台湾专利TW201307198A 氫氣產生組件及氫氣純化裝置

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专利摘要:
本發明揭示氫氣產生組件、氫氣純化裝置及其構件，及製造彼等組件、裝置及構件之方法。在一些具體實例中，該等組件可包括具有填充材料之蒸發區，該材料經組態以使熱量自熱排出流轉移至含液體進料流，及/或隔熱基座，其相鄰於燃燒區且經組態以降低外殼之外部溫度。在一些具體實例中，該等組件可包括經組態以維持點火器組件與進料流管道熱連通之冷卻塊、包括催化塗層之點火器組件、及/或燃料流分佈組件。在一些具體實例中，該等組件可包括經組態以使熱量自外部加熱器傳導至外殼部分的導熱組件。在一些具體實例中，該等裝置可包括具有膜支撐結構之框架及/或可包括經組態以防止金屬間擴散的微孔篩網結構。
公开号:TW201307198A
申请号:TW101124209
申请日:2012-07-05
公开日:2013-02-16
发明作者:David J Edlund
申请人:David J Edlund；
IPC主号:B01D71-00

专利说明:
氫氣產生組件及氫氣純化裝置
氫氣產生組件為將一或多種原料轉化成含有氫氣作為主要組分之產物流的組件。原料可包括含碳原料，且在一些具體實例中，亦可包括水。原料自原料傳遞系統傳遞至氫氣產生組件之氫氣產生區，典型地，原料在壓力及高溫下傳遞。氫氣產生區通常與溫度調節組件(諸如加熱組件或冷卻組件)相連，該溫度調節組件消耗一或多個燃料流以將氫氣產生區維持在有效產生氫氣的適合溫度範圍內。氫氣產生組件可經任何適合機制產生氫氣，諸如蒸汽重組、自熱重組、熱解及/或催化部分氧化。
然而，產生或製造之氫氣可能具有雜質。彼氣體可能稱為含有氫氣及其他氣體之混合氣流。在使用混合氣流之前，須進行純化以諸如移除至少一部分其他氣體。氫氣產生組件因此可包括用於提高混合氣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個氫氣選擇性膜以將混合氣流分離成產物流及副產物流。產物流含有較高濃度之氫氣及/或較低濃度的一或多種其他氣體，均來自混合氣流。使用一或多個氫氣選擇性膜進行之氫氣純化為壓力驅動分離過程，其中一或多個氫氣選擇性膜含於壓力容器中。混合氣流與膜之混合氣體表面接觸，且產物流由滲透通過膜之至少一部分混合氣流形成。壓力容器典型地經密封以防止氣體進入或離開壓力容器，但經限定之入口及出口埠或管道進入或離開除外。
產物流可用於多種應用中。一個所述應用為能量產生，諸如電化學燃料電池中。電化學燃料電池為將燃料及氧化劑轉化為電、反應產物及熱量之裝置。舉例而言，燃料電池可將氫氣及氧氣轉化為水及電。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組件一起用於提供能量產生組件。
氫氣產生組件、氫氣加工組件及/或彼等組件之構件的實例描述於美國專利第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；及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號中。上述專利及專利申請公開案之全部揭示內容出於所有目的以引用的方式併入本文中。
一些具體實例提供一種蒸汽重組氫氣產生組件，其經組態(configured)以接收至少一個包括水及含碳原料之含液體進料流，且產生含有氫氣作為主要組分及其他氣體之重組物流。在一些具體實例中，氫氣產生組件可包括蒸發區，其經組態以接收及蒸發至少一個含液體進料流的至少一部分以形成蒸氣進料流，及氫氣產生區，其含有重組催化劑且經組態以接收蒸氣進料流及經蒸汽重組反應產生重組物流。氫氣產生組件可另外包括加熱組件，其經組態產生熱排出流以用於將蒸發區加熱至至少一個最低蒸發溫度。蒸發區可包括填充材料，該材料經組態以將熱量自熱排出流轉移至至少一個含液體進料流。
在一些具體實例中，氫氣產生組件可包括外殼，及含於該外殼內且包括重組催化劑之氫氣產生區。氫氣產生區可經組態以經蒸汽重組反應由至少一個進料流產生重組物流。氫氣產生組件可另外包括加熱組件，該加熱組件經組態以接收至少一個空氣流及至少一個燃料流且在含於外殼內之燃燒區中燃燒該至少一個燃料流，從而產生熱排出流，其用於將至少氫氣產生區加熱至至少一個最低氫氣產生溫度。氫氣產生組件可另外包括隔熱基座，其經組態以降低外殼之外部溫度，該隔熱基座相鄰於燃燒區。外殼可支撐於隔熱基座上且隔熱基座可包括隔熱材料及至少一個延伸穿過隔熱材料之通路。該至少一個通路可與燃燒區流體連通。
在一些具體實例中，氫氣產生組件可包括外殼，及含於外殼內且包括重組催化劑之氫氣產生區，且該氫氣產生區經組態以接收至少一個進料流及經蒸汽重組反應產生重組物流。氫氣產生組件可另外包括與氫氣產生區流體連通且至少一個進料流在傳遞至氫氣產生區之前會通過的進料流管道，及與氫氣產生區熱連通之加熱組件。加熱組件可包括用於接收至少一個燃料流及至少一個空氣流之入口，及經組態以點燃該至少一個燃料流之點火器組件。點火器組件可包括本體部分、附接於本體部分之至少一個點火器元件，及與該至少一個點火器元件電連通且至少部分經該本體部分封閉的導線。點火器組件可另外包括金屬冷卻塊，其具有彼此熱連通的至少第一及第二通道。第一通道可接收至少一部分本體部分及至少部分導線，且第二通道可接收至少一部分進料流管道。
在一些具體實例中，氫氣產生組件可包括含有重組催化劑之氫氣產生區。氫氣產生區可經組態以接收至少一個進料流及經蒸汽重組反應產生重組物流。氫氣產生組件可另外包括與氫氣產生區熱連通之加熱組件。加熱組件可包括經組態以點燃至少一個燃料流的點火器組件。點火器組件可包括點火器元件，其具有經組態以在氧氣存在下燃燒氫氣的催化活性塗層。
在一些具體實例中，氫氣產生組件可包括具有底部部分之外殼，及含於該外殼內且包括重組催化劑之氫氣產生區。氫氣產生區可經組態以經蒸汽重組反應由至少一個進料流產生重組物流。氫氣產生組件可另外包括加熱組件，該加熱組件經組態以接收至少一個空氣流及至少一個燃料流且在含於外殼內之燃燒區中燃燒該至少一個燃料流，從而產生熱排出流，其用於將至少氫氣產生區加熱至至少一個最低氫氣產生溫度。氫氣產生組件可另外包括附接於外殼底部部分之燃料分佈組件。燃料分佈組件可經組態以將至少一個燃料流分佈至燃燒區中。燃料分佈可包括基座，其包括至少一個與燃燒區流體連通之通路，及支撐於基座上的網格組件。燃料分佈組件可另外包括具有周長之頂壁，及至少一個具有頂部部分及底部部分之側壁。頂部部分可圍繞周長安裝且底部部分可支撐於網格組件上，使得在至少一個側壁內且在頂壁與網格組件之間形成燃料流分佈區。燃料分佈組件可另外包括進入燃料流分佈區中之入口，及與入口流體連接且經組態以接收至少一個燃料流之燃料流管道。網格組件可包括用於至少一個燃料流自燃料流分佈區流至燃燒區的至少一個路徑。
在一些具體實例中，氫氣產生組件可包括外殼，及含於該外殼內且包括重組催化劑之氫氣產生區。氫氣產生區可經組態以經蒸汽重組反應由至少一個進料流產生重組物流。氫氣產生組件可另外包括在外殼外部且附接於外殼之至少一部分的導熱組件。導熱組件可經組態以使熱量自一或多個附接於導熱組件之外部加熱器傳導至外殼的至少一部分。
一些具體實例提供氫氣純化裝置。在一些具體實例中，氫氣純化裝置可包括第一及第二終端框架。第一及第二終端框架可包括輸入埠，其經組態以接收含有氫氣及其他氣體的混合氣流；及輸出埠，其經組態以接收含有濃度比混合氣流中高之氫氣及濃度比混合氣流中低之其他氣體中至少一者的滲透物流。第一及第二終端框架可另外包括副產物埠，其經組態以接收含有其他氣體之至少相當大部分的副產物流。氫氣純化裝置可另外包括至少一個氫氣選擇性膜，其安置於第一與第二終端框架之間且緊固於第一及第二終端框架。至少一個氫氣選擇性膜可包括進料側及滲透側。至少一部分滲透物流可由自進料側向滲透側傳遞之混合氣流的一部分形成，保留在進料側之混合氣流之剩餘部分形成至少一部分副產物流。氫氣純化裝置另外包括複數個框架，安置於第一及第二終端框架中至少一者與至少一個氫氣選擇性膜之間。複數個框架中之每一個框架均可包括界定開口區域及框架平面之周長殼。各框架可另外包括至少一個延伸至開口區域中之第一膜支撐結構。至少一個第一膜支撐結構中之每一者均可與複數個框架之其他第一膜支撐結構在第一膜支撐平面內共平面。第一膜支撐平面可垂直於複數個框架中之每一個框架的框架平面。
在一些具體實例中，氫氣純化裝置可包括第一及第二端板。第一及第二端板可包括輸入埠，其經組態以接收含有氫氣及其他氣體的混合氣流；及輸出埠，其經組態以接收含有濃度比混合氣流中高之氫氣及濃度比混合氣流中低之其他氣體中至少一者的滲透物流。第一及第二端板可另外包括副產物埠，其經組態以接收含有其他氣體之至少相當大部分的副產物流。氫氣純化裝置可另外包括至少一個安置於第一與第二端板之間的氫氣選擇性膜。至少一個氫氣選擇性膜具有進料側及滲透側。至少一部分滲透物流可由自進料側向滲透側傳遞之混合氣流的一部分形成，保留在進料側之混合氣流之剩餘部分形成至少一部分副產物流。氫氣純化裝置可另外包括經組態以支撐至少一個氫氣選擇性膜之微孔篩網結構。微孔篩網結構一般可包括經組態以向滲透側提供支撐的相對表面，及在相對表面之間延伸的複數個流體通路。微孔篩網結構可包括含有氧化鋁層之不鏽鋼，該氧化鋁層經組態以防止不鏽鋼與至少一個氫氣選擇性膜之間的金屬間擴散。
一些具體實例提供一種製造用於氫氣純化裝置之框架的方法。該框架可安置於第一與第二終端框架之間且緊固於第一及第二終端框架中至少一者。該方法可包括以至少一種具有一熔點之分層金屬電鍍框架之第一及第二區段，及接合第一及第二區段。該方法可另外包括使接合之第一及第二區段的溫度升高至高於熔點，及使該至少一種分層金屬擴散至第一及第二區段中使得形成合金。合金之熔點可高於該至少一種分層金屬之熔點。【發明揭露詳細說明】
圖1顯示氫氣產生組件20之實例。除非明確排除，否則氫氣產生組件可包括本發明中所述之其他氫氣產生組件的一或多個構件。氫氣產生組件可包括經組態以產生產物氫氣流21的任何適合結構。舉例而言，氫氣產生組件可包括原料傳遞系統22及燃料加工組件24。原料傳遞系統可包括經組態以將至少一個進料流26選擇性傳遞至燃料加工組件的任何適合結構。
在一些具體實例中，原料傳遞系統22可另外包括經組態以將至少一個燃料流28選擇性傳遞至燃料加工組件24之爐頭或其他加熱組件的任何適合結構。在一些具體實例中，進料流26及燃料流28可為傳遞至燃料加工組件之不同部分的同一物流。原料傳遞系統可包括任何適合傳遞機構，諸如用於推進流體流之正排量式或其他適合泵或機構。在一些具體實例中，原料傳遞系統可經組態以傳遞進料流26及/或燃料流28而無需使用泵及/或其他電動流體傳遞機構。可與氫氣產生組件20一起使用的適合原料傳遞系統之實例包括美國專利第7,470,293號及第7,601,302號以及美國專利申請公開案第2006/0090397號中所述之原料傳遞系統。上述專利及專利申請案之全部揭示內容出於所有目的以引用的方式併入本文中。
進料流26可包括至少一個氫氣產生流體30，其可包括一或多種可用作產生產物氫氣流21之反應物的流體。舉例而言，氫氣產生流體可包括含碳原料，諸如至少一種烴及/或醇。適合烴之實例包括甲烷、丙烷、天然氣、柴油(diesel)、煤油、汽油等。適合醇之實例包括甲醇、乙醇、多元醇(諸如乙二醇及丙二醇)等。此外，氫氣產生流體30可包括水，諸如當燃料加工組件經蒸汽重組及/或自熱重組產生產物氫氣流時。當燃料加工組件24經熱解或催化部分氧化產生產物氫氣流時，進料流26不含水。
在一些具體實例中，原料傳遞系統22可經組態以傳遞含有水與含碳原料之混合物的氫氣產生流體30，該含碳原料可與水混溶(諸如甲醇及/或另一水溶性醇)。該流體流中水與含碳原料之比率可根據一或多種因素而變化，諸如所用之特定含碳原料、使用者偏好、燃料加工組件之設計、燃料加工組件用於產生產物氫氣流之機構等。舉例而言，水與碳之莫耳比可為約1：1至3：1。此外，水與甲醇之混合物可在1：1莫耳比(31 vol%水、69 vol%甲醇)或接近1：1莫耳比下傳遞，而烴或其他醇之混合物可在水與碳莫耳比大於1：1時傳遞。
當燃料加工組件24經重組產生產物氫氣流21時，進料流26可包括例如約25-75 vol%甲醇或乙醇(或另一可與水混溶之適合含碳原料)及約25-75 vol%水。對於至少實質上包括甲醇及水之進料流，彼等物流可包括約50-75 vol%甲醇及約25-50 vol%水。含有乙醇或其他可與水混溶之醇的物流可含有約25-60 vol%醇及約40-75 vol%水。用於利用蒸汽重組或自熱重組之氫氣產生組件20的進料流的實例含有69 vol%甲醇及31 vol%水。
儘管原料傳遞系統22顯示經組態以傳遞單一進料流26，但原料傳遞系統可經組態以傳遞兩個或兩個以上進料流26。彼等物流可含有相同或不同之原料且可具有不同組成、至少一種常見組分、無常見組分或相同組成。舉例而言，第一進料流可包括第一組分，諸如含碳原料，且第二進料流可包括第二組分，諸如水。此外，儘管在一些具體實例中原料傳遞系統22可經組態以傳遞單一燃料流28，但原料傳遞系統可經組態以傳遞兩個或兩個以上燃料流。燃料流可具有不同組成、至少一種常見組分、無常見組分或相同組成。此外，進料及燃料流可以不同相自原料傳遞系統排放。舉例而言，一個物流可為液流而另一物流為氣流。在一些具體實例中，兩個物流皆可為液流，而在其他具體實例中，兩個物流皆可為氣流。此外，儘管氫氣產生組件20顯示包括單一原料傳遞系統22，但氫氣產生組件可包括兩個或兩個以上原料傳遞系統22。
燃料加工組件24可包括氫氣產生區32，其經組態以經任何適合氫氣產生機制產生含有氫氣之輸出流34。輸出流可包括氫氣作為至少一種主要組分，且可包括其他氣態組分。輸出流因此可稱為含有氫氣作為其主要組分但包括其他氣體之「混合氣流」。
氫氣產生區32可包括任何適合含催化劑之床或區域。當氫氣產生機制為蒸汽重組時，氫氣產生區可包括適合蒸汽重組催化劑36以促進由含有含碳原料及水之進料流26產生輸出流34。在該具體實例中，燃料加工組件24可稱為「蒸汽重組器」，氫氣產生區32可稱為「重組區」，且輸出流34可稱為「重組物流」。重組物流中可能存在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。
當氫氣產生機制為自熱重組時，氫氣產生區32可包括適合自熱重組催化劑以促進在空氣存在下由含有水及含碳原料之進料流26產生輸出流34。此外，燃料加工組件24可包括經組態以向氫氣產生區傳遞空氣流之空氣傳遞組件38。
在一些具體實例中，燃料加工組件24可包括純化(或分離)區40，其可包括經組態以自輸出(或混合氣體)流34產生至少一種富含氫氣流42的任何適合結構。富含氫氣流42可包括比輸出流34中高的氫氣濃度及/或較低濃度之一或多種存在於彼輸出流中的其他氣體(或雜質)。產物氫氣流21包括至少一部分富含氫氣流42。因此，產物氫氣流21及富含氫氣流42可為同一物流且具有相同組成及流動速率。或者，富含氫氣流42中的一些經純化氫氣可儲存以供以後使用，諸如儲存於適合氫氣儲存組件中及/或由燃料加工組件消耗。純化區40亦可稱為「氫氣純化裝置」或「氫氣加工組件」。
在一些具體實例中，純化區40可產生至少一種副產物流44，其可不含氫氣或含有一些氫氣。副產物流可排出，送至爐頭組件及/或其他燃燒源，用作經加熱流體流，儲存以供以後使用，及/或以其他方式利用、儲存及/或處置。此外，純化區40可回應於輸出流34之傳遞而放出呈連續流形式之副產物流，或可間歇放出彼物流，諸如在分批製程中或當輸出流之副產物部分至少暫時保留在純化區中時。
燃料加工組件24可包括一或多個經組態以產生一或多個副產物流的純化區，該等副產物流含有足量氫氣以適用作用於燃料加工組件之加熱組件的燃料流(或原料流)。在一些具體實例中，副產物流可具有足夠燃燒值或氫氣含量以使加熱組件能夠將氫氣產生區維持在所要操作溫度下或所選溫度範圍內。舉例而言，副產物流可包括氫氣，諸如10 wt%-30 wt%氫氣、15 wt%-25 wt%氫氣、20 wt%-30 wt%氫氣、至少10 wt%或15 wt%氫氣、至少20 wt%氫氣等。
純化區40可包括經組態以降低輸出流21之至少一種組分之濃度的任何適合結構。在大多數應用中，富含氫氣流42之氫氣濃度將高於輸出流(或混合氣流)34。富含氫氣流亦可具有較低濃度之一或多種存在於輸出流34中的非氫氣組分，而富含氫氣流之氫氣濃度比輸出流高、與之相同或比輸出流低。舉例而言，在習知燃料電池系統中，一氧化碳即使以數百萬分率存在亦可破壞燃料電池堆疊，而輸出流34中可能存在的其他非氫氣組分(諸如水)即使以大得多的濃度存在亦將不會破壞堆疊。因此，在該應用中，純化區可能不會提高整體氫氣濃度，但將降低對產物氫氣流之所要應用有害或可能有害的一或多種非氫氣組分之濃度。
用於純化區40之適合裝置的實例包括一或多個氫氣選擇性膜46、化學一氧化碳移除組件48及/或變壓吸附(PSA)系統50。純化區40可包括一種以上類型之純化裝置且該等裝置可具有相同或不同結構及/或藉由相同或不同機制操作。燃料加工組件24可在純化區下游包括至少一個限制孔口及/或其他流量限制器，諸如與一或多個產物氫氣流、富含氫氣流及/或副產物流相連。
氫氣選擇性膜46對氫氣是可滲透的，但對輸出流34之其他組分至少實質上(若非完全)不可滲透。膜46可由適用於操作純化區40之操作環境及參數的任何氫氣可滲透材料形成。膜46之適合材料的實例包括鈀及鈀合金，及尤其該等金屬及金屬合金之薄膜。已證實鈀合金尤其有效，尤其具有35 wt%至45 wt%銅之鈀。已證實含有約40 wt%銅之鈀-銅合金尤其有效，但可使用其他相對濃度及組分。另一尤其有效合金為具有2 wt%至10 wt%金之鈀，尤其具有5 wt%金之鈀。當使用鈀及鈀合金時，氫氣選擇性膜46有時可稱為「箔」。
化學一氧化碳移除組件48為使輸出流34之一氧化碳及/或其他非所要組分發生化學反應形成不再可能有害之其他組成物的裝置。化學一氧化碳移除組件之實例包括經組態以由水及一氧化碳產生氫氣及二氧化碳的水-氣體轉移反應器、經組態以將一氧化碳轉化為二氧化碳之部分氧化反應器，及經組態以將一氧化碳及氫氣轉化為甲烷及水之甲烷化催化劑區(或床)。燃料加工組件24可包括一個以上類型及/或數目之化學移除組件48。
變壓吸附(PSA)為自輸出流34移除氣態雜質的化學過程，其基於以下原理：某些氣體在適當溫度及壓力條件下將比其他氣體更牢固地吸附於吸附材料上。典型地，自輸出流34吸附及移除雜質。雜質氣體之吸附在高壓下進行。當壓力降低時，雜質自吸附材料解吸附，因此使吸附材料再生。典型地，PSA為循環過程且需要至少兩個床以連續(與分批相對)操作。可用於吸附床中的適合吸附材料之實例為活性碳及沸石。PSA系統50亦提供用於純化區40之裝置的實例，其中副產物或移除之組分不會在輸出流純化的同時以氣流形式自該區直接排出。實際上，此等副產物組分在吸附材料再生或以其他方式自純化區移除時經移除。
在圖1中，顯示純化區40在燃料加工組件24內。如圖1中以點劃線示意性說明，純化區或者可單獨位於燃料加工組件下游。純化區40亦可包括在燃料加工組件內部及外部之部分。
燃料加工組件24亦可包括呈加熱組件52形式之溫度調節組件。加熱組件可經組態以典型地當在空氣存在下燃燒時由至少一個加熱燃料流28產生至少一個熱排出流(或燃燒流)54。熱排出流54在圖1中作為加熱氫氣產生區32示意性說明。加熱組件52可包括經組態以產生熱排出流之任何適合結構，諸如爐頭或燃燒催化劑，其中燃料與空氣一起燃燒產生熱排出流。加熱組件可包括點火器或點火源58，其經組態以起始燃料之燃燒。適合點火源之實例包括一或多個火花塞、點火栓、燃燒催化劑、引火燈、壓電點火器、火花點火器、熱表面點火器等。
在一些具體實例中，加熱組件52可包括爐頭組件60且可稱為基於燃燒或燃燒驅動之加熱組件。在基於燃燒之加熱組件中，加熱組件52可經組態以接收至少一個燃料流28及在空氣存在下燃燒該燃料流以提供熱燃燒流54，其可用於加熱至少燃料加工組件之氫氣產生區。空氣可經多種機制傳遞至加熱組件。舉例而言，如圖1所示，空氣流62可以分離流形式傳遞至加熱組件。或者或另外，空氣流62可與加熱組件52之至少一個燃料流28一起傳遞至加熱組件及/或自利用加熱組件之環境中抽出。
或者或另外，燃燒流54可用於加熱與加熱組件一起使用之燃料加工組件及/或燃料電池系統的其他部分。此外，可使用其他組態及類型之加熱組件52。舉例而言，加熱組件52可為電動加熱組件，其經組態以藉由使用至少一個加熱元件(諸如電阻加熱元件)產生熱量來加熱至少燃料加工組件24之氫氣產生區32。在彼等具體實例中，加熱組件52可能不接收及燃燒可燃燃料流將氫氣產生區加熱至適合氫氣產生溫度。加熱組件之實例揭示於美國專利第7,632,322號中，其全部揭示內容出於所有目的以引用的方式併入本文中。
加熱組件52可與氫氣產生區及/或分離區一起容納於共用殼或機殼內(如下文進一步論述)。加熱組件可相對於氫氣產生區32分別定位，但與彼區熱及/或流體連通以提供至少氫氣產生區的所要加熱。加熱組件52可部分或完全位於共用殼內，及/或至少一部分(或全部)加熱組件可位於彼殼之外部。當加熱組件位於殼外部時，來自爐頭組件60之熱燃燒氣體可經適合熱轉移管道傳遞至殼內的一或多個構件。
加熱組件亦可經組態以加熱原料傳遞系統22、原料供應流、氫氣產生區32、純化(或分離)區40，或彼等系統、物流及區域之任何適合組合。原料供應流之加熱可包括蒸發用於在氫氣產生區中產生氫氣之液體反應物流、或氫氣產生流體之組分。在彼具體實例中，燃料加工組件24可描述為包括蒸發區64。加熱組件可另外經組態以加熱氫氣產生組件之其他構件。舉例而言，熱排出流可經組態以加熱含有形成進料流26及燃料流28之至少部分的加熱燃料及/或氫氣產生流體之壓力容器及/或其他罐。
加熱組件52可在氫氣產生區32中實現及/或維持任何適合溫度。蒸汽重組器典型地在介於200℃至900℃範圍內之溫度下操作。然而，在此範圍外的溫度亦在本發明範疇內。當含碳原料為甲醇時，蒸汽重組反應典型地將在約200℃-500℃之溫度範圍內操作。彼範圍之實例子集包括350℃-450℃、375℃-425℃及375℃-400℃。當含碳原料為烴、乙醇或另一醇時，蒸汽重組反應典型地將使用約400℃-900℃之溫度範圍。彼範圍之實例子集包括750℃-850℃、725℃-825℃、650℃-750℃、700℃-800℃、700℃-900℃、500℃-800℃、400℃-600℃及600℃-800℃。氫氣產生區32可包括兩個或兩個以上區或部分，其各自可在相同或不同溫度下操作。舉例而言，當氫氣產生流體包括烴時，氫氣產生區32可包括兩個不同的氫氣產生部分或區域，其中一者在低於另一者的溫度下操作以提供預重組區。在彼等具體實例中，燃料加工組件亦可稱為包括兩個或兩個以上氫氣產生區。
燃料流28可包括適於由加熱組件52消耗以提供所要熱量輸出的任何可燃液體及/或氣體。一些燃料流在傳遞及由加熱組件52燃燒時可為氣體，而其他燃料流可以液流形式傳遞至加熱組件。用於燃料流28之適合加熱燃料的實例包括含碳原料，諸如甲醇、甲烷、乙烷、乙醇、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷等。其他實例包括低分子量可冷凝燃料，諸如液化石油氣、氨氣、輕質胺、二甲醚及低分子量烴。在包括冷卻組件而非加熱組件形式之溫度調節組件(諸如在使用放熱氫氣產生過程替代吸熱過程(諸如蒸汽重組)時可使用)的氫氣產生組件20之具體實例中，原料傳遞系統可經組態以向組件供應燃料或冷卻劑流。可使用任何適合燃料或冷卻劑。
如圖1所示，燃料加工組件24可另外包括殼或機殼66，其中含有至少氫氣產生區32。在一些具體實例中，蒸發區64及/或純化區40可另外含於殼中。殼66可使蒸汽重組器之構件或其他燃料加工機構能夠以單元形式移除。殼亦可藉由提供保護性外殼來保護燃料加工組件之構件免於破壞及/或可因構件可以單位形式加熱而降低燃料加工組件之加熱要求。殼66可包括隔熱材料68，諸如固體隔熱材料、毯覆式隔熱材料及/或空氣填充之空腔。隔熱材料可在殼內部、殼外部或其兩者。如圖1中示意性說明，當隔熱材料在殼外部時，燃料加工組件24可在隔熱材料外部另外包括外罩或夾套70。燃料加工組件可包括包括燃料加工組件之其他構件(諸如原料傳遞系統22及/或其他構件)的不同殼。
燃料加工組件24之一或多個構件可延伸超過殼或位於殼外部。舉例而言，純化區40可位於殼66外部，諸如與殼間隔開但藉由適合流體轉移管道流體連通。作為另一實例，氫氣產生區32的一部分(諸如一或多個重組催化劑床之部分)可延伸超過殼，諸如圖1中以表示替代殼組態之虛線示意性表明。適合氫氣產生組件及其構件之實例揭示於美國專利第5,861,137號、第5,997,594號及第6,221,117號中，該等專利之全部揭示內容出於所有目的以引用的方式併入本文中。
氫氣產生組件20之另一實例顯示於圖2中，且一般在72處表示。除非明確排除，否則氫氣產生組件72可包括氫氣產生組件20的一或多個構件。如圖2所示，氫氣產生組件72可包括原料傳遞系統74、蒸發區76、氫氣產生區78及加熱組件80。在一些具體實例中，氫氣產生組件20亦可包括純化區82。
原料傳遞系統可包括經組態以將一或多個進料及/或燃料流傳遞至氫氣產生組件之一或多個其他構件的任何適合結構。舉例而言，原料傳遞系統可包括原料槽(或容器)84及泵86。原料槽可含有任何適合氫氣產生流體88，諸如水及含碳原料(例如甲醇/水混合物)。泵86可具有經組態以將氫氣產生流體(其可為包括水及含碳原料的至少一個含液體進料流90之形式)傳遞至蒸發區76及/或氫氣產生區78的任何適合結構。
蒸發區76可包括經組態以接收及蒸發至少一部分含液體進料流(諸如含液體進料流90)的任何適合結構。舉例而言，蒸發區76可包括經組態以將含液體進料流90至少部分轉化成一或多個蒸氣進料流94的蒸發器92。在一些具體實例中，蒸氣進料流可包括液體。適合蒸發器之實例為盤管蒸發器，諸如不鏽鋼盤管。
氫氣產生區78可包括經組態以接收一或多個進料流(諸如來自蒸發區的蒸氣進料流94)以產生一或多個含有氫氣作為主要組分及其他氣體的輸出流96的任何適合結構。氫氣產生區可經任何適合機制產生輸出流。舉例而言，氫氣產生區78可經蒸汽重組反應產生輸出流96。在彼實例中，氫氣產生區78可包括蒸汽重組區97，其具有經組態以便於及/或促進蒸汽重組反應的重組催化劑98。當氫氣產生區78經蒸汽重組反應產生輸出流96時，氫氣產生組件72可稱為「蒸汽重組氫氣產生組件」，且輸出流96可稱為「重組物流」。
加熱組件80可包括經組態以產生用於加熱氫氣產生組件72之一或多個其他構件的至少一個熱排出流99的任何適合結構。舉例而言，加熱組件可將蒸發區加熱至任何適合溫度，諸如至少一個最低蒸發溫度或使至少一部分含液體進料流蒸發形成蒸氣進料流的溫度。另外或或者，加熱組件80可將氫氣產生區加熱至任何適合溫度，諸如至少一個最低氫氣產生溫度或使至少一部分蒸氣進料流反應產生氫氣以形成輸出流的溫度。加熱組件可與氫氣產生組件的一或多個構件(諸如蒸發區及/或氫氣產生區)熱連通。
如圖2所示，加熱組件可包括爐頭組件100、至少一個鼓風機102及點火器組件104。爐頭組件可包括經組態以接收至少一個空氣流106及至少一個燃料流108且在燃燒區110中燃燒至少一個燃料流產生熱排出流99的任何適合結構。燃料流可由原料傳遞系統74及/或純化區82提供。燃燒區可含於氫氣產生組件的外殼內。鼓風機102可包括經組態以產生空氣流106的任何適合結構。點火器組件104可包括經組態以點燃燃料流108的任何適合結構。
純化區82可包括經組態以產生至少一個富含氫氣流112的任何適合結構，該富含氫氣流可包括濃度比輸出流96中高之氫氣及/或較低濃度之一或多種存在於彼輸出流中的其他氣體(或雜質)。如圖2中所示，純化區可產生至少一個副產物流或燃料流108，其可送至爐頭組件100且用作彼組件之燃料流。純化區82可包括流量限制孔口111、過濾器組件114、膜組件116及甲烷化反應器組件118。過濾器組件(諸如一或多個熱氣過濾器)可經組態以在氫氣純化膜組件之前自輸出流96移除雜質。
膜組件116可包括經組態以接收含有氫氣及其他氣體之輸出或混合氣流96且產生滲透物或富含氫氣流112的任何適合結構，該(等)滲透物或富含氫氣流含有濃度比混合氣流高之氫氣及/或濃度比混合氣流低之其他氣體。膜組件116可併入平坦或管狀的氫氣可滲透(或氫氣選擇性)膜，且一個以上氫氣可滲透膜可併入膜組件116中。滲透物流可用於任何適合應用，諸如用於一或多個燃料電池。在一些具體實例中，膜組件可產生包括至少相當大部分之其他氣體的副產物或燃料流108。甲烷化反應器組件118可包括經組態以將一氧化碳及氫氣轉化為甲烷及水的任何適合結構。儘管純化區82顯示包括流量限制孔口111、過濾器組件114、膜組件116及甲烷化反應器組件118，但純化區可具有未及全部彼等組件，及/或可或者或另外包括一或多個經組態以純化輸出流96的其他構件。舉例而言，純化區82可包括僅膜組件116。
在一些具體實例中，氫氣產生組件72可包括殼或機殼120，其可至少部分含有彼組件之一或多個其他構件。舉例而言，如圖2中所示，殼120可至少部分含有蒸發區76、氫氣產生區78、加熱組件80及/或純化區82。殼120可包括一或多個排出埠122，其經組態以排放加熱組件80產生的至少一個燃燒排出流124。
在一些具體實例中，氫氣產生組件72可包括控制組件126，其可包括經組態以控制氫氣產生組件72之操作的任何適合結構。舉例而言，控制組件126可包括控制系統128、至少一個閥130、至少一個減壓閥132及一或多個溫度量測裝置134。控制系統128可經溫度量測裝置134偵測氫氣產生區及/或純化區內之溫度，該溫度量測裝置可包括一或多個熱電偶及/或其他適合裝置。基於所偵測溫度，控制系統及/或控制系統之操作器可經閥130及泵86調整進料流90至蒸發區76及/或氫氣產生區78的傳遞。閥130可包括電磁閥及/或任何適合閥。減壓閥132可經組態以確保解除系統中過量之壓力。
在一些具體實例中，氫氣產生組件72可包括熱交換組件136，其可包括經組態以將熱量自氫氣產生組件的一個部分轉移至另一部分的一或多個熱交換器138。舉例而言，熱交換組件136可將熱量自富含氫氣流112轉移至進料流90，以使進料流在進入蒸發區76之前溫度升高，以及冷卻富含氫氣流112。
在圖3至圖4中，一般在140處指出氫氣產生組件20之另一實例。除非明確排除，否則氫氣產生組件140可包括本發明中所述之其他氫氣產生組件的一或多種構件。氫氣產生組件140可包括外殼或殼142及隔熱基座144。殼可包括頂部部分146及底部部分148。殼142可包括複數個圓筒或管150。舉例而言，如圖4所示，圓筒150可包括內部圓筒或管152、中間圓筒或管154及外部圓筒或管156。圓筒152、154及156可為任何適合直徑及位置。舉例而言，圓筒152、154及156可為連續較大直徑及/或可相對於彼此同心及/或偏心排列。此外，可經一或多個適合安裝台160(彼等安裝台中之一者顯示於圖4中)安裝內部圓筒152以在中間圓筒154中形成偏移區158。中間圓筒154可安裝於外部圓柱156的末端部分162。如圖4所示，圓筒150可形成複數個環形區164，其可包括外部環形區166及內部環形區168。
如圖4所示，殼142亦可包括複數個埠170，諸如進料流埠或入口172、燃料流埠或入口174、空氣流埠或入口176及重組物流埠或出口178。進料流埠172可經組態以自原料傳遞系統及/或其他適合系統接收一或多個進料流(諸如一或多個含液體進料流)進入內部環形區168中。燃料流埠174可經組態以接收一或多個燃料流進入內部環形區168中。空氣流埠176可經組態以接收一或多個空氣流進入內部環形區168中。重組物流埠178可經組態以自外部環形區166接收一或多個重組物流。
殼可安裝於及/或支撐於隔熱基座上。舉例而言，殼可安裝於隔熱基座上，使得隔熱基座相鄰於底部部分148且與頂部部分146間隔開。隔熱基座可經組態以降低外殼之外部溫度。舉例而言，如下文進一步論述，隔熱基座144可相鄰於氫氣產生組件140之燃燒區。隔熱基座144可包括隔熱材料180及延伸穿過隔熱材料之通路或空氣流埠176。通路可與燃燒區流體連通以允許向燃燒區傳遞一或多個空氣流。通路176可以任何適合方式或任何適合圖案排列。舉例而言，如圖5所示，通路176可排列為曲線及/或圓形圖案。殼144亦可在隔熱材料180內包括至少一個空腔182。該(等)空腔可與通路流體連通及/或可經定尺寸以至少部分接收一或多個鼓風機184，該等鼓風機經組態以產生可自爐頭組件以下推入燃燒區中的至少一部分空氣流。
如圖4所示，氫氣產生組件140亦可包括蒸發區186、氫氣產生區188及加熱組件190。在一些具體實例中，氫氣產生組件140可包括純化區或氫氣純化裝置(圖中未示)。蒸發區186可至少實質上含於及/或位於內部環形區168中且可經內部環形管道171與外部環形區166流體連接。因此，蒸發區186可稱為至少實質上含於外殼142中。蒸發區可包括經組態以接收及蒸發由進料流埠172接收的至少一個含液體進料流之至少一部分以得到蒸發之進料流的任何適合結構。舉例而言，蒸發區186可包括可安置於加熱組件190與氫氣產生區188之間的管路192。管路192可包括任何適合材料，諸如不鏽鋼。此外，管可具有正弦或其他橫向延伸路徑，其提高由加熱組件190產生之熱排出流加熱進料流的熱轉移作用或時間量。舉例而言，如圖4中所示，管路190可環繞內部圓筒152。管路190可具有任何適合形狀、取向、長度、橫截面積、相對於氫氣產生區及/或加熱組件之位置、路徑數等。當蒸發區186包括管路192時，蒸發區可稱為「管蒸發器」。
如圖6所示，蒸發區186亦可包括填充材料194。填充材料可包括經組態以將熱量自加熱組件190之熱排出流轉移至含液體進料流及/或提供複數個成核部位196以促進至少一部分含液體進料流之蒸發的任何適合結構。填充材料可含於至少一部分管路192中及/或可在用於含液體進料流之管路及/或繚繞路徑內提供增加之表面積，此可提高熱轉移及促進含液體進料流的蒸發或沸騰。舉例而言，填充材料可包括複數個不規則表面198，諸如銳利邊緣、空腔及/或提供增加之表面粗糙度的其他表面缺陷。不規則表面可提供複數個成核部位的至少一部分。填充材料亦可儲存蒸發區中之熱量，此可促進氫氣產生組件起動期間含液體進料流的部分至完全蒸發。
在一些具體實例中，如圖6中所示，填充材料194可包括複數個金屬桿200，其經組態以自加熱組件190之熱排出流向至少一個含液體進料流轉移熱量。金屬桿可為經定尺寸以與管路192匹配的任何適合尺寸。舉例而言，金屬桿200可包括諸如銅、鋁、鐵及/或鋼導線之導線的部分。導線之彼等部分可能長度較短，諸如導線部分的直徑至幾倍直徑。或者，填充材料194可包括由玻璃、金屬及/或陶瓷構成之珠粒。
如圖4中所示，蒸發區186亦可包括一或多個保持器202，其經組態以將填充材料194保留於管路192中。舉例而言，保持器202可包括定位於管路192之末端部分的絲絨(圖中未示)，諸如銅或不鏽鋼絲絨。或者或另外，保持器202可在管路192之末端部分包括一或多個收縮部分(圖中未示)。
氫氣產生組件140之氫氣產生區188可包括經組態以接收至少一個進料流(諸如來自蒸發區186之至少一個進料流)且產生含有氫氣作為主要組分及其他氣體之富含氫氣流(諸如重組物流)的任何適合結構。舉例而言，氫氣產生區188可包括重組催化劑204，其經組態以經蒸汽重組反應自進料流產生重組物流。可使用任何適合之重組催化劑。在一些具體實例中，氫氣產生區188可至少實質上含於及/或位於外部環形區166中。在彼等具體實例中，氫氣產生區可稱為至少實質上含於外殼142中。
加熱組件190可包括經組態以產生至少一個用於加熱氫氣產生組件之一或多個其他構件之熱排出流的任何適合結構。舉例而言，熱排出流可將至少氫氣產生區加熱至至少一個最低氫氣產生溫度。另外或或者，熱排出流可將至少蒸發區加熱至至少一個最低蒸發溫度。加熱組件190可因此稱為與氫氣產生組件之一或多個其他構件(諸如氫氣產生區188及/或蒸發區186)熱連通。
加熱組件190可包括爐頭組件206及點火器組件208。爐頭組件可包括經組態以接收來自燃料流埠174之至少一個燃料流及來自空氣流埠176之至少一個空氣流且在空氣流存在下燃燒燃料流產生至少一個熱排出流的任何適合結構。燃料流之燃燒可在可位於氫氣產生組件之任何適合部分(諸如內部環形區168中)的燃燒區210中進行。爐頭組件可包括至少部分環繞內部圓筒152且具有複數個小孔(圖中未示)以將自燃料流埠接收之燃料流分佈至複數個燃料流中的燃料流管道(圖中未示)。來自彼等小孔之複數個燃料流與鼓風機184排放至內部環形區168中的空氣流混合形成燃料與空氣之可燃混合物。
點火器組件208可包括經組態以在空氣存在下點燃燃料流(及/或點燃燃料與空氣之可燃混合物)的任何適合結構。舉例而言，如圖4中所示，點火器組件可包括本體部分212及至少一個點火器元件214。點火器元件214可附接於本體部分且可包括任何適合類型之點火器元件。舉例而言，點火器元件214可為電點火器及/或本發明所述之任何其他類型之點火器。點火器組件208亦可包括導線216，其可與點火器元件電連通及/或可至少部分經本體部分212封閉，諸如當點火器元件214為電點火器時。導線216可連接點火器元件與電源，諸如電出口及/或一或多個電池。
或者或另外，如圖7中所示，點火器元件214可具有催化活性塗層218，其經組態以在空氣或氧氣存在下燃燒燃料(諸如含氫氣之燃料)。塗層218可包括鉑族金屬中之任一者(或任何組合)(亦即釕、銠、鈀、鋨、銥及鉑)及/或經組態以在空氣或氧氣存在下燃燒燃料的任何其他適合催化活性塗層。舉例而言，塗層218可包括鉑或與銠混合之鉑。塗層可為兩種或兩種以上鉑族金屬之混合物及/或其他塗層。點火器元件214可由具有適合孔隙率及表面粗糙度的任何適合材料製成，諸如陶瓷及/或金屬。此外，點火器元件可包括每公克1平方公尺或更佳每公克5-10平方公尺的表面積。塗層218可為點火器元件之總重量的約0.1%至約5%。
在一些具體實例中，點火器組件208可包括與電源電連通且附接於點火器元件的至少一個電線222。該導線可經組態以定位加熱，從而促進燃料流之點火，在較冷操作溫度下及/或在可能升高塗層218之點火溫度的雜質(諸如一氧化碳)存在下尤其如此。導線222可例如環繞至少部分點火器元件214，諸如環繞點火器元件之末端部分224。任何適合導線均可用於導線222，諸如鎳-鉻導線。
如圖8-圖9中所示，在點火器組件208包括至少一個電點火器元件214之具體實例中，加熱組件190亦可包括冷卻塊226，諸如金屬冷卻塊。冷卻塊可包括經組態以使點火器組件208之一或多個構件與至少一個含液體進料流在傳遞至蒸發及/或氫氣產生區之前所通過的進料流管道228熱連通之任何適合結構(進料流管道可稱為與彼等區之一者或兩者流體連通)。使彼等構件與進料流管道熱連通可例如冷卻構件且防止彼等構件過熱及/或不合格。舉例而言，當導線216為銅導線時，冷卻彼等導線可防止其由過熱引起氧化及/或不合格。
冷卻塊226可包括彼此熱連通之第一通道230及第二通道232。第一通道可接收本體部分212之至少部分及/或導線216之至少部分。第二通道232可接收進料流管道228之至少部分。第一及第二通道230及232可分別沿長軸234及236延伸。第一及第二通道可彼此以任何適合關係定位。舉例而言，第一及第二通道可經定位使得長軸234及236彼此平行。如圖9中所示，冷卻塊226可包括分別橫斷第一及第二通道之長軸234及236的任何適合橫截面。舉例而言，冷卻塊226可包括矩形、圓形及/或正方形橫截面。圖9中顯示具有正方形橫截面之冷卻塊226。
在一些具體實例中，如圖10-圖11中所示，氫氣產生組件140可包括燃料分佈組件410，其可包括經組態以將至少一個燃料流分佈至燃燒區210中之任何適合結構。燃料分佈組件可定位於任何適合位置，諸如附接於外殼底部部分或至少部分與外殼底部一起形成。如圖10-圖11中所示，燃料分佈組件410可包括基座412、網格組件414、頂壁416、至少一個側壁418、至少一個入口420及至少一個燃料流管道422。基座412可包括經組態以支撐外殼及燃料分佈組件及/或提供與燃燒區流體連通之一或多個通路的任何適合結構。舉例而言，基座412可包括與燃燒區流體連通之至少一個通路424。在一些具體實例中，基座412可包括與如上文所述具有複數個與燃燒區210流體連通之空氣流埠176的隔熱基座144類似之結構。
如圖11中所示，網格組件414可包括經組態以提供一或多個供至少一個燃料流流至燃燒區的路徑426的任何適合結構。舉例而言，網格組件可包括一或多層網格428，諸如在約6至約40目範圍內之中等尺寸之鋼編織網格(或篩網)。網格可包括任何適合類型之鋼，諸如碳鋼及不鏽鋼。網格428可支撐於基座412上且經定尺寸以與通路424匹配，使得網格延伸至燃燒區中。網格亦可經定尺寸以與基座的至少相當大部分匹配。網格428有時可稱為「燃料氣分佈網格428」。儘管網格組件414顯示包括單層網格428，但網格組件可包括2層、3層、4層、5層或5層以上網格。
頂壁416可包括任何適合形狀且可包括周長430。舉例而言，頂壁可為圓形、矩形或正方形。在一些具體實例中，頂壁可與外殼一起形成或為外殼底部部分之一部分。側壁418可包括頂部部分432及底部部分434。頂部部分432可繞頂壁416之周長430安裝或附接。在一些具體實例中，側壁可與頂壁及/或外殼一起形成(或為外殼底部部分之一部分)。換言之，至少一部分外殼底部部分亦可為燃料分佈組件之頂壁及/或側壁。底部部分434可支撐於網格組件上。側壁418可為任何適合長度以允許燃料流流至燃燒區，諸如約0.2至約0.25吋。燃料流分佈區(或燃料氣充氣部)436可形成於側壁418內且介於頂壁416與網格組件414之間。
如圖10-圖11中所示，當外殼142包括具有圓形側壁448之內部圓筒152時，內部圓筒可包括相鄰於內部圓筒之末端部分452安裝(諸如經焊接)或與其一起形成之底板450，使得底板可為頂壁416，且圓形側壁448之末端部分454可為形成外殼底部部分中之空腔456的側壁418。儘管頂壁416及側壁418顯示至少部分由外殼142形成，但頂壁及/或側壁可為安裝及/或附接於外殼之個別元件。
燃料分佈區可包括一或多個入口420，其可形成於頂壁416及/或側壁418上。燃料流管道422可與入口流體連接且經組態以接收至少一個燃料流及將至少一個燃料流傳輸至燃料分佈區。在一些具體實例中，燃料流管道可通過外殼142之任何適合部分。舉例而言，燃料流管道422可通過外殼之中心(或內部)部分438(如圖10中之實線所示)，及/或一或多個側面(或外部)部分440(如圖10中之虛線所示)。當外殼142界定及/或包括縱軸442時，燃料流管道可沿縱軸(如圖10中之實線所示)，及/或與縱軸平行但間隔開的軸444(如圖10中之虛線所示)延伸。
如圖10-圖11中所示，當氫氣產生組件140包括燃料分佈組件410時，加熱組件190可包括至少一種燃燒催化劑446，其經組態以在氧氣存在下燃燒氫氣。燃燒催化劑可經網格組件支撐於燃燒區內。舉例而言，燃燒催化劑446可支撐或安置於網格組件414上(諸如網格組件之頂層網格428上)。可使用燃燒催化劑替代上述點火器組件208及/或其他點火源，或除了上文所述之點火器組件208及/或其他點火源之外亦可使用燃燒催化劑。舉例而言，可提供電點火源(諸如一或多個上述點火器組件)及燃燒催化劑446作為冗餘點火源。燃燒催化劑446可包括任何適合催化劑，諸如鉑、鉑-銠合金及鈀。燃燒催化劑可為粒狀，從而允許將催化劑例如撒落或傾倒在網格組件上。
在一些具體實例中，氫氣產生組件140可包括如圖8中之虛線所示之導熱組件或熱分佈組件238。導熱組件可在外殼142外部且附接於外殼的至少一部分。導熱組件可包括經組態以自一或多個外部加熱器240(諸如匣式加熱器)向外殼的至少一部分及殼的一或多個環形區傳導及/或分佈熱量的任何適合結構。外部加熱器可用於幫助起動氫氣產生組件及/或藉由升高氫氣產生及/或蒸發區之溫度促進氫氣產生。導熱組件可稱為自外部加熱器向較大表面積之外殼分佈熱量。舉例而言，外部加熱器的總加熱表面積可小於或實質上小於導熱組件所加熱之外殼部分的加熱表面積。
導熱組件238可包括附接於至少一部分外殼之金屬帶242，諸如部分或完全圍繞至少一部分外殼。外殼之任何適合部分均可經金屬帶覆蓋。舉例而言，外殼之底部四分之一或三分之一可經金屬帶覆蓋。金屬帶242可由任何適合導熱材料製成，諸如鋁、銅及/或黃銅。外部加熱器240可經任何適合方式附接於金屬帶242，諸如經任何適合扣件及/或藉由在金屬帶242中鑽洞以接收外部加熱器。
圖1之氫氣產生組件20之純化區40(或氫氣純化裝置)的實例一般表示於圖12之244處。除非明確排除，否則氫氣純化裝置可包括本發明中所述之其他純化區的一或多個構件。氫氣純化裝置40可包括氫氣分離區246及外殼248。外殼可界定具有內部周長252之內部體積250。外殼248可包括至少一個第一部分254及第二部分256，其耦接在一起形成呈密封壓力容器形式之主體249，其可包括經界定之輸入及輸出埠。彼等埠可界定氣體及其他流體藉以傳遞至外殼之內部體積中及自外殼之內部體積移除的流體路徑。
第一及第二部分254及256可使用任何適合保持機構或結構258耦接在一起。適合保持結構之實例包括焊接部分及/或螺栓。可用於在第一及第二部分之間提供液密界面之密封件的實例可包括密封墊及/或焊接部分。另外或或者，第一及第二部分254及256可緊固在一起，使得向界定外殼內之氫氣分離區的多個構件及/或可併入至氫氣產生組件中的其他構件施加至少預定量之壓縮作用。所施加之壓縮作用可確保多個構件維持於外殼內之適當位置。另外或或者，施加至界定氫氣分離區之多個構件及/或其他構件之壓縮作用可在界定氫氣分離區的多個構件之間、多個其他構件之間及/或界定氫氣分離區之構件與其他構件之間提供液密界面。
如圖12中所示，外殼248可包括混合氣體區260及滲透物區262。混合氣體及滲透物區可由氫氣分離區246分隔。可提供至少一個輸入埠264，藉此使流體流266傳遞至外殼。流體流266可為含有氫氣270及其他氣體272之混合氣流268，其可傳遞至混合氣體區260。氫氣可為混合氣流之主要組分。氫氣分離區246可在混合氣體區260與滲透物區262之間延伸，使得混合氣體區中之氣體須通過氫氣分離區以進入滲透物區。可能例如需要氣體通過至少一個如下文進一步論述之氫氣選擇性膜。滲透物及混合氣體區可能具有任何適合之外殼內相對尺寸。
外殼248亦可包括至少一個產物輸出埠274，藉此可自滲透物區262接收滲透物流276及自滲透物區262移除滲透物流276。滲透物流可含有濃度比混合氣流中高之氫氣及濃度比混合氣流中低之其他氣體中至少一者。在一些具體實例中，滲透物流276至少最初可包括載體或清掃氣體組分，諸如可以清掃氣流278形式傳遞通過與滲透物區流體連通之清掃氣體埠280。外殼亦可包括至少一個副產物輸出埠282，藉此自混合氣體區移除含有其他氣體272之大部分及較低濃度之氫氣270(相對於混合氣流)中至少一者之副產物流284。
氫氣分離區246可包括至少一個氫氣選擇性膜286，其具有經定向以與混合氣流268接觸之第一或混合氣體表面288，及一般與表面288相對的第二或滲透物表面290。混合氣流268可傳遞至外殼之混合氣體區，從而與一或多個氫氣選擇性膜之混合氣體表面接觸。滲透物流276可由通過氫氣分離區到達滲透物區262的至少一部分混合氣流形成。副產物流284可由至少一部分不通過氫氣分離區之混合氣流形成。在一些具體實例中，副產物流284可含有混合氣流中存在的一部分氫氣。氫氣分離區亦可經組態以截獲或另外保留至少一部分其他氣體，該等氣體接著可在置換、再生或以其他方式再裝填分離區時以副產物流形式移除。
在圖12中，物流266、276、278及/或284可包括流入或流出氫氣純化裝置244的一個以上實際物流。舉例而言，氫氣純化裝置可接收複數個混合氣流268、在接觸氫氣分離區246之前分成兩個或兩個以上物流之單一混合氣流268、傳遞至內部體積250之單一物流等。因此，外殼248可包括一個以上輸入埠264、產物輸出埠274、清掃氣體埠280及/或副產物輸出埠282。
氫氣選擇性膜可由適用於操作氫氣純化裝置的操作環境及參數之任何氫氣可滲透材料形成。氫氣純化裝置之實例揭示於美國專利第5,997,594號及第6,537,352號中，該等專利之全部揭示內容出於所有目的以引用的方式併入本文中。在一些具體實例中，氫氣選擇性膜可由鈀及鈀合金中至少一者形成。鈀合金之實例包括鈀與銅、銀及/或金之合金。多個膜、膜組態以及製備膜及膜組態之方法的實例揭示於美國專利第6,152,995號、第6,221,117號、第6,319,306號及第6,537,352號中，該等專利之全部內容出於所有目的以引用的方式併入本文中。
在一些具體實例中，複數個間隔分離之氫氣選擇性膜286可用於氫氣分離區中以形成至少一部分氫氣分離組件292。當存在複數個膜時，其可整體界定一或多個膜組件294。在該等具體實例中，氫氣分離組件一般可自第一部分254延伸至第二部分256。因此，第一及第二部分可有效壓縮氫氣分離組件。在一些具體實例中，外殼248可另外或或者包括耦接於本體部分之對側的端板(或終端框架)。在該等具體實例中，端板可在相對端板對之間有效壓縮氫氣分離組件(及可容納於外殼內之其他構件)。
使用一或多個氫氣選擇性膜進行之氫氣純化典型地為壓力驅動分離過程，其中傳遞混合氣流以在比氫氣分離區之滲透物區中之氣體高的壓力下與膜之混合氣體表面接觸。在一些具體實例中，當使用氫氣分離區將混合氣流分離成滲透物流及副產物流時，氫氣分離區可經任何適合機構加熱至高溫。適於使用鈀及鈀合金(palladium allow)膜進行氫氣純化之操作溫度的實例包括至少275℃之溫度、至少325℃之溫度、至少350℃之溫度、介於275℃-500℃範圍內之溫度、介於275℃-375℃範圍內之溫度、介於300℃-450℃範圍內之溫度、介於350℃-450℃範圍內之溫度等。
氫氣純化裝置244之實例一般表示於圖13中之296處。除非明確排除，否則氫氣純化裝置296可包括本發明中所述之其他氫氣純化裝置及/或純化區的一或多個構件。氫氣純化裝置296可包括殼或外殼298，其可包括第一端板或終端框架300及第二端板或終端框架302。第一及第二端板可經組態以緊固在一起，從而界定具有支撐有氫氣分離區之內隔室304的密封壓力容器。類似於氫氣純化裝置244，第一及第二端板可包括輸入、輸出、清掃氣體及副產物埠(圖中未示)。
氫氣純化裝置296亦可包括至少一個氫氣選擇性膜306及至少一個微孔篩網結構308。氫氣選擇性膜可經組態以接收來自輸入埠的至少部分混合氣流且將混合氣流分離成至少部分滲透物流及至少部分副產物流。氫氣選擇性膜306可包括進料側310及滲透物側312。至少部分滲透物流由自進料側傳遞至滲透物側之混合氣流的部分形成，保留在進料側之混合氣流之剩餘部分形成至少部分副產物流。在一些具體實例中，氫氣選擇性膜306可緊固於至少一個膜框架(圖中未示)，其又可緊固於第一及第二終端框架。
微孔篩網結構308可包括經組態以支撐至少一個氫氣選擇性膜之任何適合結構。舉例而言，如圖13中所示，微孔篩網結構一般可包括經組態以向滲透物側312提供支撐的相對表面314及316，及在相對表面之間延伸的複數個流體通路318，該等通路允許滲透物流流經微孔篩網結構。微孔篩網結構308可包括任何適合材料。舉例而言，微孔篩網結構可包括含有氧化鋁層322之不鏽鋼320，該氧化鋁層經組態以防止不鏽鋼與至少一個氫氣選擇性膜之間的金屬間擴散。
在一些具體實例中，微孔篩網結構可包括不鏽鋼303(鋁改質)、17-7PH、14-8 PH及/或15-7 PH。在一些具體實例中，不鏽鋼可包括約0.6至約1.5 wt%鋁。在一些具體實例中，微孔篩網結構可經無孔周長壁部分或框架(圖中未示)支撐及/或緊固於無孔周長壁部分或框架。當微孔篩網結構緊固於無孔周長壁部分時，微孔篩網結構可稱為「多孔中心區部分」。其他微孔篩網結構之實例揭示於美國專利申請公開案第2010/0064887號中，其全部揭示內容出於所有目的以引用的方式併入本文中。
氫氣純化裝置296亦可包括安置於第一及/或第二終端框架之間及緊固於第一及/或第二終端框架的複數個板或框架324。框架可包括任何適合結構及/或可為任何適合形狀，諸如正方形、矩形或圓形。舉例而言，如圖13中所示，框架324可包括周長殼332及至少一個第一膜支撐結構340。周長殼可界定開口區域338及框架平面339。此外，如圖13中所示，周長殼332可包括第一及第二相對側370及371，以及第三及第四相對側372及373。
如圖13中所示，第一膜支撐結構340可包括經組態以支撐氫氣選擇性膜306之第一部分386的任何適合結構。舉例而言，如圖13中所示及如圖14中示意性示範，複數個框架之第一膜支撐結構可在第一膜支撐平面388內彼此(或與複數個框架之其他框架的其他第一膜支撐結構)共平面以支撐氫氣選擇性膜之第一部分386。換言之，複數個框架之每一個框架的第一膜支撐結構可反映出複數個框架之其他框架的第一膜支撐結構。第一膜支撐平面可具有相對於框架平面339之任何適合取向。舉例而言，如圖14中所示，第一膜支撐平面388可垂直於框架平面。或者，第一膜支撐平面可相交於但不垂直於框架平面339。
在一些具體實例中，如圖13中所示，框架324可包括至少一個第二膜支撐結構390，其可包括經組態以支撐氫氣選擇性膜306之第二部分392的任何適合結構。舉例而言，如圖13中所示及如圖14中示意性示範，複數個框架之第二膜支撐結構可在第二膜支撐平面394內彼此(或與複數個框架之其他第二膜支撐結構)共平面以支撐氫氣選擇性膜之第二部分392。換言之，複數個框架之每一個框架的第二膜支撐結構可反映出複數個框架之其他框架的第二膜支撐結構。第二膜支撐平面可具有相對於框架平面339之任何適合取向。舉例而言，如圖14中所示，第二膜支撐平面394可垂直於框架平面。或者，第二膜支撐平面可相交於但不垂直於框架平面339。
第二膜支撐結構390可具有相對於第一膜支撐結構340之任何適合取向。舉例而言，第一膜支撐結構340可自周長殼332之第一側370延伸至開口區域338中，而第二膜支撐結構390可自周長殼之第二側371(其與第一側相對)延伸至開口區域中。或者，第一及/或第二膜支撐結構可自同一側(諸如周長殼之第一、第二、第三或第四側)延伸至開口區域中。在一些具體實例中，第一及/或第二膜支撐結構可自周長殼之第三側及/或第四側(其與第三側相對)延伸至開口區域中。
第一及/或第二膜支撐結構可例如為附接於周長殼及/或與周長殼一起形成的一或多個突出物或指狀物346形式。突出物可以任何適合方向自周長殼延伸。突出物可為周長殼之完全厚度或可小於彼殼之完全厚度。框架324之每一個框架的突出物均可抵靠氫氣選擇性膜經壓縮，藉此將膜鎖定於適當位置且降低因氫氣溶解引起的氫氣選擇性膜膨脹的影響。換言之，框架324之突出物可藉由作為第一及/或第二膜支撐平面內之終端框架的堆疊延伸來支撐氫氣選擇性膜。在一些具體實例中，如圖16中所示，突出物346可包括一或多個插座或小孔352，其經組態以接收至少一個扣件396，以將框架324緊固於第一及/或第二終端框架。
如圖13中所示，框架324可包括至少一個進料框架326、至少一個滲透物框架328及複數個密封墊或密封墊框架330。進料框架326可安置於第一及第二終端框架中之一者與至少一個氫氣選擇性膜306之間，或兩個氫氣選擇性膜306之間。如圖15中所示，進料框架可包括進料框架周長殼398、進料框架輸入管道334、進料框架輸出管道336、進料框架開口區域400、至少一個第一進料框架膜支撐結構402。在一些具體實例中，進料框架可包括至少一個第二進料框架膜支撐結構404。
進料框架輸入管道可形成於進料框架周長殼上及/或經組態以自輸入埠接收至少部分混合氣流。進料框架輸出管道336可形成於進料框架周長殼上及/或經組態以接收保留在氫氣選擇性膜306之進料側310上的混合氣流之剩餘部分。進料框架開口區域400可安置於進料框架輸入及輸出管道之間。進料框架周長殼398可包括流體連接輸入及輸出管道與進料框架開口區域的複數個溝槽或通道341。該等通道可經任何適合方法形成於周長殼上。此外，通道341可具有任何適合取向，諸如可誘導進料框架開口區域400中之混合的成角度取向。
第一及/或第二進料框架膜支撐結構可包括經組態以支撐至少一個氫氣選擇性膜之第一及/或第二部分的任何適合結構及/或可如上文所述反映出其他框架之第一及/或第二膜支撐結構。此外，第一及/或第二進料框架膜支撐結構可包括經組態以在至少部分混合氣流流經輸入與輸出管道之間的進料框架開口區域時改變該至少部分混合氣流之流動方向的任何適合結構。第一及/或第二進料框架膜支撐結構亦可經組態以促進進料框架開口區域中之湍流或混合。舉例而言，在無第一及/或第二進料框架膜支撐結構時，至少部分混合氣流經輸入與輸出管道之間的進料框架開口區域的流動可在至少一個第一方向342上移動。如圖15中所示，第一及/或第二進料框架膜支撐結構可經組態以使至少部分混合氣流之流動自至少一個第一方向改變為不同於第一方向的至少一個第二方向344。
第一及/或第二進料框架膜支撐結構可例如為附接於進料框架周長殼及/或與進料框架周長殼一起形成的至少一個進料框架突出物或指狀物406形式。進料框架突出物可以任何適合方向自周長殼延伸。舉例而言，至少部分混合氣流一般可以第三方向348自輸入管道流向進料框架開口區域，而進料框架突出物可以一般垂直於第三方向(諸如圖15中所示)及/或一般平行於第三方向(諸如圖16中所示)之第四方向350自進料框架周長殼延伸。舉例而言，若混合氣流自輸入管道向進料框架開口區域之流動一般為水平方向，則進料框架突出物一般可以垂直方向(如圖15中所示)及/或水平方向(如圖16中所示)自進料框架周長殼延伸。
在一些具體實例中，進料框架突出物可經組態以促進混合氣流之逆流。舉例而言，至少部分混合氣流一般可以第三方向348自輸入管道向進料框架開口區域流動，而混合氣流一般可以第五方向351自進料框架開口區域流入輸出管道。當第五方向與第三方向相對時，則進料框架突出物可稱為促進混合氣流之逆流。
滲透物框架328可經定位，使得至少一個氫氣選擇性膜安置於第一及第二終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17中所示，滲透物框架可包括滲透物框架周長殼360、滲透物框架輸出管道362、滲透物框架開口區域364及至少一個第一滲透物框架膜支撐結構366。在一些具體實例中，滲透物框架可包括至少一個第二滲透物框架膜支撐結構408。
輸出管道362可形成於滲透物框架周長殼360上及/或經組態以接收來自滲透物框架開口區域364及氫氣選擇性膜的滲透物流。周長殼360可包括流體連接輸出管道362與滲透物框架開口區域之複數個溝槽或通道368。該等通道可經任何適合方法形成於周長殼360上。此外，通道368可具有任何適合取向，諸如成角度取向。
第一及/或第二滲透物框架膜支撐結構可包括經組態以支撐至少一個氫氣選擇性膜之第一及/或第二部分的任何適合結構及/或可如上文所述反映出其他框架之第一及/或第二膜支撐結構。第一及/或第二滲透物框架膜支撐結構可例如為附接於周長殼360及/或與彼殼一起形成的至少一個突出物或指狀物374形式。突出物可以任何適合方向自周長殼360延伸。舉例而言，突出物一般可以垂直方向(如圖17中所示)及/或水平方向(如圖18中所示)自周長殼延伸。突出物374可為周長殼360之完全厚度或可小於彼殼之完全厚度。突出物可抵靠氫氣選擇性膜經壓縮，藉此將膜鎖定於適當位置且降低因氫氣溶解引起的氫氣選擇性膜膨脹的影響。換言之，突出物可藉由作為第一及/或第二膜支撐平面內之第一及/或第二終端框架的堆疊延伸來支撐氫氣選擇性膜。
突出物374可包括一或多個插座或小孔376，其經組態以接收至少一個扣件(圖中未示)以將滲透物框架緊固於第一及/或第二終端框架。在一些具體實例中，輸出管道362可位於一或多個突出物374上。在彼等具體實例中，如圖18中所示，通道368可流體連接輸出管道與開口區域364。因為上文所述之框架的突出物延伸入開口區域中，所以彼等突出物亦可稱為「收縮部分」或「流動收縮部分」。
如圖13中所示，框架324亦可包括密封墊或密封墊框架330。密封墊框架可包括經組態以在其他框架間提供液密界面的任何適合結構，諸如在第一及第二端板300及302與進料框架326之間、在進料框架326與氫氣選擇性膜306之間、在氫氣選擇性膜(及微孔篩網結構)與滲透物框架328之間。用於密封墊框架330之適合密封墊的實例為可撓性石墨密封墊。適合密封墊材料之另一實例為Flexitallic LP(Deer Park,Texas)出售之THERMICULITE® 866。儘管顯示框架324包括兩個進料框架326及單一滲透物框架328，但框架可包括任何適合數目之進料框架及滲透物框架。此外，儘管顯示氫氣純化裝置296包括兩個氫氣選擇性膜306，但裝置可包括任何適合數目之彼等膜。
儘管顯示框架324包括僅在垂直方向上或僅在水平方向上延伸之突出物，但框架可另外或或者包括在水平、垂直及/或其他適合方向(諸如對角線等)延伸之突出物。此外，儘管顯示框架324包括單一或兩個突出物，但框架可包括3個、4個、5個或5個以上突出物。此外，儘管顯示框架324包括在第一及/或第二膜支撐平面內共平面之突出物，但框架可另外或或者包括在第三、第四、第五或第五以上膜支撐平面內共平面之突出物。
框架324(諸如進料框架326及/或滲透物框架328)可包括任何適合結構。舉例而言，如圖19中所示，框架324可包括第一區段378及第二區段380。第一及第二區段可為框架之第一及第二個一半，或可為彼框架之任何適合部分。此外，第一區段可包括第一通道或第一溝槽382，而第二區段可包括第二通道或第二溝槽384。第一及第二通道彼此可為任何適合關係，諸如彼此偏移。第一及第二區段378及380可經任何適合方法接合，以在彼等區段之間形成氣密密封件。舉例而言，第一及第二區段可硬焊在一起或可在各區段之間使用密封墊。第一及第二區段之接合(諸如製造框架324之一部分)之另一實例一般在圖20中之500處表示。在步驟502處，第一及第二區段可以至少一種具有預定熔點之分層金屬進行電鍍。第一及第二區段可由至少一種包層金屬製成，諸如銅包鋼(例如銅包不鏽鋼及銅包碳鋼)。分層金屬可例如包括錫。
在步驟504處，第一及第二區段可接合在一起。在一些具體實例中，第一區段可包括第一通道(或通道部分)且第二區段可包括第二通道(或通道部分)，且第一及第二區段之接合可包括接合彼等區段使得第一及第二通道彼此面對及/或彼此偏移。在步驟506處，接合區段之溫度可升高至高於分層金屬之熔點。液體分層金屬可在第一及第二區段之間的界面處形成初始密封件及/或填充缺陷。在步驟508處，分層金屬可允許擴散至第一及第二區段中以形成合金。合金之熔點可高於分層金屬之熔點。舉例而言，當第一及第二區段為包銅的且分層金屬為錫時，形成之合金可為錫-銅合金。然而，上文所述之步驟可以不同順序及不同組合進行，並非所有步驟均為方法之所有具體實例所需。
本發明之氫氣產生組件及/或氫氣純化裝置可包括以下一或多者：
￮外殼，其支撐於隔熱基座上。
￮外殼，其包括頂部部分及/或底部部分。
￮外殼，其包括縱軸。
￮蒸發區，其經組態以接收至少一個含液體進料流的至少一部分且將其蒸發成蒸氣進料流。
￮蒸發區，其係含於外殼中。
￮蒸發區，其包括經組態以將熱量自熱排出流轉移至至少一個含液體進料流的填充材料。
￮蒸發區，其包括安置於加熱組件與氫氣產生區之間的管路。
￮填充材料，其係含於至少一部分管路中。
￮填充材料，其經組態以提供複數個成核部位以促進至少一個含液體進料流之至少一部分的蒸發。
￮填充材料，其包括提供複數個成核部位之至少一部分的複數個不規則表面。
￮填充材料，其包括經組態以將熱量自熱排出流轉移至至少一個含液體進料流的複數個金屬桿。
￮複數個金屬桿，其包括銅導線及鋁導線中至少一者的複數個部分。
￮氫氣產生區，其含有重組催化劑。
￮氫氣產生區，其經組態以接收至少一個進料流(及/或蒸氣進料流)且經蒸汽重組反應產生重組物流。
￮氫氣產生區，其係含於外殼中。
￮加熱組件，其經組態以產生用於將蒸發區加熱至至少一個最低蒸發溫度及/或將氫氣產生區加熱至至少一個最低氫氣產生溫度的熱排出流。
￮加熱組件，其經組態以接收至少一個空氣流及至少一個燃料流且在含於外殼內之燃燒區中燃燒至少一個燃料流，產生用於將至少氫氣產生區加熱至至少一個最低氫氣產生溫度之熱排出流。
￮加熱組件，其與氫氣產生區熱連通。
￮加熱組件，其包括用於接收至少一個燃料流及至少一個空氣流之入口。
￮加熱組件，其包括經組態以點燃至少一個燃料流之點火器組件。
￮點火器組件，其包括本體部分。
￮點火器組件，其包括至少一個附接於本體部分之點火器元件。
￮點火器組件，其包括與至少一個點火器元件電連通及/或至少部分經本體部分封閉的導線。
￮加熱組件，其包括金屬冷卻塊。
￮金屬冷卻塊，其具有彼此熱連通的至少第一及第二通道。
￮金屬冷卻塊之第一通道，其接收點火器組件的至少部分本體部分。
￮金屬冷卻塊之第二通道，其接收至少部分管道。
￮金屬冷卻塊，其具有橫斷第一及第二通道之長軸的矩形橫截面。
￮隔熱基座，其經組態以降低外殼之外部溫度。
￮隔熱基座，其相鄰於燃燒區。
￮隔熱基座，其包括隔熱材料及/或延伸穿過該隔熱材料之至少一個通路。
￮至少一個通路，其與燃燒區流體連通。
￮隔熱基座，其在隔熱材料內包括至少一個空腔。
￮至少一個空腔，其經定尺寸以至少部分接收鼓風機，該鼓風機經組態以產生至少一個空氣流的至少一部分及/或與至少一個通路流體連通。
￮至少一個通路，其包括以曲線及/或圓形圖案排列之複數個通路。
￮隔熱基座，其相鄰於外殼之底部部分且與外殼之頂部部分間隔開。
￮管道，其與氫氣產生區流體連通及/或至少一個進料流在傳遞至氫氣產生區之前通過該管道。
￮燃料分佈組件，其經組態以將至少一個燃料流分佈至燃燒區中。
￮燃料分佈組件，其附接於外殼之底部部分。
￮燃料分佈組件，其安置於外殼之底部部分與隔熱基座之間。
￮基座，其包括與燃燒區流體連通之至少一個通路。
￮網格組件，其支撐於基座上。
￮網格組件，其支撐於隔熱基座上。
￮網格組件，其包括用於至少一個燃料流自燃料流分佈區流至燃燒區的至少一個路徑。
￮網格組件，其包括至少一層網格。
￮網格組件，其延伸至燃燒區中。
￮至少一種燃燒催化劑，其支撐於燃燒區內且支撐於網格組件上。
￮至少一種燃燒催化劑，其經組態以在氧氣存在下燃燒氫氣。
￮頂壁，其具有周長。
￮頂壁，其與外殼一起形成。
￮至少一個側壁，其具有頂部部分及底部部分。
￮至少一個側壁之頂部部分，其圍繞頂壁之周長安裝。
￮至少一個側壁之底部部分，其支撐於網格組件上。
￮燃料流分佈區，其形成於至少一個側壁內且在頂壁與網格組件之間。
￮至少一個側壁，其與外殼一起形成。
￮入口，其進入燃料流分佈區中。
￮入口，其形成於頂壁上。
￮燃料流管道，其流體連接至入口且經組態以接收至少一個燃料流。
￮燃料流管道，其通過外殼之一部分。
￮燃料流管道，其沿外殼之縱軸延伸。
￮燃料流管道，其沿與外殼之縱軸平行但與其間隔開之軸延伸。
￮導熱組件，其在外殼外部及/或附接於外殼的至少一部分。
￮導熱組件，其經組態以使熱量自附接於導熱組件之一或多個外部加熱器傳導至外殼的至少一部分。
￮導熱組件，其包括附接於外殼的至少一部分之金屬帶。
￮金屬帶，其包括鋁。
￮一或多個外部加熱器，其包括小於(或實質上小於)導熱組件加熱之外殼的至少一部分之加熱表面積的總加熱表面積。
￮第一及第二終端框架，其包括經組態以接收含有氫氣及其他氣體之混合氣流的輸入埠。
￮第一及第二終端框架，其包括經組態以接收滲透物流之輸出埠，該滲透物流含有濃度比混合氣流中高之氫氣及濃度比混合氣流中低之其他氣體中至少一者。
￮第一及第二終端框架，其包括經組態以接收含有其他氣體之至少相當大部分的副產物流之副產物埠。
￮至少一個氫氣選擇性膜，其安置於第一及第二終端框架之間。
￮至少一個氫氣選擇性膜，其具有進料側及滲透物側。
￮至少部分滲透物流，其由自至少一個氫氣選擇性膜之進料側傳遞至滲透物側的一部分混合氣流形成。
￮混合氣流之剩餘部分，其保留於至少一個氫氣選擇性膜的進料側，形成至少部分副產物流。
￮複數個框架，其安置於第一及第二終端框架與至少一個氫氣選擇性膜之間。
￮框架，其包括界定開口區域及框架平面之周長殼。
￮至少一個第一膜支撐結構，其延伸至開口區域中。
￮至少一個第一膜支撐結構，其延伸至周長殼之第一側上的開口區域中。
￮複數個框架之第一膜支撐結構，其在垂直於框架平面之第一膜支撐平面內共平面，以支撐至少一個氫氣選擇性膜之第一部分。
￮各第一膜支撐結構，其與複數個框架之其他第一膜支撐結構在第一膜支撐平面內共平面。
￮第一膜支撐平面，其垂直於複數個框架中每一個框架的框架平面。
￮至少一個第一膜支撐結構，其包括經組態以接收至少一個扣件的一或多個插座，以將複數個框架緊固於第一及第二終端框架。
￮至少一個第一膜支撐結構，其與周長殼一起形成。
￮至少一個第二膜支撐結構，其延伸至開口區域中。
￮至少一個第二膜支撐結構，其延伸至與周長殼之第一側相對的第二側上之開口區域中。
￮複數個框架之第二膜支撐結構，其在與第一膜支撐平面間隔開及/或垂直於框架平面之第二膜支撐平面內共平面以支撐至少一個氫氣選擇性膜之與第一部分間隔開的第二部分。
￮各第二膜支撐結構，其與複數個框架之其他第二膜支撐結構在第二膜支撐平面內共平面。
￮第二膜支撐平面，其垂直於複數個框架中每一個框架的框架平面。
￮至少一個第二膜支撐結構，其包括經組態以接收至少一個扣件的一或多個插座，以將複數個框架緊固於第一及第二終端框架。
￮至少一個進料框架，其安置於第一及第二終端框架中至少一者與至少一個氫氣選擇性膜之間。
￮至少一個進料框架，其包括進料框架周長殼。
￮至少一個進料框架，其包括形成於進料框架周長殼上及/或經組態以接收來自輸入埠之至少部分混合氣流的輸入管道。
￮至少一個進料框架，其包括形成於進料框架周長殼上及/或經組態以接收保留於至少一個氫氣選擇性膜之進料側的至少部分混合氣流之剩餘部分的輸出管道。
￮至少一個進料框架，其包括安置於輸入及輸出管道之間的進料框架開口區域。
￮至少一個進料框架，其包括在第一膜支撐平面內的至少一個進料框架膜支撐結構。
￮至少一個進料框架膜支撐結構，其與複數個框架之其他框架的至少一個第一膜支撐結構共平面以支撐至少一個氫氣選擇性膜之第一部分。
￮至少一個進料框架支撐結構，其在第二膜支撐平面內。
￮至少一個進料框架膜支撐結構，其與複數個框架之其他框架的至少一個第二膜支撐結構共平面以支撐至少一個氫氣選擇性膜之與第一部分間隔開的第二部分。
￮至少一個進料框架膜支撐結構，其經組態以在至少部分混合氣流流經輸入與輸出管道之間的進料框架開口區域時改變至少部分混合氣流之流動方向。
￮在無至少一個進料框架膜支撐結構存在下，至少部分混合氣流經輸入與輸出管道之間的進料框架開口區域之流動在至少一個第一方向上移動，且至少一個進料框架膜支撐結構經組態以使至少部分混合氣流的流動自至少一個第一方向改變為至少一個不同於至少一個第一方向的第二方向。
￮至少一個進料框架膜支撐結構，其包括經組態以接收至少一個扣件的一或多個插座，以將進料框架緊固於第一及第二終端框架中至少一者。
￮至少一個進料框架膜支撐結構，其與周長殼一起形成。
￮至少一個進料框架膜支撐結構，其在一般平行及/或垂直於第三方向之第四方向上自周長殼延伸，其中至少部分混合氣流自輸入管道朝向進料框架開口區域之流動一般在第三方向上。
￮進料框架周長殼，其包括流體連接輸入及輸出管道與開口區域之複數個通道。
￮至少一個氫氣選擇性膜，其安置於第一及第二終端框架中至少一者與至少一個滲透物框架之間。
￮至少一個滲透物框架，其包括滲透物框架周長殼。
￮至少一個滲透物框架，其包括形成於滲透物框架周長殼上及/或經組態以接收來自至少一個氫氣選擇性膜之至少部分滲透物流的輸出管道。
￮至少一個滲透物框架，其包括經滲透物框架周長殼圍繞之滲透物框架開口區域。
￮至少一個滲透物框架，其包括在第一膜支撐平面內的至少一個滲透物框架膜支撐結構。
￮至少一個滲透物框架膜支撐結構，其與複數個框架之其他框架的至少一個第一膜支撐結構共平面以支撐至少一個氫氣選擇性膜之第一部分。
￮至少一個滲透物框架膜支撐結構，其在第二膜支撐平面內。
￮至少一個滲透物框架膜支撐結構，其與複數個框架之其他框架的至少一個第二膜支撐結構共平面以支撐至少一個氫氣選擇性膜之與第一部分間隔開的第二部分。
￮至少一個滲透物框架膜支撐結構，其包括經組態以接收至少一個扣件的一或多個插座，以將滲透物框架緊固於第一及第二終端框架中至少一者。
￮至少一個滲透物框架膜支撐結構，其與滲透物框架周長殼一起形成。
￮微孔篩網結構，其經組態以支撐至少一個氫氣選擇性膜。
￮微孔篩網結構，其一般包括經組態以向至少一個氫氣選擇性膜的滲透物側提供支撐的相對表面及/或在相對表面之間延伸的複數個流體通路。
￮微孔篩網結構，其包括含有氧化鋁層之不鏽鋼，該氧化鋁層經組態以防止不鏽鋼與至少一個氫氣選擇性膜之間的金屬間擴散。
￮微孔篩網結構，其包括具有約0.6 wt%至約1.5 wt%鋁之不鏽鋼。
￮微孔篩網結構，其包括303(鋁改質)、17-7 PH、13-8 PH及15-7 PH不鏽鋼中之一者。
￮框架，其安置於第一及第二終端框架之間且緊固於第一及第二終端框架中至少一者。
￮框架，其包括第一及第二區段。
￮由至少一種包層金屬(諸如銅包不鏽鋼及/或銅包碳鋼)製成之框架的第一及第二區段。
￮以至少一種具有一金屬點(metal point)之分層金屬(諸如錫)進行電鍍之框架的第一及第二區段。
￮框架中接合在一起的第一及第二區段。
￮框架之第一及第二區段，其接合在一起且加熱至高於電鍍於第一及第二區段上的至少一種分層金屬之熔點的溫度。
￮框架之第一及第二區段，其接合在一起，加熱至高於電鍍於第一及第二區段上的至少一種分層金屬之熔點的溫度。
￮至少一種分層金屬，其允許擴散至第一及第二區段中使得形成熔點高於至少一種分層金屬之熔點的合金。
￮框架之第一及第二區段，其分別包括第一及第二通道。
￮框架之第一及第二區段，其分別包括第一及第二通道。
￮第一及第二區段，其接合使得第一及第二通道彼此偏移。產業可利用性
包括氫氣產生組件、氫氣純化裝置及彼等組件及裝置之構件在內的本發明適用於燃料加工以及純化、製造及/或利用氫氣之其他產業。
上文闡述之本發明涵蓋具有獨立效用之多個獨特發明。雖然此等發明中之每一者均已以其較佳形式揭示，但如本文所揭示及說明之其特定具體實例不應考慮其限制意義，因為可能有眾多變化。本發明之主旨包括本文揭示之多個要素、特徵、功能及/或特性的所有新穎及非明顯組合及子組合。類似地，若任何技術方案陳述「一」或「一第一」要素或其等效物，則該技術方案應理解為包括一或多個該等要素之併入，既不需要亦不排除兩個或兩個以上該等要素。
由特徵、功能、要素及/或特性之多個組合及子組合具體化之發明可藉由相關申請案中之新申請專利範圍的提出來主張。該等新申請專利範圍無論針對不同發明抑或針對同一發明，無論範疇是否與最初申請專利範圍不同、更寬、更狹窄或等效，亦認為包括在本發明之各發明的主旨內。

圖1為氫氣產生組件之一實例的示意圖。
圖2為氫氣產生組件之另一實例的示意圖。
圖3為氫氣產生組件之另一實例的等角視圖。
圖4為沿圖3上之線4-4所取的圖3之氫氣產生組件的剖視圖。
圖5為圖3之氫氣產生組件之隔熱基座的部分底部等角視圖。
圖6為圖4之氫氣產生組件之蒸發器盤管的部分視圖。
圖7為圖3之氫氣產生組件之催化點火器的部分等角視圖。
圖8為沿圖3上之線4-4所取的圖3之氫氣產生組件的剖視圖，其顯示組件同一側之進料流及燃料流管道，及彼側之點火器組件及冷卻塊。
圖9為圖8之冷卻塊的等角視圖。
圖10為沿圖3上之線4-4所取的圖3之氫氣產生組件的剖視圖，其顯示燃料分佈組件。
圖11為圖10之氫氣產生組件的部分視圖。
圖12為圖1之氫氣產生組件的氫氣純化裝置之示意圖。
圖13為圖12之氫氣純化裝置之一實例的分解等角視圖。
圖14為圖13之氫氣純化裝置之示意性分解等角視圖，其顯示膜支撐平面內框架突出物之實例對準。
圖15為圖13之氫氣純化裝置之進料框架之一實例的俯視圖。
圖16為圖13之氫氣純化裝置之進料框架之另一實例的俯視圖。
圖17為圖13之氫氣純化裝置之滲透物框架之一實例的俯視圖。
圖18為圖13之氫氣純化裝置之滲透物框架之另一實例的俯視圖。
圖19為沿圖15上之線19-19所取的圖15之進料框架的剖視圖。
圖20為一種製造用於氫氣純化裝置之框架之方法之一實例的流程圖。
20‧‧‧氫氣產生組件
21‧‧‧產物氫氣流
22‧‧‧原料傳遞系統
24‧‧‧燃料加工組件
26‧‧‧進料流
28‧‧‧燃料流
30‧‧‧氫氣產生流體
32‧‧‧氫氣產生區
34‧‧‧輸出流
36‧‧‧蒸汽重組催化劑
38‧‧‧空氣傳遞組件
40‧‧‧純化區或分離區
42‧‧‧富含氫氣流
44‧‧‧副產物流
46‧‧‧氫氣選擇性膜
48‧‧‧化學一氧化碳移除組件
50‧‧‧變壓吸附(PSA)系統
52‧‧‧加熱組件
54‧‧‧熱排出流或燃燒流
58‧‧‧點火器或點火源
60‧‧‧爐頭組件
62‧‧‧空氣流
64‧‧‧蒸發區
66‧‧‧殼或機殼
68‧‧‧隔熱材料
70‧‧‧外罩或夾套

权利要求:
Claims (66)
[1] 一種蒸汽重組氫氣產生組件，其經組態以接收至少一個包括水及含碳原料之含液體進料流，且產生含有氫氣作為主要組分及其他氣體之重組物流，該組件包含：蒸發區，其經組態以接收且蒸發該至少一個含液體進料流的至少一部分，形成蒸氣進料流；氫氣產生區，其含有重組催化劑且經組態以接收該蒸氣進料流及經蒸汽重組反應產生該重組物流；及加熱組件，其經組態以產生用於將該蒸發區加熱至至少一最低蒸發溫度之熱排出流，其中該蒸發區包括填充材料，該填充材料經組態以將熱量自該熱排出流轉移至該至少一個含液體進料流。
[2] 如申請專利範圍第1項之組件，其中該蒸發區包括安置於該加熱組件與該氫氣產生區之間的管路，其中該填充材料係含於該管路之至少一部分中。
[3] 如申請專利範圍第1項之組件，其中該填充材料進一步經組態以提供複數個成核部位，以促進該至少一個含液體進料流的至少一部分蒸發。
[4] 如申請專利範圍第3項之組件，其中該填充材料包括複數個不規則表面，其提供該複數個成核部位之至少一部分。
[5] 如申請專利範圍第1項之組件，其中該填充材料包括複數個金屬桿，該等桿經組態以將熱量自該熱排出流轉移至該至少一個含液體進料流。
[6] 如申請專利範圍第5項之組件，其中該複數個金屬桿包括銅導線及鋁導線中至少一者的複數個部分。
[7] 如申請專利範圍第1項之組件，其另外包含：外殼，其中該蒸發區及該氫氣產生區係含於該外殼內；及導熱組件，其在該外殼外部且附接於該外殼的至少一部分，該導熱組件經組態以將熱量自一或多個附接於該導熱組件的外部加熱器傳導至該外殼的該至少一部分。
[8] 如申請專利範圍第1項之組件，其另外包含外殼，其中該蒸發區及該氫氣產生區係含於該外殼內，且其中該加熱組件經組態以接收至少一個空氣流及至少一個燃料流且在含於該外殼內之燃燒區中燃燒該至少一個燃料流產生該熱排出流，該組件另外包含經組態以降低該外殼之外部溫度的隔熱基座，該隔熱基座鄰近於該燃燒區，其中該外殼支撐在該隔熱基座上且該隔熱基座包括隔熱材料及至少一個延伸穿過該隔熱材料之通路，該至少一個通路與該燃燒區流體連通。
[9] 如申請專利範圍第1項之組件，其中該加熱組件經組態以接收至少一個空氣流及至少一個燃料流且在含於該外殼內之燃燒區中燃燒該至少一個燃料流以產生該熱排出流，該組件另外包含：外殼，其中該蒸發區及該氫氣產生區係含於該外殼內；及燃料分佈組件，其附接於該外殼之底部部分且經組態以將該至少一個燃料流分佈至該燃燒區中，該燃料分佈組件包括：基座，其包括與該燃燒區流體連通的至少一個通路，網格組件，其支撐於該基座上，頂壁，其具有一周長，至少一個側壁，其具有頂部部分及底部部分，該頂部部分圍繞該周長安裝且該底部部分支撐於該網格組件上，使得在該至少一個側壁內且在該頂壁與該網格組件之間形成燃料流分佈區，入口，其進入該燃料流分佈區中，及燃料流管道，其與該入口流體連接且經組態以接收該至少一個燃料流，其中該網格組件包括用於該至少一個燃料流自該燃料流分佈區流至該燃燒區的至少一個路徑。
[10] 如申請專利範圍第1項之組件，其另外包含與該蒸發區流體連通之管道且該至少一個含液體進料流在傳遞至該蒸發區之前通過該管道，其中該加熱組件包括：入口，其用於接收至少一個燃料流及至少一個空氣流；點火器組件，其經組態以點燃該至少一個燃料流，該組件包含：本體部分；至少一個點火器元件，其附接於該本體部分；及導線，其與該至少一個點火器元件電連通且至少部分經該本體部分封閉；及金屬冷卻塊，其具有彼此熱連通的至少第一及第二通道，該第一通道接收該本體部分之至少部分及該等導線之至少部分，且該第二通道接收該管道之至少部分。
[11] 如申請專利範圍第1項之組件，其中該加熱組件包括經組態以點燃燃料流之點火器組件，該點火器組件包括點火器元件，其具有經組態以在氧氣存在下燃燒氫氣的催化活性塗層。
[12] 一種蒸汽重組氫氣產生組件，其經組態以接收至少一個進料流且產生含有氫氣作為主要組分及其他氣體之重組物流，該組件包含：外殼；氫氣產生區，其係含於該外殼內且包括重組催化劑，該氫氣產生區經組態以經蒸汽重組反應自該至少一個進料流產生該重組物流；加熱組件，其經組態以接收至少一個空氣流及至少一個燃料流且在含於該外殼內之燃燒區中燃燒該至少一個燃料流，產生用於將至少該氫氣產生區加熱至至少一個最低氫氣產生溫度之熱排出流；及隔熱基座，其經組態以降低該外殼之外部溫度，該隔熱基座鄰近於該燃燒區，其中該外殼支撐於該隔熱基座上且該隔熱基座包括隔熱材料及至少一個延伸穿過該隔熱材料之通路，該至少一個通路與該燃燒區流體連通。
[13] 如申請專利範圍第12項之組件，其中該隔熱基座在該隔熱材料內另外包括至少一個空腔，且其中該至少一個空腔(a)經定尺寸以至少部分接收鼓風機，該鼓風機經組態以產生該至少一個空氣流的至少一部分，(b)與該至少一個通路流體連通。
[14] 如申請專利範圍第12項之組件，其中該至少一個通路包括複數個以曲線圖案排列之通路。
[15] 如申請專利範圍第14項之組件，其中該複數個通路以圓形圖案排列。
[16] 如申請專利範圍第12項之組件，其中該外殼包括頂部部分及底部部分且該隔熱基座鄰近於該底部部分且與該頂部部分間隔開。
[17] 如申請專利範圍第12項之組件，其另外包含與該蒸發區流體連通之管道且該至少一個含液體進料流在傳遞至該蒸發區之前通過該管道，其中該加熱組件包括：入口，其用於接收至少一個燃料流及至少一個空氣流；點火器組件，其經組態以點燃該至少一個燃料流，該組件包含：本體部分；至少一個點火器元件，其附接於該本體部分；及導線，其與該至少一個點火器元件電連通且至少部分經該本體部分封閉；及金屬冷卻塊，其具有彼此熱連通的至少第一及第二通道，該第一通道接收該本體部分之至少部分及該等導線之至少部分，且該第二通道接收該管道之至少部分。
[18] 如申請專利範圍第12項之組件，其中該外殼包括底部部分，該組件另外包含安置於該外殼之該底部部分與該隔熱基座之間的燃料分佈組件，該燃料分佈組件經組態以將該至少一個燃料流分佈至該燃燒區中，該燃料分佈組件包括：網格組件，其支撐於該隔熱基座上，頂壁，其具有一周長，至少一個側壁，其具有頂部部分及底部部分，該頂部部分圍繞該周長安裝且該底部部分支撐於該網格組件上，使得在該至少一個側壁內且在該頂壁與該網格組件之間形成燃料流分佈區，入口，其進入該燃料流分佈區中，及燃料流管道，其與該入口流體連接且經組態以接收該至少一個燃料流，其中該網格組件包括用於該至少一個燃料流自該燃料流分佈區流至該燃燒區的至少一個路徑。
[19] 如申請專利範圍第12項之組件，其中該加熱組件包括經組態以點燃燃料流之點火器組件，該點火器組件包括點火器元件，其具有經組態以在氧氣存在下燃燒氫氣的催化活性塗層。
[20] 如申請專利範圍第12項之組件，其另外包含在該外殼外部且附接於該外殼的至少一部分之導熱組件，該導熱組件經組態以將熱量自一或多個附接於該導熱組件的外部加熱器傳導至該外殼的該至少一部分。
[21] 一種蒸汽重組氫氣產生組件，其經組態以接收至少一個進料流且產生含有氫氣作為主要組分及其他氣體之重組物流，該組件包含：外殼；氫氣產生區，其係含於該外殼內且包括重組催化劑，且經組態以接收該至少一個進料流及經蒸汽重組反應產生該重組物流；進料流管道，其與該氫氣產生區流體連通且該至少一個進料流在傳遞至該氫氣產生區之前通過該管道；及加熱組件，其與該氫氣產生區熱連通，該加熱組件包括：入口，其用於接收至少一個燃料流及至少一個空氣流；點火器組件，其經組態以點燃該至少一個燃料流，該組件包含：本體部分；至少一個點火器元件，其附接於該本體部分；及導線，其與該至少一個點火器元件電連通且至少部分經該本體部分封閉；及金屬冷卻塊，其具有彼此熱連通的至少第一及第二通道，該第一通道接收該本體部分之至少部分及該等導線之至少部分，且該第二通道接收該進料流管道之至少部分。
[22] 如申請專利範圍第21項之組件，其中該金屬冷卻塊的至少一部分具有橫斷該第一及該第二通道之長軸的矩形橫截面。
[23] 如申請專利範圍第21項之組件，其中該外殼包括底部部分且該加熱組件經組態以在含於該外殼內之燃燒區中燃燒該至少一個燃料流，產生用於將至少該氫氣產生區加熱至至少一個最低氫氣產生溫度之熱排出流，該組件另外包含附接於該外殼之該底部部分且經組態以將該至少一個燃料流分佈至該燃燒區中的燃料分佈組件，該燃料分佈組件包括：基座，其包括與該燃燒區流體連通的至少一個通路，網格組件，其支撐於該基座上，頂壁，其具有一周長，至少一個側壁，其具有頂部部分及底部部分，該頂部部分圍繞該周長安裝且該底部部分支撐於該網格組件上，使得在該至少一個側壁內且在該頂壁與該網格組件之間形成燃料流分佈區，燃料流入口，其進入該燃料流分佈區中，及燃料流管道，其與該入口流體連接且經組態以接收該至少一個燃料流，其中該網格組件包括用於該至少一個燃料流自該燃料流分佈區流至該燃燒區的至少一個路徑。
[24] 如申請專利範圍第21項之組件，其中該加熱組件包括經組態以點燃燃料流之點火器組件，該點火器組件包括點火器元件，其具有經組態以在氧氣存在下燃燒氫氣的催化活性塗層。
[25] 如申請專利範圍第21項之組件，其另外包含在該外殼外部且附接於該外殼的至少一部分之導熱組件，該導熱組件經組態以將熱量自一或多個附接於該導熱組件的外部加熱器傳導至該外殼的該至少一部分。
[26] 一種蒸汽重組氫氣產生組件，其經組態以接收至少一個進料流且產生含有氫氣作為主要組分及其他氣體之重組物流，該組件包含：氫氣產生區，其含有重組催化劑且經組態以接收該至少一個進料流及經蒸汽重組反應產生該重組物流；及加熱組件，其與該氫氣產生區熱連通，該加熱組件包括經組態以點燃至少一個燃料流的點火器組件，該點火器組件包括點火器元件，其具有經組態以在氧氣存在下燃燒氫氣的催化活性塗層。
[27] 如申請專利範圍第26項之組件，其中該點火器組件另外包括附接於該點火器元件之至少部分的導線，該導線與電源電連通。
[28] 如申請專利範圍第27項之組件，其中該導線環繞該點火器元件的至少部分。
[29] 如申請專利範圍第26項之組件，其中該催化活性塗層包括鉑、銠及鈀中至少一者。
[30] 如申請專利範圍第26項之組件，其中該點火器元件包括陶瓷材料及金屬材料中至少一者。
[31] 如申請專利範圍第26項之組件，其中該加熱組件經組態以接收至少一個空氣流及該至少一個燃料流且在含於該外殼內之燃燒區中燃燒該至少一個燃料流，產生用於將至少該氫氣產生區加熱至至少一個最低氫氣產生溫度之熱排出流，該組件另外包含：外殼，其具有底部部分，其中該氫氣產生區係含於該外殼內；及燃料分佈組件，其附接於該外殼之該底部部分且經組態以將該至少一個燃料流分佈至該燃燒區中，該燃料分佈組件包括：基座，其包括與該燃燒區流體連通的至少一個通路，網格組件，其支撐於該基座上，頂壁，其具有一周長，至少一個側壁，其具有頂部部分及底部部分，該頂部部分圍繞該周長安裝且該底部部分支撐於該網格組件上，使得在該至少一個側壁內且在該頂壁與該網格組件之間形成燃料流分佈區，入口，其進入該燃料流分佈區中，及燃料流管道，其與該入口流體連接且經組態以接收該至少一個燃料流，且其中該網格組件包括用於該至少一個燃料流自該燃料流分佈區流至該燃燒區的至少一個路徑。
[32] 如申請專利範圍第31項之組件，其另外包含在該外殼外部且附接於該外殼的至少一部分之導熱組件，該導熱組件經組態以將熱量自一或多個附接於該導熱組件的外部加熱器傳導至該外殼的該至少一部分。
[33] 一種蒸汽重組氫氣產生組件，其經組態以接收至少一個進料流且產生含有氫氣作為主要組分及其他氣體之重組物流，該組件包含：外殼，其具有底部部分；氫氣產生區，其係含於該外殼內且包括重組催化劑，該氫氣產生區經組態以經蒸汽重組反應自該至少一個進料流產生該重組物流；加熱組件，其經組態以接收至少一個空氣流及至少一個燃料流且在含於該外殼內之燃燒區中燃燒該至少一個燃料流，產生用於將至少該氫氣產生區加熱至至少一個最低氫氣產生溫度之熱排出流；及燃料分佈組件，其附接於該外殼之該底部部分且經組態以將該至少一個燃料流分佈至該燃燒區中，該燃料分佈組件包括：基座，其包括與該燃燒區流體連通的至少一個通路，網格組件，其支撐於該基座上，頂壁，其具有一周長，至少一個側壁，其具有頂部部分及底部部分，該頂部部分圍繞該周長安裝且該底部部分支撐於該網格組件上，使得在該至少一個側壁內且在該頂壁與該網格組件之間形成燃料流分佈區，入口，其進入該燃料流分佈區中，及燃料流管道，其與該入口流體連接且經組態以接收該至少一個燃料流，其中該網格組件包括用於該至少一個燃料流自該燃料流分佈區流至該燃燒區的至少一個路徑。
[34] 如申請專利範圍第33項之組件，其中該網格組件延伸至該燃燒區中，該加熱組件另外包含經該網格組件支撐於該燃燒區內之至少一種燃燒催化劑，該至少一種燃燒催化劑經組態以在氧氣存在下燃燒氫氣。
[35] 如申請專利範圍第33項之組件，其中該入口形成於該頂壁上且該燃料流管道經過該外殼的一部分。
[36] 如申請專利範圍第33項之組件，其中該外殼界定縱軸，且該燃料流管道沿該縱軸延伸。
[37] 如申請專利範圍第36項之組件，其中該外殼包括縱軸，且該燃料流管道沿與該縱軸平行但與該縱軸間隔開之軸延伸。
[38] 如申請專利範圍第36項之組件，其中該頂壁與該至少一個側壁中之至少一者與該外殼一起形成。
[39] 如申請專利範圍第33項之組件，其中該網格組件包括至少一層網格。
[40] 如申請專利範圍第33項之組件，其另外包含在該外殼外部且附接於該外殼的至少一部分之導熱組件，該導熱組件經組態以將熱量自一或多個附接於該導熱組件的外部加熱器傳導至該外殼的該至少一部分。
[41] 一種蒸汽重組氫氣產生組件，其經組態以接收至少一個進料流且產生含有氫氣作為主要組分及其他氣體之重組物流，該組件包含：外殼；氫氣產生區，其係含於該外殼內且包括重組催化劑，該氫氣產生區經組態以經蒸汽重組反應自該至少一個進料流產生該重組物流；及導熱組件，其在該外殼外部且附接於該外殼的至少一部分，該導熱組件經組態以將熱量自一或多個附接於該導熱組件的外部加熱器傳導至該外殼的該至少一部分。
[42] 如申請專利範圍第41項之組件，其中該導熱組件包括附接於該外殼之該至少一部分的金屬帶。
[43] 如申請專利範圍第42項之組件，其中該金屬帶包括鋁。
[44] 如申請專利範圍第42項之組件，其中該一或多個外部加熱器包括小於該導熱組件加熱之該外殼的該至少一部分之表面積的總加熱表面積。
[45] 如申請專利範圍第44項之組件，其中該一或多個外部加熱器包括實質上小於該導熱組件加熱之該外殼的該至少一部分之該表面積的總加熱表面積。
[46] 一種氫氣純化裝置，其包含：第一及第二終端框架，其包括：輸入埠，其經組態以接收含有氫氣及其他氣體之混合氣流；輸出埠，其經組態以接收含有濃度比該混合氣流中高之氫氣及濃度比該混合氣流中低之其他氣體中至少一者的滲透物流；及副產物埠，其經組態以接收含有該等其他氣體之至少相當大部分的副產物流；至少一個氫氣選擇性膜，其安置於該第一與該第二終端框架之間且緊固於該第一及該第二終端框架，該至少一個氫氣選擇性膜具有進料側及滲透物側，該滲透物流之至少部分由該混合氣流中自該進料側傳遞至該滲透物側之部分形成，保留在該進料側之該混合氣流之剩餘部分形成該副產物流之至少部分；及複數個框架，其安置於該第一及該第二終端框架與該至少一個氫氣選擇性膜之間，該複數個框架中之每一個框架均包括界定開口區域及框架平面之周長殼，及至少一個延伸至該開口區域中之第一膜支撐結構，其中該至少一個第一膜支撐結構中之每一者與該複數個框架之其他第一膜支撐結構在第一膜支撐平面內共平面，該第一膜支撐平面垂直於該複數個框架中之每一個框架的框架平面。
[47] 如申請專利範圍第46項之裝置，其中該至少一個第一膜支撐結構包括經組態以接收至少一個扣件的一或多個插座，以將該複數個框架緊固於該第一及該第二終端框架。
[48] 如申請專利範圍第46項之裝置，其中該至少一個第一膜支撐結構與該周長殼一起形成。
[49] 如申請專利範圍第46項之裝置，其中該複數個框架中之每一者均包括至少一個延伸至該開口區域中之第二膜支撐結構，其中該至少一個第二膜支撐結構中之每一者與該複數個框架中之其他框架的其他第二膜支撐結構在第二膜支撐平面內共平面，該第二膜支撐平面與該第一膜支撐平面間隔開且垂直於該框架平面。
[50] 如申請專利範圍第49項之裝置，其中該周長殼包括第一及第二相對側，且該至少一個第一膜支撐結構自該第一相對側延伸至該開口區域中且該至少一個第二膜支撐結構自該第二相對側延伸至該開口區域中。
[51] 如申請專利範圍第46項之裝置，其中該複數個框架包括至少一個安置於該第一及該第二終端框架中至少一者與該至少一個氫氣選擇性膜之間的進料框架，該至少一個進料框架另外包括：進料框架周長殼，輸入管道，其形成於該進料框架周長殼上且經組態以自該輸入埠接收該混合氣流之至少部分，輸出管道，其形成於該進料框架周長殼上且經組態以接收該混合氣流之該至少部分中保留在該至少一個氫氣選擇性膜之該進料側上的剩餘部分，進料框架開口區域，其安置於該輸入與該輸出管道之間，及至少一個進料框架膜支撐結構，其在該第一膜支撐平面內以支撐該至少一個氫氣選擇性膜之第一部分，該至少一個進料框架膜支撐結構另外經組態以在該混合氣流之該至少部分流經該輸入與該輸出管道之間的該進料框架開口區域時改變該混合氣流之該至少部分的流動方向。
[52] 如申請專利範圍第51項之裝置，其中在無該至少一個進料框架膜支撐結構存在下，該混合氣流之該至少部分穿過該輸入與該輸出管道之間的該進料框架開口區域的流動在至少一個第一方向上移動，且該至少一個進料框架膜支撐結構經組態以使該混合氣流之該至少部分的流動自該至少一個第一方向改變為至少一個不同於該至少一個第一方向的第二方向。
[53] 如申請專利範圍第51項之裝置，其中該混合氣流之該至少部分自該輸入管道朝向該進料框架開口區域之流動一般在第三方向上，該至少一個進料框架膜支撐結構在一般與該第三方向平行之第四方向上自該進料框架周長殼延伸，且該至少一個第一膜支撐結構在該第四方向上自該複數個框架中之其他框架的周長殼延伸。
[54] 如申請專利範圍第51項之裝置，其中該混合氣流之該至少部分自該輸入管道朝向該進料框架開口區域之流動一般在第三方向上，該至少一個進料框架膜支撐結構在一般與該第三方向垂直之第四方向上自該進料框架周長殼延伸，且該至少一個第一膜支撐結構在該第四方向上自該複數個框架中之其他框架的周長殼延伸。
[55] 如申請專利範圍第51項之裝置，其中該進料框架周長殼包括流體連接該輸入及該輸出管道與該開口區域之複數個通道。
[56] 如申請專利範圍第46項之裝置，其中該複數個框架另外包括至少一個滲透物框架，該至少一個氫氣選擇性膜安置於該第一及該第二終端框架中之一者與該至少一個滲透物框架之間，該至少一個滲透物框架包括：滲透物框架周長殼，輸出管道，其形成於該滲透物框架周長殼上且經組態以接收該滲透物流中來自該至少一個氫氣選擇性膜的至少部分，滲透物框架開口區域，其經該滲透物框架周長殼包圍，及至少一個滲透物框架膜支撐結構，其在該第一膜支撐平面內以支撐該至少一個氫氣選擇性膜的該第一部分。
[57] 如申請專利範圍第46項之裝置，其中該複數個框架另外包括至少一個微孔篩網結構，其經組態以支撐該至少一個氫氣選擇性膜，其中該至少一個微孔篩網結構一般包括經組態以向該滲透物側提供支撐的相對表面，及在該等相對表面之間延伸的複數個流體通路，該至少一個微孔篩網結構另外包括含有氧化鋁層之不鏽鋼，該氧化鋁層經組態以防止該不鏽鋼與該至少一個氫氣選擇性膜之間的金屬間擴散。
[58] 一種氫氣純化裝置，其包含：第一及第二端板，其包括：輸入埠，其經組態以接收含有氫氣及其他氣體之混合氣流；輸出埠，其經組態以接收含有濃度比該混合氣流中高之氫氣及濃度比該混合氣流中低之其他氣體中至少一者的滲透物流；及副產物埠，其經組態以接收含有該等其他氣體之至少相當大部分的副產物流；至少一個氫氣選擇性膜，其安置於該第一及該第二端板之間，該至少一個氫氣選擇性膜具有進料側及滲透物側，該滲透物流之至少部分由該混合氣流中自該進料側傳遞至該滲透物側的部分形成，保留在該進料側之該混合氣流之剩餘部分形成該副產物流之至少部分；及微孔篩網結構，其經組態以支撐該至少一個氫氣選擇性膜，其中該微孔篩網結構一般包括經組態以向該滲透物側提供支撐之相對表面，及在該等相對表面之間延伸的複數個流體通路，該微孔篩網結構包括含有氧化鋁層之不鏽鋼，該氧化鋁層經組態以防止該不鏽鋼與該至少一個氫氣選擇性膜之間的金屬間擴散。
[59] 如申請專利範圍第58項之裝置，其中該不鏽鋼包括約0.6 wt%至約1.5 wt%鋁。
[60] 如申請專利範圍第58項之裝置，其中該微孔篩網結構包括303(鋁改質)、17-7 PH、13-8 PH及15-7 PH不鏽鋼中之一者。
[61] 一種製造用於氫氣純化裝置之框架的方法，該框架安置於第一與第二終端框架之間且緊固於該第一及該第二終端框架中之至少一者，該方法包含：以至少一種具有一熔點之分層金屬電鍍該框架之第一及第二區段；接合該第一及該第二區段；使接合之第一及第二區段的溫度升高至高於該熔點；及使該至少一種分層金屬擴散至該第一及該第二區段中，使得形成合金，該合金之熔點高於該至少一種分層金屬之熔點。
[62] 如申請專利範圍第61項之方法，其中該第一及該第二區段分別包括第一及第二通道，其中接合該第一及該第二區段包括接合該第一及該第二區段使得該第一及該第二通道彼此偏移。
[63] 如申請專利範圍第61項之方法，其中該第一及該第二區段由至少一種包層金屬(clad metal)製成。
[64] 如申請專利範圍第61項之方法，其中該至少一種包層金屬包括銅包鋼(copper-clad steel)。
[65] 如申請專利範圍第61項之方法，其中該銅包鋼包括銅包不鏽鋼(copper-clad stainless steel)及銅包碳鋼(copper-clad carbon steel)中之一者。
[66] 如申請專利範圍第61項之方法，其中該分層金屬包括錫。

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