氢气纯化装置、构件和包括该装置、构件的燃料处理系统制造方法及图纸

一个氢气纯化装置（１０）包括一个盖体（１２），该盖体含有一个分离膜组件（２０），其用来接收含有氢气的混合气流（２４）以产生一含有纯氢气或至少实质纯的氢气的气流（３４）。分离膜组件（２０）至少包括一个透氢膜和／或氢气选择性薄膜（４６），在一些实施例中，其包括至少一个薄膜封套，该薄膜封套有一对一般相对着的薄膜区以界定一延伸于其间的收获导管，且这对薄膜区由一个支撑体隔离。盖体（１２）包括的构件由热膨胀系数与薄膜（４６）热膨胀系数相似或相同的材料制成。在一些实施例中，这些构件包括至少支撑体的一部分，在一些实施例中，这些构件包括至少盖体的一部分（１２）。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
一般而言，本专利技术关于氢气的纯化，尤其是涉及氢气纯化装置、构件和包括该装置、构件的燃料处理系统和燃料电池系统。
技术介绍
纯氢可用于制备许多产物，包括金属、食用油脂、半导体、微电子。纯氢还是许多能量转换装置的重要燃料源。例如，燃料电池利用纯氢和一种氧化剂能产生出一电动势。不同的工艺和装置都可以生产燃料电池需要消耗的氢气。但是，许多氢气生产工艺只能产出不纯的氢气，这种不纯的氢气还可以被称为是含有氢气的混合气流。在将这种气流输送至燃料电池或燃料电池组之前，可以纯化该混合气体，例如除去不良杂质。专利技术概要本专利技术提供氢气纯化装置、氢气纯化装置的构件以及包括氢气纯化装置的燃料处理系统和燃料电池系统。该氢气纯化装置包括一个含有一个分离组件的盖体，其中分离组件是用来接收含有氢气的混合气流以产生一含有纯氢气或至少实质纯的氢气的气流。分离组件至少包括一个透氢膜和/或氢气选择性薄膜，在一些实施例中，其包括至少一个薄膜封套，该薄膜封套有一对一般相对着的薄膜区以界定一延伸于其间的收获导管，且这对薄膜区由一个支撑体所隔离。装置包括的一个或多个构件由热膨胀系数与薄膜热膨胀系数相似或相同的材料制成。在一些实施例中，这些构件包括至少支撑体的一部分，在一些实施例中，这些构件包括至少盖体的一部分。对于那些善于利用以下描述的具体实施方案和结合专利技术原则且以说明性例子揭示较佳实施例的简图的人而言，本专利技术的许多其它特征将变得一目了然。附图简述附图说明图1是氢气纯化装置的示意图。图2是一个带有平面型分离膜的氢气纯化装置的示意剖面图。图3是一个带有管状分离膜的氢气纯化装置的示意剖面图。图4是另一个带有一个管状分离膜的氢气纯化装置的示意剖面图。图5是依照本专利技术构成的一个氢气纯化装置的一个盖体的示意剖面图。图6是依照本专利技术构成的一个氢气纯化装置的一个盖体示意剖面图。图7是依照本专利技术的一个氢气纯化装置的盖体的构件之间一个合适界面的局部剖面图。图8是依照本专利技术的一个氢气纯化装置的盖体的构件之间一个合适界面的局部剖面图。图9是依照本专利技术的一个氢气纯化装置的盖体的构件之间一个合适界面的局部剖面图。图10是依照本专利技术的一个氢气纯化装置的盖体的构件之间一个合适界面的局部剖面图。图11是依照本专利技术构成的包括图1-6中所示的一个氢气纯化装置的一个端板的顶视图。图12是图11中所示端板的剖面图。图13是依照本专利技术构成的包括图1-6中所示的一个氢气纯化装置的一个端板的顶视图。图14是图13所示端板的剖面图。图15是依照本专利技术构成的包括图1-6中所示的一个氢气纯化装置的一个端板的顶视图。图16是图15所示端板的剖面图。图17是依照本专利技术构成的包括图1-6中所示的一个氢气纯化装置的一个端板的顶视图。图18是图17所示端板的剖面图。图19是依照本专利技术构成的包括图1-6中所示的一个氢气纯化装置的盖体的一个端板的顶视图。图20是图19所示端板的剖面图。图21是依照本专利技术构成的包括图1-6中所示的一个氢气纯化装置的盖体的一个端板的顶视图。图22是图21所示端板的侧视图。图23是图21所示端板的等角视图。图24是图21所示端板的剖面图。图25是图21-24中所示的带有一对端板构成的一个氢气纯化装置的盖体的部分剖面侧视图。图26是依照本专利技术构成的另一个氢气纯化装置的等角视图。图27是图26所示装置的剖面图。图28是依照本专利技术构成的包括图1-6中所示的氢气纯化装置另一个端板的侧视图。图29是依照本专利技术构成的包括图1-6中所示的氢气纯化装置另一个端板的侧视图。图30是依照本专利技术构成的包括图1-6中所示的氢气纯化装置另一个端板的侧视图。图31是由一个支撑体隔离的一对分离膜的局部侧视图。图32是依照本专利技术构成的且包括一个多层筛网结构形式的支撑体的薄膜封套的分解等角视图。图33是依照本专利技术的又一个薄膜封套的分解等角视图。图34是依照本专利技术的又一个薄膜封套的分解等角视图。图35是依照本专利技术的又一个薄膜封套的分解等角视图。图36是依照本专利技术构成的带有一个以虚线示出的薄膜框架和薄膜模制物的氢气纯化装置的盖体外壳的剖面图。图37是带有一个以虚线示出的分离膜以及框架图13所示的端板的顶视图。图38是带有一个以虚线示出的分离膜以及框架图21所示的端板的顶视图。图39是依照本专利技术构成的又一种氢气纯化装置的分解等角视图。图40是包括依照本专利技术构成的一个燃料处理器和一个氢气纯化装置的燃料处理系统的示意图。图41是包括一个与依照本专利技术的一个氢气纯化装置结合的燃料处理器的燃料处理系统的示意图。图42是包括一个依照本专利技术构成的完整氢气纯化装置的又一个燃料处理器的示意图。图43是包括一个依照本专利技术构成的氢气纯化装置的燃料电池系统的示意图。专利技术的详细描述和最佳模式图1中10所示的是一种氢气净化装置。装置10包括一个界定的实体或盖体12，其中内室18内装置有分离组件20。含有氢气26和其它气体28的混合气流24被输送至内室。更具体地说，混合气流被输送至内部分离室的混合气区30，并与分离组件20接触。分离组件20包括能够接收混合气流并可产生一种穿透气流或富氢气流的任何适用结构。气流34一般含有纯氢或者至少实质纯氢的气体。但是，在本专利技术的范围之内气流34至少还包括一个载体、或清扫器(sweep)、气体构件。在示范实施例中，穿过分离组件的部分混合气流进入内室的穿透区32。这部分混合气流形成富氢气流34，不穿过分离组件的那部分混合气流形成至少含有大量其它气体的副产物流36。在一些实施例中，副产物流36可以包含存在于混合气流中的部分氢气。本专利技术范围还包括，分离组件还可以吸收或保留至少很大一部分其它气体，一旦分离组件被替换、更新或者再装载时，这部分气体会被作为副产物流会而除去。图1中，气流24-28的示意图代表24-28中每一种气流可能包括多于一个流入或流出装置10的实际气流。例如，装置10可以接收多支原料流24，在与分离组件20接触之前被分为多支气流的单支气流24，或者仅仅是一支被输送至内室18的气流。装置10一般是在高温和/或高压下操作。例如，装置10可以在环境温度至700℃或更高温度的范围内的(选定)温度下操作。在一些实施例中，选定温度可以在200℃至500℃范围之内。在又一些实施例中，选定温度可以在250℃至400℃范围之内。还有些实施例中，选定温度可以为400℃±25℃、50℃或75℃。装置10可以在在约50psi至1000psi或者更高压力的范围内的(选定)压力下操作。在一些实施例中，选定压力可以在50psi至250psi或500psi范围之内。又一些实施例中，选定压力可以低于300psi或者250psi。还有些实施例中选定压力为175psi±25psi、50psi或75psi。所以，盖体必须密封的足够好才能够达到和承受此操作压力。应该理解，此处使用的关于诸如温度或压力的操作参数术语″选定值″是指界定的或预定的临界值或范围值，当等于或小于选定值时，装置10和关联构件在这些选定值中进行操作。再进一步说明，一个选定操作温度可以大于或小于一个特定温度，在特定温度范围之内，或者在特定温度的给定容差范围之内，例如在特定温度的5％、10％等之内。氢气纯化装置在一定高温下操作的实施例中，需要加热装置将其温度升高至选定操作温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个燃料处理器，包括：一个氢气产生区，用于接受原料流并从原料流中产生含有氢气和其它气体的混合气流；一个分离区，用于接受至少一部分混合气流并由此产生含有至少实质部分为氢气的富氢气流，其中分离区包括：一个界定内室的盖体， 其中盖体包括至少一个用以将含有氢气的混合气流输送至盖体的输入口，至少一个用以将含有实质纯的氢气的穿透气流排出在盖体之外的输出口，至少一个用以将含有至少一实质部分其它气体的副产物流排出在盖体之外的副产物输出口，其中富氢气流包括至少一部分穿透气流；一个在分离室内的氢气选择性薄膜，其中氢气选择性薄膜有一个热膨胀系数，与混合气流接触的第一面，与第一面通常相对的穿透面，氢气选择性薄膜至少很大一部分由含有钯和铜的合金制成；其中穿透气流包括一部分通过氢气选择性薄膜至穿透面的混合气流 ，而且副产物流包括一部分不通过氢气选择性薄膜的混合气流；以及支撑盖体内氢气选择性薄膜的构造，其中支撑盖体内氢气选择性薄膜的构造包括一种薄膜接触结构，其至少部分由一种包括镍和铜的合金制成，其热膨胀系数与氢气选择性薄膜的热膨胀系数相同或 者至少是氢气选择性薄膜热膨胀系数的至少大约１０％之内。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维J埃德伦，查尔斯R希尔，威廉A布拉格，托德R斯多德巴克尔，
申请(专利权)人：益达科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]