JP6975286B2 - 水素生成アセンブリおよび水素精製装置 - Google Patents
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Description
・水素ガスおよび他のガスを含む混合ガス流を受けとるように構成された入口ポートを含む第1および第2の端部フレーム。
・混合ガス流と比較して高い濃度の水素ガスおよび低い濃度の他のガスのうち少なくとも1つを含む透過流を受け取るように構成された出口ポートを含む第1および第2の端部フレーム。
・他のガスの少なくともかなりの部分を含む副生成物流を受け取るように構成された副生成物ポートを含む第1および第2の端部フレーム。
・第1および第2の端部フレームの間に配置され、かつこれらに固定された少なくとも1つの水素選択膜。
・供給側および透過側を有する少なくとも1つの水素選択膜であって、透過流の少なくとも一部は、供給側から透過側へと通過する混合ガス流の一部から形成され、供給側に残る混合ガス流の残りの部分は、副生成物流の少なくとも一部を形成する。
・第1および第2の端部フレームおよび少なくとも1つの水素選択膜の間に配置され、第1および第2の端部フレームに固定された、複数のフレーム。
・少なくとも1つの水素選択膜と第2の端部フレームとの間に配置された少なくとも1つの透過フレームを含む複数のフレーム。
・周囲シェルを含む少なくとも1つの透過フレーム。
・周囲シェル上に形成された出口管路を含み、少なくとも1つの水素選択膜からの透過流の少なくとも一部を受け取るように構成された、少なくとも1つの透過フレーム。
・周囲シェルにより囲まれた開領域を含む少なくとも1つの透過フレーム。
・少なくとも1つの膜支持構造体を含む少なくとも1つの透過フレーム。
・開領域の少なくともかなりの部分に及ぶ少なくとも1つの膜支持構造体。
・少なくとも1つの水素選択膜を支持するように構成された少なくとも1つの膜支持構造体。
・第1および第2の膜支持体プレートを含む少なくとも1つの膜支持構造体。
・貫通孔を持たない、第1および第2の膜支持体プレート。
・透過流の少なくとも一部に流路を提供するように構成された複数の細溝を有する第1の面を有する第1および第2の膜支持体プレート。
・第1の面に向かう第2の面を有する第1および第2の膜支持体プレート。
・少なくとも1つの膜支持構造体中に積み重ねられた第1および第2の膜支持体プレート。
・第1の膜支持体プレートの第2の面が第2の膜支持体プレートの第2の面に向くように、少なくとも1つの膜支持構造体中に積み重ねられた第1および第2の膜支持体プレート。
・非圧縮性の第1および第2の膜支持体プレート。
・平坦な第1および第2の膜支持体プレート。
・第1の端部フレームと少なくとも1つの水素選択膜との間に配置された少なくとも1つの供給フレーム。
・周囲シェルを含む少なくとも1つの供給フレーム。
・少なくとも1つの供給フレームの周囲シェル上に形成された入口管路を含む少なくとも1つの供給フレーム。
・入口ポートからの混合ガス流の少なくとも一部を受け取るように構成された入口管路を含む少なくとも1つの供給フレーム。
・少なくとも1つの供給フレームの周囲シェル上に形成された出口管路を含む少なくとも1つの供給フレーム。
・少なくとも1つの水素選択膜の供給側に残る混合ガス流の少なくとも一部の残りの部分を受け取るように構成された出口管路を含む少なくとも1つの供給フレーム。
・供給フレームの周囲シェルによって囲まれ、入口管路と出口管路との間に配置された、供給フレーム開領域を含む少なくとも1つの供給フレーム。
・少なくとも1つの供給フレームの周囲シェルが、少なくとも1つの透過フレームの周囲シェルおよび少なくとも1つの膜支持構造体の一部を支持するように、寸法が決められた少なくとも1つの供給フレームの周囲シェル。
・複数のフレームの各々のフレームのフレーム平面に垂直な複数の支持平面に沿って、少なくとも1つの供給フレームの周囲シェルが、少なくとも1つの透過フレームの周囲シェルおよび少なくとも1つの膜支持構造体の一部を支持するように、寸法が決められた少なくとも1つの供給フレームの周囲シェル。
・少なくとも1つの水素選択膜と少なくとも1つの透過フレームとの間に配置された少なくとも1つのマイクロスクリーン構造体。
・少なくとも1つの水素選択膜を支持するように構成された少なくとも1つのマイクロスクリーン構造体。
・少なくとも1つのマイクロスクリーン構造体が、透過側に支持を提供するように構成された概して対向する表面を含む。
・少なくとも1つのマイクロスクリーン構造体が、対向する表面の間に延在する複数の流路を含む。
・少なくとも1つのマイクロスクリーン構造体が、少なくとも1つの透過フレームの周囲シェルと接触しないように寸法決めされている。
・少なくとも1つのマイクロスクリーン構造体が、少なくとも1つのマイクロスクリーン構造体と少なくとも1つの透過フレームが第1および第2の端部フレームに固定されるとき、周囲シェルと接触しないように寸法決めされている。
・第3の膜支持体プレートを含む少なくとも1つの膜支持構造体。
・第1および第2の膜支持体プレート間に配置された第3の膜支持体プレート。
・非圧縮性の第3の膜支持体プレート。
・平坦な第3の膜支持体プレート。
・貫通孔を持たない第3の膜支持体プレート。
・細溝を持たない第3の膜支持体プレート。
・第1および第2の周囲シェルを含む透過フレームの周囲シェル。
・第1および第2の周囲シェルの間に配置されたガスケットを含む透過フレームの周囲シェル。
・透過フレーム周囲シェルの厚みが膜支持構造体の厚みと整合するように構成されたガスケット。
・透過フレームが第1および第2の端部フレームに固定されるとき、透過フレーム周囲シェルの厚みが膜支持構造体の厚みと整合するように構成されたガスケット。
・第1、第2、および第3の周囲シェルを含む透過フレーム周囲シェル。
・第1および第2の周囲シェルの間に配置された第1のガスケットを含む透過フレーム周囲シェル。
・第2および第3の周囲シェルの間に配置された第2のガスケットを含む透過フレーム周囲シェル。
・透過フレーム周囲シェルの厚みが膜支持構造体の厚みと整合するように構成された第1および第2のガスケット。
・透過フレームが第1および第2の端部フレームに固定されるとき、透過フレーム周囲シェルの厚みが膜支持構造体の厚みと整合するように構成された第1および第2のガスケット。
・各々が第1および第2の反対の端部を有する第1および第2の膜支持体プレート。
・第1の端部から第2の端部に延在する複数の細溝。
・複数の平行な細溝。
・供給流を受け取るように構成された燃料処理アセンブリ。
・複数のモードの間で操作可能であるように構成された燃料処理アセンブリ。
・燃料処理アセンブリが供給流から製品水素流を生成する運転モード、および燃料処理アセンブリが供給流から製品水素流を生成しないスタンバイモードを含む、複数のモードの間で操作可能であるように構成された燃料処理アセンブリ。
・改質触媒を含む水素製造領域。
・供給流を受け取り、リフォーメート流を製造するように構成された水素製造領域。
・リフォーメート流を受け取るように構成された1つまたは複数の水素選択膜。
・リフォーメート流から製品水素流の少なくとも一部および副生成物流を製造するように構成された1つまたは複数の水素選択膜。
・水素製造領域および1つまたは複数の水素選択膜を流体連通するリフォーメート管路。
・製品水素流を含むように構成されたバッファタンク。
・燃料処理アセンブリおよびバッファタンクを流体連通する製品管路。
・バッファタンクおよびリフォーメート管路を流体連通する戻り管路。
・バッファタンク内で圧力を検知するよう構成されたタンクセンサアセンブリ。
・戻り管路内で流れを管理するよう構成された戻りバルブアセンブリ。
・少なくとも1つのバルブを含む戻りバルブアセンブリ。
・バッファタンクからの製品水素流が戻り管路を通ってリフォーメート管路へと流れる開位置と、バッファタンクからの製品水素流が戻り管路を通って流れずかつリフォーメート管路へと流れない閉位置との間で作動するように構成された少なくとも1つのバルブ。
・水素製造領域および1つまたは複数の水素選択膜と熱連通する複数のヒータ。
・運転モードおよびスタンバイモードの間で燃料処理アセンブリを作動するよう構成された制御アセンブリ。
・バッファタンク内で検知された圧力に少なくとも部分的に基づき、運転モードとスタンバイモードとの間で燃料処理アセンブリを作動するように構成された制御アセンブリ。
・製品水素流がバッファタンクからリフォーメート管路へと流れることを可能にするように戻りバルブアセンブリを管理するように構成された制御アセンブリ。
・燃料処理アセンブリがスタンバイモードにあるとき、製品水素流がバッファタンクからリフォーメート管路へと流れることを可能にするように戻りバルブアセンブリを管理するように構成された制御アセンブリ。
・1つまたは複数の所定の時間間隔で、製品水素流がバッファタンクからリフォーメート管路へと流れることを可能にするように戻りバルブアセンブリを管理するように構成された制御アセンブリ。
・燃料処理アセンブリがスタンバイモードにあるとき、1つまたは複数の所定の時間間隔で、製品水素流がバッファタンクからリフォーメート管路へと流れることを可能にするように戻りバルブアセンブリを管理するように構成された制御アセンブリ。
・1つまたは複数の所定の時間間隔で、所定の期間、製品水素流がバッファタンクからリフォーメート管路へと流れることを可能にするように戻りバルブアセンブリを管理するように構成された制御アセンブリ。
・燃料処理アセンブリがスタンバイモードにあるとき、1つまたは複数の所定の時間間隔で、所定の期間、製品水素流がバッファタンクからリフォーメート管路へと流れることを可能にするように戻りバルブアセンブリを管理するように構成された制御アセンブリ。
・所定の期間、かつ所定の時間間隔で、少なくとも1つのバルブを開位置に動かすように構成された制御アセンブリ。
・燃料処理アセンブリがスタンバイモードにあるとき、所定の期間、かつ1つまたは複数の所定の時間間隔で、少なくとも1つのバルブを開位置に動かすように構成された制御アセンブリ。
・水素製造領域および1つまたは複数の水素選択膜を所定の温度範囲に維持するように、複数のヒーターを作動するように構成された制御アセンブリ。
・燃料処理アセンブリがスタンバイモードにあるとき、水素製造領域および1つまたは複数の水素選択膜を所定の温度範囲に維持するように、複数のヒーターを作動するように構成された制御アセンブリ。
水素生成アセンブリ、水素精製装置、およびこれらのアセンブリおよび装置の構成要素を含む本開示は、水素ガスが精製され、製造され、および/または利用される燃料処理および他の産業に利用可能である。
21 製品水素流
22 原料デリバリーシステム
24 燃料処理アセンブリ
26 供給流
28 燃料流
30 水素製造流
32 水素製造領域
34 出口流
40 精製領域
42 水素リッチ流
46 水素選択膜
48 一酸化炭素除去アセンブリ
50 圧力スイング吸着(PSA)システム
52 加熱アセンブリ
54 排気流
58 着火源
60 バーナーアセンブリ
64 蒸発領域
66 シェルまたはハウジング
70 外側カバーまたはジャケット
72 水素生成アセンブリ
74 原料デリバリーシステム
82 精製領域
96 出口流
99 排気流
100 バーナーアセンブリ
102 送風機
104 点火アセンブリ
106 空気流
108 燃料流
100 バーナーアセンブリ
110 燃焼領域
111 流れ制限オリフィス
114 フィルターアセンブリ
116 膜アセンブリ
118 メタン化反応器アセンブリ
126 制御システム
128 制御アセンブリ
130 バルブ
132 圧力解放バルブ
134 温度測定装置
136 熱交換アセンブリ
146 水素分離領域
148 筐体
160 混合ガス領域
162 透過領域
164 入口ポート
166 流体流
168 混合ガス流
170 水素ガス
172 他のガス
174 生成物出口ポート
176 透過流
180 スイープガスポート
182 副生成物出口ポート
184 副生成物流
186 水素選択膜
196 水素精製装置
206 水素選択膜
208 マイクロスクリーン構造体
224 複数のプレートまたはフレーム
226 周囲シェル
230 開領域
232 フレーム平面
262 透過フレーム
266 供給フレーム周囲シェル
284 供給フレームガスケット
286 膜支持構造体
288 供給フレーム支持平面
294 周囲シェルの部分
300 供給フレーム平面
304 透過フレーム周囲シェル
306 出口管路
308 透過フレーム開領域
326 透過フレームガスケット
328 膜支持体プレート
334 細溝
408 燃料処理アセンブリ
420 製品管路
426 センサアセンブリ
434 制御アセンブリ
438 バッファタンク
448 ソレノイド
450 三方弁
488 水素生成アセンブリ
490 製品バルブアセンブリ
Claims (19)
- 水素生成アセンブリ中で水素を生成する方法であって、
水素生成アセンブリの燃料処理アセンブリ中で供給流を受け取るステップと、
受け取った供給流から燃料処理アセンブリ中で製品水素流を製造するステップであって、
(a)受け取った供給流から、燃料処理アセンブリの水素製造領域で出口流を製造するステップと、
(b)出口流から、燃料処理アセンブリの精製領域で製品水素流を製造するステップとを含み、
出口流が、水素ガスを含み、製品水素流が、出口流と比較して高い水素濃度を有する、
製品水素流を製造するステップと、
燃料処理アセンブリ中の製品水素流の製造を停止するステップと、
燃料処理アセンブリが製品水素流を製造していないとき、水素製造領域および精製領域を所定の温度範囲に維持するステップと、
燃料処理アセンブリが製品水素流を製造していないとき、製造された製品水素流の一部を精製領域に送るステップと、を含み、
水素生成アセンブリが、バッファタンクを含み、製造された製品水素流の一部を送るステップが、燃料処理アセンブリが製品水素流を製造していないとき、製造された製品水素流をバッファタンクから精製領域へと送るステップを含む方法。 - 製品水素流を製造するステップが、燃料処理アセンブリ中で製造された製品水素流を、バッファタンク中で収集するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 製造された製品水素流の一部を送るステップは、燃料処理アセンブリが製品水素流を製造していないとき、1つ以上の所定の時間間隔で、バッファタンクから精製領域へと、収集された製品水素流を送るステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 一つ以上の所定の時間間隔で、バッファタンクから精製領域へと、収集された製品水素流を送るステップが、燃料処理アセンブリが製品水素流を製造していないとき、所定の期間、1つ以上の所定の時間間隔で、バッファタンクから精製領域へと、収集された製品水素流を送るステップを含む、請求項3に記載の方法。
- 燃料処理アセンブリが、水素製造領域および精製領域と流体連通する出口管路を含み、製造された製品水素流の一部を送るステップが、燃料処理アセンブリが製品水素流を製造していないとき、バッファタンクから出口管路へと製造された製品水素流を送るステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 製造された製品水素流の一部を精製領域へと送るステップが、燃料処理アセンブリが製品水素流を製造していないとき、戻りバルブアセンブリを介して、製品水素流の流れをバッファタンクから精製領域へと方向付けるステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 水素製造領域において出口流を製造するステップが、水素製造領域の改質触媒を介して、受け取った供給流から燃料処理アセンブリの水素製造領域に出口流を製造するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 精製領域中で製品水素流を製造するステップは、1つ以上の水素選択膜を介して、燃料処理アセンブリの出口流から燃料処理アセンブリの精製領域において製品水素流を製造するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 水素生成アセンブリであって、
供給流を受け取るように構成され、供給流から製品水素流を製造する燃料処理アセンブリであって、
供給流を受け取り、出口流を製造するように構成されている水素製造領域、
出口流を受け取り、製品水素流の少なくとも一部を製造するように構成されている精製領域、
水素製造領域と精製領域とを流体連通する出口管路、を含む、
燃料処理アセンブリと、
製品水素流を含むように構成されているバッファタンクと、
燃料処理アセンブリおよびバッファタンクを流体連通する製品管路と、
バッファタンクおよび出口管路を流体連通する戻り管路と、
戻り管路内の流れを管理するように構成されている戻りバルブアセンブリと、
燃料処理アセンブリが製品水素流を製造していないとき、製品水素流がバッファタンクから出口管路へと流れることを可能にするように戻りバルブアセンブリを方向付けるように構成されている制御アセンブリと、を含む水素生成アセンブリ。 - 制御アセンブリが、燃料処理アセンブリが製品水素流を製造していないとき、1つ以上の所定の時間間隔で、製品水素流がバッファタンクから出口管路へと流れることを可能にするように戻りバルブアセンブリを方向付けるように構成されている、請求項9に記載のアセンブリ。
- 制御アセンブリが、燃料処理アセンブリが製品水素流を製造していないとき、所定の期間、1つ以上の所定の時間間隔で、製品水素流がバッファタンクから出口管路へと流れることを可能にするように戻りバルブアセンブリを方向付けるように構成されている、請求項10に記載のアセンブリ。
- 戻りバルブアセンブリが、バッファタンクからの製品水素流が戻り管路を通って出口管路へと流れる開位置と、バッファタンクからの製品水素流が戻り管路を通じて出口管路へと流れない閉位置との間を動くように構成されている少なくとも1つのバルブを含む、請求項9に記載のアセンブリ。
- 制御アセンブリが、燃料処理アセンブリが製品水素流を製造していないとき、所定の期間、少なくとも1つのバルブを開位置に動かすように構成されている、請求項12に記載のアセンブリ。
- 制御アセンブリが、燃料処理アセンブリが製品水素流を製造していないとき、所定の期間、1つ以上の所定の時間間隔で、少なくとも1つのバルブを開位置に動かすように構成されている、請求項13に記載のアセンブリ。
- 制御アセンブリが、燃料処理アセンブリが製品水素流を製造していないとき、1つ以上の所定の時間間隔で、少なくとも1つのバルブを開位置に動かすように構成されている、請求項12に記載のアセンブリ。
- 水素製造領域および精製領域と熱連通する複数のヒーターをさらに含み、燃料処理アセンブリが製品水素流を製造していないとき、制御アセンブリが、所定の温度範囲内に水素製造領域および精製領域を維持するように複数のヒーターを作動するように構成されている、請求項9に記載のアセンブリ。
- 水素生成アセンブリ中で水素を生成する方法であって、
水素生成アセンブリの燃料処理アセンブリ中で供給流を受け取るステップと、
受け取った供給流から燃料処理アセンブリ中で製品水素流を製造するステップであって、
(a)受け取った供給流から、燃料処理アセンブリの水素製造領域で出口流を製造するステップと、
(b)出口流から、燃料処理アセンブリの精製領域で製品水素流を製造するステップとを含み、
出口流が、水素ガスを含み、製品水素流が、出口流と比較して高い水素濃度を有する、
製品水素流を製造するステップと、
水素生成アセンブリのバッファタンク中で製造された製品水素流を受け取るステップと、
タンクセンサアセンブリを介してバッファタンク中で圧力を検知するステップと、
バッファタンク中で検知された圧力が、所定の最大圧力を超えるとき、燃料処理アセンブリ中の製品水素流の製造を停止するステップと、
製品水素流の製造が停止されたとき、製造された製品水素流をバッファタンクから精製領域へと送るステップと、を含む方法。 - 製品水素流の製造が停止されたとき、所定の温度範囲内に水素製造領域および精製領域を維持するステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。
- 製造された製品水素流を送るステップが、製品水素流の製造が停止されたとき、所定の期間、1つ以上の所定の時間間隔で、製造された製品水素流をバッファタンクから精製領域へと送るステップを含む、請求項18に記載の方法。
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