发明名称 以温度为基础之突破作用检测及变压式吸附系统及包括此等系统的燃料处理系统
摘要 本发明系关于具有以温度为基础之突破作用检测系统的变压式吸附(PSA)组件、以及关于含有此种变压式吸附组件的氢气产生组件及/或燃料电池系统、以及关于操作此等组件的方法。此等检测系统系适用于检测一个与在一个PSA组件之一个吸附剂基底之中之吸附剂相关的测量温度、以及用以反应至少PSA组件、像是反应于介于测量温度与至少一个参考温度之间的关系而控制至少该PSA组件的操作。该参考温度可以包括有一个储存数值、一个先前测量的温度及/或一个在PSA组件中他处测量的温度。在一些实施例之中,该参考温度系与测量温度从其而被检测到之吸附剂下游的吸附剂相关。在一些实施例之中,PSA循环及/或其元件系因而至少部份地由介于测量温度与参考温度之间的关系所决定。
申请公布号 TWI290064 申请公布日期 2007.11.21
申请号 TW094142856 申请日期 2005.12.06
申请人 伊达科技公司 发明人 詹姆斯A. 基凡
分类号 B01D53/047(2006.01) 主分类号 B01D53/047(2006.01)
代理机构 代理人 桂齐恒 台北市中山区长安东路2段112号9楼;阎启泰 台北市中山区长安东路2段112号9楼
主权项 1.一种氢气产生组件,其系包含有: 一个氢气产生燃料处理系统,其系适用于从至少一 种原料来产生一个含有氢气以及其他气体的混合 气体流; 一个变压式吸附组件,其系适用于接收至少一部份 的混合气体流以及用以从该混合气体流处移除杂 质,用以产生一个具有较该混合气体流更纯氢气的 产物氢气流,该变压式吸附组件包含有: 复数个吸附剂基底,每个基底都包括有一个含有吸 附剂的吸附剂区域,该吸附剂系适用于吸附至少该 等其他气体的其中之一;以及 一个以温度为基础的检测系统,其系包含有: 至少一个温度感测器,其系适用于测量一个与一部 份吸附剂区域相关的温度;以及 一个控制器,其系适用于比较该与一部份吸附剂区 域相关的温度与至少一个参考温度,以及用以至少 部份地反应该温度来选择地控制至少该变压式吸 附组件的操作。 2.如申请专利范围第1项所述的组件,该组件系与一 个适用于从一个氧化剂以及至少一部份产物氢气 流产生一电流的燃料电池叠结合在一起。 3.如申请专利范围第2项所述的组件,其中该以温度 为基础的检测系统系更适用于至少部份地反应该 测量温度以及一个参考温度的关系来控制该燃料 处理系统的操作。 4.如申请专利范围第1项所述的组件,其中该至少一 个参考温度包括有一个与该吸附剂区域的一个第 二部位相关的温度。 5.如申请专利范围第4项所述的组件,其中当在混合 气体在吸附制程期间流过该吸附剂区域的方向中 测量时,该吸附剂区域的第二部位系座落于该吸附 剂区域的下游。 6.如申请专利范围第1项所述的组件,其中该至少一 个参考温度包括有一个先前测量温度,一个储存数 値,以及一个预定起点数値的至少其中之一。 7.如申请专利范围第1项所述的组件,其中该控制器 适用于至少部份地反应该测量温度来检测是否该 吸附剂区域中存在有一个突破状况。 8.如申请专利范围第1项所述的组件,其中该至少一 个温度感测器包括有至少一个适用于测量与该吸 附剂区域之一个部位相关之温度的第一温度感测 器,以及一个适用于测量一个与该吸附剂基底相关 之一个温度的第二温度感测器。 9.如申请专利范围第1项所述的组件,其中该以温度 为基础的检测系统系适用于反应介于测量温度以 及一个参考温度之间的关系来停止至少该变压式 吸附系统。 10.如申请专利范围第1项所述的组件,其中该以温 度为基础的检测系统更适用于至少部份地反应该 测量温度以及一个参考温度的关系来控制该变压 式吸附系统的操作。 11.如申请专利范围第1项所述的组件,其中该氢气 产生燃料处理系统包括有至少一个氢气产生区域, 其适用于从一个包括有一种含碳原料的馈入流产 生该混合气体流。 12.如申请专利范围第1项所述的组件,其中该氢气 产生燃料处理系统包括有至少一个氢气产生区域, 其系适用于从一个包括有水以及一种含碳原料的 馈入流产生该混合气体流。 13.如申请专利范围第1项所述的组件,其中该氢气 产生燃料处理系统包括有至少一个氢气产生区域, 其系适用于经由一个蒸气重组反应来产生该混合 气体流。 14.如申请专利范围第1项到第13项其中任一项所述 的组件,其中该变压式吸附组件系适用于经由一个 PSA循环来降低在该混合气体流中之其他气体的浓 度,该PSA循环系包括有至少加压,吸附,减压,以及洗 净步骤并且其系具有一个循环时间。 15.如申请专利范围第14项所述的组件,其中该PSA循 环更包括有至少一个均等化步骤,在该步骤中至少 复数个吸附剂基底中的其中二个基底系以流体的 方式互相连接,用于在该等基底之间流动的气体。 16.如申请专利范围第14项所述的组件,其中该以温 度为基础的检测系统适用于反应介于测量温度以 及一个参考温度之间的关系来停止在该PSA循环之 中的吸附步骤。 17.如申请专利范围第14项所述的组件,其中该以温 度为基础的检测系统系适用于反应于该测量温度 与一个参考温度之间的关系来停止在该PSA循环中 的洗净步骤。 18.如申请专利范围第14项所述的组件,其中该以温 度为基础的检测系统系适用于反应于该测量温度 与一个参考温度之间的关系来过渡到PSA循环之减 压以及洗净步骤中之至少其中之一。 19.如申请专利范围第14项所述的组件,其中该以温 度为基础的检测系统系适用于反应于该测量温度 与一个参考温度之间的关系来减少该PSA循环之循 环时间一个预定的增量。 20.如申请专利范围第14项所述的组件,其中该循环 时间包括有与在该PSA循环中之每个步骤相关的一 段时间,以及进一步地其中该以温度为基础的检测 系统系适用于反应于该测量温度与一个参考温度 之间的关系来减少与该PSA循环之吸附步骤相关的 该段时间一个预定的增量。 21.如申请专利范围第14项所述的组件,其中该循环 时间包括有与在该PSA循环中之每个步骤相关的一 段时间,以及进一步地其中该以温度为基础的检测 系统系适用于反应于该测量温度与一个参考温度 之间的关系来增加与该PSA循环之洗净步骤相关的 该段时间一个预定的增量。 22.如申请专利范围第14项所述的组件,其中该循环 时间包括有与在该PSA循环中之每个步骤相关的一 段时间,以及进一步地其中该以温度为基础的检测 系统系适用于反应于该测量温度与一个参考温度 之间的关系来增加与该PSA循环之洗净步骤相关的 该段时间一个预定的增量。 23.一种用于防止在一个变压式吸附组件中之突破 作用的方法,该变压式吸附组件包含有至少一个具 有一个吸附剂区域的吸附剂基底,该吸附剂区域含 有至少一个适用于吸附在一个不纯氢气流之中的 杂质、来从该氢气流产生一个纯化氢气流的吸附 剂,该方法包含有: 检测出一个与该吸附剂区域之一个部位相关的测 量温度; 检测出一个与该变压式吸附组件相关的参考温度, 该变压式吸附组件系位于该测量温度所被检测到 之吸附剂区域的部位下游; 比较该测量温度以及该参考温度;以及 反应于超过该参考温度多于一个起点数値的测量 温度而自动地调整该变压式吸附组件的操作。 24.如申请专利范围第23项所述的方法,其中该起点 数値为至少2℃。 25.如申请专利范围第23项所述的方法,其中该参考 温度系与该吸附剂区域的一个第二部位相关。 26.如申请专利范围第25项所述的方法,其中该吸附 剂区域包括有一个馈入端部以及一个产物端部,且 进一步地其中该吸附剂区域的第二部位系从该产 物端部处隔开。 27.如申请专利范围第23项所述的方法,其中该自动 调整包括有调整该变压式吸附组件之至少一个操 作参数。 28.如申请专利范围第27项所述的方法,其中该至少 一个操作参数系包括有一段时间,而该不纯的氢气 流系在该段时间中流过测量温度于其中被测量的 该吸附剂区域。 29.如申请专利范围第23项到第28项其中任一项所述 的方法,其中该变压式吸附组件系适用于降低在通 过一个PSA循环之该不纯氢气流中之其他气体的浓 度,该PSA循环包括有至少加压、吸附、减压、及洗 净步骤并且其系具有一个循环时间,并且进一步地 其中该自动调整系包括有改变与在该PSA循环中之 至少其中一个步骤相关的一段时间。 30.如申请专利范围第23项到第28项其中任一项所述 的方法,其中该自动调整包括有停工该变压式吸附 组件。 31.如申请专利范围第23项到第28项其中任一项所述 的方法,其中该自动调整系包括有减少在该测量温 度于其中被检测到之该吸附剂基底之中的压力,及 抽出一个含有从该基底处释出之气体的流。 32.一种用于操作一个变压式吸附组件的方法,该变 压式吸附组件包含有至少一个具有一个吸附剂区 域的吸附剂基底,该吸附剂区域含有至少一个适用 于吸附在一个不纯氢气流之中的杂质、来从该氢 气流产生一个纯化氢气流的吸附剂,该方法包含有 : 在压力影响下运送一个含有氢气以及其他气体的 混合气体流到一个具有一个吸附剂区域的吸附剂 基底,而该吸附剂区域系含有适用于从该混合气体 流吸附该等其他气体中之至少其中之一的吸附剂; 检测一个测量温度,该测量温度系与在该吸附剂区 域之一个部位中的吸附剂有关;以及 继续该运送步骤,直到该测量温度超过一个参考温 度为止。 33.如申请专利范围第32项所述的方法,其中该方法 更包括有产生在一个燃料处理组件之中的混合气 体流,该燃料处理组件系适用于从至少一个馈入流 产生该混合气体流。 34.如申请专利范围第32项所述的方法,其中该方法 更包括有检测该参考温度。 35.如申请专利范围第34项所述的方法,其中该参考 温度系与在该吸附剂区域之另一个部位中的吸附 剂有关。 36.如申请专利范围第34项所述的方法,其中该参考 温度包括有一个先前测量温度以及一个起点数値 中的至少其中之一。 37.如申请专利范围第32项所述的方法,其中该继续 的步骤系被维持直到该测量温度超过该参考温度 多于一个预定的数値。 图式简单说明: 图1为一个能量产生及消耗组件以及一个燃料电池 叠及一个能量消耗装置之示范性例子的概略视图, 该能量产生及消耗组件包括有一个具有一个相关 原料运送系统及一个燃料处理系统的氢气产生组 件; 图2为一个蒸气重组器形式的氢气产生组件的概略 视图,该组件系适用于从水以及至少一个含碳原料 来产生含有氢气以及其他气体重组流; 图3为一个燃料电池的概略视图,其系像是可以形 成一个与一个根据本发明之氢气产生组件一起使 用之燃料电池叠的部份; 图4为一个变压式吸附组件的概略视图,该组件包 括有一个根据本发明之以温度为基础的突破作用 检测系统; 图5为一个可以与根据本发明的PSA组件一起使用之 吸附剂基底的概略剖面图; 图6为一个可以与根据本发明的PSA组件一起使用之 另一个吸附剂基底的概略剖面图; 图7为一个可以与根据本发明的PSA组件一起使用之 另一个吸附剂基底的概略剖面图; 图8为图6之吸附剂基底的概略剖面图,该基底具有 一个概略地指明的质量转移区域; 图9为图8之吸附剂基底的概略剖面图,且该质量转 移区域系沿着基底的吸附剂区域朝向吸附剂区域 的一个远端或产物端部移动; 图10为一个PSA组件之一个部位的概略剖面图,该组 件系包括有至少一个吸附剂基底以及一个根据本 发明之以温度为基础的突破检测系统; 图11为一个PSA组件之一个部位的概略剖面图,该组 件包括有至少一个吸附剂基底以及一个根据本发 明之以温度为基础的突破作用检测系统;以及 图12为一个PSA组件之一个部位的概略剖面图,该组 件包括有至少一个吸附剂基底以及一个根据本发 明之以温度为基础的突破作用检测系统。
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