TWI292334B - Systems and methods for regulating heating assembly operation through pressure swing adsorption purge control - Google Patents

Description

1292334 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上係針對包含有變壓式吸附組件的氫氣產 、、、件並且更特別的疋本發明係針對用於經由該變塵式 •吸附組件之洗淨循環的控制來調節在氫氣產生组件中之加 - 熱組件之操作的系統及方法。 【先前技術】 氫乳產生組件為一種包括有一個燃料處理系統的組 件，，燃料處理系統係適用於將一種或多種原料轉換成一 3有氫氣來备作主要成份之產物流的組件 可以使用於各種應用之中。一種應用為像是在電化學= 料笔池之中的能量生產。雷务與^ + L β 座冤化予燃枓電池是一種將燃料及 氧化劑轉換成電、反岸產物w Θ # 久應座物以及熱的裝置。舉例來說，燃 料電池y以將氫以及氧轉換成水以及電。在此等燃料電池 之中’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声 a ^ 门4度的虱/乳來防止燃料電池在使 用期間受到傷害。來自於一 /m ^ ^ 、 、 個虱乳產生組件之燃料處理系 统的產物流可能會含右雜暂 -> 3有雜貝，不範性例子的雜質係包括有 〆氧化碳、二氧化碳、甲徐、去 f 未反應的原料以及水的其中 〆·種或多種。因此，在許吝值 、 f夕傳統式燃料電池系統中所存在 的/個需要是包括右用％脸 的 有用於將雜質從產生於該燃料處理系統 中之不純淨的氫氣流移除的適當結構。 變壓式吸附（PSA ) ^ 、 ）氣私為可以被用來藉著存在於不 純氬氣流之中之一種或多種雜質 徑摊貝之遠擇性吸附作用、而將 1292334 雜質從-個不純氫氣流移除之機制的例子。吸附的雜質可 :=續被吸附並且從PSA組件處移除。psA為—種使用 二個吸附劑基底之屢力驅動的分隔製程。該等基底係被 過—系列的步驟，像是加塵、分隔（吸附）、減塵 =以及洗淨步驟’用以選擇地將雜質從氯氣移除、 亚且接者吸附雜質。 料、4力多Ϊ氣產生組件包括有—個以空氣燃燒至少—個燃 的加熱組件’來產生一個加熱的排出流，用於加孰至 種2氣產生組件的一個部位。該等燃料流可 種包=ΓΑ組件的來源。然而 ΐΐ:Γ 歇流動及/或改變之燃料值的排出流或副 產物4 PSA彳盾環之巾輯作^ #用作— 的燃料流使用時，這種流率及/或燃料值的改變:= 二熱組件中之不-致、通常是不可預期的結果；^ …公足的期間、燃料太多的期間、蜗料 二具有：改變之燃料值的期間等等。結果，對於加熱組:: 二:產生組件的—個選擇的元件保持在-個所 個所而、或疋選擇的溫度範圍 同樣地，有時候，該。SA組件可能不會產中生 夠的、或任何的排出流，用以保持一個加熱組件 2 其他點火源於操作之中。 干扪人焰或 【發明内容】 不毛明係針對具有洗淨控制系統的ρ 對含有PSA組#沾.γ女 丨·以及針 牛的虱乳產生組件及/或燃料電池系統、以 、1292334 於操作PSA組件的方法。㈣psA組件包括有 “夕、個包括有-個吸附劑區域的吸附劑基底，以及一护 來說為複數個吸附劑基底’該吸附劑區域包括有適用於： 2質從含有主要成份為氫氣以及其他氣體的混合氣體流移 ,、'吸附"·！ 6亥此合氣體流可以由_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 燃枓電池疊所消耗的產物氫氣流’用以提供一個產生電力 的燃料電池系統。肖PSA>组件係產生—個含有從該混合氣 體流被移除的雜質之副產物流以及—種可以是氫氣的洗淨 氣體’並且-個加熱組件可以是適用於接收該副產物流當 作一個燃料流，用以產生—個加熱的排出、流。該加熱的排 出流可以是適用於加熱至少—個燃料處理系統的氫氣產生 區域’像是用以將該區域保持在—個適當的溫度或在一個 適當的溫度範圍之内’用於產生混合氣體流。肖psA組件 係適用於在-^ P S A循環的洗淨步驟期間調節洗淨氣體到 該吸附劑基底的流動。在一些實施例之中，該洗淨氣體係 根據一個預定的、非不變的量變曲線被選擇地運送。在一 些實施例之中’該量變曲線包括有—個小於洗淨氣體之平 均流率的初始流率，以及至少一個大於洗淨氣體之平均流 率的後續流率。在-些實施例之巾，洗淨氣體的流動係被 調節而將副產物流的流率及/或燃料值保持在一個預定範圍 内或是一個起點數值。在一些實施例之中，洗淨氣體的流 動係被調節，用以限制一個從該副產物流產生之加熱排出 流之中的一氧化石厌的濃度。在一些實施例中，該pSA組件 1292334 包括有一個適用於調節至少該P s A組件之操作的控制器 【實施方式】 α 。：乂概略地說明了能量產生及消耗組件％的一個例 子°亥此里產生及消耗組件56包括有一個能量產生系統22 :乂及至少一個適用於將一個應用的負載作用在該能量產生 :統U上的能量消耗裝置52。在所示的例子之中，該能 里產生糸統22包括有一個燃料電池疊24以及 :組件46。可以使用多於-個之任何所示的元件，而:ί ^本發明的料。該能量產㈣、統可以括有並未且體 :顯概略圖式中之另外的元件，像是空氣運送系 i?眉I又換态’感測态’控制器’流量調節裝置，燃料及/ 或原料運送組件，加埶組侔 ^ ”、…且件冷部組件以及類似者。系统 22也可以被稱為燃料電池系統。 、 如更加詳細地討論於本文 又心T根據本發明的氫氣產 生組件及/或燃料電池丰缔备 一 电糸、，先係包括有一個分隔組件，而該分 隔組件係包括有至少一個翁 ^個適用於增加在氫氣產生組件之中 產生及/或在該燃料電池疊中户 甲咱耗掉之虱氣之純度的變壓式 吸附（PS A)組件。在Ps a劁#今a I私之中，氣態的雜質係從一 個含有氫氣的流中被移除。ps … 係基於以下的原理：在適

S >JBL度以及壓力的條件之下， A 下某些氣體將會比其他氣體更 加強烈地被吸附到一種吸附判 了 W材枓上。廷些雜質可以在之 後像疋以一種副產物流的形$ 飞破釋出且被移除。成功地將 PSA使用於氫的純淨化是因 疋因為一般雜質氣體（像是：但是 不限定於，C0，C02，包括古、 枯有CH4的碳氫化合物以及N2 ) 1292334 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。

如更加詳細地討論於本文之中，一個PSA製程一般係 涉及重複的、或循環性地應用至少加壓、分隔（吸附）、 減塵（釋出）以及洗淨步驟或是程序，用以選擇性地將雜 質從氫氣移除且接著釋出雜質。據此，PSA製程可以被描 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 合氣體流的愿力與產物_麼力之間的塵力i影響。據 此’釋出步驟一般將會包括有減少PSA組件含有吸附氣體 之部位之内的壓力，並且選擇性地甚至可以包括有在组件 的該部位上抽出-個真冑（亦即，將壓力減小到小於大氣 麼力或是環境塵力）。同樣地，將混合氣體流到達該psA 組件之吸附劑區域的饋人壓力加以增加可以有益地影響在 吸附步驟期間之分隔的程度。 概略地說明於圖1之中，該氫氣產生μ件46包括有 至少一個燃料處理系統64以及—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。 文中’用，“氫氣產生組件”可以被用來表示燃料處理李 統64以及能量產生系統的相關的元件，像是原料 :二：熱組件、分隔區域或裝置、"運送系統、燃料 ::二统、流體。導管、熱交換器、冷卻組件、感測器组件、 抓里。、控制等等。所有的這些示例性元件並不需要被 10 1292334 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 m統一起使用。同樣地’其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。 不官其結構或是元件為何’該原料運送系統58係適用 於經由-個或是多個大體上可以被稱為原料供應流68的 流將一種或多種原料運送到燃料處理系統64。在以下的討 論之中，可以僅參考一個單一原料供應流，但是在本發明 範鳴之中的是可以使用相同或是不同成分的二個或多個此 種：動。在一些實施例之中’空氣可以經由鼓風機、風扇、 壓縮機或其他適當的空_丄軍3矣备 、 巩連送系、、先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。如概略地顯 不於圖1之中，該燃料處理系統64包括有一個氫氣產生 區域7〇。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70,而該富含氫 氣流^係包括有以來自原料供應流之氮氣為一個主要成 份的氫氣。雖秋流74在人士· 机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 其他氣體的混合教體泠。甘μ ^ & 虱體冰。其他氣體或雜質之示例性的、 唯一的例子係包括右士 π _ 同乳化碳、二氧化碳、水、甲统、 及未反應原料之j：卜笠一 u & 此專不例性雜質的其中一種或多種。 用於從原料供靡、;古Θ 9 ^ ^巩產生氣氣之適當機制的示範性例 子包括有瘵氣重組以菸ό為 自…重、、且，在其中重組用的催化 1292334 係被用來從一個含有水以及至少一 为制、皮… 各反原枓的原料供應 ； 衣每出虱氣。其他適當之用於產吐友尸 早勺扛古 乙田之用於產生風氣之機制的例 千匕括有-種含碳原料的熱解以及催 镥、、兄由斗^ w半^化，在追種 &況中’该原料供應流68並不含有水。 ..^ ΛΑ 个3有水。又另一個用於產 里乳，、备機制為電解，在這種情 ^ 含碳原料的示範性例子為水。適當 類。、商合” 包括有至少一種氯氧化物或是醇 Ή化合物的示例性例子包括有甲貌，丙燒， …柴油’煤油，汽油以及類似物 性例子係包括有甲醇、乙醇、以及像θ,广的不耗 畔从及像疋乙二醇以及而一植 的聚合醇（P〇lyols)。 及丙一％ 夕/气氣產生組件46可以使用在氫氣產生區域7〇中之 多於一個的覃_ ^ ^ ^ . 產生機制、並且可以包括有多於-個 的風氣產生區域。】古此她 ^化些機制中的每個機制係由在氫氣產生 組件46之中的冗π為a 丁 王 …力平衡所驅動，且因此造成在該組 件之中的不同執力华施f 、 …、 街。據此’該氫氣產生組件46更可

以包括有一個溫片_ # 4 AL 又一卩、、且件71，像是一個加熱組件及/或 一個冷卻組件。哕、、田谇 ^ 郎組件71可以被建構成為燃料 ::糸、.先Μ的部份、或可以是一個以熱及/或 、、， 連k的外部元件。該溫度調節組件7丨可 以消耗一個燃料流， 曰 像疋產生熱。雖在並非在本發明 所有貝施例中為必要的 _ 要的该燃料流可以被運送離開該原料 運迗糸統。舉例夾#、n , J木次且如以虛線說明於圖i之中的，此 燃料，或是原料，可 J从經由一個燃料供應流69而接 該原料運送系、絲s s t 、 燃料供應流69可以包括有可燃的 12 1292334 燃料，或是替代地可以包括有流體，用以促進冷卻作用。 該溫度調節組件71也可以從其他來源或是供應系統接收 其一些或全部的原料，像是從另外的儲存槽。其亦可以接 收來自任何適當來源的空氣流，包括有該組件於其中被使 用的環境。可以使用鼓襲、風扇及/或麼縮機來提供該空 氣流，但是此對於所有的實施例並非必要者。 。。溫度調節組件71可以包括有一個或多個熱交換器，燃 燒器，燃燒系統以及其他用於將熱供應到燃料處理系統的 £域及/或IM牛56之其他部位的此種裝置。根據該氯氣產 生組件46的結構，該溫度調節組件71也可以，或是替代 :也包括有熱父換器，風扇，鼓風機，冷卻系統及其他此 寻裝置，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’ #該燃料處理㈣64被建構成 具有一個根據蒸氣重組或是另一種吸熱反應的氨氣產生區 域7〇時，該溫度調節組件71可以包括有用於供應熱的系 統，用以將氫氣產生區域70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 氧化或是另-放熱反應的氫氣產生區$ 7〇時，該溫度調 即組件71可以包括有用於移除熱的系統，亦即，提供冷 卻作用，用以將該燃料處理系統的溫度保 圍 之中。當使用於本文之中時，m轨" 乾圍 T吋用3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 13 1292334 二中時’用詞冷卻組件，，是用來整體上稱呼被建構成用 、二'或是降低燃料處理系統之全部或選擇區域之溫度的 度凋郎組件。 括右^圖2之中’一個示範性例子的氫氣產生組件46係包 氣產個氫氣產生區域7G的燃料處理Ί统64，該氫 水80區域Μ係適用㈣著蒸氣4組—個或是多個含有 混合氣^至/ 一種含碳原料82的原料供應流68來產生 -個含有-種或是多種適催=7。包括有至少 其麻w 種週田重組催化劑86的重組催化劑 二…。在說明的例子之中，該氫氣產生區域可以被稱為 ”且品V ’並且該混合氣體流可以被稱為重組》。 傳送有及至圖少2一所广I該混合氣體流係適用於被 件72。pSA έ且件/ @ PSA組件73的分隔區域或組 物m 係將混合的氣體（或重組）流分成產 至=二二以及至少一個含有存在於混合氣體流74中之 流7…二雜質、或其他氣體的副產物流76。副產物 然並非必要的但是其一般會含有一些氯氣。雖 64可以適用於明之料之中的是，燃料處理系統 -個加心件6 有適合於#作心燃料處理系統之 燃料、或原料流之-個或是多個含有足夠 伤…（及/或其他氣體）的副產物流。在 中’副產物流可以具有足夠的燃料 他可燃的氣體含量），用以使得當存在有：二:及= 組件可以將氣氣產生區域保持在一個所需的操作溫度^ 14 .1292334 在一個選定的溫度範圍之内。 一如顯示於圖2之中，氫氣產生組件包括有一個形式為 個加熱組件71 #溫度調節組件，其係適用於產生一個 、用於加熱至少氫氣產生組件之重組區域的排出流Μ。在 本發明之範，之中的是，排出流88可以被用來加熱氫氣 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_ 々疋來自PSA組件的副產物流可以形成用於加熱組件 之至少一部份的燃料流。亦如圖2所示的為可以從任何適 當的空氣來源被運送出來的空氣流9〇以及含有適用於虚 !氣一起在加熱組件之中燃燒之任何適當可燃燃料的燃料 流92。燃料流92可 τ 了乂 *作用於該加熱組件的單獨燃料流 來使用，但是如所4 士入各丄 斤纣响的，在本發明範疇之内的是，可以 使用其他可燃燒的妙艇、、古 日 土 “、、 /瓜像疋來自PSA組件的副產物 ，來自一燃料電池聂 _ 且之％極的排出流等等。當來自系統 之/、他兀件的副產物或是排出流具有^夠的燃料值時， =使用燃料流92。當它們不具有足夠的燃料值時係用 表其他的用途，或是合 &个曰被產生出來，可以替代地戎 合地使用燃料流92。 ’代地次疋組 適當燃料的說明性 的其中一種。戈 匕有上文所描述之含碳原料 使用力轨2 可以使用其他種原料。如同經由 使用加熱組件71而太$ γ n ㉛乳產生區域7〇之中達成及/或維持 及的溫度範圍内=重^ 一般來說係在200°c以 -乾圍内運作。在此範圍之外的溫度係落入 15 1292334 本發明的範田壽之内。當該含碳原料為甲醇時，蒸氣重組的 反應一般來說將會在一個大約為200巧〇(rc的一個溫度範 圍之内運作。此範圍的說明性子集包括有35〇_45〇艺， 375-425°C以及375_40(rC。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 4〇〇-90(TC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 750-85(rc，65〇-75〇t，7〇〇_8〇(rc， 700-90(TC，500-80(TC，400·60(Γ(：& 6〇〇-8〇(rc。 在本發明之範疇之中的是，該分隔區域可以實施在系 、先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。亦於本發明範疇之内的是，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^合氣體流移除或是降低一種或是多種選擇雜質的濃 度。畜分隔組件72使用一個除了 PSA之外的分隔製程時， ^個或是多個另外的製程可以在系統22之内的任何適 二位置處進行，並且不需要藉著該psA組件來實施。一個 口兄月性的化學分隔製程為使用-種曱烧4匕（methanation ) =化劑，用以選擇地降低存在於混合氣體流74之中之一 ，化奴的濃度。其他的說明性化學分隔製程包括有一氧化 ^ 虱化，用以形成二氧化碳以及水的氣體轉移反應 I從水以及_备儿 & β ~ 乳化叙產生氫氣以及二氧化碳。說明性的物 理分隔製程句# # & m 匕括有使用一個適用於容許氫氣可以流過其 16 1292334 門但疋適用於防止至少選擇的雜質通過其間的物理性薄 j或了他障礙物。這些薄膜可以被稱為氫氣選擇薄膜。適 田薄膜的说明性例子為從鈀或是一種鈀合金所形成，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

純度’較佳地為大於95%的純度，更佳地為大於㈣純度， 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 M21，U7號，第5,997,594號，第Μ。，"？號、以及申 請令的美國專利第·刪侧丨號，第㈣M2]號

以及第2003/0223926冑。以上的專利以及專利申請案的完 整揭不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心而 被運送到儲存裝置62以及燃料電池疊24的其中—個或多 個。一些或全部的產物氫氣流42可以另外地、或替代地 經由-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。參考圖丨，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Μ以及儲存 衣置62的其中_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2括有' 複數個以流體的方式以及用電的方式 久用电w乃式互相連接的燃料電 17 1292334 池。當這些電似串聯的方式連接在—起時，該燃料電池 ?的動力輸出為個別電池之動力輸出的總和。在燃料電池 豐24之中的電池可以串聯地、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,該燃料電池的直中一 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，讀 仫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) ’然料電池’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1 了說明的 目的’―個刪燃料電池形式的示範性燃料電 略地顯示在圖3之中。 係概 質子交換薄膜燃料電池一般係使用一個薄媒電極植件 =组件係由一個/落在一個陽極區域30個陰極 巴Η 30之間的離子交換、或是電解薄膜28所構成。每個 =30以及32都包括有一個電極34，亦即分別為一個陽 極 及一個陰極38。每個區域30以及32亦包 個支心件39，像是—個支撑板件4()。支撑件％可以

在本文中更加詳細討論之雙極板組件的H 2勢。的支撐板件4〇係承載著由燃料電池產生的相對電麼電 域 18 以92334 曰旦是非唯—的氧化劑為氧。當使用 疋虱氣、且氧表示的 、文中日守，虱表示的 於燃料電池或燃料電池聂瑕1 ^以下的討論將會參照當作用 作氧化劑的氧，然 i之貝子來源、或燃料的氫以及當 他的燃料及/或氧化劑’:明，乾疇之内的是可以使用其 構從個別的來源47 "、及氧44可以經由任何適當機 域。氧44之適當來二48處被傳送到燃料電池的各個區 的加麗槽，或是風/ F的說明性例子包括有氧或是空氣 氣導到陰極區域^置㈣機，鼓風機或是其他用於將空 合。雖缺薄膜2:Ί兒會經由一個氧化還原反應而彼此結 (質子;、分子的通過，其將會容許氫 化還原反應的自由能量传：t於該薄膜的離子傳導性。氧 薄膜。因為薄膜心=氮的質子通過離子交換 ;5。係對於剩餘電子來說為最低的能量路徑、並： =示於圖3之中。在陰極區域32之中，來= 路的電子及來自薄膜的質子係與氧結合來產生水以及熱。 亦顯示於圖3 > Φ μ & γ Α , ^ 之中的為可以含有氫的陽極洗淨、或是 :54以及一般至少部份之、如果並非實質的話、消 勺氧之fe極的空氣排出流55。燃料電池疊Μ可以包括 有-個共同的氫氣（或其他反應物）冑入、空氣吸入、以 ::料豐洗淨以及排出$，並且因此將包括有適當的流體 V g 以將相關的流傳送到個別的燃料電池以及從個別 的从料電池收集該等流。同樣地，可以使用任何適當機構， 19 1292334 用於選擇地洗淨該等區域。 貫際上’ 一燃料電池疊24 —般將會含有複數個具有將 相鄰的薄膜電極組件分開之雙極板組件的燃料電池。該等 雙極板組件基本上係容許自由的電子可以經由雙極板組件 而從一個第一電池的陽極區域通過到相鄰電池的陰極區

域，從而建立起一個通過該燃料電池疊的電位，其可以被 用來滿足一個施加的負載。這種淨流動的電子係產生一個 可以被用來滿足一個應用負載的電流，像是從能量消耗裝 置52以及該能量產生系統22的至少其中之一。 對於像S 12伏特或是24伏特之@定的輸出電麼，輸 出的動力可以藉著測量輸出電流來決定。《的輸出可以被 用來滿足-個像是來自能量消耗1置52的應用負載。圖i 曰 產生系、、先22可以包括有至少一個能 里儲存波i 78。當包括有裝置78時，裝置78可以適用於 儲存至）一部份來自燃料電池疊24的電力輸出或動力79。 適田此里儲存裝置78 說明性例子為電池，但是可以 使用其他裝置。能㈣存裝置78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U動力。 個能量消耗裝置52可以用電的方式娜到 二：盘，士 22，像是到該燃料電池疊24及/或-個或 ;固Γ然料電池疊相關聯的能量儲存裝置78。裝置52 ==應用？該能量產生系統22,並且從該系統產 並且可以H亥負載。此負载可以被稱為應用負載、 U有熱及/或電負載。在本發明之範缚之中的是 20 1292334 該應用負載可以装+⑽，， 曰者δ亥燃料電池疊，該能量儲存 燃：電池疊以及能量儲存褒置二者而被滿足。說明性料 的1置52—包括有車輛，休閒車輛，船隻以及其他海上船 舶以及住乇’冑業辦公室或是建築物，周圍地區，工具、 以及照明組件，電器，電腦，工業設備，㈣以2通 U ’無線電，在船上的電力元件，休閒車輛或其他的 車輛，充電器以及甚至是用於其燃料電池4 24形成一個

¥件之此里產生系統22之工廠存貨（baiance_〇f_piant)電 氣設備的任何-種或是多種組合。如在圖1之中以元件符 號77用虛線表示的，該能量產生系統可以，但是不必須， 括有至^個動力管理模組7 7。動力管理模組7 7包括 有任何適當的結構，用於調整、不然就是調節由能量產生 系統所產生的電力，像是用於運送到能量消耗裝置52。模 、、且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PSA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104而以流體的方式連接之複數個吸附劑基底1 〇〇。基 底1 00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 圖所不’該等輸入以及輸出流包括有至少混合氣體流74， 產物氫氣流42及副產物流76。適當結構的說明性例子係 21 •1292334 包括有一個或是更多個歧管，像是分別適用於分配流體到 亥寺基底以及攸泫等基底收集流體的分配以及收集歧管， 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100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74時，組件73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1〇2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l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 22 1292334 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 以被稱為固定基底、或分離基底、變塵式吸附組件。二種 結構皆落入本發明的範疇之内。 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 在高壓之下被運送到該等吸附劑基底的一個端部，並且藉 此暴路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4〇·2〇〇卩以之 範圍之内的壓力，像是在5CM50 psi，5(M〇〇 psi，1〇(M5() psi’ 7(M〇〇 psi等等之範圍之内的壓力，然在此等範圍之 外的C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PSA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、、、屯化氫氣流之剩餘部份的混合氣體流係通過該基底， 並且w亥基底的另一個端部排出。在此内容中，氫氣可以 被柄述成此合氣體流之較不立即吸附的成分，而一氧化 石厌、一氧化碳等等可以被描述成混合氣體流之可以更立即 、、成刀產物鼠軋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。 μ 為了要移除吸附的氣體，混合氣體流的流動係被停止， 23 1292334 在邊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 -一個洗淨氣體流、或是與一種洗淨氣體流之使用一起進 行，忒洗淨氣體流一般來說是在一個對於混合氣體流流過 • 吸附劑區域之方向的逆向流動方向中被傳送。一種適當洗 淨氣體流的示範性例子為一部份的產物氫氣流，因為此流 係包a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吸附劑上。 如所討論的，此釋出步驟可以包括有在基底上抽出一 個至少部份的真空，但是此並非必要的。雖然如此並非必 齡要的，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 以容許基底可以將介於其間的相對壓力加以均等化。舉例 來虎 個或是夕個均等化步驟可以在釋出以及加壓步驟 之前進行。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 的氫氣，然而在（再）加壓步驟之前，均等化係被用來增 加在該基底之内的壓力。均等化可以使用同流及域逆流的 氣體來達成。在釋出氣體的釋出及，或洗淨步驟完成之後， 24 1292334 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 此口氣體流的部份再次接收以及移除雜質。 舉例來說，當一個基底準備好要被再生時，其一般是 處方；一個相當高的壓力，且含有一個份量的氫氣。雖然這 種亂體（及壓力）可以直接藉著發洩該基底而被移除，在 4、、且件中的基底將必須要在用來純化被傳送到被該基底之 此。氣體流的部份之前被加壓。再者，在要被再生之基底 中的氫氣較佳地係被恢復，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 广之來係合4可以降低要在該基底之中再生的壓力以及氫 矹尸同日守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個均等化步驟，一個將會被用來 純化，合氣體流的基底可以在運送混合氣體流到基底之前 、、[舉例來，兒，一些純化的氫氣可以被傳送到該基底， 用以加麼該基底。雖然在本發明範嘴之内的是將此加壓氣 版傳运到邊基底的任—端部，在_些實施例之中，可能需 μ所被運送的端部。 以上PSA組件之整體操作的討論已經被稍微簡化。變 2吸附組件的說明性例子.，包括有其元件及操作該組件 j方法係揭示在美國專利第3,564,816號，第3,986,849號， =，叫5心虎，第6,692,545號及第^術抓號，此等 專利的完整揭示内容係加入本文作為所有目的之參考。 25 1292334 在圖5之中，一個吸附劑基底100的說明性例子係被 概略地顯示出來。如圖所示，該基底係界定出一個含有至 少一種吸附劑112的内部隔間i 10，且每種吸附劑係適用

於吸附混合氣體流的一種或是多種成份。在本發明之範疇 中的疋*τ以使用多於一種的吸附劑。舉例來說，一個基 底可以包括有可以使用多於一種適用於吸附混合氣體流的 一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 吸附劑。同樣地’-種吸附劑可以是適用於吸附混合氣體 流的二個或是更多個成份。適當吸附劑的示範性例子包括 有活化的碳、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-個例子為-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Μ (以—種連續或是中斷 ㈣係〇於該基底之内、或是可以混合在_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Τ以像是根據以下因素的纟中κ{多種來改 變：在PSA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 氫氣流的所需應用，在將會使狀pSA @件中的操作環 境，使用者的喜好等等。 當 置時， 該PSA組件包括有_種乾燥劑或其他除水成份或裝 該組件可以被定位成在從混合氣體流吸附其他的雜 26 1292334 k前將水從混合氣體流處移除。如此的_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 化妷之其他成份的能力。一個除水裝置的說明性例子為凝 •結器，但是可以在該氫氣產生區域與吸附劑區域之間使用 /、他裝置’如在圖1中以虛線在元件符號122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 2除水裝置可以被用來在將混合氣體流運送到PSA組件之 _ ⑴冷部m氣體流。此種冷卻作用可以凝結—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， 重组）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…5%或是更多 的水。這些流亦傾向於是相當地熱，像是具有一個至少綱 °c的溫度（從甲醇或是相似含碳原料製造出來之許多混入 氣體流的情況中），以及至少__8〇代的溫度（從天: ·.乳，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-個在25]崎之範圍中或是甚至{4〇鐵之範圍中 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，立 說明性例子係包括有顆粒形式，小珠形式，多孔圓盤或是 塊=塗層結構，層豐薄片，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 27 1292334 · 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 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Π4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 .支樓件並且在圖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疇。 在顯示於圖5中的說明性例子之中，基底1〇〇包括有 至少一個與基底之每個端部區域相關聯的出入口丨丨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 或疋二個端部可以包括有多於一個的出入口。同樣地，在 本舍明之範臂之中的是’該等出入口可以側向地從基底處 延伸，不然就是可以具有與圖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 28 1292334 口。為了要提供圖解例子之目.的，圖6說明了 一個基底丨〇〇， 其中該吸附劑區域係沿著基底的整個長度延伸，亦即，介 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1 00包括有一個包括有不連續子區域12〇的吸附劑區 域 114 〇 在像是基底1 〇〇之吸附劑基底的使用期間，為了要吸 附4質氣體（也就是具有被吸附劑所吸附之較大親合性的 Φ 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 至夕、4伤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 立而部部位處而接近混合氣體運送出入口的吸附劑將會從混 合氣體流移除雜質。大體來說，這些雜質將會被吸附在該 • 吸附劑區域的一個次組件之内，並且該吸附劑區域的剩餘 部位膊只會具有最少的、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n4 係包括有一個質量轉移區域，或地區，1 30。 因為在最初質量轉移區域中的吸附劑繼續吸附雜質， ，、將會接近或是甚至是達到其吸附這些雜質的能力。當此 毛生日守’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’ _個4寺別的f量轉移區域）用以吸 29 1292334 附氣體的能力，該等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 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，丨中尤其是當該混合氣體流含 =多於一種被吸附劑所吸附的氣體時，該質量轉移區域通 ¥並不會界疋出沿著吸附劑區域之均句的開始以及結束邊 丨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、7〇〇/。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 部遷移到產物端部。此係概略地說明於圖9中，其中所示 的質量轉移區域130係相對於其在圖8中的位置被朝向出 入口 118’移動。據此，在吸附劑區域之部位114，中的吸附 ^ 112將會具有一的實質上降低之用以吸附另外的雜質的 能力，如果有任何能力的話。以其他方式來描述，吸附劑 U 2可以被描述成貫質上、如果並非完全的話、以吸附的 氣體而飽和。在圖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號124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 運送出入口以及產物出入口的部位。 在PSA組件的使用期間，該質量轉移區域將會傾向遷 移朝向以及遠離吸附劑區域的端部124以及126。更加具 30 1292334 體地、且如所討给从 、 w 、，PsA是一種關於壓力以及流動方向 之重複改變的循環性制 衣性I轾。以下的討論將會參照在循環 的步驟如何容易影塑旦 曰貝里轉移區域（及/或通過吸附劑區 之吸附氣體的分配）办心 刀配）來描述PSA循環。應該了解的是 轉移區域的尺寸或具疮— 、 义長度將谷易於在PSA組件的使用期間改 變，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夕Τ、ra 士 ^ I力之下流過吸附劑區域。在此吸附步驟 ^ 雜貝（亦即，其他氣體）係被在吸附劑區域之中的 ，附相吸附。當這些雜f被吸附時，因為吸附劑區域之 最初P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 制㈣時，混合氣體& 74到吸附劑基底的流動以及純 化虱：（至少其一個部份將會形成產物氫氣流4”的流動 係被停止。雖然並非必、ΛΑ ^ ^ . JL非义要的，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μα 組件中的-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 高純度的氳氣。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，言亥質量轉移區域可以被描述成朝向吸附劑基底 31 1292334 最接近出入口的端部處移動，其中氣體係從該處入口 基底處被移除。以不同的用語表示，當該基底再次被 從混合氣體流吸附雜質時，其中大部份雜質係在—個= 時間吸附之吸附劑區域的部位，亦即，該質量轉移區知定 將傾向於根據均等化氣體從該基底處被抽出的方向=朝' 吸附劑區域的饋入或是產物端部移動。 ° 該基底係接著被減壓，且此步驟一般來說係從饋入出 =口處抽ά氣體，這是因*氣體流將會傾向於具有二 南濃度的其他氣體’而當在基底中的壓力降低時，該广 係從吸附劑釋出。此排出流可以被稱為副產物、或、 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产之力 熱組件的燃料流。如所討論的，氫氣產生組件46 ;以勺〇 括有-個加熱組件71，該加熱組件係適歸產生_個力^ 熱排出流’用以加熱至少燃料處理系統的氫氣產生區域 7〇。根據亨利定律（Henry，s Law)，從吸附劑釋出之吸附 氣體的份量係、與存在於吸附劑基底中之吸附氣體的部份壓 :有關。因此，該減壓步驟可以包括#、繼之以、或至少 時間上有部份重疊的—個洗淨步驟，纟洗淨步驟中通常^ 低壓的氣體㈣導人該錢劑基底之巾。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 此種釋出氣體的移除係會造成氣體從吸附劑的進一步釋 \ =所討論的’ 一種適當的洗淨氣體為純化的氫氣，像 引由PSA組件所產生的。一般來說，該洗淨流係從吸 32 1292334 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 動。在本發明之範疇之内的是，洗淨氣體流可以形成一部 份的副產物流、可以當作一個可燃燃料流（像是用於加熱 組件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 始-個新的循環。舉例來說，被洗淨的吸附劑基底接二系 被再加壓，像是藉著成為一個用於另一個處於均等化吸附 片J基底的接收基底，以及選擇性地可以被進一步被運送到 忒基底處的純化氫氣所加壓。#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二，像是接近用於一個ΜA循環 之時間的一半。 又 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

▼ ^二挪貝米L M隹尸汀眾地是一種 並且因此可能不再能有 一種純化氫氣流中被排 33 1292334 出^亥產物虱氣流之被需要由PSA組件移除之雜質氣體的 巧染可以被無為突破作用’在其中雜質氣體係“突破 through)”該基底的吸附劑區域。傳統上，已經使用一氧 化碳檢測器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，並且蕤以县，斗、时人 卫猎以疋，或將會，存在於產物 氫氣流之中。一氧化碳檢測器得、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 化石厌即使是以數百萬分之一（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k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。 如同與圖4結合在一起所介紹的，psa組件73包括 有分配組件1 〇2以及1 〇4，該等分配組件係選擇地將混合 氣體流74、產物氫氣流42及副產物流76運送到複數個吸 附劑基底100及/或從複數個吸附劑基底丨〇〇收集該等流。 如所討論的，產物氫氣流42係從產生於該等吸附劑基底 之吸附劑區域中的純化氫氣流形成。在本發明之範疇中的 是’一些此氣體可以當作一個洗淨氣體流來使用，其係在 洗淨及/或下吹步驟期間被選擇地運送（像是經由一個適當 的分配歧管）到該吸附劑基底，用以促進用於吸附劑之吸 附氣體的釋出以及移除。釋出的氣體、以及從該吸附劑基 底與被釋出的氣體一起被抽出的洗淨氣體流可以共同形成 副產物流76，該副產物流係如所討論的可以被用來當作用 於加熱組件71或適用於接收可燃燒燃料流之其他裝置的 34 1292334 一個燃料流。 圖10以及圖11提供了一個稍微較不概略例子之包括 有複數個吸附劑基底1 〇〇的PSA組件73。相似於圖4中 的說明性例子，圖1 〇係說明三個吸附劑基底，但是在本 發明之範疇中的是可以使用更多或更少的基底，如以圖解 的方式描繪於圖11之中的，其中係顯示出四個基底，然 而可以使用比四個更多的基底，而不會脫離本發明的範 • β壽。同樣地，可以在相同的氫氣產生組件及/或燃料電池系 統中使用比一個更多的PSA組件。如圖1 0以及圖1 1所示， PSA組件73包括有一個包括有一個混合氣體歧管14〇以 及一個排出歧管142的分配組件1〇2。混合氣體歧管140 係適用於選擇地將混合氣體流分配到該等吸附劑基底的饋 入端部144，如以元件符號74,所表示的。排出歧管142係 適用於收集從該等吸附劑基底的饋入端部被排出的氣體， 易吕之’被釋出的其他氣體、洗淨氣體及其他未被獲得來 • 形成產物氫流42的氣體。這些排出的流在圖1 〇以及圖j j 中以兀件參考符號76,表示，且共同地形成副產物流76。 圖1 〇以及圖11亦概略地描繪副產物流76，其係像是 仗空乳流9〇被運送到加熱組件7 1而與空氣一起燃燒，用 乂產生加熱的排出流8 8。亦顯示於圖1 0以及圖1 1之中的， 在本發明之範疇中的是加熱組件7 1可以、但不需要是、 j用於除了副產物流76之外接收一個燃料流92。在一些 4中流92也可以被稱為補充的燃料流。任何適當 的可燃燒燃料可以被使用在流92中1於流％之適當: 35 1292334 料的說明性例子包括有氫氣，像是由氫氣產生組件46產 生的氫氣及/或任何以上討論的含碳原料，包括有而非限制 的丙烧、天然氣、甲燒及甲醇。 如與圖2所一起討論的，當PSA組件73以及加熱組 件係與一個包括有一個氮氣產生區域7〇 _料處理系 •統64 一起使用，該氫氣產生區域70係在升高的溫度下操 作，該加熱組件可以是適用於加熱至少連同排出流88的 鲁區域70。舉例來說’流88可以將區域7〇加熱到一個適當 的溫度及/或到一個適當溫度範圍之内，用於從一個或多個 饋入流產生氫氣。亦如所討論的，蒸氣以及自熱重組反應 為吸熱製程的說明性例子，該等吸熱製程可以被用來從水 以及一種含碳原料產生混合氣體流74，然而其他的製程及 /或饋入流的成份可以另外地或替代地被用來產生混^氣體 流74。亦落入本發明之範疇之中的是，排出流可以是適用 於提供主要的加熱作用，用以加熱一個氫氣產生組件的一 • 元件，、燃料電池系統、或其他實施方式的組件71及73。 在圖1 0以及圖11之中顯示的說明性實施例中，分配 組件104包括有一個產物歧管15〇以及一個洗淨歧管Μ?。 產物歧％> 15G係適用於收集純化氫氣的流，該等流係從吸 附劑基底的產物端部154被抽出，並且以及產物氮氣流^ 係從該等流形成。這些純化氫氣的流係在目1〇以及圖η 之中以兀件*考符唬42’表示。洗淨歧管152係適用於選 擇性地運送-種洗淨氣體、像是一部份純化氮氣、到該等 吸附劑基底，用以像是促進吸附的雜質氣體之釋出，並且 36 χ292334 藉以再生包含在其中的吸附劑。該等洗淨氣體流係以元件 參考符號156表示，並且可以共同地稱為洗淨氣體流156。 在以元件符號1 5 8表示的，在本發明之範疇中的是產物以 及洗淨歧管可以是彼此以流體相連通，用以選擇地使至少 一部份要被當作洗淨流1 56使用的純化氫氣（或產物氫氣 ^ 流）轉向。亦於本發明之範疇之中的是，來自於一個或多 個其他來源的一種或多種其他氣體可以另外地或替代地形 ^ 成至少一部份的洗淨流156。 雖然並非必要的，圖1 〇以及圖u係以元件符號16〇 顯示’在一些實施例中，可能需要以流體的方式將用於產 物氣流的產物歧管及/或流體導管與用於副產物流的流體導 吕相連接。此種流體連接可以被用來選擇地使至少一部份 純化（或是所要被純化）氫氣轉向到該加熱組件，而不是 到產物氫氣流42在其他情況下所要被運送到達的目的地。 如所时論的，適當目的地的例子係包括有氫氣儲存裝置、 鲁燃料電池疊以及氫氣消耗裝置。其中產物氫氣流到該加熱 組件之轉向的情況之說明性例子係包括有：如果已經接收 了其最大容量氫氣之目的地係沒有在作用、不然就是無法 收任何或另外氫氣的話；如果在氫氣中檢測到一個無法 接党之濃度的一種或多種雜質的話；如果必須使氫氣產生 、且件及/或燃料電池系統停工的話；如果需要一部份的產物 風氣流當作一個用於加熱組件之燃料流的話等等。 、a在PSA組件73之一個實施的例子中，可以使用任何 L田數目、結構以及之構造本文所討論的歧管以及流體導 37 !292334

以及類型的閥或其他的流量調節裝置170及/或感測器或其 他性質的檢測器172，此等裝置之說明性、非唯一的例子 係員示於圖1 〇及/或圖1 1之中。舉例來說，止回閥1 74、 凋和用或其他螺線管閥176、釋壓閥178、可變孔口閥18〇 以及固定孔口 1 82係被顯示出來，用以說明流動調節裝置 1 7〇之非唯一的例子。同樣地，流量計1 90、壓力感測器192、 溫度感測器194以及成分檢測器196係被顯示出來，用以 祝明非唯一例子的性質檢測器172。成分檢測器之一個說 月丨生例子為一氧化碳檢測器i 98，像是用以檢測在純化氫 氣μ 42及/或產物氫氣流42之中之一氧化碳的濃度，如果 有任何一氧化碳的話。 。雖然並非必要的，在本發明之範疇中的是該PSA組件 可乂匕括有一個控制器、與一個控制器相關聯、及/或與一 個技制裔相連通，其中該控制器係適用於控制至少部份之 、、且件及/或一個相關氫氣產生組件及/或燃料電池系統 的知作個控制裔係概略地說明於圖2以及圖1 〇到圖！ ！ 之中，並且係整體地以元件參考符號2〇〇表示。控制器

吧織不於元件符號2〇2、而 才欢測裔1 7 2相連通。此種讀 矾，並且可以包括有反應於 狀態資訊、使用者輸入、I 而與至少流量調節裝置及/或性質

可以經由任何適當的有線及/或無線的ittfl連結#、如概略 地^員示於元件符號2〇2、；也χ θ _ 38 1292334 11、非唯一的例子，控制器200可以包括有一個或多個用 於操作當作軟體儲存在記憶體之中之程式的類比或數位電 路邏輯單凡或處理器、一個或是多個彼此互相連通之分 開的單兀等等。控制器200也可以調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200係被顯示於圖1〇及圖丨丨之中如同實施為 • 一個分開的單元。其也可以實施成如同分開的元件或是控 制裔。此等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 他控制器相連通。 在圖10以及圖11中，所示的複數個溫度感測器194 係與所顯示之其中一個吸附劑基底相連結。在本發明之範 疇中的是，每個或沒有基底可以包括有一個或多個溫度感 測器係適用於檢測與吸附劑基底、在基底之中的吸附劑、 》基底的吸附劑區域、流過基底之氣體等等相關的一個或多 個溫度。雖然並非必要的，根據本發明的psA組件73可 以包括有一個以溫度為基礎之突破作用檢測系統，像是揭 示於2004年12月20曰提出申請、名稱為“Temperature_

Based Breakthrough Detection and Pressure Swing Adsorption Systems and Fuel Processing Systems Including the Same”的美國臨時專利申請案序號第6〇/638,〇86號之 中’該臨時申請案的完整揭示内容係加入本文作為所有目 的之參考。 39 1292334 在圖12之中，顯示出一個在一個psA循環之下吹、 減壓以及洗淨步驟期間於一個吸附劑基底之内之壓力的說 明性（非唯一）的曲線圖。在元件符號21〇處，該壓力係 被表明在減壓步驟之前、像是在吸附步驟或階段已經完成 之後、且或許更加典型地、是在一個或多個均等化步驟已 經成之後。在減壓或是釋出步驟期間離開該基底之饋入 多而部之氣體流動的開始係以元件符號210表示、且如同稍 微概略地顯示出的，壓力係降低地相當快速。減少的速率 可以是根據實施例的不同而有所不同，像是反應於在基底 之内的壓力、在基底之中的氣體體積、離開該基底的氣體 、、率專寺口素在圖12以及後績討論的圖1 3到圖15中， Θ表係要用來^供當作時間之函數之塵力或或副產物流流 率的說明性圖示。因為該等圖表主要是要用來說明的目 的，此等圖示並未被標明時間，而是說明了介於這些變數 之間的相對關係。 如所討論的，此種壓力的改變將會導致許多吸附的氣 體k吸附劑被釋出，並且藉以在流76•中從吸附劑基底被 抽出。流76,亦含有氫，其係在減壓步驟開始之前就存在 於基底之中。當氣體離開該基底的流動繼續時，在基底i 〇〇 及/或流76’之中的壓力將會繼續減少。在燃料值方面，在 減麼步驟期間之流76,的最初流動將傾向於具有不同於流 76’在通過減壓步驟的中間以及在減壓步驟期間之流動的燃 料值。舉例來說，這些燃料值的差異可能會影響氫氣的相 對濃度以及存在於該流中之各個其他的氣體。同樣地，在 40 1292334 減壓步驟的這些說明性部 π ^ 物期間，流的76,流率將會改變， 亥流率係傾向於在減壓步驟期間降低。 、在212冑，洗淨氣體的流動’像是在先前討論之圖10 以及圖1 1所示的流156, 、， 係開始到達吸附劑基底。雖然 卫非必要的’破運送到在_個PSA組件中之—個吸附劑基

&處的洗# *1體體積可以被預定，像是預定成—個固定的 先=體積。在本發明的範轉之内，流156，的壓力可以改變， 仁疋S洗淨步驟開始時，氣體較佳的是接近或是處於基底 100之内的壓力。洗淨氣體通過該吸附劑部位的流動將傾 :於、加被釋出之氣體的份量，因為被釋出之氣體的部份 ^力係藉著通過吸附劑區域且接著離開該吸附劑基底當作 流76’之部份的洗淨氣體之流動而被降低。在214處，洗 >尹氣體的流動已經停止。在圖丨2所示的說明性例子之中， 減壓或是下吹步驟係指介於時間212以及21〇之間的一段 時間’而洗淨步驟係指介於時間214以及212之間的一段 日守間。雖然是被顯示成在這些步驟之間的一個不同的過 渡，對於所有的實施例來說並非必要的是，該基底的減壓 疋在洗淨氣體的流動已經開始之前完成。反而是，在本發 明之範疇中的是，在該吸附劑基底之中的壓力可以在洗淨 氣體的流動已經開始之後繼續降低。 用於一個特殊吸附劑基底之洗淨氣體的最佳體積$以 根據各種因素變化。這些因素的說明性例子包括有以下的 其中一個或多個··所使用之吸附劑的類型；吸附劑基底的 構造；吸附劑基底的尺寸大小；洗淨氣體的壓力；洗淨氣 41 1292334 體及/或混合氣體的組成；從吸附劑 流％之流（76，）的a力”。^ 未士成^產物

組件來. 對於一個特殊PSA 件來况為有效率的最佳洗淨體 的PSA組件來說可处小丨』、，‘。構及/或尺寸 效率的。…並非最佳的、或是或許甚至並非是有 在本發明的範嘴之内，介於減I步驟與洗淨 的一段相對時間或是時間的比率可以改變，且圖12所；

”例：是要用來說明只是許多適當關係或是 2 &個比率可以被表示為—個洗淨對於下吹的比 八說明性的例子包括有1:1 Slj @ mm 23:1、1.6:1 到 2:卜1.6··卜 U··^、^、大於 15:1、 =2:1、小於2.5:1等等。可以容易地增加釋出及/或基 底再生之較長洗淨步驟之一個完整的設計考量為：“A组

=佳地㈣用於循環的、連續的料，且—個特殊基底 疋處於減壓及/或洗淨循環之時間的長短可能會影響其他基 _可乂處於PSA循％之相同或其他步驟之時間的長短。 吸附劑基底的減塵以及洗淨可以發生在一段選定的時 間之内及/或洗淨對於下吹的比率，同時產生用於流％，以 及產生之副產物流76的各種流率及/或燃料數值。舉例來 說，當減塵步驟開始時，該吸附劑基底仍然含有大量的氯 氣且仍然處於-個升高的壓力。當減壓步驟繼續時，在該 ^底之内的壓力以及氫氣將會減少。當該基底的減壓繼續 時’因為在該基底之内的壓力減少，《76,的流率將會減 少。在洗淨氣體到基底的流動開始進行之前，在流76,中 42 1292334 之排出或是副產物氣體的产 ^ , ;11動將會相當地低，因為此流率 係隨著在基底中之減少的壓 a L手 底H)〇的流動開始時，卷，而減少。當洗淨氣體通過基 時，像是氫氣、且-個更H #氣體是—種可燃燒的氣體 .^ „ aA _ 特別的例子是由該PSA組件產 生之純化的氫氣，流76,的、、六 时人 /巩率將會增加，而其燃料值亦 將會增加。當洗淨步驟完 ^ L ^ 成¥，來自該基底之流76,的流 動係被停止。當此發生時， 會藉著來自-個或多個复他：加熱組件71犧流將 德e A # ，、他吸附劑基底的流76,而形成， 像疋¥基底在PSA循環期門 i他來诉^ / 間破減壓及/或洗淨，及/或來自 ,、他來源’像是一個補充的燃料流。 如所討論的，當再生PSA組件73之一 之中的吸附劑時，可以 土- 流。此種洗淨氣體的流動可=b的…作-個洗淨 日# ^ 動了此會引起吸附氣體的釋出，並 ^以有助於吸附劑的再生。傳統上，到達—吸 之洗淨氣體的流動係以一個固定的速率運送，一般是持續 一段固定的時間。圖丨3 f 、 3表現出一個說明了到達吸附劑基 氏⑽之洗淨氣體的流率當作一個時間函數的圖示。兮洗 13 214 亚且係對應於上文與目12_起討論的相對時間以 及洗淨對於下吹的比率。 =U巾的虛線中，在一個PSA循環之中之洗淨氣 ;公率係被顯示出來，該PSA循環係使用—個到該吸附 二 不變的、或是^流動的洗淨氣體。如所示的， ，體係纟整個洗淨步驟以一個固定速率運$，且被運送 43 1292334 吸附劑基底之洗淨氣體的體積為此固定的洗淨速率血 =淨氣體被運送到吸附劑基底所經過的時間的乘績1 知在從基底中的吸附劑釋出吸附氣體時為有效率的，在、， .76中之氣體、該氣體可以是具有高燃料值的氣體、之流； 的：者增加或是脈衝之將报容易地導致離開加熱 Γ 二是快速地增加，由此流所加熱之結構的溫度： 科處理糸統64的氫氣產生區域之溫度。此可能會 一：構過熱’其可能會傷害該結構及/或損傷其操作。盔 =該或該等加熱結構上之任何可能的負面影響為何： D“加的加熱排出流可能會產生超過某些所欲、或所命 二檻的排出氣體。舉例來說’加熱排出流的： ::::::可以反應於到達加熱組件之燃料之流動㈣ ^減地，在均等化期間及/或在洗淨氣體離開該基底之 i 奋開始之前及/或在該洗淨步驟的結束時，流76，可以 ^有流動或是只有低的流動，並且離開的流動可以具有 -然料值。結果’該加熱組件可能無法維持 動：ΓΓ需要除了副產物流76之外之燃= 排m ^ 76的流動及/或燃料值报低時，加熱的 "此…去將相關的結構，像是氫氣產生區域7〇，加 ，到-個所需的溫度或溫度範圍。舉例來說，針V:個力氮 ===:生像是一個較佳地是在一個選擇的溫度範 產生乳氣的蒸氣重組區域，在一個低於（或 44 1292334 同於）所需溫度範圍的溫度下操作該氫氣產生區域將傾向 於減少在混合氣體流之中的氫氣的量，從而減少氫 組件的轉換或是效率。 曰如以貫線表示在圖13之中的，在本發明之範疇之内的 吏用個固疋的洗淨氣體流率。反而是，洗淨氣體到 =吸附劑基底的流率係會在至少部份的洗淨步驟期間改 文—在所既明的例子中，洗淨氣體的流率係在小於在一段

决疋的時間中以一個固定的洗淨氣體流率、像是以虛線呈 現的：積以及時間、運送一個決定體積的洗淨氣體所會需 要之机率的5〇%開始。洗淨氣體的流率係隨著日夺間從此最 、泣速率θ加到一個超過使用於以虛線表示之例子中的最 机率的取大流率，其中一個固定流率的洗淨氣體係在整 個洗淨循環中被使用。在所示的例子之中，該流率係因而 呆持在其最大流率，直到洗淨氣體的流動被停止為止。 、、^亥洗心盾％結束時，離開該正被洗淨之基底之流76,的 流率係已經停止·

’ w而’且在本發明之範疇之内的，pSA 組件的另_個·»· > 土底100較佳地係提供一個流76丨，用以維 、物机76到該加熱組件之一個實質上連續的、如果 亚非完全連續的話、 安 的/瓜率’且此流較佳地具有一個足夠 的流率及/或劫& a ▲動，用以滿足加熱組件71的燃料需求 及/或用以維掊太#丄& 等在该加熱組件中的一個連燃燒製程。 士口 戶斤兮分pp //Λ . ., , ϋ 例子的變化，洗淨氣體的最初流率可以 k平均流率的10 砂敫彳lil、!f ^ -。開始，其中該平均流率將會在洗淨步 T 3 J間被使用在一個固定的流動量變曲線 45 1292334 之中，亚且洗淨氣體的流率係接著在洗淨循環的前丨的％ 期間朝向至少平均洗淨流率增力口。在此之*，對於洗淨步 私的一個1〇_1〇〇%、且視所需要的是在洗淨步驟的25_】_ 耗圍之内來說，流率將會繼續增加而超過平均的洗淨流 率牛例末。兒，洗淨氣體的流率可以增加到至少對於在選 擇之用於洗淨步驟的時間期間之固定體積的洗淨氣體所需 要之平均流率的125%、150%、125-200%等等。在本發明 之範可中的疋可以使用其他的量變曲線、或是快速增加的 洗甲乳體流率，包括有在其中洗淨氣體流率係在洗淨步驟 之至少一個部份、或是子集期間，根據一個或多個線性的、 非線性的及/或階梯式地、或是增加的量而增加或減少的量 變曲線。洗淨氣體流率通過一個吸附劑基底之其他量變曲 線的說明性例子係顯示在圖14之中。 如圖15所示，在本發明之範疇中的是洗淨氣體流率的 Ϊ變曲線可以包括有一部份的降低流動，像是在洗淨步驟 的後5-50%期間。 可以使用任何適當的方法或機制來調節到達該等吸附 劑基底之洗淨氣體的流動。一個說明性、非唯一的例子是 使用一個控制器來選擇地致動適當的流量調節閱用以產生 所需的流率。如所討論的，可以使用任何適當類型以及數 目的閥，並且在本發明之範疇之内的是使用不同類型及/或 組合的閥，用以調節在減壓步驟期間來自吸附劑基底、而 不是在洗淨步驟期間使用、之氣體的流動。亦在本發明之 範疇之内的是，調節氣體流動的閥或閥組件將會形成可以 46 1292334 視情況、像是反應於來自-控制器的控制訊號、使用的流 %’，用以調節此氣體的流率來調整被運送到加熱組件之副 產物流的流率及/或燃料值。 較佳地，在PSA循環期間由該psA組件所使用之迅 速增力”戈是階梯式的洗淨步驟係會產生一個副產物流，當 該副產物流當作-個燃料流被運送到加熱組件時，該副產 L個決定的或選擇的流率係為固定的、或是在一個 選擇的範圍之内，像是-個選擇流率的+/_5%、1〇%、15%、 r、3G%，等等。在—些實施例之中，該選擇的流率係對 應於一個產生一個加埶棑屮古 …、辨出抓的机率，該加熱排出流係適 Z於將燃料處理系統的氫氣產生區域保持在一個所需的溫 7及/或在-個所需的溫度範圍之内，像是那些先前所討論 ^另外地或替代地’洗淨步驟可以是適用於在PSA循環 』間產生到達加熱組件之副產物流的一個流動，該副產物 流為固定的燃料值或是在一個決定、選定燃料值的一個選 定範圍之内’像是—個敎燃料值的+/-5%、1G%、15%、 2〇%、3〇%等等。在其巾psA組件被用來產生產物氮氣流 八广㈣的至少-實質部份、且甚至是更佳地為該時間的 ，部期間，該等副產物流較佳地保持以上所討論之對於選 定的流率及/或燃料值之關係的其中任—個或二個。合副產 =流沒有持續地符合以上討論的任—或二個標準時:在本 發明之砣疇之内的是’其可以在循環的至少8〇%、至少 90%、至少95%或更多如此進行。 在-些實施例之中’如同與流76的流率相關之選擇的 47 1292334 燃料值係會產生一個加熱的排出流，該排出流係適用於將 燃料處理系統的氫氣產生區域保持在一個所需溫度及/或在 一個所需的溫度範圍之内，像是那些在前文中討論的。舉 例來說，加熱的排出流可以是適用於將該氫氣產生組件的 氫氣產生區域、其在一些實施例之中可以稱為重組區域、 保持在一個相當固定的溫度，像是對於甲醇或相似含碳原 料來說是一個在 375-425°C、400-425°C 及/或 400-450°C 範

圍之内的溫度、以及對於天然氣、丙烷以及相似含碳原料 來說是一個在750-850°C、且較佳地為775-825°C、800-850 °C及/或800-825°C之範圍内的溫度。 雖然並非必要的，迅速增加、或是遞增地增加、洗淨 氣體到吸附劑基底之流率的一個益處是可以防止流76到 加熱組件的流率突然地增加。此種突然的增加可以傾向於 產生一種加熱排出流，該排出流具有至少一種像是一氧化 碳之成份的一個濃度，且該濃度係超過一個選擇的起點數 值，像是50 ppm或更多。較佳地，本發明之快速增加的 洗淨步驟係適用於產生一個加熱的排出流，該排出流在整 個PSA循環之中係具有—個小於5() ppm、且較佳地是小 於25啊、小於10 ppm、或甚至是小於5啊的一氧化 碳濃度。 用於實施迅速地增加、階梯式、或用其他方式調節到 達-個變壓式吸附組件之吸附劑基底之洗淨氣體流動之系 統以及方法的說明性、非唯一例子係包括有、但不限定於、 以下實施方式的其中-個或多個’其可以被實施在一個或 48 1292334 多個PSA組件；一個適用於純化氫氣的psA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 器、以及一個適用於從該混合氣體流產生一個產 的PSA、、且件，一個燃料電池系統含有一個燃料電池疊、一 -個氫氣純化的PSA組件以及一個要被該pSA組件純化之 氫氣來源（且該來源選擇地包括有一個燃料處理器，且在 •一些實施例中包括有一個蒸氣重組器）；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氫氣產生區域，一個適 用於從該混合氣體流（以及選擇地是一個適用於接收至少 一部伤純化混合氣體流的燃料電池疊）移除雜質（包括有 -氧化碳）白"SA組件，以及一個適用於燃燒該副產物流 用以加熱至少邊氫氣產生區域的加熱組件，且該氫氣產生 區域遠擇地為一個蒸氣或自熱的重組區域； 》 凋節洗淨氣體到該吸附劑基底的運送，用以將副產物 流的流率保持在一個選擇流率的+/_ 5%、1〇%、15%、2〇〇/。、 30%等等之内； 調節洗淨氣體到該吸附劑基底的運送，用以將副產物 級的燃料值保持在一個選擇燃料值的+八5 %、1 〇 %、1 $ %、 20%、30%等等之内； 在 ^又决疋的時間期間以一個變化的流率運送一個決 定體積的洗淨氣體到一個吸附劑基底； 在该洗淨循環之一個最初百分比期間逐漸地增加洗淨 49 !292334 氣體到一個吸附劑其矻μ^ &底的^率，並且在該洗淨循壞之一個 後續百分㈣㈣擇地藉著維持及/或減少流率； 、 么將會在一個PSA循環的洗淨步驟期間 破運送之洗淨氣體之平均流率的75%、且選擇地為5〇%或 更少的流率將該洗潘盗雜、笛、、， # «I體運3¾到一個吸附劑基底，並且在 之後〜加洗淨氣體的流率到_個大於在該洗淨步驟期間 破運送之洗淨氣體之平均流率的流率； 在（始。亥體積之洗淨氣體的流動之後，在該段時間期 間選擇地增加及/或減少洗淨氣體的流率、以及在該段時間 期間選擇地在後續減少 只^ ^及/或增加洗淨氣體的流率，使得該 決定體積的洗淨氣體係在該段決定的時間期間被運送； 调即洗淨氣體到一個PSA組件之吸附劑基底的流率， 用以將在一個加熱排出流之中之一氧化碳的濃度保持在— 固4擇的起點值以下，像是5〇 PPm、25 ppm、i 〇 ppm、5 ppm :、更y其中4排出流係藉著燃燒來自該psA組件的 物流而產生； i 反應於一個預定、1 θ w 頂疋Μ動的1變曲線而選擇地分配一個 的洗淨氣體到該吸附劑基底，肖量變曲線具有其中洗淨 :;的流率係小於在洗淨步驟期間被運送之洗淨氣體的— 二：机率之至少―個部份，以及其中洗淨氣體的流率係 在洗淨步驟期間被運送之洗淨氣體的-個平均流率之 至少—個部份； +之 用以將ρ洗'爭礼體到一個PSA組件之吸附劑基底的流率， 將—個加熱排出流之至少-種成份的濃度保持在—個 50 1292334 選擇的起點數值以下 、组件的副產物流而產 ’其中該排出流係藉著燃燒來自該 生；

PSA

選擇地將洗淨氣體以一種可變流動的量變曲線運送到 個PSA組件的吸附劑基底.， Μ M Τ洗净氣體的流率係被 调整以將從該PSΑ組件到一 ., 加熱組件之氣體的流率保持 在一個起點數值之決定範圍處或之内； 牙 選擇地將洗淨氣體以一種可變流動的量變曲線運送到 = PSA組件的吸附劑基底’在其中洗淨氣體的流率係被 =以將從該PSA組件到一個加熱組件之氣體的燃料值及 抓率保持在一個起點數值之決定範圍處或之内； 調節到達-個PSA組件之吸附劑基底處之洗淨氣體的 -率’用以將-個燃料處理系統之一個氫氣產生區域的溫 度保持在-個1G(rc、且較佳地I聊或更小的溫度範圍 之内丨中该區域係藉著燃燒PSA組件的副產物流所產生 之加熱的排出流而被加熱； 曰。周即洗 >爭氣體到一自PSA、组件之吸附劑基底的流率來 提供個充分流動的副產物流，用以當被一個藉著燃燒該 副產物流而產生之力σ熱的# λ流所加熱時將A氣產生區域 的度保持在一個選定的溫度範圍之内及/或一個選定的起 點數值以上； 調節洗淨氣體到一個PSA組件之吸附劑基底的流率， 用以維持副產物流到一個適用於使用該副產物流當作一個 燃料流之加熱組件的一個連續流動； 根據一個非線性流動的量變曲線、及選擇性地根據一 51 1292334 t包括有：個或多個流動之增量變化、流動的階梯性（或 p白梯狀）變化、以及流動之非線性改變的量變曲線來調節 [氣體到-個PSA組件之吸附劑基底的流率； • 藉著一個具有複數個吸附劑基底之PSA組件實施之& .上方法’料制劑基底係適用 包括有㉛氣當作其主要成份且藉著一個燃料處王里系統所產 ^ =昆合氣體流，該燃料處理系統包括有至少_個適用於 •猎：療乳重組水以及-種含碳原料來產生該混合氣體流的 重區域，且至少該燃料處理系、统的重組區域係適用於被一 個力:熱組件加熱’且該psA組件係適用於提供至少一個燃 料机到.亥加熱組彳，以及選擇性地更與一個適用於接收至 ,、 习由β亥PSA組件所產生之純化氫氣的燃料電池疊相 結合； 用於實施以上任何系統的製程及/或以上任何系統之用 途的方法；及/或 % 種控制系統，其係適用於控制PSA組件及/或一個 相關氫氣產生組件的操作，帛以實施以上任何的方法或控 制系統。 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組件及用於操 作4組件的方法可以被使用在其他的應用之中，像是用以 、、屯化在燃料電池或其他系統之中的其他混合氣體流、及/或 用以加熱除了燃料處理系統之氫氣產生區域之外的結構。 工業應用性 52 .!292334 變壓式吸附組件以及包括有該組件的氫氣產生及/或燃 料電池系統係可以應用力氣體i生以及燃料電《也的領域之 中包括有其中產生、純化及/或消耗氯氣來產生電流的領

夕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 2式被揭示’本文所揭示及說明的特殊實施例不應該被視 :、可此的§午多變型之限制。本發明的標的包括有本發明所 2示之各種元件’特徵’功能及/或性f之所有新賴且非顯 者組合以及次組合。同樣地，當該等申請專利範圍描述 個或s —個第一”元件或是其同等物時，此等申 ::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。 相信以下的申請專利範圍特別指明某些針對所揭示之 :、中_發明、且為具有新穎性及進步性的組合以及次 ^體現於其他特徵、功能、要件及/或性質之組合以及次 二：：的發明可以經由修正目前的申請專利範圍或是在 來主;中或是相關申請案之中提出新的申請專利範圍 ㈣修正或是新的申請專利範圍，無論它們是針 问的务明或是針對相同的發明，無 專利範圍來說為不同的，較寬廣的，較狹窄的， 範脅的，亦被視為衫在本發明的標的之内。/ 【圖式簡單說明】 圖 為個施量產生及消耗組件以及一個 燃料電池疊 53 .1292334 個月b i /肖耗裝置之示範性例子的概略視圖，該能量產 生及消耗組件包括彳一個具有一個才目關原料運送系統及一 個燃料處理系統的氫氣產生組件； ° 為個蒸氣重組益形式的氫氣產生組件的概略視 圖：該組件係適用於從水以及至少一個含碳原料來產生含 有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 —個與—個根據本發明之氫氣產生組件-起使用之燃料電 池疊的部份； 、W為可以根據本發明使用之變壓式吸附組件的概略 圖5為一個可以與根據本發明的psA組件一起使用之 吸附劑基底的概略剖面圖； 圖6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7為一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； …、 θ 9為圖8之吸附劑基底的概略剖面圖，且該質量轉 移區域係沿荽| & Μ 、里平寻 m 者基底的吸附劑區域朝向吸附劑區域的-個遠 鳊或產物端部移動； 圖1 〇為可以根據本發明使用之變壓 個例子的概略視圖； 仵之另 54 1292334 圖η為可以板據本發明使用之變壓式吸附組件之另一 個例子的概略視圖； 圖12為描繪在一個PSA循環之減壓以及洗淨步驟期 間、在一個PSA組件之吸附劑基底内之壓力的曲線圖； 圖1 3為描繪在一個根據本發明之psa循環的洗淨步 驟期間、到達一個PSA組件之吸附劑基底之洗淨氣體之流 率的曲線圖； 圖14為描繪在一個根據本發明之psA循環的洗淨步 驟期間、到達一個PSA組件之吸附劑基底之洗淨氣體之說 明性快速增加之流率的曲線圖；及 圖1 5為描繪在一個根據本發明之psa循環的洗淨步 驟期間、到達一個PSA組件之吸附劑基底之洗淨氣體之說 月I4生快速增加之流率的曲線圖。 【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 55 1292334

39 支撐件 40 支撐板件 42 產物氫氣流 42f 純化氫氣流 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 62 儲存裝置 64 燃料處理糸統 68 原料供應流 69 燃料供應流 70 氫氣產生區域 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 74’ 混合氣體流 56 1292334 76 副產物流 76f 排出流 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 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 不連續子區域 57 1292334

122 除水裝置 124 饋入端部 126 產物端部 130 質量轉移區域 140 混合氣體歧管 142 排出歧管 144 饋入端部 150 產物歧管 152 洗淨歧管 154 產物端部 156 洗淨氣體流 156f 洗淨氣體流 158 流體連通 160 流體連接 170 流量調節裝置 172 檢測器 174 止回閥 176 螺線管閥 178 釋壓閥 180 可變孔口閥 182 固定孔口 190 流量計 192 壓力感測器 194 溫度感測器 1292334 196 成分檢測l§ 198 一氧化碳檢測器 200 控制器 202 通訊連結件 210 時間 212 時間 214 時間

Claims (1)

1292334 十、申請專利範圍： i一種氫氣產生組件，其係包含有： 一個燃料處理系統，其係包括有至少一個適用於接收 至/個饋入流、及產生一個含有氫氣以及其他氣體之混 合氣體流的氫氣產生區域； 個壓式吸附組件，其係適用於接收該混合氣體流、 ^用以產生一個含有至少一個實質上純之氫氣的產物氫氣 流且具有除了該混合氣體流之外之一個減少濃度的其他氣 體-以及用卩產生一個含有至少言亥等其❿氣體之實質部份 的田J產物机，其中，該變壓式吸附組件包括有複數個吸附 d基底w亥等基底係適用於將該混合氣體流分成形成該產 物氫氣流及該副產物流的流； 、個加熱組件，其係適用於接收且燃燒該副產物流， 用以產生一個適用％& 用於加熱至少該氫氣產生區域之加熱的排 出流；以及 用於调郎該副吝札 匕於支 物、/现之^率的流動之機構，用以將該 風氣產生區域的溫度伴 保持在一個決定的溫度範圍之内，用 方；產生該混合氣體流。 申巧專利範圍第1項所述的氫氣產生組件，其中， 该虱氣產生組件包枯古y τ ^ ^ 個療氣重組區域，該蒸氣重組區 域係適用於從水及一 . ^ .,. 個S石反原料來產生該混合氣體流。 該含碳範，項所述的氫氣產生組件，其中， 圍為725_825t。種奴虱化合物，並且該決定的溫度範 60 1292334 4·如申請專利範圍第2項所述的氫氣產生組件，其中， 吞亥含石反原料包括右田龄 有甲知’並且該決定的溫度範圍為375-45〇 X。 . 申明專利範圍第1項所述的氫氣產生組件，其中， 。亥用方…周即的機構係適用於調節到達—個組件之吸附 基底之洗淨氣體的流率，用以將在該加熱排出流中之一 氧化碳的濃度保持在50 ppm以下。 I 士申明專利範圍第1項所述的氫氣產生組件，苴中， _於調節的機構係包括有根據-個可變流動的量變曲線 、擇ϋ地將-洗淨流運送到該等吸附劑基底。 二曰7·如申清專利範圍第6項所述的氫氣產生組件，其中， :亥里fc曲線係包括有一個最初部份，在該最初部份中，該 、先乎乱體係以小於用於通過該等吸附劑基底之洗淨氣體之 平均流率的一個流率來運送，並且進一步地其中，該量變 曲線包括有-個後續部份，在該後續部份中，該洗淨氣體 > 等吸附劑基底之洗淨氣體之平均流率 的一値流率來運送。 61 1 ^如中晴專利範圍第1項所述的氫氣產生組件，其中， 該用於調節的機様伤白4 成稱係包括有用於調節該副產物流之燃料值 的機構。 9·一種氫氣產生組件，其係包含有： 個燃料處理系'統，其係包括有至少一個適用於接收 至乂個饋入流、及產生一個含有氫氣以及其他氣體之混 合氣體流的氫氣產生區域； 1292334 一個變壓式吸附組件，其係適用於接收該混合氣體流、 及用以產生-個含有至少一個實質上純之氫氣的產物氫氣 流且具有除了該混合氣體流之外之—個減少濃度的其他氣 體，以&用以產生一個含有至少該等其他氣體之實質部份 的副產物流’其中，該變麼式吸附組件包括有複數個吸附 劑基底，該等基底係適用於將該混合氣體流分成形成該產 物氫氣流及該副產物流的流，並且進一步地其中，該變塵 式吸附組件包括有用於反應於一個預定流動的量變曲線來 選擇性地分配-個體積的洗淨氣體到該基底的機 構，而該量變曲線具有至少一伽 令主少個在其中洗淨氣體的流率係 小於在洗淨步驟期間被運送 饥逆迗之冼淨虱體之平均流率的部 份’以及至少一個在盆φ、、丰、、落名 八爭乳體的流率係大於在洗淨步 驟期間被運送之洗淨氣許之伞 $矾體之干均流率的部份；以及 一個加熱組件，直必、& ，、係適用於接收且燃燒該副產物流， 用U產生一個適用於加熱 出流。 …乳產生區域之加熱的排 10 ·如申晴專利範圍第9項 "> 中，該量變曲線包括右一-t 的虱氣產生組件，其 有個非線性的量變曲線。 1 1 ·如申晴專利餘图势 Φ ^ ^ Λ 4 項所述的氫氣產生組件，其 中，该：Ϊ鏈曲線包括有一 少一個大於^、 最初的冼淨氣體流率、以及至 率。 梦乳體k率之後續的洗淨氣體流 1 2 ·如申睛專利範 φ 圍弟項所述的氫氣產生組件，J: 中，该取初的洗淨氣_ & ^ 乳奴仇率係小於該後續流率的5〇%。 62 1292334 13·如申請專利範圍第11項所述的氫氣產生組件，其 中，該最初的流率為在一個PSΑ循環之一個洗淨階段期間 違洗淨氣體之一個平均流率的2 5 - 7 5 %，並且進一步地其 中，該最初的流率係在該洗淨階段的至少1〇 %中被保持。 14·如申請專利範圍第9項所述的氫氣產生組件，其 中，該量變曲線包括有至少一個其中該洗淨氣體的流率係 隨著時間減少的部位。 ' 15. 如申請專利範圍第9項所述的氫氣產生組件，其 中，該用於選擇地分配的機構係適用於將該副產物流的流 率保持在一個決定流率之一個預定範圍之内。 L 16. 如申請專利範圍f 15項所述的氫氣產生組件，其 中，該決^流率係對應於-個其中該加熱排出流係適用於 將該氫氣產生區域保持在一個用於產生該混合氣體流之選 擇溫度範圍之内的流率。 1 7·如申請專利範圍第1 6頊辦、+、#广士 貝所述的氫氣產生組件，其 中，該氫氣產生區域包括有一個节 > 去z ^ ^ 调瘵乳重組區域，該菽氣重 組區域係適用於從水及一個合 …、 反原料來產生該混合氣體 流0 18.如申請專利範圍第17 中’该含石厌原料包括有一種石炭 度範圍為700-800°C。 19·如申請專利範圍第17 中’該含碳原料包括有甲醇 375-450〇C。 項所述的氫氣產生組件，其 氫化合物，並且該選擇的溫 項所述的氫氣產生組件，其 並且該選擇的溫度範圍為 63 1292334 20.如申請專利範圍第9項所述的氫氣產生組件，其 中，該用於選擇地分西己的機構係適用於將該副產物流的燃 料值保持在一個決定燃料值之一個預定範圍之内。 21·如申請專利範圍f 9項所述的氫氣產生組件，1 中，該用於選擇地分配的機構係適用於將從該副產物流所 產生之加熱排出流之中的任何一氧化碳保持在一個Μ卯爪 濃度以下。 22. 如申請專利範圍帛9項所述的氫氣產生組件，其 中，該氫氣產生區域包括有一個蒸氣重組區域，該塞氣重 組區域係_於從水及—個含碳原料來產生該混合氣體 流。 23. 如中請專利範圍第9項所述的氫氣產生組件，其係 ^個燃料電池疊結合在一起，該燃料電池疊係適用於接 收该產物氳氣流的至少一個部份。 24 · 種用於§周節一個嫁粗♦ τ田么y * 域之溫度的方法，該二 糸統之一個氯氣產生區 ^ Μ M M.U ^ /，、"、处理糸統係適用於產生一個含有 風乱及，、他虱體的混合氣體流； 在一個燃料處^ β , 生之—個加熱的1氣產生區域中產 有虱乳及其他氣體❸混合氣體流； 將該混合氣I#、、ώ、笛、、 式吸附組件包括有一個變壓式吸附組件，該變壓 適用於產生—個副U含有吸附劑的吸附劑基底並且係 流含有該等其他氣二乂及一個產物氫氣流’該副產物 有比該混合氣體:之 之/辰度更大的氫氣； 64 1292334 從該混合氣體流吸附該等其他的氣體，用以產生一個 產物氫孔流，邊產物氫氣流係含有比該混合氣體流之濃度 更大的氫氣； 將忒等吸附劑基底加以減壓，用以促進從該等其他氣 ' 體從該吸附劑釋出； 藉著洗淨氣體的一個流動洗淨該等吸附劑基底，用以 進^促進。亥等其他氣體的釋出，其中該減麼步驟及該洗 #步驟係會產生氣體流，而該副產物流係從該等氣體流形 成； 在個加熱組件中連同空氣燃燒該副產物流，而該加 熱組:係適用於產生一個加熱的排出流； 猎者口亥加熱的排出流來加熱該燃料處理系統的該氳氣 產生區域；以及 調節到達該等吸附劑基底之洗淨氣體的流率，用以產 2充分流動的副產物氣體，用以將該氣氣產生區域保 •、個決定的溫度範圍之内，用於產生該混合氣體流。 如申請專利範圍f 24項所述的方法，丨中，該調 *有决速增加到達該等吸附劑基底之洗淨氣體的 其中，該方 ，用以產生 ，其中，該調 運送該洗淨氣 、6.如申晴專利範圍第24項所述的方 ^包括有調節到達該等基底之洗淨氣體的 -個連續流動的副產物流。 _ 27·如申凊專利範圍第24項所述的$ 郎步驟包括；^、 有乂一個最初的洗淨氣體流碎 65 1292334 體，該最初的洗淨氣體流率係小於洗淨氣體之、， 75 %，並且在此之後增加該洗淨氣體的流率。平均/泉率的 其中，哕％ 其中’該氫 流的重組區 28.如申請專利範圍第24項所述的方法， 節步驟包括有控制該副產物流的燃料閥。 29·如申請專利範圍第24項所述的方法， 氣產生區域包括有一個適用於產生該混合氣體 域0 30.如申請專利範圍第29項所述的方法， 尽 、 八τ，該氫 氣產生區域包括有一個蒸氣重組區域，該蒸氣重組區域係 適用於從水及一種酒精來產生該混合氣體流，並且進一步 地其中，該決定的溫度範圍為350-450°C。 3 1 ·如申請專利範圍第29項所述的方法，其中，該氫 氣產生區域包括有一個蒸氣重組區域，該蒸氣重組區域係 適用於從水及一種碳氫化合物來產生該混合氣體流，並且 進一步地其中’該決定的溫度範圍為7〇〇_8〇(rc。

十一、圖式： 如次頁 66