TWI820498B - 膜基底氫淨化器 - Google Patents

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Abstract

膜基底氫淨化器具有石墨框架部件。該等淨化器包括一氫分離膜模組，其具有至少一個膜單元，該至少一個膜單元含有：至少一個氫選擇性膜，該至少一個氫選擇性膜包括一滲透物面及一相對的經混合氣體面，及一流體可滲透支撐結構，其實體地接觸且支撐該滲透物面之至少一中心區。該膜單元進一步包括一滲透物側框架部件及一經混合氣體側框架部件。該滲透物側框架部件插入於該氫選擇性膜與該流體可滲透支撐結構之間，以實體地接觸該滲透物面之一周邊區及該流體可滲透支撐結構之一周邊區。該經混合氣體側框架部件實體地接觸該經混合氣體面之一周邊區。該滲透物側框架部件及該經混合氣體側框架部件中之至少一者為一石墨框架部件。

Description

膜基底氫淨化器
本發明係關於膜基底氫淨化器，且更特定言之，係關於具有石墨框架部件之膜基底氫淨化器。
膜基底氫淨化器為利用一或多個氫選擇性膜以使氫氣與氣體之混合物分離的裝置。氫選擇性膜對於氫氣為可滲透的但對於其他氣體係不可滲透的，使得氫選擇性膜可藉由選擇性地准許氫氣擴散穿過該膜而使氫氣與氣體之混合物分離。藉由氫淨化器分離之氫氣可經儲存或用作用於諸如燃料電池組等等之各種產生能量的裝置之燃料。
膜基底氫淨化器通常包括膜支撐總成，該膜支撐總成支撐氫選擇性膜且可在氫淨化器內形成各種密封，該等密封用以將藉由氫選擇性膜分離之氫氣與其他氣體分隔。更特定言之，膜支撐總成可包括一或多個膜接觸框架部件，諸如墊片，其實體地接觸氫選擇性膜之至少一周邊區且可抵靠氫選擇性膜經壓縮以與其形成密封。考慮到這一點，框架部件之組合物可能會影響氫淨化器使氫氣與氣體之混合物分離的效率及速率，以及氫選擇性膜之壽命。更特定言之，習知的框架部件通常包括損害或以其他方式阻礙框架部件支撐之氫選擇性膜的操作之雜質，且進而不利地影響氫淨化器之效能。
舉例而言，習知的框架部件可包括微粒，當習知的框架部件接觸且支撐氫淨化器內之氫選擇性膜時，該等微粒可在氫選擇性膜中形成穿孔。此類穿孔可降低氫選擇性膜之效率及/或需要替換氫選擇性膜。作為另一實例，習知的框架部件可包括化學雜質，其可與氫選擇性膜相互作用且降低氫選擇性膜之氫滲透性。氫滲透性之此降低可降低氫淨化器可淨化氫氣之速率。因此，需要具有改良的膜接觸框架部件之氫淨化器，該等經改良膜接觸框架部件可包括減少的微粒及/或減少的化學雜質，且可改良氫淨化器可淨化氫氣之效率及/或速率及/或提高氫選擇性膜之壽命。
本發明係關於具有石墨框架部件之膜基底氫淨化器。該等膜基底氫淨化器包括氫分離膜模組，該氫分離膜模組包括至少一個膜單元。該膜單元包括氫選擇性膜，其界定滲透物面及相對的經混合氣體面。該膜單元進一步包括經混合氣體側框架部件及流體可滲透支撐結構，該流體可滲透支撐結構實體地接觸且支撐氫選擇性膜之滲透物面的至少一中心區。該膜單元進一步包括滲透物側框架部件及經混合氣體側框架部件。該滲透物側框架部件插入於氫選擇性膜與流體可滲透支撐結構之間，使得滲透物側框架部件實體地接觸滲透物面之周邊區及流體可滲透支撐結構之周邊區。該經混合氣體側框架部件實體地接觸經混合氣體面之周邊區。該滲透物側框架部件及該經混合氣體側框架部件中之至少一者為石墨框架部件。石墨框架部件可包括至少一最小臨限重量百分比的碳、不足粒狀微粒之臨限組合物、為細粒粒狀微粒之粒狀微粒，及/或至多一或多種雜質之臨限的最大組合物。該膜單元可包括一對氫選擇性膜，及對應的一對流體可滲透支撐結構、滲透物側框架部件及經混合氣體側框架部件。該膜模組可包括複數個膜單元，且該膜基底氫淨化器可包括在以下各者中及/或與以下各者一起使用：燃料處理器；燃料處理系統，其產生藉由膜模組淨化的含氫經混合氣體流；及/或產生且消耗氫之總成。
圖1至圖8根據本發明提供以下各者之實例：膜基底氫淨化器38；膜基底氫淨化器38之膜模組44；燃料處理器12，其包括及/或利用膜基底氫淨化器38；產生且消耗氫之總成10，其包括及/或利用膜基底氫淨化器38；及/或產生且消耗能量之總成13，其包括及/或利用膜基底氫淨化器。在圖1至圖8中之每一者中，服務類似或至少實質上類似目的之元件用相同編號標記，且此等元件可不參考圖1至圖8中之每一者在本文中詳細論述。類似地，在圖1至圖8中之每一者中可不標記所有元件，但可出於一致性在本文中使用與該等元件相關聯之參考編號。本文中參考圖1至圖8中之一或多者論述的元件、組件及/或特徵可包括於圖1至圖8中之任一者中及/或與該者一起使用而不背離本發明之範圍。一般而言，以實線繪示有可能包括於一個特定實施方式中之元件，而以虛線繪示係視情況選用的及/或對於特定實施方式係環保的元件。然而，以實線展示之元件對於所有實施方式可能並非必需的，且在一些實施方式中，在不脫離本發明之範圍的情況下可省略。
圖1示意性地表示根據本發明之膜基底氫淨化器38之實例。如所展示，膜基底氫淨化器38經建構以接收經混合氣體流36，其包括氫氣62與一或多種其他氣體63之混合物。膜基底氫淨化器38進一步經建構以將經混合氣體流36分離成經淨化氫氣流42及副產物流40。換言之，膜基底氫淨化器38可經描述為經建構以自包括氫氣以及其他氣體之氣體之混合物產生經淨化氫氣62。膜基底氫淨化器38在本文中可被稱作氫淨化器38及/或淨化器38。膜基底氫淨化器38可經建構以產生純淨或至少實質上純的氫氣。如本文中所使用，實質上純的氫氣可大於90%純、大於95%純、大於99%純、大於99.5%純、大於99.9%純及/或至多100%純。除非另外指示，否則本文中所使用之百分比係重量%。
經混合氣體流36可富含氫，包括相當濃度的氫氣，及/或可包括氫氣作為主要組分。如本文中所使用，主要組分意謂以高於其他組分的百分比或量存在之組分，且次要組分意謂以低於至少主要組分之百分比或量存在之組分。可存在於經混合氣體流36中之其他氣體之實例包括二氧化碳、一氧化碳及甲烷。經淨化氫氣流42可包括相對於經混合氣體流36濃度增加之氫氣及相對於經混合氣體流36濃度降低之其他氣體。因此，副產物流40可包括相對於經混合氣體流36濃度降低之氫氣及相對於經混合氣體流36濃度增加之其他氣體。經淨化氫氣流42可含有經混合氣體流36中之至少大部分或大部分氫氣，且副產物流40可含有至少大部分或大部分其他氣體。亦即，副產物流40可包括非零量或濃度的氫氣，且經淨化氫氣流42可包括非零量的其他氣體。鑒於以上內容，經淨化氫氣流42亦可經描述為富含氫之流42及/或產物氫氣流42。
如圖1中所展示，氫淨化器38包括氫分離膜模組44，其包括至少一個氫選擇性膜46，該氫選擇性膜經建構以將經混合氣體流36分離成經淨化氫氣流42及副產物流40。氫分離膜模組44另外或替代地在本文中可被稱作膜模組44。
氫選擇性膜46將膜模組44分隔、劃分或分離成經混合氣體區86及滲透物區88。氫選擇性膜46係氫可滲透的，此意謂氫氣可在氫淨化器38之操作性使用期間滲透穿過膜。氫選擇性膜46經建構以准許氫氣自經混合氣體區86擴散至滲透物區88，同時將經混合氣體流36中所含有的其他氣體限制至經混合氣體區86。換言之，在氫淨化器38之操作期間，其他氣體可至少實質上或完全地與滲透物區88以流體方式隔離，而氫選擇性膜46允許氫氣自經混合氣體區86擴散至滲透物區88。換言之，膜模組44可經描述為經建構以藉由選擇性地准許經混合氣體流36內所含有之氫氣自經混合氣體區86擴散穿過氫選擇性膜46至滲透物區88而將經混合氣體流36分離成經淨化氫氣流42及副產物流40。因此，副產物流40可經描述為經混合氣體流36之不滲透穿過氫選擇性膜46之部分，且經淨化氫氣流42可經描述為經混合氣體流36之滲透穿過氫選擇性膜46之部分。考慮到這一點，氫選擇性膜46在本文中亦可被稱作氫可滲透膜46、氫可滲透金屬膜46及/或氫分離膜46。
如圖1中示意性地指示，膜模組44可包括複數個氫選擇性膜46。如本文中較詳細地所論述，氫選擇性膜46可在膜模組44中經配置為氫選擇性膜46之配對202。每一氫選擇性膜46包括於膜單元200中，且膜模組44可包括至少一個及/或複數個膜單元200。每一膜單元200包括至少一個氫選擇性膜46，且視情況包括氫選擇性膜46之配對202。每一膜單元200進一步包括膜支撐總成220，其支撐氫選擇性膜46且視情況支撐氫選擇性膜46之配對202。膜模組44亦可包括至少一個進料總成210，該進料總成經建構以將經混合氣體流36供應或遞送至膜單元200之氫選擇性膜。膜支撐總成220之一部分可與氫選擇性膜46之至少一個周邊區形成流體密封，使得膜支撐總成220及氫選擇性膜46在經混合氣體區86與滲透物區88之間形成氫可滲透流體密封。
氫選擇性膜46係由任何合適的材料形成，該等材料使得氫氣能夠擴散通過氫選擇性膜，同時限制經混合氣體流36內所含有的其他材料及/或氣體之擴散。根據本發明之氫選擇性膜46之實例包括具有金屬、貴金屬、金屬合金、二元合金、三元合金、鈀、鈀合金、鈀銅（Pd-Cu）合金、鈀釔合金及鈀釕合金中之至少一者之膜，以及由實質上純的或經合金化金屬構成之其他金屬膜。含有Pd-Cu合金之合適的氫選擇性膜組合物之實例包括Pd-Cu合金，其具有銅組合物，該銅組合物係至少15 wt%、至少20 wt%、至少25 wt%、至少30 wt%、至少35 wt%、至少40 wt%、至少45 wt%、至少50 wt%及/或至多60 wt%、至多55 wt%、至多53 wt%、至多50 wt%、至多45 wt%、至多40 wt%、至多35 wt%、至多30 wt%及至多25 wt%中之至少一者。作為更多實例，Pd-Cu合金可包括15 wt%至45 wt%銅中之至少一者，該15 wt%至45 wt%銅包括具有15 wt%至25 wt%銅、35 wt%至45 wt%銅、20 wt%（或近似20 wt%）銅或40 wt%（或近似40 wt%）銅之合金。美國專利第6,537,352號及第10,476,093號及美國專利申請案公開案第2008/0210088號中揭示合適的氫選擇性膜及膜組合物之實例，以上各者之完整揭示內容特此以引用之方式併入本文中。
一般而言，膜模組44在壓力驅動製程中使經混合氣體流36分離，其中經混合氣體流36以高壓經供應至經混合氣體區86以促進氫氣擴散穿過氫選擇性膜46。舉例而言，膜模組44可經建構以運用經混合氣體流36來操作，該經混合氣體流以至少50 psi（磅/平方吋）、至少100 psi、至少125 psi、至少150 psi、至少175 psi、至少200 psi、至多150 psi、至多175 psi、至多250 psi、至多300 psi、至多500 psi及/或至多1000 psi之壓力供應。膜模組44亦可經建構以在環境溫度或在高溫下操作。作為實例，膜模組44可經建構以在包括以下各者之至少100℃之溫度下操作：大於175℃、200℃、250℃、275℃、300℃、350℃、400℃及450℃之溫度以及在100℃至500℃之範圍內的溫度（包括在100℃至450℃、150℃至425℃、200℃至400℃、225℃至350℃、275℃至450℃、100℃至275℃、140℃至240℃、350℃至450℃及300℃至500℃之範圍內的溫度），但在此等範圍之外的溫度亦係在本發明之範圍內。作為一實施方式，對於含有鈀及大致35%至45%銅之合金的氫選擇性膜46，合適之氫分離溫度可包括在300℃至450℃之範圍內之溫度。
膜模組44可包括：經混合氣體入口82，其與經混合氣體區86流體連通且經建構以接收經混合氣體流36；副產物出口84，其與經混合氣體區86流體連通且經建構以自經混合氣體區86移除副產物流40；及經淨化氫出口85，其與滲透物區88流體連通且經建構以自滲透物區88移除經淨化氫氣流42。
氫淨化器38可經建構以自任何合適的來源接收經混合氣體流36，且由氫淨化器38產生之經淨化氫氣流42可用於任何合適的目的。如圖1中所展示，氫淨化器38可包括在燃料處理器12中及/或與該燃料處理器一起使用，該燃料處理器經建構以自包括至少一種原料18之進料流16產生氫氣。詳言之，燃料處理器12包括產氫區32，其經建構以接收進料流16且自進料流16產生包括氫氣之經混合氣體流36。產氫區32可藉由任何數量的合適的產氫機制自進料流16產生氫氣。合適的產氫機制之實例包括蒸汽重組及自熱重組，其中重組觸媒用於產氫區32中以自包括含碳原料及水20之進料流16產生氫氣。在此組態中，原料18在本文中可被稱作或可為含碳原料18。合適之含碳原料之實例包括至少一個烴或醇。合適之烴之實例包括甲烷、丙烷、天然氣、柴油、煤油、汽油及類似者。合適之醇之實例包括甲醇、乙醇及多元醇，諸如乙二醇及/或丙二醇。用於產生氫氣之其他合適機制包括含碳原料18之熱解及催化部分氧化，在此狀況下，進料流16不包括水但可包括氧。當由氫淨化器38接收之經混合氣體流係由產氫區32產生時，經混合氣體流36亦可包括未反應之含碳原料，其可藉由氫淨化器38分離成副產物流40。
當產氫區32藉由重組製程產生氫時，產氫區32可被稱作重組區32且可包括重組觸媒34。詳言之，當產氫區32藉由蒸汽重組製程產生氫且包括蒸汽重組觸媒時，燃料處理器12可被稱作蒸汽重組器30。替代地，當產氫區32藉由自熱重組製程產生氫且包括自熱重組觸媒時，燃料處理器12可被稱作自熱重組器。在兩個實例中，重組區32自包括水及含碳原料18之進料流16產生包括氫氣及一或多種其他氣體之經混合氣體流36。當經混合氣體流36係由重組區32及/或經由重組製程產生時，經混合氣體流36可被稱作重組物流36。換言之，氫淨化器38可經描述為經建構以當包括於燃料處理系統中或與燃料處理系統一起使用時將重組物流36分離成經淨化氫氣流42及副產物流40。當包括於燃料處理器12中或與燃料處理器一起使用時，氫淨化器38可被稱作淨化區38、分離區38及/或分離總成38。
如圖1中所展示，副產物流40可經供應至可包括燃燒器總成92之加熱總成91，該燃燒器總成包括一或多個燃燒器，且燃燒器總成92可燃燒或以其他方式利用副產物流40以產生熱。加熱總成91可經建構以加熱燃料處理器12之至少一部分，諸如產氫區32、氫淨化器38及/或膜模組44。舉例而言，加熱總成91可經建構以將燃料處理系統之部分加熱至合適之操作溫度或操作溫度範圍以用於產生氫氣、淨化氫氣等。加熱總成91亦可經建構以加熱燃料處理器12內之各種流。作為一實例，加熱總成91可包括汽化區或汽化器，其經建構以汽化進料流16之任何液體部分，使得進料流16可在進入產氫區32時、之後或之前處於汽化狀態。
燃料處理器12亦可包括界定內部隔室之經加熱容納結構94，其可含有氫淨化器38、膜模組44、產氫區32及/或進料流遞送系統17之至少一部分，以及任何合適的閥門、導管及/或與以上組件相關聯之管道。容納於經加熱容納結構94內之任何組件可維持在實質上相同溫度下，或可維持在不同溫度下。亦在本發明之範圍內，經加熱容納結構94可包括絕緣材料，其可減小經加熱容納結構94之內部隔室與環境之間的熱傳遞之速率及/或控制容納於內部隔室內之組件當中的熱流。
氫淨化器38不限於用於燃料處理器12中且可用以淨化燃料處理器12外部之氫氣，且不脫離本發明之範圍。作為實例，氫淨化器可經建構以自經儲存氣體淨化經混合氣體流，該經儲存氣體含有來自工業或商業製程的氫氣及經混合氣體或不純的氫氣流。
氫淨化器38亦可包括除膜模組44以外的各種額外組件，諸如將經混合氣體流36供給至膜模組44之組件及/或自膜模組44移除經淨化氫氣流42之組件。舉例而言，且如圖1中所展示，氫淨化器38可視情況包括拋光區45或與該拋光區流體連通，該拋光區自膜模組44接收經淨化氫氣流42且經建構以藉由移除可存在於經淨化氫氣流42內之選定雜質、降低選定雜質的濃度及/或與選定雜質進行化學反應來進一步淨化經淨化氫氣流42。可用於拋光區45內之組件之實例包括水變換反應器、將一氧化碳及氫轉換為甲烷及水之甲烷化觸媒及/或將一氧化碳轉換為二氧化碳或以其他方式自經淨化氫氣流吸收或移除一氧化碳之其他組件、結構及/或組合物。舉例而言，當經淨化氫氣流42預期用於包括質子交換膜（proton exchange membrane；PEM）或在經淨化氫氣流42包括超過一氧化碳或二氧化碳之經判定濃度的情況下將損壞之另一裝置的燃料電池組22中時，拋光區45可包括至少一個甲烷化觸媒床。
現在轉而參看圖2，在其中說明根據本發明之分解視圖，其說明形成膜模組44之一部分的膜單元200之實例。膜單元200另外或替代地在本文中可被稱作膜封裝200及/或膜外殼200。如所展示，膜單元200包含氫選擇性膜46，其界定滲透物面52及經混合氣體面50。經混合氣體面50定位在膜模組44之經混合氣體區86內或面向經混合氣體區。滲透物面52定位在膜模組44之滲透物區88內或面向該滲透物區。經混合氣體面50在本文中亦可被稱作面向經混合氣體區50、重組物面50及/或面向重組物區50，且滲透物面52在本文中亦可被稱作面向滲透物區52、面向產物氫區52及/或面向經淨化氫區52。氫選擇性膜46可經建構以具有任何合適的厚度，其可在經混合氣體面50與滲透物面52之間量測。詳言之，穿過氫選擇性膜之氫之擴散率及/或氫選擇性膜46之氫滲透性可與氫選擇性膜之厚度或氫必須擴散穿過氫選擇性膜之距離成正比。由此，當在相同操作條件下使用時，較薄氫選擇性膜46相比於其他方面相同的較厚氫選擇性膜可具有較大氫滲透性。因此，根據本發明之氫淨化器38可利用氫選擇性膜46，其極薄，諸如具有15至25微米的厚度。作為實例，根據本發明之膜單元200、膜模組44及/或氫淨化器38的每一氫選擇性膜46可具有至多25微米、至多20微米、至多15微米、至多10微米、至多5微米、至少1微米、至少2微米、至少4微米、至少6微米、至少8微米、至少10微米及至少12微米之膜厚度。
如本文中所論述，膜模組44在經混合氣體區86內接收經混合氣體流36，且氫選擇性膜46准許容納於經混合氣體流36內之氫氣62之至少一部分擴散至滲透物區88，同時將存在於經混合氣體流36中之其他氣體63限制至經混合氣體區86。擴散穿過氫選擇性膜46之氫氣62作為經淨化氫氣流42自膜模組44移除。
如圖2中所展示，膜單元200亦包括流體可滲透支撐結構233，其實體地接觸且支撐滲透物面52之至少一中心區230。更特定言之，在膜模組44之操作期間，經混合氣體流36可以高於滲透物區88內之經淨化氫氣流42的壓力之壓力經供應至經混合氣體區86，且流體可滲透支撐結構233可相抵於經混合氣體區86與滲透物區88之間的壓力差來支撐氫選擇性膜46之至少中心區230。流體可滲透支撐結構233可包括任何合適的流體可滲透或多孔材料或一或多種多孔材料之組合，其經建構以支撐氫選擇性膜46且准許流體自氫選擇性膜46之滲透物面52流動。作為實例，流體可滲透支撐結構233可包括篩結構、一或多個網篩、一或多個細粒網篩、一或多個粗粒網篩、一或多個擴張金屬篩、一或多個多孔陶瓷部件、濾布及/或其組合中之一或多者。如圖2中所展示，流體可滲透支撐結構233可定位在滲透物區88之一部分內或可界定該部分。流體可滲透支撐結構233在本文中亦可被稱作支撐結構233。
膜單元200亦包括滲透物側框架部件226，其插入於氫選擇性膜46與流體可滲透支撐結構233之間且實體地接觸氫選擇性膜46之周邊區228及流體可滲透支撐結構233之周邊區228。滲透物側框架部件226支撐氫選擇性膜46之周邊區228且亦可經建構以與滲透物面52之周邊區228形成流體密封。滲透物側框架部件226包括可為開放中心區及/或流體可滲透中心區之中心區239，使得滲透物側框架部件226可准許氫氣62自氫選擇性膜46之滲透物面52流動至滲透物區88。換言之，滲透物側框架部件226可經描述為具有實體地接觸流體可滲透支撐結構233及氫選擇性膜46之周邊區228，及/或可經描述為墊片及/或具有墊片形狀。
膜單元200進一步包括經混合氣體側框架部件224，其實體地接觸氫選擇性膜46之經混合氣體面50之周邊區228。經混合氣體側框架部件224經建構以與經混合氣體面50之周邊區228及將經混合氣體流36供應至經混合氣體面50的進料總成210之周邊區形成流體密封。經混合氣體側框架部件225亦可經建構以支撐氫選擇性膜50之經混合氣體面50的周邊區228。經混合氣體側框架部件224亦包括可為開放及/或流體可滲透的中心區之中心區239，使得經混合氣體側框架部件224准許經混合氣體流36接觸氫選擇性膜46之至少中心區230。換言之，經混合氣體側框架部件224可經描述為具有實體地接觸且支撐氫選擇性膜46之周邊區228及/或可經描述為墊片及/或具有墊片形狀。如圖2中所展示，經混合氣體側框架部件224、滲透物側框架部件226及流體可滲透支撐結構233可經描述為界定膜支撐總成220及/或包括於該膜支撐總成中。
繼續參考圖2，滲透物側框架部件226及經混合氣體側框架部件224中之至少一者為石墨框架部件250。更特定言之，經混合氣體側框架部件224可為石墨框架部件250，滲透物側框架部件226可為石墨框架部件，或經混合氣體側框架部件224及滲透物側框架部件226兩者均可為石墨框架部件250。經混合氣體側框架部件224、滲透物側框架部件226及石墨框架部件250可被稱作框架部件。石墨框架部件250包含石墨及/或由石墨形成。詳言之，石墨框架部件250可包括高純度石墨及/或可由高純度石墨形成。作為一實例，石墨框架部件250可包括至少99 wt%碳。作為更多實例，石墨框架部件250可包括至少99.1 wt%碳、99.2 wt%碳、99.3 wt%碳、99.4 wt%碳、99.5 wt%碳、至少99.6 wt%碳、至少99.7 wt%碳、至少99.8 wt%碳及至少99.9 wt%碳中之至少一者。另外或替代地，石墨框架部件250可包括至多99.999 wt%碳。
換言之，石墨框架部件250可包括除石墨以外的低及/或縮減量、濃度及/或存在量的雜質及/或組分。更特定言之，石墨框架部件250可包括低、縮減及/或無害量、濃度及/或存在量的雜質，該等雜質可在氫淨化器38之操作性使用期間妨礙、損害、阻滯及/或阻礙氫選擇性膜46及/或膜模組44之操作。如所提及，滲透物側框架部件226及/或經混合氣體側框架部件224可與氫選擇性膜46之周邊區228形成流體密封，以便以流體方式使滲透物區88與經混合氣體流36之其他氣體63隔離。考慮到這一點，石墨框架部件250可包括低、縮減及/或無害量或濃度的任何組分或雜質,該等組分或雜質可損害、妨礙及/或危害與氫選擇性膜46形成的流體密封。
作為更特定實例，經混合氣體側框架部件224、滲透物側框架部件226及/或石墨框架部件250可包括非零量的粒狀微粒290，諸如至少0.001 wt%粒狀微粒。粒狀微粒290可包括可在各別框架部件中產生表面粗糙度、可危害形成於框架部件與氫選擇性膜46之間的流體密封及/或可在氫選擇性膜46中形成穿孔之物質的微粒或顆粒。作為實例，粒狀微粒290可包括灰分、MgO、Al 2O 3、CaO、Fe 2O 3及/或一材料之微粒，該材料相比於氫選擇性膜46可具有更大硬度及/或可足夠硬使得微粒可穿透氫選擇性膜46或對其穿孔。考慮到這一點，石墨框架部件250可形成為、經建構及/或經建構以包括低、縮減或無害量、濃度或數量的粒狀微粒290。換言之，石墨框架部件250可包括小於臨限最大數量的粒狀微粒290，其對於氫選擇性膜46及/或膜模組44之操作無損害性或無危害性，及/或不會在石墨框架部件250中引起有害的表面粗糙化及/或不危害與氫選擇性膜46形成的流體密封。作為實例，石墨框架部件250可包括至多1 wt%粒狀微粒、至多0.9 wt%粒狀微粒、至多0.8 wt%粒狀微粒、至多0.7 wt%粒狀微粒、至多0.6 wt%粒狀微粒、至多0.5 wt%粒狀微粒、至多0.4 wt%粒狀微粒、至多0.3 wt%粒狀微粒、至多0.2 wt%粒狀微粒、至多0.1 wt%粒狀微粒或至多0.01 wt%粒狀微粒。
另外或替代地，石墨框架部件250可形成為、經建構及/或經建構以包括可對氫選擇性膜46、膜模組44及/或與氫選擇性膜46形成之流體密封的操作無損害性、無有害性及/或無危害性的一種類型、形式及/或大小之粒狀微粒290。舉例而言，包括較大或粗微粒之粒狀微粒290可在各別框架部件中產生表面粗糙度，可損害與氫選擇性膜46形成之流體密封，及/或可在氫選擇性膜46中形成穿孔。相比之下，由細粒細粒微粒292組成、由小或細粒粒狀微粒組成及/或不包括粗糙或較大微粒之粒狀微粒290可不在各別框架部件中產生表面粗糙度，可不損害與氫選擇性膜46形成之流體密封，及/或可不在氫選擇性膜46中形成穿孔。考慮到這一點，石墨框架部件250可僅包括細粒粒狀微粒292及/或可至少實質上不含粗糙或較大粒狀微粒。詳言之，細粒粒狀微粒292可由具有至多400微米之最大尺寸之粒狀微粒組成，而粗糙粒狀微粒可由具有至少400微米之最大尺寸之粒狀微粒組成。作為更多實例，細粒粒狀微粒292可由具有最大尺寸之粒狀微粒組成，該最大尺寸為以下各者中之至少一者：至多400微米、至多300微米、至多200微米、至多150微米、至多100微米、至多80微米、至多60微米、至多40微米、至多20微米、至多10微米、至多5微米、至多1微米、至多0.5微米、至多0.2微米及/或至少0.1微米。
如圖2中所展示，石墨框架部件250包括至少一個膜接觸面234，其實體地接觸且支撐氫選擇性膜46。石墨框架部件250之至少膜接觸面234可為平滑表面及/或可經建構以與氫選擇性膜46形成密封。另外或替代地，此密封在本文中可被稱作流體密封、無穿孔密封及/或無穿孔流體密封。
繼續參考圖2，經混合氣體側框架部件224、滲透物側框架部件226及/或石墨框架部件250亦可包括一或多種化學雜質294。當以足夠大的量、數量或濃度存在於框架部件內時，化學雜質294可諸如在氫淨化器38之操作性使用期間妨礙、損害、阻滯及/或阻礙氫選擇性膜46及/或膜模組44之操作。因此，根據本發明之氫淨化器38可包括經混合氣體側框架部件224、滲透物側框架部件226及/或石墨框架部件250，其形成為、經建構及/或經建構以具有小於此臨限量的此類化學雜質294。
作為更特定實例，化學雜質294可包括硫、硫化合物及/或硫離子，其可經散置、嵌入及/或吸附至經混合氣體側框架部件224、滲透物側框架部件226及石墨框架部件250或在其內散置、嵌入及/或吸附。如本文中所使用，術語「吸附」意謂藉由任何製程，至少包括吸附（adsorption）、吸收、化學鍵結或其組合鍵結及/或保留組合物、污染物或其他物種。當硫以足夠大的量、數量或濃度存在於框架部件內時，硫可諸如在膜模組44在高溫下之操作期間經由放出自框架部件傳送，且吸附至氫選擇性膜46。硫至氫選擇性膜46之吸附可有害及/或降低氫選擇性膜46之氫滲透性。考慮到這一點，石墨框架部件250可包括低、縮減或無害量、濃度或數量的硫。換言之，石墨框架部件250可包括小於臨限濃度或數量的硫，其諸如在膜模組44之操作期間在本文中所論述的壓力及/或溫度中之任一者下對於氫選擇性膜46係無害的或無妨礙的。作為實例，石墨框架部件250可包括以下各者中之至少一者：至多450百萬分率（ppm）硫、至多400 ppm硫、至多350 ppm硫、至多300 ppm硫、至多250 ppm硫、至多200 ppm硫、至多100 ppm硫、至多50 ppm硫，及至多20 ppm硫。石墨框架部件250可包括小、無害或無相互作用濃度的硫，諸如至少0.5 ppm硫或至少1 ppm硫。
可存在於經混合氣體側框架部件224、滲透物側框架部件226及石墨框架部件250中之化學雜質294的另一實例為鹵化物。鹵化物之更特定實例包括溴化物、氯化物及/或其化合物。當以足夠高的數量、量或濃度存在於框架部件中時，鹵化物可諸如在膜模組44在高溫下之操作期間自框架部件傳送，且吸附至氫選擇性膜46。鹵化物至氫選擇性膜46之吸附可有害及/或降低氫選擇性膜46之氫滲透性。考慮到這一點，石墨框架部件250可包括低、縮減或無害量、濃度或數量的一或多種鹵化物及/或總濃度的鹵化物。換言之，石墨框架部件250可包括小於臨限濃度或數量的一或多種鹵化物，其諸如在膜模組44之操作期間在本文中所論述的壓力及/或溫度中之任一者下對於氫選擇性膜46係無害的或無妨礙的。作為實例，石墨框架部件250可包括至多100 ppm鹵化物、至多80 ppm鹵化物、至多60 ppm鹵化物、至多40 ppm鹵化物、至多20 ppm鹵化物、至多10 ppm鹵化物及至多1 ppm鹵化物中之至少一者。石墨框架部件250可包括小、無害或不相互作用的濃度的鹵化物，諸如至少0.05 ppm鹵化物或至少0.2 ppm鹵化物。
根據本發明之石墨框架部件250可經建構以在任何合適的經施加壓力下支撐及/或與氫選擇性膜46及/或進料總成210形成諸如無穿孔密封的密封。更特定言之，壓縮力可施加至進料總成210之周邊區228及/或膜支撐總成220之周邊區228，以便形成內膜殼層222之複數個流體密封。詳言之，可用以下各者中之至少一者的壓力抵靠氫選擇性膜46壓縮經混合氣體側框架部件224、滲透物側框架部件226及/或石墨框架部件250：至少2000磅/平方吋（psi）（13.8 MPa（百萬帕斯卡））、至少2900 psi（20 MPa）、至少3000 psi（20.7 MPa）、至少3200 psi（22.1 MPa）、至少3400 psi（23.4 MPa）、至少3600 ps（24.8 MPa）及/或至多3100 psi（21.4 MPa）、至多3200 psi（22.1 MPa）、至多3600 psi（24.8 MPa）、至多3700 psi（25.5 MPa）、至多3800 psi（26.2 MPa）及至多4000 psi（27.6 MPa）。如本文中所論述，石墨框架部件250之兩個面中之任一者可為平滑表面，其准許石墨框架部件250在此等經施加壓力中之任一者下支撐及/或與氫選擇性膜46及/或進料總成210形成諸如無穿孔流體密封之流體密封。
石墨框架部件250、經混合氣體側框架部件224及滲透物側框架部件226各自可具有任何合適的密度。作為實例，石墨框架部件250可具有石墨框架部件密度，其為以下各者中之至少一者：至少0.7公克/立方公分（g/cc）、至少0.8 g/cc、至少0.9 g/cc、至少1 g/cc、至少1.1 g/cc、至少1.2 g/cc、至少1.3 g/cc、至少1.4 g/cc、至少1.5 g/cc、至多1.8 g/cc、至多1.7 g/cc、至多1.6 g/cc、至多1.5 g/cc、至多1.4 g/cc、至多1.3 g/cc、至多1.2 g/cc、至多1.1 g/cc，及至多1 g/cc。經混合氣體側框架部件224及滲透物側框架部件226可具有相同或不同密度。在一些實例中，經混合氣體側框架部件224及滲透物側框架部件226可具有不同密度。更特定言之，在一些氫淨化器38中，經混合氣體側框架部件224之密度可小於滲透物側框架部件226之密度，此係因為此可促進膜單元200之組裝及/或可准許以不損害氫選擇性膜46之方式壓縮膜單元200。
考慮到這一點，滲透物側框架部件226可具有大於經混合氣體側框架部件224之經混合氣體側框架部件密度的滲透物側框架部件密度。作為實例，根據本發明之氫淨化器38之滲透物側框架部件226可包括為以下各者中之至少一者之滲透物側框架部件密度：至少0.7公克/立方公分（g/cc）、至少0.8 g/cc、至少0.9 g/cc、至少1.0 g/cc、至少1.1 g/cc、至少1.2 g/cc、至少1.3 g/cc、至少1.4 g/cc、至少1.5 g/cc、至多1.8 g/cc、至多1.7 g/cc、至多1.6 g/cc、至多1.5 g/cc，及至多1.4 g/cc。作為更多實例，經混合氣體側框架部件224可包括為以下各者中之至少一者之經混合氣體側框架部件密度：至少0.7 g/cc、至少0.8 g/cc、至少0.9 g/cc、至少1 g/cc、至少1.1 g/cc、至少1.2 g/cc、至多1.4 g/cc、至多1.3 g/cc、至多1.2 g/cc、至多1.1 g/cc及至多1 g/cc。作為更特定實例，經混合氣體側框架部件密度可為滲透物側框架部件密度之臨限分數，其中臨限分數之實例包括95%、90%、85%、80%、78%、75%、70%或65%。因此，當經混合氣體側框架部件224及滲透物側框架部件226為石墨框架部件250時，每一石墨框架部件250可經建構以具有不同密度。
根據本發明之氫淨化器38之經混合氣體側框架部件224及滲透物側框架部件226可具有任何合適的厚度亦在本發明之範圍內。滲透物側框架部件226之厚度之實例包括至少0.05公釐（mm）、至少0.075 mm、至少0.1 mm、至少0.125 mm、至多0.25 mm、至多0.20 mm、至多0.175 mm、至多0.15 mm及/或至多0.125 mm之厚度。經混合氣體側框架部件224之厚度之實例包括至少0.15公釐（mm）、至少0.2 mm、至少0.25 mm、至少0.3 mm、至多0.6 mm、至多0.5 mm、至多0.45 mm、至多0.4 mm、及/或至多0.35 mm之厚度。滲透物側框架部件226及經混合氣體側框架部件224可具有相同或不同厚度。在一些實例中，滲透物側框架部件226之厚度可不同於對應的經混合氣體側框架部件224之厚度。作為更特定實例，滲透物側框架部件226之厚度可小於對應的經混合氣體側框架部件224之厚度。此厚度差可減少氫選擇性膜46上之應力及/或變形。
滲透物側框架部件226之厚度可與經混合氣體側框架部件224之厚度相差任何合適的量。作為實例，滲透物側框架部件之厚度可小於經混合氣體側框架部件之厚度的95%、90%、85%、80%、75%、70%、65%、60%、55%、52%、50%及/或45%。
鑒於以上內容，石墨框架部件250可經建構以具有任何合適的厚度，諸如本文中參考經混合氣體側框架部件224及/或滲透物側框架部件226論述之厚度中之任一者。作為更特定實例，當經混合氣體側框架部件224及滲透物側框架部件226兩者皆為石墨框架部件250時，石墨框架部件250可包括相同或不同厚度。
雖然圖2說明其中膜單元200包括單個氫選擇性膜46之實例，但膜單元200可包括可經配置為氫選擇性膜之配對202之兩個氫選擇性膜46係在本發明之範圍內。圖3為分解視圖，其說明包括氫選擇性膜46之配對202的膜單元200之實例。如所展示，氫選擇性膜46之配對202包括第一氫選擇性膜270、第二氫選擇性膜272及支撐第一氫選擇性膜270及第二氫選擇性膜272之膜支撐總成220。第一氫選擇性膜270界定面向經混合氣體區86之第一經混合氣體面300及面向滲透物區88之第一滲透物面304。第二氫選擇性膜272界定面向經混合氣體區86之第二經混合氣體面306及面向滲透物區88之第二滲透物面302。
膜支撐總成220包括經定位於第一氫選擇性膜270之至少中心區230與第二氫選擇性膜272之至少中心區230之間的流體可滲透支撐結構233，使得流體可滲透支撐結構233實體地接觸且支撐第一滲透物面304之至少中心區230及第二滲透物面302之至少中心區230。以此方式，第一氫選擇性膜270之第一滲透物面304及第二氫選擇性膜272之第二滲透物面302通常由流體可滲透支撐結構233支撐，其中流體可滲透支撐結構233支撐第一氫選擇性膜270之中心區230，該中心區230與第二氫選擇性膜272之中心區230間隔開或呈間隔開關係。
膜支撐總成220進一步包括支撐諸如本文中所論述的第一氫選擇性膜270之第一經混合氣體側框架部件274及第一滲透物側框架部件278，及支撐諸如本文中所論述的第二氫選擇性膜272之第二經混合氣體側框架部件276及第二滲透物側框架部件280。如圖3中所展示，第一經混合氣體側框架部件274及第一滲透物側框架部件278中之一或多者且視情況其中之每一者為石墨框架部件250，且第二經混合氣體側框架部件276及第二滲透物側框架部件280中之一或多者且視情況其中之每一者為石墨框架部件250。如本文中所論述，第一經混合氣體側框架部件274及第一滲透物側框架部件278在本文中可被稱作對應的框架部件。同樣地，第二經混合氣體側框架部件276及第二滲透物側框架部件280在本文中可被稱作對應的框架部件。
圖4為根據本發明之包括至少一個石墨框架部件250之膜模組44的一部分之實例之示意性表示。更特定言之，圖4為膜模組44之部分橫截面示意圖，其展示單個膜單元200及一或多個對應的進料總成210。如所展示，膜模組44包括膜單元200，其具有至少一個氫選擇性膜46，且視情況具有氫選擇性膜46之配對202。亦如所展示，膜模組44包括膜支撐總成220，其具有接觸、支撐及/或與諸如本文中所論述的氫選擇性膜46形成密封之經混合氣體側框架部件224、滲透物側框架部件226及流體可滲透支撐結構233。
如圖4之實例中所展示，根據本發明之膜模組44亦可包括與膜單元200相關聯的至少一個進料總成210，其可經建構以將經混合氣體流36供應至經混合氣體區86及/或自經混合氣體區86接收副產物流40及/或經混合氣體流36。圖4中示意性地說明進料總成210之實例。如所展示，進料總成210可包括進料板212，其可包括及/或界定將經混合氣體流36供應至經混合氣體區86之供應區215及/或自經混合氣體區86接收經混合氣體流36及/或副產物流40之排出區216。進料總成210亦可包括經定位於進料板212與膜單元200之間的進料框架214。更特定言之，進料框架214可定位於進料板212與經混合氣體側框架部件224之間，使得進料框架214操作性地接觸經混合氣體側框架部件224及進料板212之周邊區，且支撐與經混合氣體側框架部件224間隔開之進料板212。如所展示，進料框架214連同經混合氣體側框架部件224可在氫選擇性膜46與進料板212之間形成開放體積119，以准許經混合氣體流36橫跨經混合氣體面50流動及/或准許供應區215與排出區216之間的流體流通。
繼續參考圖4，膜單元200經展示為包括由共同流體可滲透支撐結構233支撐之氫選擇性膜46的配對202。詳言之，流體可滲透支撐結構233支撐間隔開的氫選擇性膜46之配對202的至少中心區230，其中滲透物區88經界定在該等氫選擇性膜之間。當膜單元200包括氫選擇性膜46之配對202時，膜模組44可包括與膜單元200相關聯的一對進料總成210，其中該對進料總成210包括經建構以將經混合氣體流36供應至第一氫選擇性膜270之經混合氣體面50的第一進料總成320，及經建構以將經混合氣體流36供應至第二氫選擇性膜272之經混合氣體面50的第二進料總成322。
如圖4中所展示，膜模組44可包括內膜殼層222，其經建構以將滲透物區88與經混合氣體區86以流體方式隔離。內膜殼層222可由經混合氣體側框架部件224、滲透物側框架部件226、氫選擇性膜46及進料總成210之至少一周邊區228形成。更特定言之，滲透物區88之至少一部分可由氫選擇性膜46之滲透物面52限制，而流體可滲透支撐結構233之周邊區228可准許經淨化氫氣流42自內膜殼層222內傳遞至內膜殼層222外部，使得滲透物區88之至少一部分可經界定在內膜殼層222外部。膜模組44亦可包括外膜殼層240，其可環繞內膜殼層222及滲透物區88。詳言之，外膜殼層240之內部面可環繞內膜殼層222及滲透物區88。外膜殼層240及內膜殼層222可彼此間隔開，使得外膜殼層240之內面及內膜殼層222之外面可界定用於收集經淨化氫氣流42之導管。
內膜殼層222可包括以流體方式將經混合氣體區86與滲透物區88隔離之複數個流體密封，諸如形成於經混合氣體側框架部件224與進料總成210之間的流體密封及/或形成於經混合氣體側框架部件224與氫選擇性膜46之間的流體密封。考慮到這一點，經混合氣體側框架部件224可為石墨框架部件250，使得無穿孔流體密封形成於經混合氣體側框架部件224與氫選擇性膜46之周邊區228之間及/或形成於經混合氣體側框架部件224與進料總成210之間。在此應用中，石墨框架部件250之進料總成接觸面238亦可為諸如本文中所論述的對於膜接觸面而言平滑的表面，使得石墨框架部件250可與進料總成210形成無穿孔流體密封。
圖5為根據本發明之貫穿膜模組44之膜單元200的示意性實例之局部橫截面視圖。在圖5之實例中，膜單元200包括形成氫選擇性膜46之配對202的第一氫選擇性膜270及第二氫選擇性膜272。流體可滲透支撐結構233經定位於第一氫選擇性膜270與第二氫選擇性膜272之間且接觸兩者。第一氫選擇性膜270係由諸如本文中所論述的第一經混合氣體側框架部件274及第一滲透物側框架部件278接觸。同樣地，第二氫選擇性膜272係由諸如本文中所論述的第二經混合氣體側框架部件276及第二滲透物側框架部件280接觸。如進一步所展示，第一經混合氣體側框架部件274及第二經混合氣體側框架部件276中之至少一者為石墨框架部件250，且第一滲透物側框架部件278及第二滲透物側框架部件280中之至少一者為石墨框架部件250。在圖5之實例中，第一滲透物側框架部件278之厚度T 1小於第一經混合氣體側框架部件274之厚度T 2。同樣地，第二滲透物側框架部件280之厚度小於第二經混合氣體側框架部件276之厚度。
根據本發明之石墨框架部件250可為可撓性石墨框架部件252，其除了包括針對石墨框架部件250論述之特徵、功能、組合物、屬性及/或組態中之任一者之外亦可具有可撓性。可撓性石墨框架部件252可經建構以彎曲、變形及/或有彈性地變形以便平滑化表面變化及/或可經建構成以防止損壞氫選擇性膜46及/或防止在內膜殼層222中形成滲透之方式抵靠氫選擇性膜46經壓縮。如在圖5中示意性地說明，當由流體可滲透支撐結構233支撐時，氫選擇性膜46可能不平坦。更特定言之，流體可滲透支撐結構233可包括篩網結構，且每一氫選擇性膜46之中心區230可具有起伏A，此係因為其符合篩網結構之形狀。每一氫選擇性膜46之周邊區228相對於中心區230可具有較小的起伏或縮減的起伏。詳言之，可撓性石墨框架部件252可平滑化或緩衝流體可滲透支撐結構233之周邊區228中之表面變化，以便向氫選擇性膜46提供平滑或經緩衝的支撐表面。考慮到這一點，滲透物側框架部件226（參見圖2，及圖5中之框架部件278、280）可為可撓性石墨框架部件252。亦即，經混合氣體側框架部件224可為可撓性石墨框架部件252，使得可撓性石墨框架部件252可平滑化可存在於進料總成210中之任何表面變化。
圖6至圖7根據本發明提供膜模組44、膜模組44之組件及/或膜基底氫淨化器38、及/或燃料處理器12及/或產生且消耗氫之總成10之實例的較詳細及/或較不示意性說明，該等產生且消耗氫之總成包括及/或利用氫淨化器38。氫淨化器38、膜模組44、燃料處理器12及/或產生且消耗氫之總成10可包括本文中參考圖6至圖7所論述的特徵、功能、結構、組件、屬性等中之任一者，且無需包括所有此類特徵、功能、結構、組件、屬性等。類似地，本文中參考圖1至圖5所揭示之氫淨化器38、膜模組44、燃料處理器12及/或產生且消耗氫之總成10的所有特徵、功能、結構、組件、屬性等可包括在圖6至圖7之實例中及/或與其一起使用，且無需包括所有此類特徵、功能、結構、組件、屬性等。
初始參考圖6，在其中說明分解視圖，其展示膜單元200及對應的進料總成210之實例。如本文中所論述，膜單元200可包括圍繞共同流體可滲透支撐結構233配置的氫選擇性膜46之配對202，使得氫選擇性膜46之配對202可經描述為在其間界定共同滲透物通道，經淨化氫氣流可藉由該共同滲透物通道來收集。膜單元200進一步包括經混合氣體側框架部件224及滲透物側框架部件226，其經建構以支撐氫選擇性膜46且可經建構以當膜模組44包括複數個膜單元時密封、支撐及/或互連膜單元200。在圖6中進一步展示，至少一個滲透物側框架部件226及/或至少一個經混合氣體側框架部件224為石墨框架部件250。
流體可滲透支撐結構233包括篩結構312，其配合在滲透框架314內及/或至少部分地在滲透框架314之表面上方延伸以形成滲透板總成310。滲透物側框架部件226在滲透板總成310之每一平面側上延伸及/或定位，且可用以將滲透板總成310密封至膜單元200之另一結構，諸如經混合氣體側框架部件224及/或氫選擇性膜46。
進料總成210定位成鄰近於膜單元200，以將經混合氣體流遞送至膜單元200，且自膜單元200移除所得脫氫經混合氣體流及/或副產物流。當膜模組44包括複數個膜單元200時，進料總成210可定位於鄰近膜單元200之間。如所展示，進料總成210包括進料板212，其可將膜單元200與另一膜單元分離及/或可將膜單元200與端板總成分離。進料板212具有中心區213，以及經界定於進料板212之周邊上的供應區215及排出區216。進料板212之中心區213可為流體不可滲透的，或至少實質上為流體不可滲透的。供應區215經由一或多個供應通道114將供應歧管110流體連接至經混合氣體區86。類似地，排出區216經由一或多個排出通道116將排出歧管112流體連接至經混合氣體區86。供應通道114及排出通道116穿過進料板212之厚度或全部厚度形成。
進料總成210進一步包括進料框架214，其定位於進料板212之任一側或面上。當進料總成210插入膜單元200與鄰近膜單元之間時，與膜單元200相對定位之進料框架214可與鄰近膜單元介接及/或接觸。當經組裝時，進料框架214與進料板212之每一側之周邊重疊且可在中心區213與鄰近的氫選擇性膜46之間創建開放體積119，其中開放體積119係由進料框架214之厚度及經混合氣體側框架部件224之厚度形成。進料框架214可與供應通道114及排出通道116之中心部分重疊但可不與供應通道114及排出通道116之任一端部重疊。因此，由供應歧管110提供之經混合氣體流可流動通過供應通道114且在進料框架214下方流動，且接著流動至開放體積119中。類似地，脫氫經混合氣體流或副產物流可自開放體積119流動通過排出通道116至排出歧管112。因此，與供應通道114及排出通道116之中心部分重疊的區域中之進料框架214之寬度必然小於通道114、116之跨度或長度，使得供應歧管110及排出歧管112流體連接至開放體積119。
如圖6中所展示，每一進料框架214可包含兩個或多於兩個分離部分。舉例而言，進料框架214可包括外部進料框架部件316及插入於外部進料框架部件316與進料板212之間的進料板墊片318。以此方式，進料板墊片318可經建構以接觸進料板212，而外部進料框架部件316可經建構以接觸膜模組44之另一結構，諸如經混合氣體側框架部件224。
當經組裝時，經混合氣體側框架部件224、滲透物側框架部件226、氫選擇性膜46、滲透框架314及進料總成210可抵靠彼此經壓縮以形成內膜殼層222之一部分，其可使滲透物區88與供應歧管110、排出歧管112及/或經混合氣體區86隔離。篩結構312沿著滲透板總成310之兩側形成周邊區，以准許擴散穿過氫選擇性膜46之氫氣自內膜殼層222流動且作為經淨化氫氣流收集。滲透框架314形成滲透板總成310之其他兩側之周邊區，以與滲透物側框架部件226形成流體密封，且將滲透物區88與經混合氣體區86、供應歧管110及/或排出歧管112隔離。
轉向圖7，其中說明等距分解視圖，其說明膜模組44之實例，該膜模組可經建構以用於根據本發明之氫淨化器38中或用作氫淨化器。膜模組44包括複數個膜單元200及定位於膜單元200之間的複數個進料總成210。膜單元200及進料總成210可共同地被稱作形成膜堆疊65，其可經描述為形成內膜殼層222，該內膜殼層經建構以防止經混合氣體區86、排出歧管112及/或供應歧管110中所含有的除氫氣以外的氣體進入滲透物區88。如進一步所展示，每一膜單元200包括支撐氫選擇性膜46之至少一個石墨框架部件250且可形成諸如本文中所論述的內膜殼層222之一部分。
當經組裝時，膜單元200及進料總成210經堆疊在兩個端板140之間且經圍封在圓柱形殼體142中。端板140及圓柱形殼體142可形成外膜殼層240之可圍封滲透物區88之至少一部分的部分。在此實例中，進料總成210包括定位於外部進料框架部件316與進料板墊片318之間的進料板212。進料總成210定位於膜堆疊65之最接近經混合氣體入口82的端部上，使得進料總成210插入膜單元200與經混合氣體入口82之間。
在圖7之實例中，膜模組44進一步包括至少一個柔性墊片96，其定位於膜堆疊65與端板140之間。柔性墊片96可補償膜單元200及/或進料總成210之金屬組件的尺寸之公差變化及/或補償由於例如藉由焊接或其他組裝方法（例如栓接）來組裝膜單元200而引起的尺寸變化。柔性墊片96可允許組裝製程期間的較大範圍的位移，同時將施加於膜封裝之負載維持在可接受限制內。舉例而言，可使用若干較薄柔性墊片，或一個較厚墊片。換言之，柔性墊片之所要總厚度可藉由任一個厚墊片或若干較薄墊片來實現。
視情況，端板140可經由桿146以機械方式緊固至彼此，該等桿可延伸穿過安置於膜堆疊65及柔性墊片96之周邊區周圍的孔洞148。桿146可用以使膜堆疊65之組件部分彼此對準。
如圖7中所展示，膜模組44亦包括經混合氣體入口82，經混合氣體流36藉由該經混合氣體入口經供應至供應歧管110。自供應歧管110，經混合氣體流36可在膜單元200之間劃分且朝向排出歧管112橫跨膜單元200流動。副產物出口84設置在膜模組44中以自排出歧管112接收副產物流40且自膜模組44排出副產物流40，且經淨化氫出口85經提供以自滲透物區88移除經淨化氫氣流42。
圖8示意性地表示以下實例：其中氫淨化器38包括於產氫燃料處理系統11、產生且消耗氫之總成10及/或產生且消耗能量之總成13中及/或與其一起使用。如所展示，產氫燃料處理系統11包括：燃料處理器12，諸如本文中參考圖1所論述的燃料處理器12中之任一者；及進料流遞送系統17，其經建構以將一或多個進料流16遞送至燃料處理器12。進料流遞送系統17遞送進料流16，其含有含碳原料18且視情況含有水20。進料流遞送系統17可藉由一或多個流將進料流16遞送至燃料處理器12。當含碳原料18可與水混溶時，含碳原料18可與諸如圖8中以實線所展示之進料流16中之水20一起遞送。當含碳原料18為與水不可混溶或僅稍微可混溶時，此等組分典型地作為如圖8中之虛線所指示的單獨或不同進料流16或在該等進料流中經遞送至燃料處理器12。單獨的進料流當經使用時可在燃料處理器內經組合。在另一實例中，含碳原料18及/或水20可作為單個進料流經汽化且遞送。進料流遞送系統17可包括一或多個泵26，其可自一或多個各別供應件19遞送進料流16之組分。進料流遞送系統17另外或替代地可包括閥總成29，其經建構以調節進料流16之組分自至少一個經加壓供應件19之流動。供應件19可位於產氫燃料處理系統11外部，及/或可容納於產氫燃料處理系統11內或鄰近該產氫燃料處理系統。
氫淨化器38亦可包括在產生且消耗氫之總成10中及/或與其一起使用。如圖8中所展示，產生且消耗氫之總成10包括：產氫燃料處理系統11；及氫消耗總成43，其經建構以自產氫燃料處理系統11接收經淨化氫氣流42且消耗或以其他方式使用經淨化氫氣流42之至少一部分。作為一實例，氫消耗總成43可為或包括燃料電池組22，其經建構以自經淨化氫氣流42產生電力輸出27。燃料電池組22含有至少一個且典型地多個燃料電池24，其經建構以自經遞送至其之經淨化氫氣流42之部分及諸如氧氣之氧化劑15產生電流。合適燃料電池之實例包括質子交換膜（proton exchange membrane；PEM）燃料電池及鹼性燃料電池。燃料電池組22可接收經淨化氫氣流42中之一些或全部。另外或替代地，經淨化氫氣流42之至少一部分可經遞送以用於另一氫消耗製程中，諸如經燃燒以供加熱及/或經儲存以供稍後使用。由燃料電池組22產生之電力輸出27可用以滿足能量消耗裝置25之能量需求或所施加負載。作為實例，能量消耗裝置25可包括機動車輛、休旅車、船、工具、燈或照明總成、器具（諸如家用、商業或工業器具）、住宅、建築、傳信設備、通信設備等。另外或替代地，電力輸出27可經儲存以供稍後用在儲能裝置28中，該儲能裝置可包括用於儲存電能之任何合適的裝置，諸如一或多個電池。當由燃料電池組22產生之電力輸出27經供應至能量消耗裝置25及/或儲能裝置28時，氫淨化器38可經描述為包括於產生且消耗能量之總成13中及/或與其一起使用，諸如圖8中所展示。
如本文中所使用，置放於第一實體與第二實體之間的術語「及/或」意謂以下各者中之一者：（1）第一實體、（2）第二實體及（3）第一實體及第二實體。用「及/或」列出的多個實體應以相同方式解釋，亦即，如此結合之實體中之「一或多者」。可視情況存在除了由「及/或」條項所具體地識別之實體以外的其他實體，無論與具體地識別之彼等實體相關或不相關。因此，作為一非限制性實例，對「A及/或B」之參考，當結合諸如「包含」之開放式語言使用時可：在一個實施方式中，係指僅A（視情況包括除B以外的實體）；在另一實施方式中，係指僅B（視情況包括除A以外的實體）；在又一實施方式中，係指A及B兩者（視情況包括其他實體）。此等實體可指元件、動作、結構、步驟、操作、值及其類似者。
如本文中所使用，參考一或多個實體之清單之片語「至少一個」應理解為意謂選自實體之清單中之實體中之任何一或多者的至少一個實體，但不一定包括特定列於實體之清單內之每一個實體中之至少一者，且不排除實體之清單中之實體的任何組合。此定義亦允許可視情況存在除片語「至少一個」所指實體之清單內特定識別之實體以外的實體，無論與特定識別之彼等實體相關或不相關。因此，作為非限制性實例，「A及B中之至少一者」（或等效地「A或B中之至少一者」或，等效地「A及/或B中之至少一者」）可在一個實施方式中指至少一個（視情況包括多於一個）A而不存在B（且視情況包括除B以外的實體）；在另一實施方式中，指至少一個（視情況包括多於一個）B而不存在A（且視情況包括除A以外的實體）；在又一實施方式中，指至少一個（視情況包括多於一個）A及至少一個（視情況包括多於一個）B（且視情況包括其他實體）。換言之，片語「至少一個」、「一或多個」及「及/或」為在操作中作為連接詞及反意連接詞均可之開放式表達。舉例而言，表達「A、B及C中之至少一者」、「A、B或C中之至少一者」、「A、B及C中之一或多者」、「A、B或C中之一或多者」及「A、B及/或C」中之每一者可意謂僅A、僅B、僅C、A及B一起、A及C一起、B及C一起、A、B及C一起，且視情況以上中之任一者與至少一個其他實體組合。
在任何專利、專利申請案或其他參考以引用之方式併入本文中且（1）以不符合及/或（2）以其他方式不符合本發明之非併入部分或任何其他併入參考的方式定義術語的情況下，本發明之非併入部分應控制及其中之術語或併入之揭示內容應僅相對於定義術語及/或最初呈現併入之揭示內容的參考控制。
如本文中所使用，術語「經調適」及「經建構」意謂元件、組件或其他主題經設計及/或意欲執行給定功能。因此，術語「經調適」及「經建構」之使用不應解釋為意謂給定元件、組件或其他主題簡單地「能夠」執行給定功能，而是元件、組件及/或其他主題為了執行功能而具體地選定、產生、實施、使用、經程式化及/或經設計。敍述為經調適以執行特定功能之元件、組件及/或其他所敍述主題可另外或替代地被描述為經建構以執行彼功能，且反之亦然，此亦在本發明之範圍內。
如本文中所使用，片語「舉例而言」、片語「作為一實例」及/或簡言之術語「實例」當參考根據本發明之一或多個組件、特徵、細節、結構、實施方式及/或方法使用時意欲傳達所描述之組件、特徵、細節、結構、實施方式及/或方法為根據本發明之組件、特徵、細節、結構、實施方式及/或方法之說明性、非獨占式的實例。因此，該所描述之組件、特徵、細節、結構、實施方式及/或方法並不意欲為限制性的、必需的或獨佔式的/窮盡性的；且其他組件、特徵、細節、結構、實施方式及/或方法（包括結構上及/或功能上類似及/或等效之組件、特徵、細節、結構、實施方式及/或方法）亦在本發明之範圍內。
在以下所列舉的段落中呈現根據本發明之膜基底氫淨化器、燃料處理器、燃料處理系統及產生且消耗氫之總成的實例。
A1.        一種氫淨化器，其包含一氫分離膜模組，該膜模組包含： 至少一個膜單元，其包含： （i）一氫選擇性膜，其界定一滲透物面及一相對的經混合氣體面； （ii）一流體可滲透支撐結構，其實體地接觸且支撐該滲透物面之至少一中心區； （iii）一滲透物側框架部件，其插入於該氫選擇性膜與該流體可滲透支撐結構之間，使得該滲透物側框架部件實體地接觸該滲透物面之一周邊區及該流體可滲透支撐之一周邊區； （iii）一經混合氣體側框架部件，其實體地接觸該經混合氣體面之一周邊區；且 其中該滲透物側框架部件及該經混合氣體側框架部件中之至少一者為一石墨框架部件。
A2.        如段落A1之膜模組，其中該石墨框架部件包含至少99重量%（wt%）碳。
A2.1.     如段落A1至A2中任一項之膜模組，其中該經混合氣體側框架部件為該石墨框架部件。
A2.2.     如段落A1至A2.1中任一項之膜模組，其中該滲透物側框架部件為該石墨框架部件。
A2.3.     如段落A1至A2.2中任一項之膜模組，其中該經混合氣體側框架部件及該滲透物側框架部件為石墨框架部件。
A2.4.     如段落A2至A2.3中任一項之膜模組，其中該石墨框架部件包含至少99.1wt%碳、99.2wt%碳、99.3wt%碳、99.4wt%碳、99.5 wt%碳、至少99.6wt%碳、至少99.7wt%碳、至少99.8wt%碳及至少99.9wt%碳中之至少一者。
A2.5      如段落A2.4之膜模組，其中該石墨框架部件包含至多99.999 wt%碳。
A2.6.     如段落A2至A2.5中任一項之膜模組，其中該石墨框架部件為一可撓性石墨框架部件。
A3.        如段落A1至A2.6中任一項之膜模組，其中該經混合氣體側框架部件、該滲透物側框架部件及該石墨框架部件中之每一者包含粒狀微粒。
A3.1.     如段落A3之膜模組，其中該石墨框架部件包含至多1 wt%粒狀微粒、至多0.9 wt%粒狀微粒、至多0.8 wt%粒狀微粒、至多0.7 wt%粒狀微粒、至多0.6 wt%粒狀微粒、至多0.5 wt%粒狀微粒、至多0.4 wt%粒狀微粒、至多0.3 wt%粒狀微粒、至多0.2 wt%粒狀微粒、至多0.1 wt%粒狀微粒或至多0.01 wt%粒狀微粒。
A3.2.     如段落A3.1之膜模組，其中該石墨框架部件包含至少0.001 wt%粒狀微粒。
A4.        如段落A3至A3.2中任一項之膜模組，其中該石墨框架部件之該粒狀微粒為細粒粒狀微粒，其由具有至多400微米之一最大尺寸的粒狀微粒組成。
A4.1.     如段落A4之膜模組，其中該細粒粒狀微粒由具有一最大尺寸之粒狀微粒組成，該最大尺寸為至多300微米、至多200微米、至多150微米、至多100微米、至多80微米、至多60微米、至多40微米、至多20微米、至多10微米、至多5微米、至多1微米、至多0.5微米及至多0.2微米中之至少一者。
A4.2      如段落A4.1之膜模組，其中該細粒粒狀微粒之該最大尺寸為至少0.1微米。
A5.        如段落A3至A4.2中任一項之膜模組，其中該粒狀微粒包含灰分、MgO、Al 2O 3、SiO 2、CaO及Fe 2O 3中之一或多者。
A6.        如段落A1至A5中任一項之膜模組，其中該經混合氣體側框架部件、該滲透物側框架部件及該石墨框架部件中之每一者包含硫。
A6.1.     如段落A6之膜模組，其中該石墨框架部件包含至多450 ppm硫、至多400 ppm硫、至多350 ppm硫、至多300 ppm硫、至多250 ppm硫、至多200 ppm硫、至多100 ppm硫、至多50 ppm硫及至多20 ppm硫中之至少一者。
A6.2.     如段落A6.1之膜模組，其中該石墨框架部件包含至少1 ppm硫。
A7.        如段落A1至A6.2中任一項之膜模組，其中該滲透物側框架部件、該經混合氣體側框架部件及該石墨框架部件包含一鹵化物。
A7.1.     如段落A7之膜模組，其中該石墨框架部件包含至多100 ppm鹵化物、至多80 ppm鹵化物、至多60 ppm鹵化物、至多40 ppm鹵化物、至多20 ppm鹵化物、至多10 ppm鹵化物及至多1 ppm鹵化物中之至少一者。
A7.2.     如段落A7.1之膜模組，其中該石墨框架部件包含至少0.2 ppm鹵化物。
A7.3.     如段落A7至A7.2中任一項之膜模組，其中該鹵化物包括一氯化物及一溴化物中之一或多者。
A8.        如段落A1至A7.3中任一項之膜模組，其中該經混合氣體側框架部件經建構以與該氫選擇性膜之該經混合氣體面之該周邊區及一進料總成之一周邊區形成一流體密封。
A8.1.     如段落A1至A8中任一項之膜模組，其中該滲透物側框架部件經建構以與該氫選擇性膜之該滲透物面之該周邊區形成一流體密封。
A9.        如段落A1至A8.1中任一項之膜模組，其中該滲透物側框架部件經建構以支撐該氫選擇性膜之該滲透物面之該周邊區。
A9.1      如段落A1至A9中任一項之膜模組，其中該經混合氣體側框架部件經建構以支撐該氫選擇性膜之該經混合氣體面之該周邊區及一/該進料總成之一/該周邊區。
A10.      如段落A1至A9.1中任一項之膜模組，其中該石墨框架部件之一/該膜接觸面為一平滑表面，且其中該平滑表面經建構以與該氫選擇性膜形成一無穿孔流體密封。
A11.      如段落A1至A10中任一項之膜模組，其中用以下各者中之至少一者的一壓力抵靠該氫選擇性膜壓縮該經混合氣體側框架部件及該滲透物側框架部件：至少2000磅/平方吋（psi）（13.8 MPa（百萬帕斯卡））、至少2900 psi（20 MPa）、至少3000 psi（20.7 MPa）、至少3200 psi（22.1 MPa）、至少3400 psi（23.4 MPa）、至少3600 psi（24.8 MPa）及/或至多3100 psi（21.4 MPa）、至多3200 psi（22.1 MPa）、至多3600 psi（24.8 MPa）、至多3700 psi（25.5 MPa）、至多3800 psi（26.2 MPa）及至多4000 psi（27.6 MPa）。
A12.      如段落A1至A11中任一項之膜模組，其中該氫選擇性膜具有一膜厚度，且其中該膜厚度為至多25微米、至多20微米、至多15微米、至多10微米、至多5微米、至少1微米、至少2微米、至少4微米、至少6微米、至少8微米、至少10微米及至少12微米中之至少一者。
A12.1.   如段落A1至A12中任一項之膜模組，其中該氫選擇性膜係由以下各者中之至少一者形成：一金屬、一貴金屬、一金屬合金、一二元合金、一三元合金、鈀、一鈀合金、一鈀銅（Pd-Cu）合金、一鈀釔合金，及一鈀釕合金。
A12.2.   如段落A12.1之膜模組，其中該氫選擇性膜包括該Pd-Cu合金，且其中該Pd-Cu合金具有具以下各者中之至少一者的一銅組合物：至少15 wt%、至少20 wt%、至少25 wt%、至少30 wt%、至少35 wt%、至少40 wt%、至少45 wt%、至少50 wt%及/或至多60 wt%、至多55 wt%、至多53 wt%、至多50 wt%、至多45 wt%、至多40 wt%、至多35 wt%、至多30 wt%，及至多25 wt%。
A12.3    如段落A1至A12.1中任一項之膜模組，其中該流體可滲透支撐結構包括一篩結構、一或多個網篩、一或多個細粒網篩及一或多個粗略網篩中之一或多者。
A13.      如段落A1至A12.3中任一項之膜模組，其中該滲透物側框架部件之一厚度小於該經混合氣體側框架部件之一厚度。
A13.1.   如段落A13之膜模組，其中該滲透物側框架部件之該厚度小於該經混合氣體側框架部件之該厚度的95%、90%、85%、80%、75%、70%、65%、60%、55%、52%、50%或45%。
A14.      如段落A1至A13中任一項之膜模組，其中該滲透物側框架部件具有一滲透物側框架部件密度，且此外其中該經混合氣體側框架部件具有小於該滲透物側框架部件密度之一臨限分數的一經混合氣體側框架部件密度，其中該臨限分數為95%、90%、85%、80%、78%、75%、70%或65%。
A15.      如段落A1至A11中任一項之膜模組，其中該石墨框架部件之一密度為以下各者中之至少一者： （i）至少0.7公克/立方公分（g/cc）、至少0.8 g/cc、至少0.9 g/cc、至少1 g/cc、至少1.1 g/cc、至少1.2 g/cc、至少1.3 g/cc、至少1.4 g/cc，以及至少1.5 g/cc；及 （ii）至多1.8 g/cc、至多1.7 g/cc、至多1.6 g/cc、至多1.5 g/cc、至多1.4 g/cc、至多1.3 g/cc、至多1.2 g/cc、至多1.1 g/cc以及至多1 g/cc。
A16.      如段落A1至A15中任一項之膜模組，其中該至少一個膜單元包括一對氫選擇性膜，其中該氫選擇性膜為該對氫選擇性膜中之一第一氫選擇性膜，其中該滲透物面為一第一滲透物面且該經混合氣體面為一第一經混合氣體面，該經混合氣體側框架部件為一第一經混合氣體側框架部件，且該滲透物側框架部件為一第一滲透物側框架部件，其中該至少一個膜單元進一步包括： （i）該對氫選擇性膜中之一第二氫選擇性膜，其中該第二氫選擇性膜界定一第二滲透物面及一相對的第二經混合氣體面，其中該流體可滲透支撐結構係定位於該第一氫選擇性膜與該第二氫選擇性膜之間，使得該流體可滲透支撐結構實體地接觸該第一滲透物面之至少該中心區及該第二滲透物面之至少該中心區，且亦使得該第一滲透物面之該中心區與該第二滲透物面之該中心區間隔開； （ii）一第二滲透物側框架部件，其插入於該第二氫選擇性膜與該流體可滲透支撐結構之間，使得該第二滲透物側框架部件實體地接觸該第二滲透物面之一周邊區及該流體可滲透支撐結構之該周邊區；及 （iii）一第二經混合氣體側框架部件，其實體地接觸該第二經混合氣體面之一周邊區。
A16.1.   如段落A16之膜模組，其中該第二滲透物側框架部件支撐該第二滲透物面之該周邊區及該流體可滲透支撐結構之該周邊區。
A16.2.   如段落A16至A16.1中任一項之膜模組，其中該第二滲透物側框架部件與該第二滲透物面之該周邊區及該流體可滲透支撐結構之該周邊區形成一流體密封。
A16.3    如段落A16至A16.2中任一項之膜模組，其中該第二經混合氣體側框架部件與該第二經混合氣體面之該周邊區形成一流體密封。
A16.4.   如段落A16至A16.3中任一項之膜模組，其中第二經混合氣體側框架部件支撐該第二經混合氣體面之一周邊區。
A17.      如段落A16至A16.4中任一項之膜模組，其中該第二滲透物側框架部件及該第二經混合氣體側框架部件中之至少一者為該石墨框架部件。
A18.      如段落A1至A17中任一項之膜模組，其中該膜模組包含複數個膜單元。
A18.1.   如段落A18之膜模組，其中該複數個膜單元包括膜單元之一堆疊，且其中該膜模組包含一對應的進料板總成，該對應的進料板總成定位於膜單元之該堆疊中的每一鄰近對的膜單元之間。
A19.      一種氫淨化器，其包括如段落A1至A18.1中任一項之膜模組，其中該氫淨化器經建構以接收包括氫氣及一或多種其他氣體之一經混合氣體流且將該經混合氣體流分離成一經淨化氫氣流及一副產物流。
A19.1.   如段落A19之膜模組，其中該氫選擇性膜將該氫分離膜模組分離成一經混合氣體區及一滲透物區，其中該膜模組經建構以在該經混合氣體區中接收該經混合氣體流，且其中該氫選擇性膜經建構以准許容納於該經混合氣體流內之該氫氣穿過該氫選擇性膜擴散至該滲透物區以將該經混合氣體流分離成該經淨化氫氣流及該副產物流，且其中該經淨化氫氣流為該經混合氣體流之擴散穿過該氫選擇性膜之部分。
A20.      一種燃料處理器，其包含： 一產氫區，其經建構以接收一進料流且自該進料流產生一/該經混合氣體流；及 氫淨化器，其包括如段落A1至A19.1中任一項之膜模組，其中該膜模組經建構以接收該經混合氣體流且將該經混合氣體流分離成一/該經淨化氫氣流及一/該副產物流。
A21.      如段落A20之燃料處理器，其中該產生氫之區包括含有一重組觸媒之一重組區。
A22.      一種包含如段落A20至A21中任一項之燃料處理器之燃料處理系統，其中該燃料處理系統進一步包括一進料流遞送系統，該進料流遞送系統經建構以將該進料流供應至該產生氫之區。
A23.      一種產生且消耗氫之總成，其包含如段落A22之燃料處理系統；及 一燃料電池組，其中該燃料電池組經建構以自該燃料處理器接收該經淨化氫氣流且自該經淨化氫氣流產生一電流。
A24.      如段落A23之產生且消耗氫之總成，其進一步包含一耗能裝置，該耗能裝置經建構以自該燃料電池組接收該電流。 工業適用性
本文中所揭示之氫淨化器、燃料處理器、燃料處理系統及產生且消耗氫之總成可適用於包括燃料電池行業之製氫及能源生產行業。
在任何專利、專利申請案或其他參考以引用之方式併入本文中且（1）以不符合及/或（2）以其他方式不符合本發明之非併入部分或任何其他併入參考的方式定義術語的情況下，本發明之非併入部分應控制及其中之術語或併入之揭示內容應僅相對於定義術語及/或最初呈現併入之揭示內容的參考控制。
咸信，以上闡述之揭示內容涵蓋具有獨立效用之多個相異發明。雖然此等發明中之每一者已以較佳形式揭示，但其如本文中所揭示並說明的特定實施方式並不在限制性含義上考慮，此係由於大量變化為可能的。本發明之主題包括本文中所揭示之各種元件、特徵、功能及/或屬性之所有新穎及不明顯的組合及子組合。類似地，在申請專利範圍敍述「一（a）」或「一第一（a first）」元件或其等效物之情況下，此申請專利範圍應被理解為包括併入一或多個此類元件，既不要求亦不排除兩個或多於兩個此類元件。
如本文中所使用，當修改程度或關係時，「至少實質上」不僅包括所敍述「實質」程度或關係，而且亦包括所敍述程度或關係之全部範圍。大量所敍述程度或關係可包括至少75%的所敍述程度或關係。舉例而言，至少實質上由材料形成之物件包括其中物件之至少75%係由該材料形成之物件，且亦包括完全由該材料形成之物件。作為另一實例，至少實質上平行於第二方向之第一方向包括相對於第二方向形成至多22.5度之角度的第一方向，且亦包括完全平行於第二方向之第一方向。作為另一實例，實質上等於第二長度之第一長度包括為第二長度之至少75%的第一長度、等於第二長度之第一長度，及超過第二長度使得第二長度為第一長度之至少75%的第一長度。
咸信，以下申請專利範圍特別指出，某些組合及子組合係針對所揭示發明中之一者，且係新穎且非顯而易見的。可經由在此或相關申請案中修正目前申請專利範圍或呈現新的申請專利範圍來主張在特徵、功能、元件及/或屬性之其他組合及子組合中所體現之發明。此類經修正或新的申請專利範圍無論其係針對不同發明抑或針對相同發明，無論範圍不同於、寬於、窄於或等於原始申請專利範圍之範圍，都亦被視為包括於本發明之發明之主題內。
10:產生且消耗氫之總成 11:產氫燃料處理系統 12:燃料處理器 13:消耗且產生能量之裝置 15:氧化劑 16:進料流 17:進料流遞送系統 18:原料 19:進料流供應件 20:水 22:燃料電池組 24:燃料電池 25:耗能裝置 26:進料流遞送系統之泵 27:電力輸出 28:儲能裝置 29:進料流遞送系統之閥總成 30:重組器 32:產氫區 34:重組觸媒 36:經混合氣體流 38:膜基底氫淨化器 40:副產物流 42:經淨化氫氣流 43:氫消耗總成 44:膜模組 45:拋光區 46:氫選擇性膜 50:經混合氣體面 52:滲透物面 62:氫氣 63:其他氣體 65:膜堆疊 82:經混合氣體入口 84:副產物出口 85:經淨化氫出口 86:經混合氣體區 88:滲透物區 91:加熱總成 92:燃燒器總成 94:經加熱容納結構 96:柔性墊片 110:供應歧管 112:排出歧管 114:供應通道 116:排出通道 119:開放的體積 140:端板 142:圓柱形殼體 146:桿 148:孔洞 200:膜單元 202:膜對 210:進料總成 212:進料板 213:進料板之中心區 214:進料框架部件 215:進料板之供應區 216:進料板之排出區 220:膜支撐總成 222:內膜殼層 224:經混合氣體側框架部件 226:滲透物側框架部件 228:周邊區 230:中心區 233:流體可滲透支撐結構 234:膜接觸面 236:膜支撐接觸面 238:進料總成接觸面 239:開放的中心區 240:外膜殼層 250:石墨框架部件 252:可撓性石墨框架部件 270:第一氫選擇性膜 272:第二氫選擇性膜 274:第一經混合氣體側框架部件 276:第二經混合氣體側框架部件 278:第一滲透物側框架部件 280:第二滲透物側框架部件 290:粒狀微粒 292:細粒粒狀微粒 294:化學雜質 300:第一經混合氣體面 302:第二經混合氣體面 304:第一滲透物面 306:第二滲透物面 310:滲透板總成 312:篩結構 314:滲透框架 316:外部進料框架部件 318:進料板墊片 320:第一進料總成 322:第二進料總成
[圖1]為根據本發明之氫淨化器之實例的示意性表示，該等氫淨化器包括視情況形成燃料處理器及/或燃料處理系統之一部分的氫淨化器。 [圖2]為根據本發明之等距分解視圖，其說明氫淨化器的膜單元之實例。 [圖3]為根據本發明之等距分解視圖，其說明包括一對氫選擇性膜之膜單元之實例。 [圖4]為根據本發明之定位在氫淨化器內的膜單元之實例之局部示意性表示。 [圖5]為根據本發明之貫穿包括一對氫選擇性膜之示意性膜單元之局部橫截面視圖。 [圖6]為根據本發明之等距分解視圖，其說明膜單元及進料板總成之較不示意性實例。 [圖7]為根據本發明之膜模組之分解視圖，該膜模組包括複數個膜單元且形成氫淨化器之至少一部分。 [圖8]為根據本發明之包括於產氫燃料處理系統中的氫淨化器之示意性表示，該產氫燃料處理系統視情況形成產生且消耗氫之總成的一部分。
38:膜基底氫淨化器
44:膜模組
46:氫選擇性膜
86:經混合氣體區
88:滲透物區
200:膜單元
202:膜對
220:膜支撐總成
224:經混合氣體側框架部件
226:滲透物側框架部件
228:周邊區
233:流體可滲透支撐結構
250:石墨框架部件
270:第一氫選擇性膜
272:第二氫選擇性膜
274:第一經混合氣體側框架部件
276:第二經混合氣體側框架部件
278:第一滲透物側框架部件
280:第二滲透物側框架部件
300:第一經混合氣體面
302:第二經混合氣體面
304:第一滲透物面
306:第二滲透物面

Claims (20)

  1. 一種氫淨化器，其包含一氫分離膜模組，該膜模組包含：至少一個膜單元，其包含：(i)一氫選擇性膜，其界定一滲透物面及一相對的經混合氣體面；(ii)一流體可滲透支撐結構，其實體地接觸且支撐該滲透物面之至少一中心區；(iii)一滲透物側框架部件，其插入於該氫選擇性膜與該流體可滲透支撐結構之間，使得該滲透物側框架部件實體地接觸該滲透物面之一周邊區及該流體可滲透支撐結構之一周邊區；(iv)一經混合氣體側框架部件，其實體地接觸該氫選擇性膜之該經混合氣體面之一周邊區；其中該滲透物側框架部件及該經混合氣體側框架部件中之至少一者為一石墨框架部件；且其中該石墨框架部件包含具有非石墨成份之粒狀微粒，其中該粒狀微粒由具有至多400微米且至少0.01微米之一最大尺寸的粒狀微粒組成。
  2. 如請求項1之氫淨化器，其中該石墨框架部件包含至少99重量百分比(wt%)碳。
  3. 如請求項1之氫淨化器，其中該經混合氣體側框架部件為該石墨框架部件。
  4. 如請求項1之氫淨化器，其中該滲透物側框架部件為該石墨框架部件。
  5. 如請求項1之氫淨化器，其中該經混合氣體側框架部件及該滲透物側框架部件為石墨框架部件。
  6. 如請求項1之氫淨化器，其中該石墨框架部件包含至少99.8wt% 碳及至多99.999wt%碳。
  7. 如請求項1之氫淨化器，其中該石墨框架部件為一可撓性石墨框架部件。
  8. 如請求項1之氫淨化器，其中該石墨框架部件包含至少0.001wt%粒狀微粒，且其中該石墨框架部件包含至多1wt%粒狀微粒。
  9. 如請求項1之氫淨化器，其中該粒狀微粒包含灰分、MgO、Al2O3、SiO2、CaO及Fe2O3中之一或多者。
  10. 如請求項1之氫淨化器，其中該經混合氣體側框架部件、該滲透物側框架部件及該石墨框架部件中之每一者包含硫，其中該石墨框架部件包含至少1ppm硫，且其中該石墨框架部件包含至多450ppm硫。
  11. 如請求項1之氫淨化器，其中該滲透物側框架部件、該經混合氣體側框架部件及該石墨框架部件包含一鹵化物，其中該石墨框架部件包含至少0.2ppm鹵化物，且其中該石墨框架部件包含至多100ppm鹵化物。
  12. 如請求項1之氫淨化器，其中該石墨框架部件包含一膜接觸面，其實體地接觸且支撐該氫選擇性膜之一周邊區，其中該石墨框架部件之該膜接觸面包含一表面粗糙度，該表面粗糙度具有至少0.01微米且至多400微米之一最大振幅(R p )。
  13. 如請求項1之氫淨化器，其中該氫選擇性膜具有一膜厚度，且其中該膜厚度為至多25微米及至少1微米。
  14. 如請求項1之氫淨化器，其中該石墨框架部件之一密度為至少0.7公克/立方公分(g/cc)及至多1.8g/cc。
  15. 如請求項1之氫淨化器，其中該滲透物側框架部件支撐該氫選擇性膜之一周邊區，且此外其中該經混合氣體側框架部件與該氫選擇性膜之該經混合氣體面之該周邊區形成一流體密封。
  16. 如請求項1之氫淨化器，其中該至少一個膜單元包括一成對氫選擇性膜，其中該氫選擇性膜為該成對氫選擇性膜中之一第一氫選擇性膜，其中該滲透物面為一第一滲透物面且該經混合氣體面為一第一經混合氣體面，該經混合氣體側框架部件為一第一經混合氣體側框架部件，且該滲透物側框架部件為一第一滲透物側框架部件，其中該至少一個膜單元進一步包括：(i)該成對氫選擇性膜中之一第二氫選擇性膜，其中該第二氫選擇性膜界定一第二滲透物面及一相對的第二經混合氣體面，其中該流體可滲透支撐結構係定位於該第一氫選擇性膜與該第二氫選擇性膜之間，使得該流體可滲透支撐結構實體地接觸該第一滲透物面之至少一中心區及該第二滲透物面之至少一中心區，且亦使得該第一滲透物面之該中心區與該第二滲透物面之該中心區間隔開；(ii)一第二滲透物側框架部件，其插入於該第二氫選擇性膜與該流體可滲透支撐結構之間，使得該第二滲透物側框架部件實體地接觸該第二滲透物面之一周邊區及該流體可滲透支撐結構之該周邊區；(iii)一第二經混合氣體側框架部件，其實體地接觸該第二經混合氣體面之一周邊區；且其中該第二滲透物側框架部件及該第二經混合氣體側框架部件中之至少一者為該石墨框架部件。
  17. 如請求項16之氫淨化器，其中該第二滲透物側框架部件支撐該第二滲透物面之該周邊區及該流體可滲透支撐結構之該周邊區，且此外其中該第二經混合氣體側框架部件與該第二經混合氣體面之該周邊區形成一流體密封。
  18. 如請求項1之氫淨化器，其中該膜模組包含複數個膜單元。
  19. 如請求項1之氫淨化器，其中該氫淨化器經建構以接收包括氫 氣及一或多種其他氣體之一經混合氣體流且將該經混合氣體流分離成一經淨化氫氣流及一副產物流，其中該氫選擇性膜將該氫分離膜模組分離成一經混合氣體區及一滲透物區，其中該膜模組經建構以在該經混合氣體區中接收該經混合氣體流，且其中該氫選擇性膜經建構以准許容納於該經混合氣體流內之該氫氣穿過該氫選擇性膜擴散至該滲透物區以將該經混合氣體流分離成該經淨化氫氣流及該副產物流，且其中該經淨化氫氣流為該經混合氣體流之擴散穿過該氫選擇性膜之部分。
  20. 一種燃料處理器，其包含：一產氫區，其經建構以接收一進料流且自該進料流產生經混合氣體流；及如請求項19之氫淨化器，其中該膜模組經建構以接收該經混合氣體流且將該經混合氣體流分離成該經淨化氫氣流及該副產物流。
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