TWI290064B - Temperature-based breakthrough detection and pressure swing adsorption systems and fuel processing systems including the same - Google Patents

Description

1290064 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上係針對變壓式吸附系統以及結合了此種 變壓式吸附系統的氫氣產生及/或電池系統，並且更特別的 是本發明係針對此等使用一種以溫度為基礎之突破作用檢 測系統的系統。 【先前技術】

^氫氣產生組件為一種將一種或多種原料轉換成一含有 虱氣來當作主要成份之產物流的組件。所產生的氫氣可以 使用於各種應用之中。一種應用為能量的生產，像是在電 化學的燃料電池之中。電化學燃料電池是一種將燃料及氧 化劑轉換成電、反應產物以及熱的裝置。舉例來說，燃料 電池可以將氫以及氧轉換成水以及電。在此等燃料電池之 t，氫係為燃料、氧係為氧化劑、且水係為反應產物。燃 料電池一般來說需要高純度的氫氣來防止燃料電池在使用 期間受到傷害。來自於一個氫氣產生組件的產物流可以含 有雜質’示範性例子的雜質係包括有—氧化碳、二氧化碳、 甲院、未反應的原料以及水的其中一種或多種。因此，在 許多傳統式燃料電池系統t所存在的—個需要是包括有用 於將雜質從產物氫流移除的適當結構。 斤文壓式吸附（PSA )製程為可以被用來藉著存在於 氣流之中之一種或多種雜質之選擇吸附作用、而將 質從一個不純氫氣流移除之機制的例子。吸附的雜質可 在後1被吸附並且從PsA組件處移除。psA為一種使用 1290064 數個吸附劑基底之壓力驅動的分隔製程。該等基底係被循 環經過-系列的步驟，像是加壓、分隔（㈣）、減壓（釋 *)以及洗淨步驟’用以選擇地將雜質從氫氣移除、並且 接著吸附雜質。當使用PSA組件時，—個很重要的問題是 防止突破作用，突破作用所指的是當在—個基底之中的吸 附劑已經有飽和之通過基底且從而與氫氣保留在一起而不 是被保留在基底之中的雜質時。值姑 負才傳統上，防止突破作用係 需要昂貴之以成份為基礎的檢測器，像是—氧化碳檢測 器，用以決定何時即使有數百萬分之一的（ppm) 一氧化 碳已經通過-個基底，或是PSA組件有人為的性能不足。 而此係意味著該PSA鬼件％沒有效率地操作，且每個基底 係使用只有其能力的一個子部份來吸附雜f，用以提供一 個可能很充裕之未使用的吸附劑，並且從而希望能夠防止 突破發生。此種製程的一個優點是可以減少所需要的成本 以及設備U，缺乏實際的突破檢測以及系統之無效率 的操作可能比成本以及設備的節省更加重要特別是當了 解到：由於在氫氣產生組件之中各處的故障或其他狀況， 要被純化之流動的成份可能會不穩定。 【發明内容】 本發明係針對具有以溫度為基礎之突破作用檢測系統 的PSA組件、並且針對含有該組件之氫氣產生組件及/或 燃料電池系統、並且係針對操作該組件的方法。該等“A 組件包括有至少一個包括有一個吸附劑區域的吸附劑基 底以及一般來說為複數個吸附劑基底，該吸附劑區域包 -1290064 括有適用於將雜質從含有主要成份為氫氣以及其他氣體的 混合氣體流移除的吸附劑。該混合氣體流可以由一個燃料 處理系統的氫氣產生區域來製造，且該PSA組件可以製造 出一個由一個燃料電池疊所消耗的產物氫氣流，用以提供 個產生電力的燃料電池系統。該p S A組件包括有一個以 溫度為基礎的突破作用檢測系統，該系統係適用於監控至 少一個與在每個基底中之吸附劑相關的溫度，並且至少部 伤地反應於測量溫度來控制至少該p $ A組件、以及選擇性 地與該PSA組件一起使用之氫氣產生組件及/或燃料電池 系統的其他元件的操作。可以實施該突破檢測系統來控制 至少該PSA組件的操作，用以防止實際的突破發生。在一 二貝％例之中，至少部份地反應於測量的溫度，該系統可 乂適用於分工5亥PSA組件及/或產生至少一個警告或是其 他的通知。在一些實施例之中，該檢測系統係適用於決定 至少由PSA組件所使用之吸附步驟的時間，不然就是總共 的PSA循環時間。在一些實施例之中，該檢測系統係適用 :至少部份地反應一個突破狀況的測量溫度及/或檢測來調 節總共的PSA循環時間及/或其元件。在一些實施例之中， 該測量溫度係與-個參考溫度相比較。在_些實施例之 中，參考溫度為吸附劑或是其他部份之PSA組件的另一個 測量,f。在一些實施例之中，參考溫度為-個先前測量 的或疋4擇的溫度’包括有儲存的溫度或是起點數值。 【實施方式】 圖1概略地說明了能量產生及消耗組件56的一個例 1290064 子°亥月b昼產生及消耗組件5 6包括有一個能量產生系統2 2 以及至少一個適用於將一個應用的負載作用在該能量產生 系統22上的能量消耗裝置52。在所示的例子之中，該能 罝產生系統22包括有一個燃料電池疊24以及一個氫氣產 生組件46。可以使用多於一個之任何所示的元件，而不會 偏離本發明的範嘴。該能量產生系、统可以包括有並未具^ 地顯示於該等概略圖式中之另外的元件，像是空氣運送系 統’熱交換器’感測器’控制器’流量調節裝置，燃料及/ 或原料運送組件，加熱組件，冷卻組件以及類似者。系統 22也可以被稱為燃料電池系統。 如更加詳細地討論於本文之中，根據本發明的氫氣j 生組件及/或燃料電池系統係包括有一個分隔組件，而該分 隔組件係包括有至少一個適用於增加在氫氣產生組件之中 產生及/或在該燃料電池叠中消耗掉之氫氣之純度的變壓式 吸附（PS A )組件。在ps A製程之中，氣態的雜質係從一 個含有氫氣的流t被移lPSA係基於：在適當條件的溫 度以及C力之下，某些氣體將會比其他氣體更加強烈地被 吸附到-種吸附劑材料上的原理。這些雜質可以在之後像 是以一種副產物流的形式被釋出且被移除。成功地將心 使用於氫的純淨化是因為—般雜質錢（像是：但是不限 定於，CO，C02，包括右· Λ人山产 有CH4的喊氣化合物以及Ν2 )在吸 附劑材料上之相當強的吸附作用。氫的吸附只會非常微 弱’並且因此氫會通過吸附劑基底而雜質被保留在吸附劑 材料上。 1290064 一個PSA製程一般係 如更加詳細地討論於本文之中 、分隔（吸附）、 用以選擇性地將雜 PSA製程可以被描 涉及重複的、或循環性地應用至少加壓 減壓（釋出）以及洗淨步驟或是程序， 質從氫氣移除且接著釋出雜質。據此， 之部位之内的壓力，並且選擇性地甚至可以包括有在組件 的該部位上抽出一個真空（亦即，將壓力減小到小於大氣 壓力或是環境壓力）。同樣地，將混合氣體流到達該psa 組件之吸附劑區域的饋入壓力加以增加可以有益地影響在 述成適用於重複地使得一個像是上文所描述之步驟之psA 循環的步驟或是階段能夠進行。分隔的程度會受到介於混 合氣體流的壓力肖產物流的a力《間的壓力㈣響。據 此’釋出步驟__般將會包括有減少psa組件含有吸附氣體 吸附步驟期間之分隔的程度。 如概略地說明於圖1之中，該氫氣產生組件46包括 有至少一個燃料處理系統64以及一個原料運送系統58, 以及將該系統的各種元件互相連接之相關的流體導管。在 本文中用一氫氣產生組件，，可以被用來表示燃料處理 系、’先64以及能量產生系統的相關的元件，像是原料運送 系、’’充5 8、加熱組件、分隔區域或裝置、空氣運送系統、燃 料運送系％、流體導管、熱交換器、冷卻組件、感測器組 件、流量計、控制器等等。所有的這些示例性元件並不需 要被包括在任何氫氣產生組件之中或是與根據本發明之任 何燃料處理系、统一起使用。同樣地，纟他的元件可以被包 括或是當作氫氣產生組件的部份來使用。 1290064 不官其結構或是元件為何，竽 J β原科運送系統58係適 用於經由一個或是多個大體上可以被稱為原料供應流⑽ 的流動將-種或多種原料運送到燃料處理线⑷在以下 的时論之中’可以僅參考一個果一 早原枓供應流，但是在本 發明範臀之中的是可以你用★日ρ 丁 W疋j Μ便用相冋或是不同成分的二個或多 個此種流動。在一此實祐你丨夕士 . ^ 牡一耳她例之中，空氣可以經由鼓風機、 風扇、壓縮機或其他適當的空氣運送系統被供應到燃料處 理系統64，及/或一個水流可以從一個個別的水源處被運 送。 燃料處理系統64包括有被建構成從該或該等原料供 應流68製造出氫氣的任何適當裝置及/或結構。如概略块 顯示於圖1之中，該燃料處理系統64包括有一個氫氣產 生區域70。據此，燃料處理系統64可被描述成包括有一 個產生一個富含氫氣流74的氫氣產生區域7〇，而該富含 氣氣流74係包括有以來自原料供應流之氫氣為一個主要 成份的氫氣。雖然流74係含有氫氣以作為其主要成份， 其亦含有其他氣體，並且因此可以被稱為一個含有氫氣以 及其他氣體的混合氣體流。其他氣體或雜質之示例性的、 非唯一的例子係包括有如同一氧化碳、二氧化碳、水、曱 院、及未反應原料之此等示例性雜質的其中一種或多種。 用於從原料供應流68產生氫氣之適當機制的示範性 例子包括有蒸氣重組以及自熱重組，在其中重組用的催化 劑係被用來從一個含有水以及至少一種含碳原料的原料供 應流68製造出氫氣。其他適當之用於產生氫氣之機制的 1290064 例:包括有—種含碳原料的熱解以及催化部份氧化，在這 中4原料供應流68並不含有水。又另一個用於 氣的適當機制為電解，在這種情況中原料為水。適 “反原料的不耗性例子係包括有至少一種氣氧化物或是 酵::：適當之碳氫化合物的示例性例子包括有甲烧，丙烧， 天…、、巩，柴油，煤油，汽油以及類似物。適當醇類的示範 性例子係包括有甲醇、乙醇、以及像是乙二醇以及丙二醇 的聚合醇（P〇lyols)。 夕5亥虱氣產生組件46可以使用在氫氣產生區域70中之 多：：個的單一氫氣產生機制、並且可以包括有多於一個 ^氫氣產生區域。這些機制中的每個機制係由在氫氣產生 件46之中的不同熱力平衡所驅動，且因此造成在該組 件之中的不同熱力平衡。據此，該氫氣產生組件46更可 以包括有一個溫度調節組件71，像是一個加熱組件及/或 個二部組件。該溫度調節組件71可以被建構成為燃料 ^系先64的部份、或可以是一個以熱及/或流體而與氫 孔產生區域70相連通的外部元件。該溫度調節組件71可 以消：-個燃料流，用以像是產生熱。雖在並非在本發明 所有κ她例中為必要的，該燃料流可以被運送離開該原料 運达系統。舉例來說、且如以虛線說明於目1之中的，此 燃料，或是原料，可以經由一個燃料供應流69而接收自 4原料運送系統58。該燃料供應流69可以包括有可燃的 燃料，或是替代地可以包括有流體，用以促進冷卻作用。 °亥溫度調節組件71也可以從其他來源或是供應系統接收

12 1290064 ’、一或王邛的原料，像是從另外的儲存_ ^ 收來自任何適當來wo、卜的儲存m可以接 用的環产。 ’、.二氣机，包括有該組件於其中被使 氣、,ώ，= 3 /使用鼓風機、風扇及/或壓縮機來提供該空 就机、但疋此對於所有的實施例並非必要者。 溫度調節組件71可以~ # 士 y m ^ ^ ^ . 了 乂匕括有一個或多個熱交換器， 二二·“、統以及其他用於將熱供應到燃料處理系統 產：或組# 56之其他部位的此種裝置。根據該氫氣 、、、且46的結構，該溫度調節組件71也可以，或是替 代，：包括有熱交換器，風扇，鼓風機，冷卻系統及其他 此等衣置，用於該燃料處理系統64的冷卻區域或是組件％ 的其他部位。舉例來說，當該燃料處理系統64被建構成 具有一，根據蒸氣重組或是另一種吸熱反應的氫氣產生區 域70時，該溫度調節組件71可以包括有用於供應熱的系 ’先用以將氫氣產生區域7〇以及其他元件的溫度保持在 適當範圍之中。 當該燃料處理系統被建構成具有一個基於催化之部份 乳化或是另一放熱反應的氫氣產生區域7〇時，該溫度調 節、、且件7 1可以包括有用於移除熱的系統，亦即，提供冷 部作用，用以將該燃料處理系統的溫度保持在適當的範圍 之中。當使用於本文之中時，用詞“加熱組件，，是用來整 體上稱呼被建構成用來供應熱、不然就是增加燃料處理系 統之全部或選擇區域之溫度的溫度調節組件。當使用於本 文之中時，用詞冷卻組件，，是用來整體上稱呼被建構成用 來冷部或是降低燃料處理系統之全部或選擇區域之溫度的 13 1290064 溫度調節組件。 在圖2 t中’一個示範性例子的氫氣產生組件46係 =括有具有-個氫氣產生區域7()的燃料處理线Μ，該 氯氣產生區域70係適用於藉著蒸氣重組一個或是多個含 有K 80以及至少—種含碳原料82的原料供應流μ來產 .生混合氣體流74。如圖所示，氫氣產生區域70包括有至 •少-個含有一種或是多種適當重組催化劑％的重組催化 齊丨基底84。在說明的例子之中’該氫氣產生區域可以被稱 鲁 A重組區域，並且該現合氣體流可以被稱為重組流。 亦如圖1以及圖2所示的，該混合氣體流係適用於被 傳送到-個包括有至免-個似組件^的分隔區域或組 件72。PSA組件73係將混合的氣體（或重組）流分成產 物氫氣流42以及至少一個含有存在於混合氣體流74中之 至少實質部份之雜質、或其他氣體的副產物流76。副產物 /现76可以不含有氫氣，但是其一般會含有一些氫氣。雖 然並非必要的，在本發明之範疇之中的是，燃料處理系統 64可以適用於製造出含有適合於當作用於燃料處理系統之 一個加熱組件的燃料、或原料流之一個或是多個含有足夠 份1氫氣（及/或其他氣體）的副產物流。在—些實施例之 中，副產物流可以具有足夠的燃料值（亦即m/或其 他可燃的氣體含量），用以使得當存在有加熱組件，加熱 組件可以將氫氣產生區域保持在一個所需的操作溫度戋是 在一個選定的溫度範圍之内。 疋 如顯示於圖2之中，氫氣產生組件包括有一個形式為 14 1290064 一個加熱組彳71❺溫度調節組件，其係適用於產生一個 適用於加熱至少氫氣產生組件之重組區域的排出流88。在 本^明之耗’之中的是，排出流88 T以被用來加熱氫氣 產生組件及/或能量產生系統22的其他部位。 如以虛線顯示在圖1以及圖2之中，在本發明之範鳴 中勺是來自PS A組件的副產物流可以形成用於加熱組件 、· ^ °卩伤的燃料流。亦如圖2所示的為可以從任何適

2空氣來源被運送出來的空氣& 9〇以及含有適用於與 J、I在加熱組件之中燃燒之任何適當可燃燃料的燃料 火、、：料机92可以當作用於該加熱組件的單獨燃料流 來使用但疋如所讨論的，在本發明範疇之内的是，可以 使用其他可燃燒的燃料流，像是來自pSA組件的副產物 机，來自一燃料電池疊之陽極的排出流等等。當來自系統 22之其他兀件的副產物或是排出流具有足夠的燃料值時， σ 、不使用燃料流92。當它們不具有足夠的燃料值時係用 於其他的用途’或是不會被產生出來，可以替代地或是組 合地使用燃料流92。 適當燃料的說明性例子包括有上文所描述之含碳原料 的其中一種或多種，然而可以使用其他種原料。如同經由 使用加熱組件71而在氫氣產生區域70之中達成及/或維持 之溫度的示範性例子，蒸氣重組器一般來說係在2001以 及900 C的溫度範圍内運作。在此範圍之外的溫度係落入 本發明的料之内。當該含碳原料為甲醇時，《氣重組的 反應一般來說將會在一個大約為200-500°C的一個溫度範 15 1290064 圍之内運作。此範圍的說明性子集包括有350-450 °C， 375-425°C以及375-40(TC。當該含碳原料是一種碳氫化合 物、乙醇、或是一種相似的醇類，一般將會使用一個大約 400-900°C的溫度範圍用於蒸氣重組反應。此範圍的說明性 子集包括有包括有 750-850。〇，650-750 ，700-800， 700-900。。，500-800。。，400-600。。及 600-800。。。 在本發明之範疇之中的是，該分隔區域可以實施在系 統22之内之氫氣產生區域的下游以及燃料電池疊上游的 • 任何處。在概略地說明於圖1中之說明性例子之中，該分 隔區域係被描述成部份的氫氣產生組件，但是這種構造並 非必須的。亦於本發明範轉之内的是，氫氣產生組件可以 使用除了 PSA組件73之外的化學或是物理分隔製程，用 以從混合氣體流移除或是降低一種或是多種選擇雜質的濃 度。當分隔組件72使用一個除了 PSA之外的分隔製程時， 5亥一個或是多個另外的製程可以在系統22之内的任何適 當位置處進行，並且不需要藉著該PSA組件來實施。一個 兒月丨生的化于分隔製程為使用一種甲烧化（methanation ) 催化劑’用以選擇地降低存在於混合氣體流74之中之一 虱化碳的濃度。其他的說明性化學分隔製程包括有一氧化 <的卩伤氧化，用以形成二氧化碳以及水的氣體轉移反應 來仗水以及一氧化碳產生氫氣以及二氧化碳。說明性的物 刀隔製私包括有使用一個適用於容許氫氣可以流過直 "、旦疋適用於防止至少選擇的雜質通過其間的物理性薄 膜或其他(V礙物。這些薄膜可以被稱為氫氣選擇薄膜。適 16 1290064 §蓴膜的^兒明性例子為從把或是一種妃合金所形成，並且 係加入本文之中作為參考。 氫氣產生組件46較佳地係適用於產生至少實質上純 的氫氣，且甚至更佳地，該氫氣產生組件係適用於產生純 的氫氣。對於本發明的目的來說，實質上純的氫氣係大於 90%純度，較佳地為大於95%的純度，更佳地為大於％% ，、’屯度且甚至更佳地為大於99.5%或甚至是99.9%純度。 適當燃料處理系統的說明性、非唯一例子係揭示於美國專 利第 6,221，117 號，第 5,997,594 號，第 5,861，137 號、以 及申請中的美國專利第2001/0045061號，第2〇〇3/〇l9225i 號以及第2003/0223926號。以上的專利以及專利申請案的 完整揭示内容係加入本文作為所有參考目的。 來自燃料處理系統64的氫可以經由產物氫氣流42而 被運送到儲存裝置62以及燃料電池疊24的其中一個或多 個。一些或全部的產物氳氣流42可以另外地、或替代地 經由一個適當導管而被運送，用於在另一個氫氣消耗製程 之中使用，為了燃料或熱而被燃燒，或是被儲存起來用於 稍後之用。參考圖1，當作用於燃料電池疊24之質子來源、 或是反應物使用的氫氣可以從燃料處理系統64以及儲存 裝置62的其中一個或多個處被運送到該燃料電池疊。燃 料電池疊24包括有至少一個燃料電池2〇、且一般包括有 複數個以流體的方式以及用電的方式互相連接^燃料電 池。當這些電池以串聯的方式連接在一起時，該燃料電池 疊的動力輸出為個別電池之動力輸出的總和。在燃料電池 17 1290064 疊24之尹的電池可以串聯地、並聯地、或是以串聯及並 聯結構的組合而被連接起來。 圖3概略地顯示出燃料電池2〇，該燃料電池的其中一 個或是多個可以被建構成用以形成燃料電池疊24。本發明 的燃料電池疊可以使用任何適當的類型的燃料電池，且較 佳地為接收氫以及氧作為質子來源以及氧化劑的燃料電 池。示範性例子之燃料電池的類型包括有質子交換薄膜 (PEM )燃料電池，鹼性燃料電池，固態氧燃料電池，熔 融碳酸燃料電池，磷酸燃料電池以及類似物。為了說明的 目的，一個PEM燃料電池形式的示範性燃料電池2〇係概 略地顯示在圖3之中。 ". ' ......-..... .. .. ； - 質子交換薄膜燃料電池一般係使用一個薄臈電極組件 26，忒組件係由一個座落在一個陽極區域％與一個陰極 區域32之間的離子交換、或是電解薄膜28所構成。每個 區或30以及32都包括有一個電極34，亦即分別為一個陽 極36以及一個陰極38。每個區域30以及32亦包括有一 個支撐件39，像是_個支撐板件4()。支撐件39可以形成 在本文中更加詳細討論之雙極板組件的一部份。燃料電池 2〇的支撐板件40係承載著由燃料電池產生的相對電壓電 勢。 r在知作4，來自產物流42的氫氣係被運送到陽極區 域σ亚且氧化劑44係被運送到陰極區域。一種典型的、 隹唯的氧化劑為氧。當使用於本文中時，氫表示的 是氫氣、且氧矣- 九衣不的疋氧氣。以下的討論將會參照當作用 18 1290064 於燃料電池或燃料電池叠 作氧化劑的氧，妙= 貝于來源、或燃料的氫以及當 乳然而在本發明之一 他的燃料及/或氧化劑。= 之乾命之内的是可以使用其 構從個別的來源47 r气x及氧44可以經由任何適當機 域。氧44之適冬爽：及48處被傳送到燃料電池的各個區 氣導到陰極區域的‘广機，鼓風機或是其他用於將空 人叙妒一乳般來5兄會經由-個氧化還原反應而彼此結 缚膜2"、限制了氣分子的通過，其將會容許氮 ^貝子）可以通過， 要疋由於該薄膜的離子傳導性。氧 ”、/原反應的自由此垔係驅使來自氫的質子通過離子交換 厚膜因為薄膜28亦傾向於不是電傳導的，—個外部電 係對於剩餘電子來說為最低的能量路徑、並且係概 略也頌示於圖3之中。在陰極區域32之中，來自外部電 路的電子及來自薄膜的質子係與氧結合來產生水以及熱。 亦顯不於圖3之中的為可以含有氫的陽極洗淨、或是 排出流54、以及一般至少部份之、如果並非實質的話、消 耗的氧之陰極的空氣排出流55。燃料電池疊24可以包括 有一個共同的氫氣（或其他反應物）饋入、空氣吸入、以 及燃料疊洗淨以及排出流，並且因此將包括有適當的流體 導管，用以將相關的流傳送到個別的燃料電池以及從個別 的燃料電池收集該等流。同樣地，可以使用任何適當機構， 用於選擇地洗淨該等區域。 實際上，一燃料電池疊24 —般將會含有複數個具有 19 1290064 將相鄰的薄膜電極組件分開之雙極板組件的 等雙極板組件基本上係容許自由的電子可以經=池。該 件而從一個第一電池的陽極區域通過到相鄰：：雙極板組 域’從而建立起一個通過該燃料電池疊的電& :陰極區 用來滿足一個施加的負載。這種淨流動的電子係=可:被 可以被用來滿足-個應用負载的電流，像是旦^ 一個 置52以及該能量產生系統22的至少其中之—。月"里消耗裝 對於像是12伏特或是24伏特之g^的輪出電星 出的動力可以藉著測量輸出電流來決p電的輸出可^ 用來滿足-個像是來自能量消耗裝置52的應用負載 概略地描繪出該能量產生系統22可以包括有至少 量儲存裝置78。當包括有裝置78時，裝置Μ可以適用於 儲存至少-部份來自燃料電池疊24的電力輸出或動力Μ。、 適當能量儲存裝置78的一說明性例子為電池，作是可以 使用其t裝置。能量储存裝S %可以另外地或替代地在 糸統的發動期間被用來提供能量產生系統22動力。

少—個能量消耗裝置52可以用電的方式被耦接 到“里產生糸統22,像是到該燃料電池疊24…或一個 或是多個與該燃料電池疊相關聯的能量儲存裝4 Μ。裝置 52係將-個負載應用到該能量產生系統22，並且從該系 統產生一個電流來滿足該負載。此負载可以被稱為應用負 載m以包括㈣及/或電負載。在本發明之範脅之中 的是該應用負載可以藉㈣燃料電池疊，該能量儲存裝 置，或燃料電池疊以及能量儲存裝置二者而被滿足。說明 20 1290064 :二子的裝置52包括有車辅，崎輛，船隻以及其他 母船舶以及住宅，商業辦公室或是建築物，周圍地區， 燈具以及照明組件，電器，電月遂，工業設備，訊號 』及通訊設備，無線電，在船上的電力元件，休閒車輛或 、他的車輛’充電盗以及甚至是用於其燃料電池疊24形 成-個零件之能量產生系統22之工廠平衡（―

Plant)電氣設備的任何一種或是多種組合。如在圖工之中 =το件付E 77用虛線表示的，該能量產生系統可以，但 疋不必屑，包括有至少一個動力管理模組π。動力管理模 組包括有任何適當的結構，用於調整、不然就是調節 ，月b置產生系統所產生的電力，像是用於運送到能量消耗 扁置52。模組77可以包括有此等示範性結構當作補償或 是增壓變換器，逆變器，動力過濾器以及類似物。 在圖4之中，一個PS A組件73的說明性例子係被顯 示出來。如圖所示，組件73包括有經由分配組件1〇2以 及1 04而以流體的方式連接之複數個吸附劑基底1 〇〇。基 底1 〇〇可以另外地或是替代地被稱為吸附劑容室或是吸附 區域。該等分配組件已經被概略顯示於圖4之中，並且可 以包括有任何適當的結構，用於選擇地建立以及限制介於 基底及/或組件73之輸入以及輸出流之間的流體流動。如 圖所示’該等輸入以及輸出流包括有至少混合氣體流74 , 產物鼠氣流4 2及副產物流7 6。適當結構的說明性例子係 包括有一個或是更多個歧管，像是分別適用於分配流體到 該等基底以及從該等基底收集流體的分配以及收集歧管， 21 1290064 以及像疋止回閥，螺線管閥，洗淨閥以及類似物的閥。在 所顯示的例子之中，三個基底1〇〇係被顯示出來，但是在 本發明之範疇之中的是基底的數目可以改變，像是改變成 包括有比圖4所示之更多或是更少的基底。一般來說，組 件73將包括有至少二個基底，且通常將會包括有三個， 四個’或更多個基底。雖然並非必要的，當該組件正在使 用且接收一個連續流動的混合氣體流7 4時，組件7 3較佳 地係適用於提供一個連續流動的產物氫氣流以排出此產物 氫氣流之複數個基底的至少其中之一。 在說明性的例子之中，分配組件丨〇2係適用於選擇性 地將混合氣體流74運送到複數個基底以及用以收集以及 排出副產物流76，且分配組件1〇4係適用於收集通過該等 基底並且形成產物氫流42之純化的氫氣，並且在一些實 施例之中該分配組件係用以將一部份純化的氫氣傳送到基 底用於當作一洗淨流使用。該等分配組件可以被建構成用 於相對於基底的固定式或是旋轉式定位。再者，該等分配 組件可以包括有任何適當類型以及數目的結構以及裝置， 用以選擇地分配，調節，計量，防止及/或集中對應氣體流 的流動。如同說明性，非唯一的例子，分配組件可以包括 有混合氣體以及排出歧管或歧管組件，並且分配組件1 〇4 可以包括有產物以及洗淨歧管或歧管組件。實際上，使用 相對於基底旋轉之分配組件的PSA組件可以被稱為旋轉變 壓式吸附組件，並且其中之歧管以及基底並不適用於相對 於彼此旋轉、以選擇地建立及限制流體連接的pSA組件可 22 1290064 以被％為固定基底、或分離基底、變壓式吸附組件。二種 結構皆落入本發明的範_之内。 藉著變壓式吸附作用的氣體純化係涉及連續的壓力循 環以及相對於吸附劑基底逆向流動的氣體流。在純化一種 包含有大部份為氫氣的混合氣體流之中，該混合氣體流係 在问壓之下被運送到該等吸附劑基底的一個端部，並且藉 • 此暴露於被包含在其吸附劑區域之中的吸附劑。用於混合 氣體流74之運送壓力的示範性例子包括有在4〇_2〇〇 py之 Φ 範圍之内的壓力，像是在50_150psi, 50-100pSi，100-150 psi , 70-100 pSi等等之範圍之内的壓力，然在此等範圍之 外的壓力亦在本發明的範疇之内。當混合氣體流流過該吸 附劑區域時，一氧化碳、二氧化碳、水及/或其他的雜質或 其他氣體的其中係會被吸附，並且從而被至少暫時地保留 在吸附劑上。這是因為這些氣體可更立即地吸附在Μ A組 件之中所使用之選擇的吸附劑上。現在或許可更正確地被 稱為純化氫氣流之剩餘部份的混合氣體流係通過該基底， _ 並且從該基底的另一個端部排出。在此内容中，氫氣可以 被描述成混合氣體流之較不立即吸附的成分，而一氧化 碳、二氧化碳等等可以被描述成混合氣體流之可以更立即 吸附的成分。產物氫氣流的壓力一般來說將會在氣體被燃 料電池疊使用之前被降低。 為了要移除吸附的氣體，混合氣體流的流動係被停 止’在該基底之中的壓力係被降低，並且現在被釋出的氣 體系從基底處被排出。釋出的步驟通常包括有經由一般是 23 1290064 在一個相對於饋入方向的逆流方向中抽出氣體，來選擇地 降低在該吸附劑區域之内的壓力。此釋出步驟也可以被稱 為一個減壓、或是下吹（blowdown)步驟。此步驟通常包 括有-個洗淨氣體&、或是與一種洗淨氣體流之使用一起 進行，該洗、淨氣體流一般來說是在—自料混合氣體流流 過吸附劑區域之方向的逆向流動方向中被傳送。一種適當 :淨氣體流的示範性例子為一部份的產物氫氣流，因為此 μ係i έ有氫氣，其係比吸附的氣體較不會立即吸附。可 以在洗淨氣體流中使用其他的氣體，然而這些氣體較佳地 為比吸附的氣體較不會立即吸附，並且甚至更佳的是不會 吸附、或只能微弱吸附在所使用的气附劑上。 如所討論的，此釋出步驟可以包括有在基底上抽出一 個至少σ卩伤的真空，但是此並非必要的。雖然如此並非必 要的，通常會需要使用一個或是多個均等化步驟，在此等 步驟之中二個或是多個基底係以流體的方式互相連接，用 ^容許基底可以將介於其間的相對壓力加以均等化。舉例 來兒 個或疋夕個均等化步驟可以在釋出以及加壓步驟 之削進行。在釋出步驟之前，均等化係被用來降低在基底 之中的壓力，及用以恢復被包含在該基底之中之一些純化 的風氣’然而纟（再）加壓步驟之前，均等化係被用來增 ^在該基底之内的壓力。均等化可以使用同流及/或逆流的 氣體來達成。在釋出氣體的釋出及/或洗淨步驟完成之後， 基底係被再次加壓並且準備好可以從被傳送到該基底處之 混合氣體流的部份再次接收以及移除雜質。 24 1290064 舉例來說’當一個基底準備好要被再生時，其一般是 處於一個相當高的壓力，且含有一個份量的氫氣。雖然這 種氣體（及壓力）可以直接藉著發洩該基底而被移除，在 ^組件中的基底將必須要在用來純化被傳送到被該基底之

混合氣體流的部份之前被加壓。再者，在要被再生之基底 中的虱氣較佳地係被恢復，以便於不會負面地衝擊PSA組 件的效率。因此，將這些彼此以流體相連通的基底互相連 接I來係合卉可以降低要在該基底之中再生的壓力以及氫 虱同枯亦可以增加在一個將會被用來純化被運送至其處 之氫氣（亦即，混合氣體流74 )之基底中的壓力以及氫氣。 除了或是取代一個或是多锻均等化步驟，一個將會被用來 純化混合氣體流的基底可以在運送混合氣體流到基底之前 ’ [β舉例來说，一些純化的氫氣可以被傳送到該基底， 用乂加[省基底。雖然在本發明範疇之内的是將此加壓氣 體傳送到該基底的任—端部，在_些實施例之中，可能需

要將加I氣體運送到該基底的相對端部，而不是混合氣體 流所被運送的端部。 ” A、、且件之整體操作的討論已經被稍微簡化。 壓式吸附組件的說明性例子，包括有其元件及操作該組 的方法係揭*在美國專利第3，抑，8 16號，第3,986,849號 第以化⑼$，第6,692,545號及第MM% n 專利的完整揭示内容係加人本文作為所有目的之參考。 在圖5之令，-個吸附劑基底1〇〇的說明性例子係 概略地顯不出來。如圖所示’該基底係界定出—個含有 25 l29〇〇64 於種吸附劑11 2的内部隔㈤i i 〇，且每種吸附劑係適用 之吸附混合氣體流的一種或是多種成份。在本發明之範疇 广。的疋可以使用多於一種的吸附劑。舉例來說，一個基 二可以包括有可以使用多於一種適用於吸附混合氣體流的 〜種特殊成份的吸附劑、像是用以吸附一氧化碳，及/或二 ‘ 種或是多種分別適用於吸附混合氣體流的一種不同成分的 ::附劑。同樣地，一種吸附劑可以是適用於吸附混合氣體 机的一個或是更多個成份。適當吸附劑的示範性例子包括 有活化的蚊、礬土以及沸石吸附劑。可以存在於基底之吸 附劑區域之内之吸附劑的另外一個例子為一種適用於吸附 存在於混合氣體流中的水的乾燥劑。示範性的乾燥劑包括 有二氧化矽以及礬土凝膠。當使用二種或是多種吸附劑 時，該等吸附劑可以被連續地定位（以一種連續或是中斷 的關ίτ、）於泫基底之内、或是可以混合在一起。應該了解 的疋在一個特別PSA組件中之吸附劑的類型、數目、份量、 及形式可以像是根據以下因素的其中一種或是多種來改 ，變·在PSΑ組件中預期的操作狀況，吸附劑基底的尺寸大 小，混合氣體流的成份及/或性質，pSA組件所產生之產物 氮氣流的所需應用，在將會使用之ps A組件中的操作環 境，使用者的喜好等等。 當该PSA組件包括有一種乾燥劑或其他除水成份或裝 置日^ ’違組件可以被定位成在從混合氣體流吸附其他的雜 質之A將水從混合氣體流處移除。如此的一項原因是該水 可能會負面地影響一些吸附劑吸附混合氣體流之像是一氧 26 1290064 化碳之其他成份的能力。一個除水裝置的說明性例子為凝 、、’σ為，但是可以在該氫氣產生區域與吸附劑區域之間使用 其他裝置，如在圖1中以虛線在元件符號丨22處概略地說 明的，舉例來說，至少一個熱交換器，凝結器或其他適當 的除水裝置可以被用來在將混合氣體流運送到PSA組件之 前冷卻該混合氣體流。此種冷卻作用可以凝結一些存在於 混合氣體流之中的水。繼續這個例子，且為了要提供一個 更加特別的說明，當從燃料處理系統的氫氣產生（亦即， 重組）區域被排出時，由蒸氣重組器所產生的混合氣體流 係傾向於含有至少10%的水，且通常是至少15%或是更多 的水。這些流亦傾向於是相當地熱，像是具有一個至少3〇〇 c的溫度（從甲醇或是相似含碳原料製造出來之許多混合 氣體流的情況中），以及至少60〇-8〇〇。(：的溫度（從天然 氣，丙烷或是相似含碳原料製造出來之許多混合氣體流的 情況中）。當在運送至PSA組件之前被冷卻時，像是冷卻 到一個在25-l〇(TC之範圍中或是甚至是4〇-8(rc之範圍中 的溫度，大部份的水將會凝結。混合氣體流可以仍然有飽 和的水，但是水的含量將傾向於少於5 wt%。 該或該等吸附劑可以用任何適當形式存於基底中，其 说明性例子係包括有顆粒形式，小珠形式，多孔圓盤或是 塊狀，塗層結構，層疊薄片，布料及類似物。當定位成在 該等基底之中使用時，該等吸附劑應該提供足夠的多孔性 及/或氣體流動路徑，用於混合氣體流未吸附的部份可以流 過基底而不會在整個基底中產生顯著的壓力降。當使用於 27 1290064 本文中時，一個基底含有吸附劑的部位將會被稱為基底的 吸附劑區域。在圖5中，一個吸附劑區域係整體地以元件 符號114表示。基底1 〇〇也可以（但是不必須要）包括有 間隔件，支撐件，網篩以及其他適當結構，用於將吸附劑 以及基底的其他成份以相對於彼此的選擇位置、以所需的 壓縮程度等等保留在隔間之内。這些裝置大體上係被稱為 支撐件並且在圖5中整體地以元件符號丨16表示。因此， 在本發明之範疇之中的是該吸附劑區域可以對應於基底讀 整個内部的隔間，或只是其一個次組件。同樣地，該吸附 劑區域可以包含有一個連續區域、或是二個或更多個分隔 開的區域，而不會偏離本發明的範齊。 :' . . ............ 在顯示於圖5中的說明性例子之中，基底丨〇〇包括有 至少一個與基底之每個端部區域相關聯的出入口丨1 8。如 以虛線表示的，在本發明之範疇之中的是，基底的任一個 或是二個端部可以包括有多於一個的出入口。同樣地，在 本發明之範疇之中的是，該等出入口可以側向地從基底處 延伸’不然就疋可以具有與圖5所示之概略性例子不同的 幾何形狀。無論出入口的結構及/或數目為何，該等出入口 係共同地適用於運送流體通過基底的吸附劑區域，以及用 以收集通過吸附劑區域的流體。如所討論的，該等出入口 可以像是根據PSA組件的特殊實施方式及/或在PSA循環 之中的階段而選擇地被用來當作輸入出入口或是輸出出入 口。為了要提供圖解例子之目的，圖6說明了一個基底1〇〇， 其中該吸附劑區域係沿著基底的整個長度延伸，亦即，介 28 1290064 於基底之相對的出入口或其他端部區域之間。在圖7之中， 基底100包括有一個包括有不連續子區域12〇的吸附劑區 域 1 14 〇

在像是基底H)0之吸附劑基底的使用期間，為了要吸 附雜質乳H (也就是具有被吸附劑所吸附之較大親合性的 氣體），一個質量轉移區域將會被界定在該吸附劑區域之 中。更加特別的是，吸附劑具有某一吸附能力，該能力係 至少部份地由混合氣體流的組成，混合氣體流的流率，吸 附劑所被暴露到混合氣體流的操作溫度及/或壓力，任何未 在先前被吸附劑所吸附的吸附氣體等等所界定。當混合氣 體流被運送到一個基底的吸附劑區域時，在吸附劑區域之 端部部位處而接近混合氣體運送出入口的吸附劑將會從混 口孔體机移除雜質。大體來說，這些雜質將會被吸附在該 σ附η]區域的一個次組件之内，並且該吸附劑區域的剩餘 部位將只會具有最少的、如果有的話、吸附雜質氣體。此 係稍微概略地說明於圖8之中，其中所示的吸附劑區域u4 係匕括有一個質置轉移區域，或地區，13 〇。 因為在最初質量轉移區域中的吸附劑繼續吸附雜質， 其將會接近或是甚至是達到其吸附這些雜質的能力。當此 I生4，该質量轉移區域將會朝向吸附劑區域的相反端部 矛夕動。更特別的是’當雜質氣體的流動超過吸附劑區域之 個特別部位（亦即’一個特別的質量轉移區域）用以吸 、氣體的此力’ 5亥寻氣體將會流出該區域並且進入吸附劑 區域的鄰接部位’在此部位處它們將會被在該部位處的吸 29 1290064 附劑所吸附，有效率地擴大及/或移動質量轉移區域大體上 朝向該基底的相對端部。 本說明係被稍微簡化，其中尤其是當該混合氣體流含 有多於一種被吸附劑所吸附的氣體時，該質量轉移區域通 常並不會界定出沿著吸附劑區域之均勻的開始以及結束邊 界。同樣地，這些氣體可以具有不同之被吸附的親合性， 並且因此甚至可以對於吸附劑位置而與彼此相匹配。然 而’吸附的一個實質部份（像是至少70%或更多）將傾向 於在吸附劑區域之一個相當局部化的部位發生，且此部位 或區域係傾向於在基底的使用期間從吸附劑區域的饋入端 4遷移到產物端部。此係概略地說明於圖9中，其中所示 的貝里轉移區域13〇係相對於其在圖8中的位置被朝向出 入口 11 8移動。據此，在吸附劑區域之部位丨14，中的吸附 :112,將會具有_的實f上降低之用以吸附另外的雜質的 女果有任何旎力的話。以其他方式來描述，吸附劑 :12’可以被描述成實質上、如果並非完全的話、以吸附的 氣體而飽和。為圖2 I、，Τϊ 长图8以及圖9中，吸附劑區域的饋入以及 產物端部係整體地以元件符㉟124以及126來表示，並且 整體地被稱為吸附劑區域最接近或最靠近基底之混合氣體 運达出入口以及產物出入口的部位。 ’且件的使用期間，該質量轉移區域將會傾向遷 移朝向以及遠離哄μ十，^ 附背丨區域的端部丨24以及1 26。更加呈 月豆地、且如所，认 …^ 、顺、，PSA是一種關於壓力以及流動方向 之重馒改變的循環性掣 $表私。以下的討論將會參照在循環中 30 1290064 的步驟如何容易影塑曾吾_ ^ Γσ LJU / 曰、里轉移區域（及/或通過吸附劑區域 之吸附氣體的分配）來描述PSA循環。應該了解的是質量 轉移區域的尺寸或長度將容易於在psA組件的使用期間改 ’欠，並且因此不容易是固定的尺寸。 在-個PSA循環的開始時，該基底係被加壓，並且該 混合氣體流係在壓力之下流過吸附劑區域。在此吸附步驟 其間，雜負（亦即，其他氣體）係被在吸附劑區域之中的 吸附劑所吸附。當這些雜質被吸附時，因為吸附劑區域之 最初部位的吸附氣體變成越來越飽和，該質量轉移區域係 傾向於朝向吸附劑區域的遠端或是產物端部移動。當完成 吸附步驟時，混合氣體流74到吸附劑基底的流動以及純 化氫氣（至少其一個部份將會形成產物氫氣流42)的流動 係被停止。雖然並非必要的，該基底可以因此承受一個或 是多個均等化步驟，在其中該基底係以流體的方式與在psA 組件中的一個或是多個其他基底互相連接，用以減少存在 於基底中的壓力以及氫氣，以及以壓力以及氫氣填充接收 的一個或多個基底。從饋入或是產物位置點鐘的任一或二 個位置點處，氣體可以從加壓的基底處被抽出。從產物出 入口抽出氣體將可以容易提供比從饋入接入口抽出氣體更 高純度的氫氣。然而，因為此步驟而產生的壓力降低將可 以容易地在氣體從該吸附劑基底處被移除的方向中抽出雜 質。據此’該質量轉移區域可以被描述成朝向吸附劑基底 最接近出入口的端部處移動，其中氣體係從該處入口處從 基底處被移除。以不同的用語表示，當該基底再次被用來 31 1290064 合氣體流吸附雜質時，其中大部份雜質係在 %間吸附之吸附劑區域的部位…p，該質量轉移區域， 將傾向㈣據料化氣體㈣基底處被抽出的方向而朝向 吸附劑區域的饋入或是產物端部移動。 " 力有關。因此’該減壓步驟可以包括有、繼之以、或至少 時間上有部份重疊的一個洗淨步驟，在洗淨步驟中通常為 低壓的氣體係被導入該吸附劑基底之中。此氣體係流過該 吸附劑區域，並且抽出釋出的氣體離開該吸附劑區域，且 该基底係接著被減麼，且此步驟一般來說係從饋入出 入口處抽出氣體，這是因為氣體流將會傾向於具有一個較 ^農度的其他氣體’而當在基底中的麼力降低時，該氣體 係從吸附劑釋出。此排出流可以被稱為副產物、或雜質、 流76,並且可以被使用於各種應用之中，包括有當作用於 燃燒器或其他燃然一個燃料流來產生一個加熱排出流之加 熱組件的燃料流。如所討論的，氫氣產生組件46可以白 括有-個加熱組件71，該加熱組件係適用於產生—個加ς 熱排出流’用^熱至少燃料處H統W1氣產生區域 7〇。根據亨利定律（Henry，s Law )，從吸附劑釋出之吸附 礼體的份I係與存在於吸附劑基底中之吸附氣體的部份壓 此種釋出氣體的移除係會造成氣體從吸附劑的進一步釋 出。如所討論的’ 一種適當的洗淨氣體為純化的氫氣，像 疋先岫由PSA組件所產生的。一般來說，該洗淨流係從吸 附劑區域的產物端部流到饋入端部，用以將雜質（並且因 此重新定位量轉移區域）朝向吸附劑區域的饋入端部推 32 1290064 動在本發明之範疇之内的是，洗淨氣體流可以形成一部 伤的刻產物流、可以當作一個可燃燃料流（像是用於加熱 、、且件71 )來使用，及/或不然可以被使用於pSA或其他的 製程之中。 PS A循環的說明性例子現在已經完成，並且一般會開 妃一個新的循環。舉例來說，被洗淨的吸附劑基底接著係 被再加壓，像是藉著成為一個用於另一個處於均等化吸附 Μ基底的接收基底，以及選擇性地可以被進一步被運送到 該基底處的純化氫氣所加壓。藉著使用複數個吸附劑基 底，一般來說是三個或更多個，該pSA組件可以是適用於 接收一個連續流動的混合氣體流74以及產生一個連續流 動的純化氫氣（亦即，一個連續流動的產物氫氣流42)。

雖然非必要的，用於吸附步驟、或階段的時間通常為psA 循裒的一刀之一或二分之一，像是接近用於一個ΜΑ循環 之時間的一半。 很重要的是，在質量轉移區域到達吸附劑區域的遠端 (相對於混合氣體流所被運送到吸附劑區域的方向）之前 停止該吸附步驟。換句話說，混合氣體流74的流動產物 氫氣流42的移除較佳地應該在其他需要從氫氣被移除的 氣體與氫氣一起從該基底處被排出之前被停止，這是因為 吸附劑已經被吸附的氣體所飽和，並且因此可能不再能有 效地防止這些雜質氣體在所需地是一種純化氫氣流中被排 出。該產物氫氣流之被需要由PSA組件移除之雜質氣體的 污染可以被稱為突破作用，在其中雜質氣體係“突破（^^乂 33 1290064 through ) ’’該基底的吸附劑區域。傳統上，已經使用一氧 化碳檢測裔來決定何時該質量轉移區域是接近或是已經到 達吸附劑區域的遠端，並且藉以是，或將會，存在於產物 氫氣流之中。一氧化碳檢測器係比用於另外存在於混合氣 體流中之氣體之其他氣體的檢測器更常使用，因為當一氧 化石反即使疋以數百萬分之一（ppm )存在時都可能會傷害 許多燃料電池。雖然是有效率的、且在本發明之範疇之内， 此檢測機構必須使用一氧化碳檢測器以及相關的檢測設 _ 備，其係傾向於很昂貴的並且會增加PSA組件的複雜性。 至少在藉著變壓式吸附之氫氣純化的情況中，該吸附 劑係傾向於在質量轉移區域中比吸附劑區域其他部位、像 是區域從質量轉移區域的上游、以及尤其是下游、中更熱。 這是因為吸附氣體之吸附作用的熱所造成的。此種溫度差 異可以被像是混合氣體流的流率，吸附劑的類型，吸附的 氣體，吸附劑的包裝或其他形式等等的因素而改變，但是 其差異應該至少是攝氏數度。舉例來說，該溫度差異可以 是至少l°c，至少2。(：，至少代，至少，或更高。如 更詳細地討論於本文之中的，系統14〇也可以被稱為溫度 組件適用於測量在吸附劑區域之内或是與該吸附劑區域相 關的至少一個位置中、且較佳地為二個或是更多個位置之 吸附劑的/里度，以及用以至少部份地反應該溫度來控制psA 組件的操作。 回到圖4，概略地顯示出來之根據本發明的ps a組件 仏包括有一個以溫度為基礎的突破作用檢測系統丨4〇，該 34 1290064 糸統係與每個將會被用來純化混合氣體流74的基底相關 聯。系統140係適用於檢測在每個基底1〇〇之吸附劑區域 的至少一個部位之中該吸附劑的溫度（直接或間接地）。 因此’系統140包括有至少一個適用於檢測在每個基底之 吸附劑區域的一個部位之中或是與該部位相關之溫度的溫 度感測為’或檢測器，142、以及至少一個適用於至少部 份地反應該溫度來控制PSA組件、及選擇性地該氫氣產生 組件及/或燃料電池系統之另外部位之操作的控制器丨44。 系統140也可以被稱為以溫度為基礎的突破作用防止系統 及/或以溫度為基礎的控制系統，其中，其係適用於檢測何 時該吸附劑基底係接近及/或在一個突破散說之中、以及甩 以反應該檢測來控制至少psA組件73的操作，用以防止 突破作用發生。當使用於本文中時，用詞“突破狀況，，係 表示當吸附劑區域的質量轉移區域係出現在該吸附劑區域 的一個遠端或產物端部部位，或子區域的時候。這個端部 部位可以包括有一個選擇百分比的吸附劑區域，像是吸附 劑區域（亦即，吸附劑區域最接近產物出入口的部位）的 最後二分之一，或是其次組合，像是3〇%，25%，2〇%，15%， 10%，5% ’或更少。換句話說，突破狀況係發生在至少一 種其他氣體之吸附作用的一個實質部份發生在該吸附劑區 域的遠端部位（亦即，遠離該饋入出入口）時。如本文所 纣淪的，系統140係適用於藉著檢測在吸附劑區域中之至 少一部份吸附劑的溫度來檢測出突破狀況、及將此溫度與 一個參考溫度相比較。

35 Ϊ290064 溫度感測器142可以包括有任何適當的裝置或是機構 適用於檢測（直接或間接地）在吸附劑區域之一個選擇部 位之内之吸附劑的溫度。熱耦為適當裝置的_ 非唯-的例子。在…中，只有顯示出-個單Π溫 度感測器142。在本發明之範疇之中的是可以使用比一個 更多的感測器。舉例來說，在圖Π，一個說明性的基底i 〇〇 係被顯示成具有沿著吸附劑區域的長度而分隔開的複數個 溫度感測器142。如圖所示，一連串八個溫度感測器係被 顯示出來且沿著吸附劑區域的長度而分隔開。在本發明之 範疇之中的是可以使用更多或更少的感測器，包括有使用 多於一個的感測器來檢測在一個沿著吸附劑區域之長度之 特定位置處的溫度。雖然對於突破狀況之檢測或通過吸附 劑區域之雜質的其他阻礙通過來說並非必要的，在一此實 施例之中可能會需要有一個或是多個溫度感測器座落成沿 著基底的中間區域及/或基底的饋入端部區域，像是用以使 付糸統14 0可以決疋質篁轉移區域在該基底之内的相對位 置’而不是直接決疋疋否该質頁轉移區域是位於該吸附劑 區域的一個遠端部位之内。. 如同以虛線顯示在圖12之中，亦於本發明之範.之 内的是可以包括有至少一個溫度感測器，其係與在吸附劑 區域外側之基底之一個部位相關及/或與一個或是多個出入 口 11 8相關，像是用以檢測流入及/或流出該吸附劑基底之 氣體的溫度。“相關 的意思是表示該溫度感測器可以檢 測吸附劑或其他必須要被測量溫度之結構的實際溫度，但 36 1290064 疋：個溫度也可以是間接測量的。間接測量的—個例子曰 :量相鄰結構的溫度。在此種結構中，吸附劑的實際、： 或其他的結構可能為未知的，但是該測量溫度將會大^ =應實際溫度，並且因而可以被用來當作所需溫度的—個 接、或相對的測量結果。另一個例子 個與要被測量之、、田Λ /丨从机Μ ^ Κ ^測一 受板別里之/凰度成比例的數值。舉例來說，當一個埶 輕被用來當作溫度感測器時，來自該熱耗的輸出為一個電 並且可以使用包括有相對差異及/或其改變之檢測的電 έ。如同另一個例子’當使用一個電阻器來檢測溫度時， 該電阻器的測量電阻係與溫度成比例。 在圖10到圖12之中，基底100係被概略顯示出來， 且在本發明t範脅之中的是可以使用任何適當的結構 括有那些於本文之中討論、結合及/或說明的。同樣地，感 測器142已經以圖示的方式顯示在圖1〇到圖12之中，部 份地在基底100之内且部份地在該基底外側，用以概略地 呈現出該等感測器可以被座落在相對於吸附劑或其他要被 測量結構的任何適當的位置處。舉例來說，此可以包括有 其中感測器的一個部位係與吸附劑直接接觸而延伸的位 置、或是其他在基底之内的結構及/或其中感測器係被座落 在該吸附劑區域外部或甚至是在該基底外部的位置。定位 在外部的感測器可以間接地檢測吸附劑的溫度，像是經由 吸附劑所傳導的熱。 &制器144包括有任何適當類型以及數目的裝置或是 機構，用於比較得自至少一個感測器丨42的測量溫度與至 37 1290064 少一個參考溫度，並且如果該測量溫度與該參考溫度相差 多於一個預先選擇的起點數值時，反應該溫度來產生至少 一個輪出訊號。一個示範性，非唯一的例子，控制器144 可以包括有一個或是多個類比或是數位電路，邏輯單元或 疋處理器，用於操作當作軟體儲存在記憶體之中的程式， 一個或是多個彼此互相連通等等之分開的單元。控制器144 也可以调節或控制氫氣產生組件或是燃料電池系統的其他 部位、及/或可與其他適用於控制氫氣產生組件及/或燃料 電池系統之操作的控制器相連通。控制器144係被顯示於 圖4之中如同實施為一個分開的單元。其也可以實施成如 同分開的元件或是控制器，像是一個用於每個基底的控制 器此專分開的控制器因此可以經由任何適當連通連結器 彼此相連通及/或與存在於系統22及/或組件46中的其他 控制裔相連通。另外的示範性例子包括有一個控制器，該 控制器係接收被一個或是多個感測器142檢測的溫度，比 較一個或是多個測量溫度與一個或是多個參考溫度，以及 反應該比較來產生、或選擇地產生一個輸出訊號。該輸出 訊號可以是一個指令訊號，像是用以改變pSA組件、氫氣 產生組件及/或燃料電池系統的操作狀態，及/或其可以包 括有被另一個控制器接收及處理的一個數值或是輸入，用 以產生一個所需之操作狀態的改變。在圖1 〇到圖1 2之中， 參考符號146係概略地指示該控制器係適用於至少部份地 反應一個或是多個測量溫度及/或此溫度對於一個或是多個 多考’孤度或疋起點數值的關係來產生一個或是多個輸出訊 38 1290064 =Γ:Γ=，此關係可以包括有比較該等溫度及/或數 〜曰户委. ”偏離大於-個預定像，是否該測量 ，皿度疋在參^度或是數㈣—個預 測量溫度是笔於S丨、、 ^ ^ ^ ,、、、 ^樣大、及/或大於參考溫度等等。 量的度的說明性例子係包括有儲存或是先前測 ^疋數值。其他的例子包括有由系統⑷測量的 度像疋攸與參考溫度相比較的測量溫之 的上游（亦即，在燃料處理系統或混合氣體流74 之其他來_對於PSA組件的方向中）或是下肖（亦即， 燃^池豐24或產物氫氣流42之其他目的地相對於似 :且件的方向中）。舉例來說，系、统140可以是適用於將一 二j里溫度與得自感測g 142的先前測量溫度、儲存起點 值、及/或-個或是多個被其他感測器142測量的溫度相 比杈。先前測量的及/或其他的起點數值可以被儲存在該控 制益的一個記憶體部位。該記憶體部位可以包括有揮發的 及/或非揮發的部位。 沿著吸附劑區域之長度分隔開之複數個感測器的一個 :處是可以決定在一個特定區域中的相對溫度。舉例來 說’因為在區g U4中之吸附劑的溫度係傾向於在質量轉 移區域中增加，可能需要比較在或接近吸附劑區域之遠 (相對於混合氣體流的輸入出入口）端部部位之吸附劑的 溫度與得自此參考溫度之吸附劑上游（亦gp，較接近吸附 劑區域的饋入端部、而混合氣體流係經過該端部被導入該 吸附劑區域之中）的溫度。當該質量轉移區移動通過該吸 39 1290064 附劑區域時，吸附劑沿著該吸附劑區域之溫度的相對增加 以及後續的減少可以提供該質量轉移區域在該吸附劑區域 之内之位置的一個指示。此指示係依次地提供該基底是多 接近被吸附劑所飽和，亦即，當該基底接近或是處於突破 狀況時，的一個指示。系統140可以是適用於至少部份地 反應是否檢測到一個突破狀況來控制至少該PS A組件的操 作。 另一個使用測量溫度當作參考溫度的可能益處是：該 吸附劑基底，包括其吸附劑區域114，將傾向於在pSa組 件的使用期間增加或是減少溫度，像是反應於以下的此等 因素：運送到基底之混合氣體流的流率及/或溫度，其中一 個目前在建構一個基底之PS A製程的階段，在該基底之内 的操作狀況，任何被運送到該基底之洗淨流的基底流率及/ 或溫度等等。雖然在一些實施例之中可以使用一個並未與 任何這些因素互相相關的絕對溫度的讀數，其可能需要比 較一個檢測溫度與以下至少其中之一、不然就是使該檢測 溫度與以下至少其中之一相關聯：一個先前檢測的起點溫 度或是溫度範圍、一個儲存或是預選的起點溫度或是溫度 範圍、及/或一個或是多個在PSA組件中其他處測量到的 溫度或是與其相關之流體流動，像是（但是並不限定於）， 在相同吸附劑區域中的上游或是下游處，在該吸附劑基底 中的其他位置，在被運送到該基底或是從該基底移除之流 體流之中等等。因此’藉著測量在該吸附劑區域之内之吸 附劑的溫度，系統140可以是適用於決定吸附劑在吸附劑 1290064 區域之内的飽和程度1質量轉移區域在該吸附劑區域之 、:相對位i田貝置轉移區域接近或是達到吸附劑區域 的遠端或是端部部位等等時。 一 在才欢測到犬破狀況，及/或檢測到超過參考溫度或是起 點數值的測量溫度時，控制胃144可以是適用於至少部份 地反應於該檢測而直接或是間接地改變psa組件的操作狀 態’用以防止發生實際的突破作用。說明性的起點數值包 括有對應目前或是先前的測量溫度或是起點溫度之預定的 起點溫度以及溫度範圍，像是，2<>c，3。〇，5它等等。 故些反應的說明性例子包括有以下的其中一種或多種··縮

短或是改變PSA組件的循環時間,縮短循環中的吸附，停S 止混合氣體流到該基底的流動以及該始進行減壓（以及選 擇地均荨化步驟以及洗淨步驟的至少复 、 乂，增加在 該循環之中的洗淨時間，增加在洗淨步驟其間之洗淨氣體 的流率，中斷或是停止通過吸附劑基底及/或psa組件之 混合氣體流的流動，停1 PSA組件（及/或該氣氣產生& 件及/或該燃料電池系統），改變一個操作者，停止洗淨步 驟等等。 ' 雖然在本發明之範脅之内的是，對於所有的實施例來 說並不需要系統140在檢測到一個突破狀況時馬上停工 不然就是改變PSA組件（或是氫氣產生組“或：燃料 電池系統22)的操作狀態。舉例來說’通過吸附劑區域之 混合氣體流的組成及/或流率，包括有其接近—個特定溫度 感測器的部位’可能會在PSA組件的使用期間波動。雖然 41 1290064 這些流動以及成份較佳地是相當穩定或是為固定的，應該 要察知的是很容易發生變化以及波動。據此，一個檢測的 犬破狀況可以很快地在最初的檢測之後停止受到檢測。據 此’在一些實施例之中，對於系統丨4〇來說可能希望直到 檢測到一個突破狀況為止都不會停止或是改變pSA組件 (及/或組件46及/或系統22 )的操作，並且繼續檢測多於 一段選疋的時間（像是至少1秒，5秒，1 〇秒，3 〇秒等等）， 及/或在二個或是更多個連績PSA循環之中被檢測。相關 地，在一些實施例之中，對於要在從吸附劑區域之遠端上 游被測量的測量溫度來說可能會需要提供一個介於温度被 檢測的吸附劑與吸附劍區域的遠端之ϋ吸附劑區域。舉 例來說，檢測與在吸附劑區域之遠側三分之一之内的吸附 劑相關的測量溫度（或更少的吸附劑區域）、但是不檢測 在吸附劑區域最後20%，1〇%，5%或是3%之内的測量溫

度可以提供一段時間來確認突破狀況的存在以及實施PSA 組件（及/或組件46及/或系統22)之操作狀態的一個所需 改變。 在檢測突破狀況時，系統140可以適用於停工該pSA 、且件（及/或個相關的氫氣產生組件46及/或燃料電池系 統匕。迫種停工作用可以經由任何適當的連續步驟來實施， 其範圍係像是從該組件以及所有相I系統的_個立即停工 到-個受到控制的停工，在該受到控制的停工中，該組件 (以及相關的裝置）係遵循一個規定順序的停工步驟。舉 例來說’停工的步驟可以包括有均等化基底來獲取包含在 42 1290064 其中的氫氣以及使用在該基底之内之至少一些壓力。如同 另一個例子，㉟等停卫的步驟可以包括有循環該psA板件 通2 —個或是多個，像是2_2〇個、3_1〇個、4_8個、6個 等等之#x短的PS A循環。以—系列較短ps A循環來停工a 組件的-個益處是：可以再生該吸附劑基底可以，並且藉 以當該系統被再次發動時準備好使用。較短整體psA循環 的-個變化是相對於使用在開始進行停工例行操作之前之 PS A循&中之洗淨以及吸附步驟，—個較短的洗淨步驟及/ 或較大的洗淨氣體體積。 另一個藉著系統140之對於一個突破狀況之檢測的適 t ^ ^ ^ ^ ^ ^ > t ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 、且件可以jT止基底的吸附步驟，其中該突破狀況係被 檢測且用以過渡到另—個用於純化該混合氣體流的基底。 如所討論的，此係可以包括有停止混合氣體流到基底的流 動、其中突破狀況係被檢測到及/或產物氫氣流從該基底處 的流動’均等化該基底’減壓以及洗淨該基底等p 另一個藉著系統14〇之對於-個突破狀況之檢測的適 當^是繼續操作該PSA組件，但是與在檢測到突破狀況 之前使用力PSA循環之中的這些數值相較，係以一個較短 的循環時間及/或一個較長的洗淨時間及/或較大的洗淨氣 體流率。舉例來說’在檢測到-個突破狀況時，系統14〇 可以是適用於以-個預定量縮短整個循環時間或是吸附時 間之至少其中之-，該預定量係像是5%，1()%，15%或更 多。該PSA組件因而可以用此新的循環時間繼續運作。如 43 1290064 果繼續檢測到突破狀況的 几的冶，循環時間可以用相 同的預定增量再被減少。如果 孑疋不 或是超過預先選擇的最小彳才間達到 取〗循％時間或是吸附時間的 統140可以（但是不必要） 系 茺J钕工該pSA組件。 相似於以上討論之示範性停工例行操作的變化 反應的一個變化（亦即，給 上 p鈿短循環時間及/或吸附時間）孫 用以加長洗淨時間及/或掸加咮 )係 飞曰加洗冷氣體的流率。較佳地，吸 附或是循環時間的減少及/式 次 ,Λ 及/或洗淨時間及/或洗淨流動的婵 加應談會將質量轉移區域推 旳a

门及附區域的自由端部。如闾 另一個變化，系統14〇 J 了以疋適用於接著在循環或是吸附 :…咸少之後接著以一個第二預定增量增加此 減少洗淨時間/流動）。此第二増量可以相同於，少於，或 多於時間於先前所減少的晋。 如所讨确的，較短的循環時 間或其他校正步驟係足以部份地再生吸附劑，並且藉以將 質讀移區域移動遠離該吸附劑區域的遠端。因此，㈣ ^:以恢復到或是朝向其原始狀態。萬—後來再次檢測 破狀況，該時間可以被再次減少-個決定的量等 等。系統 140可以杲滴田认Μ ^丄 疋適用於4待直到突破狀況並未在任何 土底中被檢測到及/或在一個選定數目的循環中未被檢測 到，像是2個循環、3個循環、5_iQ個循環等等，在增加 循環時間、H就是將操作狀況恢㈣或朝的狀 況。 —另一個藉著系統140之對於一個突破狀況之檢測的示 範性反應是像是對於操作者或其他使用者的一個警告。該 44 1290064 警告可以經由任何適當的機構來提供，並且可以在接近PSA 組件處及/或遠離該組件處產生。舉例來說，該警告可以藉 著聲覺及/或視覺訊號，電子訊號，電子通知以及類似物來 貫施。當系統140係適用於反應於一個突破狀況的檢測來 產生一個警告，其更可以適用於產生一個或是多個複數個 警告，像是根據以下因素：自從該突破狀況被檢測到經過 的時間，自從該突破狀況被檢測到經過的pSA循環之數 目，突破狀況於其中所被檢測到之吸附劑區域的部位，突 破狀況於其中被檢測到之吸附劑附近連同吸附劑區域的遠 端等等。舉例來說，一個第一警告可以在最初檢測到一個 突破狀況時產生，且另外的（選擇性地為有差異的）警告 係當突破狀況繼續被檢測到及/或該狀況的位置朝向吸附劑 區域的遠端移動時產生。 在本發明之範疇之中的是具有根據本發明之以溫度為 基礎的突破檢測系統140的PSA組件73可以實施多於一 個的不範性反應，用以檢測本文所描述的突破狀況及/或可 以是適用於檢測本文描述之任何示範性突破狀況，或是觸 發事件。 在本發明之範疇之内的是，該PS A組件的循環時間係 由以溫度為基礎的突破作用檢測系統來決定。在此種實施 例之中’吸附步驟係會繼續進行，直到系統丨4〇檢測出一 個大破狀況為止。可以使用本文所描述的任何檢測機構以 及參考溫度。當檢測到突破狀況時，該控制器可以像是經 由一個或多個輸出或命令訊號來將混合氣體流的流動引導

45 1290064 到停止於其中檢測到突破狀況的基底，且該混合氣體4 流動係被引導到另-個在該PSA組件之中的基底。如^ 論的’其中檢測到突破狀況的基底可以繼續進行通過其均 等化，減壓及/或洗淨步驟。這些步驟可以具有任何適當的 長度’亦即代表該PSA、组件之總循時間的任何適:部 份。這些步驟的其中一個或是多個可以包括有一個事：選 定的時間，像是一個固定的均等化時間。同樣地，這些= 間的其中一個或是多個可以是吸附時間的一個百分比^ 一 般來說，用☆這些步驟的時間將f在用於分隔系統之時間 的50-150%之内。如同一個說明性的例子，可以使用相等 的時間，但是在本發明之範疇之中的是可以使用這個範圍 之外的時間。這種實施方式與先前的例子在某些方面係不 相同.吸附步驟可以繼續進行直到檢測到突破狀況為止、 而不是預定的循環時間，除非被過早地中斷或是被檢測到 突破狀況所停止為止。 以Μ度為基礎的突破作用檢測系統丨4〇之實施方式之 說明性，非唯一的例子係包括有，但是不限定於，以下實 化方式的其中一種或是多種，可以被實現在以下的其中一 個或是多個：一個PSA組件；一個適用於純化氫氣的“A 組件；一個氫氣產生組件，其係包括有一個適用於產生一 個含有氫氣當作其主要成份以及其他氣體之混合氣體流的 燃料處理器以及一個適用於從該混合氣體流產生一個產物 氫氣流的PSA組件；一個適用於從一個用於一燃料電池疊 之田έ氫氣流移除雜質的PSA組件；一個含有一個燃料電 46 1290064 池豐的燃料電池系統；一個氫氣純化PSA組件以及_個要 被PSA組件純化之氫氣來源（且該來源選擇性地包括有一 個燃料處理器、且在一些實施例中為一個蒸氣重組器）； 以及一個氫氣產生組件，其係包括有一個適用於產生一個 含有氫氣當作其主要成份以及其他氣體的混合氣體流的燃 料處理器以及一個適用於從混合氣體流移除雜質（包括有 一氧化碳）的PSA組件（以及選擇性地是一個適用於接收 至少一部份純化混合氣體流的燃料電池疊）： 一個以溫度為基礎的檢測系統係適用於至少部份地反 應於在该組件之吸附劑區域之内的一個測量溫度來決定用 於一個PS A組件的循環時間。 一個以溫度為基礎的檢測系統，其係適用於至少部份 地反應於介於在該組件之吸附劑區域之内的一個測量溫产 與一個參考溫度之間的關係來決定用於一個ps A組件的循 環時間。 一個以溫度為基礎的檢測系統，其適用於至少部份地 反應於介於在該組件之吸附劑區域之内的一個測量溫产盘 一個參考溫度之間的關係來決定用於一個PSA組件的循環 時間，其中該參考溫度亦與該吸附劑區域之一個或多個其 他部位、流入、流過或是流出該吸附劑基底的氣體、以及 該吸附劑基底的成份相關。 一個以溫度為基礎的檢測系統，其適用於檢測在一個 PSA組件中之一個吸附劑區域中之即將發生的一氧化碳突 破作用’而不必測量在該吸附劑區域中或是與該區域相關 47 1290064 之一氧化碳的濃度，以及選擇性地不必測量在該吸附劑區 域中或疋與咸區域相關之任何氣體的濃度。 一個以溫度為基礎的檢測系統，其係適用於根據在_ 個PSA組件之一個吸附劑基底之内測量的一個或是多個溫 度、以及選擇性地根據在其一個吸附劑區域中測量的一個 或是多個溫度建立起用於該PSA循環的吸附時間。 一個以溫度為基礎的檢測系統，其係適用於防止在_ 個PSA組件之一個吸附劑基底中的突破作用藉著監控至少 一個與该吸附劑基底相關、及選擇性地在該吸附劑基底中 之吸附劑的測量溫度，以及將至少一個測量溫度比較至少 一個參考溫度。 一個以溫度為基礎的檢測系統，其適用於決定在一個 PSA組件之一個吸附劑基底的一個吸附劑區域之内之質量 轉移區域的位置、或是主要的質量轉移區域。 一個以溫度為基礎的檢測系統，其適用於至少部份地 反應於一個或是多個與在該PSA組件之一個吸附劑區域中 之吸附劑相關的測量溫度，而減少在一個pSA組件中的psA 循環時間。 一個以溫度為基礎的檢測系統，其係適用於停工ps A 組件，一個氫氣產生組件，其係適用於一個要被psA組件 純化成一個產物氫氣流之含有氫氣的混合氣體流，及/或一 個燃料電池疊，其係適用於至少部份地反應一個或是多個 與在孩PSA組件之一個吸附劑區域中之吸附劑相關的測量 溫度，而接收至少一部份的產物氫氣流。 © 1290064 一個以温度為基礎的檢測系統，其係適用於至少部份 地反應-個或是多個與在該PSA組件之—個吸附劑區域： 之吸附劑相關的測量溫度，而停止PSA循環的吸附步驟。 一個以溫度為基礎的檢測系統，其係適用於至少部份 地反應一個或是多個與在該PSA組件之— 之吸附劑相關的測量温度，而產生至少一 的通知。 個吸附劑區域中 個警告或是其他 一個以温度為基礎的檢測系統，其係適用於至少部份 地反應一個或是多個與在該PSA組件之—個吸附劑區域中 之吸附劑相關的測量溫度，控制一個燃料處理系統的操作 及/或改變其操作狀態，該燃料處理系統係適用於產生—個 要被一個PS A組件所純化的混合氣體流。 一個以溫度為基礎的檢測系統適用於至少部份地反應 一個或是多個與在該PSA組件之一個吸附劑區域中之吸附 劑相關的測量溫度，而控制含有一個PSA組件之燃料電池 系統的操作及/或改變其操作狀態。 一個以溫度為基礎的檢測系統，其係適用於檢測出在 一個PSA組件中之一個突破狀況，包括有在其一個吸附劑 基底中及/或在其一著吸附劑基底之一個吸附劑區域中。 一個以溫度為基礎的檢測系統，其係適用於檢測出一 個在一個PS A組件之中的突破狀況，包括有在其一個吸附 劑基底中及/或在其一著吸附劑基底之一個吸附劑區域中， 並且至少部份地反應該突破狀況的檢測來調整或是控制至 少該PSA組件的操作、以及選擇地控制一個相關的燃料處 1290064 理系統，燃料電池疊，氫氣產生組件及/或燃料電池系統。 個以、/JZL度為基礎的檢測糸統適用於至少部份地反應 一個或是多個與在該PSA組件之一個吸附劑區域中之吸附 劑相關的測量溫度，而選擇地增加及/或減少一個或多個吸 附時間、整體的PSA循環時間、洗淨時間及/或燃料氣體 的流率。 任何以上的檢測系統，其中該系統係適用於比較一個

或多個測量溫度與一個或多個參考溫度，且該或該等參考 恤度係遥擇地包括有一個或多個測量溫度，一個或多個儲 存數值， 一個或多個先前的測量溫度及/或一個或多個起點 數值。 任何以上的檢測系統，其中該系統係適用於決定是否 一個測量溫度是在一個或多個參考溫度之一個預定範圍之 内（以上及/或以下）、等於一個或多個參考溫度、及/或 超過一個或多個參考溫度。

任何以上的檢測系統，其中該系統係適用於比較一個 或多個測量溫度與一個或多個參考溫度、且該或該等參考 溫度選擇的地包括有一個或多個測量溫度、一個或多個儲 子數值 個或夕個先前測量的溫度及/或一個或多個起點 數值。 任何以上的檢測系統以及其實施方式，係以一個以溫 度為基礎的突破作用防止系統來表達。 任何以上的藉著一個pSA組件實現的檢測系統，其中 人S A、、且件/、有複數個適用於接收一個混合氣體流的吸附 50 1290064 劑基底，該混合氣體流包括有氩氣當作复 土要成份並豆 係藉著以及一個燃料處理系統而產生 '、 必乂然枓處理季絲白 括有至少一個適用於藉著菜氣重& & $ - ·、m水及—種含碳原料來產 生該混合氣體流的重組區域，且至少爷 豕燃科處理系統的該 或該等重組區域係適用於被一個加熱組件所加埶，選擇性 地該PSA組件適用於提供至少—個燃料流到該加熱組件， 以及選擇性地進一步地與一個適用於接收至少一部份由 PSA組件所產生之純化氫氣的燃料電池疊相結合。 用於實現以上任何系統之製程及/或使用以上任何系統 的方法。 雖然在本文中所討論的是用於純化氫氣的PSA組件， 在本發明之範疇之中的是本文所揭示的pSA組件及/或以 溫度為基礎之突破作用檢測系統可以被使用在其他的應用 之中’像是用以純化在燃料電池或其他系統之中的其他混 合氣體流。 工業應用性 "變壓式吸附組件以及包括有該組件的氫氣產生及/或燃 料私池系統係可以應用於氣體產生以及燃料電池的領域之 中’包括有其中產生、純化及/或消耗氫氣來產生電流的領 域。 相信上文所提出的揭示内容涵蓋了具有獨立實用性的 夕種不同發明。雖然這些發明中的每個發明已經以其較佳 开〉式被揭示’本文所揭示及說明的特殊實施例不應該被視 為可能的許多變型之限制。本發明的標的包括有本發明所 51 1290064 揭示之各種元：’特徵’功能及/或性質之所有新賴且非顯 者的組，以及=組合。同樣地，#該等申請專利範圍 一個或* 一個第一，，元件或是其同等物日I 請專利範圍應該被解釋成包括有一個或是多個此等元件之 結合，而不需要也不需要排除二個或是多個此等元件。之

相信以下的申請專利範圍特別指明某些針對所揭示之 其中一個發明、且為具有新穎性及進步性的纟且人以及" 組。體現於其他特徵、功能、要件及/或性f之心以及^ 組合之中的發明可以經由修正目前的申請專利範圍或是在 本申請案之中或是相關申請案之中提出新的申請專利範圍 ^ ^ ^ 〇 ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ s , ^ % ^ ^ ^ ^ :利範圍来說為不同的，較寬廣❸，較狹窄的，或是相二 乾彆的，亦被視為涵蓋在本發明的標的之内。 【圖式簡單說明】 圖1為一個能量產生及消耗組件以及一個燃料電池疊 個月b里4耗裝置之示範性例子的概略視圖，該能量產 生及消耗組件包括有一個具有一個相關原料運送系统及一 個燃料處理系統的氫氣產生組件； 圖2為一個蒸氣重組器形式的氫氣產生組件的概略視 2 X、’且件係適用於從水以及至少一個含碳原料來產生含 氫氣以及其他氣體重組流； _圖3為一個燃料電池的概略視圖，其係像是可以形成 人個根據本發明之氫氣產生組件一起使用之燃料電 1290064 池疊的部份； 二為自變壓式吸附組件的概略視圖，該組件包括 有一:根據本發明之以溫度為基礎的突破作用檢測系統； θ為自可以與根據本發明#p 吸附劑基底的概略剖面圖； （使用之 圖6為個可以與根據本發明的PSA組件一起使用之 另一個吸附劑基底的概略剖面圖； 圖7為—個可以與根據本發明的PSA組件—起使用之 另一個吸附劑基底的概略剖面圖； 圖8為圖6之吸附劑基底的概略剖面圖，該基底且有 -個概略地指明的質量轉移區域；，底二有 圖9為圖8之吸附劑基底的概略剖面圖，且該質量轉 移區域係沿著基底的吸附劑區域朝向吸附劑區域的一個遠 端或產物端部移動； 圖10為一個pS Α組件之一個部位的概略剖面圖，該 組件係包括有至少-個吸附劑基底以及—個根據本發明之 以溫度為基礎的突破檢測系統； 圖11為一個PSA組件之一個部位的概略剖面圖，該 組件包括有至少一個吸附劑基底以及一個根據本發明之以 溫度為基礎的突破作用檢測系統；以及 圖12為一個PSA組件之一個部位的概略剖面圖，該 組件包括有至少一個吸附劑基底以及一個根據本發明之以 溫度為基礎的突破作用檢測系統。 1290064

【主要元件符號說明】 20 燃料電池 22 能量產生系統 24 燃料電池疊 26 薄膜電極組件 28 離子交換或電解薄膜 30 陽極區域 32 陰極區域 34 電極 36 陽極 38 陰極 39 支撐件 40 支撐板件 42 產物氫氣流 44 氧化劑 46 氫氣產生組件 47 來源 48 來源 50 外部電路 52 能量消耗裝置 54 排出流 55 空氣排出流 56 能量產生及消耗組件 58 原料運送系統 54 1290064

62 儲存裝置 64 燃料處理系統 68 原料供應流 69 燃料供應流 70 氮氣產生區域 71 溫度調節組件/加熱組件 72 分隔區域或組件 73 PSA組件 74 富含氫氣流/混合氣體流 76 副產物流 77 動力管理模組 78 能量儲存裝置 79 電力輸出或動力 80 水 82 含碳原料 84 基底 86 重組催化劑 88 排出流 90 空氣流 92 燃料流 100 吸附劑基底 102 分配組件 104 分配組件 110 内部隔間 55 1290064 112 吸附劑 112’ 吸附劑 114 吸附劑區域 114’ 吸附劑區域之部位 116 支撐件 118 出入口 118· 出入口 120 子區域 122 除水裝置 124 饋入端部 126 產物端部 130 質量轉移區域 140 檢測系統 142 溫度感測器 144 控制器 146 輸出訊號

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Claims (1)

1290064 十、申請專利範圍： 1·一種氫氣產生組件，其係包含有： 一個氫氣產生燃料處理系# 甘衫^ 他主糸統，其係適用於從至少一種 原料來產生一個含有氫氣以；5甘 ^ 乳乳以及其他氣體的混合氣體流； 一個變壓式吸附組件，直 "係適用於接收至少一部份的 混合氣體流以及用以從該混合氣體流處移除雜質，用以產 生-個具有較該混合氣體流更純氫氣的產物氫氣流，該變 壓式吸附組件包含有：

複數個口及附劑基底，每個基底都包括冑一個含有吸附 劑的吸附劑區域，該吸附劑係適用於吸附至少該等其他氣 體的其中之一；以及 一個以溫度為基礎的檢測系統，其係包含有： 至少一個溫度感測器，其係適用於測量一個與一部份 吸附劑區域相關的溫度；以及 一個控制器，其係適用於比較該與一部份吸附劑區域 相關的溫度與至少一個參考溫度，以及用以至少部份地反 應該溫度來選擇地控制至少該變壓式吸附組件的操作。 2 ·如申請專利範圍第1項所述的組件，該組件係與一 個適用於從一個氧化劑以及至少一部份產物氫氣流產生一 電流的燃料電池疊結合在一起。 3 ·如申請專利範圍第2項所述的組件，其中該以溫度 為基礎的檢測系統係更適用於至少部份地反應該測量溫度 以及一個參考溫度的關係來控制該燃料處理系統的操作。 4·如申請專利範圍第1項所述的組件，其中該至少一 57 1290064 個參考溫度包括有一個與該吸附劑區域的一個第二部位相 關的溫度。 5 ·如申請專利範圍第4項所述的組件，其中當在混合 氣體在吸附製程期間流過該吸附劑區域的方向中測量時， 5亥吸附劑區域的第二部位係座落於該吸附劑區域的下游。 6·如申請專利範圍第1項所述的組件，其中該至少一 個參考溫度包括有一個先前測量溫度，一個儲存數值，以 及一個預定起點數值的至少其中之一。 7 ·如申請專利範圍第1項所述的組件，其中該控制器 適用於至少部份地反應該測量溫度來檢測是否該吸附劑區 域中存在有一個突破狀況。 8·如申請專利範圍第1項所述的組件，其中該至少一 個溫度感測器包括有至少一個適用於測量與該吸附劑區域 之一個部位相關之溫度的第一溫度感測器，以及一個適用 於測量一個與該吸附劑基底相關之一個溫度的第二溫度感 測器。 9·如申請專利範圍第丨項所述的組件，其中該以溫度 為基礎的檢測系統係適用於反應介於測量溫度以及一個參 考溫度之間的關係來停止至少該變壓式吸附系統。 10·如申請專利範圍第1項所述的組件，其中該以溫度 為基礎的檢測系統更適用於至少部份地反應該測量溫度以 及一個參考溫度的關係來控制該變壓式吸附系統的操作。 11 ·如申請專利範圍第1項所述的組件，其中該氫氣產 生燃料處理系統包括有至少一個氫氣產生區域，其適用於 58 1290064 從一個包括有一種含碳原料的饋入流產生該混合氣體流。 12·如申請專利範圍第1項所述的組件，其中該氫氣產 生燃料處理系統包括有至少一個氫氣產生區域，其係適用 於從一個包括有水以及一種含碳原料的饋入流產生該混合 氣體流。 13.如申請專利範圍第1項所述的組件，其中該氫氣產 生燃料處理系統包括有至少一個氫氣產生區域，其係適用 於經由一個蒸氣重組反應來產生該混合氣體流。 14·如申請專利範圍第1項到第13項其中任一項所述 的組件’其中該變壓式吸附組件係適用於經由一個PS A循 環來降低在該混合氣體流中之其他氣體的濃度，該ps A循 壞係包括有至少加壓，吸附，減壓，以及洗淨步驟並且其 係具有一個循環時間。 1 5 ·如申請專利範圍第14項所述的組件，其中該ps A 循環更包括有至少一個均等化步驟，在該步驟中至少複數 個吸附劑基底中的其中二個基底係以流體的方式互相連 接’用於在該等基底之間流動的氣體。 1 6 ·如申請專利範圍第14項所述的組件，其中該以溫 度為基礎的檢測系統適用於反應介於測量溫度以及一個參 考酿度之間的關係來停止在該psa循環之中的吸附步驟。 17·如申請專利範圍第14項所述的組件，其中該以溫 度為基礎的檢測系統係適用於反應於該測量溫度與一個參 考1度之間的關係來停止在該PSA循環中的洗淨步驟。 18·如申請專利範圍第14項所述的組件，其中該以溫 59 1290064 度為基礎的檢測系統係適用於反應於該測量溫度與一個參 考溫度之間的關係來過渡到PSA循環之減壓以及洗淨步驟 中之至少其中之一。 1 9 ·如申睛專利範圍第14項所述的組件，其中該以溫 度為基礎的檢測系統係適用於反應於該測量溫度與一個參 考又之間的關係來減少該P S A循環之循環時間一個預定 的增量。 2〇·如申請專利範圍第14項所述的組件，其中該循環 日守間包括有與在該PSA循環中之每個步驟相關的一段時 、及進步地其中遠以溫度為基礎的檢測系統係適用 於反應於該測量溫度與一個參考溫度之間的關係來減少與 該PSA循環之吸附步驟相關的該段時間一個預定的增量。 汝申明專利範圍第14項所述的組件，其中該循環 日守間包括有與在該PSA 4盾環中之每個步驟相關的一段時 1 、及進步地其中该以溫度為基礎的檢測系統係適用 於反應於該測量溫度與一個參考溫度之間的關係來增加與 該PSA循環之洗淨步驟相關的該段時間一個預定的增量。 士 22.如申請專利範圍第14項所述的組件，其中該循環 日彳間已括有與在該PSA循環中之每個步驟相關的一段時 間’以及進-步地其中該以溫度為基礎的檢測系統係適用 於反應於忒測里溫度與一個參考溫度之間的關係來增加與 j PSA循&之洗淨步驟相關的該段㈣—個預定的增量。 種用於防止在一個變壓式吸附組件中之突破作用 的方法1變壓式吸附組件包含有至少一個具有一個吸附 60 1290064 劑區域的吸附劑基底，該吸附劑區域含有至少一個適用於 吸附在一個不純氫氣流之中的雜質、來從該氫氣流產生一 個純化氫氣流的吸附劑，該方法包含有： 檢測出一個與該吸附劑區域之一個部位相關的測量溫 度； 檢測出一個與該變壓式吸附組件相關的參考溫度，該 變壓式吸附組件係位於該測量溫度所被檢測到之吸附劑區 域的部位下游； 比較該測量溫度以及該參考溫度；以及 反應於超過該參考溫度多於一個起點數值的測量溫度 而自動地調整該變壓式吸附組件的操作。 24·如申請專利範圍第23項所述的方法，其中該起點 數值為至少2°C。 25·如申請專利範圍第23項所述的方 溫度係與該吸附劑區域的一個第二部位相關 26·如申請專利範圍第25項所述的方法，其中該吸尸 劑區域包括有一個饋入端部以及一個產物端部，且進一 $ 地其中該吸附劑區域的第二部位係從該產物端部處隔開。 ▲文27·如申請專利範圍第23項所述的方法，其中該自畫 為整包括有調整該㈣式吸附組件之至少—個操作參數。 _ 28·如申請專利範圍第27項所述的方法，其中該至少 ，：紅作參數係包括有一段時間，而該不純的氫氣流係名 時間中流過測量溫度於其中被測量的該吸附劑區域。 29·如申請專利範圍第23項到第28項其中任一項所述 61 1290064 的方法，其中該變壓式 式及附、、且件係適用於降低在通過一個 循衣之該不純氫氣流中豆 isa ,, ，、他軋體的濃度，該PSA循 壤包括有至少加壓、、 及附減麼、及洗淨步驟並且其係具 有一個循環時間，並且推一牛 #妈β + 進步地其中該自動調整係包括有 改，交，、在該PSA循環中之至少复 Ύ 至夕其中一個步驟相關的一段時 間0 3〇·如申清專利範圍第23項到第28項其中任一項所述 的方法’纟中該自動調整包括有停工該變壓式吸附組件。 、31·如申請專利範圍第23項到第28項其中任一項所述 的方去’丨中該自動調整係包括有減少在該測量溫度於其 :碑檢測到之該吸附劑基底之十的壓力，及抽出一個含有 從δ亥基底處釋出之氣體的流。 32· —種用於操作一個變壓式吸附組件的方法，該變壓 式吸附組件包含有至少一個具有一個吸附劑區域的吸附劑 基底5亥吸附劑區域含有至少一個適用於吸附在一個不純 氫氣流之中的雜質、來從該氫氣流產生一個純化氫氣流的 吸附劑，該方法包含有： 在壓力影響下運送一個含有氫氣以及其他氣體的混合 氣體流到一個具有一個吸附劑區域的吸附劑基底，而該吸 附劑區域係含有適用於從該混合氣體流吸附該等其他氣體 中之至少其中之一的吸附劑； 檢測一個測量溫度，該測量溫度係與在該吸附劑區域 之一個部位中的吸附劑有關；以及 繼續該運送步驟，直到該測量溫度超過一個參考溫度 62 1290064 為 if*。 3 3 ·如申睛專利範圍第3 2項所述的方法，其中該方法 更包括有產生在一個燃料處理組件之中的混合氣體流，該 U料處理組件係適用於從至少一個饋入流產生該混合氣體 流〇 34·如申請專利範圍第32項所述的方法，其中該方法 更包括有檢測該參考溫度。

3 5 ·如申請專利範圍第34項所述的方法，其中該參考 溫度係與在該吸附劑區域之另一個部位中的吸附劑有關。 36.如申請專利範圍第34項所述的方法，其令該參考 溫度包括有-個先前測量溫度以及—個起點數值中的 其中之一。 37·如申請專利範圍第32 的步驟係被維持直到該測量溫 預定的數值。 項所述的方法，其中該繼續 度超過該參考溫度多於一個 • 十一、圓式： 如次頁。 63