TWI607964B - 氫氣產生總成及氫氣純化裝置 - Google Patents

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Description

氫氣產生總成及氫氣純化裝置 【相關申請案之交叉參考】
本申請案為2012年8月30日申請且名為「Hydrogen Generation Assemblies」的美國專利申請案第13/600,096號的部分接續申請案。為了所有目的，以上申請案的全部揭示內容據此以引用的方式被併入本案。
本發明係關於氫氣產生總成、氫氣純化裝置及其組件。
氫氣產生總成為將一或多個原料轉換成含有作為主要成份之氫氣之產物流的總成。原料可包括含碳原料，且在一些具體實施方式中，亦可包括水。將原料自原料遞送系統遞送至氫氣產生總成的氫氣生成區域，典型地在壓力下且在高溫下遞送原料。氫氣生成區域常與溫度調變總成(諸如，加熱總成或冷卻總成)相關聯，該溫度調變總成消耗一或多個燃料流以將氫氣生成區域維持在用於有效生成氫氣的合適溫度範圍內。氫氣產生總成可經由任何合適的機構(諸如，蒸汽重組、自發性熱重組、高溫分解及/或催化部分氧化)產生氫氣。
然而，產生或生成之氫氣可具有雜質。彼氣體可被稱作含有 氫氣及其他氣體之混合氣體流。在使用混合氣體流之前，其必須經純化，諸如，以移除其他氣體中之至少一部分。氫氣產生總成可因此包括用於增加混合氣體流之氫氣純度的氫氣純化裝置。氫氣純化裝置可包括至少一氫氣選擇性膜以將混合氣體流分離成產物流及副產物流。產物流含有來自混合氣體流的較大濃度之氫氣及/或減少之濃度的其他氣體中之一或多者。使用一或多個氫氣選擇性膜之氫氣純化為該一或多個氫氣選擇性膜包含於壓力容器中之壓力驅動分離製程。混合氣體流接觸膜之混合氣體表面，且自滲透穿過膜的混合氣體流之至少一部分形成產物流。壓力容器典型地經密封以防止氣體除經由定義之入口及出口埠或管道外進入或離開壓力容器。
產物流可用於多種應用中。一個此應用為能量生成，諸如， 在電化學燃料電池中。電化學燃料電池為將燃料及氧化劑轉換至電、反應產物及熱之裝置。舉例而言，燃料電池可將氫氣及氧氣轉換成水及電。在彼等燃料電池中，氫氣為燃料，氧氣為氧化劑，且水為反應產物。燃料電池堆疊包括複數個燃料電池，且可與氫氣產生總成一起用以提供能量生成總成。
氫氣產生總成、氫氣處理總成及/或彼等總成之組件的實施 例描述於以下各者中：美國專利第5,861,137號；第6,319,306號；第6,494,937號；第6,562,111號；第7,063,047號；第7,306,868號；第7,470,293號；第7,601,302號；第7,632,322號；美國專利申請公開案第2006/0090397號；第2006/0272212號；第2007/0266631號；第2007/0274904號；第2008/0085434號；第2008/0138678號；第2008/0230039號；第2010/0064887號；及第2013/0011301號。為了所有目的，以上專利及專利申請公開案的全部揭示內 容據此以引用的方式被併入。
一些具體實施方式可提供一種氫氣純化裝置。在一些具體實施方式中，該氫氣純化裝置可包括第一及第二端框架。該第一及該第二端框架可包括：一輸入埠，其經建構以接收含有氫氣及其他氣體之一混合氣體流；及一輸出埠，其經建構以接收相較於該混合氣體流含有一較大濃度之氫氣及一較低濃度之該等其他氣體中之至少一者的一滲透物流。該第一及該第二端框架可另外包括一副產物埠，其經建構以接收含有該等其他氣體之至少一實質部分的一副產物流。該氫氣純化裝置可另外包括安置於該第一端框架與該第二端框架之間且緊固至該第一端框架及該第二端框架之至少一氫氣選擇性膜。該至少一氫氣選擇性膜可具有一進料側及一滲透物側，該滲透物流之至少部分係由該混合氣體流的自該進料側傳至該滲透物側之該部分形成，其中該混合氣體流的剩餘於該進料側上之剩餘部分形成該副產物流之至少部分。
該氫氣純化裝置可進一步包括安置於該第一端框架及該第二端框架與該至少一氫氣選擇性膜之間且緊固至該第一端框架及該第二端框架之複數個框架。該複數個框架可包括安置於該至少一氫氣選擇性膜與該第二端框架之間的至少一滲透物框架。該至少一滲透物框架可包括一周邊殼體及形成於該周邊殼體上且經建構以接收來自該至少一氫氣選擇性膜之該滲透物流之該至少部分的一輸出管道。該至少一滲透物框架可另外包括由該周邊殼體包圍之一開放區域，及至少一膜支撐結構，該至少一膜支撐結構跨越該開放區域之至少一實質部分且經建構以支撐該至少一氫氣選 擇性膜。該至少一膜支撐結構可包括第一及第二膜支撐板。該第一及該第二膜支撐板中之每一者可無穿孔。該第一及該第二膜支撐板中之每一者可包括：一第一面，其具有經建構以提供用於該滲透物流之該至少部分的流動通道之複數個微溝槽；及一第二面，其與該第一面對置。該第一及該第二膜支撐板可堆疊於該至少一膜支撐結構中，使得該第一膜支撐板之該第二面面向該第二膜支撐板之該第二面。
一些具體實施方式可提供一種氫氣產生總成。在一些具體實 施方式中，該氫氣產生總成可包括一燃料處理總成，其經建構以接收一進料流且可在複數個模式間操作。該複數個模式可包括該燃料處理總成自該進料流生成一產物氫氣流之一運轉模式，及該燃料處理總成不自該進料流生成該產物氫氣流之一待用模式。該燃料處理總成可包括：一氫氣生成區域，其含有一重組催化劑且經建構以接收該進料流且生成一重組物流；及一或多個氫氣選擇性膜，其經建構以接收該重組物流且自該重組物流生成該產物氫氣流及一副產物流之至少部分。該燃料處理總成可進一步包括一重組物管道，其流體連接該氫氣生成區域與該一或多個氫氣選擇性膜。
該氫氣產生總成可另外包括：一緩衝槽，其經建構以含有該 產物氫氣流；及一產物管道，其流體連接該燃料處理總成與該緩衝槽。該氫氣產生總成可進一步包括：一回流管道，其流體連接該緩衝槽與該重組物管道；及一槽感測器總成，其經建構以偵測該緩衝槽中之壓力。該氫氣產生總成可另外包括：一控制總成，其經建構以至少部分基於該緩衝槽中偵測之該壓力而在該運轉模式與該待用模式之間操作該燃料處理總成；及一回流閥總成，其經建構以管理該回流管道中之流量，該控制總成經建構 以引導該回流閥總成以當該燃料處理總成在該待用模式中時允許該產物氫氣流自該緩衝槽流動至該重組物管道。
20‧‧‧氫氣產生總成
21‧‧‧產物氫氣流
22‧‧‧原料遞送系統
24‧‧‧燃料處理總成
26‧‧‧進料流
28‧‧‧燃料流
30‧‧‧氫氣生成流體
32‧‧‧氫氣生成區域
34‧‧‧輸出流
36‧‧‧蒸汽重組催化劑
38‧‧‧空氣遞送總成
40‧‧‧純化(或分離)區域/氫氣純化裝置/氫氣處理總成
42‧‧‧富氫氣流
44‧‧‧副產物流
46‧‧‧氫氣選擇性膜
48‧‧‧化學一氧化碳移除總成
50‧‧‧壓力擺動吸附(PSA)系統
52‧‧‧加熱總成
54‧‧‧經加熱排氣流
58‧‧‧點火器/點火源
60‧‧‧爐總成
62‧‧‧空氣流
64‧‧‧汽化區域
66‧‧‧殼體或外殼
68‧‧‧絕緣材料
70‧‧‧外套
72‧‧‧氫氣產生總成
74‧‧‧原料遞送系統
76‧‧‧汽化區域
78‧‧‧氫氣生成區域
80‧‧‧加熱總成
82‧‧‧純化區域
84‧‧‧原料槽(或貯器)
86‧‧‧泵
88‧‧‧氫氣生成流體
90‧‧‧液體進料流
92‧‧‧汽化器
94‧‧‧蒸汽進料流
96‧‧‧輸出流
97‧‧‧蒸汽重組區域
98‧‧‧重組催化劑
99‧‧‧經加熱排氣流
100‧‧‧爐總成
102‧‧‧鼓風機
104‧‧‧點火器總成
106‧‧‧空氣流
108‧‧‧副產物或燃料流
110‧‧‧燃燒區域
111‧‧‧限流孔板
112‧‧‧滲透物或富氫氣流
114‧‧‧過濾器總成
116‧‧‧膜總成
118‧‧‧甲烷化反應器總成
120‧‧‧殼體或外殼
122‧‧‧排氣埠
124‧‧‧燃燒排氣流
126‧‧‧控制系統
128‧‧‧控制總成
130‧‧‧閥
132‧‧‧卸壓閥
134‧‧‧溫度量測裝置
136‧‧‧熱交換總成
138‧‧‧熱交換器
144‧‧‧氫氣純化裝置
146‧‧‧氫氣分離區域
148‧‧‧圍封體
149‧‧‧本體
150‧‧‧內部體積
152‧‧‧內部周邊
154‧‧‧第一部分
156‧‧‧第二部分
158‧‧‧保持機構或結構
160‧‧‧混合氣體區域
162‧‧‧滲透物區域
164‧‧‧輸入埠
166‧‧‧流體流
168‧‧‧混合氣體流
170‧‧‧氫氣
172‧‧‧其他氣體
174‧‧‧產物輸出埠
176‧‧‧滲透物流
178‧‧‧掃掠氣體流
180‧‧‧掃掠氣體埠
182‧‧‧副產物輸出埠
184‧‧‧副產物流
186‧‧‧氫氣選擇性膜
188‧‧‧第一或混合氣體表面
190‧‧‧第二或滲透物表面
192‧‧‧氫氣分離總成
194‧‧‧膜總成
196‧‧‧氫氣純化裝置
198‧‧‧殼體或圍封體
200‧‧‧第一端板或端框架
202‧‧‧第二端板或端框架
204‧‧‧內部隔室
206‧‧‧氫氣選擇性膜
208‧‧‧微孔篩網結構
210‧‧‧進料側
212‧‧‧滲透物側
214‧‧‧對置表面
216‧‧‧對置表面
218‧‧‧流體通路
224‧‧‧板或框架
226‧‧‧周邊殼體
228‧‧‧第一支撐構件
230‧‧‧開放區域
232‧‧‧框架平面
234‧‧‧第一對置側
236‧‧‧第二對置側
238‧‧‧第三對置側
240‧‧‧第四對置側
242‧‧‧第一部分
244‧‧‧第一支撐平面
246‧‧‧第二支撐構件
248‧‧‧第三支撐構件
250‧‧‧第二部分
252‧‧‧第三部分
254‧‧‧第二支撐平面
256‧‧‧第三支撐平面
258‧‧‧突出或指狀物
260‧‧‧進料框架
262‧‧‧滲透物框架
264‧‧‧墊片或墊片框架
266‧‧‧進料框架周邊殼體
268‧‧‧進料框架輸入管道
270‧‧‧進料框架輸出管道
272‧‧‧進料框架開放區域
274‧‧‧第一進料框架支撐構件
276‧‧‧第二進料框架支撐構件
278‧‧‧第三進料框架支撐構件
280‧‧‧第一區段或第一周邊殼體
282‧‧‧第二區段或第二周邊殼體
284‧‧‧進料框架墊片
286‧‧‧膜支撐結構
288‧‧‧進料框架支撐平面
290‧‧‧寬度
292‧‧‧寬度
294‧‧‧部分
296‧‧‧部分
300‧‧‧進料框架平面
302‧‧‧進料框架突出或指狀物
304‧‧‧滲透物框架周邊殼體
306‧‧‧滲透物框架輸出管道
308‧‧‧滲透物框架開放區域
310‧‧‧第一區段或第一周邊殼體
312‧‧‧第二區段或第二周邊殼體
314‧‧‧滲透物框架墊片
316‧‧‧厚度
318‧‧‧厚度
320‧‧‧第一區段
322‧‧‧第二區段
324‧‧‧第三區段
326‧‧‧滲透物框架墊片
328‧‧‧膜支撐板
330‧‧‧第一面(或表面)
332‧‧‧第二對置面(或對置表面)
334‧‧‧微溝槽
336‧‧‧第一邊緣
338‧‧‧第二對置邊緣
340‧‧‧第一膜支撐板
342‧‧‧第二膜支撐板
344‧‧‧第一面
346‧‧‧第二對置面
348‧‧‧第一面
349‧‧‧第二對置面
350‧‧‧第三膜支撐板
354‧‧‧氫氣產生總成
356‧‧‧氫氣消耗裝置
358‧‧‧燃料處理總成
360‧‧‧產物氫氣管理系統
362‧‧‧產物氫氣流
364‧‧‧進料流
366‧‧‧氫氣產生器反應器
368‧‧‧進料管道
370‧‧‧產物管道
372‧‧‧緩衝槽
374‧‧‧緩衝槽管道
376‧‧‧感測器總成
378‧‧‧控制總成
380‧‧‧感測器
382‧‧‧緩衝槽感測器
383‧‧‧加熱器
384‧‧‧通信鏈路
385‧‧‧氫氣生成區域
386‧‧‧產物閥總成
387‧‧‧氫氣選擇性膜
392‧‧‧閥
394‧‧‧回流管道
396‧‧‧重組物管道
398‧‧‧回流閥總成
402‧‧‧閥
404‧‧‧氫氣產生總成
406‧‧‧氫氣消耗裝置
408‧‧‧燃料處理總成
410‧‧‧產物氫氣管理系統
416‧‧‧產物氫氣流
418‧‧‧進料流
420‧‧‧產物管道
422‧‧‧緩衝槽
424‧‧‧緩衝槽管道
426‧‧‧緩衝槽感測器總成
428‧‧‧產物閥總成
430‧‧‧回流管道
432‧‧‧回流閥總成
434‧‧‧控制總成
436‧‧‧止回閥
438‧‧‧控制閥
440‧‧‧槽感測器
446‧‧‧三向電磁閥
448‧‧‧電磁圈
450‧‧‧三向閥
454‧‧‧止回閥
456‧‧‧限流孔板
460‧‧‧電磁閥
462‧‧‧電磁圈
464‧‧‧閥
466‧‧‧通信鏈路
468‧‧‧第一控制機構
470‧‧‧第二控制機構
472‧‧‧第一控制器
474‧‧‧第一切換裝置
476‧‧‧第一電源供應器
478‧‧‧第一固態繼電器或第一SSR
480‧‧‧第二控制器
482‧‧‧第二切換裝置
484‧‧‧第二電源供應器
486‧‧‧第二固態繼電器或第二SSR
488‧‧‧氫氣產生總成
489‧‧‧流動部分或支腳
490‧‧‧產物閥總成
491‧‧‧排氣部分或支腳
492‧‧‧第一電磁閥
494‧‧‧第二電磁閥
496‧‧‧第一電磁圈
498‧‧‧第一閥
500‧‧‧第二電磁圈
502‧‧‧第二閥
圖1為氫氣產生總成之一實施方式之示意圖。
圖2為氫氣產生總成之另一實施方式之示意圖。
圖3為圖1之氫氣產生總成的氫氣純化裝置之示意圖。
圖4為圖3之氫氣純化裝置的一實施方式之分解等角視圖。
圖5為圖4之氫氣純化裝置的滲透物框架及微孔篩網結構之一實施方式之俯視圖。
圖6為圖4之氫氣純化裝置之部分剖視圖，其展示進料框架之周邊殼體、氫氣選擇性膜、微孔篩網結構、滲透物框架之周邊殼體及滲透物框架之膜支撐結構的一實施方式。
圖7為圖4之氫氣純化裝置的滲透物框架之周邊殼體之另一實施方式之部分剖視圖。
圖8為圖4之氫氣純化裝置的滲透物框架之膜支撐結構的膜支撐板之一實施方式之等角視圖。
圖9為圖4之氫氣純化裝置的膜支撐結構之另一實施方式之剖視圖。
圖10為圖1之氫氣產生總成的一額外實施方式之部分示意圖。
圖11為圖1之氫氣產生總成的再一實施方式之部分示意圖。
圖12為圖1之氫氣產生總成的另一實施方式之部分示意圖。
圖1展示氫氣產生總成20之一實施方式。除非特定地排除， 否則氫氣產生總成可包括在本揭示內容中描述的其他氫氣產生總成之一或多個組件。氫氣產生總成可包括經建構以產生產物氫氣流21之任一合適的結構。舉例而言，氫氣產生總成可包括一原料遞送系統22及一燃料處理總成24。該原料遞送系統可包括經建構以選擇性地將至少一進料流26遞送至燃料處理總成之任一合適結構。
在一些具體實施方式中，原料遞送系統22可另外包括任一 合適的結構，其經建構以選擇性地將至少一燃料流28遞送至一爐或燃料處理總成24之其他加熱總成。在一些具體實施方式中，進料流26及燃料流28可為遞送至燃料處理總成之不同部分的同一流。原料遞送系統可包括任何合適的遞送機構，諸如，用於推進流體流之正位移或其他合適的泵或機構。在一些具體實施方式中，原料遞送系統可經建構以遞送進料流26及/或燃料流28，而無需使用泵及/或其他電動流體遞送機構。可供氫氣產生總成20使用之合適的原料遞送系統之實施方式包括在美國專利第7,470,293號及第7,601,302號以及美國專利申請公開案第2006/0090397號中描述之原料遞送系統。為了所有目的，以上專利及專利申請案的全部揭示內容據此以引用的方式被併入。
進料流26可包括至少一氫氣生成流體30，其可包括可用作 反應物以生成產物氫氣流21之一或多個流體。舉例而言，氫氣生成流體可包括含碳原料，諸如，至少一烴及/或醇。合適的烴之實施方式包括甲烷、丙烷、天然氣、柴油、煤油、汽油等。合適的醇之實施方式包括甲醇、乙醇、多元醇(諸如，乙二醇及丙二醇)等。另外，氫氣生成流體30可包括 水，諸如，當燃料處理總成經由蒸汽重組及/或自發性熱重組產生產物氫氣流時。當燃料處理總成24經由高溫分解或催化部分氧化產生產物氫氣流時，進料流26不含有水。
在一些具體實施方式中，原料遞送系統22可經建構以遞送 含有水與可與水混溶之含碳原料(諸如，甲醇及/或另一水溶醇)之混合物的氫氣生成流體30。此流體流中水對含碳原料之比率可根據一或多個因素變化，諸如，使用特定含碳原料、使用者偏好、燃料處理總成之設計、由燃料處理總成用以產生產物氫氣流之機構等。舉例而言，水對碳之莫耳比可大致為1：1至3：1。另外，可按1：1莫耳比(37wt%水、63wt%甲醇)或接近該莫耳比遞送水與甲醇之混合物，同時，可按大於1：1之水對碳莫耳比遞送烴或其他醇之混合物。
當燃料處理總成24經由重組產生產物氫氣流21時，進料流 26可包括(例如)大致25至75體積%甲醇或乙醇(或另一合適的水混溶含碳原料)及大致25至75體積%水。對於至少實質上包括甲醇及水之進料流，彼等流可包括大致50-75體積%甲醇及大致25-50體積%水。含有乙醇或其他水混溶醇之流可含有大致25-60體積%醇及大致40-75體積%水。用於利用蒸汽重組或自發性熱重組的氫氣產生總成20之進料流之一實施方式含有69體積%甲醇及31體積%水。
雖然展示原料遞送系統22經建構以遞送單一進料流26，但 原料遞送系統可經建構以遞送兩個或兩個以上進料流26。彼等流可含有相同或不同原料，且可具有不同組成物、至少一共同組成物、無共同組成物或相同組成物。舉例而言，第一進料流可包括第一組份，諸如，含碳原料， 且第二進料流可包括第二組份，諸如，水。另外，雖然在一些具體實施方式中原料遞送系統22可經建構以遞送單一燃料流28，但原料遞送系統可經建構以遞送兩個或兩個以上燃料流。燃料流可具有不同組成物、至少一共同組份、無共同組份或相同組成物。此外，進料流及燃料流可在不同階段自原料遞送系統排放。舉例而言，該等流中之一者可為液體流，而另一者為氣體流。在一些具體實施方式中，該等流中之兩者可為液體流，而在其他具體實施方式中，該等流中之兩者可為氣體流。此外，雖然展示氫氣產生總成20包括單一原料遞送系統22，但氫氣產生總成可包括兩個或兩個以上原料遞送系統22。
燃料處理總成24可包括一氫氣生成區域32，其經建構以經 由任一(任何)合適的氫氣生成機構生成含有氫氣之輸出流34。輸出流可包括作為至少大多數組份之氫氣，且可包括額外氣態組份。輸出流34可因此被稱作「混合氣體流」，其含有作為其大多數組份之氫氣，但其包括其他氣體。
氫氣生成區域32可包括任一合適的含催化劑之床或區域。 當氫氣生成機構正蒸汽重組時，氫氣生成區域可包括合適的蒸汽重組催化劑36以促進自含有含碳原料及水之進料流26生成輸出流34。在此具體實施方式中，燃料處理總成24可被稱作「蒸汽重組器」，氫氣生成區域32可被稱作「重組區域」，且輸出流34可被稱作「重組物流」。可存在於重組物流中之其他氣體可包括一氧化碳、二氧化碳、甲烷、蒸汽及/或未反應之含碳原料。
當氫氣生成機構正自發性熱重組時，氫氣生成區域32可包 括合適的自發性熱重組催化劑以促進在存在空氣之情況下自含有水及含碳原料之進料流26生成輸出流34。另外，燃料處理總成24可包括一空氣遞送總成38，其經建構以將空氣流遞送至氫氣生成區域。
在一些具體實施方式中，燃料處理總成24可包括純化(或 分離)區域40，該純化區域40可包括經建構以自輸出(或混合氣體)流34生成至少一富氫氣流42的任何合適結構。富氫氣流42相較於輸出流34可包括較大氫氣濃度，及/或存在於該輸出流中之減少濃度的一或多種其他氣體(或雜質)。產物氫氣流21包括富氫氣流42的至少一部分。因此，產物氫氣流21及富氫氣流42可為同一流，且具有相同組成物及流動速率。替代地，富氫氣流42中的經純化氫氣中的一些可經儲存以供稍後使用，諸如儲存於合適氫氣儲存總成中及/或藉由燃料處理總成來消耗。純化區域40亦可被稱作「氫氣純化裝置」或「氫氣處理總成」。
在一些具體實施方式中，純化區域40可生成可不含有氫氣 或含有一些氫氣的至少一副產物流44。副產物流可經排氣，發送至爐總成及/或其他燃燒源，用作經加熱之流體流，經儲存以供稍後使用，及/或以其他方式利用、儲存及/或安置。另外，純化區域40對輸出流34之遞送作出回應而可發出副產物流作為連續流，或諸如在分批法中或當輸出流之副產物部分至少臨時保持於純化區域中時可間歇地發出該流。
燃料處理總成24可包括經建構以生成一或多個副產物流的 一或多個純化區域，該一或多個副產物流含有足夠量之氫氣以適合於用作燃料流(或原料流)從而用於燃料處理總成的加熱總成。在一些具體實施方式中，副產物流可具有足夠燃料值或氫氣含量以使得加熱總成能夠將氫 氣生成區域維持於所要操作溫度或所選擇溫度範圍內。舉例而言，副產物流可包括氫氣，諸如10至30體積%氫氣、15至25體積%氫氣、20至30體積%氫氣、至少10或15體積%氫氣、至少20體積%氫氣等。
純化區域40可包括經建構以使輸出流21之至少一組份的濃 度增稠(及/或增加)的任何合適結構。在多數應用中，富氫氣流42相較於輸出流(或混合氣體流)34將具有較大氫氣濃度。富氫氣流亦可具有存在於輸出流34中的一或多種非氫氣組份的減少濃度，其中富氫氣流之氫氣濃度與輸出流的氫氣濃度相比較更高、相同或較低。舉例而言，在習知燃料電池系統中，一氧化碳可損害燃料電池堆疊，即使在一氧化碳甚至以百萬分之幾存在情況下，而諸如水的可存在於輸出流34中的其他非氫氣組份將不損害堆疊，即使以大得多之濃度存在。因此，在此應用中，純化區域可不使總氫氣濃度增加，而是將減少對產物氫氣流的所要應用有害或潛在有害之一或多個非氫氣組份的濃度。
用於純化區域40之合適裝置的實施方式包括一或多個氫氣 選擇性膜46、化學一氧化碳移除總成48及/或壓力擺動吸附(PSA)系統50。 純化區域40可包括一種以上類型之純化裝置，且裝置可具有相同或不同結構，及/或藉由相同或不同機構操作。燃料處理總成24可包括至少一限流孔板及/或純化區域下游的諸如與一或多個產物氫氣流、富氫氣流及/或副產物流相關聯的其他流量限制器。
氫氣選擇性膜46對於氫氣為可滲透的，但對於輸出流34的 其他組份為至少實質上(若並非完全)不能滲透的。膜46可由適用於操作純化區域40之操作環境及參數中的任何氫氣可滲透材料形成。膜46之合適 材料的實施方式包括鈀及鈀合金，且特別是此等金屬及金屬合金的薄膜。 鈀合金已證明為特別有效的，特別是具有35wt%至45wt%銅的鈀。含有大致40wt%銅的鈀-銅合金已證明為特別有效的，儘管可使用其他相對濃度及組份。兩種其他特別有效之合金為具有2wt%至10wt%金的鈀，特別是具有5wt%金的鈀；及具有3wt%至10wt%銦加上0wt%至10wt%釕的鈀，特別是具有6wt%銦加上0.5wt%釕的鈀。當使用鈀及鈀合金時，氫氣選擇性膜46有時可被稱作「箔」。
化學一氧化碳移除總成48為與輸出流34中之一氧化碳及/ 或其他非所要組份化學反應以形成並非為潛在有害之其他組成物的裝置。 化學一氧化碳移除總成之實施方式包括：水-氣轉化反應器，其經建構以自水與一氧化碳生成氫氣及二氧化碳；部分氧化反應器，其經建構以將一氧化碳與氧氣(通常來自空氣)轉換成二氧化碳；及甲烷化反應器，其經建構以將一氧化碳及氫氣轉換成甲烷及水。燃料處理總成24可包括一種以上類型及/或數目個化學移除總成48。
壓力擺動吸附(PSA)為如下化學製程：基於某些氣體在適 當溫度及壓力條件下相較於其他氣體將被更強地吸附至吸附劑材料上的原理自輸出流34移除氣態雜質。典型地，非氫氣雜質經吸附，並自輸出流34移除。雜質氣體之吸附在高壓下發生。當減少壓力時，使雜質自吸附劑材料解吸附，因此重新產生吸附劑材料。典型地，PSA為循環製程，且要求至少兩個床用於連續操作(與批量操作相對)。可用於吸附劑床中之合適吸附劑材料的實施方式為活性碳及沸石。PSA系統50亦提供用於純化區域40中之裝置的實施方式，在該純化區域40中，副產物或經移除組份並不作為 氣體流藉由輸出流的純化同時直接自區域排氣。替代地，當吸附劑材料經重新產生或以其他方式自純化區域移除時，移除此等副產物組份。
在圖1中，純化區域40展示為在燃料處理總成24內。如在 圖1中以點劃線示意性地說明，純化區域可替代地分離地位於燃料處理總成下游。純化區域40亦可包括在燃料處理總成內且外部的部分。
燃料處理總成24亦可包括呈加熱總成52之形式的溫度調變 總成。加熱總成可經建構以典型地如在空氣存在情況下燃燒一般自至少一加熱燃料流28生成至少一經加熱排氣流(或燃燒流)54。經加熱排氣流54在圖1中示意性地說明為加熱氫氣生成區域32。加熱總成52可包括經建構以產生經加熱之排氣流的任何合適結構(諸如，爐)，或燃料與空氣一起燃燒以生成經加熱排氣流的燃燒催化劑。加熱總成可包括經建構以起始燃料之燃燒的點火器或點火源58。合適點火源之實施方式包括一或多個火花塞、預熱塞、燃燒催化劑、引火器、壓電點火器、火花點火器、熱表面點火器等。
在一些具體實施方式中，加熱總成52可包括爐總成60，且 可被稱作基於燃燒或燃燒驅動之加熱總成。在基於燃燒之加熱總成中，加熱總成52可經建構以接收至少一燃料流28且在空氣存在情況下使燃料流燃燒以提供熱燃燒流54，該熱燃燒流54可用以加熱燃料處理總成的至少氫氣生成區域。空氣可經由多種機構遞送至加熱總成。舉例而言，如圖1中所展示，空氣流62可作為分離流經遞送至加熱總成。替代地或另外，空氣流62可與用於加熱總成52之燃料流28中的至少一者一起遞送至加熱總成，及/或自利用加熱總成所在之環境進行汲取。
另外或替代地，燃燒流54可用以加熱燃料處理總成的其他 部分及/或供加熱總成使用之燃料電池系統。另外，可使用其他建構及類型之加熱總成52。舉例而言，加熱總成52可為電動加熱總成，其經建構以藉由使用諸如電阻性加熱元件之至少一加熱元件產生熱來加熱燃料處理總成24的至少氫氣生成區域32。在彼等具體實施方式中，加熱總成52可不接收並燃燒可燃燃料流以將氫氣生成區域加熱至合適氫氣生成溫度。加熱總成之實施方式例揭示於美國專利第7,632,322號中，為了所有目的，該專利之全部揭示內容據此以引用的方式被併入。
加熱總成52可收容於具有氫氣生成區域及/或分離區域之常 見殼體或外殼中(如下文進一步論述)。加熱總成可相對於氫氣生成區域32分離地定位，但與該區域熱及/或流體通信以提供至少氫氣生成區域的所要加熱。加熱總成52可部分或完全定位於常見殼體內，及/或加熱總成之至少一部分(或全部)可定位於該殼體外部。當加熱總成定位於殼體外部時，來自爐總成60之熱燃燒氣體可經由合適傳熱管道遞送至殼體內的一或多個組件。
加熱總成亦可經建構以加熱原料遞送系統22、原料供應 流、氫氣生成區域32、純化(或分離)區域40，或彼等系統、流及區域的任何合適組合。原料供應流之加熱可包括使用以在氫氣生成區域中生成氫氣的氫氣生成流體之流體反應物流或組份汽化。在該具體實施方式中，燃料處理總成24可描述為包括汽化區域64。加熱總成可另外經建構以加熱氫氣產生總成的其他組件。舉例而言，經加熱之排氣流可經建構以加熱壓力容器及/或含有加熱燃料及/或氫氣生成流體的其他罐，該氫氣生成流體形成 進料流26及燃料流28的至少數個部分。
加熱總成52可在氫氣生成區域32中達成及/或維持任何合 適溫度。蒸汽重組器典型地以範圍為200℃與900℃之溫度操作。然而，此範圍外部之溫度係在本發明之範疇內。當含碳原料為甲醇時，蒸汽重組反應將典型地以大約200℃至500℃之溫度範圍操作。該範圍之實施方式子集包括350℃至450℃、375℃至425℃，及375℃至400℃。當含碳原料為烴、乙醇或另一醇類時，大致400℃至900℃之溫度範圍將典型地用於蒸汽重組反應。該範圍之實施方式子集包括750℃至850℃、725℃至825℃、650℃至750℃、700℃至800℃、700℃至900℃、500℃至800℃、400℃至600℃，及600℃至800℃。氫氣生成區域32可包括兩個或兩個以上區或部分，其每一者可以相同或不同溫度操作。舉例而言，當氫氣生成流體包括烴時，氫氣生成區域32可包括兩個不同氫氣生成部分或區域，其中一部分或區域相較於另一部分或區域以較低溫度操作以提供預重組區域。在彼等具體實施方式中，燃料處理總成亦可被稱作包括兩個或兩個以上氫氣生成區域。
燃料流28可包括適用於藉由加熱總成52消耗以提供所要熱 輸出的任何可燃液體及/或氣體。一些燃料流在藉由加熱總成52遞送並燃燒時可為氣體，而其他流可作為液體流遞送至加熱總成。用於燃料流28之合適加熱燃料的實施方式包括含碳原料，諸如甲醇、甲烷、乙烷、乙醇、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷等。額外實施方式包括低分子量可壓縮燃料，諸如液化石油氣、氨、輕量級胺、二甲醚，及低分子量烴。又其他實施方式包括氫氣及一氧化碳。在包括呈冷卻總成而非加熱總成之形式(諸如在利用例如部分氧化之發熱氫氣產生製程而非諸如蒸汽重組的吸熱製程時可使 用)的溫度調變總成的氫氣產生總成20之具體實施方式中，原料遞送系統可經建構以將燃料或冷卻劑流供應至總成。可使用任何合適燃料或冷卻劑流體。
如圖1中所展示，燃料處理總成24可另外包括含有至少氫 氣生成區域32的殼體或外殼66。在一些具體實施方式中，汽化區域64及/或純化區域40可另外含有於殼體內。殼體66可使得蒸汽重組器或其他燃料處理機構之組件能夠作為單元移動。殼體亦可藉由提供保護性圍封體而保護燃料處理總成之組件不受損害，及/或可減少對燃料處理總成之加熱需求，此係因為組件可作為單元進行加熱。殼體66可包括絕緣材料68，諸如實心絕緣材料、毯覆絕緣材料及/或填充有空氣的空穴。絕緣材料可在殼體內部、殼體外部，或殼體內部且外部。如圖1中示意性地說明，當絕緣材料在殼體外部時，燃料處理總成24可進一步包括在絕緣件外部的外罩或外套70。燃料處理總成可包括不同殼體，該殼體包括燃料處理總成之額外組件，諸如原料遞送系統22及/或其他組件。
燃料處理總成24之一或多個組件可延伸超出殼體，或定位 於殼體外部。舉例而言，純化區域40可定位於殼體66外部，從而諸如與殼體隔開但藉由合適流體傳送管道流體連通。作為另一實施方式，諸如藉由表示圖1中之替代性殼體建構之虛線示意性地指示，氫氣生成區域32之一部分(諸如，一或多個重組催化劑床的數個部分)可延伸超出殼體。合適氫氣產生總成及其組件的實施方式揭示於美國專利第5,861,137號、第5,997,594號及第6,221,117號中，為了所有目的，前面各專利的全部揭示內容據此以引用的方式被併入。
氫氣產生總成20之另一實施方式展示於圖2中，且以72大 體上指示。除非特定地排除，氫氣產生總成72可包括氫氣產生總成20的一或多個組件。如圖2中所展示，氫氣產生總成72可包括原料遞送系統74、汽化區域76、氫氣生成區域78及加熱總成80。在一些具體實施方式中，氫氣產生總成20亦可包括純化區域82。
原料遞送系統可包括經建構以將一或多個進料及/或燃料流 遞送至氫氣產生總成之一或多個其他組件的任何合適結構。舉例而言，原料遞送系統可包括原料槽(或貯器)84，及泵86。原料槽可含有任何合適氫氣生成流體88，諸如水及含碳原料(例如，甲醇/水混合物)。泵86可具有經建構以遞送氫氣生成流體至汽化區域76及/或氫氣生成區域78的任何合適結構，氫氣生成流體可係呈包括水及含碳原料之至少一含液體進料流90的形式。
汽化區域76可包括經建構以接收並汽化諸如含液體進料流 90之含液體進料流之至少一部分的任何合適結構。舉例而言，汽化區域76可包括汽化器92，其經建構以將含液體進料流90至少部分轉變成一或多個蒸汽進料流94。在一些具體實施方式中，蒸汽進料流可包括液體。合適汽化器之實施方式為盤管汽化器，諸如不鏽鋼盤管。
氫氣生成區域78可包括任何合適結構，其經建構以接收諸 如來自汽化區域之蒸汽進料流94的多個進料流中之一者，以生成含有氫氣作為大多數組份及其他氣體的一或多個輸出流96。氫氣生成區域可經由任何合適機構生成輸出流。舉例而言，氫氣生成區域78可經由蒸汽重組反應產生輸出流96。在該實施方式中，氫氣生成區域78可包括蒸汽重組區域97 與重組催化劑98，該重組催化劑98經建構以促進及/或促成蒸汽重組反應。當氫氣生成區域78經由蒸汽重組反應產生輸出流96時，氫氣產生總成72可被稱作「蒸汽重組氫氣產生總成」，且輸出流96可被稱作「重組物流」。
加熱總成80可包括經建構以生成至少一經加熱排氣流99從而加熱氫氣產生總成72之一或多個其他組件的任何合適結構。舉例而言，加熱總成可將汽化區域加熱至任何合適溫度，諸如至少最小汽化溫度或含液體饋如流之至少一部分經汽化以形成汽化進料流的溫度。另外或替代地，加熱總成80可將氫氣生成區域加熱至任何合適溫度，諸如至少最小氫氣生成溫度，或蒸汽進料流之至少一部分經反應以生成氫氣從而形成輸出流的溫度。加熱總成可與氫氣產生總成之一或多個組件(諸如，汽化區域及/或氫氣生成區域)進行熱連通。
如圖2中所展示，加熱總成可包括爐總成100、至少一鼓風機102及點火器總成104。爐總成可包括經建構以接收至少一空氣流106及至少一燃料流108且在燃燒區域110內燃燒至少一燃料流以生成經加熱之排氣流99的任何合適結構。燃料流可藉由原料遞送系統74及/或純化區域82提供。燃燒區域可含有於氫氣產生總成之圍封體內。鼓風機102可包括經建構以產生空氣流106的任何合適結構。點火器總成104可包括經建構以使燃料流108點火的任何合適結構。
純化區域82可包括經建構以生成至少一富氫氣流112的任何合適結構，該至少一富氫氣流112可包括較大氫氣濃度(相較於輸出流96)，及/或存在於該輸出流中之減少之濃度的一或多種其他氣體(或雜質)。如圖2中所展示，純化區域可生成至少一副產物流或燃料流108，該至少一 副產物流或燃料流108可被發送至爐總成100且用作該總成的燃料流。純化區域82可包括限流孔板111、過濾器總成114、膜總成116及甲烷化反應器總成118。過濾器總成(諸如，一或多個熱氣體過濾器)可經建構以在氫氣純化膜總成之前自輸出流96移除雜質。
膜總成116可包括如下任何合適結構：經建構以接收含有氫 氣及其他氣體的輸出或混合氣體流96，且產生相較於混合氣體流含有較大濃度之氫氣及/或較低濃度之其他氣體的滲透物或富氫氣流112。膜總成116可併有係平坦或管狀之氫氣可滲透(或氫氣選擇性)膜，且一個以上氫氣可滲透膜可併入至膜總成116中。滲透物流可用於任何合適應用，諸如用於一或多個燃料電池。在一些具體實施方式中，膜總成可產生包括其他氣體之一至少實質部分的副產物或燃料流108。甲烷化反應器總成118可包括經建構以將一氧化碳及氫氣轉換成甲烷及水的任何合適結構。儘管純化區域82經展示為包括限流孔板111、過濾器總成114、膜總成116及甲烷化反應器總成118，但純化區域可具有少於彼等總成中之全部的總成，及/或替代地或另外可包括經建構以純化輸出流96的一或多個其他組件。舉例而言，純化區域82可包括僅膜總成116。
在一些具體實施方式中，氫氣產生總成72可包括殼體或外 殼120，該殼體或外殼120可至少部分含有該總成之一或多個其他組件。舉例而言，如圖2中所展示，殼體120可至少部分含有汽化區域76、氫氣生成區域78、加熱總成80及/或純化區域82。殼體120可包括經建構以使藉由加熱總成80生成之至少一燃燒排氣流124排放的一或多個排氣埠122。
在一些具體實施方式中，氫氣產生總成72可包括控制系統 126，該控制系統126可包括經建構以控制氫氣產生總成72之操作的任何合適結構。舉例而言，控制總成126可包括控制總成128、至少一閥130、至少一卸壓閥132，及一或多個溫度量測裝置134。控制總成128可經由溫度量測裝置134偵測氫氣生成區域及/或純化區域中的溫度，該溫度量測裝置134可包括一或多個熱電耦及/或其他合適裝置。基於偵測之溫度，控制總成及/或控制系統之業者可經由閥130及泵86調整進料流90至汽化區域76及/或氫氣生成區域78的遞送。閥130可包括電磁閥及/或任何合適閥。卸壓閥132可經建構以確保系統中之額外壓力被釋放。
在一些具體實施方式中，氫氣產生總成72可包括熱交換總 成136，該熱交換總成136可包括經建構以將熱自氫氣產生總成之一部分傳送至另一部分的一或多個熱交換器138。舉例而言，熱交換總成136可將熱自富氫氣流112傳送至進料流90以在進入汽化區域76之前提昇進料流的溫度以及冷卻富氫氣流112。
圖1之氫氣產生總成20之純化區域40(或氫氣純化裝置) 的實施方式在圖3中以144大體上指示。除非特定地排除，否則氫氣純化裝置可包括本發明中所描述之其他純化區域的一或多個組件。氫氣純化裝置40可包括氫氣分離區域146及圍封體148。圍封體可界定具有內部周邊152的內部體積150。圍封體148可包括耦接在一起以形成呈密封壓力容器之形式的本體149的至少第一部分154及第二部分156，該密封壓力容器可包括所界定之輸入及輸出埠。彼等埠可界定供將氣體及其他流體遞送至圍封體之內部體積中並自該內部體積移除的流體路徑。
第一部分154及第二部分156可使用任何合適保持機構或結 構158耦接在一起。合適保持結構之實施方式包括焊接及/或螺栓。可用以提供第一部分與第二部分之間的不透流體界面的密封件之實施方式可包括墊片及/或焊接。另外或替代地，第一部分154及第二部分156可緊固在一起，使得至少預定量之壓縮應用至界定圍封體內之氫氣分離區域的各種組件及/或可被併入至氫氣產生總成中之其他組件。所應用壓縮可確保各種組件維持於圍封體內之適當位置中。另外或替代地，應用至界定氫氣分離區域之各種組件及/或其他組件的壓縮可提供界定氫氣分離區域之各種組件、各種其他組件之間及/或界定氫氣分離區域之組件與其他組件之間的不透流體界面。
如圖3中所展示，圍封體148可包括混合氣體區域160及滲 透物區域162。混合氣體及滲透物區域可藉由氫氣分離區域146分離。可提供至少一輸入埠164，流體流166經由該輸入埠164遞送至圍封體。流體流166可為含有遞送至混合氣體區域160之氫氣170及其他氣體172的混合氣體流168。氫氣可為混合氣體流的大部分組份。氫氣分離區域146可在混合氣體區域160與滲透物區域162之間延伸，使得混合氣體區域中之氣體必須通過氫氣分離區域以便進入滲透物區域。舉例而言，可要求氣體通過如下文進一步論述的至少一氫氣選擇性膜。滲透物及混合氣體區域在圍封體內可具有任何合適相對大小。
圍封體148亦可包括滲透物流176可經接收並自滲透物區域 162被移除經由的至少一產物輸出埠174。滲透物流相較於混合氣體流可含有較大濃度之氫氣及較低濃度之其他氣體中的至少一者。在一些具體實施方式中，滲透物流176可至少最初包括運載或掃掠(sweep)氣體組份，諸 如可經由與滲透物區域流體連通之掃掠氣體埠180經遞送作為掃掠氣體流178。圍封體亦可包括至少一副產物輸出埠182，含有其他氣體172之實質部分及減少濃度之氫氣170(相對於混合氣體流)中之至少一者的副產物流184經由該副產物輸出埠182自混合氣體區域被移除。
氫氣分離區域146可包括至少一氫氣選擇性膜186，其具有 經定向以供混合氣體流168接觸的第一或混合氣體表面188，及與表面188大體上對置的第二或滲透物表面190。混合氣體流168可經遞送至圍封體之混合氣體區域，使得與一或多個氫氣選擇性膜的混合氣體表面接觸。滲透物流176可由混合氣體流之通過氫氣分離區域至滲透物區域162的至少一部分形成。副產物流184可由混合氣體流之並不通過氫氣分離區域的至少一部分形成。在一些具體實施方式中，副產物流184可含有存在於混合氣體流中之氫氣的一部分。氫氣分離區域亦可經建構以捕獲或以其他方式保持其他氣體的至少一部分，隨著分離區域經替換、重新產生或以其他方式再填料，該至少一部分可接著作為副產物流被移除。
在圖3中，流166、176、178及/或184可包括流入或流出氫 氣純化裝置144的一個以上實際流。舉例而言，氫氣純化裝置可接收複數個混合氣體流168、在接觸氫氣分離區域146之前分成兩個或兩個以上流的單一混合氣體流168、經遞送至內部體積150中的單一流等。因此，圍封體148可包括一個以上輸入埠164、產物輸出埠174、掃掠氣體埠180及/或副產物輸出埠182。
氫氣選擇性膜可由適用於操作氫氣純化裝置之操作環境及參數的任何氫氣可滲透材料形成。氫氣純化裝置之實施方式揭示於美國專 利第5,997,594號及第6,537,352號中，為了所有目的，該等專利之全部揭示內容據此以引用的方式被併入。在一些具體實施方式中，氫氣選擇性膜可由鈀及鈀合金中的至少一者形成。鈀合金之實施方式包括鈀與銅、銀及/或金的合金。各種膜、膜建構以及用於製備膜及膜建構之方法的實施方式揭示於美國專利第6,152,995號、第6,221,117號、第6,319,306號及第6,537,352號中，為了所有目的，該等專利之全部揭示內容據此以引用之方式被併入。
在一些具體實施方式中，複數個隔開之氫氣選擇性膜186 可用於氫氣分離區域中以形成氫氣分離總成192的至少一部分。當存在時，複數個膜可共同界定一或多個膜總成194。在此等具體實施方式中，氫氣分離總成可通常自第一部分154延伸至第二部分156。因此，第一部分及第二部分可有效地壓縮氫氣分離總成。在一些具體實施方式中，另外或替代地，圍封體148可包括耦接至本體部分之相對側的端板(或端框架)。在此等具體實施方式中，端板可在該對對置端板之間有效地壓縮氫氣分離總成(及可收容於圍封體內的其他組件)。
使用一或多個氫氣選擇性膜之氫氣純化典型地為壓力驅動 之分離製程，在該製程中，混合氣體流相較於氫氣分離區域之滲透物區域中的氣體以較高壓力經遞送至與膜的混合氣體表面接觸。當氫氣分離區域用以將混合氣體流分離成滲透物流與副產物流時，在一些具體實施方式中，氫氣分離區域可經由任何機構加熱至高溫。使用鈀及鈀允許膜之氫氣純化的合適操作溫度之實施方式包括至少275℃之溫度、至少325℃之溫度、至少350℃的溫度、在275℃至500℃之範圍內的溫度、在275℃至375℃之範圍內的溫度、在300℃至450℃之範圍內的溫度、在350℃至450℃之 範圍內的溫度。
氫氣純化裝置144之實施方式在圖4中以196大體上指示。 除非特定地排除，否則氫氣純化裝置196可包括本發明中所描述之其他氫純化裝置及/或純化區域的一或多個組件。氫氣純化裝置196可包括殼體或圍封體198，該殼體或圍封體198可包括第一端板或端框架200及第二端板或端框架202。第一及第二端板可經建構以緊固及/或壓縮在一起以界定具有內部隔室204之密封壓力容器，在該密封壓力容器中支撐氫氣分離區域。 類似於氫氣純化裝置144，第一及第二端板可包括輸入、輸出、掃掠氣體及副產物埠(圖中未示)。
氫氣純化裝置196亦可包括至少一氫氣選擇性膜206及至少 一微孔篩網結構208。氫氣選擇性膜可經建構以自輸入埠接收混合氣體流之至少部分，並將混合氣體流分離成滲透物流的至少部分與副產物流的至少部分。氫氣選擇性膜206可包括進料側210及滲透物側212。滲透物流的至少部分自混合氣體流的自進料側傳至滲透物側之部分形成，其中混合氣體流的剩餘於進料側上之剩餘部分形成副產物流之至少部分。在一些具體實施方式中，氫氣選擇性膜206可緊固至至少一膜框架(圖中未示)，該至少一膜框架可接著緊固至第一及第二端框架。
微孔篩網結構208可包括經建構以支撐至少一氫氣選擇性 膜的任何合適結構。舉例而言，如圖4中所展示，微孔篩網結構可包括經建構以提供對滲透物側212之支撐的大體上對置表面214及216，及在對置表面之間延伸之複數個流體通路218，其允許滲透物流流動通過微孔篩網結構。微孔篩網結構208可包括任何合適材料。舉例而言，微孔篩網結構可 包括諸如含有氧化鋁層之不鏽鋼的不鏽鋼，該氧化鋁層經建構以防止不鏽鋼與至少一氫氣選擇性膜之間的金屬間擴散。
在一些具體實施方式中，微孔篩網結構可包括不鏽鋼303(經 鋁改質)、17-7 PH、14-8 PH及/或15-7 PH。在一些具體實施方式中，不鏽鋼可包括約0.6至約1.5wt%之鋁。如圖5中所展示，微孔篩網結構208可經設定大小以含有(諸如整個含有)於滲透物框架之開放區域內，及/或藉由膜支撐結構來支撐。換言之，微孔篩網結構可經設定大小以在微孔篩網結構及滲透物框架經緊固或壓縮至第一及第二端框架時不與滲透物框架之周邊殼體接觸。
替代地，微孔篩網結構可藉由非多孔周邊壁部分或框架(圖 中未示)支撐及/或緊固至該非多孔周邊壁部分或框架，諸如緊固至滲透物框架之周邊殼體。當微孔篩網結構經緊固至非多孔周邊壁部分時，微孔篩網結構可被稱作「多孔中心區域部分」。其他微孔篩網結構之實施方式揭示於美國專利申請公開案第2010/0064887號中，為了所有目的，該案之全部揭示內容據此以引用的方式被併入。
氫氣純化裝置196亦可包括安置於第一及/或第二端框架之間並緊固至第一及/或第二端框架的複數個板或框架224。框架可包括任何合適結構，及/或可為任何合適形狀，諸如正方形、矩形或圓形。舉例而言，如圖4中所展示，框架224可包括周邊殼體226及至少一第一支撐構件228。周邊殼體可界定開放區域230及框架平面232。另外，如圖4中所展示，周邊殼體226可包括第一對置側234及第二對置側236，以及第三對置側238及第四對置側240。
如圖4中所展示，第一支撐構件228可包括經建構以支撐氫 氣選擇性膜206之第一部分242的任何合適結構。舉例而言，如圖4中所展示，複數個框架中之第一支撐構件在第一支撐平面244內可彼此共面(或與複數個框架中之其他框架的其他第一支撐構件共面)，以支撐氫氣選擇性膜的第一部分242。換言之，複數個框架中之每一框架的第一支撐構件可鏡像複數個框架中之其他框架的第一支撐構件。第一支撐構件可具有對於框架平面232的任何合適定向。舉例而言，如圖4中所展示，第一支撐平面244可垂直於框架平面。替代地，第一膜支撐平面可與框架平面232相交，但不垂直於框架平面232。
在一些具體實施方式中，如圖4中所展示，框架224可包括 第二支撐構件246及/或第三支撐構件248，其可包括經建構以支撐氫氣選擇性膜206之第二部分250及/或第三部分252的任何合適結構。舉例而言，複數個框架中之第二支撐構件在第二支撐平面254內可彼此共面(或與複數個框架的其他第二支撐構件共面)，以支撐氫氣選擇性膜的第二部分250。另外，複數個框架之第三支撐構件可在第三支撐平面256內彼此共面(或與複數個框架之其他第三支撐構件共面)以支撐氫氣選擇性膜的第三部分252。換言之，複數個框架中之每一框架的第二支撐構件可鏡像複數個框架中之其他框架的第二支撐構件，而複數個框架中之每一框架的第三支撐構件可鏡像複數個框架中之其他框架的第三支撐構件。第二及/或第三支撐平面可具有對框架平面232的任何合適定向。舉例而言，如圖4中所展示，第二支撐平面254及/或第三支撐平面256可垂直於框架平面。替代地，第二支撐平面及/或第三支撐平面可與框架平面232相交，但不垂直於框架平 面232。
第二支撐構件246及/或第三支撐構件248可具有至第一支撐構件228的任何合適定向。舉例而言，第一支撐構件228可自周邊殼體226之第三側238延伸至開放區域230中；第二支撐構件246可自周邊殼體之第四側240(其與第三側對置)延伸至開放區域中；且第三支撐構件248可自第三側延伸至開放區域中。替代地，第一、第二及/或第三支撐構件可自同一側諸如自周邊殼體之第一、第二、第三或第四側延伸至開放區域中。在一些具體實施方式中，第一、第二及/或第三支撐構件可自周邊殼體之第一側及/或第二側(其與第一側對置)延伸至開放區域中。
第一、第二及/或第三支撐構件可(例如)呈附接至周邊殼體及/或與周邊殼體一起形成之一或多個突出或指狀物258的形式。突出可在任何合適方向上自周邊殼體延伸。突出可為周邊殼體之全厚度，或可小於該殼體的全厚度。框架224中之每一框架的突出可抵靠氫氣選擇性膜經壓縮，藉此將膜鎖定於適當位置且減少氫氣選擇性膜歸因於氫氣溶解之膨脹的衝擊。換言之，框架224之突出可藉由將端框架之延伸部堆疊於第一及/或第二膜支撐平面內而支撐氫氣選擇性膜。在一些具體實施方式中，突出258可包括一或多個插座或孔隙(圖中未示)，其經建構以收納至少一扣件(圖中未示)以將框架224緊固至第一及/或第二端框架。
如圖4中所展示，框架224可包括至少一進料框架260、至少一滲透物框架262及複數個墊片或墊片框架264。進料框架260可安置於第一及第二端框架中之一者與至少一氫氣選擇性膜206之間，或兩個氫氣選擇性膜206之間。如圖4中所展示，進料框架可包括進料框架周邊殼體 266、進料框架輸入管道268、進料框架輸出管道270、進料框架開放區域272、至少一第一進料框架支撐構件274。在一些具體實施方式中，進料框架可包括第二進料框架支撐構件276及/或第三進料框架支撐構件278。
進料框架周邊殼體266可包括任何合適結構。舉例而言，如 圖6中所展示，進料框架周邊殼體可包括第一區段或第一周邊殼體280及第二區段或第二周邊殼體282。請注意，圖6之組件已為了說明目的而予以誇示，且可能不反映彼等組件的相對尺寸。第一及第二區段可為周邊殼體之第一半部及第二半部，或可為該周邊殼體的任何合適部分。另外，第一及/或第二區段可包括彼此處於任何合適關係之通道或溝槽(圖中未示)，諸如自彼此偏移的關係。第一區段280及第二區段282可經由任何合適方法接合以在彼等區段之間形成氣密密封。舉例而言，進料框架墊片284可用於彼等區段之間。替代地，如美國專利申請公開案第2013/0011301號中所描述，第一區段及第二區段可經銅焊在一起，或層化金屬可用以接合第一區段與第二區段。為了所有目的，該案之全部揭示內容據此以引用之方式被併入。
另外，進料框架周邊殼體266可包括經建構以支撐氫氣純化 裝置196之其他組件的任何合適尺寸。舉例而言，進料框架周邊殼體可經設定大小，使得其沿著複數個進料框架支撐平面288支撐滲透物框架262的周邊殼體及彼等框架的膜支撐結構286。舉例而言，如圖6中所展示，周邊殼體266可具有大於滲透物框架262之周邊殼體之寬度292的寬度290，使得周邊殼體之至少一部分294支撐膜支撐結構286的部分296。換言之，進料框架周邊殼體可將膜支撐結構鎖定於適當位置，且充當該支撐結構的擋止件。進料框架支撐平面可具有至進料框架平面300的任何合適定向。 舉例而言，如圖6中所展示，進料框架支撐平面可垂直於進料框架平面。 替代地，進料框架支撐平面可與進料框架平面300相交，但不垂直於進料框架平面300。
進料框架輸入管道可形成於進料框架周邊殼體上，及/或經 建構以接收來自輸入埠之混合氣體流之至少部分。進料框架輸出管道270可形成於進料框架周邊殼體上，及/或經建構以接收混合氣體流的剩餘於氫氣選擇性膜206之進料側210上的剩餘部分。進料框架開放區域272可安置於進料框架輸入管道與輸出管道之間。進料框架周邊殼體266可包括流體連接輸入管道及輸出管道與進料框架開放區域的複數個溝槽或通道(圖中未示)。通道可經由任何合適方法形成於周邊殼體上，及/或可具有任何合適定向，諸如可誘發進料框架開放區域260中之混合的任何有角度定向。
如上文所論述，第一、第二及/或第三進料框架支撐構件可 包括經建構以支撐至少一氫氣選擇性膜之第一、第二及/或第三部分的任何合適結構，及/或鏡像其他框架的第一、第二及/或第三支撐構件。另外，第一、第二及/或第三進料框架支撐構件可包括任何合適結構，其經建構以隨著混合氣體流流動越過輸入管道與輸出端之間的進料框架開放區域而改變混合氣體流之至少部分的流動方向。第一及/或第二進料框架支撐構件亦可經建構以促成進料框架開放區域內的紊流或混合。舉例而言，在無第一及/或第二進料框架支撐構件情況下，混合氣體流之至少部分越過在輸入管道與輸出管道之間的進料框架開放區域的流動可在至少第一方向(圖中未示)上移動。第一及/或第二進料框架膜支撐結構可經建構以將混合氣體流之至少部分的流動自至少第一方向改變至至少第二方向(圖中未示)，該第二方 向不同於第一方向。
第一、第二及/或第三進料框架支撐構件可(例如)呈附接 至進料框架周邊殼體及/或與進料框架周邊殼體一起形成之至少一進料框架突出或指狀物302的形式。進料框架突出可在任何合適方向上自周邊殼體延伸。舉例而言，進料框架突出可在一方向上自進料框架周邊殼體延伸，該方向大體上垂直於(及/或大體上平行於)混合氣體流之至少部分自輸入管道朝向進料框架開放區域流動的方向。舉例而言，若混合氣體流自輸入管道朝向進料框架開放區域的流動大體上在水平方向上，則進料框架突出可在大體上垂直方向及/或水平方向上自進料框架周邊殼體延伸。
滲透物框架262可經定位，使得至少一氫氣選擇性膜安置於 第一及第二端框架中之一者與滲透物框架之間，或兩個氫氣選擇性膜之間。如圖5中所展示，滲透物框架可包括滲透物框架周邊殼體304、滲透物框架輸出管道306、滲透物框架開放區域308及膜支撐結構286。
滲透物框架周邊殼體可包括任何合適結構。舉例而言，如圖6中所展示，滲透物框架周邊殼體可包括第一區段或第一周邊殼體310及第二區段或第二周邊殼體312。第一及第二區段可為周邊殼體之第一半部及第二半部，或可為該周邊殼體的任何合適部分。另外，第一及/或第二區段可包括彼此處於任何合適關係之通道或溝槽(圖中未示)，諸如自彼此偏移的關係。第一區段310及第二區段312可經由任何合適方法接合以在彼等區段之間形成氣密密封。舉例而言，滲透物框架墊片314可用於彼等區段之間。如圖6中所展示且下文進一步論述，滲透物框架墊片可經建構成使得當滲透物框架262緊固至第一及第二端框架時，滲透物框架周邊殼體之厚度316 與膜支撐結構之厚度318匹配或實質上匹配(等同於或實質上等同於該厚度318)。
替代地，如美國專利申請公開案第2013/0011301號中所描 述，第一區段及第二區段可經銅焊在一起，或層化金屬可用以接合第一區段與第二區段。為了所有目的，該案之全部揭示內容據此以引用之方式被併入。
在一些具體實施方式中，如圖7中所展示，滲透物框架周邊 殼體304可包括第一區段320、第二區段322，及安置於第一區段與第二區段之間的第三區段324。彼等區段可為周邊殼體之第一、第二及第三三分之一部分，或可為該周邊殼體的任何合適部分。另外，第一、第二及/或第三區段可包括彼此處於任何合適關係之通道或溝槽(圖中未示)，諸如自彼此偏移的關係。請注意，圖7之組件已為了說明目的而予以誇示，且可能不反映彼等組件的相對尺寸。
第一區段320、第二區段322及第三區段324可經由任何合 適方法接合以在彼等區段之間形成氣密密封。舉例而言，滲透物框架墊片326可用於彼等區段之間。如圖6中所展示，滲透物框架墊片可經建構成使得當滲透物框架262緊固至第一及第二端框架時，滲透物框架周邊殼體之厚度316與膜支撐結構之厚度318匹配或實質上匹配(等同於或實質上等同於該厚度318)。替代地，如美國專利申請公開案第2013/0011301號中所描述，第一區段、第二區段及/或第三區段可經銅焊在一起，或層化金屬可用以接合第一區段、第二區段及/或第三區段。為了所有目的，該案之全部揭示內容據此以引用之方式被併入。
輸出管道306可形成於滲透物框架周邊殼體282上，及/或 經建構以接收來自膜支撐結構286/滲透物框架開放區域308及/或氫氣選擇性膜的滲透物流。周邊殼體282可包括流體地連接輸出管道284與滲透物框架開放區域及/或膜支撐結構的複數個溝槽或通道(圖中未示)。通道可經由任何合適方法形成於周邊殼體282上，及/或可具有諸如有角度定向的任何合適定向。
膜支撐結構286可包括經建構以支撐至少一氫氣選擇性膜 諸如氫氣選擇性膜之第一、第二、第三及/或其他部分的任何合適結構。在一些具體實施方式中，類似於其他框架中之一或多者，膜支撐結構可包括第一、第二及/或第三支撐構件(圖中未示)。替代地，如圖6中所展示，膜支撐結構288可包括複數個膜支撐板328。膜支撐板可跨越開放區域之任何合適部分，諸如開放區域的至少實質部分。另外，膜支撐板可為實心、平坦或平面的，沒有穿孔或孔洞(或無穿孔或孔洞)，沒有凸塊及/或突出(或無凸塊及/或突出)，及/或可為不能壓縮的(或實質上不能壓縮的)。此外，膜支撐板可不附接至滲透物框架周邊殼體(或免於附接至滲透物框架周邊殼體)。換言之，當進料框架緊固至第一及第二端板時，僅進料框架可將膜支撐結構鎖定於滲透物框架周邊殼體之開放區域內的適當位置。此外，膜支撐板可由諸如不鏽鋼之任何合適材料製成。
如圖6中所展示，膜支撐板328可包括第一面(或表面)330， 及第二對置面(或對置表面)332。膜支撐板如圖8中所展示可包括複數個微溝槽334，該等微溝槽334可包括提供針對滲透物流之一或多個流徑的任何合適結構。當膜支撐板328包括表面微溝槽時，彼等板可被稱作「表面 溝槽化板」。微溝槽可具有諸如彼此平行的任何合適定向。另外，微溝槽334如圖8中所展示可自膜支撐板之第一邊緣336延伸至第二對置邊緣338(或第三邊緣至第四對置邊緣)。替代地，微溝槽中之一或多者可自第一邊緣延伸至第二邊緣之前，自第二邊緣延伸至第一邊緣之前，在第一邊緣與第二邊緣之間(但不包括第一邊緣及第二邊緣)延伸等。此外，微溝槽334可在僅第一面上，僅第二面上，或第一面及第二面兩者上。此外，微溝槽可沿著膜支撐板之整個長度或寬度被包括(如圖8中所展示)，或可係沿著該長度或寬度之任何合適部分，諸如，長度或寬度的25%、50%或75%。
微溝槽334可具有任何合適尺寸。舉例而言，微溝槽可具有 在0.005吋至0.020吋之間(或較佳在0.010至0.012吋之間)的寬度，及在0.003至0.020吋之間(或較佳地0.008至0.012吋)之間的深度。微溝槽可以諸如0.003至0.020吋(或較佳地0.003至0.007吋)的任何合適距離隔開。 微溝槽可藉由諸如化學蝕刻、加工及/或其類似者的任何合適方法來製造。
在一些具體實施方式中，如圖6中所展示，膜支撐結構286 可包括第一膜支撐板340及第二膜支撐板342。第一膜支撐板可包括第一面344及第二對置面346。第二膜支撐板342可包括第一面348及第二對置面349。第一及/或第二膜支撐板之第一面可包括微溝槽334。另外，第一及第二膜支撐板之第二面可面向彼此。換言之，第一及第二膜支撐板可堆疊於膜支撐結構中，使得第一膜支撐板之第二面面向第二膜支撐板的第二面，及/或反之亦然。在一些具體實施方式中，第一膜支撐板之第二面可與第二膜支撐板之第二面接觸。
在一些具體實施方式中，膜支撐結構可包括第三膜支撐板 350，該第三膜支撐板350如圖9中所展示可安置於第一膜支撐板與第二膜支撐板之間。請注意，圖9之組件已為了說明目的而予以誇示，且可能不反映彼等組件的相對尺寸。膜支撐結構可包括第一、第二及第三膜支撐板，其經堆疊，使得第三膜支撐板接觸第一及/或第二膜支撐板的第二面。當第三膜支撐板安置於第一膜支撐板與第二膜支撐板之間時，第三膜支撐板可有時被稱作「中心板」。第三膜支撐板在其一個面或兩個面上無微溝槽。第一、第二及第三膜支撐板可具有任何合適尺寸。舉例而言，第一及第二膜支撐板可為0.060吋，而第三膜支撐板可為0.105吋。
如上文所論述，滲透物框架墊片314及/或326可經建構成 使得當滲透物框架經緊固及/或壓縮至第一及第二端框架時，滲透物框架之厚度與膜支撐結構的厚度匹配。彼等墊片可產生大於膜支撐結構之厚度的壓縮之前的厚度。當可撓性石墨墊片用於具有15%至50%之壓縮限值的滲透物框架墊片時，則滲透物框架墊片可具有導致在彼等壓縮限值內之所要最終厚度的在壓縮之前的厚度。當滲透物框架包括此等墊片時，滲透物框架有時可被稱作「自調整滲透物框架」。當自調整滲透物框架在組裝期間藉由經由進料框架進行之壓縮(諸如，在1000至2000psi壓縮下)經壓縮以在進料框架與氫氣選擇性膜之間形成氣密密封時，進料框架抵靠滲透物框架之壓縮力在進料框架接觸氫氣選擇性膜、微孔篩網結構及膜支撐結構時可得到延滯，氫氣選擇性膜、微孔篩網結構及膜支撐結構一起可形成組件之大體上不可壓縮群組或堆疊。
作為實施方式，若膜支撐結構具有0.257吋的厚度，則滲透 物框架理想地將具有準確地為或約為0.257吋的厚度。當滲透物框架周邊殼 體包括各自為(例如)0.120吋厚之兩個區段時，則滲透物框架墊片應經建構為在壓縮之後0.017吋厚。舉例而言，在壓縮之前為0.030吋厚之滲透物框架墊片可在其壓縮限值內壓縮以在壓縮之後為0.017吋厚，此情形將生成與膜支撐結構厚度匹配的滲透物框架厚度。儘管膜支撐結構286展示為包括膜支撐板328，但膜支撐結構可包括金屬絲網及/或打孔金屬片(圖中未示)。
如圖4中所展示，框架224亦可包括墊片或墊片框架264。 墊片框架可包括經建構提供其他框架當間諸如第一端板200及第二端板202與進料框架260之間、進料框架260與氫氣選擇性膜206之間、氫氣選擇性膜(及微孔篩網結構)與滲透物框架262之間的不透流體界面之任何合適結構。墊片框架264之合適墊片的實施方式為可撓性石墨墊片。合適墊片材料之另一實施方式為Flexitallic LP(Deer Park,Texas)出售的THERMICUUTE® 866。儘管框架224展示為包括兩個進料框架260及單一滲透物框架262，但框架可包括任何合適數目個進料框架及滲透物框架。另外，儘管氫氣純化裝置196展示為包括兩個氫氣選擇性膜206，但裝置可包括任何合適數目個彼等膜。
儘管框架224中之一或多者展示為包括僅在垂直方向上或 僅在水平方向上延伸的突出，但另外或替代地，框架可包括在水平方向、垂直方向及/或諸如對角線方向之合適方向等上延伸的突出。另外，儘管一或多個框架224展示為包括三個突出，但框架可包括一個、兩個、四個、五個或五個以上突出。此外，儘管一或多個框架224展示為包括在第一、第二及/或第三支撐平面內共面的突出，但另外或替代地，框架可包括在第 四、第五或第五以上支撐平面內共面的突出。
氫氣產生總成20之另一實施方式在圖10中以354大體上指 示。除非特定地排除，否則氫氣產生總成354可包括本發明中描述之一或多個其他氫氣產生總成的一或多個組件。氫氣產生總成可提供或供應氫氣至一或多個氫氣消耗裝置356，諸如燃料電池、氫氣爐等。氫氣產生總成354可(例如)包括燃料處理總成358及產物氫氣管理系統360。
燃料處理總成358可包括經建構以經由一或多個合適機制 (諸如，蒸汽重組、自發性熱重組、電解、熱解、部分氧化、電漿重組、光催化水分裂、硫-碘循環法等)自一或多個進料流364產生一或多個產物氫氣流362(諸如，一或多個氫氣流)的任何合適結構。舉例而言，燃料處理總成358可包括一或多個氫氣產生器反應器366，諸如重組器、電解器等。 進料流364可經由一或多個進料管道368自一或多個原料遞送系統(圖中未示)遞送至燃料處理總成。
燃料處理總成358可經建構以係在多個模式(諸如，運轉模 式與待用模式)當間可操作的。在運轉模式中，燃料處理總成可自進料流生成或產生產物氫氣流。舉例而言，在運轉模式中，原料遞送系統可將進料流遞送至燃料處理總成，及/或可執行其他操作。另外，在運轉模式中，燃料處理總成可接收進料流，可經由加熱總成使燃料流燃燒，可經由汽化區域汽化進料流，可經由氫氣生成區域產生輸出流，可經由純化區域產生產物氫氣流及副產物流，及/或可執行其他操作。
在待用模式中，燃料處理總成358可不自進料流生成產物氫 氣流。舉例而言，在待用模式中，原料遞送系統可不將進料流遞送至燃料 處理總成，及/或可不執行其他操作。另外，在待用模式中，燃料處理總成可不接收進料流，可不經由加熱總成使燃料流燃燒，可不經由汽化區域汽化進料流，可不經由氫氣生成區域產生輸出流，可不經由純化區域產生產物氫氣流及副產物流，及/或可不執行其他操作。待用模式可包括當燃料處理總成經斷電時或當不存在至燃料處理總成之電力時。
在一些具體實施方式中，複數個模式可包括一或多個減少輸 出模式。舉例而言，燃料處理總成358在處於運轉模式時可以第一輸出速率(諸如以最大輸出速率或正常輸出速率)生成或產生產物氫氣流362，且當處於減少輸出模式時以低於(或高於)第一速率的第二、第三、第四或第四以上速率(諸如以最小輸出速率)生成或產生產物氫氣流。
產物氫氣管理系統360可包括經建構以管理藉由燃料處理 總成358產生之產物氫氣的任何合適結構。另外，產物氫氣管理系統可包括經建構以與燃料處理總成358互動以維持可用於氫氣消耗裝置356之任何合適量之產物氫氣的任何合適結構。舉例而言，產物氫氣管理系統360可包括產物管道370、緩衝槽372、緩衝槽管道374、感測器總成376及控制總成378。
產物管道370可經建構以流體連接燃料處理總成358與緩衝 槽372。緩衝槽372可經建構以經由產物管道370接收產物氫氣流362、保持預定量或體積之產物氫氣流，及/或將產物氫氣流提供至一或多個氫氣消耗裝置356。在一些具體實施方式中，緩衝槽可為低壓力緩衝槽。緩衝槽基於諸如以下各者之一或多個因數可為任何合適大小：氫氣消耗裝置進行之預期或實際氫氣消耗、氫氣產生器反應器的循環特性、燃料處理總成等。
在一些具體實施方式中，緩衝槽372可經設定大小，以提供 足夠氫氣歷時氫氣消耗裝置之最小操作時間量及/或歷時燃料處理總成的最小操作時間量，諸如汽化區域、氫氣生成區域及/或純化區域的最小操作時間量。舉例而言，緩衝槽可針對燃料處理總成之兩分鐘、五分鐘、十分鐘或十分鐘以上的操作時間而設定大小。緩衝槽管道374可經建構以流體連接緩衝槽372與氫氣消耗裝置356。
感測器總成376可包括任何合適結構，其經建構以偵測及/ 或量測緩衝槽中之一或多個合適操作變數及/或參數，及/或基於偵測及/或量測之操作變數及/或參數來產生一或多個信號。舉例而言，感測器總成可偵測質量、體積、流量、溫度、電流、壓力、折射率、熱導率、密度、黏度、光學吸收率、電導率，及/或其他合適變數及/或參數。在一些具體實施方式中，感測器總成可偵測一或多個觸發事件。
舉例而言，感測器總成376可包括一或多個感測器380，其 經建構以偵測壓力、溫度、流動速率、體積及/或其他參數。感測器380可(例如)包括至少一緩衝槽感測器382，其經建構以偵測緩衝槽中的一或多個合適操作變數、參數及/或觸發事件。緩衝槽感測器可經建構以偵測(例如)緩衝槽中之壓力，及/或基於偵測之壓力產生一或多個信號。舉例而言，除非產物氫氣正以等於或大於至緩衝槽中之傳入流動速率的流動速率自緩衝槽汲取，否則緩衝槽之壓力可增加，且槽感測器可偵測緩衝槽中的壓力之增加。
控制總成378可包括任何合適結構，其經建構以至少部分基 於來自感測器總成376之輸入，諸如至少部分基於藉由感測器總成偵測及/ 或量測的操作變數及/或參數來控制燃料處理總成358。控制總成378可接收僅來自感測器總成376的輸入，或控制總成可接收來自氫氣產生總成之其他感測器總成的輸入。
在一些具體實施方式中，燃料處理總成358可包括鄰接於以 下各者及/或與以下各者進行熱連通之複數個加熱器383：燃料處理總成358的氫氣產生器反應器366(諸如氫氣生成區域385)及氫氣選擇性膜387。 加熱器可在燃料處理總成之圍封體的內部或外部。在彼等具體實施方式中，控制總成可與加熱器通信及/或操作加熱器以在燃料處理總成處於待用模式時將氫氣生成區域及/或氫氣選擇性膜維持於預定溫度或溫度範圍內。 舉例而言，加熱器可將氫氣生成區域及氫氣選擇性膜維持於300℃與450℃之間。
當加熱器用以將氫氣生成區域及氫氣選擇性膜維持於高溫 時，待用模式有時可被稱作「熱待用模式」或「熱待用狀態」。相較於燃料處理總成自關斷模式或關斷狀態啟動情況，燃料處理總成在自熱待用模式起的運轉模式中在較小持續時間內可能能夠生成產物氫氣流。舉例而言，燃料處理總成在自熱待用模式切換至運轉模式時可能能夠在約5分鐘內生成產物氫氣流。
控制總成378可控制僅燃料處理總成，或控制總成可控制氫 氣產生總成的一或多個其他組件。控制總成可經由通信鏈路384與感測器總成、燃料處理總成、產物閥總成(下文進一步描述)及/或回流閥總成(下文進一步描述)通信。通信鏈路384可為用於諸如輸入信號、命令信號、所量測參數等對應裝置之間的單向或雙向通信的任何合適有線及/或無線機 構。
控制總成378可(例如)經建構以至少部分基於緩衝槽372 中偵測之壓力來在運轉模式與待用模式之間操作燃料處理總成358。舉例而言，控制總成378可經建構以在緩衝槽中偵測之壓力高於預定最大壓力時以待用模式操作燃料處理總成，及/或在緩衝槽中偵測之壓力低於預定最小壓力時以運轉模式操作燃料處理總成。
預定最大及最小壓力可為任何合適的最大及最小壓力。彼等 預定壓力可經獨立設定，或經設定而無關於其他預定壓力及/或其他預定變數。舉例而言，可基於燃料處理總成之操作壓力範圍來設定預定最大壓力，諸如以防止燃料處理總成中因為來自產物氫氣管理系統之背壓的過壓。另外，預定最小壓力可基於藉由氫氣消耗裝置要求之壓力來設定。替代地，控制總成378可操作燃料處理總成而在預定壓力差分(諸如，在燃料處理總成與緩衝槽之間及/或在緩衝槽與氫氣消耗裝置之間)的範圍內以運轉模式操作，且當在預定壓力差分範圍外時以待用模式操作。
在一些具體實施方式中，產物氫氣管理系統360可包括產物 閥總成386，其可包括經建構以管理及/或導引產物管道370中之流量的任何合適結構。舉例而言，如以388所指示，產物閥總成可允許產物氫氣流自燃料處理總成流動至緩衝槽。另外，如以390所指示，產物閥總成386可經建構以自燃料處理總成358排出產物氫氣流362。經排出之產物氫氣流可經排放至大氣，及/或至經排出之產物氫氣管理系統(圖中未示)。
產物閥總成386可(例如)包括一或多個閥392，其經建構 以在來自燃料處理總成之產物氫氣流流動通過產物管道且至緩衝槽中的流 動位置與來自燃料處理總成之產物氫氣流經排出的排出位置之間操作。閥392可沿著產物管道之在緩衝槽之前的任何合適部分定位。
控制總成378可經建構以基於(例如)來自感測器總成之輸 入來操作產物閥總成。舉例而言，當燃料處理總成係處於待用模式時，控制總成可引導或控制產物閥總成(及/或閥392)來將產物氫氣流自燃料處理總成排出。另外，當燃料處理總成358係處於運轉模式及/或減少輸出模式時，控制總成378可引導或控制產物閥總成386(及/或閥392)以允許產物氫氣流自燃料處理總成流動至緩衝槽。
在一些具體實施方式中，如圖10中所展示，產物氫氣管理系統360可包括流體連接緩衝槽372與燃料處理總成358的回流管道394。舉例而言，回流管道可流體連接產物管道(諸如鄰接於緩衝槽)與燃料處理總成，此情形可允許產物氫氣流回流至燃料處理總成。回流管道可流體連接至燃料處理總成的任何合適部分。舉例而言，如圖2中所展示，當燃料處理總成包括氫氣生成區域78、一或多個氫氣純化(或氫氣選擇性)膜116，及流體連接氫氣生成區域與氫氣選擇性膜之重組物管道396時，回流管道394可流體連接緩衝槽與重組物管道。儘管回流管道展示為連接於熱氣體過濾器114的下游，但回流管道亦可連接於熱氣體過濾器之上游及/或燃料處理總成的其他合適部分。
在包括回流管道394之具體實施方式中，產物氫氣管理系統360亦可包括回流閥總成398，其可包括經建構以管理及/或導引回流管道394中之流量的任何合適結構。舉例而言，如以400所指示，回流閥總成可允許產物氫氣流自緩衝槽流動至燃料處理總成。
回流閥總成398可(例如)包括經建構以在如下兩個位置之 間操作的一或多個閥402：來自緩衝槽之產物氫氣流流動通過回流管道且至燃料處理總成中的開啟位置，及來自緩衝槽之產物氫氣流並不流動通過回流管道且至燃料處理總成中的關閉位置。閥402可沿著回流管道之在燃料處理總成之前的任何合適部分定位。
控制總成378可經建構以基於(例如)來自感測器總成之輸 入來操作回流閥總成。舉例而言，當燃料處理總成358係處於待用模式時，控制總成可引導或控制回流閥總成(及/或閥402)允許將產物氫氣流自緩衝槽流動至燃料處理總成。在一些具體實施方式中，當燃料處理總成係處於待用模式時，控制總成可引導或控制回流閥總成及/或閥402允許產物氫氣流自緩衝槽流動至燃料處理總成歷時一或多個預定持續時間及/或一或多個預定時間間隔。預定持續時間及/或時間間隔可係基於防止產物氫氣流至燃料處理總成之除氫氣選擇性膜外的組件之流動或使該流動最小化及/或防止產物氫氣流至彼等組件的流動。舉例而言，閥處於開啟位置之預定持續時間可為0.1至10秒，而預定時間間隔可係自1小時至12小時。當預定持續時間係在0.1秒至10秒之間時，產物氫氣流至燃料處理總成(諸如，氫氣選擇性膜上游)之引入有時可背稱作「氫氣排氣(burp)」。
氫氣產生總成20之另一實施方式在圖11中以404大體上指 示。除非特定地排除，否則氫氣產生總成404可包括本發明中描述之一或多個其他氫氣產生總成的一或多個組件。氫氣產生總成可提供或供應氫氣至一或多個氫氣消耗裝置406，諸如燃料電池、氫氣爐等。氫氣產生總成404可(例如)包括燃料處理總成408及產物氫氣管理系統410。燃料處理總成 408可包括經建構以經由一或多個合適機制自一或多個進料流418產生一或多個產物氫氣流416(諸如，一或多個氫氣流)的任何合適結構。
產物氫氣管理系統410可包括經建構以管理藉由燃料處理 總成408產生之產物氫氣的任何合適結構。另外，產物氫氣管理系統可包括經建構以與燃料處理總成408互動以維持可用於氫氣消耗裝置406之任何合適量之產物氫氣的任何合適結構。舉例而言，產物氫氣管理系統410可包括產物管道420、緩衝槽422、緩衝槽管道424、緩衝槽感測器總成426、產物閥總成428、回流管道430、回流閥總成432及控制總成434。
產物管道420可經建構以流體連接燃料處理總成408與緩衝 槽422。產物管道可包括任何合適數目個閥，諸如止回閥(諸如，止回閥436)、控制閥及/或其他合適閥。止回閥436可防止自緩衝槽朝向燃料處理總成之倒流。止回閥可在諸如1psi或更低之任何合適壓力下開啟。緩衝槽422可經建構以經由產物管道420接收產物氫氣流416、保持預定量或體積之產物氫氣流，及/或將產物氫氣流提供至一或多個氫氣消耗裝置406。
緩衝槽管道424可經建構以流體連接緩衝槽422與氫氣消耗 裝置406。緩衝槽管道可包括任何合適數目個閥，諸如止回閥、控制閥及/或其他合適閥。舉例而言，緩衝槽管道可包括一或多個控制閥438。控制閥438可允許緩衝槽及/或氫氣產生總成之其他組件的隔離。控制閥可(例如)由控制總成434及/或其他控制總成來控制。
槽感測器總成426可包括任何合適結構，其經建構以偵測及 /或量測緩衝槽中之一或多個合適操作變數及/或參數，及/或基於偵測及/或量測之操作變數及/或參數來產生一或多個信號。舉例而言，緩衝槽感測器 總成可偵測質量、體積、流量、溫度、電流、壓力、折射率、熱導率、密度、黏度、光學吸收率、電導率，及/或其他合適變數及/或參數。在一些具體實施方式中，緩衝槽感測器總成可偵測一或多個觸發事件。舉例而言，緩衝槽感測器總成426可包括一或多個槽感測器440，其經建構以偵測壓力、溫度、流動速率、體積及/或其他參數。緩衝槽感測器440可(例如)經建構以偵測緩衝槽中之壓力，及/或基於偵測之壓力產生一或多個信號。
產物閥總成428可包括經建構以管理及/或導引產物管道420 中之流量的任何合適結構。舉例而言，如以442所指示，產物閥總成可允許產物氫氣流自燃料處理總成流動至緩衝槽。另外，如以444所指示，產物閥總成428可經建構以自燃料處理總成408排出產物氫氣流416。經排出之產物氫氣流可經排放至大氣及/或至經排氣之產物氫氣管理系統(圖中未示)，從而除回流閥總成外(或替代回流閥總成)亦包括將經排氣之產物氫氣排放回至燃料處理總成。
產物閥總成428可(例如)包括三向電磁閥446。三向電磁 閥可包括電磁圈448及三向閥450。三向閥可經建構以在複數個位置之間移動。舉例而言，三向閥450可經建構以在流動位置與排氣位置之間移動。 在流動位置中，如以442所指示，允許產物氫氣流自燃料處理總成流動至緩衝槽。在排氣位置中，如以444所指示，來自燃料處理總成之產物氫氣流經排氣。另外，三向閥可經建構以在閥處於排氣位置時使緩衝槽與產物氫氣流隔離。電磁圈448可經建構以基於接收自控制總成434及/或其他控制總成的輸入而在流動位置與排氣位置之間移動閥450。
回流管道430可經建構以流體連接緩衝槽422與燃料處理總 成408(諸如，燃料處理總成的重組物管道)。回流管道可包括任何合適數目個閥，諸如止回閥(諸如，止回閥454)、控制閥及/或其他合適閥。止回閥454可防止自燃料處理總成朝向緩衝槽之倒流。止回閥可在任何壓力下開啟。在一些具體實施方式中，回流管道430可包括經建構以限制通過回流管道之流量的限流孔板456。限流孔板可在回流閥總成之電磁閥的上游或下游。另外，限流孔板456可為任何合適大小，諸如0.005吋至0.035吋，較佳0.010吋。
回流閥總成432可包括經建構以管理及/或導引回流管道430 中之流量的任何合適結構。舉例而言，如以458所指示，回流閥總成可允許產物氫氣流自緩衝槽流動至燃料處理總成。回流閥總成432可(例如)包括電磁閥460。電磁閥可包括電磁圈462及閥464。該閥可經建構以在複數個位置之間移動。舉例而言，閥464可經建構以在開啟位置與關閉位置之間移動。在開啟位置中，如以458所指示，允許產物氫氣流自緩衝槽流動至燃料處理總成。在關閉位置中，不允許產物氫氣流自緩衝槽流動至燃料處理總成(或限制流動)。另外，閥可經建構以在閥處於關閉位置時隔離緩衝槽。電磁圈462可經建構以基於接收自控制總成434及/或其他控制總成的輸入而在開啟位置與關閉位置之間移動閥464。
控制總成434可包括經建構以至少部分基於來自緩衝槽感 測器總成426之輸入，諸如至少部分基於藉由緩衝槽感測器總成偵測及/或量測之操作變數及/或參數來控制燃料處理總成408、產物閥總成428及/或回流閥總成432的任何合適結構。控制總成434可接收僅來自緩衝槽感測器總成426的輸入，及/或控制總成可接收來自氫氣產生總成之其他感測器總 成的輸入。另外，控制總成434可控制僅燃料處理總成、僅產物閥總成、僅回流閥總成、僅燃料處理總成及產物閥總成兩者、僅燃料處理總成及回流閥總成兩者、僅產物閥總成及回流閥總成兩者，或燃料處理總成、產物閥總成及/或氫氣產生總成的一或多個其他組件。控制總成434可經由通信鏈路466與燃料處理總成、緩衝槽感測器總成、產物閥總成及/或回流閥總成通信。通信鏈路466可為用於諸如輸入信號、命令信號、所量測參數等對應裝置之間的單向或雙向通信的任何合適有線及/或無線機構。
控制總成434可(例如)經建構以至少部分基於緩衝槽438 中偵測之壓力來在運轉模式與待用模式(及/或減少輸出模式)當間或之間操作燃料處理總成408。舉例而言，控制總成434可經建構以當緩衝槽中偵測之壓力高於預定最大壓力時以待用模式操作燃料處理總成，當緩衝槽中偵測的壓力低於預定最大壓力及/或高於預定操作壓力時以一或多個減少輸出模式操作燃料處理總成，及/或當緩衝槽中偵測之壓力低於預定操作壓力及/或預定最小壓力時以運轉模式操作燃料處理總成。預定最大及最小壓力及/或預定操作壓力可為任何合適壓力。舉例而言，以上壓力中之一或多者基於燃料處理總成之所要壓力範圍、緩衝槽中之產物氫氣的壓力及/或氫氣消耗裝置之壓力要求而經獨立地設定。替代地，控制總成434可操作燃料處理總成而在預定壓力差分(諸如，在燃料處理總成與緩衝槽之間)的範圍內以運轉模式操作，且當在預定壓力差分範圍外時以減少輸出及/或待用模式操作。
另外，控制總成434可經建構以基於(例如)來自感測器總 成426之輸入來操作產物閥總成。舉例而言，當燃料處理總成係處於待用 模式時，控制總成可引導或控制電磁圈448以使三向閥450移動至排氣位置。另外，當燃料處理總成408係處於運轉模式時，控制總成434可引導或控制電磁圈以使三向閥450移動至流動位置。
此外，控制總成434可經建構以基於(例如)來自感測器總 成426之輸入來操作回流閥總成。舉例而言，當燃料處理總成係處於待用模式時，控制總成可引導或控制電磁圈462以使閥464移動至開啟位置。控制總成434可以預定持續時間及/或以預定時間間隔將閥464移動至開啟位置。另外，控制總成434在預定持續時間及/或預定間隔外及/或當燃料處理總成處於運轉模式時可引導或控制電磁圈462使閥464移動至關閉位置。
控制總成434可包括第一控制機構468及第二控制機構 470。第一控制機構可與(例如)燃料處理總成、緩衝槽感測器總成及產物閥總成通信，及/或可經建構以控制產物閥總成。第二控制機構470可與(例如)燃料處理總成及回流閥總成通信，及/或可經建構以控制回流閥總成。 儘管控制總成434展示為包括第一控制結構468及第二控制結構470，但控制總成可包括經建構以提供第一及第二控制機構之多數或所有功能性的單一控制機構。
第一控制機構468可(例如)包括第一控制器472、第一切 換裝置474及第一電源供應器476。第一控制器472可具有任何合適形式，諸如，電腦化裝置、在電腦上執行之軟體、嵌入式處理器、可程式化邏輯控制器、類比裝置及/或功能等效裝置。另外，第一控制器可包括任何合適軟體、硬體及/或韌體。
第一切換裝置474可包括經建構以允許第一控制器472控制 電磁圈448的任何合適結構。舉例而言，切換裝置可包括第一固態繼電器或第一SSR 478。第一固態繼電器可允許第一控制器472經由第一電源供應器476控制電磁圈448。舉例而言，當電磁圈448藉由24伏特控制時，固態繼電器可允許第一控制器472使用不同於24伏特(諸如，5伏特、12伏特、48伏特等)之電壓信號來控制電磁圈448。第一電源供應器476可包括經建構以提供足以控制電磁圈448之電力的任何合適結構。舉例而言，第一電源供應器476可包括一或多個電池、一或多個太陽能面板等。在一些具體實施方式中，電源供應器可包括一或多個電插座連接器及一或多個整流器(圖中未示)。儘管第一電磁圈及第一控制器經描述而以某些電壓操作，但第一電磁圈及第一控制器可以任何合適電壓操作。
第二控制機構470可(例如)包括第二控制器480、第二切 換裝置482及第二電源供應器484。第二控制器480可具有任何合適形式，諸如，電腦化裝置、在電腦上執行之軟體、嵌入式處理器、可程式化邏輯控制器、類比裝置及/或功能等效裝置。另外，控制器可包括任何合適軟體、硬體及/或韌體。舉例而言，第二控制器480可包括計時器繼電器，其將信號提供至電磁圈462以歷時預定持續時間及/或以預定時間間隔將閥464移動至開啟位置。計時器繼電器可(例如)僅在燃料處理總成係在待用模式時被激勵。
第二切換裝置482可包括經建構以允許第二控制器480控制 電磁圈462的任何合適結構。舉例而言，第二切換裝置可包括第二固態繼電器或第二SSR 486。第二固態繼電器可允許第二控制器480經由第二電源供應器484控制電磁圈462。舉例而言，當電磁圈462藉由24伏特控制時， 固態繼電器可允許第二控制器480使用不同於24伏特(諸如，5伏特、12伏特、48伏特等)之電壓信號來控制第二電磁圈462。第二電源供應器484可包括經建構以提供足以控制電磁圈462之電力的任何合適結構。舉例而言，第二電源供應器484可包括一或多個電池、一或多個太陽能面板等。 在一些具體實施方式中，第二電源供應器可包括一或多個電插座連接器及一或多個整流器(圖中未示)。儘管第二電磁圈及第二控制器經描述而以某些電壓操作，但第二電磁圈及第二控制器可以任何合適電壓操作。
在一些具體實施方式中，第一及/或第二控制機構(或彼等 機構之組件)可經建構以控制氫氣產生總成之其他組件，及/或可藉由其他控制機構及/或控制總成併入。舉例而言，第一及第二控制機構可共用電源供應器。另外，第二控制機構可經建構以控制與氫氣生成區域及氫氣選擇性膜進行熱連通之加熱器的操作，及/或可連接至控制彼等加熱器的控制總成。
氫氣產生總成20之另一實施方式在圖12中以488大體上指 示。除非特定地排除，否則氫氣產生總成488可包括本發明中描述之一或多個其他氫氣產生總成的一或多個組件。向氫氣產生總成488的類似或等同於圖11中之氫氣產生總成404之組件的組件提供與氫氣產生總成404之組件相同的參考數字。因為先前已論述了彼等組件，所以本發明之此部分集中於不同於氫氣產生總成404的組件。
產物管道420可包括流動部分或支腳489，及排氣部分或支 腳491。氫氣產生總成488可包括產物閥總成490，該產物閥總成490可包括經建構以管理及/或導引產物管道420中之流量的任何合適結構。舉例而 言，產物閥總成可允許產物氫氣流416自燃料處理總成流動至緩衝槽(如以442所指示)，及/或使產物氫氣流416自燃料處理總成408排氣(如以444所指示)。經排出之產物氫氣流可經排放至大氣，及/或至經排出之產物氫氣管理系統(圖中未示)。
產物閥總成490可(例如)包括第一電磁閥492及第二電磁閥494。第一電磁閥可包括第一電磁圈496及第一閥498，而第二電磁閥可包括第二電磁圈500及第二閥502。第一閥可經建構以在複數個位置(包括第一開啟位置及第一關閉位置)之間移動。另外，第二閥可經建構以在複數個位置(包括第二開啟位置及第二關閉位置)之間移動。
當第一閥係處於開啟位置時，產物氫氣流經允許以自燃料處理總成移動至緩衝槽。比較而言，當第一閥處於關閉位置時，使緩衝槽與來自燃料處理總成之產物氫氣流隔開(或不允許來自燃料處理總成之產物氫氣流流動至緩衝槽)。當第二閥係處於開啟位置時，使來自燃料處理總成之產物氫氣流排氣。比較而言，當第二閥係處於關閉位置時，不使來自燃料處理總成之產物氫氣流排氣。
第一電磁圈496可經建構以基於接收自控制總成434之輸入使第一閥498在開啟位置與關閉位置之間移動。另外，第二電磁圈500可經建構以基於接收自控制總成之輸入使第二閥502在開啟位置與關閉位置之間移動。
控制總成434可經建構以基於(例如)來自感測器總成之輸入來操作產物閥總成。舉例而言，當燃料處理總成係處於待用模式時，控制總成可引導或控制第一及/或第二電磁圈使處於關閉位置之第一閥及/或 處於開啟位置的第二閥移動。另外，當燃料處理總成408係處於運轉模式及/或減少輸出模式時，控制總成434可引導或控制第一及/或第二電磁圈使處於開啟位置之第一閥及/或處於關閉位置的第二閥移動。
本發明之氫氣產生總成可包括以下各者中的一或多者：包括輸入埠之第一端框架及第二端框架，該輸入埠經建構以接收含有氫氣及其他氣體的混合氣體流。
包括輸出埠之第一端框架及第二端框架，該輸出埠經建構以接收滲透物流，該滲透物流相較於混合氣體流含有一較大濃度之氫氣及一較低濃度之其他氣體中的至少一者。
包括副產物埠之第一端框架及第二端框架，該副產物埠經建構以接收含有其他氣體之至少一實質部分的副產物流。
安置於第一端框架與第二端框架之間且緊固至第一端框架及第二端框架的至少一氫氣選擇性膜。
具有進料側及滲透物側的至少一氫氣選擇性膜，滲透物流的至少部分自混合氣體流的自進料側傳至滲透物側之部分形成，其中混合氣體流的剩餘於進料側上之剩餘部分形成副產物流的至少部分。
安置於第一端框架及第二端框架與至少一氫氣選擇性膜之間且緊固至第一端框架及第二端框架的複數個框架。
包括安置於至少一氫氣選擇性膜與第二端框架之間的至少一滲透物框架的複數個框架。
包括一周邊殼體之至少一滲透物框架。
至少一滲透物框架，其包括形成於周邊殼體上且經建構以接收來自 至少一氫氣選擇性膜的滲透物流之至少部分的輸出管道。
包括由周邊殼體包圍之開放區域的至少一滲透物框架。
包括至少一膜支撐結構的至少一滲透物框架。
跨越開放區域之至少一實質部分的至少一膜支撐結構。
經建構以支撐至少一氫氣選擇性膜的至少一膜支撐結構。
包括第一及第二膜支撐板的至少一膜支撐結構。
無穿孔的第一膜支撐板及第二膜支撐板。
具有第一面的第一膜支撐板及第二膜支撐板，該第一面具有經建構以提供用於滲透物流之至少部分的流動通道之複數個微溝槽。
具有與第一面對置之第二面的第一膜支撐板及第二膜支撐板。
堆疊於至少一膜支撐結構中的第一膜支撐板及第二膜支撐板。
第一膜支撐板及第二膜支撐板，其堆疊於至少一膜支撐結構中，使得第一膜支撐板之第二面面向第二膜支撐板的第二面。
不能壓縮之第一膜支撐板及第二膜支撐板。
平坦之第一膜支撐板及第二膜支撐板。
安置於第一端框架與至少一氫氣選擇性膜之間的至少一進料框架。
包括一周邊殼體之至少一進料框架。
至少一進料框架，其包括形成於至少一進料框架之周邊殼體上的輸入管道。
至少一進料框架，其包括經建構以接收來自輸入埠之混合氣體流之至少部分的輸入管道。
至少一進料框架，其包括形成於至少一進料框架之周邊殼體上的輸 出管道。
包括輸出管道之至少一進料框架，該輸出管道經建構以接收混合氣體流之至少部分的剩餘於至少一氫氣選擇性膜之進料側上的剩餘部分。
包括進料框架開放區域之至少一進料框架，該進料框架開放區域由進料框架之周邊殼體包圍，且安置於輸入管道與輸出管道之間。
至少一進料框架之周邊殼體，該周邊殼體經設定大小，使得至少一進料框架之周邊殼體支撐至少一滲透物框架之周邊殼體及至少一膜支撐結構之一部分。
至少一進料框架之周邊殼體，該周邊殼體經設定大小，使得至少一進料框架之周邊殼體沿著複數個支撐平面支撐至少一滲透物框架之周邊殼體及至少一膜支撐結構之一部分，該複數個支撐平面垂直於複數個框架中之每一框架的框架平面。
至少一微孔篩網結構，其安置於至少一氫氣選擇性膜與至少一滲透物框架之間。
至少一微孔篩網結構，其經建構以支撐至少一氫氣選擇性膜。
至少一微孔篩網結構包括經建構以提供對滲透物側之支撐的大體上對置表面。
至少一微孔篩網結構包括在對置表面之間延伸之複數個流體通路。
經設定大小以不接觸至少一滲透物框架之周邊殼體的至少一微孔篩網結構。
至少一微孔篩網結構，其經設定大小以在至少一微孔篩網結構及至少一滲透物框架緊固至第一端框架及第二端框架時不接觸周邊殼體。
包括第三膜支撐板的至少一膜支撐結構。
安置於第一膜支撐板與第二膜支撐板之間的第三膜支撐板。
不能壓縮之第三膜支撐板。
平坦之第三膜支撐板。
無穿孔之第三膜支撐板。
無微溝槽之第三膜支撐板。
滲透物框架之包括第一周邊殼體及第二周邊殼體的周邊殼體。
滲透物框架之包括安置於第一周邊殼體與第二周邊殼體之間的墊片的周邊殼體。
墊片，其經建構成使得滲透物框架周邊殼體之厚度與膜支撐結構之厚度匹配。
墊片，其經建構成使得當滲透物框架緊固至第一端框架及第二端框架時，滲透物框架周邊殼體之厚度與膜支撐結構之厚度匹配。
包括第一周邊殼體、第二周邊殼體及第三周邊殼體的滲透物框架周邊殼體。
包括安置於第一周邊殼體與第二周邊殼體之間的第一墊片的滲透物框架周邊殼體。
包括安置於第二周邊殼體與第三周邊殼體之間的第二墊片的滲透物框架周邊殼體。
第一墊片及第二墊片，其經建構成使得滲透物框架周邊殼體之厚度與膜支撐結構之厚度匹配。
第一墊片及第二墊片，其經建構成使得當滲透物框架緊固至第一端 框架及第二端框架時，滲透物框架周邊殼體之厚度與膜支撐結構之厚度匹配。
各自具有第一對置邊緣及第二對置邊緣的第一膜支撐板及第二膜支撐板。
自第一邊緣延伸至第二邊緣的複數個微溝槽。
複數個平行之微溝槽。
經建構以接收進料流之燃料處理總成。
經建構以在複數個模式間可操作的燃料處理總成。
一燃料處理總成，其經建構以在複數個模式間可操作，該複數個模式包括燃料處理總成自進料流生成產物氫氣流之運轉模式，及燃料處理總成不自進料流生成產物氫氣流的待用模式。
含有重組催化劑之氫氣生成區域。
經建構以接收進料流且生成重組物流的氫氣生成區域。
經建構以接收重組物流的一或多個氫氣選擇性膜。
一或多個氫氣選擇性膜，其經建構以自重組物流生成產物氫氣流及副產物流之至少部分。
重組物管道，其流體連接氫氣生成區域與一或多個氫氣選擇性膜。
緩衝槽，其經建構以含有產物氫氣流。
產物管道，其流體連接燃料處理總成與緩衝槽。
回流管道，其流體連接緩衝槽與重組物管道。
槽感測器總成，其經建構以偵測緩衝槽中之壓力。
回流閥總成，其經建構以管理回流管道中之流量。
包括至少一閥的回流閥總成。
至少一閥，該閥經建構以在以下兩者之間操作：開啟位置，其中來自緩衝槽之產物氫氣流流動通過回流管道且至重組物管道中；及關閉位置，其中來自緩衝槽之產物氫氣流並不流動通過回流管道且至重組物管道中。
與氫氣生成區域及一或多個氫氣選擇性膜進行熱連通之複數個加熱器。
經建構以在運轉模式與待用模式之間操作燃料處理總成的控制總成。
控制總成，其經建構以至少部分基於緩衝槽中偵測之壓力在運轉模式與待用模式之間操作燃料處理總成。
控制總成，其經建構以引導回流閥總成允許產物氫氣流自緩衝槽流動至重組物管道。
控制總成，其經建構以當燃料處理總成處於待用模式時引導回流閥總成允許產物氫氣流自緩衝槽流動至重組物管道。
控制總成，其經建構以引導回流總成以允許產物氫氣流以一或多個預定時間間隔自緩衝槽流動至重組物管道。
控制總成，其經建構以引導回流總成以當燃料處理總成處於待用模式時允許產物氫氣流以一或多個預定時間間隔自緩衝槽流動至重組物管道。
控制總成，其經建構以引導回流總成以允許產物氫氣流以一或多個預定時間間隔自緩衝槽流動至重組物管道歷時預定持續時間。
控制總成，其經建構以引導回流總成以當燃料處理總成處於待用模式時允許產物氫氣流以一或多個預定時間間隔自緩衝槽流動至重組物管道歷時預定持續時間。
控制總成，其經建構以歷時預定持續時間且以預定時間間隔移動至少一閥至開啟位置。
控制總成，其經建構以當燃料處理總成係處於待用模式時歷時預定持續時間且以一或多個預定時間間隔移動至少一閥至開啟位置。
控制總成，其經建構以操作複數個加熱器以將氫氣生成區域及一或多個氫氣選擇性膜維持於預定溫度範圍內。
控制總成，其經建構以操作複數個加熱器以在燃料處理總成係處於待用模式時將氫氣生成區域及一或多個氫氣選擇性膜維持於預定溫度範圍內。
工業適用性
包括氫氣產生總成、氫氣純化裝置以及彼等總成及裝置之組件的本發明適用於純化、生成及/或利用氫氣的燃料處理及其他工業。
上文所闡述之揭示內容涵蓋具有獨立效用之多個截然不同的發明。雖然此等發明中之每一者已以其較佳形式予以揭示，但其如本文中所揭示且本文中所描述之特定具體實施方式並非視為限制含義，此係由於眾多變化為可能的。本發明之標的物包括本文中所揭示之各種元件、特徵、功能及/或性質之所有新穎及非明顯組合及子組合。類似地，在任何請求項敍述「一」或「一第一」元件或其等效物之處，此請求項應理解為包括一或多個此等元件之併入，而既不要求亦不排除兩個或兩個以上此等元 件。
以特徵、功能、元件及/或性質之各種組合及子組合具體化之本發明可經由相關申請案中新請求項的呈現來主張。此等新請求項(不管其係針對不同發明抑或針對同一本發明，不管範疇上與原始請求項不同、更廣泛、更狹窄抑或等效)亦被視作包括於本發明的本揭示內容之標的物內。
20‧‧‧氫氣產生總成
21‧‧‧產物氫氣流
22‧‧‧原料遞送系統
24‧‧‧燃料處理總成
26‧‧‧進料流
28‧‧‧燃料流
30‧‧‧氫氣生成流體
32‧‧‧氫氣生成區域
34‧‧‧輸出流
36‧‧‧蒸汽重組催化劑
38‧‧‧空氣遞送總成
40‧‧‧純化(或分離)區域/氫氣純化裝置/氫氣處理總成
42‧‧‧富氫氣流
44‧‧‧副產物流
46‧‧‧氫氣選擇性膜
48‧‧‧化學一氧化碳移除總成
50‧‧‧壓力擺動吸附(PSA)系統
52‧‧‧加熱總成
54‧‧‧經加熱排氣流
58‧‧‧點火器/點火源
60‧‧‧爐總成
62‧‧‧空氣流
64‧‧‧汽化區域
66‧‧‧殼體或外殼
68‧‧‧絕緣材料
70‧‧‧外套
224‧‧‧板或框架

Claims (20)

  1. 一種氫氣純化裝置，其包含：第一端框架及第二端框架，包括：一輸入埠，其經建構以接收含有氫氣及其他氣體之一混合氣體流；一輸出埠，其經建構以接收相較於該混合氣體流含有一較大濃度之氫氣及一較低濃度之該等其他氣體中之至少一者的一滲透物流；及一副產物埠，其經建構以接收含有該等其他氣體之至少一實質部分的一副產物流；安置於該第一端框架與該第二端框架之間且緊固至該第一端框架及該第二端框架之至少一氫氣選擇性膜，該至少一氫氣選擇性膜具有一進料側及一滲透物側，該滲透物流之至少部分係由該混合氣體流的自該進料側傳至該滲透物側之部分形成，其中該混合氣體流餘留在該進料側上之剩餘部分形成該副產物流之至少部分；及安置於該第一端框架及該第二端框架與該至少一氫氣選擇性膜之間且緊固至該第一端框架及該第二端框架之複數個框架，該等複數個框架包括安置於該至少一氫氣選擇性膜與該第二端框架之間的至少一滲透物框架，該至少一滲透物框架包括：一周邊殼體，形成於該周邊殼體上且經建構以接收來自該至少一氫氣選擇性膜之該滲透物流之該至少部分的一輸出管道，由該周邊殼體包圍之一開放區域，及至少一膜支撐結構，該至少一膜支撐結構跨越該開放區域之至少 一實質部分且經建構以支撐該至少一氫氣選擇性膜，該至少一膜支撐結構包括第一膜支撐板及第二膜支撐板，該第一膜支撐板及該第二膜支撐板中之每一者無穿孔，且具有：一第一面，其具有複數個微溝槽，該等複數個微溝槽經建構以提供用於該滲透物流之該至少部分的流動通道；及一第二面，其與該第一面對置；其中該第一膜支撐板及該第二膜支撐板堆疊於該至少一膜支撐結構中，使得該第一膜支撐板之該第二面面向該第二膜支撐板之該第二面。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第一膜支撐板及該第二膜支撐板為不可壓縮且平坦的。
  3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該等複數個框架包括安置於該第一端框架與該至少一氫氣選擇性膜之間的至少一進料框架，該至少一進料框架進一步包括：一周邊殼體，一輸入管道，其形成於該至少一進料框架之該周邊殼體上，且經建構以接收來自該輸入埠之該混合氣體流之至少部分，一輸出管道，其形成於該至少一進料框架之該周邊殼體上，且經建構以接收該混合氣體流之該至少部分的該剩餘部分，該剩餘部分係殘留在該至少一氫氣選擇性膜之該進料側上的，及一進料框架開放區域，其由該進料框架之該周邊殼體包圍，且安置於該輸入管道與該輸出管道之間，其中該至少一進料框架之該周邊殼體 經設定大小，使得該至少一進料框架之該周邊殼體沿著複數個支撐平面支撐該至少一滲透物框架之該周邊殼體及該至少一膜支撐結構之一部分，該等複數個支撐平面係垂直於該等複數個框架中之每一框架的框架平面。
  4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該等複數個框架進一步包括至少一微孔篩網結構，該至少一微孔篩網結構安置於該至少一氫氣選擇性膜與該至少一滲透物框架之間且經建構以支撐該至少一氫氣選擇性膜，其中該至少一微孔篩網結構包括經建構以提供對該滲透物側之支撐的大體上對置表面，及在該等對置表面之間延伸之複數個流體通路，該至少一微孔篩網結構經設定大小以在該至少一微孔篩網結構及該至少一滲透物框架緊固至該第一端框架及該第二端框架時不接觸該至少一滲透物框架之該周邊殼體。
  5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該至少一膜支撐結構進一步包括安置於該第一膜支撐板與該第二膜支撐板之間的一第三膜支撐板。
  6. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中該第三膜支撐板為不可壓縮、平坦的，且無穿孔及微溝槽。
  7. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該滲透物框架之該周邊殼體包括第一周邊殼體及第二周邊殼體，及安置於該第一周邊殼體與該第二周邊殼體之間的一墊片。
  8. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中該墊片經建構成使得當該滲透物框架緊固至該第一端框架及該第二端框架時，該滲透物框架周邊殼體之厚度與該膜支撐結構之厚度匹配。
  9. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該滲透物框架周邊殼體包括第一周邊殼體、第二周邊殼體及第三周邊殼體、安置於該第一周邊殼體與該第二周邊殼體之間的一第一墊片，及安置於該第二周邊殼體與該第三周邊殼體之間的一第二墊片。
  10. 如申請專利範圍第9項之裝置，其中該第一墊片及該第二墊片經建構成使得當該滲透物框架緊固至該第一端框架及該第二端框架時，該滲透物框架周邊殼體之厚度與該膜支撐結構之厚度匹配。
  11. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第一膜支撐板及該第二膜支撐板各自具有對置的第一邊緣及第二邊緣，其中該等複數個微溝槽自該第一邊緣延伸至該第二邊緣。
  12. 如申請專利範圍第11項之裝置，其中該等複數個微溝槽為彼此平行。
  13. 一種氫氣產生總成，其包含：一燃料處理總成，其經建構以接收一進料流且可在複數個模式間操作，該等複數個模式包括該燃料處理總成自該進料流生成一產物氫氣流的一運轉模式，及該燃料處理總成不會自該進料流生成該產物氫氣流的一待用模式，該燃料處理總成包括：一氫氣生成區域，其含有一重組催化劑且經建構以接收該進料流且生成一重組物流，一或多個氫氣選擇性膜，其經建構以接收該重組物流且自該重組物流生成該產物氫氣流及一副產物流之至少部分，及一重組物管道，其流體連接該氫氣生成區域與該一或多個氫氣選擇性膜； 一緩衝槽，其經建構以含有該產物氫氣流；一產物管道，其流體連接該燃料處理總成與該緩衝槽；一回流管道，其流體連接該緩衝槽與該重組物管道；一槽感測器總成，其經建構以偵測該緩衝槽中之壓力；一控制總成，其經建構以至少部分基於該緩衝槽中偵測之壓力而在該運轉模式與該待用模式之間操作該燃料處理總成；及一回流閥總成，其經建構以管理該回流管道中之流量，該控制總成經建構以引導該回流閥總成，以當該燃料處理總成處於該待用模式時允許該產物氫氣流自該緩衝槽流動至該重組物管道。
  14. 如申請專利範圍第13項之總成，其中該控制總成經建構以引導該回流總成，以當該燃料處理總成處於該待用模式時允許該產物氫氣流以一或多個預定時間間隔自該緩衝槽流動至該重組物管道。
  15. 如申請專利範圍第14項之總成，其中該控制總成經建構以引導該回流總成，以當該燃料處理總成處於該待用模式時允許該產物氫氣流以該一或多個預定時間間隔而歷時一預定持續時間地自該緩衝槽流動至該重組物管道。
  16. 如申請專利範圍第13項之總成，其中該回流閥總成包括至少一閥，該至少一閥經建構以在以下兩者之間操作：一開啟位置，其中來自該緩衝槽之該產物氫氣流流動通過該回流管道且流入該重組物管道中；及一關閉位置，其中來自該緩衝槽之該產物氫氣流並不會流動通過該回流管道且流入該重組物管道中。
  17. 如申請專利範圍第16項之總成，其中該控制總成經建構以在該燃料處 理總成處於該待用模式時移動該至少一閥至該開啟位置歷時一預定持續時間。
  18. 如申請專利範圍第17項之總成，其中該控制總成經建構以在該燃料處理總成處於該待用模式時以一或多個預定時間間隔而歷時一預定持續時間地移動該至少一閥至該開啟位置。
  19. 如申請專利範圍第16項之總成，其中該控制總成經建構以在該燃料處理總成處於該待用模式時以一或多個預定時間間隔移動該至少一閥至該開啟位置。
  20. 如申請專利範圍第13項之總成，其進一步包含與該氫氣生成區域及該一或多個氫氣選擇性膜進行熱連通之複數個加熱器，其中該控制總成經建構以操作該等複數個加熱器，以當該燃料處理總成處於該待用模式時將該氫氣生成區域及該一或多個氫氣選擇性膜維持於一預定溫度範圍內。
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