TWI328898B - Self-regulating feedstock delivery systems and hydrogen-generating fuel processing assemblies and fuel cell systems incorporating the same - Google Patents

Description

1328898 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係廣泛地關於產氯燃料處理組件和燃料電，也季 統’並且特別是關於為此所用之原料輸送系統。 【先前技術】

純化的氫氣係用於許多產物的製造，包括金屬、可食 的脂肪和油，以及半導體和微電子裝置。純化的氫對於許 多能量轉換設備也是一個重要的燃料來源。例如，許多燃 料電池使用純化氫和氧化劑來產生電位能。一系列互聯的 燃料電池被指稱為燃料電池堆，而當與氧化劑和氫氣來源 結合時，這堆也可被稱為燃料電池系統。各式各樣的程序 和裝置可用來製造被燃料電池消耗的氫氣。 產氫燃料處理組件是由一或多個裝置或元件所組成的 組件，其包括一個具有產氫區域的燃料處理器，產氫區域 是用以將一或多種原料轉變成以氫氣作為主成分的產物 流。在操作中，產氫區域典型地是於升高的溫度和壓力下 操作’並包含-種適當的催化劑，以從被輸送至此的原料 中至少產生氫氣。被輸送至產氫區域的原料之組成、流速 和性質可能會影響產氫組件的性能。所產生的氫氣可用於 各式各樣的應用中。-種這樣的應用是發電，塗如在電化 學燃料電池裡。電化學燃料電池是將燃料和氧化劑轉換成 電、反應產物和熱的裝置。例如，燃料電池可將氫和氧氣 轉化成水和電。在這種燃料電池裡，“是燃料，氡氣是 6 1328898 氧化劑，而水是反應產物。 燃料電池典型地被結合在一起形成燃料電池堆。產氫 燃料電池系統是一個包括適用於產生氫氣的產氫處理組件 乂及適用於接收由燃料處理組件所產生的氫氣並由此產生 電:的燃料電池堆之系统。當流至燃料電池堆的氫氣流速 被μ至產氫設備的產氫區域的原料流速所影響時，這會影 響燃料電池堆的性能和/或其滿足施加至其上之負載之= 力因此，產氫燃料處理組件和產氫燃料電池系統典型地 將包括各式各樣的控制，以調控至產氳區域的原料流。 【發明内容】

本發明揭示原料輸送系統以及包含該系統之產氣燃料 处里’卫件和燃料電池系統。原料輸送系統包括從供應源沒 取出至V -種液體原料並將至少一肖包含該原肖的進料流 輸送到燃料處理n，例如到其產氫區域的液體泵浦。原料 輸送系統更進一步包括建立液體從泵浦下游位置回到泵浦 上游位置之流體流動路徑的循環導管。在有些具體實例 中丄原料輸送系統更進-步包括與循環導管結合的流動限 制器以及選擇性地允許循環的原料繞過流動限制器的壓力 :動閥。在有些具體實例中’將泵浦配置成可從供應源沒 取出比輸送到燃料處理器更大流速的進料流。 【實施方式】 包含依據本發明之原料輸送系統22之產氫燃料處理 7

勺二'Γ於圖1中’且以1G作概括指示。燃料處理組件1 〇 :燃料處…2,其適用於從一或多個進料流ΐ6產生 :料Γ氣，且較佳地至少實質上純氯氣的產物氫氣流14。 紅机16可包括至少一種含碳原料18。燃料處理器a包 何適用於從進料流16纟生氫氣的適當裝置或裝置的 :口。因此，燃料處理器12包括一個產氣區域19,盆中 2猎由=用任意適當的產氫機制來產生含有氫氣的輸出流 出流20包含氫氣作為至少的一種主要成分。輸出 々可包3 -或多種另外的氣體成分，ϋ而可被稱為含 氧氧作為其主要成分的混合氣體流。 適合由原料輸送系統22所輸送的進料流16產生 的機制的例子包括蒸汽重組和自發舞 ；； 催m人 > 货…更組，其中使用重組

催2劑由a有含碳原料18和水17的進料流16產生氫氣。 其匕適合用以產生氫氣的機制包括含碳原料的加熱分解和 催化部份氧化作用’在此例中進料流不包含水作為這個產 虱機制的反應物。適當的液體含碳原料18的例子包括至 少一種碳氫化合物或醇類。適當的液體碳氫化合物=例子 包括柴油、煤油、汽油和其同類物。^當的醇類的例子包 括甲醇、乙醇及多醇，例如乙二醇和丙二醇。 匕 依據本揭露内容，原料輸送系統22適用於從供應源 來源汲取或者接收液體含碳原料，並且輪送包含原料的、: 料流1 6，以供至少在燃料處理組件的產氫區域中使用:， 料輸送系統22可運用任意適當的輸送機制，例如容^ 或其他適當用以推進液體流動性物流的泵浦或機制。當^ 8 用一或多個系浦時，泵浦的數量、種類及容量可變化，例 如關於所欲藉其泵送的液體的期望流速、所欲提供給液體 的期望壓力、液體的組成、是否意欲選擇性地變化流速、 等等。可使用的說明性但非排除性的泵浦的例子包括膜式 泵、叶買泵 '齒輪泵及其同類。在一些具體實例中，進料 流可從加壓來源接收，並且在一些這樣的具體實例中，在 來源下游可不需要另外的泵浦。

圖2顯不依據本揭露内容之原料輸送系統22的說明性 但非排除性的例子，其適用於將進料流丨6

理組…燃料處理…產氮區域19。如所示‘:： 輸送系統22包括泵浦組件1〇〇,其包括至少一個泵浦1〇2。 泵浦102包括入口 1〇6和出口 1〇8 ,且入口係與原料供應 源或來源1 12呈流體連通，而出口係與燃料處理器12呈 ⑽體連通。泵浦丨〇2進一步包括工作部分或泵送機制丨〇9， 其一般位於泵浦的輸入口和出口之間。泵浦1〇2適用於從 供應源1 1 2汲取或者接收液體物流丨丨〇，並放出液體物流 116。因此，原料輸送系統22可被描述為適用於從液體原 料供應源果送含有至少一種用於產氫區域19的原料的液 體物流。物流1 1〇也可半稱為入口物流或輸入物流，而物 流11 6可被稱為出口物流。 I浦102可由任意適當的電源供給動力；其說明性而 非排除性的例子包括產氫燃料電池系統42的零件，例如 隨後描述的燃料電池堆4〇和/或蓄能裝置52。另外的說明 例子包括與燃料電池系統所產生的電力輸出獨立的電源， 9 例如外部或專用的電池組、 1 Λ _ 电珊等。雖然並非必須，系诸 102可以是單一诘声志留 ^ m 、又〆早—輸出的泵浦，其適用於可呈開 或主動的配置，盆中爷法及 八中泵浦係接收液體物流110而放出液 體物流116，或者呈關明 古 〗者呈關閉或無動力的配置，其中泵浦不放 勿机1 16。泵浦的實際輸出會隨輸送至泵浦的電力輸出 壓而變化’其在有些具體實例中可能會傾向於變化。在 有，具體實例泵浦可以是被設計成選擇性地以兩種或 =多種速度及/或在一範圍的速度内操作的變速泵浦。在有 厂一體實例中，泵浦用電源可配置來調控供給泵浦的工作 循環或動力，從而調控或控制泵浦的輸出。 如所纣論者，泵浦組件丨00包括至少一個泵浦。因此， 在本揭露内容範圍内的是泵浦組件丨〇〇可包括單一個泵浦 102或超過一個泵浦102。當泵浦組件包括超過一個泵浦 寺這些泉浦可合作没取液體物流110和/或放出出口物流 U6。另外或二者擇一地，這些泵浦可各適用於從相同或 不同的來源112汲取液體物流110，和/或從該處各放出出 口物流1 1 6。 供應源112包括任何適當類型和/或數量的貯存器和/ 或其他來源，由此處液體物流可被泵浦組件丨00的果浦i 〇2 的入口 106汲取或者接收。適當供應源112的說明性、非 排除性例子包括貯槽、金屬罐及其他液體容器，其可或可 不被加壓。液體物流110包含至少一種進料流16的成分， 例如水17和/或含碳原料18。如圖2中以虛線所指示者， 以及如本文所討論的，物流11 〇和/或供應源1丨2包含至少 二種不同的進料流16成 ^ a . + , 戏刀，例如水Η與液體含碳原料18， 也疋在本揭露内容的範 。 進料流16成分，可包^ 可包含單一 勺 s超過一種進料流16成分，和/或可 進料产丨：進料饥16成分，都是在本揭露内容的範圍内。 生氫氣。#成刀也可稱為原料，產氫區域19可由此處產 田進料、流16包含水和液體含碳原料二者

可被選擇為可组水混'玄沾m a厌原科 ,、、 一水/tCw合的。例如，甲醇和許多其他醇類是 水说溶性的。在有此且 有二八體實例中，進料流也可包括乳化劑 U促進水和含碳原料混合的適當添加劑，此含碳原料 在原料輸送系統所運用的操作條件下，不會或不會適合地 〃水混溶。當進料流包含二或更多種原料時，這些原料可 在個共同來源或供應源被混合，或可從分離的來源被汲 取出並在爾後被混合》

如圖2所顯示，至少一部分的液體出口物流】16可形 成進料流16。然而，至少一部分的液體物流丨16可另外地 或一者擇一地被循環到泵浦入口丨〇6的上游位置，例如到 供應源112或到流體導管，物流〖10經此從供應源丨12流 到栗浦102。如本文本文所使用的’術語r上游」和「下 游」是依流體流經對應物流的方向所評估的。液體物流丨i 6 的循環部分120以實線顯示被輸送回到供應源112,而以 虛線顯示被輸送到包含物流110的流體導管。進一步在本 揭露内容範圍内的是循環物流120可被直接地循環到泵 浦’例如在或靠近入口 1〇6’如圖2中破折點虛線所指示 11 1328898 的。雖，缺； $ ! 土、 ., , '、、 衣’但由循環至少一部分的液體物流11 6所 成的循％迴路可在原料輸送系統的起動期間提供泵浦的 自弓I。

雖"彳對於所有具體實例來說非必須的，但依據本揭露 ^夺循環至少一部分的液體出口物流的原料輸送系統22 可允許原料輸送系統在預定的壓力或不連續範圍的壓力下 為燃料處理器提供進料& 16的流動，而不需要正面地控 制或調控泵浦的輸出來調整來自泵浦的液體出口物流的流 動和/或壓力。相反地，藉由允許液體出口物流"6不形成 進料流16的部分被循環（回到供應源Π2或者到泵浦的上 游），原料輸送系統可提供具有預定壓力或不連續範圍壓力 ^進料机，其也自動地調整流速達燃料處理器的需求或原 料要求，例如對於藉由相關的燃料電池堆施加其上的裝載 反應。因此，雖非必須的，但在本揭露内容範圍内的是， 原料輸送系統22彳提供怪定的輪出泵浦或預定的液體出 口物j 116的壓力和流速，同時仍然允許進料流16的流 速隨著消耗進料流之燃料處理器的需求改變，而且不會明 顯地（如果有的話）改變進料流的壓力，例如使進料流保 持在預疋的壓力或不連續範圍的壓力下。 一體實例中’ m由水疋评赞性液體原料和, 或包含溶解氣體的原料時，可能必須將循環物流12〇直接 地返回至供應源、112或-個中間貯存器或貯槽，而不是使 物流直接回到泵浦組件的輸入導管。例如，假使氣體變得 存在於循環物流中，氣體可能干涉栗浦組件的操作是可能 12 的，例如取決於泵浦 ^ 翁，，件的種類、氣體的容量等。一此類 型的泵浦可能舍屮# & -艰 ^ ，類型更容易受到氣體干。由於原 料務】送系統的速綠4庄 、·· ，氣體如果存在於循環物流，則傾 向於累積。循環物流中之可能的氣體來源的說明性、作非 排除性的例子是包含揮發性成分的進料流、包含 的液體原料和/或其含碳原料成分的至少-個汽化的部分。 供應源112可經由任意適當的機制與泵浦組# 100以

流體連通聯結4有些具體實射，運用迅速脫解或快速 分開的偶聯器是必須的。這樣的偶聯器不需要操作員運用 工具來分開和/或再聯接該偶聯器，並藉以分開和/或再聯 接供應源m组件之間的流體流動路徑。-種迅速脫解 的偶聯器係概要地說明在圖2中的160。迅速脫解的偶聯 器包括至少一個配件或偶聯元件162，以及在許多具體實 例中包括一對配件或偶聯元件，其被設計成可選擇性地聯 結在一起而於其間建立一個流體通道。在有些具體實例

中’偶聯元件可採取適當配置的公和母的偶聯元件的形 式’但這並非對所有具體實例是必須的。在包括這樣一個 迅速脫解偶聯器的一些具體實例中，偶聯元件中至少一個 包括選擇性地配置在開放和封關閉配置之間的閱1 6 4。& 一些這樣的具體實例中，閥可以是自動的或自動密封的 閥’它是偏壓或者適於在因應其配置於聯結（或連接）與解 聯（或分開）之間的偶聯器而於開放和封關閉配置之間自動 地轉變。換句話說，當偶聯器是分開的，閥會自動地從開 放配置，其中流體（例如液體物流110)可流經其間，轉變 13 1328898 到封關閉的配置，其中流體經過間的流動是受到防止或限 制的。

在至少其中將猶環物流配置成可返回到供應源的原料 輸送系統具體實例中，迅速脫解的偶聯器丨6〇可以另外戋 二者擇-地被安置於供應源上游，以選擇性地將供應源從 循環物流分開。這個與循環物流結合的選擇性偶聯器係概 要地說明於圖2中，而且可具有如上關於在供應源ιΐ2和 泵浦組件100之間偶聯器所述者相同的構件和變化。在圖 2中，一個選擇性的單向閥166係概要地例示大致在原料 輸送系，統和燃料處理器的產氫區域之間。這樣的間，當存 在時’可被安置來防止進料流16流回原料輸送系統（亦即， 離開產氫區域並一般地流往原料輸送系統）。 依據原料輸送系統22所有或所相關的流體導管所描 述，以及如圖3所概要說明的，原料輸送系統可被描述為 匕括輸入導官13〇 ’經此液體物流l "〇從供應源"2被汲 取或者接收到泵浦i 〇2。原料輸送系統更進一步包括一個 出口或輸出導管132’經此物流】16從泉浦的出口 ι〇8被 放土。輸出導管係與輸送㈣134處於流體連通，經此至 部分的物流116可被輸送到產氫區域19作為至少一 部2的進料流16。依據本揭露内容的原料輸送系統Μ更 進二步包括界定出流體流動路徑之循環輸送導管136，該 路徑建立在輸送導管和位於泵浦工作部分ι〇9上游之一部 份原料輪送系統之間的流體流通，例如藉由使物流ιι〇的 心部份返回供應源112，或是藉由將部份的物流直接循 1328898 環到泵浦的入口或到供應源下 Γ好畀泵浦入口上游的位置。 在圖2和3中，眉斜赵 _ _ 、】、系統22的說明性例子進一步 顯不包括流動限制器14〇。今叙i丨 少 限制循流動限制器"Ο適用於減小或 限制循％ V官的截面積。例如， ... 且如圖3令所概要說明的， 流動限制H i40可界定出小 X ^ ^ m 輸送導管134截面積的截面 積。因此，液體物流1〗6可偏愿 J偏麼而流經輸送導管134，並 從而到產氫區域19，此時吝 认广 此時產虱區域和/或輸送導管134内

的壓力比循環物流（至少在出口 r 等目132和流動限制器140 之間）内的壓力小。用梢微不 $ 』的術D。表達，流動限制器1 40 k用於引起對抗流經流動限制 iS2^^ 市j器的循裱物流120和通過循 %導官136回到原料供應源 β及具他在泵浦工作部分上游位 置之反壓。由小孔引起的撰 . 選擇反壓量可依據各式各樣的因 素而變化，例如一或多個使 ^ ^ U, ^ ^ ^ 者偏好、小孔的大小、小孔 的开/狀、由泵浦組件所放出 4 ®的液體k速、輸送和循環導管

大小、進料流的組成和性曾装。h社A 等較佳地’流動限制器係 製作或以其他方式配置成摇 成如供或維持一壓力，其既 大於所選擇的或想要的進料# 1 6到產虱區域19的輸送壓 小於後續所描述的閾限輪送壓力和/或循環壓力。 通過140可包括任何被配置用以限制循環物流 衣導官136的流動路徑之適當結構。作為說明性、 但非排除性的例子，流動限 m ^ ^ ^ 制器了包括具有比小孔上游的 導官136部分小的截面積和/或比輸送導管134小的截 面積的開口 144。這種小孔的例子概要地說明於圖3。小 孔⑷可稱為限制性小孔。小子L 142可具有一個有固定或 15 132889¾

不可調整大小的開D ° 一者擇一地，流動限制哭 具有可變或可調整„ 助隈制盗也可包括 纾口大小的小孔。當配置小 整其小孔大小時，可妝4 置】、孔以允許調 小，例如因應使用者為方便手動調整小孔的大 制器或燃料處理手動控制元件和/或因應來自控 其他命令訊號。°或㈣電池系統其他部分的電子或 當原料輸送系統或 X 4燃枓處理系統的其他構件包括一個 限制性小孔，例如，】、？丨】J1 士

.0 孔142時，它也可包括在小孔上游的 ，以提供一個保障避免小孔變得堵塞或者被阻礙。 例如，如果微粒或其他不想要的固體成分存在於流到小孔 的液體物流中’如果這些固體成分相對於通過小孔的開口 有足夠的大j則匕們可能阻礙過渡器。選擇性的過減器 隸2地說明於圖2和3的143β在本揭露内容範圍㈣ 疋，當存在時，過濾器的數量和類型可變化，例如取決於 對應小孔的大小、所欲過濾的液體的流速和/或組成、設計 偏好等。在實驗中，43微米的過濾器經證實對於在 0·004-0_005英寸範圍内的小孔是有效的，但也可利用其他 的過濾器和小孔大小，而不會背離本揭露内容的範圍。 流動限制器上游的循環導管部分可稱為循環導管的較 高壓力區域，而流動限制器下游的循環導管部分可稱為循 環導管的較低壓力區域。用稍微不同的術語表達，循環導 管可被描述為包括以流體連通方式延伸於出口導管和流動 限制器之間的第一部分，以及以流體連通方式延伸於流動 限制器和供應源112、入口導管130或在泵浦工作部分上 16 ^28898 游的原料輸送系統另-部分之間的第二部分。循環導管的 第二部分相同地界定在流動限制器和此原料輸送系統上游 部分之間的液體流動路徑。

在圖3顯示的說明性例子中，出口導管分支而建立與 循衣導e和輸送導管的流體連通或連接。本文所描述的流 T導官可包括界定供本文所描述的液體或其他流體物流用 流動路徑的所㈣當結冑。因& ’可《合流體物流流過 及因此所遭遇操作條件的材料、構造及大小形成導管。導 管已被概要地說明於圖3中，且在本揭露内容範圍内的是， 匕們可以（但非必須地）包括另外的結構和/或構件，例如感 測器、閥、流量控制裝置等等，或與它們連通。在圖3中， 也以虛線描繪參照圖2所描述的選用迅速脫解偶聯器丄6〇 和單向閥166，以圖示它們也可以，但非必須，被運用在 圖3所顯示的具體實例中。 雖然對於所有的具體實例不是必須的，但在本揭露内 谷範圍内的疋，泵浦1 02適用來連續地没取物流1 1 〇並從 其處放出液體物流116，而且在本揭露内容範圍内的是， 泵浦可適用於輸送較所需者更大流速的物流U6，或是在 有些具體實例中，甚至可以存在於進料流16中。因此’ 泵浦可被描述為提供一輸出流，其具有比從那裡產生並被 輸送到燃料處理器12的產氫區域（或其他部分）的進料流16 速更大的液體流速。在這樣的配置中，泵浦可被描述為 T配置來在輸出流116中提供過量液體或過量流速，從而 提供形成循環物流136的液體流動。 17 1328898 藉由將栗浦維持在提供包含較產氫區域所需更大量或 ⑽速之原料的輸出流〗丨6的操作狀態，可將泵浦配置成維 持良疋的輸出而不管產氫區域的氫需求或要求如何，至少 當產氫區域是在-種產氫操作狀[在有些具體實例中， 可配置泵浦來維持超出產氫區域對原料最大需求（亦即當產 氫區域處於它最高標定生產率和/或當產氫區域生產充足的 氫氣以於燃料電池堆最大標定電力輸出下產生電力輸出時 的原料需求）的液體原料流速。在有些具體實例中，原料輸 送系統可適用於提供流速至少是1〇%、至少25%、甚至至 少50%大於產氫區域所需原料量的輸出流。然而，由於原 料輸送系統的自我調節本f ’過量原料沒有被浪費，而是 經由原料輸送系統被循環，於該處它可被重複利用或返回 到原料供應源。

在圖2和3中’原料輸送系統22的說明性例子也顯示 包括壓力驅動目150。壓力驅動閥15〇適用於選擇性地允 許循環物流繞過流動限制器，從而不會遭受到限制性小孔 142或其他流動限制器14〇所引起的反壓，但仍然能返回 到供應源或是泵浦工作部分上游的原料輸送系統的其他部 分《適當壓力驅動閥的說明性而非排除性之例子包括如本 文所描述的流動性連接的卸壓閥和單向閥，即選擇性地限 制和允許液體流動到使液體可繞過流動限制器的旁路導 管。如圖3中之圖解表示，壓力驅動閥15〇與旁路導管 有流體連通，經由旁路導管152，至少—部分的循環目物流 136可選擇性地作為旁路物流154從流動限制器上游的位 1328898 置流到流動限制器下游的位置。用更結構性的術語表達， 堅二驅動閥適用於選擇性地允許至少—部分的循環物流從 導e 132流經循環導管回到供應源丨12或入口導管11〇，

而無需流經流動限制器。在圖2 概要地將壓力驅動閥 例不在旁路輸送導管和流動限制器上游循環輸送導管之間 的會合處ϋ也在本揭露範圍内的是，壓力驅動間可 位於所有適當的地點’在此它可選擇性地允許和限制到流 :限制器的流動，1當壓力驅動閥限制其到流動限制器的 流動時’流動是經由旁路導管改道的。例如，目3說明壓 力驅動閥可位於沿旁路導管的一個中間位置（亦即，任何在 旁路輸送導管的入口和出口之間的地方也在本揭露範圍 内的是，該閥可位於導管的入口或出口。 當流動限制器上游（亦即，在輸出導管132和流動限制 器140之間）的循環物流 136中的壓力小於閾限循環壓力

時，壓力驅動閥150通常適用於或被偏壓限制流經旁路導 管152的流動^這種配置可稱為壓力驅動閥的關閉或流動 限制的配置 '然而，當壓力到達(或超出）這閾限循環壓力 時，壓力驅動閥適用於自動地允許來自小孔142上游的液 體流經旁路導管152。 ‘壓力到達（或超出）時此閾限循環壓力，以及壓力驅 動閥（自動地）配置到其所因應的開動配置時，至少一部分 的循環物流120可流經旁路導管，從而減少流動限制器上 游液體的壓力。這也可減少原料輸送系統所輸送的進料流 壓力。閾限循環壓力可與進料流16可接受的最大或閾限 1328898 ' 輸送壓力相同’然而，也在本揭露範圍内的是，這些壓力 ‘ 不是相同的’例如可將閾限循環壓力選擇為小於閾限輸送 壓力，例如藉由預定的增量，以在壓力驅動閥被設計成允 許流動流經旁路導管（並從而減少在輸送和其他相關物流的 壓力）的壓力和輸送導管和/或燃料處理組件被設計或需要 接收進料流的最大壓力之間提供緩衝或壓力差。 如本文所表明者，至少燃料處理組件10的產氫區域可 被設計成在高壓操作，例如至少50 psi的壓力。在有些具 \體實例中，低壓可能足夠，例如當產氫區域適用於使用一 種部份氧化和/或自熱重組反應生產氫氣和/或當燃料處理 組件不使用壓力驅動的分離過程時。當燃料處理組件包括 純化或分離區域，例如本文所描述的，則這個區域也可被 設計成以高壓搡作。用於特殊燃料處理組件的特殊最大和 最小操作壓力將會傾向於依據各式各樣的可能因素而改 變。這種因素的說明性例子可包括但不限於：在產氫區域 19中運用的產氫反應、進料流16的組成、進料流“中液 I體的黏度、輸送導管構造、大小和/或配置、燃料處理組件 的構造、燃料處理組件的壓力需求和/或產氫區域下游的燃 料電池系統、設計選擇和容忍度等。例如，藉由在產氫區 域下游及選擇性地在亦較佳被維持在高壓的純化區域下游 運用一個限制性小孔或其他適當的流動限制器，可將一些 燃料處理組件設計成至少在產氫區域及選擇性地在其至少 一個純化區域中維持高的壓力。 流經導管Ϊ52的液體量（亦即，循環物流12〇的百分比） 20 1328898 . 可在本揭露的範圍内作變化。在有些具體實例中，當壓力 • 驅動閥在它開動或允許流動的配置時，形成循環物流1 20 的全部物流可流經旁路導管。在其他具體實例中，一些物 流120甚至在壓力驅動閥在此開動配置的期間内，也可流 經小孔1 42或其他流動限制器14〇。 當存在時’壓力驅動閥150可包括閥或閥元件156, 以及偏壓機制1 5 8，其適用於將閥從其開動配置偏壓到其 關閉配置。偏壓機制1 58可包括用以當到達或超出閾限循 環時壓力時’提供上述偏壓而仍允許壓力驅動閥被配置到 其開動配置的所有適當結構或設備。適當偏壓機制的一個 說明性而非排除性的例子是彈簧或其他彈性元件，其藉由 流動限制器上游的循環物流中的液體，在與施加於壓力驅 動閥的力量相反之方向上施加偏壓力量對抗閥元件。換句 話說’流動限制器上游的液體物流可施加驅使壓力驅動閥 從它關閉配置到它開動配置的力量。這力量是對抗偏壓機 制158的偏壓或其所施加的力量來應用。當物流所施加的 力量超出偏壓機制所施加的力量時，壓力驅動閥被配置到 它開動配置。否則’當物流壓力施加比偏壓機制所施加的 力量小的力量到壓力驅動閥時，壓力驅動閥適用於維持在 它關閉的配置。偏壓機制158也可作為壓力偵測器，或壓 力感測器，其適用於偵測泵浦組件所放出液體物流的壓力 何時超出閾限壓力，例如閾限循環或輸送壓力。具體地， 當液體的壓力’如對偏壓機制施加者，是足以克服偏壓機 制所施加的力量時’則閾限壓力會被超出。因此，偏壓機 1328898 制可適用於施加設定或對應於閾限壓力的偏壓力量，例如 閾限循環或輸送壓力。 偏壓機制158可進一步用以自動地使壓力驅動閥退回 到它關閉的配置。作為說明的例子，這可能會發生在藉其 所偵測（或施加其上）的壓力降低到低於閾限循環壓力時，' 在壓力減少到不足以克服由偏壓機制施加的偏壓力量的程 度時，和/或在從壓力驅動閥被配置到它開動配置起經過— 段預定時期之後，。換句話說，在本揭露範圍内的是將 壓力驅動閥配置成保持在它的開動配置，一旦配置至此， 貝^至少維持一段預定的最小時期❶也在本揭露範圍内的 疋，壓力驅動閥可完全因應液體物流和偏壓機制所施加的 力置而自動地配置成在它的開動和關閉配置之間作轉換。 圖2和3說明原料輸送系統22的例子，其包括流動限 制器和與原料輸送系統的循環物流相關的壓力驅動閥。在 操作中，小孔1 42或另一流動限制器j 4〇適用於引起反壓， 其可藉此促使或將從泵浦組件的輸出流偏壓流經輸送導管 134朝向燃料處理組件的產氫區域。然而，如果小孔或其 他流動限制H變得阻塞或是故障，則流動限制器所引起的 β' 1將會增加，而流經該處以形成循環物流13 6的部分 液體出口物流116將會減少’甚至成為零，其對應於當沒 有μ動通過流動限制器時。如果這壓力繼續增加，亦即， 如果氣生產組件仍維持在操作中則有傷害或損害的潛在 改例如，超出閾限輸送壓力和/或閾限循環壓力的壓力可 月b會知壞泵浦102或燃料處理組件的一個或更多部分。實 22 1328898 質二在至少輸出流116，以及典型地進料流16，以及部 ^動限制器上游的循環物流120’壓力將繼續增加因 為泵浦會被配置來放出比產氫區域19所消耗的更多的流 動輸出％ 116。由於小孔或其他流動限制器不能允許過:

液體或足够數量的過量液體流經其間而形成循環物： 120’故壓力將會增加。然而，因為上述的原料輸送系： 也包括壓力驅動間15〇,故可防止壓力增加到在間限循環 或輸送壓力之外.當驅動壓力閥被驅動時，壓力將會減少， 至少直到壓力驅動閥回到它關閉的配置。如果流動限制写 被堵塞或不可操作或只部份地可操作，則壓力可開始再次 增加’且壓力驅動閥再轉換到它的開動配置，如果壓力再 次增加到或超過對應的閾限壓力。 也在本揭露範圍内的是，依據本揭露的原料輸送系統 22可包括或可不包括流動限制14〇和壓力開動的閥m 二者。例如’原料輸送系統可包括流動限制器i4〇，例如 本文所描料，而沒有壓力動閥(而因此沒有旁路導管 152)。作為另—個例子，原料輸送系統可包㈣力驅動閥 150 ’例如本文所描述的，而沒有在出口物流引起反壓且 選擇性地使用屋力驅動間繞道的流動限制器。在㈣Μ 體實例中，旁路輪送;合+ 荆泽s不會存在，而且壓力驅動閥將選 擇性地於其關閉配置中對出口(和輪送)物流引起反壓，其 中麼力驅動閥會限制循環物流的流動。當麼力超出間限！ 時如本文所描述，壓力驅動閱會轉換或以其他方式被 促使到它開動的配置，其中至少一部分的出口物流會被播 23 1328898 統的其他部 5衣至〗供應源112或泵浦工作部分上游的輸送系 分。 如所談論的，如果系統22不包括壓力驅動閥，假使流 動限制器發生故障、阻塞或是不能適當地起作用，則有壓 力增加到所選擇閾限壓力之外的潛在性。然而，系統22 和/或燃料處理組件和/或包含依據本揭露之原料輸送系統 22的燃料電池系統彳包括#他適合用以偵測並反應在、接

近或超出所選擇閾限壓力的機制。例如，包括控制器的系 σ匕括用以測量在輸出流〖丨6、流動限制器1上游或 在另-個適當位置中壓力的壓力感測器，且控制器適用於 回應超出或臨近所選擇閾限壓力而控制至少原料輸送系統 的操作。作為說明性而非排除性的例子，可配置控制器 =應壓力在或大於所選擇間限壓力之偵測而選擇性地減 ^浦的速度和/或、經其所推進液體之出口壓力。 作為另一個例子，^〇 JL T FO4 ^^ 如果不用奴動限制器來實施原料輸 中㈣力力驅㈣150將仍能因應於何時這些物流 循中=力超出所選擇的間限•力，例如以上所談論的間限 進二上閾：輸送壓力’而選擇性地減少在輸出流116、 括： 的屋力。因為這樣的原料輸送系統22不包 括在系統22内建立一政及懕 匕

d, ^ " 時又允許循環物流流過JL

Cl :故在系統内的…傾向於擺動。更二 具體地，液體壓力將傾向於 又加 所消耗的更大流速的液體時^纽藉出比產氬區域Η内 到厂…動闕從它關閉配置I:換= 俠巧匕開動配置為止。爾 24 1328898 壓力將傾向於減少直到麼力驅動闕回到它關閉 ，止’此時液㈣力將傾向於開始再次增加。這種在 壓力，例如進料流16的壓力方 进哭私^擺動，可影響燃料處 盗所生產的虱氣流速’其接著可影響燃料電池堆所生產 ::力輸出。系統應該仍然是可操作的，由於在原料輸 定的操作狀態。 .·，、法被維持在如穩定或怪

+、在圖4中顯示依據本揭露的原料輸送系統22的另一個 兄月！生例子。與先刖所描述和說明的原料輸送系統類似， 該系統包括具有至少-個泵冑1G2的泵浦組件⑽、呈有 流動限制€刚的循環導t 136及具有壓力驅動闕15〇、之 旁路導管152。在本揭露範圍内的是，圖4的原料輸送系 統可包括其中如先前所討論例子的任一個零件、元件、欠 元件1點及變化。作為說明性的例子，輸送系統可以但 並非必須包括至少一個過濾器143、迅速脫解的偶聯器 16〇、單向間16"。也顯示在圖4的是一個選用的安全 閥168，其係流動性地被安置在供應源112和1浦組件⑽ 之間。這樣的閥也可與原料輸送系統的其他具體實例一起 使用，例如在圖2和3中所顯示者。 相似於先前所描述和說明的例子，4的原料輸送系 ，適用於為產氫燃料處理器提供液體進料& 16，且進料流 是以選擇的壓力或壓力範圍提供，而不必須調控到泵浦組 件的速度和/或動力。因此，系統可被實施而不用可變的速 度泵浦和/或不用適用於調控給泵浦組件的動力或其任務循 25 1328898 環的控制器。在有此且挪杏，，丄 隹有二具體實例中可包括這些構件，例如 供對輸送壓力的增加控制。然而，可配置系統η來以^ 定的壓力提供進料流16，而無需要求這些構件。此外，= 統22有負載追隨或需求追隨的特徵，在於輸送系統可以 各式各樣具有預；t壓力的流速提供進料流16，而 泵浦的速度或其他輸出。 …而調整

如所示，圖4的原料輸送系統與圖3的系統相似 了它包括-對流動限制器_ ’且在圖4中以⑽，和 識別限制器。流動限制器14〇，和14〇”係配置成可 流速的液體流經其中。例如，冬 °同 的限制性小孔⑷形式m μ之開口⑷ 1，，可界定且有不=^_時，流動限制器 I疋/、有不同截面積和/或以其他方式配 允許不同流速的液體流經其中的 米 丨yj如，流動限去 14〇”可允許比流動限制器140,小的液體流速流經其中。； 此’可將流動限制器描述成被配置來當流動 因 來控制被加壓液體到燃料處理器12的流動 i刀別用 度反壓給原料輸送系統内中的液體。 ，、不同程 也顯示在圖4中的是閥組件17〇，其 將液體輸出流從泵浦組件導向二個預先界定的輸=性地 的-個’以形成為燃料處理組件】。的燃料處理二管中 少一個產氫區域所用的進料流16。在圖4 B 的至 件17〇實施為具有二個閥172 * m ’已經將閱組 的是’可以其他方式實施間組件17〇，例如本揭露範圍内 閥、用其他適當的流動調控設備、 以不同數目的 J岡等。閥組件】7〇 26 1328898 可選擇性地允許及限制液體流經流動限制器14〇”，以選擇 性地將液體出口物流1 16從泵浦組件弓丨導經過第一和第二 輸送導管134’和134”。 一 卞L i /么冲1/丄/斗的另 -個是關閉的時候開放，反之亦然。當閥料關閉的， 閥m是開放的，而原料輸送系統的操作非常類似先前所 描述在圖2和3中提出的例子。這種配置可被描述為就液

體出口物流流動到燃料處理器界定或提供第一輸送導管或 路徑。在這種配置中，係防卜 。。” τ併、防止液體出口物流流經流動限制 器 1 4 0 ’，〇 當閥172是開放的，關174县 閥1 74疋關閉的，則為液體出口 ==輸送導管或路徑。在這個路徑中，…浦 私牛的：體出口物流必須流經流動限制器Μ。”，以 别达導管令為燃料處理器形成 140，，相斟# &缸„ λ 1刀们進科流。流動限制器 4〇相對於流動限制器14〇，的尺寸，若非完全 >、部份地在通過第 字會至 和第二輸送導管的液體出口物$ 116 的相對流速上界定—加* 物机116 是必須的，但产叙,的具體實例雖然不 動限制器14 〇 ’和14 0 ”將會业刑从田 經其中的液體之X π 會^地界定出流 不同的相對流速。例如 $動 可為流經其間界定+ 机動限制器14〇，， 丨义出較流動限制器14〇,所界宁治、Α 對流速。第一牙口贫 斤界疋流速低的相 第一輸送導管也可提供且右 的進料流。這種壓+ y、/、有不同相對壓力 A 爱力上的差異可影響相關揪社由 能，例如影響氫ϋ M i s祁關燃枓處理器的效 曰風礼的生產速率、燃料處理 也在本揭露箱 皿度荨〇 圍内的疋，原料輸送系統22可包括另外 27 定：力二動間’以選擇性地提供另外的輪 生產的液體進料流之:外::::二浦組件的正向控制所 可以任何適當的方式實施閥組件17 放和關閉。例如，閥組件的 ：閥之選擇f生開 配置為用於人工摔相對配置（開放/關閉）可以 或-者擇扯由使用者或操作員操作。另外

之_。 ^目關控制器或感㈤器輸入等至少其中 〃圖5圖示呈現一個實驗的說明性例子之結果， 4的原料輸送系統

:限制器⑽’和⑷，，分別以具—英寸和= 僅作為限制性小孔來實施。於該實驗中，將來自消耗來 自燃料處理器的氫氣之燃料電池堆的電輸丨182從㈣瓦 ,改變到120瓦特。這個轉換在圖5中以180指示。圖5 疋為了說明實驗的結果而呈現，於此實驗中，實施由圖4 的原料輸送系統所界定的第—和第二輸送導管以將甲醇 和水的液體進料流輸送到提供產物氫物流給燃料電池堆的 產氣（蒸氣重組）燃料處理器。這個實驗以及其中使用的說 明構件只是在本揭露範圍内的許多適當可能性之一，因此 其意傾向於作為說明的目的而不是限制。 在圖5中，以184顯示燃燒來自燃料處理器的或與其 相關的純化區域的副產物流以至少加熱燃料處理器的產氫 區域的呈燃燒器形式的加熱組件的溫度。進料流16的壓 28 1328898 力顯不在186。® 5在二個$同的流動方式說明原料 系統的負載追隨能力。如所示，然後將對應的燃料電池： 的電輸出從250瓦特切換至j 12〇瓦特在18〇，進料流μ 的壓力從1GG psia的平均壓力改變到89 5㈣的平均廢 力’而且通過輸送導管134，，（而不是導管134，）的進料流平 均流速從8.5 ml/min下降到6 5 mi/min。此減少的平^流

速造成較少的氫氣輸出（以及當利用生產這樣的副產物流之 純化區域時對應的副產物流）。 μ 雖然在圖1中顯示單一進料流16，但在本揭露範圍内 的疋，可使用超過一條物流16以及這些物流可包含相同 或不同的原料。這係由目i中包含虛線繪製的第二進料流 16來作概要地說明。相同地，圖i也以虛線說明每條進料 流16可以（但並非必須）與不同的原料輸送系統22或其部 份組合在-起。例如’當運用超過一個原料輸送系統Μ 時，系統可（但並非必須）從共同的供應源汲取出至少一部 ^的出口物流。當進料流16包含二或多種成分，例如含 碳原料和水，可在相同或不同的進料流中輸送這些成分。 當含碳原料和水可混溶時，原料典型地是但並非必須 是與進料流16的水成分一起被輸送，例如在圖丨所顯示 由參考符號17和18指向相同的進料流16。例如當燃料 處理器接收含有水和水溶性醇如甲醇的進料流時，這些成 分可先被預混並以單一物流被輸送。例如，重組進料流可 包含大約25_75趙積％的甲醇或乙醇或另一種適當的水混 溶性含碳原料，以及大約25_75體積％的水。對於甲醇和 29 所形成的進㈣，這些物流將典型地包含 大450.75體積％的甲醇和大約25 5 / 水混溶性醇的物流將典型地包含:二·：= 氣重組或自哉重二特別非常適當用於利用蒸 體積％的甲I 產氣組件的進料流例子包含的 11 31體積。/◦的水，不過可使苴 體含碳原料，而I皆離太姐· 吏H且成和液 / “ ·‘·、貪離本揭露的範圍。雖然不是必須的， 在本揭露範圍内的是’這種同時包含水與至少一種含碳 原料的進料流可作Λ吝气Ρ以 3厌 作為產虱㈣19的進料流，以及作為適 至少加熱燃料處理組件的產氫區域的加熱組件用的可 燃燒燃料物流。 蒸氣重組是可被使用於產氫區域19中的產氫機制的一 個例子’其中進料流16包含水和含碳m蒸氣重組 過程中’產氫區域19包含適當的蒸氣重組催化劑23，如 圖1中的虛線所指明的。在這樣的具體實例中燃料處理 器可稱為蒸汽重組器，產氫區域19 τ稱為重组區域，以 及輸出或混合氣體物流20可稱為重組產物流。如本文所 使用的，重組區域19係指任何運用蒸氣重組產氳機制的 產氫區域。適當的蒸氣重组催化劑的例子包括低溫轉移催 化劑的銅鋅調配物和由SUd-Chemie以ΚΜΑ商標名稱所販 售的鉻調配物，不過也可以使用其他的。其它典型存在於 重組產物流中的氣體包括一氧化碳、二氧化碳'甲烧、蒸 汽和/或未反應的含碳原料。 另一個可被運用在產氫區域19中的適當產氫反應的說 30 於 -自熱重組’纟中使用適當的自熱重組催化劑而 時由水和含碳原料生產氫氣。當使用自熱重組 的^二理器更進-步包括用以輸送空氣流到產氫區域 輪送組件67,如圖1中的虛線所指明的。自熱的產 虱應運用-種與放熱部份氧化反應一起被運用的主要吸 熱反應’其在產氫區域内在w初始的產氫反應時產生 熱0 作為經由使用加熱組件60而可在產氫區域19中達到 和/或維持的溫度之說明性例子，產氫蒸汽重組器典型地是 在200 C至9GG C的溫度範圍内操作。在這個範圍外面的溫 度也是在本揭露的範圍内。蒸汽和自熱的重組器也傾向於 以高的壓力操作，例如在50至1〇〇〇 psi範圍内的壓力， 不過在這個範圍之外的壓力也可使用而且是在本揭露的範 圍内。當含碳原料是甲醇時，蒸氣重組反應典型地將會在 大約200-500°C的溫度範圍内操作。這個範圍的說明性子 集包括350-450C、375-425C及375-400°C。當含碳原料是 碳氫化合物、乙醇或其他醇類時，對於蒸氣重組反應典型 地將使用大約400-900 C的溫度範圍。這個範圍的說明性 子集包括 750-850°C、725-825°C、650-75(TC、700-800。(：、 700-900°C、500-800°C ' 400-600°C 及 600-80(TC。也在本揭 露範圍内的是，產氫區域能包括兩個或多個區域或部分， 每個區域或部分可於相同或不同的溫度操作。例如，當產 氫流體包括碳氫化合物時，在有些具體實例中，可能希望 包括二個不同的產風部分’其中一铜在比另一個低的溫度 31 1328898 下操作’以提供一個預重組區域。在這樣的具體實例中， 燃料處理系統可二者擇一地被描述成包括兩個或多個產氨 區域。U.S.專利申請案序號第1 〇/407,500 ' 1 〇/412,709及 1 1/226,8 10號揭露了可供與依據本揭露之燃料處理組件一 起使用的說明性但非排除性的適當加熱組件的例子，其全 部揭露於此一併列為參考資料。

在許多應用中，可能希望燃料處理器至少生產出實質 上純的氫氣。因此，燃料處理器可運用本來就生產足夠純 氫氣的程序。當對於一種特殊應用，輸出流包含足夠純的 氫氣和/或足夠低濃度的一或多種非氫成分時，產物氫物流 14可直接地從輸出流20形成。然而，在許多產氫程序中， 輸出流20將是包含氫氣為主要成分與其他氣體的混合氣 體流。相同地，在許多應用中，輸出流2〇可以是實質上 純的氫，但仍然包含一些濃度的一或多種非氫成分，其在 意欲使用產物氫物流的應用中是有害的或不理想的。 因此，燃料處理組件1 0可以（但並非必須）進一步包括 純化區域24，其中富含氫的物流26係由輸出或混合氣體 物流生產’富含氫的物流26比輸出流2〇包含至少一種更 大的氫濃度和減少的一或多種存在輸出流的其他氣體或雜 貝。純化區域24概要地被說明在圖丨，其中輸出流2〇顯 示被輸送到一個選用的純化區域24。如圖1所顯示，至少 4为虽含氫的物流26形成產物氫物流14。因此，富含 氫的物流26和產物氫物流14可以是相同的物流並具有相 同的組成和流速。然而，也在本揭露範圍内的是，可貯存 32 1328898 —些富含氫物流26中的純化氫氣以供後續使用，例如在 個適田的氫存貯組件中，和/或由燃料處理組件消耗。 純化區域24彳以但並非必須生產至少一個副產物流 28。當存在時，副產物涂l 28可被用盡、送到燃燒器組件 或其他燃燒來源’用來作為加熱的流體流，被貯存供後續 使用’或以其他方式運用、存放或吾棄。在揭露範圍内的 是，因應輸出流20輸送到純化區域，將副產物流28當作 連續物流從純化區域放出，&間歇地，例如在批次程序中 或當輸出流的副產物部分至少暫時地被保留在純化區域中 時。 純化區域24包括任何適用於減少至少一種輸出流2〇 成分濃度的適當設備或設備的組合。纟多數應用中，富含 氫的物流26將有比輸出或混合氣體物流2〇更大的氫含 罝。然而，也在本揭露範圍内的是，富含氫的物流將有減 少濃度的一或多種存在於輸出流2〇中的非氫成分，且仍 具有與輸出流相同甚至減少的整體氫含量。例如，在有些 可使用產物氫物流14的應用中，某些雜質或非氫成分是 比其他成分有害的。作為一個具體的例子，在許多傳統的 燃料電池系統（例如質子交換膜燃料電池系統）中，如果一 氧化碳僅以幾個百萬分之一存在，其仍可損壞燃料電池 堆’可是存在於物流20的其他非氫成分，例如水，將不 會損壞該堆’即使其以遠多的濃度存在。所以，在這樣的 應用中，一個適當的純化區域可能不會増加整體的氫濃 度’但它將會減少對產物氫物流所需的應用有害或潛在地 33 1328898 有害的非氫成分的濃度。

用於純化區域24的適當設備的說明性例子包括一個或 更多的氫選擇性膜30、化學一氧化碳移除組件32及壓力 搖擺吸附系統38❶在本揭露範圍内的是，純化區域24可 包括超過一種類型的純化設備，而這些設備可具有相同或 不同的結構和/或由相同或不同的機制操作。如所討論的， 產氫燃料處理組件10可包括至少一個純化區域下游的至 少—個限制性小孔或其他流動限制器，例如與一個或更多 的產物氫物流、富含氫的物流和/或副產物流結合。 氫選擇性膜30對氫氣有滲透性，但如果不完全地，至 少實質上對輸出流20的其他成分是不滲透的。膜3〇可以 任何適用於純化區域24操作的操作環境和參數的氫可滲 透材料形成。適合膜30的材料的例子包括鈀和鈀合金Y :及特別是這種金屬和金屬合金的薄膜。鈀合金已被證明 2特別有效的，特別是含有35 wt %到45wt銅的鈀。包 含大約40 wt %銅的鈀銅合金已被證明是特別有效的，不 過在本揭露的範圍内也可使用其他相對濃度和成分。 氫選擇性臈典型地是由大約0.001英寸厚的薄鶴所形 成。然而，在本揭露範圍内的是，膜可由其他有氣渗透性 和/或有氫選擇性的材料形成，包括以上所討論者之外的金 屬與金屬合金以及非金屬材料與組成物 以上討論者更大的或更小的厚度。例如，可將膜做= =在虱流量有等量的增加。適合減少膜厚度的機制之例子 4滾1 1鍍和㈣。適當的#刻程序被揭露在Μ專 34 1328898 利第6,152,995號中，為所有目的，其全部揭露於此一併 列為參考資料。各式各樣的膜膜形態及其製備方法的例 子被揭露在 U.S.專利第 6,221117、6,319,3〇6 及 6,537,352 號中，為所有目的，其全部揭露於此一併列為參考資料。

化學一氧化碳移除組件32是與一氧化碳和/或物流2〇 的其他不想要的成分（如果存在於輸出流2〇中）起化學反應 以形成其他不是潛在有害組成物的設備。化學一氧化碳移 除組件的例子包括水媒氣轉化反應器和其他將一氧化碳轉 化成二氧化碳的設備，以及將一氧化碳和氫轉化成甲烷和 水的曱烧化催化劑床。在本揭露範圍内的是’燃料處理組 件1 〇可包括超過一種類型和/或數目的化學移除組件32。 壓力搖擺吸附（PSA)是一種化學程序，其中依據在適當 的溫度和壓力條件下，某些氣體將比其他氣體更強烈地被 吸附到吸附劑材料上的原理，從輸出流2〇中去除氣體雜 質。通常，從輸出流20被吸附及被去除的是雜質。使用pSA 於氫純化的成功是由於一般雜質氣體（例如C〇、c〇2、碳氫 化合物，包括CH4，以及NO在吸附劑材料上相對強的吸 附所致。氫只非常微弱地吸附，因此，氫通過吸附劑床， 而雜質被保留在吸附劑材料上。雜質氣體，例如nh3、h2s 及H2〇，在吸附劑材料上非常強烈地吸附，並且可與其他 雜質一起從物流20中去除。如果要再生吸附劑材料而 且這些雜質存在於物流20中’則純化區域24較佳地包括 一個用以在物流20輸送到吸附劑材料之前去除這些雜質 的適當設備’因為要釋出這些雜質是更困難的。 35 1328898 雜質氣體的吸附發生在升高的_力。#壓力減少時， 可從吸附劑材料釋放出雜質，因而再生吸附劑材料。典型 地，PSA是-個循環程序，而且需要至少二個床以供連續（斑 批次相對的)操作。可用於吸附劑床的適當吸附劑材料的例 子是活化的碳和彿石’特別是以（5埃)的沸石"及附劑材 料一般是處於顆粒的形式，而且是被安置在運_統填充 床配置的圓柱形壓力容器中。可使用其他適當的吸附劑材 料組成、形式及配置。 PSA系統38也提供一個用於純化區域24的設備例子， 其中副產#或被去除的成分並沒有作為氣體物流與輸出流 的純化同時直接地從區域被除去。相反地，這些副產物成 分是在將錢劑#料再生或以其他方式從純化區域移除時 予以去除。 在圖1中，純化區域24係顯示於燃料處理器丨2之内。 在本揭露範圍内的是，當存在時，區域Μ可二者擇一地 刀開也位於燃料處理器下游，如圖丨中的點虛線所概要說 月的也在本揭露範圍内的是，純化區域24可包括在燃 料處理器12内和外的部分。 在用以生產將被用來作為燃料電池堆進料或燃料流的 產物氫物流的燃料處理器或燃料處理組件方面燃料處理 器較佳地係適用以生產實質上純的氫氣，以及更加較佳 地，燃料處理器係適用以生產純氫氣。為本揭露的目的， 實質上純的氫氣是大於9〇%純，較佳地大於95%純，更佳 地大於純，以及更加較佳地大於99.5。/。純。適當的燃 36 1328898 ^處理器和燃料處理組件，包括其為生產至少實質上純的 氫氣物流的m明性(非排除性的)構件和配置的例子，被揭 路在 U.S_專利第 6,319,306' 6 221，117、5,997,594、5 86i，m 谠繫屬 U.S.專利公開案第 20〇1/〇〇45〇61、2003/0192251 及2003/0223926號及繫屬u s專利申請案序號第 11/263,726號中。以上指明的專利和專利中請案的全部揭 露於此一併列為參考資料。

—在圖1中，其顯示燃料處理器12包括外殼68，其中 谷納有至少產氫區域以及選用的純化區域。外殼68，盆也 可被稱為外罩，使得蒸汽重組器或其他燃料處理機制的構 一個單元被移動。它也藉由提供保護性罩殼來保 ::燃料處理器12的構件免受損傷，以及減少燃料處理組 件的加熱需求，因為嫩祖步 馬总、枓處理的構件可作為一個單元被 2续1卜殼68可以但不必要地包括絕緣材料7G，例如固 料、毯狀絕緣材料和/或充氣腔六。然而，在本揭 钭二乂疋’可不用外罩或外殼形成燃料處理器。當燃 =理二12包括絕緣材料7。時，絕緣材料可以在外殼的 组和/戈/的外部，或兩者。當絕緣材料是在包含上述重 或純化區域的外殼外部時’燃料處理器12可進一步 的在在^體外部的外蓋或外套72,如圖i中所概要說明 以二圍内的是，燃料處理組件可以不同的外殼、 2‘其:::理牛元件的另外構件’包括原料輸送系統 來實施。：在本揭燃料電池系統的另外構件的外殼 在本揭露知圍内的是，燃料處理組件10可不 37 包括外殼68。 進—步在本揭露範圍内的是，燃料處理組件10的一個 或更多元件可延伸到外殼之外或是至少位於外殼68的外 音P 〇 4 例如’以及如所討論的，純化區域24可位於外殼68 外部’例如純化區域直接地與外殼結合（如圖7中所概要說 的）’或與外殼隔開但藉由適當的流體傳送導管而與外殼

有凌體連通（如圖丨中以點虛線所表明的）。作為另一個 子 ， ’—部分的產氫區域19 (例如一個或更多重組催化床的 4分）可延伸到外殼之外，例如圖丨中以點虛線概要指明所 表示的可替換外殼配置。 如所討論的’產物氫物流1 4可用於各式各樣的應用， I括運用高純度氫氣的應用中。這種應用的例子是作為燃 料電池堆的燃料或進料流。燃料電池堆是一種由質子來 ;原，例如氫氣，以及氧化劑，例如氧氣，產生電位的設備。

=此，燃料電池堆可適用於接收至少一部分的產物氫物流 14與氧物流（其典型地被當作空氣物流輸送），而由此產生 7流。此被概要地說明在圖6中，其中燃料電池堆以4〇 复月並產生電流，其以41概要地說明。在這種配置中， ^中燃料處理器或燃料處理組件係與燃料電池堆結合，所 的系統可稱為燃料電池系統42，因為它包括燃料電池堆 和：料電池堆的燃料來源。在本揭露範圍内的$，依據本 ^路的燃料處理器、原料輸送系、統及加熱組件可用於不包 括燃料電池堆的應用中。 當打算將產物氫物流M用於燃料電池堆時可將可能 38

損壞燃料電池堆的組成，例如一氧化碳和二氧化碳，從富 含乳的物流中去除，如果必須的話，例如經由純化區域24。 對於燃料電A堆’例如質子交換膜（p腿）和驗性燃料電池 堆氧化碳的展度較佳是少於ι〇啊（每百萬份之份 數）較佳地’ t化碳的濃度是少於5 ppm，以及更佳地， 少於1 ΡΡΠ1。二氧化碳的濃度可大於-氧化碳的濃度。例 在有二具體實例中，少於25%二氧化碳的濃度可為可 接收的。較佳地’濃度是少於1〇%，以及更佳地少於1%。 雖然不是必要的，特別較佳的濃度是少於50 ppm。本文所 提出的可接收最小濃度是說明性例子，可使用除本文所提 出者以外的那些濃度’且其亦是在本揭露的範圍内。例如， 特殊的使用者或製造者可能會需要與本文所確認的那些不 同的最小或最大濃度水平或範圍。

燃料電池堆40包含至少一個以及典型地多個燃料電池 44,用以由氧化劑，例如空氣、富含氧氣的空氣或氧氣， 以及向其輸送的部分產物氫物流14纟生產電流。燃料電 池堆典型地包括多個在共同終端板48之間結合在—起的 燃料電池’其包含流體輸送/移除導管，耗這種結構對所 有具體實例並非必須的。適當燃料電池的例子包括質子交 換膜(PEM)燃料電池和鹼性燃料電池。其他包括固體氧化 物燃料電池、磷酸燃料電池及熔融碳酸鹽燃料電池。 由堆40所生產的電流或電輸出可用來滿足至少—個連 接的能量消耗裝置46的能量需求或應用負載。裝置邨的 說明性例子包括但不限於機動車、遊樂車、結構或工業車、 39 1328898 小船或其他海船、工具、光或照明組件、器具（例如家用品 或其他器具）、家庭或其他住宅、辦公室或其他商業機構、 電腦、訊號或通訊器材、蓄電池充電器等。相同地，燃料 電池堆40可用來滿足燃料電池系統42的電力需求，其可 被稱為燃料電池系統的設備差額（balance 〇f_plant )電力 而求。應該瞭解到，裝置46概要地被說明於圖6中，且 其意是表示用以從燃料電池系統汲取電流的一或多個裝 置’或裝置的集合。 、

燃料電池堆40可接收所有的產物氫物流I#。另外或 二者擇一地可經由適當的導管輸送一些或所有物流Μ，以 用於另一個消耗氫的程序，被燃燒供燃料或熱，或被貯存 供後續使用。作為一個說明性例子，氫貯存裝置5〇在圖1 中以虛線顯示。依據本揭露的燃料處理和/或燃料電池系統 Ί Μ但亚非 _ ..........衣夏）υ適用 於貯存至少一部分的產物氫物流14。例如，當堆4〇對氫 氣的需求比燃料處理器12的氫輸出少時，可將過剩的氫 氣貯存在裝置50 +。適當的氫貯存裝置的說明性例子包 括氫化物床和加壓貯槽。雖然不是必須的，但包含貯存氫 供應之處理組件10或燃料電池系統42的好處是在當燃= 處理器12不能符合這些氫需求的情況時，這供應可用於 滿足堆40的氫需求，或其他使用物流 況的例子包括當燃料處理器正從冷或不 從閒置狀態暴衝時（被加熱和/或加壓）時 而離線時’以及當燃料電池堆或應用需 14的應用。這些情 活潑狀態啟動時， ’為了維修或修理 要比來自燃料處理 40 1328898 器的最大可用產量更大的氫氣流速時。另外或二者擇一 地’貯存的氫也可用於作為可燃燒的燃料物流，以加熱燃 料處理組件或燃料電池系統。沒有直接地與燃料電池堆組 合在一起的燃料處理組件仍可包括至少一個氫貯存設備， 從而使得來自這些燃料處理組件的產物氫物流也可被貯存 供後續使用。

燃料電池系統42也可包括至少一個電池52或其他適 §的蓄月t*或電力貯存裝置’其適用於貯存由堆4〇生產的 電位能或電力輸出。說明性但非排除性的其他可使用的蓄 能裝置的例子包括飛輪和電容器，例如超電容器或超級電 容器。相似於上述關於過剩氫的討論，燃料電池堆4〇可 生產超出所需滿足裝置46所施加或應用負載，包括以動 力驅動燃料電池系統42所需負載的電力輸出。在進一步 相似於上述過剩氫氣的討論中，這過剩電力輸出可用於其 他在燃料電池系統外部的應用和/或貯存供後續由燃料電池 系統使用。例如，蓄電池或其他貯存裝置可在起動或其他 應用期間提供動力供系統42使用，其中該系統不生產電 和/或氫氣。在圖6中，流動調控結構概略地被表明在Η ,概要地表示任何適當的歧管令控制器、開關及其同 類物’以選擇性地將氮和燃料電池堆的電力輸出分別輸送 0和電池52，並將貯存的氫和貯存的電力輸出從 那裡取出。 ^'在圖1和0-8中也顯示的，依據本揭露的燃料 處理組件(和燃料電池系統)可包括用以至少加熱燃料處理 器的產氫區域或重組區域19的加熱組件6〇。在依據本揭 露的一些燃料處理組件中，加熱組件6〇包括一個燃燒器 級件62，且可被稱為基於燃燒或燃燒驅動的加熱組件。在

個基於燃燒的加熱組件中，加熱組件6〇適用於接收至 少一條燃料物流64,並在空氣存在下燃燒燃料物流，以提 供可用於至少加熱燃料處理器的產氫區域19之熱燃燒物 流66。物流66也可稱為加熱的排出物流。如本文所較詳 、、田4論的，空氣可經由各式各樣的機制被輸送到加熱組 件在圖7中，空氣物流74係以實線顯示；然而，在揭 露範圍内的是’可另外或二者擇一地將空氣物流與至少一 用於加熱組件6G和/或從其内運用加熱組件的環境抽出的 燃料物流64 —起輸送到加熱組件。 在本揭露範圍内的是，燃燒物流66可另外或二者擇一 地被用來加熱和加熱組# 6〇 一起使用的燃料處理組件和/ 或燃料電池系統的其他部分。可運用其他配置和類型的加

熱組件也是在本揭露的範圍内。作為一個說明例子， 加熱組件6"以是適用於藉由使用至少一個加熱元件如 熱阻疋件來產生熱’而至少加熱料處理組件產氫區域之 電力發動的加熱組件。所以，加熱組# 6〇 燃的燃料物流以將產氫區域19加敎 ‘.·、魔了 非必須的。 ·，.、到適备的產風溫度並 .w w翔不馮與婵斜虛 12重疊的關传，以圄鈕袁_ —丹松升處理器 "'以圖解表不在本揭露範圍内的是 熱組件部份地或完全地設置在燃料 35 12之内，例如 42 1328898 至少是部份地在外殼68之内，和/或至少一部分或全部的 加熱組件可位於燃料處理器的外部。於此後者具體實例 十’來自燃燒器組件的熱燃燒氣體將會經由適當的熱傳遞 導管被輸送到燃料處理器或所要加熱之系統的其他部分。 如在圖7中以虛線表示的，依據本揭露的燃料處理組 件1〇可包括用以接收液體進料流16 (或進料流16的液體 成刀，例如水流17或液體含碳原料流18)以及在輸送到燃

料處理器12的產氫區域19之前汽化進料流（或其部分）的 α化區域69。如圖7所概要表明的，可將來自加熱組件的 經加熱燃燒物流66用來在汽化區域69汽化進料流和/或以 〃、他方式加熱進料流。在本揭露範圍内的是，可不用汽化 區域來建構燃料處理器12和/或燃料處理器適用以接收為 乳態或已經汽化的進料物流。也在本揭露範圍内的是，當 存在時’汽化區域69部份地或完全地延伸到外殼68外面（當 存在時）。 依據本揭露的燃料處理器12、加熱組件60及原料輸 送系統22可被配置成本文所說明、例示和/或合併的任何 排列°在有些具體實例中，來自一個或更多的上述配置的 特徵或觀點可互相結合和/或具有本文所描述的另外特徵。 例如’在本揭露範圍内的是，包括至少一個純化區域24 的燃料處理組件1 〇可（但並非必須）將產氫區域19和至少 —部分的純化區域一起安置在一個共同的外罩内，且此外 罩可依選擇被放置於燃料處理器的外殼68之内。這概要 地被过明在圖8中，其中參考符號25 —般是表示燃料處 43 1328898 理器的產氫區域19,且產氫區域被包含在外罩或容器27 内二其至少包含用於由被輸送到產氫區域的進料流生°產混 合氣體流的重組（或其他）催化劑23。

如社園8中以虛線表示的，外殼27 (從而和區域25) 可以但並非必須也包括純化區域24。例如，如圖8中以虛 線說明的’純化㈣’當存在於外罩内時，可包括一個或 更多氫選擇性膜30和/或化學-氧化碳移除組件&因此， 當區域25包含產氫區域19和純化區域Μ兩者時，其可 被描述為產氫和純化區域。在本揭露範圍内的是，本文所 ^述、說明和/或合併的區域19和24任一者可被使用㈣ :25中。當區域25不包括純化區域時它可簡單地被描 =括外罩27的產氫區域19。當外罩27包括純化區域 時’仍在本揭露範圍㈣是，燃料處理組件可包括—個 或更多在外罩27夕卜部(亦即下游)的另外純化區域(例如立 括相同或不同的純化裝置/機制）。本文所說明的姆 星：組件從而包括被包含在外罩内的產氫區域 選擇包含純化區域。…中也說明的，在本揭 ^圍内的是，汽化區域69,當存在時，可以部份 全地延伸在外罩27之内。 教解氫的燃料處理^，例如蒸汽和自熱重組器以及 …解和部份氧化反應器，需要用 势m γ w用於產氫反應的含碳原料， ⑽“要-個分開的燃料流’其典型地也包括一 …’、且件燃料來源之含碳原料。就 亡 處理組件需要一個分開的來源：其統的燃料 采浦或其他輸送組件、運 44 丄328898 輪導管及流動調控裝置等。依據本揭露的一個觀點 實例而言並非必須的’一種液相含碳原料84 /、；重、、且區域19進料流16的含碳原料部分18以及 用於加熱組件60燃料物流64的含碳原料部分65兩者使 I热例如在圖9中所概要地說明的。這兩用含碳原料84 本揭露的所有具體實例並非必須的。® 9也提供一種

=1例如用以輸送含水進料流17、包含含碳原料： '流1 8的輸送系統22，和/或用以輸送燃料物流以的 ^枓輸送系統22。如在圖9以虛線說明的，在本揭露範圍 内的是，先前的三原料輸送系統範例可另外地或二者擇一 一為單原料輸送系統22被實施，例如其可包括超過 一個系f和/或生產超過一個出口物流。進一步在本揭露範 圍内的疋’並非所有到燃料處理組件的液體物流都經由原 枓輸运系’统22輸送。相反地，可由不同的機制或輸送系 統輪送一或更多的物流。 在圖9顯不的說明性例子中’液體含碳原料"被輸送 到加熱組件6G和產氫區域19二處。已經將圖9以不連續 的觀點顯示’因為燃料處理器12可具有各式各樣的配置， 例如不包括純化區域的配置，其運用超過一種類型或數目 的’‘屯化機制等。所意欲的是，顯示在冑9 (和隨後圖示)的 不連續燃料處理器概要地表示這些配置巾的任—種，以及 任何的蒸汽重組器和其他本文所描述、說明和/或合併的燃 料處理器。 45 1328898 圖與圖9相似，除了液體含碳原料 流被輸送到閥組件86外，直1 作為早—物 到加- 其中含碳原料選擇性地被輸送 件和產虱區域中的至少-個。閥組件86可包括 的結構，以選擇性地在加熱組件和產氫區域之間 ^ /刀含奴原料物流。可能的配 右A难/5 44 ^ . 直靶圍匕括加熱組件接收所 產虱區域接收所有含碳原料、或加熱組件和 產風區域兩者接收含碳原料。如本文所談論的，含碳原料

的分佈視至少-部分所使用的特殊含碳原料而^，不管q 產物流28是否也用作至少一部分的加熱組件⑼之概料， 以及燃料處理器的特殊操作方式’例如間置模式、起動模 式或產氫的模式。 ' 可以手動地控制液體含碳原料84在產氫區域和加熱組 件之間的分佈。^，在許多的具體實例中，可能希望分 佈被預S決定和/或至少部份地自動化，例如藉由包括可在 產氫區域和加熱組件之間選擇性地調控原_ 84輸送的控 制器88…個適合用於蒸氣重組燃料處理器的控制器例子 被揭露在U.S·專利第6,383，㈣冑，其全部揭露於此一併 列為參考資料。在有些具體實例中，可配置控制器Μ和, 或閥組件86來允許預定初始體積的含碳原料進入加熱組 件60，如本文將更詳細談論的。 如先前所談論的，在由水和含碳原料生產氫氣的蒸汽 重組器或其他燃料處理器的上下文中，進料流16可至少 實貝地及典型地整個地由水和液相含碳原料84所組成， 其較佳是混溶於水或與水混溶的。就此而言，包含水Η 46 1328898 和含碳原料84的單一（複合）進料流90可作為重組反應的 產氫進料流16以及加熱組件燃料物流64兩者被消耗掉。 依據本揭露的另一個觀 可藉由包含相同液體含碳原料

84和水17的進料流16和燃料流64二者達成對供應源 輸送系統、流動調節器、輸送導管及其同類的進一步減少， 其中含碳原料較佳地是溶於水的。這被概要地說明在圖i i 和12中，其中此複合物流被表明在9〇。物流16和可 幾乎或完全地具有相同的組成，以及可以整個地從物流 形成。然而，在本揭露範圍内的是，物流丨6和64中至少 之一在物流被加熱組件或產氫區域消耗之前可有至少一種 另外的成分或另外數量的水或含碳原料添加其中。相同 ^也，在本揭露範圍内的是，另外的物流可輸送另外的成分 或另外數量的水或含碳原料到加熱組件或燃料處理器。 與先前圖9和10所討論的替代物（其中只有將進料流 Μ的含碳原料成分84輸送到加熱組件6〇，而不是含碳原 :84和水17二者)類似的，可選擇性地以分開的物流：同 —個來源或由不同的來源將複合進㈣％輸送到加熱组 2 60和產氫區域19，如圖u中所概要性說明的。二=擇 —地以及如圖12中所概要性說明的，可將單一複人進 =卯輸送到燃料處理組件’以及更加具體地是到：組件 ，在此物流係選擇性地在加熱組件和產氫區域之 :。控制其可以是手動控制器或電腦化或其他；： 工制益或預程式化控制器，也以虛線顯示在圖 制器88可位於燃料處理器12的内部或外部和/或可包： 47 1328898 内部和外部構件二者。 在複合進料流9〇中，水丨 數量可在本棍和液體含碳原料84的相對 仕本揭路的乾圍内變化。 所使用的特殃人π β 例如，其比率可取決於像 用者偏好、所運.、，、枓處理器的產氫機制、使 尸π連用的催化劑、 的效率笤笙風氣的需求、重組催化劑 的比率表達。當料84是；=的相對濃度可以水與碳

比已被證明是有效的。當原料84 θ 汽對碳的莫耳 率已祜蛾昍日士 t 疋乙醇時，2-3 : 1的比 手已破也明是有效的。當原料 土士曰饨田丄… 疋碳虱化合物時，典型 地疋使用大約3 : i的比率。麸 八孓 Μ ^ m ^ …、而，上述的說明性比率在 揭露的範圍内並非意指唯一 1系 牛而其他的，包括更大 和更小的比率都可以被使用。 在圖13中顯示圖12配置的 變異 以說明閥組件8 6可 位於燃料處理器12的内部或 卜疋在本揭露的範圍内。 圖13也說明了，當燃料處理器 35匕栝或以其他方式與生產 氣體副產物流28的純化區域24社人^如士 一 4…合在一起時，可將氣體 副產物流2 8輸送到加熱組件， Λ用來作為加熱組件用的 氣體燃料’此種氣體燃料可補充以上所談論的液體燃料（例 如含碳原料84或複合進料流9〇)，或其本身可包含充足的 熱值’用於某#蒸汽重組器或其他燃料處理器和/或燃料處 理器的某些操作配置。 已經以各式各樣的圖1-4及6-13概要性地說明了產氫 燃料電池系統42、產氫燃料處理組件1〇及原料輸送系統 22的說明性例子。這些系統可包括另外的構件例如空氣 48 1328898 /氧化劑供應和輸送系統、熱交 感測器、間和其他流動控制器、動力二來二控制器、 地包括-或多個這些元件是在本：：=組專，性 ^^揭路的範圍内。t l 雖然於各式各揭的圖〗4 s ^ ^ ^相问地， 器12和， _13中係顯示單一的燃料處理 二 料電池Η，在本揭露範圍内的是， 使用超過這兩個中的一個或是這兩個皆使用。

產業可 本文所揭露的原料輸送系統’以及包含該原料輸送系 統的產氫燃料處理和姆料電 ' < m“統，可應用於氫和能量生 座的屋業’包括燃料電池產業。 相k以上所提出的揭露包含多個具獨立利用性之分明 的發明》雖然已經以其較佳形式揭露了這些發明中的每一 個，然w文㈣露和說明的具體實例不㈣認為是有限 制性的，因為許多變異都是有可能的。發明的標的包括本 文所揭露的各式各樣元件、特徵、功能和/或性質之所有新 穎和非顯而易見的組合和次組合。當此揭露或隨後提出的 申請專利範圍列舉，，一”或”第一個，，元件或其等同物時，在 本發明範圍内的是，這樣的揭露或申請專利範圍可被理解 為包括一或更多個這種元件的合併，既不需要也不排除二 個或更多個這種元件。 相信以下的申請專利範圍特別指出某些針對所揭露新 矛頁和非顯而易見發明之一的組合和次組合，經由修正本申 請專利範圍或於此或相關申請案中提出新的申請專利範 49 ^^>oy〇 圍，可請求以其他特徵、功能、_ 紐人触,目夕菸昍。.▲接 、凡件和/或性質的組合和次 組合體現之發明。廷樣的修|1： +… " 或新的專利範圍，不營它們 是否針對不同的發明或針對相π U 固不s匕們 始的申請專利範圍不同、更磨 S /、疋否與原 廣、更窄或等同的， 為是被包含在本揭露的發明標的0 【圖式簡單說明】

圖1是具有依據本揭露之 ， 件之示音圖。 ’、枓輸送系統的燃料處理組 圖2疋依據本揭露的原料輪 m θ ^ 寸％送系統之示意圖。 圖3疋依據本揭露的另一個 圖4 m裙+料輸送系統之示意圖。 圖4疋依據本揭露的另—倘 固ς θ “ 原料輸送系統之示意圖。 圖5疋描繪使用圖4的 圖。 科輪送系統實施的實驗結果 圖6是具有依據本揭露之

統之示意圖。 原枓輸送系統的燃料電池系 圖7是具有依據本揭露之片 處理組件之示意圖。 料輸送系統的另一個燃料 用的Si是另一個可與依據本揭露之原料輸送系統-起使 用的燃枓處理組件範例之示意圖。 圖9疋依據本揭露的燃料處 s F ^ ώ κ 竹慝理組件之示意圖，其中產 虱&域與原料輸送系統皆接 1Λ Β 使叹相问的液體含碳原料。 圖10疋顯示圖9的燃料處理4 含磁眉H ^理組件之變化示意圖，其中 3碳原抖係從相同的供應流 预:翰运至產氫區域與燃燒組 50 件。 t圖11是依據本揭露的燃料處理組件之示意圖，其中產 氧區域與燃燒器組件皆接合右 ai? ^ 白接收3有水及液體含碳原料的燃料 〜乂進料流。 圖12是顯示圖u的燃料處理組件之變化示意圖，其 中產氫區域與燃燒器組件皆接收來自 饮队木目相冋供應流的含有水 及含碳原料的燃料或進料流。

圖13為顯示冑12_料處理組件之另—變化示 意圖。

【主要元件符號說明】 10 燃料處理組件 12 燃料處理器 14 氫氣流 15 出口物流 16 進料流 17 水 18 含碳原料 19 產氣區域 20 輸出流 22 原料輸送系統 23 催化齊ι| 24 純化區域 25 水 26 富含氫的物流 27 外罩 28 副產物流 30 氧選擇性膜 32 化學移除組件 38 壓力榣襬吸附系統 40 燃料電池堆 41 電流 42 系統 44 燃料電池 46 能量消耗裝置 48 終端板 50 裝置 51 1328898

52 電池 54 流動調控結構 60 加熱組件 62 燃燒器組件 64 燃料物流 65 含碳原料部分 66 燃燒物流 67 空氣輸送組件 68 外殼 69 汽化區域 70 絕緣材料 72 外蓋 74 空氣物流 84 液體含碳原料 86 閥組件 88 控制器 90 複合進料流 100 泵浦組件 102 泵浦 106 入口 108 出口 109 工作部分 110 物流 1 12 供應源 116 物流 120 循環物流 130 導管 132 導管 134 導管 134’ 第一輸送導管 134” 第二輸送導管 136 導管 140 流動限制器 140’ 限制器 140，’ 限制器 142 小孔 143 過遽器 144 開口 150 閥 152 旁路導管 154 旁路物流 156 閥元件 158 偏壓機制 160 偶聯器 162 偶聯元件 164 閥 166 單向閥 52 1328898 168 安全閥 170 閥組件 172 閥 174 閥 180 轉換 182 電輸出 184 溫度

53

Claims (1)

1. 申請專利範圍：~ 1 · 一種產氫燃料處理 iV i 件， 正本 包括： -產氫區域’適用於接收至少—含有至少—種含碳原 料的進料流，並生產今古士 π + 3有由此而來的氫氣作為主要成分的 混合氣體流； —原料輸送系統，適用於輸送該含有至少—種含碳原 料的進料流至該燃料處理組件的產氫區域，其中該原料輸 运系統與-含有該含碳原料的液體供應連通，纟中該原料 輸送系統包括： 泵浦、:且件，適用於從該供應没取一含有至少該含 碳原料的液體入口物流並放出一液體出口物流； 、、-出口導管’與一輸送導管和一循環導管處於流體 連通丨中該輸达導官與該產氣燃料處理組件的產氣區 域處於流體連通，並g # ^ 且5亥循裱導管與該液體供應和—入 口導管之至少一者處於流體連通，該入口物流經由該入 口導管被沒取至該栗浦組件；其中該出口導管適 收該液體出口物流，计A ^ 、’；、、，。液體出口物流定義往該 導管和該循環導管之流動路徑； ^ -抓動限制|§，適用於在該循環導管引起反壓 及 Λ -壓力驅動閥’適用於選擇性地允許該循環 的液體繞過該流動限制器。 g 2.如申請專利範圍第i項之產氫燃料處 中該壓力驅動間係與—旁路導管處於流體連通該旁路導 54 1328898 管以流體連通方式延伸於流動限制器上 管的部分。 下游的循環導 3.如申請專利範圍帛2 $之產 中該壓力驅動閥適用於選擇性妯 “、’处理組件，其 、叩A迖擇性地破配置在 配置之間，在關閉配置中，节芦 * 乂置與開動 物流通過該旁路導管的流動，在開動配置中，

   閥允許該液體出口物流的流動通過該旁路導管y、，㈣ 步地’其中該壓力驅動閥被偏壓到關閉配置。 進 (W請專利範圍第3項之產氫燃料處 中當該液體出口物流在輸送導管的壓力超出/ 力時，該壓力刀葱出~閾限循環壓 铿力驅動閥適用於切換至開動配置。 5. 女如申請專利範圍第4項之產氫燃料處理組件，其 仕其輸运的液體出口物流的部分呈右— 閾限輸送壓力，並且進一步 八 於該閨限輸送壓力。4其中，錢限循環壓力對應 6. 如申請專利範圍第5項之產氫燃料處理㈣，里 中該閾限循環壓力小於該閾限輸送壓力。 '、 7·如申請專利範圍第4項之產氫燃 中該壓力酿Ρ肖·5Γ，任 - ，'且件兵 碣了進一步適用於自動回到關閉配置。 8·如申請專利範圍第ι項之產氯燃料處理 j 中該流動限制器包含限制性小孔。 ，、 .如申5月專利範圍帛1項之產氫燃料處理組件，立 中該進料流包含水與含碳原料。 〃 1〇·如申請專利範圍帛1項之產氫燃料處理組件，其 55 ^28898 中該供應含有水與含碳原料 η·如申請專利範圍第i項之產氫燃料處理組件，直 該產氫區域適用於經由該輸送導管接收、 的出口物流，而且進—步地复由^ 間限，從迷 一目女± 也"中，该泵浦組件適用於放出 較該閾限流速更大流速的液體出口物流。 ”兮產：：：專利乾圍第U項之產氫燃料處理組件，| T;該產風區域正在接收部分液體出口物流並由此生產； ::’录浦組件適用於放出一超過該氧 物流的流速。 L疋心成to出口 13.如申請專利範 其 其 其 導 其 中該系浦組件包含單— = 產虱燃料處理組件 0平逯度的泵浦。 中該循環導：：專利乾圍第1項之產氫燃料處理組件 中°亥循衣導賞與該供應處於流體連通。 15 ♦如申晴專利蔚 中該原料輸送李统勺人 之產氫燃料處理組件 分击拉 系包含將該供應與該猶環導管和兮

   官連接之迅逮脫解偶聯器。 衣^和该入t 料Γ請專利範圍第1項之產氯燃料處理电件 二、’、用於提供一具有 與可變流速之進料流。 主夕貫貝上值定壓力 1 7 ·如申凊專利範圍笸〗了石 中該流動限制@為 、之產氫燃料處理組件，I 刺益為一第—流動限制胃 其 中，該原料輪送系統 、’且進—步地其 引起反壓之！ 步包含一適用於在該循 器適用於在循環導管 違弟一和弟二流動限 巧引起不同程度的反壓。 56 1328898 1 8 ·如申請專利範图笼js上士 弟7項之產氫燃料處理組件，其 中該第一和第二流動限制器 。八另个丨』大小開口之限制性 小孔。 19 ♦如申請專利範圍笛s 7項之產氫燃料處理組件，其 中該輸送導管為一第—輪逆 ^关道一, 翰达冷官，其中該出口導管與該第 一輸送導管、泫循環導營月 够_ ±八、 、， —第一輸送導管處於流體連 通亚且進一步地其中， .a —哲_认…s — °亥弟二〜動限制器適用於限制通 過該第一輪送導管之液體流速。

   2〇.如申請專利範圍第19項之產氫燃料處理组件，其 中該原料輸送系統包含—適用㈣㈣ 出口物流流經該第—輸 丨：的體 s A 4弟一輸达導管之閥組 件。 21如申請專利範）f)笛w = 第μ項之產蛊燃料處理組件，其 中該第一與該第二輸送導；_ Π ^ ^ &疋義^經其間的液體出口物流 之不问的流速。 22.如申請專利節圖 e 鞄圍第1項之產氫燃料處理組件，其 中該原料輸送系統適用於 — 至產氫區域； 、在產虱壓力範圍内將進料流輸送 其中該液體出口物流具有—流速； 其中錢$導管係與產氫區域處於 分液體出:物流輸送至其中作為進料流；以及 " 其中έ亥原料輸送系#m 流輸送至產氯區域，而不在產氯壓力範圍内將進料 產氫操作狀態時的產氣^ =產氯區域在產氣區域處於 風需求文化而改變液體出口物流之流 57 1328898 速。 23. -種將原料輸送到產氫燃料電池系統之方法 產氫燃料電池系統包括 ^ 匕括至少一個適用於由至少一種原料峰 產一含氫氣物流之產翁F A 、 ” 飞&域，以及一適用於由氧化劑盥於 該產氫區域生產出的藍 方法包括： ^ 及乳生產動力輸出之燃料電池堆，該

   經由一與一輪迸導 — ^ 吕矛 循J衣導官的第一部份流體連 通的出口導管抽取—液體物流的流動，其中該輸送導管與 該產氫燃料電池系統之該產氮區域處於流體連通，盆中士亥 循環導管適用於提供_流動路徑，以將至少一部分該液： 物流返回至該供應與_適用於將該液體物流推進至嗜出口 導管的輸送機制上游位置之至少—者，並且進一步地里中 該抽取步驟產生該液體物流之流速，其超過通過該產氫區 域之閾限流速，且該流動之過量部份流至該循環導管内； 調控於該輸送導管和該循環導管之間流動的分佈，其 中該調控包括於該循環導管内以一將該循環導管分離成為 至少一第—部份與一第二部份的流動限制器引起反壓該 第一部份延伸於該出口導管與該流動限制器之間，而該第 二部份自該流動限制器延伸，其中該調控進—步包括選擇 性地允許流動的過量部分藉由流經與流動限制器上游和下 游的該循環導管的部分處於流體連通的旁路導管繞過流動 限制器；

   58 1328898 接收於該產氫區域中該輪送導管内的至少一部分流動 並生產一包含由該處來的氫氣之物流；以及 由氧化劑與至少一部分的該包含氫氣的物流產生—雨 力輸出。 ％ 24.如申請專利範圍第23項之方法’其中該抽取包括 以恆定的流速抽取通過出口導管之液體物流的流動而不 官產虱區域在產氫區域處於產氫操作狀態時的產氫需 化。 又

   其中該方法包括 blL動於5亥輸送導^ 其中該選擇性地 ’直到該流動之 其中ό玄閣限循環 部份之閾限輪送 其中該選擇性地 路導管至少直到 之後限制該液體 其中遠選擇性地 關閉配置與開動 該壓力驅動閥限 25.如申請專利範圍第23項之方法， 自動地調控該通過出口導管之液體物流的 管與該循環導管之間的分佈。 26·如申請專利範圍第23項之方法， ^許包含限制該液體物流流經該旁路導管 壓力超過一閾限循環壓力。 27.如申請專利範圍第26項之方法， I力小於用於被輸送至該產氫區域的流動 壓力。 28’如申請專利範圍第26項之方法， 允許I含允許該液體物流的流動流經該旁 忒抓動的壓力小於該閾限循環壓力，以及 物流的進—步流動流經該旁路導管。 29.如申請專利範圍第23項之方法， 允許包含利用一適用於被選擇性地配置於 配置之間的壓力驅動閥’在關閉配置中， 59 丄 JZOOi/O 制通過該旁路導管之流動 ☆故，K旦* 己置中’該壓力驅動閥 允許過里邠份的流動通過該旁路導營、， . _ L ’亚且進一步地其Φ 該壓力驅動閥被偏壓至關閉配置。 /、 30.如申請專利範圍第29項之 厭J ·ϋ 在，其中當5玄流動的 壓力超過一閾限循環壓力時 開動配置。 X壓力驅動閥適用於切換至 31·如申請專利範圍第23 # ^ ^ 器包含限制性小孔。 H其中L限制 32.如巾請專㈣圍第23項之方法，其中該產氯區域 ^於100 %的流動之閾限部分的流動。 如申明專利範圍第23項之方法，其中該輸送導管 第-輸送導管’其中該流動限制器為一第一流動限制 ^並且進一步地其中該調控包含選擇性地於該第—輪送 ^、該循環導管與-包含第二流動限制器的第二輸送導 管之間輸送該流動。

   ^如中請專利範圍第33項之方法，其中該第—流動 :?與該第二流動限制器適用於引起不同程度的反壓， 定義出流經其間的不同的液體流速。 其中該抽取包含 35. 如申請專利範圍第以項之方法 乂基本上恆定的流速抽取該液體物流。 其中該液體物滴 36. 如申請專利範圍第23項之方法 包含水與含碳原料。 37. 如巾請專利範圍第㈣之方法，其中該產氮區起 重”且催化劑，其適用於生產-含有氫氣與其他氣f 60 898 之混合氣體物流。 38.如申請專利範圍第37項之方法，其中該 步包括從該混合氣體物流移除至少一 X 夕°卩分的其他氣體。 J9· 一種產氫燃料處理組件，包括. 產氫區域，適用於接收至少一 料之進料流，並由其產生一含有氣氣=二種含以 體物流； 飞孔為主要成分之混合泰 、—原料輸送系統，適用於輸送該含有至少— 料之進料流至該燃料處理組件之產氫區域 ：：眉 中系先與一含有至少該含碳原料的液體供應處 ，直 中该原料輸送系統包括： ，、 一㈣組件，適用於從該供應沒取一含有至… 碳原料的液體入口物流，並放出一液體出口物流广 -出口導官’與一輸送導管和一循環導管處於流體 連通，其中該輸送導管與該產氫燃料處理組件的產氫區 域處於流體連通，並且該循環導管與一液體供應和—入 口導：之至少-者處於流體連通’該入口物流經由該入 口導管被汲取至該泵浦組件；其中該出口導管適用於接 收該液體出口物流，並為該液體出口物流定義往該輪送 導管與該循環導管之流動路徑；以及 、 -壓力驅動閥’適用於被選擇地配置於關閉配置與 開動配置之間，在關閉配置中，該壓力驅動閥限制該液 體出口物流通過該循環導管的流動並於該循環導管中引 起反壓，在開動配置中，該壓力驅動閥允許該液體出口 1328898 物流的流動通過該循環導管。 40. 如申咕專利範圍第39項之產氫燃料處理組件其 令該壓力驅動閥被偏壓至關閉配置。 41. 如申請專利範圍第4〇項之產氫燃料處理組件其 中當該液體出口物流於該輸送導管内的壓力超過一閾限循 %壓力時，該壓力驅動閥適用於切換至開動配置。 &如申請專利範圍第41項之產氫燃料處理組件並 中該產氫區域具有―用'、

   於彺其輸达的該液體出口物流的部 ^閾限輸送壓力，並且進—步地其中該閾限 應於該閾限輸送壓力。 刀對 43. ”請專利範圍第42項之產 中該閣限循環廢力小於該間限輸送厂堅力。件其 44. ”請專利範圍第39項之 中該進料流包含水與含碳原料。 -理組件，其 45^如中請專利範圍第39項之產氫燃料處理 產風區域適用於經由該輸送導管接收上至㈤’、 之該出口物流，並且進—步地其中該系浦閣限流速 具有一大於該間ΡΡ ★ * 有，，且件適用於放出 、。邊艮仇逮的流速之液體出口物流。 中該Γ料:.申請專利範圍第39項之產氫燃料處理組件，复 以…、‘』廷系統適用於在產氫壓力範 /、 至產氫區域； 内將進料流輸送 其中該液體出口物流具有-流速； 其中該輪送導管係與產氫 分液體出口物户鈐、.， L體連通以將—部 物机輸运至其中作為進料^以及 P 62 1328898 其中該原料輸送系統適用於在產氫壓力範圍内將進料 流輸送至產氫區域，而不會因應產氫區域在產氫區域處於 產氫操作狀態時的產氫需求變化而改變液體出口物流之流 速。 用以由含碳原料與水生產氫氣之裝置； 含有包含該含碳原料與水的液體之供應裝置；

   ^用以於一預定壓力輸送一可變流速的液體至該用以乂 :氫氣之裝置的裝置’其十該用以輸送之裝置包括用… 二：應裝置沒取液體並生產一具有基本上恆定的流她 體出口物流之泵浦裝置；以及 -輸送裝置，用以選擇性地於至少一與該生 =處於流體連通的輸送導管和―與該供騎产骨 連通的循環導管之間分配該液體 ；“ 至該供應裝置，其中該輸送裝置包括：/將液體❾ 用於當該循環導管内的壓， 』°。其w 循料…h 到一閾限循環壓力時… 循-導官内引起反壓以繞過該流動限制器。 於〜 48. 如申請專利範圍第ο 中該壓力動關^ 虱燃料處理組件，j 刀駆動閥與一旁路導 ，r ^ 以流體連诵方切a S處於流體連通’該旁路導卢 :連通方式延伸於該流動限制路導g 官的部分。 一下游的循環笔 49. 如申請專利範圍第〇 中該用以生產氫氣之裝置具有—項之產職料處理組件，| 口物流的部分之閡限輸送壓力：於彺其輸送的該液體it ，並且進-步地其令該聞师 1328898 循環塵力對應於該閾限輸送壓力。 5〇·如申請專利範園第49項之產氫機科處理 立 中該閾限循環壓力小於該閾限輸送壓力。 八 51·如中請專利範圍第47項之產氫燃料處理組盆 _該用以生產氫氣之裝置適用於經由該輸送導管接收上； -閾限流速之出口物流，並且進一步地其中 '52 = 速更大流速之液體出口物流。 由… ^㈣11 ®第47項之產氫燃料處理組件，苴 省桃動限制器為第—流動限制器，並且進一 ’、 輸送裝置進—步包含-適用於在該循環導管内^ :二流動限制器，其令該第一與第 :^之 該循環導管内引起不同程度“適用於在 53·如申請專利範圍帛5 中該第一與第二流 、產·枓處理組件，其 小孔。 、1為為具有不同大小開口之限制性 中該用以輪送之裝第:7項之產氫燃料處理組件，其 圍内將進料流輪送至用Z裝置進—步用於在產氯壓力範 以生產氫氣之裝置在用 飞孔之政置，而不會因應用 態時的產氣需求變化而==之：置處於產氣操作狀 文變液體出口物流之流速。 十一、圓式·· 如次頁 64