammonia power pack system may comprise one or more fuel cells, one or more adsorption towers, a start-up reactor R_s and/or a main reactor R_m, a heat exchanger, a battery unit, and an ammonia tank. The one or more fuel cells may be located in or near the front of the vehicle (e.g., in the engine compartment of the vehicle). The adsorption towers, start-up reactor R_s, main reactor R_m, and heat exchanger may be located in or near the underside area of the vehicle. The ammonia tank may be located near the rear end of the vehicle. The battery unit may be located between the ammonia tank and other components of the ammonia power pack system.

図31は、陸上車両、例えば車または自動車での使用に適合することができるアンモニアパワーパックシステムの別の例を概略的に示す。アンモニアパワーパックシステムは、一つまたは複数の燃料電池、一つまたは複数の吸着塔、起動反応器R_sおよび/または主反応器R_m、熱交換器、電池ユニット、ならびにアンモニアタンクを備えてもよい。一つまたは複数の燃料電池および一つまたは複数の吸着塔は、車両の下側領域内またはその近くに配置されてもよい。アンモニアタンクおよび電池ユニットは、車両の軸(例えば、車両の後輪軸)の近くに配置されてもよい。起動反応器R_s、主反応器R_m、および熱交換器は、車両の前部内またはその近くに(例えば、車両のエンジン室内に)配置されてもよい。 Figure 31 shows, in schematic form, another example of an ammonia power pack system that may be adapted for use in a land vehicle, e.g., a car or automobile. The ammonia power pack system may comprise one or more fuel cells, one or more adsorption towers, a start-up reactor R_s and/or a main reactor R_m, a heat exchanger, a battery unit, and an ammonia tank. The one or more fuel cells and the one or more adsorption towers may be located in or near the underside region of the vehicle. The ammonia tank and the battery unit may be located near the axle of the vehicle (e.g., the rear axle of the vehicle). The start-up reactor R_s, the main reactor R_m, and the heat exchanger may be located in or near the front of the vehicle (e.g., in the engine compartment of the vehicle).

図32~35は、陸上車両、例えばトラックまたはセミトレーラートラックでの使用に適合することができるアンモニアパワーパックシステムの例を概略的に示す。アンモニアパワーパックシステムは、一つもしくは複数の燃料電池、一つもしくは複数の吸着塔、一つもしくは複数の起動反応器、一つもしくは複数の主反応器、一つもしくは複数の熱交換器、一つもしくは複数の電池ユニット、および/または一つもしくは複数のアンモニアタンクを備えることができる。 Figures 32-35 show schematics of an example ammonia power pack system that may be adapted for use in a land vehicle, such as a truck or semi-trailer truck. The ammonia power pack system may include one or more fuel cells, one or more adsorption towers, one or more start-up reactors, one or more main reactors, one or more heat exchangers, one or more battery units, and/or one or more ammonia tanks.

場合によっては、一つまたは複数のアンモニアタンクは、トラックのトラクターユニットの後部に連結しても、またはそれに組み込まれてもよい。(原動機、トラック、トラックトレーラー、セミトラクター、リグ、大型リグ、または単にトラクターとしても知られる)トラクターユニットは、牽引またはトレーラー牽引する荷物を運搬するための動力を提供する頑丈な牽引エンジンを備えている場合がある。図32に示すように、場合によっては、一つまたは複数の燃料電池ユニットは、トラクターユニットの前部内またはその近くに(例えば、トラクターユニットのエンジン室内に)配置されてもよい。このような場合、一つまたは複数の吸着塔、一つまたは複数の起動反応器、一つまたは複数の主反応器、一つまたは複数の熱交換器、および一つまたは複数の電池ユニットは、トラクターユニットの下側領域内またはその近くに配置されてもよい。他の場合には、例えば図33に示すように、一つまたは複数の起動反応器および一つまたは複数の主反応器は、トラクターユニットの前部内またはその近くに(例えば、トラクターユニットのエンジン室内に)配置されてもよい。このような場合、一つまたは複数の吸着塔、一つまたは複数の熱交換器、一つまたは複数の電池ユニット、および一つまたは複数の燃料電池ユニットは、トラクターユニットの下側領域内またはその近くに配置されてもよい。 In some cases, the ammonia tank or tanks may be coupled to or incorporated into the rear of a tractor unit of a truck. The tractor unit (also known as a prime mover, truck, truck trailer, semi-tractor, rig, big rig, or simply tractor) may have a heavy-duty traction engine that provides power for hauling or trailering loads. In some cases, the fuel cell unit or units may be located in or near the front of the tractor unit (e.g., in the engine compartment of the tractor unit), as shown in FIG. 32. In such cases, the adsorption tower or towers, the start-up reactor or reactors, the main reactor or reactors, the heat exchanger or reactors, and the battery unit or units may be located in or near the lower area of the tractor unit. In other cases, the start-up reactor or reactors and the main reactor or reactors may be located in or near the front of the tractor unit (e.g., in the engine compartment of the tractor unit), as shown in FIG. 33. In such cases, the adsorption tower or towers, the heat exchanger or reactors, the battery unit or units, and the fuel cell unit or units may be located in or near the lower area of the tractor unit.

図34は、陸上車両、例えばトラックまたはセミトレーラートラックでの使用に適合することができるアンモニアパワーパックシステムの例を概略的に示す。場合によっては、図34に示すように、アンモニアパワーパックシステムは、複数のパワーパックモジュールを備えることができる。複数のパワーパックモジュールは、主反応器R_m、起動反応器R_s、および熱交換器を備える少なくとも一つのパワーパックを備えることができる。複数のパワーパックモジュールは、トラクターユニットの下側領域内またはその近くに配置されてもよい。複数のパワーパックモジュールは、トラクターユニットの下側に沿って分散配置されることができる。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、トラクターユニットの前部内またはその近くに(例えば、トラクターユニットのエンジン室内に)配置されてもよい。場合によっては、一つまたは複数の吸着塔および一つまたは複数の電池ユニットは、一つまたは複数の燃料電池と複数のパワーパックモジュールとの間に配置されてもよい。 34 shows a schematic diagram of an example of an ammonia power pack system that may be adapted for use in a land vehicle, such as a truck or semi-trailer truck. In some cases, as shown in FIG. 34, the ammonia power pack system may include multiple power pack modules. The multiple power pack modules may include at least one power pack including a main reactor R_m, a start-up reactor R_s, and a heat exchanger. The multiple power pack modules may be located in or near the underside area of the tractor unit. The multiple power pack modules may be distributed along the underside of the tractor unit. In some cases, the fuel cell or fuel cells may be located in or near the front of the tractor unit (e.g., in the engine compartment of the tractor unit). In some cases, the adsorption tower or towers and the battery unit or units may be located between the fuel cell or fuel cells and the multiple power pack modules.

図35は、陸上車両、例えばトラックまたはセミトレーラートラックでの使用に適合することができるアンモニアパワーパックシステムの別の例を概略的に示す。図35に示すように、アンモニアパワーパックシステムは、複数のパワーパックモジュールを備えることができる。複数のパワーパックモジュールは、主反応器R_m、起動反応器R_s、および熱交換器を備える少なくとも一つのパワーパックを備えることができる。複数のパワーパックモジュールは、トラクターユニットの前部内またはその近くに(例えば、トラクターユニットのエンジン室内に)配置されてもよい。場合によっては、一つまたは複数のパワーパックモジュールは、トラクターユニットの軸(例えば、前車軸)の近くに配置されてもよい。場合によっては、一つまたは複数のパワーパックモジュールは、トラクターユニットの下側領域内またはその近くに配置されてもよい。場合によっては、一つもしくは複数の燃料電池、一つもしくは複数の電池ユニット、および/または一つもしくは複数の吸着塔は、トラクターユニットの下側またはその近くに配置されてもよい。場合によっては、一つまたは複数の吸着塔および一つまたは複数の電池ユニットは、一つまたは複数の燃料電池と複数のパワーパックモジュールとの間に配置されてもよい。 35 shows another example of an ammonia power pack system that may be adapted for use in a land vehicle, such as a truck or semi-trailer truck. As shown in FIG. 35, the ammonia power pack system may include a plurality of power pack modules. The plurality of power pack modules may include at least one power pack including a main reactor R_m, a start-up reactor R_s, and a heat exchanger. The plurality of power pack modules may be disposed in or near the front of the tractor unit (e.g., in the engine compartment of the tractor unit). In some cases, the one or more power pack modules may be disposed near an axle (e.g., the front axle) of the tractor unit. In some cases, the one or more power pack modules may be disposed in or near the underside area of the tractor unit. In some cases, the one or more fuel cells, the one or more battery units, and/or the one or more adsorption towers may be disposed under or near the tractor unit. In some cases, the one or more adsorption towers and the one or more battery units may be disposed between the one or more fuel cells and the plurality of power pack modules.

場合によっては、複数のパワーパックモジュールは、互いに隣接して配置されてもよい。他の場合には、複数のパワーパックモジュールは、互いに離れて(すなわち、車両の異なる側面、領域、またはセクション内またはその上に)設置されてもよい。場合によっては、複数のパワーパックモジュールは、同じ方向に向けられていてもよい。他の場合には、複数のパワーパックモジュールのうちの少なくとも二つは、異なる方向に向けられてもよい。本明細書に記載の実施形態のいずれかでは、複数のパワーパックモジュールは、体積効率を最大化し、複数のパワーパックモジュールの物理的設置面積を最小化するように、適切に配置および/または向けられることができる。本明細書に記載の実施形態のいずれかでは、複数のパワーパックモジュールは、パワーパックモジュールが中にまたは上に配置または設けられる車両のサイズおよび/または形状に適合するように、配置および/または向けられることができる。本明細書に記載の実施形態のいずれかでは、複数のパワーパックモジュールは、パワーパックモジュールが結合または取り付けられる車両のサイズおよび/または形状に適合するように、配置および/または向けられることができる。 In some cases, the multiple power pack modules may be located adjacent to one another. In other cases, the multiple power pack modules may be located apart from one another (i.e., in or on different sides, areas, or sections of the vehicle). In some cases, the multiple power pack modules may be oriented in the same direction. In other cases, at least two of the multiple power pack modules may be oriented in different directions. In any of the embodiments described herein, the multiple power pack modules may be appropriately positioned and/or oriented to maximize volumetric efficiency and minimize the physical footprint of the multiple power pack modules. In any of the embodiments described herein, the multiple power pack modules may be positioned and/or oriented to fit the size and/or shape of the vehicle in which the power pack modules are located or provided. In any of the embodiments described herein, the multiple power pack modules may be positioned and/or oriented to fit the size and/or shape of the vehicle to which the power pack modules are coupled or attached.

本明細書に記載の実施形態のいずれかでは、本明細書に開示のパワーパックの構成要素は、車両の異なる側面、領域、またはセクション内またはその上に配置されることができる。場合によっては、パワーパック構成要素の第一のサブセットは、パワーパック構成要素の第二のサブセットから離れた場所に配置されてもよい。パワーパックシステムの構成要素は、体積効率を最大化し、パワーパックシステムの物理的設置面積を最小化するように、適切に配置および/または向けられることができる。パワーパックシステムの構成要素は、パワーパックシステムが中にまたは上に配置または設けられる車両のサイズおよび/または形状に適合するように、配置および/または向けられることができる。パワーパックシステムの構成要素は、パワーパックシステムが結合または取り付けられる車両のサイズおよび/または形状に適合するように、配置および/または向けられることができる。 In any of the embodiments described herein, the components of the power pack disclosed herein can be located in or on different sides, regions, or sections of the vehicle. In some cases, a first subset of the power pack components may be located away from a second subset of the power pack components. The components of the power pack system can be appropriately located and/or oriented to maximize volumetric efficiency and minimize the physical footprint of the power pack system. The components of the power pack system can be located and/or oriented to fit the size and/or shape of the vehicle in or on which the power pack system is located or provided. The components of the power pack system can be located and/or oriented to fit the size and/or shape of the vehicle to which the power pack system is coupled or attached.

図80Aは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、パワーパックを示す。場合によっては、改質器および燃料電池を備えるパワーパックは、トラクター上に取り付けられてもよい。図80Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、取り付けられたパワーパックを有するトラクターを概略的に示す。場合によっては、改質器および燃料電池を備えるパワーパックは、トラクターのシャーシ内に取り付けられてもよい。場合によっては、改質器および燃料電池を備えるパワーパックは、トラクターのボンネットまたはトランク内に配置されてもよい。場合によっては、パワーパックの構成要素は、トラクターの様々な部分または構造構成要素に、取り付けられても、または一体化されてもよい。構成要素は、重さバランスおよび/または重心を最適化するために、トラクターの異なる領域または部分に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の補助電池は、トラクターの電力需要を支援してもよく、および/または起動プロセスに電力を供給してもよい。場合によっては、アンモニア貯蔵タンクは、車両の後側に配置されてもよい。場合によっては、熱交換器(またはラジエータ)を介した燃料電池の熱除去を使用して、液体アンモニア燃料を反応器に入る前に蒸発させることができる。 80A illustrates a power pack according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the power pack with the reformer and fuel cell may be mounted on a tractor. FIG. 80B illustrates a schematic of a tractor with a mounted power pack according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the power pack with the reformer and fuel cell may be mounted within the chassis of the tractor. In some cases, the power pack with the reformer and fuel cell may be located within the hood or trunk of the tractor. In some cases, the components of the power pack may be mounted or integrated into various parts or structural components of the tractor. The components may be mounted in different areas or parts of the tractor to optimize the weight balance and/or center of gravity. In some cases, one or more auxiliary batteries may assist with the power needs of the tractor and/or power the start-up process. In some cases, an ammonia storage tank may be located at the rear of the vehicle. In some cases, fuel cell heat removal via a heat exchanger (or radiator) may be used to vaporize the liquid ammonia fuel before it enters the reactor.

別の態様では、本開示は、アンモニアを分解して水素を生成するためのシステムを提供する。システムは、以下でより詳細に説明するように、一つまたは複数の反応器と、一つまたは複数の反応器を加熱するための一つまたは複数の燃焼器とを備えることができる。図36A~36Cは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、アンモニアを分解するためのいくつかの例示的なシステムを概略的に示す。 In another aspect, the present disclosure provides a system for decomposing ammonia to produce hydrogen. The system can include one or more reactors and one or more combustors for heating the one or more reactors, as described in more detail below. Figures 36A-36C illustrate schematics of several exemplary systems for decomposing ammonia, according to one or more embodiments of the present disclosure.

システムは、本明細書に開示の任意の数の様々な構成要素を備えることができる。場合によっては、システムはアンモニアタンクを備えてもよい。場合によっては、システムは反応器を備えてもよい。場合によっては、反応器はアンモニアタンクと流体連通してもよい。場合によっては、システムは、一つまたは複数の吸着体を備えてもよい。場合によっては、システムは、一つまたは複数の燃料電池を備えてもよい。 The system may include any number of the various components disclosed herein. In some cases, the system may include an ammonia tank. In some cases, the system may include a reactor. In some cases, the reactor may be in fluid communication with the ammonia tank. In some cases, the system may include one or more adsorbents. In some cases, the system may include one or more fuel cells.

反応器は、本明細書に開示の任意の数の反応器構造または反応器構成を備えてもよく、本明細書に開示の反応器の任意の数の様々な機能を実行するように構成されてもよい。場合によっては、反応器は、アンモニアタンクから受け取ったアンモニアを分解して、少なくとも水素を含む反応器出口流を生成するように構成されてもよい。 The reactor may comprise any number of reactor structures or configurations disclosed herein and may be configured to perform any number of the various functions of the reactors disclosed herein. In some cases, the reactor may be configured to decompose ammonia received from an ammonia tank to produce a reactor outlet stream that includes at least hydrogen.

場合によっては、反応器出口流は、未分解アンモニアをさらに含んでもよい。場合によっては、反応器出口流は窒素をさらに含んでもよい。 Optionally, the reactor outlet stream may further comprise undecomposed ammonia. Optionally, the reactor outlet stream may further comprise nitrogen.

反応器出口流は、様々な流量であってもよい。場合によっては、反応器出口流は、(例えば、標準温度および標準圧力で)少なくとも約10リットル/分~最大で約20リットル/分の流量であってもよい。場合によっては、反応器出口流は、少なくとも約0.1リットル/分(lpm)~最大で約100lpmの流量であってもよい。場合によっては、反応器出口流は、少なくとも約10lpm~最大で約500lpmであってもよい。場合によっては、反応器出口流は、少なくとも約100lpm~最大で約1000lpmであってもよい。場合によっては、反応器出口流は、少なくとも約500lpm~最大で約10,000lpmであってもよい。 The reactor outlet stream may have a variety of flow rates. In some cases, the reactor outlet stream may have a flow rate of at least about 10 liters/minute to a maximum of about 20 liters/minute (e.g., at standard temperature and pressure). In some cases, the reactor outlet stream may have a flow rate of at least about 0.1 liters/minute (lpm) to a maximum of about 100 lpm. In some cases, the reactor outlet stream may have a flow rate of at least about 10 lpm to a maximum of about 500 lpm. In some cases, the reactor outlet stream may have a flow rate of at least about 100 lpm to a maximum of about 1000 lpm. In some cases, the reactor outlet stream may have a flow rate of at least about 500 lpm to a maximum of about 10,000 lpm.

反応器出口流は、様々な温度であってもよい。場合によっては、反応器出口流は、少なくとも約100、200、300、400、500、または600℃の温度であってもよい。場合によっては、反応器出口流は、最大で約100、200、300、400、500、または600℃の温度であってもよい。場合によっては、反応器出口流は、少なくとも約20℃~最大で約1000℃の温度であってもよい。場合によっては、反応器出口流は、少なくとも約100℃~最大で約500℃の温度であってもよい。 The reactor outlet stream may be at a variety of temperatures. In some cases, the reactor outlet stream may be at a temperature of at least about 100, 200, 300, 400, 500, or 600°C. In some cases, the reactor outlet stream may be at a temperature of up to about 100, 200, 300, 400, 500, or 600°C. In some cases, the reactor outlet stream may be at a temperature of at least about 20°C to up to about 1000°C. In some cases, the reactor outlet stream may be at a temperature of at least about 100°C to up to about 500°C.

反応器出口流は、様々な圧力であってもよい。場合によっては、反応器出口流は、少なくとも約1バール~最大で約5バールの圧力であってもよい。場合によっては、反応器出口流は、少なくとも約0.1バール(ゲージ)~最大で約20バール(ゲージ)の圧力であってもよい。場合によっては、反応器出口流は、少なくとも約1バール(ゲージ)~最大で約100バール(ゲージ)の圧力であってもよい。 The reactor outlet stream may be at a variety of pressures. In some cases, the reactor outlet stream may be at a pressure of at least about 1 bar to a maximum of about 5 bar. In some cases, the reactor outlet stream may be at a pressure of at least about 0.1 bar (gauge) to a maximum of about 20 bar (gauge). In some cases, the reactor outlet stream may be at a pressure of at least about 1 bar (gauge) to a maximum of about 100 bar (gauge).

水素は、反応器出口流の様々な割合を構成してもよい。場合によっては、水素は、反応器出口流の少なくとも約0.1モル分率~最大で約0.75モル分率を構成してもよい。 Hydrogen may comprise various percentages of the reactor outlet stream. In some cases, hydrogen may comprise at least about 0.1 mole fraction and up to about 0.75 mole fraction of the reactor outlet stream.

未分解アンモニアは、反応器出口流の様々な割合を構成してもよい。場合によっては、未分解アンモニアは、最大で反応器出口流の約0.9モル分率のアンモニアを構成してもよい。場合によっては、未分解アンモニアは、最大で反応器出口流の約0.05モル分率のアンモニアを構成してもよい。場合によっては、未分解アンモニアは、最大で反応器出口流の約0.005モル分率のアンモニアを構成してもよい。場合によっては、未分解アンモニアは、最大で反応器出口流の約0.0005モル分率のアンモニアを構成してもよい。 Uncracked ammonia may comprise various percentages of the reactor outlet stream. In some cases, uncracked ammonia may comprise up to about 0.9 mole fraction of ammonia in the reactor outlet stream. In some cases, uncracked ammonia may comprise up to about 0.05 mole fraction of ammonia in the reactor outlet stream. In some cases, uncracked ammonia may comprise up to about 0.005 mole fraction of ammonia in the reactor outlet stream. In some cases, uncracked ammonia may comprise up to about 0.0005 mole fraction of ammonia in the reactor outlet stream.

窒素は、反応器出口流の様々な割合を構成してもよい。場合によっては、窒素は、反応器出口流の少なくとも約0.05モル分率~最大で約0.25モル分率を構成してもよい。 Nitrogen may comprise various percentages of the reactor outlet stream. In some cases, nitrogen may comprise at least about 0.05 mole fraction to up to about 0.25 mole fraction of the reactor outlet stream.

一つまたは複数の吸着体は、本明細書に開示の任意の数の吸着構造または吸着構成を備えてもよく、本明細書に開示の吸着体の任意の数の様々な機能を実行するように構成されることができる。場合によっては、一つまたは複数の吸着体は、反応器出口流の少なくとも一部から未転化アンモニアを濾過または除去して、濾過された反応器出口流を提供するように構成されることができる。 The one or more adsorbents may comprise any number of the adsorbent structures or configurations disclosed herein and can be configured to perform any number of the various functions of the adsorbents disclosed herein. In some cases, the one or more adsorbents can be configured to filter or remove unconverted ammonia from at least a portion of the reactor outlet stream to provide a filtered reactor outlet stream.

一つまたは複数の吸着体は、反応器出口流の少なくとも一部から未転化アンモニアの様々な割合を濾過または除去するように構成されることができる。場合によっては、一つまたは複数の吸着体は、少なくとも約10ppm~最大で約100,000ppmの未転化アンモニアを濾過または除去するように構成されることができる。場合によっては、一つまたは複数の吸着体は、10ppm未満のアンモニアを有する濾過された生成物の流れを作るように構成されてもよい。 The one or more adsorber may be configured to filter or remove various percentages of unconverted ammonia from at least a portion of the reactor outlet stream. In some cases, the one or more adsorber may be configured to filter or remove at least about 10 ppm to up to about 100,000 ppm of unconverted ammonia. In some cases, the one or more adsorber may be configured to produce a filtered product stream having less than 10 ppm ammonia.

一つまたは複数の吸着体は、反応器出口流の様々な部分を濾過または除去するように構成されることができる。場合によっては、一つまたは複数の吸着体は、反応器出口流の少なくとも約10ppm~最大で約100,000ppmのアンモニアを濾過または除去するように構成されることができる。場合によっては、一つまたは複数の吸着体は、反応器出口流の少なくとも約10ppm~最大で約500,000ppmのアンモニアを濾過または除去するように構成されることができる。 The one or more adsorbents can be configured to filter or remove various portions of the reactor outlet stream. In some cases, the one or more adsorbents can be configured to filter or remove at least about 10 ppm and up to about 100,000 ppm of ammonia from the reactor outlet stream. In some cases, the one or more adsorbents can be configured to filter or remove at least about 10 ppm and up to about 500,000 ppm of ammonia from the reactor outlet stream.

濾過された反応器出口流は、様々な流量であってもよい。場合によっては、濾過された反応器出口流は、少なくとも約10lpm(標準温度および圧力)~最大約20lpmの流量であってもよい。場合によっては、濾過された反応器出口流は、少なくとも約0.1リットル/分(lpm)~最大で約100lpmの流量であってもよい。場合によっては、濾過反応器出口流は、少なくとも約100lpm~最大で約500lpmの流量であってもよい。場合によっては、濾過反応器出口流は、少なくとも約200lpm~最大で約1000lpmの流量であってもよい。 The filtered reactor outlet stream may have a variety of flow rates. In some cases, the filtered reactor outlet stream may have a flow rate of at least about 10 lpm (standard temperature and pressure) to a maximum of about 20 lpm. In some cases, the filtered reactor outlet stream may have a flow rate of at least about 0.1 liters per minute (lpm) to a maximum of about 100 lpm. In some cases, the filtered reactor outlet stream may have a flow rate of at least about 100 lpm to a maximum of about 500 lpm. In some cases, the filtered reactor outlet stream may have a flow rate of at least about 200 lpm to a maximum of about 1000 lpm.

濾過された反応器出口流は、様々な温度であってもよい。場合によっては、濾過された反応器出口流は、少なくとも約100、200、300、400、500、または600℃の温度であってもよい。場合によっては、濾過された反応器出口流は、最大で約100、200、300、400、500、または600℃の温度であってもよい。場合によっては、濾過された反応器出口流は、少なくとも約20℃~最大で約1000℃の温度であってもよい。場合によっては、濾過された反応器出口流は、少なくとも約100℃~最大で約500℃の温度であってもよい。 The filtered reactor outlet stream may be at a variety of temperatures. In some cases, the filtered reactor outlet stream may be at a temperature of at least about 100, 200, 300, 400, 500, or 600°C. In some cases, the filtered reactor outlet stream may be at a temperature of up to about 100, 200, 300, 400, 500, or 600°C. In some cases, the filtered reactor outlet stream may be at a temperature of at least about 20°C to up to about 1000°C. In some cases, the filtered reactor outlet stream may be at a temperature of at least about 100°C to up to about 500°C.

濾過された反応器出口流は、様々な圧力であってもよい。場合によっては、濾過された反応器出口流は、少なくとも約0.1バール(ゲージ)~最大で約100バールの圧力であってもよい。 The filtered reactor outlet stream may be at a variety of pressures. In some cases, the filtered reactor outlet stream may be at a pressure of at least about 0.1 bar (gauge) up to about 100 bar.

水素は、濾過された反応器出口流の様々な割合を構成してもよい。場合によっては、水素は、濾過された反応器出口流の少なくとも約0.1モル分率~最大で約0.75モル分率を構成してもよい。 Hydrogen may comprise various percentages of the filtered reactor effluent stream. In some cases, hydrogen may comprise at least about 0.1 mole fraction and up to about 0.75 mole fraction of the filtered reactor effluent stream.

未分解アンモニアは、濾過された反応器出口流の様々な割合を構成してもよい。場合によっては、濾過された反応器出口流は、最大で約100ppmのアンモニアを含んでもよい。場合によっては、濾過された反応器出口流は、最大で約10ppmのアンモニアを含んでもよい。場合によっては、濾過された反応器出口流は、最大で約1ppmのアンモニアを含んでもよい。場合によっては、濾過された反応器出口流は、少なくとも約0.1ppmのアンモニア~最大で約1000ppmのアンモニアを含んでもよい。場合によっては、濾過された反応器出口流は、0.1ppm未満のアンモニアを含んでもよい。 Undecomposed ammonia may constitute various percentages of the filtered reactor outlet stream. In some cases, the filtered reactor outlet stream may include up to about 100 ppm ammonia. In some cases, the filtered reactor outlet stream may include up to about 10 ppm ammonia. In some cases, the filtered reactor outlet stream may include up to about 1 ppm ammonia. In some cases, the filtered reactor outlet stream may include at least about 0.1 ppm ammonia and up to about 1000 ppm ammonia. In some cases, the filtered reactor outlet stream may include less than 0.1 ppm ammonia.

窒素は、濾過された反応器出口流の様々な割合を構成してもよい。場合によっては、窒素は、濾過された反応器出口流の少なくとも約0.05モル分率~最大で約0.25モル分率を構成してもよい。 Nitrogen may comprise various percentages of the filtered reactor effluent stream. In some cases, nitrogen may comprise at least about 0.05 mole fraction to up to about 0.25 mole fraction of the filtered reactor effluent stream.

場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、反応器と流体連通してもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、一つまたは複数の吸着体と流体連通してもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、一つまたは複数の吸着体から濾過された反応器出口流を受け取るように構成されることができる。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、濾過された反応器出口流を処理して電気を生成するように構成されることができる。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、未転化水素を含む燃料電池出口流を排出するように構成されてもよい。場合によっては、燃料電池出口流は、水素をさらに含むことができる。場合によっては、燃料電池出口流は窒素をさらに含むことができる。 In some cases, the one or more fuel cells may be in fluid communication with the reactor. In some cases, the one or more fuel cells may be in fluid communication with the one or more adsorbers. In some cases, the one or more fuel cells may be configured to receive a filtered reactor outlet stream from the one or more adsorbers. In some cases, the one or more fuel cells may be configured to process the filtered reactor outlet stream to generate electricity. In some cases, the one or more fuel cells may be configured to output a fuel cell outlet stream that includes unconverted hydrogen. In some cases, the fuel cell outlet stream may further include hydrogen. In some cases, the fuel cell outlet stream may further include nitrogen.

一つまたは複数の燃料電池は、様々な量の電気を生成することができる。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、少なくとも約400W~最大で約600Wの電気を生成することができる。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、少なくとも約10W~最大で約1MWの電気を生成することができる。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、少なくとも約100kW~最大で約1000kWの電気を生成することができる。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、少なくとも約1MW~最大で約10MWの電気を生成することができる。 The one or more fuel cells can generate various amounts of electricity. In some cases, the one or more fuel cells can generate at least about 400 W and up to about 600 W of electricity. In some cases, the one or more fuel cells can generate at least about 10 W and up to about 1 MW of electricity. In some cases, the one or more fuel cells can generate at least about 100 kW and up to about 1000 kW of electricity. In some cases, the one or more fuel cells can generate at least about 1 MW and up to about 10 MW of electricity.

燃料電池出口流は、様々な流量であってもよい。場合によっては、燃料電池出口流は、少なくとも約100、200、300、400、500、または600℃の温度であってもよい。場合によっては、燃料電池出口流は、最大で約100、200、300、400、500、または600℃の温度であってもよい。場合によっては、燃料電池出口流は、少なくとも約20℃~最大で約1000℃の温度であってもよい。場合によっては、燃料電池出口流は、少なくとも約100℃~最大で約500℃の温度であってもよい。 The fuel cell outlet stream may be at a variety of flow rates. In some cases, the fuel cell outlet stream may be at a temperature of at least about 100, 200, 300, 400, 500, or 600°C. In some cases, the fuel cell outlet stream may be at a temperature of up to about 100, 200, 300, 400, 500, or 600°C. In some cases, the fuel cell outlet stream may be at a temperature of at least about 20°C and up to about 1000°C. In some cases, the fuel cell outlet stream may be at a temperature of at least about 100°C and up to about 500°C.

燃料電池出口流は、様々な圧力であってもよい。場合によっては、燃料電池出口流は、少なくとも約0.01バール(ゲージ)~最大で約10バール(ゲージ)の圧力であってもよい。 The fuel cell outlet stream may be at a variety of pressures. In some cases, the fuel cell outlet stream may be at a pressure of at least about 0.01 bar (gauge) up to about 10 bar (gauge).

水素は、燃料電池出口流の様々な割合を構成してもよい。場合によっては、水素は、燃料電池出口流の少なくとも約0.01モル分率~最大で約0.75モル分率を構成してもよい。 Hydrogen may comprise various percentages of the fuel cell outlet stream. In some cases, hydrogen may comprise at least about 0.01 mole fraction and up to about 0.75 mole fraction of the fuel cell outlet stream.

未分解アンモニアは、燃料電池出口流の様々な割合を構成してもよい。場合によっては、未分解アンモニアは、燃料電池出口流の少なくとも約1ppm~最大で約100ppmを構成してもよい。場合によっては、未分解アンモニアは、燃料電池出口流の少なくとも約0.01ppm~最大で約1ppmを構成してもよい。 Undecomposed ammonia may comprise various percentages of the fuel cell outlet stream. In some cases, undecomposed ammonia may comprise at least about 1 ppm and up to about 100 ppm of the fuel cell outlet stream. In some cases, undecomposed ammonia may comprise at least about 0.01 ppm and up to about 1 ppm of the fuel cell outlet stream.

窒素は、燃料電池出口流の様々な割合を構成してもよい。場合によっては、窒素は、燃料電池出口流の少なくとも約0.25モル分率~最大で約1モル分率を構成してもよい。 Nitrogen may comprise various percentages of the fuel cell outlet stream. In some cases, nitrogen may comprise at least about 0.25 mole fraction and up to about 1 mole fraction of the fuel cell outlet stream.

燃焼器の設計 Combustor design

場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、アンモニアタンクと流体連通してもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、反応器と流体連通してもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、一つまたは複数の吸着体と流体連通してもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、一つまたは複数の燃料電池と流体連通してもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、アンモニアタンク、反応器、一つまたは複数の吸着体、一つまたは複数の燃料電池、またはそれらの任意の組み合わせと流体連通してもよい。 In some cases, the combustor(s) may be in fluid communication with an ammonia tank. In some cases, the combustor(s) may be in fluid communication with a reactor. In some cases, the combustor(s) may be in fluid communication with one or more adsorbers. In some cases, the combustor(s) may be in fluid communication with one or more fuel cells. In some cases, the combustor(s) may be in fluid communication with an ammonia tank, a reactor, one or more adsorbers, one or more fuel cells, or any combination thereof.

場合によっては、図36Aに示すように、一つまたは複数の燃焼器は、反応器出口流の少なくとも一部を燃焼させて、反応器および/または反応器内の触媒材料を加熱するための熱エネルギーを生成するように構成されることができる。場合によっては、図36Bに示すように、一つまたは複数の燃焼器は、濾過された反応器出口流の少なくとも一部を燃焼して、反応器を加熱するための熱エネルギーを生成するように構成されてもよい。場合によっては、図36Cに示すように、一つまたは複数の燃焼器は、燃料電池出口流の少なくとも一部を燃焼して、反応器を加熱するための熱エネルギーを生成するように構成されてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、反応器出口流の少なくとも一部を燃焼して、反応器内の複数の異なる領域を加熱するように構成されてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、燃料電池出口流の少なくとも一部を燃焼して、反応器内の複数の異なる領域を加熱するように構成されてもよい。 In some cases, as shown in FIG. 36A, the one or more combustors can be configured to combust at least a portion of the reactor outlet stream to generate thermal energy for heating the reactor and/or the catalytic material within the reactor. In some cases, as shown in FIG. 36B, the one or more combustors may be configured to combust at least a portion of the filtered reactor outlet stream to generate thermal energy for heating the reactor. In some cases, as shown in FIG. 36C, the one or more combustors may be configured to combust at least a portion of the fuel cell outlet stream to generate thermal energy for heating the reactor. In some cases, the one or more combustors may be configured to combust at least a portion of the reactor outlet stream to heat multiple different regions within the reactor. In some cases, the one or more combustors may be configured to combust at least a portion of the fuel cell outlet stream to heat multiple different regions within the reactor.

反応器出口流の様々な部分は、一つまたは複数の燃焼器によって燃焼されてもよい。場合によっては、反応器出口流からの水素の少なくとも約5%~最大で約50%は、一つまたは複数の燃焼器によって燃焼されてもよい。 Various portions of the reactor outlet stream may be combusted by one or more combustors. In some cases, at least about 5% and up to about 50% of the hydrogen from the reactor outlet stream may be combusted by one or more combustors.

濾過された反応器出口流の様々な部分は、一つまたは複数の燃焼器によって燃焼されてもよい。場合によっては、濾過された反応器出口流からの水素の少なくとも約5%~最大で約50%は、一つまたは複数の燃焼器によって燃焼されてもよい。 Various portions of the filtered reactor outlet stream may be combusted by one or more combustors. In some cases, at least about 5% and up to about 50% of the hydrogen from the filtered reactor outlet stream may be combusted by one or more combustors.

燃料電池出口流の様々な部分は、一つまたは複数の燃焼器によって燃焼されてもよい。場合によっては、燃料電池出口流からの水素の少なくとも約10%~最大で約100%は、一つまたは複数の燃焼器によって燃焼されてもよい。 Various portions of the fuel cell outlet stream may be combusted by one or more combustors. In some cases, at least about 10% and up to about 100% of the hydrogen from the fuel cell outlet stream may be combusted by one or more combustors.

場合によっては、システムは、給気ユニットをさらに備えてもよい。場合によっては、給気ユニットは、一つまたは複数の燃焼器と流体連通してもよい。場合によっては、給気ユニットは、少なくとも酸素を一つまたは複数の燃焼器に供給するように構成されてもよい。場合によっては、給気ユニットは、大気から一つまたは複数の燃焼器に空気を供給するように構成されてもよい。 In some cases, the system may further include an air supply unit. In some cases, the air supply unit may be in fluid communication with the one or more combustors. In some cases, the air supply unit may be configured to supply at least oxygen to the one or more combustors. In some cases, the air supply unit may be configured to supply air from the atmosphere to the one or more combustors.

給気ユニットは、様々な流量で一つまたは複数の燃焼器に酸素を供給してもよい。場合によっては、給気ユニットは、少なくとも約10lpm~最大で約100lpmの流量で酸素を供給してもよい。場合によっては、給気ユニットは、少なくとも約100lpm~最大で約1000lpmの流量で酸素を供給してもよい。 The air supply unit may supply oxygen to one or more combustors at various flow rates. In some cases, the air supply unit may supply oxygen at a flow rate of at least about 10 lpm to a maximum of about 100 lpm. In some cases, the air supply unit may supply oxygen at a flow rate of at least about 100 lpm to a maximum of about 1000 lpm.

給気ユニットは、様々な圧力で一つまたは複数の燃焼器に酸素を供給してもよい。場合によっては、給気ユニットは、少なくとも約0.1バール(ゲージ)~最大で約20バール(ゲージ)の圧力で酸素を供給してもよい。 The air supply unit may supply oxygen to one or more combustors at various pressures. In some cases, the air supply unit may supply oxygen at a pressure of at least about 0.1 bar (gauge) to a maximum of about 20 bar (gauge).

場合によっては、給気ユニットは、図37Aに示すように、ファンまたはブロワを備えてもよい。場合によっては、給気ユニットは、図37Bに示すように、大気から加圧空気を供給するためのコンプレッサーを備えてもよい。場合によっては、給気ユニットは、図37Bに示すように、タービンを備えてもよい。場合によっては、給気ユニットは、図37Bに示すように、ターボ過給ユニットを備えてもよい。場合によっては、給気ユニットは圧縮シリンダーを備えてもよい。このような場合、給気ユニットは、シリンダーから一つまたは複数の燃焼器に加圧空気を供給するように構成されてもよい。場合によっては、給気ユニットは、ベンチュリ制限部を備えてもよい。ベンチュリ制限部は、ベンチュリ制限部と給気ユニットの別の領域との間に差圧を作り出すために使用されてもよい。差圧は、空気を大気からベンチュリ制限部内に引き入れるために使用されてもよい。 In some cases, the air intake unit may include a fan or blower, as shown in FIG. 37A. In some cases, the air intake unit may include a compressor for supplying pressurized air from the atmosphere, as shown in FIG. 37B. In some cases, the air intake unit may include a turbine, as shown in FIG. 37B. In some cases, the air intake unit may include a turbocharger unit, as shown in FIG. 37B. In some cases, the air intake unit may include a compression cylinder. In such cases, the air intake unit may be configured to supply pressurized air from the cylinder to one or more combustors. In some cases, the air intake unit may include a venturi restriction. The venturi restriction may be used to create a pressure differential between the venturi restriction and another area of the air intake unit. The pressure differential may be used to draw air from the atmosphere into the venturi restriction.

場合によっては、図37Cに示すように、一つまたは複数の燃焼器は大気燃焼器を備えてもよい。場合によっては、大気燃焼器は、圧縮シリンダーまたはファンブロワから空気または酸素の供給を受けるように構成されてもよい。 In some cases, the combustor or combustors may comprise atmospheric combustors, as shown in FIG. 37C. In some cases, the atmospheric combustors may be configured to receive a supply of air or oxygen from a compression cylinder or a fan blower.

場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は自然吸気式燃焼器を備えてもよい。場合によっては、自然吸気式燃焼器は、ある程度燃焼器内に誘発される真空によって周囲環境から空気または酸素の供給を受けるように構成されてもよい。 In some cases, one or more of the combustors may comprise naturally aspirated combustors. In some cases, the naturally aspirated combustors may be configured to receive a supply of air or oxygen from the surrounding environment, in part due to a vacuum induced within the combustor.

場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は加圧燃焼器を備えてもよい。場合によっては、加圧燃焼器は、タービンに連結するコンプレッサーから空気または酸素の供給を受けるように構成されてもよい。場合によっては、タービンは、加圧燃焼器からの一つまたは複数の排気ガスによって駆動されてもよい。 In some cases, the one or more combustors may comprise a pressurized combustor. In some cases, the pressurized combustor may be configured to receive a supply of air or oxygen from a compressor coupled to the turbine. In some cases, the turbine may be driven by one or more exhaust gases from the pressurized combustor.

本明細書の他の箇所に記載のように、システムは、一つまたは複数の燃焼器を備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、図38A~38B、図39、図40A~40D、図42に示すように、反応器内に少なくとも部分的に埋め込まれていてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、図42に示すように、アンモニアの分解を促進させるために複数の異なる領域で反応器を加熱するための熱エネルギーを生成するように構成されることができる。一つまたは複数の燃焼器の様々な部分が反応器内に埋め込まれてもよい。一つまたは複数の燃焼器は、反応器内の様々な領域が、一つもしくは複数の燃焼器によって別々におよび/または個別に加熱されることができるように、反応器の様々な領域に埋め込まれてもよい。 As described elsewhere herein, the system may include one or more combustors. In some cases, the one or more combustors may be at least partially embedded within the reactor, as shown in FIGS. 38A-38B, 39, 40A-40D, and 42. In some cases, the one or more combustors may be configured to generate thermal energy to heat the reactor in different regions to promote decomposition of the ammonia, as shown in FIG. 42. Various portions of the one or more combustors may be embedded within the reactor. The one or more combustors may be embedded in different regions of the reactor such that different regions within the reactor may be heated separately and/or individually by the one or more combustors.

場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、図38Aに示すように、燃焼領域の上流で少なくとも部分的に予混合されることができる空気と燃料との混合物を燃焼するように構成されることができる。場合によっては、空気と燃料との混合物を予混合することにより、燃焼ゾーンでの混合気のより完全な燃焼が可能になる。 In some cases, the combustor or combustors can be configured to combust an air-fuel mixture that can be at least partially premixed upstream of the combustion zone, as shown in FIG. 38A. In some cases, premixing the air-fuel mixture allows for more complete combustion of the mixture in the combustion zone.

場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、図38Bに示すように、空気と燃料との混合物を燃焼するように構成されてもよく、空気と燃料は燃焼領域でまたはその近くで混合されてもよい。 In some cases, one or more combustors may be configured to combust a mixture of air and fuel, as shown in FIG. 38B, and the air and fuel may be mixed at or near the combustion zone.

燃料は、本明細書に開示の様々な構成要素のうちの一つまたは複数から供給されてもよい。場合によっては、燃料は反応器出口流を含んでもよい。場合によっては、燃料は濾過された反応器出口流を含んでもよい。場合によっては、燃料は燃料電池出口流を含んでもよい。場合によっては、燃料は、アンモニア貯蔵タンクからのアンモニア流を含んでもよい。場合によっては、燃料は水素、窒素、およびアンモニアを含んでもよい。 The fuel may be provided from one or more of the various components disclosed herein. In some cases, the fuel may include a reactor outlet stream. In some cases, the fuel may include a filtered reactor outlet stream. In some cases, the fuel may include a fuel cell outlet stream. In some cases, the fuel may include an ammonia stream from an ammonia storage tank. In some cases, the fuel may include hydrogen, nitrogen, and ammonia.

場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、水素を含む流れと酸素を含む流れとを混合して燃焼を促進させるように構成される一つまたは複数の空気-燃料接触ゾーンを備えてもよい。図39は、一つの燃焼器を有する二つの空気-燃料接触ゾーンを備えるシステムの一実施形態の図を示す。二つの空気-燃料接触ゾーンは、燃焼ゾーンから上流の所定の距離に設置されてもよい。場合によっては、二つの空気-燃料接触ゾーンは、補助接触ゾーンおよび主接触ゾーンを備えてもよい。場合によっては、補助接触ゾーンと主接触ゾーンとは、所定の距離だけ離されていてもよい。場合によっては、所定の距離は、少なくとも約1mm~約1メートルであってもよい。場合によっては、所定の距離は、少なくとも約1cm~約20cmであってもよい。 In some cases, the combustor or combustors may include one or more air-fuel contact zones configured to mix the hydrogen-containing stream with the oxygen-containing stream to promote combustion. FIG. 39 shows a diagram of an embodiment of a system with two air-fuel contact zones having one combustor. The two air-fuel contact zones may be located a predetermined distance upstream from the combustion zone. In some cases, the two air-fuel contact zones may include an auxiliary contact zone and a main contact zone. In some cases, the auxiliary contact zone and the main contact zone may be separated by a predetermined distance. In some cases, the predetermined distance may be at least about 1 mm to about 1 meter. In some cases, the predetermined distance may be at least about 1 cm to about 20 cm.

一つまたは複数の燃焼器は、反応器内の様々な位置に任意の数の燃焼ゾーンを備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、1、2、3、4、5、6、7、8、9、または10個の燃焼ゾーンを備えてもよい。 The combustor or combustors may include any number of combustion zones at various locations within the reactor. In some cases, the combustor or combustors may include 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 combustion zones.

一つまたは複数の燃焼器は、反応器内の様々な位置に任意の数の空気-燃料接触ゾーンを備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、1、2、3、4、5、6、7、8、9、または10個の空気-燃料接触ゾーンを備えてもよい。 The combustor or combustors may include any number of air-fuel contact zones at various locations within the reactor. In some cases, the combustor or combustors may include 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 air-fuel contact zones.

一つまたは複数の燃焼器は、反応器内の様々な位置に任意の数の空気-燃料予混合ゾーンを備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、1、2、3、4、5、6、7、8、9、または10個の空気-燃料予混合ゾーンを備えてもよい。 The combustor or combustors may include any number of air-fuel premix zones at various locations within the reactor. In some cases, the combustor or combustors may include 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 air-fuel premix zones.

場合によっては、水素および窒素供給管と燃焼器端部とは、様々な距離だけ離されていてもよい。図40A~40Dは、反応器内側に燃焼のために構成される燃焼器を備えるシステムの一実施形態の図を示す。図40Cは、空気供給管と反応器端部との間の距離(4001)、H/N混合物供給管と反応器端部との間の距離(4002)、反応器の中への燃焼器挿入長さ(4003)、および反応器長さ(4004)を含む、反応器内側に燃焼のために構成される燃焼器を備えるシステムのいくつかの寸法を示す。図40Dは、反応器内側に燃焼のために構成される燃焼器を備えるシステムの一実施形態の写真を示す。 In some cases, the hydrogen and nitrogen supply tubes and the combustor end may be separated by various distances. Figures 40A-40D show diagrams of an embodiment of a system with a combustor configured for combustion inside a reactor. Figure 40C shows several dimensions of a system with a combustor configured for combustion inside a reactor, including the distance between the air supply tube and the reactor end (4001), the distance between the H2 / N2 mixture supply tube and the reactor end (4002), the combustor insertion length into the reactor (4003), and the reactor length (4004). Figure 40D shows a photograph of an embodiment of a system with a combustor configured for combustion inside a reactor.

NH流量、ならびに燃焼のために構成される燃焼器端部に対する水素と窒素の混合物(1:1体積比)供給管および空気供給管の位置を変化させながら、システム性能を評価するために実験を実施した。これらの実験の結果を図41A~41Bに示す。反応器および燃焼器の効率の改善は、燃焼器端部に対して水素と窒素の混合物供給管および空気供給管の位置を調整することによって観察された。図41Aは、アンモニア流量の関数として反応器の熱改質効率を示し、図41Bは、アンモニア流量の関数としての燃焼器効率を示す。この例では、反応器の熱改質効率は、(作られる水素の化学エネルギー)/(投入されるアンモニアの化学エネルギー+投入される熱エネルギー)、すなわち、投入されたアンモニアの低位発熱量と投入された熱エネルギーの合計に対する作られた水素の低位発熱量、として定義される。この例では、投入される熱エネルギーは、反応熱および熱損失から成る。この例では、燃焼効率は、(燃焼の水素エンタルピー-燃焼器出口流のエンタルピー)/(燃焼の水素エンタルピー)として定義される。例えば、空気2cm-H/N 12cm-挿入長さ30cmは、空気供給管と燃焼器端部との間の距離2cm(すなわち、図40Cの4001)、水素と窒素の混合物供給管と燃焼器端部との間の距離12cm(すなわち、図40Cの4002)、および反応器の内側の燃焼器挿入長さ30cm(燃焼器長さは、端部から排気出口まで約30cmであり、したがって30cmの挿入長さは、完全な挿入、すなわち図40Cの4003を指す)を示す。 Experiments were conducted to evaluate system performance while varying the NH3 flow rate and the location of the hydrogen and nitrogen mixture (1:1 volume ratio) and air supply tubes relative to the combustor end configured for combustion. The results of these experiments are shown in Figures 41A-41B. Improvements in reactor and combustor efficiency were observed by adjusting the location of the hydrogen and nitrogen mixture and air supply tubes relative to the combustor end. Figure 41A shows the reactor thermal reforming efficiency as a function of ammonia flow rate, and Figure 41B shows the combustor efficiency as a function of ammonia flow rate. In this example, the reactor thermal reforming efficiency is defined as (chemical energy of hydrogen produced)/(chemical energy of ammonia input + thermal energy input), i.e., the lower heating value of hydrogen produced relative to the sum of the lower heating value of ammonia input and the thermal energy input. In this example, the thermal energy input consists of the heat of reaction and heat losses. In this example, the combustion efficiency is defined as (hydrogen enthalpy of combustion - enthalpy of combustor exit flow)/(hydrogen enthalpy of combustion). For example, 2 cm air - 12 cm H2 / N2 - 30 cm insertion length indicates a 2 cm distance between the air supply tube and the combustor end (i.e., 4001 in FIG. 40C), a 12 cm distance between the hydrogen and nitrogen mixture supply tube and the combustor end (i.e., 4002 in FIG. 40C), and a 30 cm combustor insertion length inside the reactor (the combustor length is approximately 30 cm from the end to the exhaust outlet, therefore an insertion length of 30 cm refers to full insertion, i.e., 4003 in FIG. 40C).

場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、反応器内の複数の異なる領域を加熱するように構成される二つ以上の燃焼器を備えてもよい。複数の異なる領域は、別個の燃焼ゾーンに対応することができる。図42は、二つの燃焼器を備えるシステムの一実施形態の図を示す。二つの燃焼器は円筒形であってもよく、また円筒形であってもよい反応器内に同心に埋め込まれていてもよい。二つの燃焼器は、燃焼器の対向する面間の分離距離で、正反対に対向してもよい。燃焼器は、反応器内の少なくとも二つの異なる領域を別々にまたは独立して加熱するように構成されてもよい。 In some cases, the one or more combustors may comprise two or more combustors configured to heat different regions within the reactor. The different regions may correspond to separate combustion zones. FIG. 42 shows a diagram of an embodiment of a system comprising two combustors. The two combustors may be cylindrical and may be embedded concentrically within the reactor, which may be cylindrical. The two combustors may be diametrically opposed with a separation distance between the opposing faces of the combustors. The combustors may be configured to heat at least two different regions within the reactor separately or independently.

空気と燃料は、燃焼器端部から離れる様々な距離で混合および燃焼されてもよい。図43~45はそれぞれ、様々な距離での空気と燃料の混合および燃焼の効果を示すシミュレーション結果を示す。各シミュレーションでは、円筒形管は、円筒形燃焼器に同心円状に埋め込まれる。燃焼は、空気-燃料混合位置で行われ、加熱された流れは、燃焼器の端部で向きを変えられ、空気/燃料供給方向とは反対の方向に輸送される。燃料と空気の混合が完全な燃焼に必要とされるため、水素のすべてが直ちに空気-燃料混合位置で燃焼されるわけではないが、炎は混合気の流れで燃焼器を通って伸びる。次いで、この熱は、燃焼器の最外壁および外部環境(例えば、反応器)に伝達されることができる。空気-燃料接触および燃焼ゾーンは、燃焼器端部から所定の距離、例えば、図43では約4cm、図44では約2cm、図45Aでは約6cm、および図45Bでは約8cmに設置されてもよい。各シミュレーションでは、燃料(H/N、1:1体積比混合物)の流量は10lpmであり、空気流量は20lpmであった。システム内の温度プロファイルを、各シミュレーションについて定常状態の仮定の下で計算した。図43~45の各構成で、温度プロファイルは、燃焼器内の最大温度に対して変化し、これはシステム内の材料の安定性に影響を与える場合がある。場合によっては、温度プロファイルはまた、反応器内の最大温度勾配に対して変化し、これはシステム内の材料内に異なるレベルの応力および/または酸化を誘発する可能性がある。場合によっては、温度プロファイルはまた、燃焼器内の様々な領域における温度の分布に対して変化し、これは反応器の性能に影響を与える可能性がある。 The air and fuel may be mixed and burned at various distances away from the combustor end. Figures 43-45 each show simulation results illustrating the effect of air and fuel mixing and combustion at various distances. In each simulation, a cylindrical tube is embedded concentrically in a cylindrical combustor. Combustion occurs at the air-fuel mixing location, and the heated flow is redirected at the end of the combustor and transported in a direction opposite to the air/fuel feed direction. Because fuel and air mixing is required for complete combustion, not all of the hydrogen is burned immediately at the air-fuel mixing location, but the flame extends through the combustor with the mixture flow. This heat can then be transferred to the outermost wall of the combustor and the external environment (e.g., reactor). The air-fuel contact and combustion zone may be located at a predetermined distance from the combustor end, for example, about 4 cm in Figure 43, about 2 cm in Figure 44, about 6 cm in Figure 45A, and about 8 cm in Figure 45B. In each simulation, the flow rate of fuel (H 2 /N 2 , 1:1 volumetric mixture) was 10 lpm and the air flow rate was 20 lpm. The temperature profile in the system was calculated under steady state assumptions for each simulation. In each configuration of Figures 43-45, the temperature profile changes with respect to the maximum temperature in the combustor, which may affect the stability of materials in the system. In some cases, the temperature profile also changes with respect to the maximum temperature gradient in the reactor, which may induce different levels of stress and/or oxidation in materials in the system. In some cases, the temperature profile also changes with respect to the distribution of temperatures in various regions in the combustor, which may affect the performance of the reactor.

図46A~46Bはそれぞれ、様々な距離での空気と燃料の予混合/予燃焼穴の効果を示すシミュレーション結果を示す。予混合/予燃焼穴において、燃料と空気は部分的に混合され燃焼されることができる。この機構は、予混合/予燃焼穴のない事例と比較して、燃焼器全体にわたってより均一に熱を分布させることができ、局所的なホットスポット温度を下げることができる。例えば、図46Aは、予混合/予燃焼穴のない事例が、穴(例えば、1、2、および3つの穴)を有する事例と比較して、最も高い局所的なホットスポット温度を有する温度分布を示す。したがって、予混合/予燃焼穴は、システム内の材料の安定性に影響を及ぼす場合がある。反応器内の最大温度勾配はまた事例間で変化し、様々な最大温度勾配がシステムの材料内に様々なレベルの応力および酸化を誘発する可能性がある。場合によっては、温度プロファイルはまた、燃焼器の様々な領域における温度分布において変化し、それは反応器の性能に影響を与える可能性がある。 46A-46B show simulation results showing the effect of air and fuel premixing/precombustion holes at various distances, respectively. In the premixing/precombustion holes, fuel and air can be partially mixed and combusted. This mechanism can distribute heat more evenly throughout the combustor and reduce local hot spot temperatures compared to cases without premixing/precombustion holes. For example, FIG. 46A shows a temperature distribution where the case without premixing/precombustion holes has the highest local hot spot temperature compared to cases with holes (e.g., 1, 2, and 3 holes). Thus, the premixing/precombustion holes may affect the stability of materials in the system. The maximum temperature gradients in the reactor also vary between cases, and different maximum temperature gradients may induce different levels of stress and oxidation in the materials of the system. In some cases, the temperature profile also varies in temperature distribution in different regions of the combustor, which may affect the performance of the reactor.

一つまたは複数の燃焼器はそれぞれ、様々な形状およびサイズであってもよい。場合によっては、図40A~40D、および図43~45Bに示すように、一つまたは複数の燃焼器は、円筒形または円形の断面であってもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、長方形形状または長方形の断面であってもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、反応器と同心であってもよい。 The combustor(s) may each be of various shapes and sizes. In some cases, the combustor(s) may be cylindrical or circular in cross-section, as shown in Figures 40A-40D and 43-45B. In some cases, the combustor(s) may be rectangular in shape or cross-section. In some cases, the combustor(s) may be concentric with the reactor.

場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、高温耐火物材料からなることができる。高温耐火物材料は、熱衝撃に対して耐性があり、化学的不活性であり、特定の範囲の熱伝導率を有し、または特定の範囲の熱膨張率を有すことができる。場合によっては、高温耐火物材料は、燃焼器の安定性を向上させるように構成されてもよい。場合によっては、耐火物材料は、鋼、炭化タングステン、アルミナ、マグネシア、シリカ、石灰、金属酸化物、タングステン、モリブデン、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。場合によっては、耐火物材料は、金属酸化物、例えば、Al、SiO、ZrO、VO;Ta;Ni、Al、Mo、Cr、Siの合金、またはそれらの任意の組み合わせ、のうちの少なくとも一つを含んでもよい。場合によっては、耐火物材料は、鋼、タングステン、モリブデン、炭化タングステン、またはそれらの任意の組み合わせ、のうちの少なくとも一つを含んでもよい。場合によっては、耐火物材料は、一つまたは複数の燃焼器の一つまたは複数の表面上にコーティングされてもよい。耐火物材料は、燃焼ゾーン上もしくはその近く、反応器に接触する表面上もしくはその近く、または反応器の任意の他の表面上にコーティングされてもよい。場合によっては、耐火物材料は、構造用金属で強化されてもよい。場合によっては、構造用金属が一つまたは複数の破断に対して耐火物材料を支持するように、耐火物材料は構造用金属によって保持および/または覆われてもよい。 In some cases, the combustor(s) may be made of a high temperature refractory material. The high temperature refractory material may be resistant to thermal shock, chemically inert, have a thermal conductivity in a particular range, or have a coefficient of thermal expansion in a particular range. In some cases, the high temperature refractory material may be configured to improve the stability of the combustor. In some cases, the refractory material may include steel, tungsten carbide, alumina, magnesia, silica, lime, metal oxides, tungsten, molybdenum, or any combination thereof. In some cases, the refractory material may include at least one of metal oxides, e.g., Al2O3 , SiO2 , ZrO2 , VO2 ; Ta; alloys of Ni, Al, Mo, Cr, Si, or any combination thereof. In some cases, the refractory material may include at least one of steel, tungsten, molybdenum, tungsten carbide, or any combination thereof. In some cases, the refractory material may be coated on one or more surfaces of the one or more combustors. The refractory material may be coated on or near the combustion zone, on or near the surfaces that contact the reactor, or on any other surface of the reactor. In some cases, the refractory material may be reinforced with a structural metal. In some cases, the refractory material may be held and/or covered by a structural metal such that the structural metal supports the refractory material against one or more fractures.

図47~48はそれぞれ、本開示の一つまたは複数の実施形態による、燃焼器および反応器の設計を 概略的に示す。 場合によっては、燃焼器および反応器は、燃焼器が反応器内に収まることができるような寸法であってもよい。 Figures 47-48 each show a schematic of a combustor and reactor design according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the combustor and reactor may be sized such that the combustor can fit within the reactor.

反応器は、タンクからアンモニアを受け取り、アンモニアを(本明細書の他の箇所に記載のように)処理して、水素および/または窒素を生成するように構成されることができる。アンモニアを処理することは、アンモニアをクラッキング、分解、または解離させて、水素および/または窒素を得ることを含むことができる。水素および/または窒素は、水素と窒素の混合物が一つまたは複数の燃料電池に誘導される前に、反応器から一つまたは複数の吸着体に流れ出てもよい。吸着体は、反応器の出口流から微量アンモニアおよび/または窒素を除去するために使用されることができる。一つまたは複数の燃料電池は、水素/窒素混合物から電気エネルギーを生成するように構成されることができる。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、未転化または未処理の水素および/または窒素を含む排気流を有してもよい。 The reactor can be configured to receive ammonia from the tank and process the ammonia (as described elsewhere herein) to produce hydrogen and/or nitrogen. Processing the ammonia can include cracking, decomposing, or dissociating the ammonia to obtain hydrogen and/or nitrogen. The hydrogen and/or nitrogen may flow out of the reactor to one or more adsorber bodies before the mixture of hydrogen and nitrogen is directed to one or more fuel cells. The adsorber bodies can be used to remove trace ammonia and/or nitrogen from the reactor outlet stream. The one or more fuel cells can be configured to generate electrical energy from the hydrogen/nitrogen mixture. In some cases, the one or more fuel cells may have an exhaust stream that includes unconverted or unprocessed hydrogen and/or nitrogen.

場合によっては、反応器は、反応器内に少なくとも部分的に配置される燃焼器を備えてもよい。燃焼器は、第一の入口を通して空気を、および第二の入口を通して一つまたは複数の燃料電池から水素と窒素の混合物を受け取るように構成されることができる。燃焼器は、水素と窒素の混合物を供給された空気と燃焼させて、さらなるアンモニア分解のために反応器を加熱するための内側領域または容積を備えてもよい。 In some cases, the reactor may include a combustor disposed at least partially within the reactor. The combustor may be configured to receive air through a first inlet and a mixture of hydrogen and nitrogen from the one or more fuel cells through a second inlet. The combustor may include an interior region or volume for combusting the mixture of hydrogen and nitrogen with the supplied air to heat the reactor for further ammonia decomposition.

燃焼器は、様々なサイズおよび様々な断面積であってもよい。場合によっては、より大きな断面積を有する燃焼器、例えば図47は、より小さな断面積を有する燃焼器、例えば図48よりもより低い圧力降下を発生させる場合がある。場合によっては、燃焼器は5cm~25cmの断面積を有してもよい。場合によっては、燃焼器は25cm~200cmの断面積を有してもよい。場合によっては、燃焼器は10cm~500cmの断面積を有してもよい。場合によっては、燃焼器は、100cm~5000cmの断面積を有してもよい。 The combustor may be of various sizes and various cross-sectional areas. In some cases, a combustor with a larger cross-sectional area, e.g., FIG. 47, may generate a lower pressure drop than a combustor with a smaller cross-sectional area, e.g., FIG. 48. In some cases, the combustor may have a cross-sectional area between 5 cm 2 and 25 cm 2. In some cases, the combustor may have a cross-sectional area between 25 cm 2 and 200 cm 2. In some cases, the combustor may have a cross-sectional area between 10 cm 2 and 500 cm 2. In some cases, the combustor may have a cross-sectional area between 100 cm 2 and 5000 cm 2 .

燃焼器は、燃焼器上の様々な位置に一つまたは複数の入口および一つまたは複数の出口を備えてもよい。場合によっては、燃焼器は、燃焼器の同じ側面上に一つまたは複数の入口および一つまたは複数の出口を備えてもよい。場合によっては、燃焼器は、燃焼器の異なる側面上に一つまたは複数の入口および一つまたは複数の出口を備えてもよい。 A combustor may have one or more inlets and one or more outlets at various locations on the combustor. In some cases, a combustor may have one or more inlets and one or more outlets on the same side of the combustor. In some cases, a combustor may have one or more inlets and one or more outlets on different sides of the combustor.

燃焼器は、燃焼器上の様々な方向に向けられた一つまたは複数の入口および一つまたは複数の出口を備えてもよい。場合によっては、燃焼器は、同じ方向に向けられた一つまたは複数の入口および一つまたは複数の出口を備えてもよい。場合によっては、燃焼器は、直角を成す方向に向けられた一つまたは複数の入口および一つまたは複数の出口を備えてもよい。場合によっては、燃焼器は、燃焼器の最長軸に沿う方向に向けられた一つまたは複数の入口および一つまたは複数の出口を備えてもよい。場合によっては、燃焼器は、燃焼器の最長軸に対して垂直に向けられた一つまたは複数の入口および一つまたは複数の出口を備えてもよい。場合によっては、燃焼器は、単一の方向に向けられた一つまたは複数の入口および一つまたは複数の出口を備えてもよい。場合によっては、燃焼器は、少なくとも二つの異なる方向に向けられた一つまたは複数の入口および一つまたは複数の出口を備えてもよい。場合によっては、燃焼器は、少なくとも三つの異なる方向に向けられた一つまたは複数の入口および一つまたは複数の出口を備えてもよい。 The combustor may have one or more inlets and one or more outlets oriented in various directions on the combustor. In some cases, the combustor may have one or more inlets and one or more outlets oriented in the same direction. In some cases, the combustor may have one or more inlets and one or more outlets oriented in perpendicular directions. In some cases, the combustor may have one or more inlets and one or more outlets oriented in a direction along the longest axis of the combustor. In some cases, the combustor may have one or more inlets and one or more outlets oriented perpendicular to the longest axis of the combustor. In some cases, the combustor may have one or more inlets and one or more outlets oriented in a single direction. In some cases, the combustor may have one or more inlets and one or more outlets oriented in at least two different directions. In some cases, the combustor may have one or more inlets and one or more outlets oriented in at least three different directions.

本明細書に開示されるシステムは、様々な体積を有するモバイルシステムを備えてもよい。場合によっては、モバイルシステムは最大で約10mの体積を有してもよい。場合によっては、モバイルシステムは最大で約2mの体積を有してもよい。場合によっては、モバイルシステムは最大で約1mの体積を有してもよい。場合によっては、モバイルシステムは最大で約0.5mの体積を有してもよい。場合によっては、モバイルシステムは最大で約0.25mの体積を有してもよい。場合によっては、モバイルシステムは最大で約0.1mの体積を有してもよい。場合によっては、モバイルシステムは最大で約0.05mの体積を有してもよい。場合によっては、モバイルシステムは最大で約0.01mの体積を有してもよい。 The systems disclosed herein may include mobile systems having a variety of volumes. In some cases, the mobile system may have a volume of up to about 10 m3. In some cases, the mobile system may have a volume of up to about 2 m3 . In some cases, the mobile system may have a volume of up to about 1 m3 . In some cases, the mobile system may have a volume of up to about 0.5 m3 . In some cases, the mobile system may have a volume of up to about 0.25 m3 . In some cases, the mobile system may have a volume of up to about 0.1 m3 . In some cases, the mobile system may have a volume of up to about 0.05 m3 . In some cases, the mobile system may have a volume of up to about 0.01 m3 .

いくつかの実施形態では、システムは、並列に連結する複数の反応器を備えてもよい。場合によっては、複数の反応器は、一つまたは複数の燃焼反応器および一つまたは複数の電気反応器(例えば、4つ以上の電気反応器)を備えてもよい。場合によっては、熱交換器を使用して、熱を伝達し、および/または一つもしくは複数の燃焼反応器もしくは電気反応器からの一つもしくは複数の出口流から入ってくるアンモニア流を蒸発させることができる。場合によっては、熱交換器の後、予熱されたアンモニア流は、複数の反応器内の各反応器の間に均等に分配されてもよい。場合によっては、複数の反応器内の一つまたは複数の反応器における流れ分布は、圧力降下要素、例えば制限オリフィスを使用して向上されてもよい。場合によっては、分配された予熱および/または蒸発アンモニアガスは、電気反応器または燃焼反応器に入る前に、燃焼ヒーターを通リ抜けて予熱されてもよい。場合によっては、電気反応器の流出流は、燃焼反応器に投入されてもよい。場合によっては、燃焼反応器の流出流は、電気反応器に投入されてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼反応器出口流が合流され、熱交換器に投入されてもよい。場合によっては、一つまたは複数の電気反応器出口流が合流され、熱交換器に投入されてもよい。場合によっては、熱交換器からの冷却された生成ガスは、周囲温度に向けてさらに冷却されるように、別の熱交換器を通り抜けてもよい。場合によっては、吸着体を使用して、燃焼反応器、電気反応器、熱交換器、またはそれらの任意の組み合わせからの生成ガスから未転化アンモニアを濾過してもよい。場合によっては、濾過されたN/H混合生成物流は、燃料電池に供給されてもよい。場合によっては、水素分離ユニット(例えば、圧力スイング吸着(PSA)システムまたは水素透過性膜システム)を使用して、分離ユニットへのガス投入の流れと比較して、より高い濃度の水素を有する生成ガスを作ることができる。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池からの未転化水素は、複数の反応器内の各燃焼反応器を通して均等に分配され、燃焼燃料として使用されてもよい。場合によっては、一つまたは複数の水素分離ユニットからの水素および窒素を含む排出流は、複数の反応器内の各燃焼反応器を通して均等に分配され、燃焼燃料として使用されてもよい。場合によっては、一つまたは複数の給気ユニットは、複数の反応器内の一つまたは複数の燃焼反応器に空気を供給してもよい。場合によっては、システムは、自立型自己熱改質プロセスを使用して動作してもよい。場合によっては、一つもしくは複数の燃焼反応器への空気流量、水素利用率、および/または一つもしくは複数の燃料電池の水素消費率に応じて、一つもしくは複数の燃焼反応器の排気ポート近傍で炎のフレアが観察される場合がある。場合によっては、自己熱改質を持続させるために必要な水素燃焼は、アンモニアクラッキングから作られる水素の約25~45%であることができる。場合によっては、自己熱改質を持続させるために必要な水素燃焼は、アンモニアクラッキングから作られる水素の少なくとも約10、20、30、40、50、60、70、80、または90%であることができる。場合によっては、自己熱改質を持続させるために必要な水素燃焼は、アンモニアクラッキングから作られる水素の最大で約10、20、30、40、50、60、70、80、または90%であることができる。場合によっては、作られた水素の残りの水素(例えば、55~75%)は、電力を生成するために一つまたは複数の燃料電池によって消費されても、または要求に応じて水素ガスとして供給されてもよい。場合によっては、アンモニアクラッキングから作られる水素の少なくとも約10、20、30、40、50、60、70、80、または90%は、電力を生成するために一つまたは複数の燃料電池によって消費されても、または要求に応じて水素ガスとして供給されてもよい。場合によっては、アンモニアクラッキングから作られる水素の最大で約10、20、30、40、50、60、70、80、または90%は、電力を生成するために一つまたは複数の燃料電池によって消費されても、または要求に応じて水素ガスとして供給されてもよい。場合によっては、より高い割合のアンモニアクラッキングから作られる水素が、起動運転中または加熱段階中に消費されてもよい。 In some embodiments, the system may include multiple reactors connected in parallel. In some cases, the multiple reactors may include one or more combustion reactors and one or more electric reactors (e.g., four or more electric reactors). In some cases, a heat exchanger may be used to transfer heat and/or vaporize the incoming ammonia stream from one or more outlet streams from one or more combustion or electric reactors. In some cases, after the heat exchanger, the preheated ammonia stream may be evenly distributed among each reactor in the multiple reactors. In some cases, the flow distribution in one or more reactors in the multiple reactors may be improved using a pressure drop element, such as a restrictive orifice. In some cases, the distributed preheated and/or vaporized ammonia gas may be preheated by passing through a fired heater before entering the electric or combustion reactor. In some cases, the electric reactor outlet stream may be fed into the combustion reactor. In some cases, the combustion reactor outlet stream may be fed into the electric reactor. In some cases, one or more combustion reactor outlet streams may be combined and fed into a heat exchanger. In some cases, the electric reactor outlet stream or streams may be combined and input to a heat exchanger. In some cases, the cooled product gas from the heat exchanger may pass through another heat exchanger to be further cooled toward ambient temperature. In some cases, an adsorber may be used to filter unconverted ammonia from the product gas from the combustion reactor, the electric reactor, the heat exchanger, or any combination thereof. In some cases, the filtered N2 / H2 mixed product stream may be fed to a fuel cell. In some cases, a hydrogen separation unit (e.g., a pressure swing adsorption (PSA) system or a hydrogen permeable membrane system) may be used to make the product gas have a higher concentration of hydrogen compared to the gas input stream to the separation unit. In some cases, the unconverted hydrogen from the fuel cell or fuel cells may be distributed evenly through each combustion reactor in the multiple reactors and used as a combustion fuel. In some cases, the hydrogen and nitrogen-containing exhaust stream from the hydrogen separation unit or units may be distributed evenly through each combustion reactor in the multiple reactors and used as a combustion fuel. In some cases, the air supply unit or units may supply air to the combustion reactor or reactors in the multiple reactors. In some cases, the system may operate using a self-sustaining autothermal reforming process. In some cases, flame flares may be observed near the exhaust port of the combustion reactor(s) depending on the air flow rate to the combustion reactor(s), hydrogen utilization rate, and/or hydrogen consumption rate of the fuel cell(s). In some cases, the hydrogen combustion required to sustain autothermal reforming may be about 25-45% of the hydrogen produced from ammonia cracking. In some cases, the hydrogen combustion required to sustain autothermal reforming may be at least about 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, or 90% of the hydrogen produced from ammonia cracking. In some cases, the hydrogen combustion required to sustain autothermal reforming may be up to about 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, or 90% of the hydrogen produced from ammonia cracking. In some cases, the remaining hydrogen (e.g., 55-75%) of the hydrogen produced may be consumed by the fuel cell(s) to generate power or may be supplied as hydrogen gas on demand. In some cases, at least about 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, or 90% of the hydrogen produced from ammonia cracking may be consumed by one or more fuel cells to generate electricity or supplied as hydrogen gas on demand. In some cases, up to about 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, or 90% of the hydrogen produced from ammonia cracking may be consumed by one or more fuel cells to generate electricity or supplied as hydrogen gas on demand. In some cases, a higher percentage of the hydrogen produced from ammonia cracking may be consumed during start-up operation or during a heat-up phase.

図74は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、燃焼バーナーヘッドの設計を示す。場合によっては、水素-窒素混合物燃料は燃料注入口を通して供給されてもよく、空気は給気口に供給されてもよい。場合によっては、水素-窒素混合物燃料は、一つまたは複数の出口/スロット(例えば、合計4つの出口/スロット)に分配されてもよい。場合によっては、これらの出口において、燃料および空気は、(例えば、約60~約120度の)流れの方向に対して実質的に垂直に噴射されてもよい。場合によっては、燃料および空気の噴射は、急速に混合(例えば、渦巻き状の)燃焼を形成してもよい。場合によっては、燃料および空気を供給するための燃料および空気ラインは、比較的低い圧力降下(例えば、約1バール未満)を有するようにサイズ設定されてもよい。場合によっては、燃料および空気を供給するための燃料および空気ラインは、高い噴射速度を維持するようにサイズ設定されてもよい。場合によっては、高い噴射速度は、逆流および/またはフラッシュバックを低減または防止するのに十分に高くてもよく、より低い噴射速度と比較して混合を改善することができる。場合によっては、プレナム式の貯留部を使用して、圧力降下をさらに最小化してもよい。場合によっては、挿入可能な設計を使用して、保守および交換を容易にしてもよい。場合によっては、バーナーヘッドは、燃焼反応器に挿入されてもよく、または恒久的に取り付けられていてもよい。場合によっては、バーナーヘッドは、一つまたは複数の燃料または空気噴射スロットを備えてもよい。場合によっては、バーナーヘッドは、燃焼反応器に挿入するための一つまたは複数の挿入可能なシールを備えてもよい。場合によっては、バーナーヘッドは、空気または燃料噴射スロット断面積が1~50mmであってもよい。場合によっては、バーナーヘッドは、空気または燃料噴射スロット断面積が1~20mmであってもよい。場合によっては、バーナーヘッドは、燃料投入のための燃料噴射スロット断面積が4~15mmであってもよい。場合によっては、バーナーヘッドは、空気投入のための空気噴射スロット断面積が5~18mmであってもよい。場合によっては、バーナーヘッドは、燃料投入のため燃料噴射スロット断面積が6~12mmであってもよい。場合によっては、バーナーヘッドは、空気投入のための空気噴射スロット断面積が7~15mmであってもよい。場合によっては、一つまたは複数の噴射スロットでの燃料速度および空気速度は、様々な速度であってもよい。場合によっては、燃料速度は10~200m/sであってもよい。場合によっては、燃料速度は50~130m/sであってもよい。場合によっては、空気速度は30~250m/sであってもよい。場合によっては、空気速度は50~200m/sであってもよい。場合によっては、空気速度は70~130m/sであってもよい。 FIG. 74 illustrates a combustion burner head design according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the hydrogen-nitrogen mixture fuel may be supplied through a fuel inlet and air may be supplied to an air inlet. In some cases, the hydrogen-nitrogen mixture fuel may be distributed to one or more outlets/slots (e.g., a total of four outlets/slots). In some cases, at these outlets, the fuel and air may be injected substantially perpendicular to the direction of flow (e.g., at about 60 to about 120 degrees). In some cases, the injection of the fuel and air may form a rapidly mixed (e.g., swirling) combustion. In some cases, the fuel and air lines for supplying the fuel and air may be sized to have a relatively low pressure drop (e.g., less than about 1 bar). In some cases, the fuel and air lines for supplying the fuel and air may be sized to maintain a high injection velocity. In some cases, the high injection velocity may be high enough to reduce or prevent backflow and/or flashback, and may improve mixing compared to lower injection velocities. In some cases, a plenum-style reservoir may be used to further minimize the pressure drop. In some cases, an insertable design may be used to facilitate maintenance and replacement. In some cases, the burner head may be inserted into the combustion reactor or may be permanently attached. In some cases, the burner head may include one or more fuel or air injection slots. In some cases, the burner head may include one or more insertable seals for insertion into the combustion reactor. In some cases, the burner head may have an air or fuel injection slot cross-sectional area of 1-50 mm2. In some cases, the burner head may have an air or fuel injection slot cross-sectional area of 1-20 mm2. In some cases, the burner head may have a fuel injection slot cross-sectional area of 4-15 mm2 for fuel input. In some cases, the burner head may have an air injection slot cross-sectional area of 5-18 mm2 for air input. In some cases, the burner head may have a fuel injection slot cross-sectional area of 6-12 mm2 for fuel input. In some cases, the burner head may have an air injection slot cross-sectional area of 7-15 mm2 for air input. In some cases, the fuel and air velocities at the injection slot or slots may be at various speeds. In some cases, the fuel velocity may be between 10 and 200 m/s. In some cases, the fuel velocity may be between 50 and 130 m/s. In some cases, the air velocity may be between 30 and 250 m/s. In some cases, the air velocity may be between 50 and 200 m/s. In some cases, the air velocity may be between 70 and 130 m/s.

アンモニア改質燃焼器耐久性試験は、10回以上の連続したオン/オフ温度サイクルを高速で、設置されたバーナーヘッドで実行された。10回以上のサイクル全体を通して、アンモニア改質性能は、熱交換器も復熱器も使用することなく、99%を超えるアンモニア転化効率および約30~40%の水素消費率(アンモニア分解によって作られる水素に関して)で一定のままであった。 Ammonia reformer durability testing was performed with the burner head installed at high speed for over 10 consecutive on/off temperature cycles. Throughout the 10+ cycles, ammonia reformer performance remained constant with an ammonia conversion efficiency of over 99% and a hydrogen consumption rate of approximately 30-40% (relative to the hydrogen produced by ammonia decomposition) without the use of a heat exchanger or recuperator.

図75A~75Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、バーナーヘッドの設計を示す。場合によっては、バーナーヘッドは、任意のアンモニア予熱ラインを備えてもよい。場合によっては、バーナーヘッドは、燃料および/または空気を投入するための一つまたは複数のスロットを備えてもよい。場合によっては、バーナーヘッドは、燃料および/または空気を投入するための少なくとも約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、または12個のスロットを備えてもよい。場合によっては、バーナーヘッドは、燃料および/または空気を投入するための最大で約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、または12個のスロットを備えてもよい。場合によっては、バーナーヘッドは、燃料および/または空気を投入するための偶数(例えば、2、4、6、8、10個...)のスロットを備えてもよい。場合によっては、バーナーヘッドは、燃料および/または空気が一つまたは複数のスロットを通して投入される場合に、ガスの渦巻流をもたらすように構成されることができる。場合によっては、バーナーヘッドは、絶縁材料内に少なくとも部分的に取り囲まれていてもよい。場合によっては、アンモニア、空気、および燃焼燃料のうちの少なくとも一つは、熱を燃焼生成ガスと交換することによって、一つまたは複数の燃焼管の内側に配置された同心流管を通して予熱されてもよい。場合によっては、バーナーヘッドを通る空気および/または燃焼燃料の流れの圧力降下は、約2バール未満である。場合によっては、バーナーヘッドを通る空気および/または燃焼燃料の流れの圧力降下は、約1バール未満である。場合によっては、バーナーヘッドを通る空気および/または燃焼燃料の流れの圧力降下は、約0.5バール未満である。バーナーヘッドを通る空気および/または燃焼燃料の流れは、約5、4、3、2、1、0.5、0.4、0.3、0.2、または0.1バール未満である。場合によっては、バーナーヘッドを通る空気および/または燃焼燃料の流れの圧力降下は、約0.5バールよりも大きく、バーナーヘッドを通る空気および/または燃焼燃料の流れは、約5、4、3、2、1、0.5、0.4、0.3、0.2、または0.1バール未満である。 75A-75B show a burner head design according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the burner head may include an optional ammonia preheat line. In some cases, the burner head may include one or more slots for inputting fuel and/or air. In some cases, the burner head may include at least about 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, or 12 slots for inputting fuel and/or air. In some cases, the burner head may include up to about 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, or 12 slots for inputting fuel and/or air. In some cases, the burner head may include an even number (e.g., 2, 4, 6, 8, 10, . . .) of slots for inputting fuel and/or air. In some cases, the burner head can be configured to provide a swirling flow of gas when fuel and/or air is input through one or more slots. In some cases, the burner head may be at least partially enclosed within an insulating material. In some cases, at least one of the ammonia, air, and combustion fuel may be preheated by exchanging heat with the combustion product gases through a concentric flow tube disposed inside the one or more combustion tubes. In some cases, the pressure drop of the air and/or combustion fuel flow through the burner head is less than about 2 bar. In some cases, the pressure drop of the air and/or combustion fuel flow through the burner head is less than about 1 bar. In some cases, the pressure drop of the air and/or combustion fuel flow through the burner head is less than about 0.5 bar. The air and/or combustion fuel flow through the burner head is less than about 5, 4, 3, 2, 1, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, or 0.1 bar. In some cases, the pressure drop of the air and/or combustion fuel flow through the burner head is greater than about 0.5 bar, and the air and/or combustion fuel flow through the burner head is less than about 5, 4, 3, 2, 1, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, or 0.1 bar.

図76A~76Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、バーナーヘッドの設計を示す。場合によっては、バーナーヘッドは、燃焼反応器内に挿入されるように構成されることができる。場合によっては、燃焼反応器は、バーナーヘッド内に挿入されるように構成されてもよい。場合によっては、燃焼器ヘッドと細長い燃焼反応器とは、細長い燃焼反応器の端部で連結してもよい。 FIGS. 76A-76B show burner head designs according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the burner head can be configured to be inserted into the combustion reactor. In some cases, the combustion reactor may be configured to be inserted into the burner head. In some cases, the burner head and the elongated combustion reactor may be coupled at an end of the elongated combustion reactor.

図77は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、バーナーヘッドを有する燃焼管内の流体シミュレーションを示す。アンモニア改質を伴わない燃焼および反応特性を研究するために、反応流シミュレーションを実施した。900Kおよび400W/m-Kの熱伝達境界条件を使用した。アンモニアの改質がシミュレーションで考察されると、進行変数、速度場、および温度場が変化する場合がある。流れ場線は、いかなる固体の物理的境界も有さずに示されている。 FIG. 77 shows a fluid simulation in a combustion tube with a burner head according to one or more embodiments of the present disclosure. A reacting flow simulation was performed to study the combustion and reaction characteristics without ammonia reforming. Heat transfer boundary conditions of 900K and 400W/ m2 -K were used. If ammonia reforming is considered in the simulation, the process variables, velocity field, and temperature field may change. The flow field lines are shown without any solid physical boundaries.

図78は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、バーナーヘッドを有する燃焼管内の流体シミュレーションを示す。燃料および/または空気噴射の、(i)スロットサイズもしくは断面積、(ii)噴射方向もしくは角度、(iii)バーナー挿入深さ、または(iv)スロットと燃焼管との間のギャップは、燃焼特性を変化させるために最適化されることができる。図79は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、バーナーヘッドを有する燃焼管内の流体シミュレーションを示す。場合によっては、バーナーヘッドは、燃焼反応器内に渦巻流をもたらすように構成される一つまたは複数の燃料注入口または給気口を備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃料注入口または給気口は、バーナーヘッド上に実質的に放射対称に配置されてもよい。 FIG. 78 illustrates a fluid simulation in a combustion tube with a burner head according to one or more embodiments of the present disclosure. The (i) slot size or cross-sectional area, (ii) injection direction or angle, (iii) burner insertion depth, or (iv) gap between the slot and the combustion tube of the fuel and/or air injection can be optimized to change the combustion characteristics. FIG. 79 illustrates a fluid simulation in a combustion tube with a burner head according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the burner head may include one or more fuel inlets or air inlets configured to provide a swirl flow in the combustion reactor. In some cases, the one or more fuel inlets or air inlets may be arranged with substantially radial symmetry on the burner head.

航空車両 Aircraft vehicles

図49は、航空車両に取り付けられ、航空車両に適合して使用されることができるアンモニア処理システムのためのシステム構成構造の例を概略的に示す。航空車両は、無人航空機(UAV)、ドローン、回転翼機、固定翼、フラップ翼、ヘリコプター、航空機、またはジェットを含むことができる。表1は、図49に示す各図形要素を説明する。 Figure 49 shows a schematic of an example system architecture for an ammonia processing system that can be mounted to and adapted for use with an air vehicle. The air vehicle can include an unmanned aerial vehicle (UAV), a drone, a rotorcraft, a fixed wing, a flap wing, a helicopter, an airplane, or a jet. Table 1 describes each graphical element shown in Figure 49.

場合によっては、システムは、一つまたは複数の反応器に供給されるアンモニアを部分的または完全にクラッキングし、水素、窒素、および/またはアンモニアを得るように構成される一つまたは複数の反応器(R)を備えてもよい。場合によっては、システムは、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の燃料電池(FC)を備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、一つまたは複数の反応器から水素を受け取って処理し、電気エネルギーを生成するように構成される。場合によっては、一つまたは複数の反応器および一つまたは複数の燃料電池は、航空車両上またはそれに取り付けられるように構成されることができる。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、航空車両の一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置と電気的に連通し、航空車両の一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置を駆動させる。駆動装置は、例えば、一つまたは複数のローターまたはプロペラを備えてもよい。 In some cases, the system may include one or more reactors (R) configured to partially or completely crack ammonia provided to the one or more reactors to obtain hydrogen, nitrogen, and/or ammonia. In some cases, the system may include one or more fuel cells (FC) in fluid communication with the one or more reactors. In some cases, the one or more fuel cells are configured to receive and process hydrogen from the one or more reactors to generate electrical energy. In some cases, the one or more reactors and the one or more fuel cells can be configured to be on or mounted to an air vehicle. In some cases, the one or more fuel cells are in electrical communication with one or more motors or drives of the air vehicle to drive the one or more motors or drives of the air vehicle. The drives may include, for example, one or more rotors or propellers.

場合によっては、一つまたは複数の反応器は、航空車両に取り付けられるように構成されてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、航空車両に取り付けられるように構成されてもよい。場合によっては、一つまたは複数の反応器および一つまたは複数の燃料電池は、航空車両に取り付けられるように構成されてもよい。場合によっては、一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置は、航空車両に取り付けられるように構成されてもよい。 In some cases, the reactor(s) may be configured to be mounted to an air vehicle. In some cases, the fuel cell(s) may be configured to be mounted to an air vehicle. In some cases, the reactor(s) and the fuel cell(s) may be configured to be mounted to an air vehicle. In some cases, the motor(s) or drive(s) may be configured to be mounted to an air vehicle.

別の態様では、本開示は、航空車両に取り付けられて、航空車両の一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置に給電することができるアンモニアパワーパックシステムを提供する。場合によっては、アンモニアパワーパックシステムは、最適化された物理的レイアウトおよび/またはパッケージングを有してもよい。図50は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、アンモニアパワーパックシステムのデジタル描画を示す。この画像は、複数の燃料電池、アンモニアタンク、および一つまたは複数の吸着体が第一段上に取り付けられ、一つまたは複数のアンモニア反応器が第一段の上方の第二段上に取り付けられる実施形態を示す。前述の構成要素およびそれらのアセンブリは、システム全体の重量および体積が最大で約25キログラム(kg)であるように設計されてもよい。場合によっては、満タンのアンモニアの重量を含むシステムの総重量が約24kg~約25kgであってもよい。場合によっては、システムの総重量は約20kg~約30kgであってもよい。場合によっては、システムの総重量は約10kg~約40kgであってもよい。場合によっては、システムの総重量は最大で約25kgであってもよい。場合によっては、システムの総重量は最大で約100kgであってもよい。場合によっては、システムの総体積は約35L~約37Lであってもよい。総体積は、物体が流体内に完全に浸漬された時に変位される流体の体積として解釈されてもよい。総体積は、システムの個々の構成要素および/またはハードウェアの体積の総和として解釈されてもよい。場合によっては、システムの総体積は約30L~約40Lであってもよい。場合によっては、システムの総体積は約20L~約50Lであってもよい。場合によっては、システムの総体積は最大で約40Lであってもよい。場合によっては、システムの総体積は最大で約200Lであってもよい。場合によっては、システムの総体積は約200L~約1000Lであってもよい。 In another aspect, the present disclosure provides an ammonia power pack system that can be mounted on an air vehicle to power one or more motors or drives of the air vehicle. In some cases, the ammonia power pack system may have an optimized physical layout and/or packaging. FIG. 50 shows a digital rendering of an ammonia power pack system according to one or more embodiments of the present disclosure. This image shows an embodiment in which multiple fuel cells, an ammonia tank, and one or more adsorbents are mounted on a first stage and one or more ammonia reactors are mounted on a second stage above the first stage. The aforementioned components and their assembly may be designed to have a total system weight and volume of up to about 25 kilograms (kg). In some cases, the total system weight, including the weight of a full tank of ammonia, may be about 24 kg to about 25 kg. In some cases, the total system weight may be about 20 kg to about 30 kg. In some cases, the total system weight may be about 10 kg to about 40 kg. In some cases, the total system weight may be up to about 25 kg. In some cases, the total system weight may be up to about 100 kg. In some cases, the total system volume may be about 35 L to about 37 L. The total volume may be interpreted as the volume of fluid displaced when the object is fully immersed in the fluid. The total volume may be interpreted as the sum of the volumes of the individual components and/or hardware of the system. In some cases, the total volume of the system may be about 30 L to about 40 L. In some cases, the total volume of the system may be about 20 L to about 50 L. In some cases, the total volume of the system may be up to about 40 L. In some cases, the total volume of the system may be up to about 200 L. In some cases, the total volume of the system may be from about 200 L to about 1000 L.

場合によっては、構成要素は、ユーザーが要求に応じて容易にタンクを満杯もしくは部分的に充填されたタンクと交換する、またはタンクをアンモニアで充填することができるように、アンモニアタンクへの容易なアクセスを可能にするように配置されることができる。構成要素はまた、航空装置上に取り付けられた場合にシステムの重量分布がバランスを取れるように、対称的に配置されてもよい。図51は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、航空車両上に取り付けられたアンモニアパワーパックシステムのデジタル描画を示す。 In some cases, the components can be arranged to allow easy access to the ammonia tank so that a user can easily replace the tank with a full or partially filled tank or fill the tank with ammonia as desired. The components may also be arranged symmetrically so that the weight distribution of the system is balanced when mounted on an air vehicle. FIG. 51 shows a digital rendering of an ammonia power pack system mounted on an air vehicle according to one or more embodiments of the present disclosure.

図52は、アンモニアパワーパックシステムが取り付けられた航空車両の写真を示す。飛行時間およびアンモニアパワーパックシステムの電力出力を測定するために、航空システムで飛行試験を実施した。図53は、飛行中の航空車両の写真を示す。車両の仕様を以下の表2に示す。 Figure 52 shows a photograph of the air vehicle fitted with the ammonia power pack system. Flight tests were conducted on the air system to measure flight time and power output of the ammonia power pack system. Figure 53 shows a photograph of the air vehicle in flight. The vehicle specifications are shown in Table 2 below.

図54は、800秒間の飛行の航空システムの試験結果を示す。システムの必要な総電力は、経時的に実質的に安定に、約3600ワットで保たれた。電池およびアンモニアパワーパックシステムの電力出力は、総電力出力が実質的に同じに維持されながら電池の寄与が時間経過とともに減少するように調節された。 Figure 54 shows the results of testing the aircraft system for an 800 second flight. The total power required of the system remained substantially stable over time at approximately 3600 watts. The power output of the battery and ammonia power pack systems was adjusted such that the battery contribution decreased over time while the total power output remained substantially the same.

場合によっては、アンモニア処理およびアンモニアパワーパックシステムは、負荷(例えば、航空車両)の必要な電力の100%を満たすようにサイズ設定されることができる。場合によっては、アンモニア処理およびアンモニアパワーパックシステムは、負荷(例えば、航空車両)の必要な電力の100%を満たし、かつオンボード補助電池を充電することができるように追加のエネルギーを生成するようにサイズ設定されることができる。 In some cases, the ammonia processing and ammonia power pack system can be sized to meet 100% of the power needs of the load (e.g., an air vehicle).In some cases, the ammonia processing and ammonia power pack system can be sized to meet 100% of the power needs of the load (e.g., an air vehicle) and generate additional energy to be able to charge an on-board auxiliary battery.

場合によっては、アンモニア処理およびアンモニアパワーパックシステムは、少なくとも約650ワット時/キログラム(Wh/kg)のエネルギー密度を有してもよい。場合によっては、アンモニア処理およびアンモニアパワーパックシステムは、少なくとも約100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、または6000ワット時/キログラムのエネルギー密度を有してもよい。場合によっては、アンモニア処理およびアンモニアパワーパックシステムは、最大で約100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、または6000ワット時/キログラムのエネルギー密度を有してもよい。 In some cases, the ammonia processing and ammonia power pack system may have an energy density of at least about 650 watt-hours per kilogram (Wh/kg). In some cases, the ammonia processing and ammonia power pack system may have an energy density of at least about 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, or 6000 watt-hours per kilogram. In some cases, the ammonia processing and ammonia power pack system may have an energy density of up to about 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, or 6000 watt-hours per kilogram.

場合によっては、アンモニア処理およびアンモニアパワーパックシステムは、少なくとも約400ワット時/リットル(Wh/L)のエネルギー密度を有してもよい。場合によっては、アンモニア処理およびアンモニアパワーパックシステムは、少なくとも約100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、または4000ワット時/リットルのエネルギー密度を有してもよい。場合によっては、アンモニア処理およびアンモニアパワーパックシステムは、最大で約100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、または4000ワット時/リットルのエネルギー密度を有してもよい。 In some cases, the ammonia processing and ammonia power pack system may have an energy density of at least about 400 watt-hours per liter (Wh/L). In some cases, the ammonia processing and ammonia power pack system may have an energy density of at least about 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 2000, 3000, or 4000 watt-hours per liter. In some cases, the ammonia processing and ammonia power pack system may have an energy density of up to about 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 2000, 3000, or 4000 watt-hours per liter.

図81A~81Bは、燃料電池を備える統合パワーパックの電圧対電流および電力対電流をそれぞれ示す。燃料電池は、三つの電気反応器および三つの燃焼反応器を備えるシステムからの生成ガスを使用して、20キロワットを超える電気を生成した。いくつかの実施形態では、システムは、電気反応器-燃焼反応器モジュールの一つまたは複数の対を備えてもよい。いくつかの実施形態では、一対の電気反応器-燃焼反応器モジュールは、直列流で接続される電気反応器および燃焼反応器を備えてもよい。いくつかの実施形態では、少なくとも二対の電気反応器-燃焼反応器モジュールは、並列流で接続されてもよい。定常状態で実施された純水素および合成水素/窒素混合物実験結果も比較のために示されている。統合された改質アンモニア燃料電池の運転では、純粋なHおよび合成混合物の運転と比較して、燃料電池のコールドスタートにより、僅かな電圧降下が発生する可能性がある。改質アンモニア生成ガスを使用して三つの異なる運転を実施した。燃料電池出口流は燃焼ヒーターに供給された。システムは自己熱改質を維持した。 81A-81B show the voltage vs. current and power vs. current, respectively, of an integrated power pack with a fuel cell. The fuel cell generated over 20 kilowatts of electricity using the product gas from a system with three electric reactors and three combustion reactors. In some embodiments, the system may include one or more pairs of electric reactor-combustion reactor modules. In some embodiments, a pair of electric reactor-combustion reactor modules may include an electric reactor and a combustion reactor connected in series flow. In some embodiments, at least two pairs of electric reactor-combustion reactor modules may be connected in parallel flow. Pure hydrogen and synthetic hydrogen/nitrogen mixture experimental results performed at steady state are also shown for comparison. In the operation of the integrated reformed ammonia fuel cell, a small voltage drop may occur due to cold start of the fuel cell compared to the pure H2 and synthetic mixture operation. Three different runs were performed using reformed ammonia product gas. The fuel cell outlet stream was fed to a fired heater. The system maintained autothermal reforming.

場合によっては、システムのエネルギー密度は、システム内に貯蔵されているアンモニアの利用可能なエネルギー量間の比として定義することができる。場合によっては、システムのエネルギー密度は、使用可能な電気に転化可能なシステム内に貯蔵されているアンモニアの利用可能なエネルギー量との間の比として定義することができる。場合によっては、システムのエネルギー密度は、使用可能な水素エネルギーに転化可能なシステム内に貯蔵されているアンモニアの利用可能なエネルギー量間の比として定義することができる。場合によっては、システムは、一つまたは複数のアンモニアタンクおよび一つまたは複数の反応器を指してもよい。場合によっては、システムは、一つまたは複数のアンモニアタンク、一つまたは複数の反応器、および一つまたは複数の燃料電池を指す場合がある。場合によっては、システムは、一つまたは複数のアンモニアタンク、一つまたは複数の反応器、一つまたは複数の燃料電池、およびそれらに結合する様々な他の構成要素(例えば、燃焼器、吸着体、熱交換器、電気構成要素、または本明細書に開示の任意の他の構成要素)を指してもよい。 In some cases, the energy density of the system can be defined as the ratio between the amount of available energy of the ammonia stored in the system. In some cases, the energy density of the system can be defined as the ratio between the amount of available energy of the ammonia stored in the system that can be converted into usable electricity. In some cases, the energy density of the system can be defined as the ratio between the amount of available energy of the ammonia stored in the system that can be converted into usable hydrogen energy. In some cases, the system may refer to one or more ammonia tanks and one or more reactors. In some cases, the system may refer to one or more ammonia tanks, one or more reactors, and one or more fuel cells. In some cases, the system may refer to one or more ammonia tanks, one or more reactors, one or more fuel cells, and various other components (e.g., combustors, adsorber, heat exchangers, electrical components, or any other components disclosed herein) that are coupled thereto.

一つまたは複数の反応器のそれぞれは、単位時間当たり様々な量のアンモニアをクラッキングするように構成されてもよい。クラッキングされたアンモニアの量は、航空車両のサイズ、航空車両の重量、航空車両が移動しているか静止しているか、またはそれらの任意の組み合わせに少なくとも部分的に基づいてもよい。場合によっては、一つまたは複数の反応器のそれぞれは、少なくとも約30リットル/分のアンモニアを(例えば、ほぼ標準温度および圧力で)クラッキングするように構成されてもよい。場合によっては、一つまたは複数の反応器のそれぞれは、約30~100リットル/分のアンモニアを(例えば、ほぼ標準温度および圧力で)クラッキングするように構成されてもよい。場合によっては、一つまたは複数の反応器のそれぞれは、約100~300リットル/分のアンモニアを(例えば、ほぼ標準温度および圧力で)クラッキングするように構成されてもよい。場合によっては、一つまたは複数の反応器のそれぞれは、最大で約1000リットル/分のアンモニアを(例えば、ほぼ標準温度および圧力で)クラッキングするように構成されてもよい。場合によっては、一つまたは複数の反応器のそれぞれは、最大で約5000リットル/分のアンモニアを(例えば、ほぼ標準温度および圧力で)クラッキングするように構成されてもよい。 Each of the one or more reactors may be configured to crack a variety of amounts of ammonia per unit time. The amount of ammonia cracked may be based at least in part on the size of the air vehicle, the weight of the air vehicle, whether the air vehicle is moving or stationary, or any combination thereof. In some cases, each of the one or more reactors may be configured to crack at least about 30 liters/min of ammonia (e.g., at about standard temperature and pressure). In some cases, each of the one or more reactors may be configured to crack about 30-100 liters/min of ammonia (e.g., at about standard temperature and pressure). In some cases, each of the one or more reactors may be configured to crack about 100-300 liters/min of ammonia (e.g., at about standard temperature and pressure). In some cases, each of the one or more reactors may be configured to crack up to about 1000 liters/min of ammonia (e.g., at about standard temperature and pressure). In some cases, each of the one or more reactors may be configured to crack up to about 5000 liters/min of ammonia (e.g., at about standard temperature and pressure).

一つまたは複数の反応器は、航空車両の任意の側面に、または航空車両の一つもしくは複数の側面、例えば、航空車両の前方面、後方面、側方面、トップ面、もしくは底面に取り付けられることができる。本明細書で使用される場合、向きまたは方向(例えば、前方、後方、横方向、トップ、底部)を示す用語は、本体の最長寸法の軸および/または重力もしくは重心を基準にしてもよい。例えば、航空車両では、向きまたは方向は、航空車両の最長寸法および/または重力を基準にしてもよい。別の例では、航空車両が本体の最長寸法の複数の軸を備えるように放射対称である本体を備える航空車両では、向きまたは方向は軸のうちのいずれか一つを基準とすることができる。 The reactor or reactors may be mounted on any side of the air vehicle or on one or more sides of the air vehicle, for example, the forward, aft, lateral, top, or bottom of the air vehicle. As used herein, terms indicating orientation or direction (e.g., forward, aft, lateral, top, bottom) may be relative to an axis of the longest dimension of the body and/or to gravity or the center of gravity. For example, in an air vehicle, the orientation or direction may be relative to the longest dimension of the air vehicle and/or to gravity. In another example, in an air vehicle with a body that is radially symmetric such that the air vehicle has multiple axes of the longest dimension of the body, the orientation or direction may be relative to any one of the axes.

場合によっては、一つまたは複数の反応器は、航空車両の二つの隣接する側面の間に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の反応器は、すべて一つの側面上に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の反応器は、複数の側面上に取り付けられてもよい。一つまたは複数の反応器は、アンモニアの流れを、航空車両の前方、航空車両の後方に設置されるタンクから、または航空車両の側方面から受け取るように向けられることができる。一つまたは複数の反応器は、水素、窒素、および/または微量アンモニアの流れを、航空車両の前方上に、航空車両の後方に、航空車両の側方面上に、航空車両の底部上に、または航空車両のトップ上に配置される一つもしくは複数の吸着体、熱交換器、および/または燃料電池に向けて排出するように向けられることができる。一つまたは複数の反応器は、航空車両上に取り付けられる別の構成要素上に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の反応器は、二つ以上の起動反応器および二つ以上の主反応器を備えてもよい。場合によっては、アンモニアタンクは、一つもしくは複数の熱交換器と流体連通してアンモニアを気化し、および/またはアンモニアを加熱してもよい。場合によっては、気化したアンモニアガスは、一つまたは複数の反応器に供給されてもよい。 In some cases, the reactor(s) may be mounted between two adjacent sides of the aviation vehicle. In some cases, the reactor(s) may all be mounted on one side. In some cases, the reactor(s) may be mounted on multiple sides. The reactor(s) may be oriented to receive a flow of ammonia from a tank located in front of the aviation vehicle, in the rear of the aviation vehicle, or from a side of the aviation vehicle. The reactor(s) may be oriented to discharge a flow of hydrogen, nitrogen, and/or trace ammonia to one or more adsorbers, heat exchangers, and/or fuel cells located on the front of the aviation vehicle, in the rear of the aviation vehicle, on a side of the aviation vehicle, on the bottom of the aviation vehicle, or on the top of the aviation vehicle. The reactor(s) may be mounted on another component mounted on the aviation vehicle. In some cases, the reactor(s) may include two or more start-up reactors and two or more main reactors. In some cases, the ammonia tank may be in fluid communication with one or more heat exchangers to vaporize and/or heat the ammonia. In some cases, the vaporized ammonia gas may be fed to one or more reactors.

一つまたは複数の燃料電池は、航空車両の任意の側面に、または航空車両の一つもしくは複数の側面、例えば、車両の前方面、後方面、側方面、トップ面、または底面に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、航空車両の二つの隣接する側面の間に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、すべてが片側に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、複数の側面上に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、水素および/または窒素を含む流れを、航空車両の前方上に、航空車両の後方に、航空車両の側方面上に、航空車両の底部上に、または航空車両のトップ上に配置される一つもしくは複数の反応器または一つもしくは複数の吸着体から受け取るように向けられることができる。一つまたは複数の燃料電池は、水素および/もしくは窒素を含む流れを、航空車両の前方上に、航空車両の後方に、航空車両の側方面上に、航空車両の底部上に、または航空車両のトップ上に配置される一つもしくは複数の反応器または一つもしくは複数の燃焼器に向けて排出するように向けられることができる。一つまたは複数の燃料電池は、航空車両上に取り付けられる別の構成要素上に取り付けられてもよい。 The one or more fuel cells may be mounted on any side of the aviation vehicle, or on one or more sides of the aviation vehicle, such as the front, rear, side, top, or bottom of the vehicle. In some cases, the one or more fuel cells may be mounted between two adjacent sides of the aviation vehicle. In some cases, the one or more fuel cells may be mounted all on one side. In some cases, the one or more fuel cells may be mounted on multiple sides. In some cases, the one or more fuel cells may be oriented to receive a stream comprising hydrogen and/or nitrogen from one or more reactors or one or more adsorbents located on the front of the aviation vehicle, the rear of the aviation vehicle, on the side of the aviation vehicle, on the bottom of the aviation vehicle, or on the top of the aviation vehicle. The one or more fuel cells may be oriented to discharge a stream comprising hydrogen and/or nitrogen towards one or more reactors or one or more combustors located on the front of the aviation vehicle, the rear of the aviation vehicle, on the side of the aviation vehicle, on the bottom of the aviation vehicle, or on the top of the aviation vehicle. The one or more fuel cells may be mounted on another component mounted on the aviation vehicle.

一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置は、航空車両の任意の側面に、または航空車両の一つもしくは複数の側面、例えば、車両の前方面、後方面、側方面、トップ面、または底面に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置は、航空車両の二つの隣接する側面の間に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置は、すべてが片側に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置は、複数の側面上に取り付けられてもよい。一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置は、航空車両に任意の方向に力を及ぼすように、例えば、前方向に、後方向に、横方向に、垂直方向に、半径方向に、またはそれらの任意の組み合わせの方向に力を及ぼすように向けられることができる。一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置は、航空車両を任意の方向に移動させるように、例えば、前方向に、後方向に、横方向に、垂直方向に、半径方向に、またはそれらの任意の組み合わせの方向に移動させるように向けられることができる。一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置は、航空車両上に取り付けられる別の構成要素上に取り付けられてもよい。 The motor or drives may be mounted on any side of the air vehicle, or on one or more sides of the air vehicle, e.g., the front, rear, side, top, or bottom of the vehicle. In some cases, the motor or drives may be mounted between two adjacent sides of the air vehicle. In some cases, the motor or drives may all be mounted on one side. In some cases, the motor or drives may be mounted on multiple sides. The motor or drives may be oriented to exert a force on the air vehicle in any direction, e.g., forward, rear, lateral, vertical, radial, or any combination thereof. The motor or drives may be oriented to move the air vehicle in any direction, e.g., forward, rear, lateral, vertical, radial, or any combination thereof. The motor or drives may be mounted on another component that is mounted on the air vehicle.

場合によっては、システムは、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の吸着体をさらに備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の吸着体は、一つまたは複数の反応器からの出口流を処理して、出口流からアンモニアを濾過または除去するように構成されてもよい。場合によっては、一つまたは複数の吸着体は、一つまたは複数の反応器からの出口流を処理して、出口流から窒素を濾過または除去するように構成されてもよい。場合によっては、出口流は、水素および/または窒素を含む。場合によっては、吸着体は、一つまたは複数の燃料電池と流体連通してもよい。場合によっては、吸着体は、一つまたは複数の反応器の出口流からアンモニアを濾過または除去した後に、水素および/または窒素を一つまたは複数の燃料電池に誘導するように構成される。 In some cases, the system may further include one or more adsorbents in fluid communication with the one or more reactors. In some cases, the one or more adsorbents may be configured to process an outlet stream from the one or more reactors to filter or remove ammonia from the outlet stream. In some cases, the one or more adsorbents may be configured to process an outlet stream from the one or more reactors to filter or remove nitrogen from the outlet stream. In some cases, the outlet stream includes hydrogen and/or nitrogen. In some cases, the adsorbents may be in fluid communication with one or more fuel cells. In some cases, the adsorbents are configured to direct hydrogen and/or nitrogen to the one or more fuel cells after filtering or removing ammonia from the outlet stream of the one or more reactors.

一つまたは複数の吸着体は、航空車両の任意の側面に、または航空車両の一つもしくは複数の側面、例えば、車両の前方面、後方面、側方面、トップ面、または底面に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の吸着体は、航空車両の二つの隣接する側面の間に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の吸着体は、すべてが片側に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の吸着体は、複数の側面上に取り付けられてもよい。一つまたは複数の吸着体は、水素、アンモニア、窒素、またはそれらの任意の組み合わせを含む流れを、航空車両の前方上に、航空車両の後方に、航空車両の側方面上に、航空車両の底部上に、または航空車両のトップ上に配置される、一つもしくは複数の反応器、一つもしくは複数の燃焼器、または一つもしくは複数の燃料電池から受け取るように向けられることができる。一つまたは複数の吸着体は、水素および/もしくは窒素を含む流れを、航空車両の前方上に、航空車両の後方に、航空車両の側方面上に、航空車両の底部上に、または航空車両のトップ上に配置される一つもしくは複数の燃料電池または一つもしくは複数の燃焼器の両方に向けて排出するように向けられることができる。一つまたは複数の吸着体は、航空車両上に取り付けられる別の構成要素上に取り付けられてもよい。 The one or more adsorbents may be mounted on any side of the aircraft vehicle or on one or more sides of the aircraft vehicle, for example, the front, rear, side, top, or bottom of the vehicle. In some cases, the one or more adsorbents may be mounted between two adjacent sides of the aircraft vehicle. In some cases, the one or more adsorbents may all be mounted on one side. In some cases, the one or more adsorbents may be mounted on multiple sides. The one or more adsorbents may be oriented to receive a stream comprising hydrogen, ammonia, nitrogen, or any combination thereof from one or more reactors, one or more combustors, or one or more fuel cells disposed on the front of the aircraft vehicle, the rear of the aircraft vehicle, on the side of the aircraft vehicle, on the bottom of the aircraft vehicle, or on the top of the aircraft vehicle. The one or more adsorbents may be oriented to discharge a stream comprising hydrogen and/or nitrogen to both one or more fuel cells or one or more combustors disposed on the front of the aircraft vehicle, the rear of the aircraft vehicle, on the side of the aircraft vehicle, on the bottom of the aircraft vehicle, or on the top of the aircraft vehicle. The one or more adsorbents may be mounted on another component mounted on the aircraft vehicle.

場合によっては、システムは、一つまたは複数の燃料電池と流体連通する一つまたは複数の燃焼器をさらに備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、一つまたは複数の燃料電池からの出口流を燃焼して、一つまたは複数の反応器を加熱するように構成される。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、アンモニアタンクからの流れ、一つまたは複数の反応器からの出口流、一つまたは複数の燃料電池からの出口流、またはそれらの任意の組み合わせを燃焼するように構成されてもよい。 In some cases, the system may further include one or more combustors in fluid communication with the one or more fuel cells. In some cases, the one or more combustors are configured to combust an outlet stream from the one or more fuel cells to heat the one or more reactors. In some cases, the one or more combustors may be configured to combust a stream from an ammonia tank, an outlet stream from the one or more reactors, an outlet stream from the one or more fuel cells, or any combination thereof.

場合によっては、システムは、一つまたは複数の燃焼排ガス流から亜酸化窒素(NOx)を除去するように構成される選択的触媒還元(SCR)システムをさらに備えてもよい。場合によっては、SCRシステムは、一つまたは複数のアンモニアタンクからアンモニアを受け取る。 In some cases, the system may further include a selective catalytic reduction (SCR) system configured to remove nitrous oxide (NOx) from the one or more flue gas streams. In some cases, the SCR system receives ammonia from one or more ammonia tanks.

一つまたは複数の燃焼器は、航空車両の任意の側面に、または航空車両の一つもしくは複数の側面、例えば、車両の前方面、後方面、側方面、トップ面、または底面に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、航空車両の二つの隣接する側面の間に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、すべてが片側に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、複数の側面上に取り付けられてもよい。一つまたは複数の燃焼器は、水素および/または窒素を含む流れを、航空車両の前方上に、航空車両の後方に、航空車両の側方面上に、航空車両の底部上に、または航空車両のトップ上に配置される、一つもしくは複数の反応器、一つもしくは複数の吸着体、または一つもしくは複数の燃料電池から受け取るように向けられることができる。一つまたは複数の燃焼器は、燃焼副生成物を含む流れを周囲環境に排出するように向けられることができる。一つまたは複数の燃焼器は、航空車両上に取り付けられる別の構成要素上に取り付けられてもよい。 The combustor(s) may be mounted on any side of the air vehicle or on one or more sides of the air vehicle, for example, on the front, rear, side, top, or bottom of the vehicle. In some cases, the combustor(s) may be mounted between two adjacent sides of the air vehicle. In some cases, the combustor(s) may all be mounted on one side. In some cases, the combustor(s) may be mounted on multiple sides. The combustor(s) may be oriented to receive a flow comprising hydrogen and/or nitrogen from one or more reactors, one or more adsorbers, or one or more fuel cells disposed on the front of the air vehicle, on the rear of the air vehicle, on a side of the air vehicle, on the bottom of the air vehicle, or on the top of the air vehicle. The combustor(s) may be oriented to exhaust a flow comprising combustion by-products to the surrounding environment. The combustor(s) may be mounted on another component mounted on the air vehicle.

場合によっては、一つまたは複数の電気ヒーターは、一つまたは複数の反応器の内部で使用されてもよい。場合によっては、一つまたは複数の電気ヒーターは、一つまたは複数の反応器内の一つまたは複数の燃焼器に加えて使用されてもよい。 In some cases, one or more electric heaters may be used inside one or more reactors. In some cases, one or more electric heaters may be used in addition to one or more combustors in one or more reactors.

場合によっては、システムは、航空車両上に取り付けられる一つまたは複数の燃料貯蔵タンクをさらに備えてもよい。場合によっては、燃料貯蔵タンクは、一つまたは複数の反応器と流体連通して、アンモニアのクラッキングまたは分解のために一つまたは複数の反応器にアンモニアを供給する。場合によっては、一つまたは複数の燃料貯蔵タンクは、一つまたは複数の熱交換器と流体連通してアンモニアを気化および加熱してもよい。場合によっては、気化したアンモニアガスを一つまたは複数の反応器に供給して、アンモニアをクラッキングまたは分解してもよい。 In some cases, the system may further include one or more fuel storage tanks mounted on the aircraft vehicle. In some cases, the fuel storage tanks may be in fluid communication with the one or more reactors to supply ammonia to the one or more reactors for cracking or decomposing the ammonia. In some cases, the one or more fuel storage tanks may be in fluid communication with one or more heat exchangers to vaporize and heat the ammonia. In some cases, the vaporized ammonia gas may be supplied to the one or more reactors to crack or decompose the ammonia.

一つまたは複数の燃料貯蔵タンクは、航空車両の任意の側面に、または航空車両の一つもしくは複数の側面、例えば、車両の前方面、後方面、側方面、トップ面、または底面に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃料貯蔵タンクは、航空車両の二つの隣接する側面の間に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃料貯蔵タンクは、すべてが片側に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の貯蔵タンクは、複数の側面上に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃料貯蔵タンクは、アンモニアを含む流れを、航空車両の前方上に、航空車両の後方に、航空車両の側方面上に、航空車両の底部上に、または航空車両のトップ上に配置される一つまたは複数の反応器に向けて排出するように向けられることができる。場合によっては、一つまたは複数の燃料貯蔵タンクは、航空車両の前方上に、航空車両の後方に、航空車両の側方面上に、航空車両の底部上に、または航空車両のトップ上に配置される一つまたは複数の熱交換器に向けてアンモニアを含む流れを排出するように向けられることができる。一つまたは複数の燃料貯蔵タンクは、航空車両上に取り付けられる別の構成要素上に取り付けられてもよい。 The one or more fuel storage tanks may be mounted on any side of the aircraft vehicle or on one or more sides of the aircraft vehicle, such as the front, rear, side, top, or bottom of the vehicle. In some cases, the one or more fuel storage tanks may be mounted between two adjacent sides of the aircraft vehicle. In some cases, the one or more fuel storage tanks may all be mounted on one side. In some cases, the one or more storage tanks may be mounted on multiple sides. In some cases, the one or more fuel storage tanks may be oriented to discharge the ammonia-containing stream toward one or more reactors located on the front of the aircraft vehicle, the rear of the aircraft vehicle, on the side of the aircraft vehicle, on the bottom of the aircraft vehicle, or on the top of the aircraft vehicle. In some cases, the one or more fuel storage tanks may be oriented to discharge the ammonia-containing stream toward one or more heat exchangers located on the front of the aircraft vehicle, the rear of the aircraft vehicle, on the side of the aircraft vehicle, on the bottom of the aircraft vehicle, or on the top of the aircraft vehicle. The one or more fuel storage tanks may be mounted on another component mounted on the aircraft vehicle.

場合によっては、システムは、一つまたは複数の反応器の出口流を冷却するための一つまたは複数の熱交換器をさらに備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の熱交換器は、一つまたは複数の燃料電池からの出口流と熱連通して、熱交換器および/または一つもしくは複数の反応器からの出口流を冷却する。一つまたは複数の燃料電池からの出口流は、空気または酸素を含んでもよい。 In some cases, the system may further include one or more heat exchangers for cooling the outlet stream of the one or more reactors. In some cases, the one or more heat exchangers are in thermal communication with the outlet stream from the one or more fuel cells to cool the heat exchanger and/or the outlet stream from the one or more reactors. The outlet stream from the one or more fuel cells may include air or oxygen.

一つまたは複数の熱交換器は、航空車両の任意の側面に、または航空車両の一つもしくは複数の側面、例えば、車両の前方面、後方面、側方面、トップ面、または底面に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の熱交換器は、航空車両の二つの隣接する側面の間に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の熱交換器は、すべてが片側に取り付けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の熱交換器は、複数の側面上に取り付けられてもよい。一つまたは複数の熱交換器は、水素および/または窒素を含む流れを、航空車両の前方上に、航空車両の後方に、航空車両の側方面上に、航空車両の底部上に、または航空車両のトップ上に取り付けられる、一つもしくは複数の反応器、一つもしくは複数の燃焼器、一つもしくは複数の燃料電池、または一つもしくは複数の吸着体から受け取るように向けられることができる。一つまたは複数の熱交換器は、水素および/または窒素を含む流れを、航空車両の前方上に、航空車両の後方に、航空車両の側方面上に、航空車両の底部上に、または航空車両のトップ上に取り付けられる一つもしくは複数の反応器、一つもしくは複数の燃焼器、一つもしくは複数の燃料電池、または一つもしくは複数の吸着体に向けて排出するように向けられることができる。一つまたは複数の熱交換器は、航空車両上に取り付けられる別の構成要素上に取り付けられてもよい。 The one or more heat exchangers may be mounted on any side of the aviation vehicle, or on one or more sides of the aviation vehicle, such as the front, rear, side, top, or bottom of the vehicle. In some cases, the one or more heat exchangers may be mounted between two adjacent sides of the aviation vehicle. In some cases, the one or more heat exchangers may all be mounted on one side. In some cases, the one or more heat exchangers may be mounted on multiple sides. The one or more heat exchangers may be oriented to receive a stream comprising hydrogen and/or nitrogen from one or more reactors, one or more combustors, one or more fuel cells, or one or more adsorbents mounted on the front of the aviation vehicle, the rear of the aviation vehicle, on a side of the aviation vehicle, on the bottom of the aviation vehicle, or on the top of the aviation vehicle. The one or more heat exchangers can be oriented to discharge a stream containing hydrogen and/or nitrogen toward one or more reactors, one or more combustors, one or more fuel cells, or one or more adsorber mounted on the front of the air vehicle, the rear of the air vehicle, on a side of the air vehicle, on the bottom of the air vehicle, or on the top of the air vehicle. The one or more heat exchangers may be mounted on another component mounted on the air vehicle.

場合によっては、一つまたは複数の熱交換器は、アンモニアを含む流れを、航空車両の前方上に、航空車両の後方に、航空車両の側方面上に、航空車両の底部上に、または航空車両のトップ上に取り付けられる一つまたは複数のアンモニア貯蔵タンクから受け取るように向けられることができる。一つまたは複数の熱交換器は、アンモニアを含む流れを、航空車両の前方上に、航空車両の後方に、航空車両の側方面上に、航空車両の底部上に、または航空車両のトップ上に取り付けられる一つもしくは複数の反応器および/または一つもしくは複数の燃焼器に向けて排出するように向けられることができる。一つまたは複数の熱交換器は、航空車両上に取り付けられる別の構成要素上に取り付けられてもよい。 In some cases, the one or more heat exchangers can be oriented to receive an ammonia-containing stream from one or more ammonia storage tanks mounted on the front of the aircraft vehicle, the rear of the aircraft vehicle, on the side of the aircraft vehicle, on the bottom of the aircraft vehicle, or on the top of the aircraft vehicle. The one or more heat exchangers can be oriented to discharge an ammonia-containing stream to one or more reactors and/or one or more combustors mounted on the front of the aircraft vehicle, the rear of the aircraft vehicle, on the side of the aircraft vehicle, on the bottom of the aircraft vehicle, or on the top of the aircraft vehicle. The one or more heat exchangers may be mounted on another component mounted on the aircraft vehicle.

場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は電気負荷と連通してもよい。場合によっては、電気負荷は、航空車両の一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置を含むことができる。場合によっては、電気的負荷は、一つまたは複数の補助的な電池であってもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、一つまたは複数の電池を充電することができる。 In some cases, the one or more fuel cells may be in communication with an electrical load. In some cases, the electrical load may include one or more motors or drives of the air vehicle. In some cases, the electrical load may be one or more auxiliary batteries. In some cases, the one or more fuel cells may charge the one or more batteries.

場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、一つまたは複数の燃料貯蔵タンクと熱連通し、燃料電池から燃料貯蔵タンクへの熱エネルギーの伝達を促進させ、アンモニア蒸発のために燃料貯蔵タンクを加熱してもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、一つまたは複数の空冷熱交換器と熱連通して、周囲環境への熱の遮断を促進させてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃料電池は、一つまたは複数の熱交換器と熱連通して、燃料電池からの熱エネルギーの伝達を促進させて、一つまたは複数の液体もしくは液体/気体の二相アンモニア流を蒸発させることができる。 In some cases, the one or more fuel cells may be in thermal communication with one or more fuel storage tanks to facilitate the transfer of thermal energy from the fuel cells to the fuel storage tanks to heat the fuel storage tanks for ammonia evaporation. In some cases, the one or more fuel cells may be in thermal communication with one or more air-cooled heat exchangers to facilitate rejection of heat to the surrounding environment. In some cases, the one or more fuel cells may be in thermal communication with one or more heat exchangers to facilitate the transfer of thermal energy from the fuel cells to vaporize one or more liquid or liquid/gas two-phase ammonia streams.

場合によっては、システムは、一つまたは複数の燃料電池からの所望の電力出力に基づいて、一つまたは複数の反応器に供給されるアンモニアの流れを制御するように構成されるコントローラーをさらに備えてもよい。場合によっては、所望の電力出力は、航空車両を制御するためのユーザー入力に少なくとも部分的に基づいてもよい。場合によっては、所望の電力出力は、航空車両を静止位置に維持するために、または航空車両を移動させるために必要な電力出力に少なくとも部分的に基づいてもよい。場合によっては、コントローラーは、一つまたは複数のアンモニア流を遮断するように構成されてもよい。 In some cases, the system may further include a controller configured to control a flow of ammonia provided to the one or more reactors based on a desired power output from the one or more fuel cells. In some cases, the desired power output may be based at least in part on a user input for controlling the air vehicle. In some cases, the desired power output may be based at least in part on a power output required to maintain the air vehicle in a stationary position or to move the air vehicle. In some cases, the controller may be configured to shut off one or more ammonia flows.

場合によっては、システムは、(i)一つまたは複数の反応器へのアンモニアの流れ、または(ii)一つまたは複数の燃料電池への水素の流れを制御するために、一つまたは複数のバルブに動作可能に結合するコントローラーをさらに備えてもよい。場合によっては、コントローラーは、一つまたは複数のバルブの動作を制御することによって、動的電力制御を行うように構成されてもよい。場合によっては、コントローラーは、アンモニア貯蔵タンクに連結する一つまたは複数のバルブを調整して、閾値圧力点を維持する、またはそれに到達して、アンモニア流量および電力出力を増加させるように構成されてもよい。場合によっては、アンモニア流量は、アンモニアの流れ圧力と相関がある。場合によっては、コントローラーは、アンモニア貯蔵タンクに連結する一つまたは複数のバルブ(例えば、電磁弁)を調整して、閾値流量を維持する、またはそれに到達するように構成されてもよい。 In some cases, the system may further include a controller operably coupled to one or more valves to control (i) the flow of ammonia to the one or more reactors, or (ii) the flow of hydrogen to the one or more fuel cells. In some cases, the controller may be configured to perform dynamic power control by controlling the operation of the one or more valves. In some cases, the controller may be configured to adjust one or more valves coupled to the ammonia storage tank to maintain or reach a threshold pressure point to increase ammonia flow rate and power output. In some cases, the ammonia flow rate is correlated to the ammonia flow pressure. In some cases, the controller may be configured to adjust one or more valves (e.g., solenoid valves) coupled to the ammonia storage tank to maintain or reach a threshold flow rate.

場合によっては、システムは、コントローラーと、コントローラーに動作可能に結合する一つまたは複数のセンサーとをさらに備えてもよい。場合によっては、コントローラーは、一つもしくは複数のセンサーを使用して得られる一つもしくは複数の測定値に基づいて、一つもしくは複数の反応器の温度、アンモニアの流れ圧力、および/または一つもしくは複数の燃料電池の電気出力を監視するように構成される。場合によっては、コントローラーは、質量流量計または質量流量コントローラーを使用して、一つまたは複数のアンモニア流の流量を監視するように構成されてもよい。 In some cases, the system may further include a controller and one or more sensors operably coupled to the controller. In some cases, the controller is configured to monitor the temperature of the one or more reactors, the ammonia flow pressure, and/or the electrical output of the one or more fuel cells based on one or more measurements obtained using the one or more sensors. In some cases, the controller may be configured to monitor the flow rate of the one or more ammonia streams using a mass flow meter or mass flow controller.

場合によっては、コントローラーは、一つまたは複数の反応器の温度が閾値温度未満に低下または下がる場合、給気ユニットの電力を増加させて、一つまたは複数の反応器の一つまたは複数の燃焼器への空気流量を増加させるように構成されてもよい。場合によっては、閾値温度は約600℃であってもよい。場合によっては、閾値温度は約550℃~約650℃であってもよい。場合によっては、閾値温度は約450℃~約700℃であってもよい。場合によっては、閾値温度は約800℃であってもよい。場合によっては、閾値温度は約300℃~約450℃であってもよい。 In some cases, the controller may be configured to increase power to the air supply unit to increase air flow to the combustor or combustors of the reactor or reactors if the temperature of the reactor or reactors drops or falls below a threshold temperature. In some cases, the threshold temperature may be about 600°C. In some cases, the threshold temperature may be between about 550°C and about 650°C. In some cases, the threshold temperature may be between about 450°C and about 700°C. In some cases, the threshold temperature may be about 800°C. In some cases, the threshold temperature may be between about 300°C and about 450°C.

場合によっては、システムは、航空車両の一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置に給電するための補助電池をさらに備えてもよい。場合によっては、所望の電力出力は、一つまたは複数の燃料電池および第二の電源からの電力の寄与で満たされてもよい。場合によっては、一つまたは複数の反応器に供給されるアンモニアの流れは、一つまたは複数の燃料電池および第二の電源によって生成される総電力量が所望の電力出力を満たすように制御されてもよい。場合によっては、第二の電源は補助電池を備えてもよい。 In some cases, the system may further include an auxiliary battery for powering one or more motors or drives of the air vehicle. In some cases, the desired power output may be met with power contributions from the one or more fuel cells and the second power source. In some cases, the flow of ammonia supplied to the one or more reactors may be controlled such that the total amount of power generated by the one or more fuel cells and the second power source meets the desired power output. In some cases, the second power source may include an auxiliary battery.

場合によっては、システムは、起動反応器を備えてもよい。場合によっては、起動反応器は、一つまたは複数の反応器に供給されるアンモニアの少なくとも一部をクラッキングして、水素、窒素、および/またはアンモニアを生成するように構成されてもよい。場合によっては、起動反応器は、主反応器および/または燃焼器と流体連通してもよい。場合によっては、主反応器は、起動反応器からの出口流の少なくとも一部を燃焼して、主反応器を加熱または予熱するように構成される。場合によっては、起動反応器からの出口流は、水素、およびアンモニアまたは窒素のうちの少なくとも一つを含んでもよい。 In some cases, the system may include a start-up reactor. In some cases, the start-up reactor may be configured to crack at least a portion of the ammonia provided to the one or more reactors to produce hydrogen, nitrogen, and/or ammonia. In some cases, the start-up reactor may be in fluid communication with the main reactor and/or the combustor. In some cases, the main reactor is configured to combust at least a portion of an outlet stream from the start-up reactor to heat or preheat the main reactor. In some cases, the outlet stream from the start-up reactor may include hydrogen and at least one of ammonia or nitrogen.

場合によっては、アンモニアパワーパックシステムは、起動シーケンスに従ってもよい。場合によっては、起動シーケンスは、一つまたは複数の反応器を加熱するための工程を含んでもよい。場合によっては、起動シーケンスは、起動反応器を加熱するための工程を含んでもよい。場合によっては、一つまたは複数の反応器または起動反応器の加熱は、外部電源を使用して、または燃料を燃焼することによって実施されてもよい。場合によっては、外部電源は電池(例えば、化学電池または電池)であってもよい。場合によっては、燃料は、水素、ガソリン、ディーゼル、メタノール、エタノール、バイオディーゼル、プロパン、ブタン、または任意の他の種類の可燃性材料であってもよい。場合によっては、外部電源は送電網からの電気であってもよい。 In some cases, the ammonia power pack system may follow a start-up sequence. In some cases, the start-up sequence may include steps for heating the reactor(s). In some cases, the start-up sequence may include steps for heating the start-up reactor. In some cases, the heating of the reactor(s) or the start-up reactor may be performed using an external power source or by burning a fuel. In some cases, the external power source may be a battery (e.g., a chemical battery or a battery). In some cases, the fuel may be hydrogen, gasoline, diesel, methanol, ethanol, biodiesel, propane, butane, or any other type of combustible material. In some cases, the external power source may be electricity from a power grid.

場合によっては、起動シーケンスは、一つもしくは複数の反応器または起動反応器を使用してNH流を部分的にまたは完全にクラッキングするために、一つもしくは複数の反応器および/または起動反応器にアンモニア(NH)の流れを供給する工程を含んでもよい。 In some cases, the start-up sequence may include providing a stream of ammonia (NH 3 ) to one or more reactors and/or a start-up reactor for partially or completely cracking the NH 3 stream using the one or more reactors or the start-up reactor.

場合によっては、起動シーケンスは、起動反応器からの排出流を燃焼することによって、主反応器の一つまたは複数の燃焼器を加熱するための工程を含むことができる。場合によっては、起動反応器からの排出流は、水素および/または窒素を含んでもよい。場合によっては、排出流はアンモニアをさらに含んでもよい。 In some cases, the start-up sequence may include a step for heating one or more combustors of the primary reactor by combusting an exhaust stream from the start-up reactor. In some cases, the exhaust stream from the start-up reactor may include hydrogen and/or nitrogen. In some cases, the exhaust stream may further include ammonia.

場合によっては、起動シーケンスは、一つまたは複数の反応器へのNH流量を変更(例えば、増加または減少)するための工程を含んでもよい。場合によっては、一つまたは複数の反応器へのNH流量を変更することにより、生成された水素に転化されるNHの量が変更される。場合によっては、一つまたは複数の反応器へのNH流量を変更することにより、一つまたは複数の燃料電池に供給される水素の量を制御してもよい。場合によっては、一つまたは複数の反応器へのNH流量を変更することにより、(i)生成される水素の量、もしくは一つもしくは複数の反応器を使用して水素が生成される速度、および/または(ii)一つもしくは複数の燃料電池からの電力出力を制御してもよい。場合によっては、流量は、全開状態と全閉状態との間でバルブの位置を調整することによって変更されてもよい。場合によっては、流量は、一つまたは複数のバルブに動作可能に結合するコントローラーを使用して変更されてもよい。 In some cases, the start-up sequence may include steps for modifying (e.g., increasing or decreasing) the NH3 flow rate to one or more reactors. In some cases, modifying the NH3 flow rate to one or more reactors modifies the amount of NH3 converted to produced hydrogen. In some cases, modifying the NH3 flow rate to one or more reactors may control the amount of hydrogen supplied to one or more fuel cells. In some cases, modifying the NH3 flow rate to one or more reactors may control (i) the amount of hydrogen produced or the rate at which hydrogen is produced using one or more reactors, and/or (ii) the power output from one or more fuel cells. In some cases, the flow rate may be modified by adjusting the position of a valve between a fully open and a fully closed state. In some cases, the flow rate may be modified using a controller operably coupled to one or more valves.

場合によっては、起動シーケンスは、一つまたは複数の反応器が目標温度に到達する場合、水素および窒素を含む流れを吸着体に向けるための工程を含んでもよい。場合によっては、起動シーケンスは、目標NH流量範囲に到達した場合、水素および窒素を含む流れを吸着体に向けるための工程を含んでもよい。場合によっては、起動シーケンスは、目標NH分解速度に到達した場合、水素および窒素を含む流れを吸着体に向けるための工程を含んでもよい。場合によっては、起動シーケンスは、(i)一つまたは複数の反応器が目標温度に到達する、(ii)目標NH流量範囲に到達する、および(iii)目標NH分解速度に到達する場合、水素および窒素を含む流れを吸着体に、そして一つまたは複数の燃料電池に、次に一つまたは複数の燃焼器に向けるための工程を含んでもよい。 In some cases, the start-up sequence may include a step for directing a flow containing hydrogen and nitrogen to the adsorber when the reactor or reactors reach a target temperature. In some cases, the start-up sequence may include a step for directing a flow containing hydrogen and nitrogen to the adsorber when the target NH3 flow rate range is reached. In some cases, the start-up sequence may include a step for directing a flow containing hydrogen and nitrogen to the adsorber when the target NH3 decomposition rate is reached. In some cases, the start-up sequence may include a step for directing a flow containing hydrogen and nitrogen to the adsorber, then to the fuel cell or fuel cells, and then to the combustor or combustors when (i) the reactor or reactors reach a target temperature, (ii) the target NH3 flow rate range is reached, and (iii) the target NH3 decomposition rate is reached.

場合によっては、目標温度は約400℃~約600℃であってもよい。場合によっては、目標温度は約350℃~約650℃であってもよい。場合によっては、目標温度は少なくとも約350℃であってもよい。場合によっては、目標温度は約100℃~約600℃であってもよい。場合によっては、目標温度は約600℃~約800℃であってもよい。 In some cases, the target temperature may be from about 400°C to about 600°C. In some cases, the target temperature may be from about 350°C to about 650°C. In some cases, the target temperature may be at least about 350°C. In some cases, the target temperature may be from about 100°C to about 600°C. In some cases, the target temperature may be from about 600°C to about 800°C.

場合によっては、起動シーケンスは、一つまたは複数の燃料電池を使用して水素を処理し、電気エネルギーまたは電力を生成することを含んでもよい。場合によっては、起動シーケンスは、電気エネルギーまたは電力を負荷に供給するための工程を含んでもよい。場合によっては、負荷は、航空車両用の一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置であってもよい。場合によっては、起動シーケンスは、一つもしくは複数のセンサー、一つもしくは複数の構成要素、および/または一つもしくは複数の補助電池に電気エネルギーまたは電力を供給するための工程を含んでもよい。 In some cases, the startup sequence may include using one or more fuel cells to process hydrogen and generate electrical energy or power. In some cases, the startup sequence may include steps for providing electrical energy or power to a load. In some cases, the load may be one or more motors or drives for the air vehicle. In some cases, the startup sequence may include steps for providing electrical energy or power to one or more sensors, one or more components, and/or one or more auxiliary batteries.

アンモニアを改質するための拡張可能な反応器 Scalable reactor for reforming ammonia

いくつかの態様では、本開示は、アンモニアを処理するためのシステムを提供する。システムは、アンモニアを分解するための一つまたは複数の反応器と、一つまたは複数の反応器のうちの少なくとも一つの中に配置される一つまたは複数の発熱体と、流れ場および加熱の均一性を向上させるために一つまたは複数の発熱体の周囲またはその近傍に設けられる一つまたは複数の流路と、を備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の発熱体は、流体が一つまたは複数の発熱体の周囲またはその近傍に設けられる一つまたは複数の流路に沿って流れる際に、一つまたは複数の改質ガスを含む流体を加熱するように構成されてもよい。場合によっては、一つまたは複数の改質ガスはアンモニアを含んでもよい。場合によっては、システムは、一つまたは複数の発熱体によって加熱される場合、アンモニアを分解またはクラッキングするように構成される一つまたは複数の触媒をさらに備える。場合によっては、一つまたは複数の触媒は、一つまたは複数の発熱体の外部または外側に設けられてもよい。 In some aspects, the present disclosure provides a system for processing ammonia. The system may include one or more reactors for decomposing ammonia, one or more heating elements disposed in at least one of the one or more reactors, and one or more flow paths disposed around or near the one or more heating elements to improve flow fields and uniformity of heating. In some cases, the one or more heating elements may be configured to heat a fluid including one or more reformed gases as the fluid flows along one or more flow paths disposed around or near the one or more heating elements. In some cases, the one or more reformed gases may include ammonia. In some cases, the system further includes one or more catalysts configured to decompose or crack ammonia when heated by the one or more heating elements. In some cases, the one or more catalysts may be disposed external or outside the one or more heating elements.

図55Aおよび55Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、反応器の外観図および内面図を概略的に示す。場合によっては、反応器は、複数のガス入口および複数のガス出口を備えてもよい。場合によっては、ガス入口は、反応器によって分解されるアンモニアを受け取るように構成されてもよい。場合によっては、ガス出口は、水素、窒素、および/または未転化アンモニアを排出するように構成されてもよい。場合によっては、ガス出口を通って排出される水素および窒素は、分解またはクラッキングのために反応器に投入されるアンモニアに由来する可能性がある。 55A and 55B show schematic views of an exterior and interior of a reactor according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the reactor may include multiple gas inlets and multiple gas outlets. In some cases, the gas inlets may be configured to receive ammonia that is decomposed by the reactor. In some cases, the gas outlets may be configured to discharge hydrogen, nitrogen, and/or unconverted ammonia. In some cases, the hydrogen and nitrogen discharged through the gas outlets may originate from ammonia that is input to the reactor for decomposition or cracking.

場合によっては、反応器は、一つまたは複数の埋め込まれた発熱体を備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の埋め込まれた発熱体は、反応器を通って流れる流体と熱連通するシェルまたは外面を有してもよく、これは、(i)反応器を通って(例えば、埋め込まれた発熱体を取り囲む一つまたは複数の流路を通って)流れる流体と(ii)埋め込まれた発熱体との間の改善された熱伝達を可能にすることができる。場合によっては、一つまたは複数の発熱体は、反応器内に複数の加熱ゾーンを設けるように構成されてもよい。場合によっては、複数の加熱ゾーンは、所定のまたは調整可能な異なる温度を有してもよい。場合によっては、埋め込まれた発熱体は、燃焼ヒーター、電気ヒーター、または燃焼ヒーターおよび電気ヒーターの両方を備えるハイブリッド発熱体を備えてもよい。場合によっては、埋め込まれた発熱体は、発熱体の体積要件を最小化することによって、反応器システムをよりコンパクトにすることができる。場合によっては、ハイブリッド発熱体は、より速い起動および応答を可能にすることができる。場合によっては、ハイブリッド発熱体により、体積がよりコンパクトである反応器システムが得られる可能性がある。場合によっては、ハイブリッド発熱体により、温度をより容易に制御できる可能性がある。場合によっては、ハイブリッド発熱体により、複数の触媒材料を装填できる可能性がある。場合によっては、ハイブリッド発熱体を使用して、複数の領域の温度を制御する可能性がある。 In some cases, the reactor may include one or more embedded heating elements. In some cases, the one or more embedded heating elements may have a shell or exterior surface in thermal communication with the fluid flowing through the reactor, which may enable improved heat transfer between (i) the fluid flowing through the reactor (e.g., through one or more flow paths surrounding the embedded heating elements) and (ii) the embedded heating elements. In some cases, the one or more heating elements may be configured to provide multiple heating zones within the reactor. In some cases, the multiple heating zones may have different temperatures, either predetermined or adjustable. In some cases, the embedded heating elements may include a combustion heater, an electric heater, or a hybrid heating element that includes both a combustion heater and an electric heater. In some cases, the embedded heating elements may make the reactor system more compact by minimizing the volume requirements of the heating elements. In some cases, the hybrid heating elements may enable faster start-up and response. In some cases, the hybrid heating elements may result in a reactor system that is more compact in volume. In some cases, the hybrid heating elements may allow the temperature to be more easily controlled. In some cases, the hybrid heating elements may allow multiple catalyst materials to be loaded. In some cases, hybrid heating elements may be used to control the temperature in multiple areas.

場合によっては、埋め込まれた発熱体は、異なる起動時間および応答時間を有する異なる種類のヒーターを備えてもよい。例えば、電気ヒーターは、燃焼ヒーターよりも速い応答または加熱時間を有してもよい。燃焼ヒーターは加熱用に使用されてもよいが、反応器の起動中、電気ヒーターは燃焼ヒーターよりも早く熱を発生させる可能性がある。場合によっては、電気ヒーターは、反応器の温度を理想的な温度範囲まで迅速に上昇させるために熱を発生させることができる。場合によっては、急激な温度変化がある場合、電気ヒーターの発熱速度は、急激な温度変化に迅速に応答するように調整されることができる。場合によっては、燃焼ヒーターは、熱または熱エネルギーを迅速に生成し、燃焼器に追加の空気を供給することによって、急激な温度変化に迅速に応答することができる。場合によっては、本明細書に記載の埋め込まれた発熱体は、燃焼ヒーターおよび電気ヒーターの両方を備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の埋め込まれた電気ヒーターを備える一つまたは複数の反応器は、一つまたは複数の埋め込まれた燃焼ヒーターを備える一つまたは複数の反応器と直列または並列に連結されてもよい。本明細書に記載の実施形態のいずれかでは、燃焼ヒーターおよび電気ヒーターは、それぞれの反応器の長手方向軸に沿って空間的に直列または空間的に平行に配置されてもよい。 In some cases, the embedded heating elements may comprise different types of heaters with different start-up and response times. For example, an electric heater may have a faster response or heat-up time than a combustion heater. A combustion heater may be used for heating, but during start-up of the reactor, the electric heater may generate heat faster than the combustion heater. In some cases, the electric heater may generate heat to quickly raise the temperature of the reactor to an ideal temperature range. In some cases, if there is a sudden temperature change, the heat generation rate of the electric heater can be adjusted to quickly respond to the sudden temperature change. In some cases, the combustion heater can quickly generate heat or thermal energy and quickly respond to the sudden temperature change by supplying additional air to the combustor. In some cases, the embedded heating elements described herein may comprise both a combustion heater and an electric heater. In some cases, one or more reactors with one or more embedded electric heaters may be coupled in series or parallel with one or more reactors with one or more embedded combustion heaters. In any of the embodiments described herein, the combustion heater and the electric heater may be arranged in series or parallel in space along the longitudinal axis of the respective reactor.

図60は、本開示の一つまたは複数の実施形態による、改質器の流路におけるガス流路を概略的に示す。場合によっては、アンモニアは、流路内のガス流路に沿って流れるように向けられてもよい。場合によっては、アンモニアが流路内のガス流路に沿って流れる場合にアンモニアが触媒と接触するように、触媒は流路内および/またはアンモニアのガス流路に沿って配置されることができる。 FIG. 60 illustrates a schematic of a gas flow path in a reformer flow path according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, ammonia may be directed to flow along the gas flow path in the flow path. In some cases, a catalyst may be disposed in the flow path and/or along the gas flow path of the ammonia such that the ammonia contacts the catalyst as it flows along the gas flow path in the flow path.

図56、58A、および58Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、改質器の上面図および内部断面図を概略的に示す。場合によっては、触媒は、温度に依存するアンモニア分解効率を有する可能性がある。場合によっては、(空間的および時間的の両方の)温度の正確な制御は、触媒を加熱するための理想的な温度範囲、および改質器を通って流れる一つまたは複数のガスを可能な限り均一かつ迅速に供給することによって、反応器の性能を高める可能性がある。場合によっては、本明細書に記載の埋め込まれた発熱体を使用して、一つまたは複数の触媒を一つまたは複数の理想的な温度範囲に加熱してもよい。場合によっては、触媒は発熱体の外側に設けられてもよい。場合によっては、発熱体の外部に配置される触媒は、発熱体と熱連通して、発熱体と触媒との間の熱エネルギーの伝達を可能にすることができる。場合によっては、発熱体の外側に拡大伝熱面を設けて、触媒と発熱体との間の熱連通を向上させてもよい。場合によっては、一つまたは複数のガスおよび/もしくは触媒は、比較的低い熱伝導率を有してもよい。場合によっては、拡大伝熱面(例えば、フィンおよび/またはバッフル)を流路内に設けて、熱伝達を増加させてもよい。場合によっては、拡大伝熱面(例えば、フィンおよび/またはバッフル)を外側シェルの流路内に設けて、熱伝達を増加させてもよい。 56, 58A, and 58B show schematic top and internal cross-sectional views of a reformer according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the catalyst may have an ammonia decomposition efficiency that is temperature dependent. In some cases, precise control of temperature (both spatially and temporally) may enhance reactor performance by providing an ideal temperature range for heating the catalyst and one or more gases flowing through the reformer as uniformly and quickly as possible. In some cases, an embedded heating element as described herein may be used to heat one or more catalysts to one or more ideal temperature ranges. In some cases, the catalyst may be provided outside the heating element. In some cases, a catalyst located outside the heating element may be in thermal communication with the heating element to allow transfer of thermal energy between the heating element and the catalyst. In some cases, an extended heat transfer surface may be provided outside the heating element to improve thermal communication between the catalyst and the heating element. In some cases, one or more gases and/or catalysts may have a relatively low thermal conductivity. In some cases, extended heat transfer surfaces (e.g., fins and/or baffles) may be provided in the flow passage to increase heat transfer. In some cases, extended heat transfer surfaces (e.g., fins and/or baffles) may be provided within the flow passages of the outer shell to increase heat transfer.

場合によっては、一つまたは複数の反応器は、(i)改質ガスが一つまたは複数のガス入口から一つまたは複数の発熱体の一部に沿って通過するための第一の流路と、(ii)リフォメートガスを一つまたは複数のガス出口に誘導するための第二の流路と、を備えてもよい。場合によっては、改質ガスはアンモニアを含んでもよい。場合によっては、リフォメートガスは水素および/または窒素を含んでもよい。場合によっては、第一の流路は、第二の流路に直接連結して、第一の流路と第二の流路との間で流体の流れを可能にすることができる。図56、58A、および58Bは、様々な異なる断面形状またはプロファイルを有する反応器内の第一の流路(実線矢印、5601)および第二の流路(点線矢印、5602)を概略的に示す。場合によっては、第一の流路は、反応器のガス入口から反応器内のガスの向きを変える点まで発熱体の長さに沿って延在することができ、その後、第一の流路に沿って流れるガスは、ガス折り返し点を経由して第二の流路に流入することができる。場合によっては、第二の流路は、反応器のガス出口に向かって発熱体の長さに沿って戻って延在してもよい。 In some cases, the reactor or reactors may include (i) a first flow path for passing reformate gas from one or more gas inlets along a portion of one or more heating elements, and (ii) a second flow path for directing reformate gas to one or more gas outlets. In some cases, the reformate gas may include ammonia. In some cases, the reformate gas may include hydrogen and/or nitrogen. In some cases, the first flow path may be directly connected to the second flow path to allow fluid flow between the first and second flow paths. Figures 56, 58A, and 58B show schematics of a first flow path (solid arrow, 5601) and a second flow path (dotted arrow, 5602) in a reactor having a variety of different cross-sectional shapes or profiles. In some cases, the first flow path may extend along the length of the heating element from a gas inlet of the reactor to a point that redirects the gas in the reactor, and then the gas flowing along the first flow path may enter the second flow path via a gas turnaround point. In some cases, the second flow path may extend back along the length of the heating element toward a gas outlet of the reactor.

場合によっては、第一の流路と第二の流路は、異なる方向に向けられてもよい。場合によっては、第一の流路および第二の流路は、それぞれ反対方向の向きにしてもよい。場合によっては、第一の流路の一部および第二の流路の一部は、それぞれ反対方向の向きにしてもよい。 In some cases, the first flow path and the second flow path may be oriented in different directions. In some cases, the first flow path and the second flow path may be oriented in opposite directions. In some cases, a portion of the first flow path and a portion of the second flow path may be oriented in opposite directions.

場合によっては、反応器に入る改質ガスは、反応器を出るリフォメートガスよりも温度が低い場合がある。場合によっては、反応器に入るガスは第一の流路に沿って流れてもよく、反応器を出るガスは第二の流路に沿って流れてもよい。上記のように、第一の流路および第二の流路は、反応器に入るガスを反応器を出るガスと熱連通させてもよい。場合によっては、第一の流路もしくは第二の流路、または両方の流路は、熱伝達増強機構、例えば金属フィンまたは流路内の拡大伝熱面を有してもよい。反応器に入るガスと反応器を出るガスとの間で熱エネルギーの伝達を可能にすることによって、反応器に入るガスは、反応器を出るガスによって加熱または予熱されてもよく、これにより反応器に入るガスの加熱および分解を促進させることができる。場合によっては、一つまたは複数の反応器の外側の一つまたは複数の熱交換器もしくは熱回復ユニットを使用して、反応器に入る前に、反応器出口流と冷流入流との間で熱を交換してもよい。 In some cases, the reformate gas entering the reactor may be at a lower temperature than the reformate gas exiting the reactor. In some cases, the gas entering the reactor may flow along a first flow path and the gas exiting the reactor may flow along a second flow path. As described above, the first and second flow paths may place the gas entering the reactor in thermal communication with the gas exiting the reactor. In some cases, the first or second flow path, or both flow paths, may have heat transfer enhancement features, such as metal fins or extended heat transfer surfaces within the flow paths. By allowing the transfer of thermal energy between the gas entering the reactor and the gas exiting the reactor, the gas entering the reactor may be heated or preheated by the gas exiting the reactor, which may facilitate the heating and decomposition of the gas entering the reactor. In some cases, one or more heat exchangers or heat recovery units external to the reactor or reactors may be used to exchange heat between the reactor outlet stream and the cold inlet stream before entering the reactor.

場合によっては、第一の流路および第二の流路は、(i)一つまたは複数のガス入口を介して一つまたは複数の反応器に入る一つまたは複数の改質ガスと(ii)ガス出口を介して一つまたは複数の反応器から出る一つまたは複数のリフォメートガスとの間で熱エネルギーの伝達を可能にするために、互いに隣接して配置されてもよい。場合によっては、一つまたは複数の発熱体の各個々の発熱体は、一つまたは複数の専用の流路を備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の発熱体はそれぞれ、異なるそれぞれの流路を備えてもよい。場合によっては、流路は、一つまたは複数の内部熱伝達増強機構、例えば、フィンまたは拡大伝熱面を備えてもよい。場合によっては、(ガスの向きが変わった後)反応器内の外側シェルは、入ってくる冷たいガスと出ていく熱い改質ガスとの間で熱交換流路として機能することができる。場合によっては、外側シェルは、一つまたは複数の内部熱伝達増強機構、例えば、フィンまたは拡大伝熱面を備えてもよい。 In some cases, the first flow path and the second flow path may be disposed adjacent to one another to allow for the transfer of thermal energy between (i) one or more reformate gases entering the one or more reactors via one or more gas inlets and (ii) one or more reformate gases exiting the one or more reactors via the gas outlets. In some cases, each individual heating element of the one or more heating elements may include one or more dedicated flow paths. In some cases, each of the one or more heating elements may include different respective flow paths. In some cases, the flow paths may include one or more internal heat transfer enhancements, e.g., fins or extended heat transfer surfaces. In some cases, the outer shell within the reactor (after the gases are redirected) may function as a heat exchange flow path between the incoming cool gas and the outgoing hot reformate gas. In some cases, the outer shell may include one or more internal heat transfer enhancements, e.g., fins or extended heat transfer surfaces.

場合によっては、一つまたは複数の反応器は、(i)一つまたは複数の流路を備え、かつ(ii)一つまたは複数の発熱体を取り囲む、一つまたは複数の取り囲まれる、または部分的に取り囲まれる領域を備えてもよい。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の取り囲まれるもしくは部分的に囲まれる領域は、一つまたは複数の発熱体の周りの一つまたは複数の改質ガスの通過を可能にし、一つまたは複数の発熱体と一つまたは複数の改質ガスとの間の熱伝達および流れ場の均一性を促進させることができる。 In some cases, the reactor(s) may (i) comprise one or more flow paths, and (ii) comprise one or more enclosed or partially enclosed regions surrounding the heating element(s). In some embodiments, the one or more enclosed or partially enclosed regions may allow passage of the reformed gas(s) around the heating element(s) and promote heat transfer and uniformity of the flow field between the heating element(s) and the reformed gas(s).

場合によっては、一つまたは複数の発熱体は、一つまたは複数の流路に沿って、またはそれを通って流れる流体と熱連通する一つまたは複数の外側表面を備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の触媒は、一つまたは複数の発熱体の外側表面に隣接して、および/または熱連通して設けられる。場合によっては、一つまたは複数の触媒は、一つまたは複数の流路内に設置または設けられてもよい。場合によっては、一つまたは複数の流路は、流体の均一な加熱を可能にする円形断面を備えてもよい。場合によっては、埋め込まれた発熱体の外部にある反応器の容積は、一つまたは複数の触媒で充填されてもよい。場合によっては、埋め込まれた発熱体の外部にある反応器の容積は、一つまたは複数の流路を備えてもよい。 In some cases, the heating element(s) may comprise one or more exterior surfaces in thermal communication with the fluid flowing along or through the flow path(s). In some cases, one or more catalysts are provided adjacent to and/or in thermal communication with the exterior surfaces of the heating element(s). In some cases, the catalyst(s) may be located or provided within the flow path(s). In some cases, the flow path(s) may comprise a circular cross section that allows for uniform heating of the fluid. In some cases, the volume of the reactor external to the embedded heating element(s) may be filled with the catalyst(s). In some cases, the volume of the reactor external to the embedded heating element(s) may comprise one or more flow paths.

本明細書の他の箇所に記載のように、場合によっては、反応器は円形断面を備えてもよい。触媒は埋め込まれた加熱ユニットから一定のまたは同様の半径方向の距離に設けられるので、円形の断面は触媒の均一な加熱を可能にすることができる。円形断面はまた、反応器内のより均一な温度および/または流れ分布を可能にすることができる。場合によっては、反応器内の温度および/または流れ分布の改善された空間の均一性により、反応器内の触媒のより均一な加熱が可能となり、触媒が全体として理想的な温度範囲に加熱される。 As described elsewhere herein, in some cases, the reactor may have a circular cross-section. The circular cross-section may allow for uniform heating of the catalyst since the catalyst is disposed at a constant or similar radial distance from the embedded heating unit. The circular cross-section may also allow for more uniform temperature and/or flow distribution within the reactor. In some cases, improved spatial uniformity of temperature and/or flow distribution within the reactor allows for more uniform heating of the catalyst within the reactor, such that the catalyst is generally heated to an ideal temperature range.

場合によっては、発熱体周囲の流路の断面サイズおよび/または形状は、流れの均一性を高めるために調整または最適化されてもよい。場合によっては、流路を通る流量は、指定された発熱体への所定の加熱電力入力に応じて変化する場合がある。場合によっては、複数のガス出口は、流れの均一性を改善することができる。例えば、図62A~62Dは、本開示の一つまたは複数の実施形態による二つまたは四つのガス出口を備える反応器を示す。場合によっては、反応器から出るガス流が反応器の四つの側面のそれぞれに誘導されるように、四つのガス出口は対称的に配置される。場合によっては、複数のガス出口は対称的に配置されてもよい。場合によっては、複数のガス出口は、実質的に等しい断面積を有してもよい。場合によっては、複数のガス出口は、反応器の一方の端部上に配置されてもよい。場合によっては、複数のガス出口は、反応器の複数の側面上に配置されてもよい。場合によっては、流路は一つまたは複数のバッフルを備え、乱流、混合を誘導し、流れ滞留時間を増加させ、ならびに/または流れの均一性および熱伝達を向上させることができる。場合によっては、(例えば、バッフルを使用することによって)流路の長さを増加させることは、流れ滞留時間を増加させ、(i)埋め込まれた発熱体と(ii)反応器または改質器を通って流れるガスとの間でより良好な流れの均一性および熱伝達をもたらす。 In some cases, the cross-sectional size and/or shape of the flow passage around the heating element may be adjusted or optimized to enhance flow uniformity. In some cases, the flow rate through the flow passage may vary depending on a given heating power input to a specified heating element. In some cases, multiple gas outlets can improve flow uniformity. For example, FIGS. 62A-62D show a reactor with two or four gas outlets according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the four gas outlets are symmetrically positioned such that gas flow exiting the reactor is directed to each of the four sides of the reactor. In some cases, the multiple gas outlets may be symmetrically positioned. In some cases, the multiple gas outlets may have substantially equal cross-sectional areas. In some cases, the multiple gas outlets may be positioned on one end of the reactor. In some cases, the multiple gas outlets may be positioned on multiple sides of the reactor. In some cases, the flow passages may include one or more baffles to induce turbulence, mixing, increase flow residence time, and/or improve flow uniformity and heat transfer. In some cases, increasing the length of the flow path (e.g., by using baffles) increases the flow residence time, resulting in better flow uniformity and heat transfer between (i) the embedded heating elements and (ii) the gas flowing through the reactor or reformer.

図63Bは、アンモニア流量の関数としての本開示の反応器の設計に対する熱改質効率のプロットを示す。測定は、電気ジュール加熱のみを使用して行った。入口のアンモニアガス流は、約25℃であった。高温の出口流(約400~500℃)と低温の入口流(約25℃)との間に一つまたは複数の熱交換器を組み込むことは、熱改質効率を(例えば、92~95%以上に)著しく増加させることができる。最大約300標準リットル/分(LPM)のアンモニア流量を試験し、この流量の99%転化率は、燃料電池から出力される約40kWの電力に相当する水素である。したがって、100kW以上の動作をサポートする反応器設計のスケーリングは、例えば、より長い長さ、もしくはより大きな流路寸法および発熱体、もしくはより多くの流路および発熱体を有する反応器を用いて、またはモジュール式反応器を積み重ねることによって、可能となる可能性がある。反応器は、形状因子に大きな柔軟性を持たせて構築でき、よってシステム内で複数のモジュール式反応器を使用できる。 Figure 63B shows a plot of thermal reforming efficiency for the reactor design of the present disclosure as a function of ammonia flow rate. Measurements were made using electrical Joule heating only. The inlet ammonia gas flow rate was about 25°C. Incorporating one or more heat exchangers between the hot outlet stream (about 400-500°C) and the cold inlet stream (about 25°C) can significantly increase the thermal reforming efficiency (e.g., to 92-95% or more). Ammonia flow rates up to about 300 standard liters per minute (LPM) were tested, with 99% conversion at this flow rate being hydrogen equivalent to about 40 kW of power output from the fuel cell. Thus, scaling of the reactor design to support 100 kW or more operation may be possible, for example, with reactors having longer lengths, or larger flow path dimensions and heating elements, or more flow paths and heating elements, or by stacking modular reactors. Reactors can be constructed with great flexibility in form factors, allowing multiple modular reactors to be used in a system.

流路がないいくつかの設計も試験された。流路がないいくつかの設計では、効率および転化は測定範囲外であった(すなわち、80%未満のアンモニア転化率)。流路がないいくつかの設計では、不十分な熱伝達によりいくつかの発熱体が過熱することが見出された。 Several designs without flow paths were also tested. In some designs without flow paths, the efficiency and conversion were outside the measured range (i.e., less than 80% ammonia conversion). In some designs without flow paths, it was found that some heating elements overheated due to insufficient heat transfer.

場合によっては、本明細書に開示の反応器は、少なくとも約90%の熱改質効率を有する可能性がある。場合によっては、本明細書に開示の反応器は、少なくとも約50、60、70、80、90、91、92、93、94、95、96、97、98、または99%の熱改質効率を有する可能性がある。場合によっては、本明細書に開示の反応器は、最大で約50、60、70、80、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99%、または100%の熱改質効率を有する可能性がある。 In some cases, the reactors disclosed herein may have a thermal reforming efficiency of at least about 90%. In some cases, the reactors disclosed herein may have a thermal reforming efficiency of at least about 50, 60, 70, 80, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, or 99%. In some cases, the reactors disclosed herein may have a thermal reforming efficiency of up to about 50, 60, 70, 80, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99%, or 100%.

図63Bは、アンモニア流量の関数としての本開示の反応器設計に対するアンモニア転化効率のプロットを示す。場合によっては、反応器は、少なくとも約95%のアンモニア転化効率を有する可能性がある。場合によっては、反応器は、少なくとも約50、60、70、80、90、91、92、93、94、95、96、97、98、または99%のアンモニア転化効率を有する可能性がある。場合によっては、反応器は、最大で約50、60、70、80、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99%、または100%のアンモニア転化効率を有する可能性がある。 Figure 63B shows a plot of ammonia conversion efficiency for reactor designs of the present disclosure as a function of ammonia flow rate. In some cases, the reactor may have an ammonia conversion efficiency of at least about 95%. In some cases, the reactor may have an ammonia conversion efficiency of at least about 50, 60, 70, 80, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, or 99%. In some cases, the reactor may have an ammonia conversion efficiency of up to about 50, 60, 70, 80, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99%, or 100%.

本開示の反応器は、様々なレベルの電力を生成するように好適にサイズ設定されてもよい。場合によっては、反応器は、少なくとも約25キロワットの電力を出力するように構成されてもよい。場合によっては、反応器は、少なくとも約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、200、300、400、または500キロワットの電力を出力するように構成される。場合によっては、反応器は、最大で約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、200、300、400、または500キロワットの電力を出力するように構成されてもよい。場合によっては、反応器は、最大で約0.1、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50メガワットの電力を出力するように構成されてもよい。 The reactors of the present disclosure may be suitably sized to generate various levels of power. In some cases, the reactor may be configured to output at least about 25 kilowatts of power. In some cases, the reactor may be configured to output at least about 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 200, 300, 400, or 500 kilowatts of power. In some cases, the reactor may be configured to output up to about 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 200, 300, 400, or 500 kilowatts of power. In some cases, the reactor may be configured to output up to about 0.1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50 megawatts of power.

場合によっては、システムは、アンモニアを分解するための複数の異なる触媒をさらに含んでもよい。場合によっては、複数の異なる触媒は、一つまたは複数の発熱体のうちの少なくとも一つと熱連通してもよい。図59Aおよび59Bは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、二つの触媒を有する反応器の外観図および内面図を概略的に示す。場合によっては、二つの触媒は、二つの異なる領域または加熱ゾーン(例えば、低温領域および高温領域)に設けられることができる。場合によっては、より低い温度で効率的である第一の触媒は第一の領域に設けられてもよく、より高い温度で効率的である第二の触媒は第二の領域に設けられてもよい。場合によっては、第一の領域は、第二の領域よりも反応器のガス入口および/またはガス出口に近くてもよい。場合によっては、一つまたは複数の発熱体を有する一つまたは複数の反応器は、一つまたは複数の発熱体を有する一つまたは複数の反応器と流体連通してもよい。例えば、直列または並列に流体連通する複数のモジュール式反応器は、全体的な水素生成出力を増加させることができる。場合によっては、一つまたは複数の電気発熱体を有する一つまたは複数の反応器は、一つまたは複数の燃焼発熱体を有する一つまたは複数の反応器と流体連通してもよい。場合によっては、一つまたは複数の電気発熱体を有する一つまたは複数の反応器は、一つまたは複数の燃焼発熱体を有する一つまたは複数の反応器よりも低温で動作してもよい。この場合、電気加熱式反応器の出口流は、入口流として燃焼加熱式反応器に入り、アンモニア転化および/または熱改質効率をさらに向上させることができる。場合によっては、一つまたは複数の燃焼発熱体を有する一つまたは複数の反応器は、一つまたは複数の電気発熱体を有する一つまたは複数の反応器よりも低温で動作してもよい。場合によっては、燃焼加熱式反応器の出口流は、入口流として電気加熱式反応器に入り、アンモニア転化および/または熱改質効率をさらに向上させることができる。 In some cases, the system may further include a plurality of different catalysts for decomposing ammonia. In some cases, the plurality of different catalysts may be in thermal communication with at least one of the one or more heating elements. FIGS. 59A and 59B show schematic exterior and interior views of a reactor having two catalysts according to one or more embodiments of the present disclosure. In some cases, the two catalysts can be provided in two different regions or heating zones (e.g., a low temperature region and a high temperature region). In some cases, a first catalyst that is efficient at a lower temperature may be provided in the first region, and a second catalyst that is efficient at a higher temperature may be provided in the second region. In some cases, the first region may be closer to the gas inlet and/or gas outlet of the reactor than the second region. In some cases, the one or more reactors having one or more heating elements may be in fluid communication with the one or more reactors having one or more heating elements. For example, multiple modular reactors in fluid communication in series or parallel can increase the overall hydrogen production output. In some cases, the one or more reactors having one or more electric heating elements may be in fluid communication with the one or more reactors having one or more combustion heating elements. In some cases, the reactor(s) having one or more electric heating elements may operate at a lower temperature than the reactor(s) having one or more combustion heating elements. In this case, the outlet stream of the electrically heated reactor may enter the combustion heated reactor as an inlet stream to further improve ammonia conversion and/or thermal reforming efficiency. In some cases, the reactor(s) having one or more combustion heating elements may operate at a lower temperature than the reactor(s) having one or more electric heating elements. In some cases, the outlet stream of the combustion heated reactor may enter the electrically heated reactor as an inlet stream to further improve ammonia conversion and/or thermal reforming efficiency.

場合によっては、複数の異なる触媒は、アンモニア改質特性の第一のセットを有する第一の触媒と、アンモニア改質特性の第二のセットを有する第二の触媒とを含むことができる。場合によっては、アンモニア改質特性は、例えば、温度の関数としての熱改質効率、またはアンモニア転化率の関数としての熱改質効率を含んでもよい。場合によっては、第一の触媒および第二の触媒は、異なる発熱体、同じ発熱体の異なる位置もしくは領域、または一つもしくは複数の発熱体によって生成される異なる加熱ゾーンと熱連通してもよい。場合によっては、一つまたは複数の発熱体は、反応器内に複数の加熱ゾーンを設けるように構成されてもよい。場合によっては、複数の加熱ゾーンは、所定のまたは調整可能な異なる温度を有してもよい。 In some cases, the plurality of different catalysts may include a first catalyst having a first set of ammonia reforming properties and a second catalyst having a second set of ammonia reforming properties. In some cases, the ammonia reforming properties may include, for example, thermal reforming efficiency as a function of temperature, or thermal reforming efficiency as a function of ammonia conversion. In some cases, the first catalyst and the second catalyst may be in thermal communication with different heating elements, different locations or regions of the same heating element, or different heating zones generated by one or more heating elements. In some cases, the one or more heating elements may be configured to provide multiple heating zones within the reactor. In some cases, the multiple heating zones may have different temperatures, either predetermined or adjustable.

場合によっては、第一の触媒および第二の触媒は、アンモニアを分解するために異なる理想的な温度範囲を備えてもよい。場合によっては、第一の触媒および第二の触媒は、反応器内の異なる領域または加熱ゾーンに設けられ、第一の触媒および第二の触媒はそれらの対応する理想的な温度範囲に加熱される。場合によっては、第一の触媒は、第二の触媒よりも低い温度範囲に加熱されてもよい。場合によっては、第一の触媒は、第二の触媒よりも高い温度範囲に加熱されてもよい。場合によっては、第一の触媒および第二の触媒は、異なる発熱体、同じ発熱体の異なる位置もしくは領域、または一つもしくは複数の発熱体によって生成される異なる加熱ゾーンと熱連通してもよい。場合によっては、第一の触媒および第二の触媒は、互いに流体連通する異なる反応器に分離されてもよい。 In some cases, the first catalyst and the second catalyst may have different ideal temperature ranges for decomposing ammonia. In some cases, the first catalyst and the second catalyst are provided in different regions or heating zones within the reactor, and the first catalyst and the second catalyst are heated to their corresponding ideal temperature ranges. In some cases, the first catalyst may be heated to a lower temperature range than the second catalyst. In some cases, the first catalyst may be heated to a higher temperature range than the second catalyst. In some cases, the first catalyst and the second catalyst may be in thermal communication with different heating elements, different locations or regions of the same heating element, or different heating zones generated by one or more heating elements. In some cases, the first catalyst and the second catalyst may be separated into different reactors that are in fluid communication with each other.

場合によっては、一つまたは複数の発熱体は、(i)一つもしくは複数の発熱体もしくは一つもしくは複数の反応器の異なる領域の温度を制御する、または(ii)一つもしくは複数の反応器内の一つもしくは複数の加熱ゾーンの位置を調整して、アンモニアの熱改質効率および/または転化効率を最適化するように構成されてもよい。 In some cases, the heating element or elements may be configured to (i) control the temperature of one or more heating elements or different regions of one or more reactors, or (ii) adjust the position of one or more heating zones within one or more reactors to optimize the efficiency of thermal reforming and/or conversion of ammonia.

場合によっては、システムは、一つまたは複数の流量制御ユニットを調整することによって、一つまたは複数の流路の中へのアンモニアの流れを制御するように構成されるコントローラーをさらに備えてもよい。場合によっては、コントローラーは、一つまたは複数の発熱体のそれぞれへの加熱電力入力に基づいて、アンモニアの流れを制御するように構成されてもよい。場合によっては、システムは、一つまたは複数の発熱体の動作または温度を制御するように構成されるコントローラーをさらに備えてもよい。場合によっては、コントローラーは、反応器内で均一な温度分布を設定または維持することができる。場合によっては、均一な温度分布は、温度または加熱の空間的または時間的均一性に対応することができる。場合によっては、コントローラーは、反応器内の一つまたは複数の流路間で均一な流量分布を維持することができる。 In some cases, the system may further include a controller configured to control the flow of ammonia into one or more flow paths by adjusting one or more flow control units. In some cases, the controller may be configured to control the flow of ammonia based on a heating power input to each of the one or more heating elements. In some cases, the system may further include a controller configured to control the operation or temperature of the one or more heating elements. In some cases, the controller can set or maintain a uniform temperature distribution within the reactor. In some cases, the uniform temperature distribution can correspond to a spatial or temporal uniformity of temperature or heating. In some cases, the controller can maintain a uniform flow distribution among one or more flow paths within the reactor.

場合によっては、システムは、反応器の高温出口流と低温入口流との間に一つまたは複数の熱交換器をさらに備えてもよい。場合によっては、コントローラーは、起動プロトコルを実行して、所定時間内に反応器を所定の温度範囲に加熱するように構成されてもよい。場合によっては、コントローラーは、(i)一つもしくは複数の発熱体の温度、または(ii)流路内もしくは流路外へのアンモニアもしくは水素/窒素混合物の流量、または(iii)一つもしくは複数の反応器の様々な位置における一つもしくは複数の圧力を感知するために、一つまたは複数のセンサーに動作可能に結合してもよい。場合によっては、コントローラーは、温度を調整するために、一つまたは複数の制御ループ、例えば、比例・積分・微分(PID)、比例・積分(PI)、または比例(P)制御ループを実行するように構成されてもよい。場合によっては、発熱体の動作を制御することは、発熱体への加熱電力入力を制御することを伴う場合がある。場合によっては、一つまたは複数の流量制御ユニットは、一つもしくは複数のバルブおよび/または一つもしくは複数の圧力センサーを備えてもよい。 In some cases, the system may further include one or more heat exchangers between the hot outlet and cold inlet streams of the reactor. In some cases, the controller may be configured to execute a start-up protocol to heat the reactor to a predetermined temperature range within a predetermined time. In some cases, the controller may be operatively coupled to one or more sensors to sense (i) the temperature of the one or more heating elements, or (ii) the flow rate of the ammonia or hydrogen/nitrogen mixture into or out of the flow path, or (iii) one or more pressures at various locations of the one or more reactors. In some cases, the controller may be configured to execute one or more control loops, such as a proportional-integral-derivative (PID), proportional-integral (PI), or proportional (P) control loop, to regulate the temperature. In some cases, controlling the operation of the heating element may involve controlling the heating power input to the heating element. In some cases, the one or more flow control units may include one or more valves and/or one or more pressure sensors.

本明細書に開示される反応器は、様々な形状またはサイズを備えてもよい。例えば、図 55Aおよび55Bは、複数のガス入口および複数のガス出口を備える円形断面を有する反応器の外観図および内面図を概略的に示す。別の例では、図57Aおよび57Bは、複数のガス入口および複数のガス出口を備える正方形の断面を有する反応器の外観図および内面図を概略的に示す。図61は、様々な反応器構成の別の非限定的な例を示す。場合によっては、反応器は、三角形、長方形、五角形、六角形、七角形、または八角形の形状またはプロファイルを含むがこれらに限定されない、様々な他の断面形状またはプロファイルを備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の反応器は、円、楕円、長円形、または三つ以上の辺を備える任意の多角形を含む断面形状を備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の反応器は、流路の断面形状と類似の断面形状を備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の反応器は、流路の断面形状とは異なる断面形状を備えてもよい。 The reactors disclosed herein may comprise a variety of shapes or sizes. For example, Figures 55A and 55B show schematic exterior and interior views of a reactor having a circular cross-section with multiple gas inlets and multiple gas outlets. In another example, Figures 57A and 57B show schematic exterior and interior views of a reactor having a square cross-section with multiple gas inlets and multiple gas outlets. Figure 61 shows another non-limiting example of various reactor configurations. In some cases, the reactor may comprise a variety of other cross-sectional shapes or profiles, including, but not limited to, triangular, rectangular, pentagonal, hexagonal, heptagonal, or octagonal shapes or profiles. In some cases, one or more reactors may comprise a cross-sectional shape including a circle, an ellipse, an oval, or any polygon with three or more sides. In some cases, one or more reactors may comprise a cross-sectional shape similar to the cross-sectional shape of the flow path. In some cases, one or more reactors may comprise a cross-sectional shape different from the cross-sectional shape of the flow path.

場合によっては、反応器の断面形状は、複数の反応器の積み重ねを可能にすることができる。場合によっては、複数の反応器は、水平に(すなわち、横にして)または垂直に(すなわち、直立して)に積み重ねられてもよい。場合によっては、複数の反応器は、長方形または正方形のグリッドパターンに積み重ねられてもよい。場合によっては、複数の反応器は、六角形のグリッドパターン(すなわち、ハニカム)で積み重ねられてもよい。場合によっては、複数の反応器が積み重ねられ、直線的に連結されてもよい。 In some cases, the cross-sectional shape of the reactor may allow for stacking of multiple reactors. In some cases, multiple reactors may be stacked horizontally (i.e., on their sides) or vertically (i.e., upright). In some cases, multiple reactors may be stacked in a rectangular or square grid pattern. In some cases, multiple reactors may be stacked in a hexagonal grid pattern (i.e., honeycomb). In some cases, multiple reactors may be stacked and linearly connected.

本明細書に開示の反応器は、任意の数のガス入口およびガス出口を備えてもよい。場合によっては、反応器は、一つまたは複数のガス入口またはガス出口を備えてもよい。場合によっては、反応器は、二つ以上のガス入口またはガス出口を備えてもよい。場合によっては、反応器は、単一のガス入口および/または単一のガス出口を備えてもよい。場合によっては、反応器は、単一のガス入口および/または単一のガス出口を備えてもよく、一方で流れは内部で一つまたは複数の流路に分配される。場合によっては、反応器は、少なくとも約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、または100個のガス入口またはガス出口を備えてもよい。場合によっては、反応器は、最大で約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、または100個のガス入口またはガス出口を備えてもよい。 The reactors disclosed herein may include any number of gas inlets and gas outlets. In some cases, the reactor may include one or more gas inlets or gas outlets. In some cases, the reactor may include two or more gas inlets or gas outlets. In some cases, the reactor may include a single gas inlet and/or a single gas outlet. In some cases, the reactor may include a single gas inlet and/or a single gas outlet, while the flow is internally distributed into one or more flow paths. In some cases, the reactor may include at least about 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, or 100 gas inlets or gas outlets. In some cases, the reactor may include up to about 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, or 100 gas inlets or gas outlets.

場合によっては、一つまたは複数のガス入口は、反応器の長さ方向に平行な向きにすることができる。場合によっては、一つまたは複数のガス入口は、反応器の長さ方向に対して垂直な向きにすることができる。場合によっては、一つまたは複数のガス出口は、反応器の長さ方向に平行な向きにすることができる。場合によっては、一つまたは複数のガス出口は、反応器の長さ方向に対して垂直な向きにすることができる。ガス入口および/またはガス出口は、反応器に対して任意の向きにすることができる。 In some cases, the gas inlet(s) can be oriented parallel to the length of the reactor. In some cases, the gas inlet(s) can be oriented perpendicular to the length of the reactor. In some cases, the gas outlet(s) can be oriented parallel to the length of the reactor. In some cases, the gas outlet(s) can be oriented perpendicular to the length of the reactor. The gas inlets and/or gas outlets can be oriented in any direction relative to the reactor.

反応器は、様々な長さ対幅の比を備えてもよい。図62A~62Dは、本開示の一つまたは複数の実施形態による、異なる長さ対幅比を有する反応器の設計の例を示す。図62Aは、正方形の形状を有する第一の設計を示す。図62Bは、正方形の形状を有する第二の設計を示すが、長さが第一の設計よりも50%長い。図62Cは、正方形の形状を有する第三の設計を示すが、流路およびヒーター直径が第一の設計よりも50%大きい。図62Dは、第二の設計と同じ流路およびヒーター直径を有する円筒形形状を有する第四の設計を示す。場合によっては、反応器の長さは、反応器の幅または直径よりも少なくとも約5倍長くてもよい。場合によっては、反応器の長さは、反応器の幅または直径より少なくとも約2、3、4、5、6、7、8、9、または10倍長くてもよい。場合によっては、反応器の長さは、反応器の幅または直径より最大で約2、3、4、5、6、7、8、9、または10倍長くてもよい。場合によっては、反応器の長さは、反応器の幅または直径より最大で約10、20、30、40、50、60、70、80、90、100倍長くてもよい。 The reactor may have a variety of length-to-width ratios. FIGS. 62A-62D show examples of reactor designs having different length-to-width ratios according to one or more embodiments of the present disclosure. FIG. 62A shows a first design having a square shape. FIG. 62B shows a second design having a square shape, but with a length 50% longer than the first design. FIG. 62C shows a third design having a square shape, but with flow channels and heater diameters 50% larger than the first design. FIG. 62D shows a fourth design having a cylindrical shape with the same flow channels and heater diameters as the second design. In some cases, the length of the reactor may be at least about 5 times longer than the width or diameter of the reactor. In some cases, the length of the reactor may be at least about 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 times longer than the width or diameter of the reactor. In some cases, the length of the reactor may be up to about 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 times longer than the width or diameter of the reactor. In some cases, the length of the reactor may be up to about 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 times longer than the width or diameter of the reactor.

本明細書に記載の実施形態のいずれかでは、システムまたはパワーパックユニットは、圧力スイング吸着(PSA)または膜分離ユニットを備えてもよい。PSAまたは膜分離ユニットは、一つまたは複数の反応器の出口流から窒素を除去するように構成されてもよい。PSAまたは膜分離ユニットは、一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の吸着体の下流に設置される、または配置されてもよい。PSAまたは膜分離ユニットは、一つまたは複数の燃料電池の上流に設置される、または配置されてもよい。場合によっては、PSAまたは膜分離ユニットは、一つもしくは複数の吸着体または一つもしくは複数の反応器からの出口流から微量アンモニアを除去するようにさらに構成されてもよい。場合によっては、PSAまたは膜分離ユニットは、一つもしくは複数の吸着体または一つもしくは複数の反応器からの出口流を処理して、窒素および水素を含む排出流を作るように構成されてもよい。場合によっては、排出流は、一つまたは複数の反応器の燃焼ヒーターに供給されてもよい。 In any of the embodiments described herein, the system or power pack unit may include a pressure swing adsorption (PSA) or membrane separation unit. The PSA or membrane separation unit may be configured to remove nitrogen from the outlet stream of the one or more reactors. The PSA or membrane separation unit may be installed or disposed downstream of one or more adsorber in fluid communication with the one or more reactors. The PSA or membrane separation unit may be installed or disposed upstream of the one or more fuel cells. In some cases, the PSA or membrane separation unit may be further configured to remove trace ammonia from the outlet stream from the one or more adsorber or one or more reactors. In some cases, the PSA or membrane separation unit may be configured to process the outlet stream from the one or more adsorber or one or more reactors to create an exhaust stream comprising nitrogen and hydrogen. In some cases, the exhaust stream may be fed to a fired heater of the one or more reactors.

いくつかの実施形態では、システムまたはパワーパックユニットは、一つまたは複数の燃焼器を備えてもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、燃焼燃料として改質するアンモニアから作られる総水素の約15~50パーセントを消費する可能性がある。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、燃焼燃料として改質するアンモニアから作られる総水素の約30~40パーセントを消費する可能性がある。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、燃焼燃料として改質するアンモニアから作られる総水素の約25~45パーセントを消費する可能性がある。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、燃焼燃料として改質するアンモニアから作られる総水素の約30パーセント未満を消費する可能性がある。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、燃焼燃料として改質するアンモニアから作られる総水素の約25パーセント未満を消費する可能性がある。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、燃焼燃料として改質するアンモニアから作られる総水素の約80、70、60、50、40、30、20、または10パーセント未満を消費する可能性がある。場合によっては、一つまたは複数の燃焼器は、燃焼燃料として改質するアンモニアから作られる総水素の約80、70、60、50、40、30、20、または0パーセントを超えて消費する可能性がある。 In some embodiments, the system or power pack unit may include one or more combustors. In some cases, the one or more combustors may consume about 15 to 50 percent of the total hydrogen produced from the ammonia reforming as a combustion fuel. In some cases, the one or more combustors may consume about 30 to 40 percent of the total hydrogen produced from the ammonia reforming as a combustion fuel. In some cases, the one or more combustors may consume about 25 to 45 percent of the total hydrogen produced from the ammonia reforming as a combustion fuel. In some cases, the one or more combustors may consume less than about 30 percent of the total hydrogen produced from the ammonia reforming as a combustion fuel. In some cases, the one or more combustors may consume less than about 25 percent of the total hydrogen produced from the ammonia reforming as a combustion fuel. In some cases, the one or more combustors may consume less than about 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, or 10 percent of the total hydrogen produced from the ammonia reforming as a combustion fuel. In some cases, the combustor or combustors may consume more than about 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, or 0 percent of the total hydrogen produced from reforming ammonia as a combustion fuel.

本明細書に記載の一つまたは複数の実施形態では、一つまたは複数の反応器に少なくとも部分的に埋め込まれた一つまたは複数の電気ヒーターは、起動動作中にのみ加熱してもよい。場合によっては、一つまたは複数の電気ヒーターは、(例えば、反応器および/またはヒーターで測定された温度に基づいて)電気ヒーターを自動的にオンオフすることによって、または(例えば、入力装置、例えば、ボタン、スイッチ、ノブ、マウス、キーボード等へのユーザー入力に基づいて)電気ヒーターを手動でオンオフすることによって、のいずれかで動作中に断続的にオンオフされる。場合によっては、一つまたは複数の電気ヒーターは、必要な総加熱電力の約30%~50%を動作中に供給する。場合によっては、一つまたは複数の電気ヒーターは、必要な総加熱電力の約15%~40%を動作中に供給する。場合によっては、一つまたは複数の電気ヒーターは、必要な総加熱電力の約15%未満を動作中に供給する。場合によっては、一つまたは複数の電気ヒーターは、必要な総加熱電力の約50%~70%を動作中に供給する。場合によっては、一つまたは複数の電気ヒーターは、必要な総加熱電力の少なくとも70%を断続的に供給する。一部の場合に、一つまたは複数の電気ヒーターは、必要な総加熱電力の約100%を断続的に供給する。場合によっては、必要な総加熱電力は、自己熱改質を維持するためにジュール加熱および燃焼エネルギー入力の合計に基づく。 In one or more embodiments described herein, the one or more electric heaters at least partially embedded in the one or more reactors may heat only during start-up operation. In some cases, the one or more electric heaters are intermittently turned on and off during operation, either by automatically turning the electric heaters on and off (e.g., based on temperatures measured at the reactors and/or heaters) or by manually turning the electric heaters on and off (e.g., based on user input to an input device, e.g., a button, switch, knob, mouse, keyboard, etc.). In some cases, the one or more electric heaters provide about 30%-50% of the total heating power required during operation. In some cases, the one or more electric heaters provide about 15%-40% of the total heating power required during operation. In some cases, the one or more electric heaters provide less than about 15% of the total heating power required during operation. In some cases, the one or more electric heaters provide about 50%-70% of the total heating power required during operation. In some cases, the one or more electric heaters intermittently provide at least 70% of the total heating power required. In some cases, the electric heater or heaters intermittently provide about 100% of the total heating power required. In some cases, the total heating power required is based on the sum of Joule heating and combustion energy input to sustain autothermal reforming.

本明細書に記載の実施形態のいずれかでは、システムまたはパワーパックユニットは、約20~60%の有用な電気変換効率までアンモニアの低発熱量を出力する可能性がある。場合によっては、システムまたはパワーパックユニットは、約30~50%の有用な電気転化効率までアンモニアの低発熱量を出力することができる。場合によっては、システムまたはパワーパックユニットは、約35~45%の有用な電気転化効率までアンモニアのより低発熱量を出力することができる。場合によっては、システムまたはパワーパックユニットは、約35%を超える有用な電気転化効率までアンモニアのより低発熱量を出力することができる。 In any of the embodiments described herein, the system or power pack unit may output a lower heating value of ammonia to a useful electrical conversion efficiency of about 20-60%. In some cases, the system or power pack unit may output a lower heating value of ammonia to a useful electrical conversion efficiency of about 30-50%. In some cases, the system or power pack unit may output a lower heating value of ammonia to a useful electrical conversion efficiency of about 35-45%. In some cases, the system or power pack unit may output a lower heating value of ammonia to a useful electrical conversion efficiency of greater than about 35%.

本明細書に記載の実施形態のいずれかでは、一つまたは複数の反応器に少なくとも部分的に埋め込まれた一つまたは複数の燃焼ヒーターでは、一つまたは複数の燃焼ヒーターを横切る燃焼燃料および気流の圧力降下が5バール未満であってもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼ヒーターでは、一つまたは複数の燃焼ヒーターを横切る燃焼燃料および気流の圧力降下が2バール未満であってもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼ヒーターでは、一つまたは複数の燃焼ヒーターを横切る燃焼燃料および気流の圧力降下が1バール未満であってもよい。場合によっては、一つまたは複数の燃焼ヒーターでは、一つまたは複数の燃焼ヒーターを横切る燃焼燃料および気流の圧力降下が0.5バール未満であってもよい。 In any of the embodiments described herein, the one or more fired heaters at least partially embedded in the one or more reactors may have a combustion fuel and airflow pressure drop across the one or more fired heaters of less than 5 bar. In some cases, the one or more fired heaters may have a combustion fuel and airflow pressure drop across the one or more fired heaters of less than 2 bar. In some cases, the one or more fired heaters may have a combustion fuel and airflow pressure drop across the one or more fired heaters of less than 1 bar. In some cases, the one or more fired heaters may have a combustion fuel and airflow pressure drop across the one or more fired heaters of less than 0.5 bar.

本明細書に記載の実施形態のいずれかでは、システムまたはパワーパックユニットは、固定型用途および/または移動型用途に利用されることができる。固定型用途には、(例えば、ネットワークまたは送電網に電力および/または水素を供給するために)非移動型用途またはプラットフォーム用の電気または水素の生成を伴う場合がある。移動型用途には、移動型用途またはプラットフォーム(例えば、車両または他の移動可能なプラットフォーム)用の電気および/または水素の生成を伴う。 In any of the embodiments described herein, the system or power pack unit can be utilized in stationary and/or mobile applications. Stationary applications may involve the generation of electricity or hydrogen for a non-mobile application or platform (e.g., to supply power and/or hydrogen to a network or grid). Mobile applications involve the generation of electricity and/or hydrogen for a mobile application or platform (e.g., a vehicle or other mobile platform).

本明細書は本発明の好ましい実施形態を示して説明されたが、このような実施形態が単なる例として提供されたものであることは当業者には明らかであろう。本発明は、本明細書に提供される特定の例によって制限されることは意図されていない。本発明は前述の明細書を参照して説明されたが、本明細書の実施形態の説明および例示は、限定的な意味で解釈されることを意図するものではない。当業者であれば、本発明から逸脱することなく、数多くの変形、変更、および置き換えに想到するであろう。さらに、本発明のすべての態様は、様々な条件および変数に依存する、本明細書に記載の特定の記述、構成、または相対比率に限定されないことを理解すべきである。本明細書に記載の本発明の実施形態に対する様々な代替案が、本発明を実施する際に使用できることを理解されたい。したがって、本発明は、任意のこのような代替物、修正物、変形物、または等価物も網羅することが企図される。以下の特許請求の範囲は、本発明の範囲を定義し、これらの特許請求の範囲内の方法および構造ならびにそれらの等価物は、それによって網羅されることが意図される。 While the present specification has shown and described preferred embodiments of the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that such embodiments are provided by way of example only. The present invention is not intended to be limited by the specific examples provided herein. Although the present invention has been described with reference to the foregoing specification, the description and illustration of the embodiments herein are not intended to be construed in a limiting sense. Numerous variations, changes, and substitutions will occur to those skilled in the art without departing from the present invention. Furthermore, it should be understood that all aspects of the present invention are not limited to the specific descriptions, configurations, or relative proportions set forth herein, which depend upon a variety of conditions and variables. It should be understood that various alternatives to the embodiments of the present invention described herein can be used in practicing the present invention. It is therefore intended that the present invention cover any such alternatives, modifications, variations, or equivalents. The following claims define the scope of the present invention, and methods and structures within the scope of these claims and their equivalents are intended to be covered thereby.

Claims (95)

システムであって、
一つまたは複数のアンモニア源と流体連通する一つまたは複数の反応器であって、前記一つまたは複数の反応器が一つまたは複数の触媒を備える、一つまたは複数の反応器と、
前記一つまたは複数の触媒と熱連通する複数の発熱体と、を備え、
前記一つまたは複数の反応器が、前記一つまたは複数の触媒および前記複数の発熱体を使用して、前記一つまたは複数のアンモニア源によって供給される、またはそこから受け取られるアンモニアから水素を作るまたは生成するように構成され、
前記複数の発熱体が、少なくとも一つの電気ヒーターおよび少なくとも一つの燃焼ヒーターを備える、システム。
1. A system comprising:
one or more reactors in fluid communication with one or more ammonia sources, said one or more reactors comprising one or more catalysts;
a plurality of heating elements in thermal communication with the one or more catalysts;
the one or more reactors are configured to make or produce hydrogen from ammonia provided by or received from the one or more ammonia sources using the one or more catalysts and the multiple heating elements;
The system, wherein the plurality of heating elements comprises at least one electric heater and at least one fired heater.
前記一つまたは複数の反応器が、第一の反応器と、前記第一の反応器と流体連通する第二の反応器とを備える、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the one or more reactors comprise a first reactor and a second reactor in fluid communication with the first reactor. 前記第一の反応器が、(i)第一の触媒、および(ii)前記第一の触媒を加熱するように構成される起動加熱ユニットを備え、前記第一の触媒が、前記アンモニアから前記水素を作るまたは抽出するように構成される、請求項2に記載のシステム。 The system of claim 2, wherein the first reactor comprises (i) a first catalyst and (ii) a start-up heating unit configured to heat the first catalyst, the first catalyst configured to produce or extract the hydrogen from the ammonia. 前記起動加熱ユニットが、前記少なくとも一つの電気ヒーターを備える、請求項3に記載のシステム。 The system of claim 3, wherein the power-on heating unit comprises the at least one electric heater. 前記少なくとも一つの電気ヒーターが、電流を前記第一の触媒に流して前記第一の触媒を加熱するための一つまたは複数の電極を備える、請求項4に記載のシステム。 The system of claim 4, wherein the at least one electric heater comprises one or more electrodes for passing an electric current through the first catalyst to heat the first catalyst. 前記第二の反応器が、(i)第二の触媒と、(ii)前記第二の触媒を加熱するように構成される一つまたは複数の主加熱ユニットとを備え、前記第二の触媒が、前記アンモニアから前記水素を作るまたは抽出するように構成される、請求項2に記載のシステム。 The system of claim 2, wherein the second reactor comprises (i) a second catalyst and (ii) one or more main heating units configured to heat the second catalyst, the second catalyst configured to produce or extract the hydrogen from the ammonia. 前記一つまたは複数の主加熱ユニットが、前記少なくとも一つの燃焼ヒーターを備える、請求項6に記載のシステム。 The system of claim 6, wherein the one or more main heating units comprise the at least one fired heater. 前記少なくとも一つの燃焼ヒーターが、前記第一の反応器によって生成される前記水素を燃焼することによって、前記第二の触媒の少なくとも一部を加熱するように構成される、請求項7に記載のシステム。 The system of claim 7, wherein the at least one fired heater is configured to heat at least a portion of the second catalyst by combusting the hydrogen produced by the first reactor. 前記一つまたは複数のアンモニア源をさらに備える、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, further comprising the one or more ammonia sources. 前記一つまたは複数のアンモニア源が、一つまたは複数の液体燃料貯蔵タンクを備え、前記アンモニアが、前記一つまたは複数の液体燃料貯蔵タンク内に液体アンモニアとして貯蔵される、請求項9に記載のシステム。 The system of claim 9, wherein the one or more ammonia sources comprise one or more liquid fuel storage tanks, and the ammonia is stored as liquid ammonia in the one or more liquid fuel storage tanks. 前記液体アンモニアが、約15~約30℃の範囲の温度、および7~12バールの範囲の絶対圧力で貯蔵される、請求項10に記載のシステム。 The system of claim 10, wherein the liquid ammonia is stored at a temperature in the range of about 15 to about 30°C and at a pressure in the range of 7 to 12 bar absolute. 前記液体アンモニアが、約大気圧~約20バールの範囲のゲージ圧力で貯蔵される、請求項10に記載のシステム。 The system of claim 10, wherein the liquid ammonia is stored at a gauge pressure ranging from about atmospheric pressure to about 20 bar. 前記液体アンモニアが、約-40~約20℃の範囲の温度、および約0.5バール~約9バールの範囲の絶対圧力で貯蔵される、請求項10に記載のシステム。 The system of claim 10, wherein the liquid ammonia is stored at a temperature in the range of about -40 to about 20°C and at an absolute pressure in the range of about 0.5 bar to about 9 bar. 前記一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の燃料電池をさらに備える、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, further comprising one or more fuel cells in fluid communication with the one or more reactors. 前記一つまたは複数の反応器および前記一つまたは複数の燃料電池と流体連通する一つまたは複数の吸着体をさらに備え、前記一つまたは複数の吸着体が、前記一つまたは複数の反応器からの出口流から未転化アンモニアを濾過または除去するように構成される、請求項14に記載のシステム。 The system of claim 14, further comprising one or more adsorbents in fluid communication with the one or more reactors and the one or more fuel cells, the one or more adsorbents configured to filter or remove unconverted ammonia from an outlet stream from the one or more reactors. 前記一つまたは複数の吸着体が、濾過された反応器出口流を前記一つまたは複数の燃料電池に供給するように構成される、請求項15に記載のシステム。 The system of claim 15, wherein the one or more adsorbents are configured to provide a filtered reactor outlet stream to the one or more fuel cells. 前記一つまたは複数の燃料電池が、(i)前記一つまたは複数の吸着体から前記濾過された反応器出口流を受け取る、(ii)前記濾過された反応器出口流を処理して電気を生成する、および(iii)未転化水素を含む燃料電池出口流を排出する、ように構成される、請求項16に記載のシステム。 17. The system of claim 16, wherein the one or more fuel cells are configured to: (i) receive the filtered reactor outlet stream from the one or more adsorber; (ii) process the filtered reactor outlet stream to generate electricity; and (iii) discharge a fuel cell outlet stream comprising unconverted hydrogen. 前記複数の発熱体のうちの一つまたは複数の発熱体が、前記燃料電池出口流と流体連通および/または熱連通する、請求項17に記載のシステム。 The system of claim 17, wherein one or more of the plurality of heating elements are in fluid and/or thermal communication with the fuel cell outlet stream. 前記一つまたは複数の発熱体が、前記一つまたは複数の触媒を加熱するために、前記未転化水素を燃焼するように構成される、請求項18に記載のシステム。 The system of claim 18, wherein the one or more heating elements are configured to combust the unconverted hydrogen to heat the one or more catalysts. 前記一つまたは複数の反応器が、前記アンモニアのための一つまたは複数の流路を備え、前記一つまたは複数の流路が、(i)前記複数の発熱体のうちの少なくとも一つの発熱体を取り囲み、(ii)前記少なくとも一つの発熱体の周りの前記アンモニアの流れを可能にして、前記発熱体と前記アンモニアとの間の熱伝達を促進させる、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the one or more reactors include one or more flow paths for the ammonia, the one or more flow paths (i) surrounding at least one heating element of the plurality of heating elements, and (ii) allowing flow of the ammonia around the at least one heating element to facilitate heat transfer between the heating element and the ammonia. 前記一つまたは複数の反応器が、前記複数の発熱体に隣接する一つまたは複数の流路を備え、前記流路が、前記一つまたは複数の発熱体に隣接する、またはそれに沿った前記アンモニアの流れを可能にして、前記一つまたは複数の発熱体と前記アンモニアとの間の熱伝達を促進させる、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the one or more reactors include one or more flow paths adjacent to the plurality of heating elements, the flow paths permitting flow of the ammonia adjacent to or along the one or more heating elements to facilitate heat transfer between the one or more heating elements and the ammonia. 前記一つまたは複数の流路のそれぞれが、長手方向軸に対して、前記一つまたは複数の発熱体のうちのそれぞれ一つと同心または同軸である、請求項20または21に記載のシステム。 The system of claim 20 or 21, wherein each of the one or more flow paths is concentric or coaxial with a respective one of the one or more heating elements relative to a longitudinal axis. 前記複数の発熱体が、前記一つまたは複数の流路に沿って、またはそれを通って流れる前記アンモニアと流体連通および/または熱連通する、請求項20または21に記載のシステム。 The system of claim 20 or 21, wherein the plurality of heating elements are in fluid and/or thermal communication with the ammonia flowing along or through the one or more flow paths. 前記一つまたは複数の流路が、流れ場および加熱の均一性を向上させるために、前記発熱体の周囲、またはその近傍に設けられる、請求項20または21に記載のシステム。 The system of claim 20 or 21, wherein the one or more flow channels are provided around or near the heating element to improve flow field and heating uniformity. 前記発熱体が、前記アンモニアが前記発熱体の周囲、またはその近傍に設けられる前記一つまたは複数の流路に沿って、またはそれを通って流れる際に、前記アンモニアを加熱するように構成される、請求項20または21に記載のシステム。 The system of claim 20 or 21, wherein the heating element is configured to heat the ammonia as the ammonia flows along or through the one or more flow paths disposed around or near the heating element. 前記少なくとも一つの燃焼ヒーターが、前記一つまたは複数の反応器からの出口流を燃焼して、前記一つまたは複数の反応器を加熱するための熱エネルギーを生成するように構成される、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the at least one fired heater is configured to combust an outlet stream from the one or more reactors to generate thermal energy for heating the one or more reactors. 前記少なくとも一つの燃焼ヒーターが、前記一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の吸着体からの出口流を燃焼させて、前記一つまたは複数の反応器を加熱するための熱エネルギーを生成するように構成される、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the at least one fired heater is configured to combust an outlet stream from one or more adsorbents in fluid communication with the one or more reactors to generate thermal energy for heating the one or more reactors. 前記少なくとも一つの燃焼ヒーターが、前記一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の燃料電池からの出口流を燃焼させて、前記一つまたは複数の反応器を加熱するための熱エネルギーを生成するように構成される、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the at least one fired heater is configured to combust an outlet stream from one or more fuel cells in fluid communication with the one or more reactors to generate thermal energy for heating the one or more reactors. 前記少なくとも一つの燃焼ヒーターが、スワール燃焼器、拡散火炎燃焼器、マイクロミキサー燃焼器、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the at least one fired heater comprises a swirl combustor, a diffusion flame combustor, a micro-mixer combustor, or any combination thereof. 前記少なくとも一つの燃焼ヒーターの排気が、前記アンモニアを加熱または予熱するために使用可能である、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the exhaust of the at least one fired heater can be used to heat or preheat the ammonia. 前記少なくとも一つの燃焼ヒーターが、空気と水素を含む燃焼燃料との混合物を燃焼するように構成される、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the at least one fired heater is configured to combust a mixture of air and a combustion fuel comprising hydrogen. 前記少なくとも一つの燃焼ヒーターが、前記少なくとも一つの燃焼ヒーターの燃焼領域の上流にある前記空気と前記燃焼燃料とを混合または予混合するための一つまたは複数のゾーンを備える、請求項31に記載のシステム。 32. The system of claim 31, wherein the at least one fired heater comprises one or more zones for mixing or premixing the air and the combustion fuel upstream of a combustion region of the at least one fired heater. 前記一つまたは複数のゾーンのそれぞれが、空気と前記燃焼燃料との前記混合物の少なくとも一部を燃焼または予燃焼させて、前記燃焼ヒーター全体に熱を均一に分散させ、局所的なホットスポット温度を低下させるように構成される、請求項32に記載のシステム。 The system of claim 32, wherein each of the one or more zones is configured to combust or pre-combust at least a portion of the mixture of air and the combustion fuel to distribute heat evenly throughout the fired heater and reduce localized hot spot temperatures. 前記複数の発熱体が、前記少なくとも一つの電気ヒーターおよび前記少なくとも一つの燃焼ヒーターを備えるハイブリッド加熱ユニットを備える、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the plurality of heating elements comprises a hybrid heating unit comprising the at least one electric heater and the at least one combustion heater. 前記第一の反応器が前記少なくとも一つの電気ヒーターを備え、前記第二の反応器が前記少なくとも一つの燃焼ヒーターを備える、請求項2に記載のシステム。 The system of claim 2, wherein the first reactor is equipped with the at least one electric heater and the second reactor is equipped with the at least one fired heater. 前記第一の反応器および前記第二の反応器が、前記第一の反応器の第一の出口流が前記第二の反応器に入るように、直列に流体連通する、請求項2に記載のシステム。 The system of claim 2, wherein the first reactor and the second reactor are in fluid communication in series such that a first outlet stream of the first reactor enters the second reactor. 前記第一の反応器および前記第二の反応器が、前記第一の反応器の第一の出口流と前記第二の反応器の第二の出口流とが混ざり合い、混ざり合った出口流を生成するように、並列に流体連通している、請求項2に記載のシステム。 The system of claim 2, wherein the first reactor and the second reactor are in parallel fluid communication such that a first outlet stream of the first reactor and a second outlet stream of the second reactor intermix to produce a intermixed outlet stream. 前記一つまたは複数の触媒が、前記発熱体の一つまたは複数の外表面に隣接して、および/または熱連通して設けられる、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the one or more catalysts are disposed adjacent to and/or in thermal communication with one or more exterior surfaces of the heating element. 前記一つまたは複数の反応器が、円、楕円、長円形、および三つ以上の辺を備える任意の多角形からなる群から選択される断面形状を備える、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the one or more reactors have a cross-sectional shape selected from the group consisting of a circle, an ellipse, an oval, and any polygon having three or more sides. 前記一つまたは複数の反応器が、円、楕円、長円形、および三つ以上の辺を備える任意の多角形からなる群から選択される断面形状を有する一つまたは複数の流路を備える、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the one or more reactors include one or more flow channels having a cross-sectional shape selected from the group consisting of a circle, an ellipse, an oval, and any polygon having three or more sides. 前記一つまたは複数の反応器のそれぞれが、前記一つまたは複数の反応器の各それぞれの反応器の流路の断面形状と類似する断面形状を備える、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein each of the one or more reactors has a cross-sectional shape similar to a cross-sectional shape of a flow passage of each of the one or more reactors. 前記一つまたは複数の反応器のそれぞれが、前記一つまたは複数の反応器の各それぞれの反応器の流路の断面形状とは異なる断面形状を備える、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein each of the one or more reactors has a cross-sectional shape that is different from the cross-sectional shape of the flow passage of each respective reactor of the one or more reactors. 前記一つまたは複数の反応器が、(i)前記アンモニアを含む改質ガス用の第一の流路、および(ii)前記改質ガスの処理から生成されるリフォメートガス用の第二の流路を備える、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the one or more reactors comprise: (i) a first flow path for a reformate gas containing the ammonia; and (ii) a second flow path for a reformate gas produced from processing the reformate gas. 前記第一の流路が、前記複数の発熱体の少なくとも一部に沿った前記改質ガスの流れを可能にする、請求項43に記載のシステム。 The system of claim 43, wherein the first flow path enables flow of the reformulated gas along at least a portion of the plurality of heating elements. 前記第二の流路によって、前記リフォメートガスの前記反応器の一つまたは複数の出口への流れが可能になる、請求項43に記載のシステム。 The system of claim 43, wherein the second flow path allows the reformate gas to flow to one or more outlets of the reactor. 前記第一の流路と前記第二の流路が、異なる方向に向けられている、請求項43に記載のシステム。 The system of claim 43, wherein the first flow path and the second flow path are oriented in different directions. 前記第一の流路および前記第二の流路が互いに流体連通して、前記改質ガスと前記リフォメートガスとの間の熱伝達を可能にする、請求項43に記載のシステム。 The system of claim 43, wherein the first flow path and the second flow path are in fluid communication with each other to enable heat transfer between the reformed gas and the reformate gas. 一つまたは複数の熱交換器をさらに備える、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, further comprising one or more heat exchangers. 前記一つまたは複数の熱交換器が、前記一つまたは複数の反応器の出口流と前記一つまたは複数のアンモニア源からの前記アンモニアの流れとの間で熱を交換するように構成される、請求項48に記載のシステム。 The system of claim 48, wherein the one or more heat exchangers are configured to exchange heat between an outlet stream of the one or more reactors and the flow of ammonia from the one or more ammonia sources. 前記一つまたは複数の熱交換器が、前記アンモニアを蒸発させるために、(i)前記一つまたは複数のアンモニア源からの前記アンモニアの流れと(ii)前記一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の燃料電池との間で熱エネルギーの伝達を促進させるように構成される、請求項48に記載のシステム。 The system of claim 48, wherein the one or more heat exchangers are configured to facilitate the transfer of thermal energy between (i) the flow of ammonia from the one or more ammonia sources and (ii) one or more fuel cells in fluid communication with the one or more reactors to vaporize the ammonia. 前記一つもしくは複数の反応器の出口流および/または前記複数の発熱体の温度を調整するために、一つまたは複数の制御ユニットをさらに備える、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, further comprising one or more control units for regulating the temperature of the outlet stream of the one or more reactors and/or the plurality of heating elements. 前記一つまたは複数の制御ユニットが、コントローラーと、前記コントローラーに動作可能に結合する一つまたは複数のセンサーとを備える、請求項51に記載のシステム。 52. The system of claim 51, wherein the one or more control units comprise a controller and one or more sensors operably coupled to the controller. 前記コントローラーが、前記一つもしくは複数のセンサーを使用して得られる一つもしくは複数の測定値に少なくとも部分的に基づいて、(i)前記一つもしくは複数の反応器の温度、(ii)前記アンモニアおよび/もしくは水素の流れ圧力、ならびに/または(iii)前記一つもしくは複数の反応器と流体連通する一つもしくは複数の燃料電池の電気出力、を監視および制御するように構成される、請求項52に記載のシステム。 53. The system of claim 52, wherein the controller is configured to monitor and control (i) the temperature of the one or more reactors, (ii) the ammonia and/or hydrogen flow pressure, and/or (iii) the electrical output of one or more fuel cells in fluid communication with the one or more reactors based at least in part on one or more measurements obtained using the one or more sensors. 前記コントローラーが、前記一つまたは複数の反応器の温度に基づいて、前記少なくとも一つの燃焼ヒーターへの空気流量を減少もしくは増加させ、燃焼燃料流量を減少もしくは増加させ、または前記空気流量および前記燃焼燃料流量の両方を減少もしくは増加させるように構成される、請求項52に記載のシステム。 53. The system of claim 52, wherein the controller is configured to decrease or increase an air flow rate, decrease or increase a combustion fuel flow rate, or decrease or increase both the air flow rate and the combustion fuel flow rate to the at least one fired heater based on the temperature of the one or more reactors. 前記コントローラーが、ファン、ブロワ、またはコンプレッサーを使用して前記空気流量を増加させるように構成される、請求項54に記載のシステム。 The system of claim 54, wherein the controller is configured to increase the air flow rate using a fan, blower, or compressor. 前記コントローラーが、アンモニア流量を増加させること、または燃料電池の水素消費量を減少させることによって、前記燃焼燃料流量を増加させるように構成される、請求項54に記載のシステム。 55. The system of claim 54, wherein the controller is configured to increase the combustion fuel flow rate by increasing ammonia flow rate or decreasing fuel cell hydrogen consumption. 前記コントローラーが、前記一つまたは複数の反応器の温度に基づいて、前記一つまたは複数の燃料電池の電力出力を減少または増加させるように構成される、請求項52に記載のシステム。 53. The system of claim 52, wherein the controller is configured to decrease or increase the power output of the one or more fuel cells based on the temperature of the one or more reactors. 前記コントローラーが、前記一つもしくは複数の反応器の温度または一つもしくは複数の燃料電池の電力出力に基づいて、前記一つまたは複数の反応器への前記アンモニアの流量を増加させるように構成される、請求項52に記載のシステム。 53. The system of claim 52, wherein the controller is configured to increase the flow rate of the ammonia to the one or more reactors based on the temperature of the one or more reactors or the power output of the one or more fuel cells. 前記コントローラーが、バルブおよび/またはポンプを使用して前記アンモニアの前記流量を増加させるように構成される、請求項58に記載のシステム。 The system of claim 58, wherein the controller is configured to increase the flow rate of the ammonia using a valve and/or a pump. 前記システムが、アンモニアガスの少なくとも約50L/分のSTPの速度で前記アンモニアを改質するように構成される、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the system is configured to reform the ammonia at a rate of at least about 50 L/min of ammonia gas at STP. 前記コントローラーが、前記一つまたは複数の反応器の温度に基づいて、前記少なくとも一つの電気ヒーターに供給される電力を増加または減少させるように構成される、請求項52に記載のシステム。 53. The system of claim 52, wherein the controller is configured to increase or decrease the power supplied to the at least one electric heater based on the temperature of the one or more reactors. 前記システムが、少なくとも約600Wh/kg、または少なくとも約400Wh/Lのエネルギー密度を有する、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the system has an energy density of at least about 600 Wh/kg, or at least about 400 Wh/L. 前記システムが約30バール未満の動作圧力を備える、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the system has an operating pressure of less than about 30 bar. 前記一つまたは複数の反応器の出口流から窒素を除去するために圧力スイング吸着(PSA)ユニットをさらに備える、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1 further comprising a pressure swing adsorption (PSA) unit for removing nitrogen from the outlet stream of the one or more reactors. 前記PSAが、前記一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の吸着体の下流に設置される、または配置される、請求項64に記載のシステム。 The system of claim 64, wherein the PSA is installed or disposed downstream of one or more adsorbents in fluid communication with the one or more reactors. 前記PSAユニットが、窒素および水素を含む排出流を作り、前記排出流が前記少なくとも一つの燃焼ヒーターに供給される、請求項64に記載のシステム。 The system of claim 64, wherein the PSA unit produces an exhaust stream comprising nitrogen and hydrogen, the exhaust stream being fed to the at least one fired heater. 前記濾過された反応器出口流が、100ppm未満のアンモニアを含む、請求項16に記載のシステム。 The system of claim 16, wherein the filtered reactor outlet stream contains less than 100 ppm ammonia. 前記一つまたは複数の吸着体が、前記一つもしくは複数の吸着体に埋め込まれた一つもしくは複数の電気ヒーター、前記少なくとも一つの燃焼ヒーターからの排気、および/または前記一つもしくは複数の反応器からの出口流と熱を交換することによって再生するように構成される、請求項16に記載のシステム。 The system of claim 16, wherein the one or more adsorbents are configured to be regenerated by exchanging heat with one or more electric heaters embedded in the one or more adsorbents, exhaust from the at least one fired heater, and/or an outlet stream from the one or more reactors. 前記一つまたは複数の吸着体が、一つまたは複数の新しいまたは再生吸着体と交換可能である、請求項68に記載のシステム。 The system of claim 68, wherein the one or more adsorbents are replaceable with one or more new or regenerated adsorbents. 前記一つまたは複数の触媒が、担体と、ルテニウム、ニッケル、ロジウム、イリジウム、コバルト、鉄、白金、クロム、パラジウム、モリブデン、タンタル、または銅から選択される少なくとも一つの金属と、を含む、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the one or more catalysts include a support and at least one metal selected from ruthenium, nickel, rhodium, iridium, cobalt, iron, platinum, chromium, palladium, molybdenum, tantalum, or copper. 前記一つまたは複数の触媒が、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Ba、Sr、La、Ce、Pr、Sm、またはGdから選択される少なくとも一つの金属で促進される、請求項70に記載のシステム。 The system of claim 70, wherein the one or more catalysts are promoted with at least one metal selected from Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Ba, Sr, La, Ce, Pr, Sm, or Gd. 前記担体が、Al、MgO、CeO、ZrO、La、SiO、Y、TiO、SiC、六方晶BN(窒化ホウ素)、BNナノチューブ、炭化ケイ素、一つもしくは複数のゼオライト、LaAlO、CeAlO、MgAl、CaAl、または一つもしくは複数のカーボンナノチューブから選択される少なくとも一つの材料を含む、請求項70に記載のシステム。 71. The system of claim 70 , wherein the support comprises at least one material selected from Al2O3 , MgO , CeO2 , ZrO2, La2O3 , SiO2 , Y2O3 , TiO2 , SiC, hexagonal BN (boron nitride), BN nanotubes, silicon carbide, one or more zeolites, LaAlO3 , CeAlO3 , MgAl2O4 , CaAl2O4 , or one or more carbon nanotubes. 前記第一の反応器が、前記アンモニアの改質プロセスを開始するように構成される、請求項2に記載のシステム。 The system of claim 2, wherein the first reactor is configured to initiate the ammonia reforming process. 前記改質プロセスが、前記少なくとも一つの電気ヒーター、または前記一つまたは複数の触媒に流れる電流を使用して開始される、請求項73に記載のシステム。 The system of claim 73, wherein the reforming process is initiated using an electric current passing through the at least one electric heater or the one or more catalysts. 前記少なくとも一つの電気ヒーターまたは前記電流が、前記改質プロセスが開始された後に停止される、請求項74に記載のシステム。 The system of claim 74, wherein the at least one electric heater or the current is stopped after the reforming process is initiated. 前記一つまたは複数の燃料電池が、前記一つまたは複数の反応器から前記水素の90%未満を消費し、残りの未転化水素を含む一つまたは複数の出口流を排出する、請求項14に記載のシステム。 The system of claim 14, wherein the one or more fuel cells consume less than 90% of the hydrogen from the one or more reactors and discharge one or more outlet streams containing the remaining unconverted hydrogen. 前記一つまたは複数の反応器の動作温度が900℃未満である、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the operating temperature of the one or more reactors is less than 900°C. 前記アンモニアを供給し、前記アンモニアの流れ圧力を増加させるために一つまたは複数のポンプをさらに備える、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, further comprising one or more pumps for supplying the ammonia and increasing the flow pressure of the ammonia. 前記システムが炭素を排出しない、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the system does not emit carbon. 前記一つまたは複数の反応器の燃料改質または転化率が約90%より大きい、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the fuel reforming or conversion rate of the one or more reactors is greater than about 90%. 前記システムの有用な電気エネルギー出力効率に対する燃料発熱量が、少なくとも約25%および最大で約50%である、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the fuel heating value to useful electrical energy output efficiency of the system is at least about 25% and at most about 50%. 移動車両を駆動するための一つまたは複数の電池、一つまたは複数のDC/DCコンバーター、および一つまたは複数のモーターをさらに備える、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, further comprising one or more batteries, one or more DC/DC converters, and one or more motors for driving the mobile vehicle. 前記一つまたは複数の電池が、前記システムを起動するための電力を供給する、請求項82に記載のシステム。 The system of claim 82, wherein the one or more batteries provide power to power the system. 前記一つまたは複数の電池が、電力を供給し、前記電力を前記少なくとも一つの電気ヒーターに供給することによって、前記システムを起動するように構成される、請求項83に記載のシステム。 The system of claim 83, wherein the one or more batteries are configured to provide electrical power to power the system by providing the electrical power to the at least one electric heater. 電力を生成するための一つまたは複数の燃料電池をさらに備え、前記一つまたは複数の燃料電池を使用して生成される前記電力が、起動プロセスを開始または完了した後に前記一つまたは複数の電池を充電する、請求項82に記載のシステム。 The system of claim 82, further comprising one or more fuel cells for generating electrical power, the electrical power generated using the one or more fuel cells charging the one or more batteries after initiating or completing a start-up process. 前記一つまたは複数の燃料電池が、前記移動車両に実質的に安定した電力または負荷を提供し、前記一つまたは複数の電池が、動的負荷追従機能を可能にする、請求項85に記載のシステム。 The system of claim 85, wherein the one or more fuel cells provide a substantially stable power or load to the mobile vehicle, and the one or more batteries enable dynamic load following capabilities. 前記移動車両が、航空車両、無人航空車両、海上もしくは水中車両、または陸上車両を含む、請求項86に記載のシステム。 The system of claim 86, wherein the mobile vehicle includes an aerial vehicle, an unmanned aerial vehicle, a marine or underwater vehicle, or a terrestrial vehicle. 電力を生成するための一つまたは複数の燃料電池をさらに備え、前記一つまたは複数の燃料電池を使用して生成される前記電力が、固定型もしくは非移動プラットフォームまたはネットワークに供給される、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, further comprising one or more fuel cells for generating electrical power, the electrical power generated using the one or more fuel cells being supplied to a fixed or non-mobile platform or network. 前記固定型もしくは非移動プラットフォームまたはネットワークが電力網を備える、請求項88に記載のシステム。 The system of claim 88, wherein the fixed or non-mobile platform or network comprises a power grid. 前記複数の発熱体が、前記一つまたは複数の反応器内に少なくとも部分的に埋め込まれている、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the plurality of heating elements are at least partially embedded within the one or more reactors. システムであって、
一つまたは複数のアンモニア源と流体連通する一つまたは複数の反応器と、
前記一つまたは複数の反応器内に少なくとも部分的に配置される少なくとも一つの発熱体と、を備え、
前記一つまたは複数の反応器が、前記一つまたは複数のアンモニア源から受け取られる、またはそれによって供給されるアンモニアの流れ場および加熱の均一性を向上させるために、前記少なくとも一つの発熱体を取り囲む複数の流路を備え、前記複数の流路が、前記少なくとも一つの発熱体に隣接する前記アンモニアの流路を提供して、前記少なくとも一つの発熱体と前記アンモニアとの間の熱エネルギーの伝達を促進させる、システム。
1. A system comprising:
one or more reactors in fluid communication with one or more ammonia sources;
at least one heating element disposed at least partially within the one or more reactors;
The one or more reactors include a plurality of flow paths surrounding the at least one heating element to improve flow field and heating uniformity of ammonia received from or supplied by the one or more ammonia sources, the plurality of flow paths providing a flow path for the ammonia adjacent to the at least one heating element to facilitate transfer of thermal energy between the at least one heating element and the ammonia.
システムであって、
前記一つまたは複数の反応器に供給されるアンモニアを少なくとも部分的に分解して、水素、窒素、および/またはアンモニアを得るように構成される一つまたは複数の反応器と、
前記一つまたは複数の反応器と流体連通する一つまたは複数の燃料電池であって、前記一つまたは複数の燃料電池が、前記水素を受け取り、処理して電気エネルギーを生成するように構成される、一つまたは複数の燃料電池と、を備え、
前記一つまたは複数の反応器および前記一つまたは複数の燃料電池が、航空車両上またはそれに取り付けられるように構成され、前記一つまたは複数の燃料電池が、前記航空車両の一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置と電気的に連通し、前記航空車両の前記一つまたは複数のモーターもしくは駆動装置を駆動する、システム。
1. A system comprising:
one or more reactors configured to at least partially decompose ammonia provided to the one or more reactors to obtain hydrogen, nitrogen, and/or ammonia;
one or more fuel cells in fluid communication with the one or more reactors, the one or more fuel cells configured to receive and process the hydrogen to produce electrical energy;
The system, wherein the one or more reactors and the one or more fuel cells are configured to be mounted on or to an air vehicle, and the one or more fuel cells are in electrical communication with and power one or more motors or drive devices of the air vehicle.
方法であって、
(a)一つまたは複数の反応器を使用して、水素を作るまたは生成するためにアンモニアを処理することであって、前記一つまたは複数の反応器が、(i)一つまたは複数の触媒と、(ii)前記一つまたは複数の触媒と熱連通する複数の発熱体と、を備え、前記複数の発熱体が、少なくとも一つの電気ヒーターおよび少なくとも一つの燃焼ヒーターを備える、処理することと、
(b)電気エネルギーを作るために、前記水素を一つまたは複数の燃料電池に供給することと、を含む、方法。
1. A method comprising:
(a) processing ammonia to make or produce hydrogen using one or more reactors, the one or more reactors comprising: (i) one or more catalysts; and (ii) a plurality of heating elements in thermal communication with the one or more catalysts, the plurality of heating elements comprising at least one electric heater and at least one fired heater;
(b) supplying the hydrogen to one or more fuel cells to produce electrical energy.
システムであって、
複数の反応器を備えるアンモニア処理装置であって、前記複数の反応器が、一つもしくは複数の電気反応器を備え、前記一つもしくは複数の電気反応器が、(i)アンモニアを処理して水素を生成する、かつ(ii)前記一つもしくは複数の電気反応器および/または一つもしくは複数の燃焼反応器と流体連通する、前記一つもしくは複数の燃焼反応器および/または一つもしくは複数の燃料電池に前記水素の少なくとも一部を供給する、ように構成される、アンモニア処理装置を備える、システム。
1. A system comprising:
1. A system comprising: an ammonia treatment apparatus comprising a plurality of reactors, the plurality of reactors comprising one or more electric reactors configured to: (i) process ammonia to produce hydrogen; and (ii) supply at least a portion of the hydrogen to the one or more combustion reactors and/or one or more fuel cells in fluid communication with the one or more electric reactors and/or one or more combustion reactors.
方法であって、
(a)電気反応器を第一の目標温度に加熱することと、
(b)少なくとも水素を含む燃料を作るために、前記電気反応器を使用してアンモニアを改質することと、
(c)(b)で作られる前記燃料を燃焼させることによって、燃焼反応器を第二の目標温度に加熱することと、
(d)前記燃焼反応器に追加のアンモニアを供給することであって、前記燃焼反応器が、(i)前記追加のアンモニアを分解して追加の水素を生成するように、および(ii)前記追加の水素を一つまたは複数の燃料電池に供給するように構成される、供給することと、を含む、方法。
1. A method comprising:
(a) heating an electric reactor to a first target temperature;
(b) reforming ammonia using the electric reactor to produce a fuel comprising at least hydrogen;
(c) heating a combustion reactor to a second target temperature by combusting the fuel produced in (b); and
(d) supplying additional ammonia to the combustion reactor, the combustion reactor configured to (i) crack the additional ammonia to produce additional hydrogen, and (ii) supply the additional hydrogen to one or more fuel cells.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11994061B2 (en) 2021-05-14 2024-05-28 Amogy Inc. Methods for reforming ammonia
US11724245B2 (en) 2021-08-13 2023-08-15 Amogy Inc. Integrated heat exchanger reactors for renewable fuel delivery systems
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US11923711B2 (en) 2021-10-14 2024-03-05 Amogy Inc. Power management for hybrid power system
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Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE759017A (en) * 1969-11-17 1971-04-30 Impianti Spa Soc It AUTOMATIC ADJUSTMENT DEVICE FOR PIT OVENS
GB1560184A (en) * 1977-05-31 1980-01-30 Caterpillar Tractor Co Dual catalyst nitric oxide reduction
JPH01119341A (en) * 1987-10-30 1989-05-11 Nkk Corp Catalyst for ammonia decomposition
US6432368B1 (en) * 1994-06-30 2002-08-13 General Electric Company Staged catalytic ammonia decomposition in integrated gasification combined cycle systems
US6713733B2 (en) * 1999-05-11 2004-03-30 Thermosoft International Corporation Textile heater with continuous temperature sensing and hot spot detection
US7867300B2 (en) * 2001-03-02 2011-01-11 Intelligent Energy, Inc. Ammonia-based hydrogen generation apparatus and method for using same
US6630012B2 (en) * 2001-04-30 2003-10-07 Battelle Memorial Institute Method for thermal swing adsorption and thermally-enhanced pressure swing adsorption
CN1250321C (en) * 2004-06-11 2006-04-12 成都天立化工科技有限公司 Two-stage recovering pressure swing adsorption gas separating method
DE102006003799B4 (en) * 2006-01-25 2010-05-06 Daimler Ag Fuel cell system with fuel cell, hydrogen storage and anode circuit and its use
ES2440804T3 (en) * 2006-03-10 2014-01-30 C-Quest Technologies International Llc Carbon dioxide sequestration procedure
US9017436B2 (en) * 2008-08-26 2015-04-28 Dcns Fuel processing systems with thermally integrated componentry
US7830236B2 (en) * 2008-09-09 2010-11-09 Gm Global Technology Operations, Inc. DC-DC converter for fuel cell application using hybrid inductor core material
US9060387B2 (en) * 2010-08-23 2015-06-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electric heating catalyst
US10243226B2 (en) * 2015-09-09 2019-03-26 Fuelcell Energy, Inc. Fuel cell system ride-through of electric grid disturbances
CN110277578A (en) * 2019-06-20 2019-09-24 福州大学 A kind of ammonia fuel cell system and electric device

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