CN1558789A - 氢气纯化装置、构件和包括该装置、构建的燃料处理系统 - Google Patents

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Abstract

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)。

Description

氢气纯化装置、构件和包括该装置、构建的燃料处理系统
                       相关申请
本发明对以下一起申请中的专利有优先权：2001年9月27日提交的申请序列号为09/967,172且题为“氢气纯化装置、构件和包括该装置、构件的燃料处理系统”的美国专利；2002年2月4日提交的申请序列号为10/067,275且题为“氢气纯化装置、构件和包括该装置、构件的燃料处理系统”的美国专利；2002年2月28日提交的申请序列号为10/086,680且题为“氢气纯化装置、构件和包括该装置、构件的燃料处理系统”的美国专利。上述专利申请所披露的完整的内容在本发明中引用作为参考。
                       发明领域
一般而言，本发明关于氢气的纯化，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。
                       发明背景
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。
                       发明概要
本发明提供氢气纯化装置、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发明原则且以说明性例子揭示较佳实施例的简图的人而言，本发明的许多其它特征将变得一目了然。
                       附图简述
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是依照本发明构成的一个氢气纯化装置的一个盖体的示意剖面图。
图6是依照本发明构成的一个氢气纯化装置的一个盖体示意剖面图。
图7是依照本发明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是依照本发明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是依照本发明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是依照本发明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是依照本发明构成的包括图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是依照本发明构成的包括图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是依照本发明构成的包括图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是依照本发明构成的包括图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是依照本发明构成的包括图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是依照本发明构成的包括图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是依照本发明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是依照本发明构成的包括图1-6中所示的氢气纯化装置另一个端板的侧视图。
图29是依照本发明构成的包括图1-6中所示的氢气纯化装置另一个端板的侧视图。
图30是依照本发明构成的包括图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是依照本发明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是依照本发明的又一个薄膜封套的分解等角视图。
图34是依照本发明的又一个薄膜封套的分解等角视图。
图35是依照本发明的又一个薄膜封套的分解等角视图。
图36是依照本发明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是依照本发明构成的又一种氢气纯化装置的分解等角视图。
图40是包括依照本发明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发明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是包括一个依照本发明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是包括一个依照本发明构成的氢气纯化装置的燃料电池系统的示意图。
                  发明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，在本发明的范围之内气流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。本发明范围还包括，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。例如，可以通过适当的加热组件42提供热源。图1是加热组件42示范例的示意图。应该理解，加热组件42可以采用任何适当的形式，包括混合气流24本身。其它适用的加热组件的示范例包括电阻加热器、燃烧器或能产生一个热耗气流且与加热气流而不是混合气流24发生换热的其它燃烧区的其中之一或一个以上。使用燃烧器或者其它燃烧室时，燃料气流被消耗掉，这部分燃料气流可能全部或者部分形成副产物流36。图1中的42’说明加热组件可以将热气流传输至装置10的外部，例如在环绕盖体或至少部分环绕盖体的外壳中，且可以通过延伸进盖体或穿过一段盖体的气流，或通过譬如电阻加热器或其它能够辐射或者传导电力产生的热的设备来传输。
分离组件20的一种适用结构是一种或多种透氢膜和/或选择性透氢膜46。制成薄膜的材料可以是任何适用于氢气纯化装置10的操作环境和参数的氢穿透材料。对薄膜46这些适用材料的实例包括钯和钯合金，尤其是这些金属和金属合金的薄膜。钯合金已经被证明是非常有效的，尤其是含有35wt％～45wt％铜的钯，例如含有40wt％铜的薄膜。这些薄膜一般由厚约0.001英寸的薄锡箔制成。但是在本发明允许范围还包括，这种薄膜可以由其它透氢和/或选择氢的材料制成，包括不同于上述讨论的金属和金属合金，以及非金属材料和化合物，而且这些薄膜的厚度可以大于或者小于上述所讨论的厚度。例如，薄膜可以做的更薄些，相应地氢气流量就有所增加。降低薄膜厚度的合理机制包括轧制、溅射和蚀刻。美国专利US6,152,995就揭露了一种适用的蚀刻工艺，在本发明中引用参考。本发明还引用了美国专利号6,221,117和美国专利申请号09/812,499中披露的各种薄膜，薄膜构件和薄膜制备方法。
图2示出了薄膜46适用结构的示范例。如图所示薄膜46包括混合气面48和穿透面50，其中混合气面48的取向使其能与混合气流24接触，穿透面50一般与混合气面48相对着。图中的52还代表了支架的示意例，其任何适当的结构是用于支撑和/或定位分离室18中的薄膜或其他分离组件。上述刚刚提到的所参考的专利和专利申请还披露了适用支架52的示范例。46’例举的薄膜46是锡箔或薄膜。46”示出的薄膜由一个下面的支撑体54所支撑，例如一个网孔或金属网筛或陶瓷或其它多孔材料。46示出的薄膜涂覆于或形成于或粘结于一个多孔元件56上。应该理解，上述讨论的薄膜结构示于图2，但其并不一定代表本发明允许范围之内所有的可行结构。
例如，尽管图2所示薄膜46具有平面结构，但是非平面结构的薄膜46也属本发明范围。例如，薄膜46的形状至少部分决定于支撑体54或薄膜支撑和/或形成在其上的薄膜元件56的形状。同样的，薄膜46可以有凹的、凸的或其它非平面型结构，尤其是当装置10在一高温下操作时。另一例是，薄膜46的结构也可以是如图3和图4所示的管状结构。
图3示出一种管状薄膜的示范例，其中混合气流被传输至薄膜管的内部。这种结构中，薄膜管内部界定了内室的区域30，分离室的穿透区32位于管外。图3虚线所示的是另一种薄膜管，其表示本发明允许装置10可以包括一个以上的薄膜和/或一个以上混合气面48。本发明还允许装置10可以两个以上薄膜，而且相关的空间和/或薄膜的结构可以有所变化。
图4示出的是另一种包括管状膜的氢气净化装置10。在此例举的结构中，装置10的这种结构能使得混合气流被传输至膜管或管外的分离室18内。这种结构中，膜管的混合气面在相应穿透面的外部，穿透区位于膜管或管内部。
管状膜可以有各种结构和构造，譬如上述讨论的关于图2所示的平面薄膜。例如，图3和图4示出的各种支架52，支撑体54和多孔元件56的示范例，包括一个以图示出的弹簧58。本发明范围还包括，管状膜可以由一种不同于图3所示的直排式圆柱管状结构。其他结构的示例包括U型管和螺旋管。
正如所述，盖体12界定了一个内置分离组件20的加压室18。图2～4的实施例中，盖体12包括一对由周边外壳62连接的端板60。应该理解，图2～4中例举的装置10是装置一般构件的代表性例子，但并不限定其几何形状、外形和尺寸。例如，端板60一般比周边外壳62的壁厚大，但是并不局限于此。同样地，端板60厚度可以大于、小于或等于端板间距离。再举一例，为了说明的目的薄膜46的厚度还可以更厚些。
图2～4中，可以看到混合气流24通过一个输入口64被传输至分离室18，富氢气流(或穿透气流)34通过一个或更多产物口66排出在装置10之外，副产物流通过一个或多个副产物口68排出在装置10之外。图2中，伸穿不同终板之一的端口说明了盖体12的特殊位置可以有所不同，其中通过该位置气流可以被输送至装置10或排出在装置10之外。如3中虚线所示，本发明范围还包括一支和多支气流可以通过外壳62被输送和排出去。本发明范围还进一步包括端口64～68可以包括或者附联流量调节结构和/或耦合结构。这些结构的示例包括一个或多个阀、流量和压力调节器、连接器或其他配件、和/或其他能将装置10与上下游元件固定地相互连接或选定性地流动连接着的管道装置。为了例证，图2中70一般性地示出了这些流量调节结构和/或耦合结构。为了简便，结构70并没有示于每个实施例中。但是应该理解，特殊实施例中装置10的一些或所有端口可以包括任何或全部这样的结构，每个端口的结构不一定与结构70相同，有些实施例中两个或多个端口可以共享或共用结构70，例如一个通用收集或传输通道、压力缓解阀、流量阀等。
端板60和周边外壳62由一种保持结构72固定在一起。结构72可以采取任何形式，只要其能够在使用装置10的操作参数和条件下，以流体密封或充分地流体密封的结构将盖体12的元件固定在一起。适当结构72的示例包括焊接74和螺栓76，如图2和图3所示。图3中螺栓76穿过法兰78，法兰78从盖体12的连接着的元件中延伸出。图4中，螺栓76穿过分离室18。应该理解，螺栓的数目可以有变化，一般包括多个螺栓或延伸在盖体18周边的类似固定机件。选定的螺栓76应该能够承受装置10的操作参数和条件，包括当装置10被加压时传输给螺栓的张力。
图3和图4的下半部分中示出的垫圈80说明盖体可以包括，但不是必须，一个连接表面的密封元件82，以提高盖体的防漏性能。选定的密封元件应该能够降低或消除操作参数和操作条件下使用装置时的泄漏现象。所以在许多实施例中，应该选定高压和/或高温密封。这种密封结构的一个非专指的示范例是诸如Union Carbide销售的商标为GRAFOILTM的石墨垫圈。此处所用的“密封元件”是指与施加给金属端板和外壳(或外壳部分)、置于金属端板和外壳(或外壳部分)之间或与金属端板和外壳(或外壳部分)接触，以提高两者之间密封性能的结构或材料。垫圈或其他密封元件还可用于内室18，例如用于提供毗邻薄膜间、流体导管间、支架或支撑体间，和/或上述盖体12的内表面间的密封。
图2-4中例举的盖体包括一对端板60和一个外壳62。由图4中可看出，端板包括密封区90，它与外壳62的相应密封区形成截面94。许多实施例中，端板60的密封区将是周边区，同样地，密封区90通常是指端板的周边区90。但是，此处所指的周边区是指一般延伸在中央部分周围并且与外壳的一部分形成介面的端板一个区域，即使端板还有超出周边区的其他部分或边界。同样地，外壳62的密封区92一般是外壳的一个端区。所以，这所指的外壳密封区一般就是指外壳的端区92。但是本发明范围还包括，端板60有超出密封区90和与外壳62形成的界面94的部分，外壳62也有超出端板60和与之形成的界面的区域。图4中虚线表示的91和93就是用图例说明的这些部分。
作为一个独立周边外壳62连接的一对端板60的替代，盖体12可以包括一个至少部分与两个端板或者端板之一结合的外壳。例如图5所示的，外壳62的一部分63与每个端板60结合在一起。换一种描述方式，即每个端板60包括由端板的周边区90延伸出的外壳部分或轴环部分。如图所示，外壳部分包括在界面94处交叉的端区92。在例举的实施例中，端区相互毗邻但没有重叠。但是，本发明还允许界面94可以有其他结构，例如之后将要例举的和/或描述的结构。端区92通过适当的机制固定在一起，例如通过上述讨论的保持结构72，而且除端区92的啮合面之外，其还可以包括(但不是必须包括)一个密封元件82。
外壳62与至少一个端板结合在一起的一个优势是盖体少一个必须被密封的界面。这种优势可以通过降低泄漏而实现，这归因于减少了的可能失败的泄漏数目、较少的元件和/或降低了的装置10的装配时间。图6给出的是盖体12结构的另一例，其中外壳62与端板之一结合，以及与从端板之一的周边区90整体延伸出的一部分外壳63结合。外壳部分63包括一个端区92，该端区与一个通过诸如上述的任何合适的保持结构72与另一个端板的周边区90形成界面94。图5和图6给出端板和外壳构件的组合结构可以通过任何适合的机制形成，包括由一个实心棒或方块材料加工成。为了简便，图5和图6未给出分离组件20和输入输出口，只是举例说明了适用的但不是专指的保持结构72。与此处描述和例举的其他盖体结构一样，应该理解盖体的相对尺度是可以变化的，而且仍属于本发明范围。例如，外壳部分63的长度可以大于或小于图5和图6所示的长度。
在继续介绍端板60其它的结构之前，应该说明此处所用的与装置10的盖体相关的术语“界面”是指互连区和密封区，其延伸在单独形成的之后又通过(但不是必须)诸如上述保持结构72连在一起的部分盖体12之间。界面94的特定形状和尺寸可以变化，例如其可以决定于连接在一起的构件的大小、结构和特性。所以，界面94可以包括一个形成在对应的端区和周边区之间的金属-金属封口，一个形成在对应的一对端区之间的金属-金属封口，一个金属-垫圈(或其它密封元件82)-金属封口等等。同样地，界面的形状也可以变化，包括线性的、弓形和直线结构，其很大程度上决定于连接在一起的构件的形状和相对位置。
例如，图6所示的界面94延伸在外壳部分63的端区92和端板60的周边区90之间。如图所示，区域90和92与平行边缘相互交叉。正如所述，垫圈或其他密封元件可以延伸在这些边缘之间。图7～10是本发明允许范围之内的其它界面94的非特定示例。包括一个形成于毗邻外壳区域之间的界面的盖体12的实施例也可以具有任何一个这种结构。图7中，周边区90界定了一个凹进处或拐角处，外壳62的端区92延伸进其中形成一个延伸在该拐角处周围界面94。图7中还示出端板60的中央部分96，其延伸进外壳62并与之界定了一个重叠区。
图8中，周边区90界定了一个开口朝向分离室18的拐角，与图7中的拐角相对，其开口一般背对分离室18。图8中示出的结构中，周边区90包括一个轴环(collar)98，其至少部分沿着外壳62外表面100延伸以界定一个与之重叠的区域。端板60的中央部分96以实线示出的沿着端区92延伸的但没有伸进外壳62，以虚线示出的则伸进外壳62，以点划线示出的包括一个至少部分沿着外壳60的内表面104延伸的一个内部支撑体102。图9和图10类似于图7和图8，除了周边区90和端区92互相以螺纹啮合，所以相应地包括螺纹106和108。图9中的虚线表示的是具有适当的结构的端板60的周边区90的另一个示例。如图所示，端板的外边缘110没有放射状地(或向外地)延伸至或超过外壳62的外表面。
应该理解，任何一种界面可以与依照本发明构建的盖体一起使用。但是，为了简便，没有示出每个带有这样界面的盖体12。所以，尽管图11～31示出了以下将要描述的带有图7所示结构界面的端板，但是本发明还允许所构建的端板及相应外壳可以具有此处所描述和/或例举的界面结构，以及图5和图6例举和描述的集成外壳结构。同样地，应该理解根据本发明构建的装置可以具有此处讨论的、描述的和/和引用的任何的盖体构造、界面构造、保持结构构造、分离组件构造、流量调节和/或耦合构造、密封元件构造和端口构造。同样地。尽管下述端板结构以圆形周边示出，但是本发明范围还包括，端板的周边结构可以是其它任何几何形状，包括弓形、直线形和角形，以及这些形状的结合。
正如所讨论的，装置10和盖体12的尺寸也可以变化。例如，为覆盖管状分离膜而设计的盖体可以比为覆盖平面状分离膜而设计的盖体长(即端板间的距离较大)，从而有相当数量的薄膜面暴露于混合气流中(即具有相同数量的有效薄膜表面区域)。同样地，覆盖平面形分离膜的盖体可以比覆盖管状分离膜的盖体宽(即平行于端板的横截面可以宽些)。但是应该理解，这两种关系不是必须的，装置和/或盖体的特定尺寸可以变化。影响盖体特定尺寸的因素包括被覆盖分离组件的类型和尺寸、装置使用时的操作参数、混合气流24的流速、器件的形状和结构，其中器件的示例包括加热元件、燃料处理器和装置与之或在内一起使用的类似器件，而且在一定程度上取决于使用者的喜好。
如前所述，氢气净化装置可以在高温和/或高压下操作。这两种操作参数可以影响盖体12和装置的其它构件的设计。例如，一个在超过环境温度的选定操作温度下工作的氢气纯化装置10，例如一个在400℃下操作的装置。首要的是，包括盖体12和分离组件20的装置必须由一种能够经受的住选定操作温度的材料来构造，这种材料尤其是要能承受长周期和/或重复加热和冷却的循环。同样地，暴露于气流的较为理想的材料不能是活性的，或至少不会与气体发生有害反应。一种合适材料的示例是不锈钢，如304型不锈钢，尽管也可以使用其它种类的材料。
除了上述热稳定性和反应稳定性，在一选定高温下操作装置10还要求一个或多个加热元件42将装置加热至选定的操作温度。当装置由停止状态或未加热状态开始操作时，将有一个启动期或预热期，在此阶段装置被加热至选定的操作温度。在此阶段期间，装置产出包含一种超过可接受水平的其它气体的富氢气流，与副产物流相比有较低流速的富氢气流(这意味着较大比例氢气被消耗为副产物而不是产物)，或甚至根本不产生富氢气流。除了加热装置所需的时间，还必须考虑加热装置至选定温度所需要的热量或热能。加热组件可以增加操作成本、材料成本和/或装置的设备成本。例如，一个简化的端板60是一种具有均匀厚度的相关厚板。事实上，具有0.5″或0.75in均匀厚度的304型不锈钢钢板能有效承受装置10的操作温度和条件。但是，这些钢板的尺寸为装置10增加了相当可观的重量，许多实施例要求可观的热能加热装置至所选定的操作温度。此处所用的术语“均匀厚度”是指具有固定或至少大致固定厚度的装置，包括那些度厚度沿其长度偏离少许的装置(低于5％)。相比较而言，此处所用的“可变厚度”是指变化至少10％的厚度，在一些实施例中，至少25％、40％或50％。
装置10操作时的压力还影响装置10的设计，包括盖体12和分离组件20的设计。例如在175psi的选定压力下操作的装置，构建的装置10必须能够承受选定压力下操作时遇到的压力。该强度要求不仅因影响盖体12的构件间形成的密封性，而且影响传输至元件自身的压力。例如，端板和/或外壳的偏差或其它变形可能引起分离室18内的气体由盖体中泄漏。同样地，该装置的元件的偏差和/或变形也可能引起两种或多种气流24、34和36的无意混合。例如，当装置10在操作参数下使用时，一个端板可能发生塑性变形或弹性变形。塑性变形导致端板的永久变形，其缺点显而易见。但是，弹性变形也损害装置的操作，因为这种变形会导致内室和/或外室的渗漏。更具体地讲，端板或盖体的其它构件的变形可能使得气体穿过之前存在的流体密封区。正如所讨论的，装置10包括垫圈或其它密封元件以降低这些封口泄漏的趋势，但是垫圈有限定的大小，以能有效阻止和限制相对面之间的泄漏。例如，内部泄漏可能会发生在包括一个或多个压缩在端板之间的薄膜封套或薄膜板(有或没有垫圈)的实施例中。当端板变形或互相偏离时，那些区域的端板和/或垫圈不会处于与变形之前相同的张力或压缩力之下。垫圈或垫圈板可以位于薄膜封套和邻近的进料板、端板和/或其它邻近的薄膜封套之间。同样地，垫圈或垫圈板还可以位于一个薄膜封套中，以能阻止薄膜的泄漏。
由上述可以看出，关于装置10有两个或三个竞争性因素是有影响的。关于盖体12，对盖体的加热要求随着制作盖体材料的厚度增加而提高。在一定程度上，所用材料越厚要求盖体的强度就越高，但是对加热和材料的要求也要提高。在一些实施例中，与一个较薄的盖体相比较，实际上会产生被传输较大压力的区域。对端板的监测范围包括端板的偏差，尤其是形成界面94的周边区的偏差，以及传输至端板的压力。
举例如一种304型不锈钢形成的均匀厚度为0.75英寸的圆形端板。这样的端板重7.5磅。包含这种端板的氢气净化装置暴露于400℃和175psi的操作参数下。25900psi的最大压力施加于端板，最大偏差为0.0042英寸，周边区90的偏差为0.0025英寸。
依照本发明构造的另一个端板60示于图11和图12的120。如图所示，端板120有内表面122和外表面124。内表面122包括中央部分96和周边区90。外表面124有一个中央部分126和一个周边区128。在图示的实施例中，端板120有一个延伸在内外表面的周边区90和128之间的周边130。如上所述，周边区90的结构可以如同以上例举或描述的结构，包括一种结构，其中密封区至少部分或完全顺着周边130。例举的实施例中，周边130的结构为圆形。但是，本发明范围还允许该形状可以随意变化，如可以包括直线形和其它弓形、几何形、线性和/或有角结构。
但是，不同于前述例举的端板，该端板中央部分的内外表面间的厚度可以变化，图12最能说明问题。不同于均匀的板料，板120的外表面有一个中央部分126，该中央部分有一个延伸进端板并且一般朝向内表面122的中央部分96的外部腔体，或移去的区域132。换一种说法就是，端板有一个非平面状外表面，更具体而言，一个外表面，其中至少一部分中央部分延伸至端板内表面的相应中央部分的。与具有相似结构但并不包括区域132的端板相比较，区域132减少这种端板的总重量。正如此处所用的，移去区域132不包括完全穿过端板的端口或其它孔。相反，区域132延伸进但并不穿过端板。
重量的减少意味着包括该端板的氢气纯化装置10比包括一个类似结构但没有区域132的端板的纯化装置要轻些。重量的减小还伴随着必须施加于端板以加热端板至选定的操作温度的热量(热能)的减少。在图示实施例中，区域132还增加了外表面124的表面积。与相应的端板相比较，表面积的增加可以增加，但并不是在所有实施例中必须增加，端板表面的换热，然后降低含有端板120的装置的加热要求和/或时间。
在一些实施例中，端板120可以有一个空穴，该空穴对应着或包括一个具有类似结构的但不带有空穴的端板上的最大压力区域。所以，当暴露与相同的操作参数和条件下时，传输至端板120的比不带有区域132的实心端板的压力低些。例如，在厚度均匀的实心端板中，最大压力区域是端板120中被移去的区域132所占有的部分之内。因此，既然可能被传输至端板的最大压力的区域被移去，带有区域132的端板还可以额外地或交替地具有一个压力消除结构134。
为了作比较，例举一个有图11和图12所示结构的端板120，其由304型不锈钢制成，直径6.5英寸。这种结构对应的最大端板厚度为0.75英寸，移去区域132长度和宽度为3英寸。当使用在400℃和175psi下操作的装置10，传输给端板120的最大压力为36000psi，最大偏差为0.0078英寸，周边区90的偏差为0.0055英寸，重量为5.7磅。应该理解，上述的尺寸和性能提供了根据本发明的端板的重量、压力和偏差结合的示范性例子，本发明范围还允许特定的周边形状、结构材料、周边尺寸、厚度、移去区域形状、移去区域深度和移去区域周边都可以变化。
图11中可以看到，区域132(和/或压力消除结构134)通常为方形或直线形结构，且横越表面122和124。正如所述，本发明范围还包括其它几何形状和尺寸。为了说明这一点，图13～16中的120’和120”示出了端板120的变化。这些图中示出的区域132有一个圆形周边，图13和14中区域的尺寸比图15和16中的小些。
为了比较，例举一个端板120，其结构如图13和14中所示，其结构材料、周边和厚度与图11和12中所示的相同。但是，不同于图11和12中一般方形的移去区域，端板120’的移去区域带有一基本圆形周边，直径为3.25英寸。端板120’的重量等于端板120的重量，但是最大压力和偏差较小些。更具体些，在上述端板120的操作参数中，端板120的最大压力大于35,000psi，而端板120’的最大压力小于30,000psi，在例举的结构中最大压力压力小于25,000psi。实际上，与端板120相比，端板120’的最大压力大约降低35％。端板120’最大偏差和周边区域偏差也比端板120小，其最大偏差为0.007英寸，周边区90测量的偏差为0.0050英寸。
图15和图16示出的端板120”类似于端板120’，除了区域132(和/或结构134)的直径为3.75英寸而不是3.25英寸。移去区域尺寸的变化使端板重量降低至5.3磅，并形成相同的最大偏差。端板120”最大压力小于25,000psi，尽管比端板120’约大于5％(24,700psi，与23,500psi相比较)。在周边区90处，端板120″最大偏差为0.0068英寸。
图13～16示出的是端口结构。图13和14中的虚线表示的是端口138，由内表面122延伸出，穿过端板，再至外表面124。所以，这样的结构中气流通过装置10的端板的外表面被输送或被排出。此结构中，流体导管和/或流量调节和/或耦合结构70一般由端板的外表面124突出。另一个适当结构示于图15和16的虚线表示的140。如图所示，端口140由端板的内表面延伸出，然后穿过周边130，而不是穿过外表面124。所以，端口140使得气体由端板的周边而不是端板的外表面被输送或被排出。应该理解，端口64～68可以具有端口138和140例举的结构。当然，端口64-68还可以有其它任何适当的结构，包括一个伸穿外壳62或外壳的一部分的端口。为了简便，下面描述的端板不再例举端口，正如图5和图6未例举一样。
图13～15中虚线还示出了导向结构144。该结构延伸进分离室18，提供了支撑体，用于定位和/或排列诸如薄膜46的分离组件20。在一些实施例中，导向结构可以形成分离组件的支架52。其它实施例中，装置包括支架而不是导向结构144。导向结构可以与此处例举的、引用的和/或描述的任何端板一起使用，而不管这种导向结构是否示于图中。但是，应该理解依照本发明的氢气纯化装置可以不带有导向结构144。在带有延伸进或伸穿分离室18的导向结构144的装置10的实施例中，这样的结构的数目可以有所变化，由一个支撑体至两个或多个支撑体。同样地，尽管例举的导向结构144为圆柱台，其它形状和结构也属于本发明范围。
制成导向结构144的材料与相应的端板材料一致。另外，导向结构可以包括一层具有不同材料的涂层或层。导向结构144可以与端板单独形成，然后再附在其上，也可以与端板集成在一起。导向结构144可以通过任何适当机制与端板耦合，包括将导向结构固定在端板内表面，将导向结构插入部分从内表面射穿端板的孔中，或者插入完全射穿端板的孔中。在其孔完全射穿端板的实施例中(图14中146示出)，导向结构可以随后附加在端板上。或者，导向结构可以插入分离室18，直至分离组件被正确地排列和固定在那里，然后导向结构可以移去，密封孔以防泄漏(例如通过焊接)。
图17和18中150示出的是依照本发明构建的另一个端板60。除非详细说明，应该理解，端板150可以有与此处示出的、描述的和/或引用的其它端板相同的元件、子元件和变化。与端板120’类似，端板150包括一个带有移去区域132(和/或压力消除结构134)的外表面124，其中移去区域132有一个直径为3.25英寸的圆形周边。外表面124还进一步包括一个由中央部分126延伸至周边部分128的外部移去区域152。外部移去区域152在接近周边130处厚度减少。在例举的实施例中，区域152厚度一般线性地减少，尽管也可以使用其它线性或弓形变化。例如，图19和20中的150’给出了端板150的一种改变。端板150’还包括中间移去区132和外部移去区域152，且带有由中央部分126延伸至周边区128的半环形结构外表面124。为了说明区域132的尺寸可以变化(例如在包括一个外部移去区域的端板的实施例中，区域132是指中间移去区)，端板150’包括一个直径为3英寸的中间移去区域。
为了比较，端板150和150’的重量与端板120、120’和120”的重量相比较都有所减少。端板150重4.7磅，端板150’重5.1磅。当处在上述操作参数下时(400℃和175psi)，端板150和150’的最大压力为25,000psi或更小些，端板150’的压力比端板150的压力低5％(23,750psi与25000psi相比)。端板各自的最大的偏差为0.0098英寸和0.008英寸，每个周边区90的偏差为0.0061英寸和0.0059英寸。
图21～24的160示出的是根据本发明构建的另一种端板60。除非加以详细说明，端板160可以有与此处例举的、描述的和/或引用的其它端板相同的元件、子元件和变化。端板160可以被认为是桁架式端板，因为它包括一个由端板的外表面124延伸出的桁架组件162。如图所示，端板160有一个基本平面结构的基板164，类似于图2～5所示的端板。但是，桁架组件162可以使得基板可以更薄些，但不是必须薄些，而仍能提供相当的没有降低的最大压力和偏差。本发明范围允许，此处所例举的、描述的和/或引用的其它端板还可以包括桁架组件162。
桁架组件162由基板164的外表面124延伸出，并且包括多个由外表面124伸出的突肋166。图21～24中，可以看出突肋166呈发射状分布在表面124的周围。图21和23示出了九根突肋，但本发明允许桁架组件162可以带有更多或较少的突肋。同样地，在例举的实施例中，突肋166可以是弓形结构，可以包括延伸在突肋和表面124之间的凸缘168。凸缘168可以被认为是换热翅片，因为他们为端板增加了相当可观的的换热区。桁架组件162还可包括一个与突肋相互连接的张力环。如图所示，张力环170一般平行延伸至基板164的表面，且有一个敞开的中央部分172。张力环170可以带有一个闭合的或内或外的突出的中央部分，这没有脱离本发明。为了说明这一点，图21中虚线示出了横穿张力环170的元件174。同样地，张力环170可以具有除了图21～24所示环形结构之外的其它结构。另外，图22中部分虚线示出的基板164表明基板可以具有不同的结构，诸如此处所描述的、例举的和引用的那些结构，包括图中虚线部分去掉所表示的结构。
端板160还可以另外包括一个支撑体170，其以定距离与基板164的外表面124相隔开，且用于增加基板的硬度和/或强度。还有一种端板160，该端板包括由基板外表面伸展开的换热结构162，该换热结构包括一个与表面124定距离的隔开表面170，以使得热流体气流可以穿过表面之间。
桁架组件162还可以认为是偏差消除结构的一例，因为它会降低没有该桁架组件的基板164会出现的偏差。同样地，桁架组件162还可以提供一种压力消除结构的另一例，因为它会降低可能被传输给基板的最大压力。而且，桁架组件的开放式设计在没有明显增加基板重量的情况下增加了基板的换热面积。
继续前述的端板间的比较，端板160处于与前述端板相同的操作参数。传输至基板164的最大压力为10,000psi或更低些。同样地，基板的最大偏差仅为0.0061英寸，周边区域90的偏差为0.0056英寸。应该注意到，基板160的最大压力有相当的降低，而其重量却仅为3.3磅。同样地，基板164有较小的最大偏差，可观的或减小的周边偏差有0.25英寸厚的基板。当然，基板160可以厚些，但是，在其使用的操作参数下，已证明其足够强和足够硬。
正如所述，盖体12可以包括一对端板60和一个周边外壳。图25中的180说明了一例带有一对端板160的盖体12。尽管盖体180包括一对桁架固定的端板160，但是本发明范围还包括盖体的端板可以具有不同结构和/或外形。实际上，在一些操作环境中，带有两种类型端板的盖体12是有优势的。在其它操作环境中，有相同结构的端板是有优势的。
图26和27中的190示出了盖体12的另一例，并且包括端板120。端板120的结构类似于图13～16所示，除了示出的移去区域132的直径为4英寸，这进一步说明本发明范围允许移去区域的形状和尺寸可以有所变化。两个端板都包括有由此整体延伸出的外壳部分63，这证明此处例举的、描述的和/或引用的任何端板都可以包括由此整体延伸出的外壳部分63。为了说明此处所描述的、例举和/或引用的端板还可以包括桁架组件162(或换热结构)和/或突出支撑体170或偏差消除结构，图示的元件194由端板的外表面124以定距离与移去区域132隔开。
本发明范围包括，盖体12可以包括伸进分离室18的压力和/或偏差消除结构，与伸出端板外表面的相应结构相对着或之外的。图28～30中的端板60是这些结构的示例。例如图28中，端板60包括一个由端板内表面122伸进端板的移去区域132。应该理解，关于由基板的外表面伸出的移去区域，区域132可以具有此处描述的、例举的和/或引用的任何结构。同样地，图28中的虚线表示的170支撑体穿过区域132，并为端板提供附加的支撑和/或硬度。图29中，端板60包括内支撑体196，其伸进分离室18，使得端板与分离室另一端的端板相互连接。正如所述，导向结构144可以形成这样一种支撑体。图30中示出了一个内部突出桁架组件162。
尽管本发明没有要求或对本发明不关键，但在一些实施例中，与暴露在相同的操作参数中且由与端板60相同材料的具有均匀厚度的实心板坯制成的端板60相比较，装置10包括的端板60至少具有以下性能之一或这些性能的综合：
一个突出桁架组件；
一个内部突出支撑体；
一个外部突出支撑体；
一个外部移去区域；
一个内部移去区域；
一个内壳部分；
一个内壳；
一个降低的质量和减小的最大压力；
一个降低的质量和减小的最大偏差；
一个降低的质量和减小的周边偏差；
一个降低的质量和增加的换热面积；
一个降低的质量和内部突出支撑体；
一个降低的质量和外部突出支撑体；
一个减小的最大压力和减小的最大偏差；
一个减小的最大压力和减小的周边偏差；
一个减小的最大压力和增加的换热面积；
一个减小的最大压力和一个突出桁架组件；
一个减小最大压力和一个移去区域；
一个减小的最大偏差和减小周边偏差；
一个减小的最大偏差和增加的换热面积；
一个减小的周边偏差和增加的换热面积；
一个减小的周边偏差和一个突出的桁架组件；
一个减小的周边偏差和一个移去区域；
一个小于1500lb/psi的质量/最大偏差比；
一个小于1000lb/psi的质量/最大偏差比；
一个小于750lb/psi的质量/最大偏差比；
一个小于500lb/psi的质量/最大偏差比；
一个小于2000lb/psi的质量/周边偏差比；
一个小于1500lb/psi的质量/周边偏差比；
一个小于1000lb/psi的质量/周边偏差比；
一个小于800lb/psi的质量/周边偏差比；
一个小于600lb/psi的质量/周边偏差比；
一个至少是6in2/磅的横截面积/质量比；
一个至少是7in2/磅的横截面积/质量比；和/或
一个至少是10in2/磅的横截面积/质量比。
正如所讨论的，盖体12包括一个覆盖着分离组件20的内室18，分离组件是诸如由一个适当支架52支撑在盖体内的一种或多种分离膜46。图2和图4中的示例中，分离膜46可以是独立的平面型薄膜或管状薄膜。本发明还允许薄膜成对排列，在其间形成穿透区32。这样的结构中，薄膜对可以被看作是一个薄膜封套，因为延伸在其间的收获导管或气流通道界定了穿透区32，通过它可以收集富氢气流34。
图31中的200是薄膜封套的一个示例。应该理解，薄膜对可以采取多种适当的形状，例如平面状和管状。同样地，例如在一个端板中或围绕中央通道周围，薄膜可以被独立支撑。为了说明问题，下面的描述和附带简图描述的分离组件包括一种或多种薄膜封套200。应该理解，形成封套的薄膜可以是两个分离的薄膜，或者是一个折叠的、碾压的薄膜，或是一个其结构可被设计为能界定两个带有穿透区50的薄膜区或表面202的薄膜，其中穿透区互相面对，在其之间形成一个可收集或排出富氢气流导管204。导管204自身可以形成穿透区32，或者根据本发明的一个装置10包括多个薄膜封套200和相应的导管204以共同形成穿透区32。
为了使得薄膜能承受高原料气压，使用了支撑体54。支撑体54应该能使透过薄膜46的气体流过。支撑体54包括表面211，薄膜的穿透面50靠着它被支撑着。在形成薄膜封套的一对薄膜空间中，支撑体54也可界定形成收获导管204。导管204中，穿透气体可以横越且平行于气体穿过的薄膜表面，如图31所示。至少是实质纯氢气体的穿透气体可以被由薄膜封套中获取或由被排出，形成富氢气流34。因为薄膜背对着支撑体，所以理想的是，支撑体不会阻碍气流穿过氢气选择性薄膜。未通过薄膜的气体形成一支或多支副产物流36，如图31所示。
图32给出的是薄膜封套200的适当结构的支撑体54的一种筛网结构210的示例。筛网结构210包括多个筛网元件212。图中所示的实施例中，筛网元件包括一个夹在细筛网216之间的粗筛网214。应该理解，术语“细”和“粗”是有相对性的。较理想的是，所选的支撑薄膜46的外部筛网元件不会刺穿薄膜且不带有在装置10的操作条件下可能刺穿、削弱或损坏薄膜的孔、边或其它突出物。因为筛网结构需要能使穿透气体平行于薄膜流动，所以更为合适的是，利用一个相对较粗的内筛网元件以提供提高的、或扩大的平行的流动导管。换句话说，细筛网能为薄膜提供更好的保护，而粗筛网能提供更好的平行于薄膜的流程。在一些实施例中，所选粗筛网可以比细筛网更坚硬或更不易变形。
筛网元件可以具有相似或相同的结构，其数量可以多于或少于图32所示的。较为理想的是，支撑体54由一种抗腐蚀材料形成，它不会影响氢气纯化装置和与装置10一起使用的其它装置的运行。制作金属筛网的合适材料包括不锈钢、钛及其合金、锆及其合金、抗腐蚀合金，包括诸如800HTM的InconelTM合金，HastelloyTM合金，诸如MonelTM的铜镍合金。HastelloyTM和InconelTM合金是镍基合金。InconelTM合金一般包含镍用铬和铁合金化。MonelTM合金一般是镍、铜、铁和锰的合金。支撑体54结构的其它示例包括多孔陶瓷、多孔碳、多孔金属、陶瓷泡沫、碳泡沫和金属泡沫，他们可以单独制成，也可以与一个或多个筛网元件212结合制成。另一例，部分或所有筛网元件可以由网状金属替代织网材料而制成。
在薄膜封套的制备中，可以用粘合剂将薄膜46固定至筛网结构和/或将筛网结构210的构件固定在一起，正如上述引用的申请号为09/812,499的美国专利详细描述的。为了例证，图32中虚线218示出了这种粘结剂。3M销售的商标为SUPER 77是一种合适的粘结剂的示例。一般而言，制作薄膜封套之后，如果不完全去掉粘结剂，至少应该大致去掉粘结剂，以不致干扰薄膜封套的穿透性、选择性和流体通道。将粘结剂由薄膜和/或筛网结构或其它支撑体去除的适当方法的一个例子是在装置10开始操作前将其暴露于氧化条件下。氧化条件的目的是在不过分氧化钯合金薄膜情况下燃烧粘结剂。这样氧化的一种适当工艺过程披露于上面所引用的专利申请中。
包括筛网结构210的支撑体54包括与薄膜46结合的表面71上的一涂层219，如图32中点划线所示。适当涂层的示例包括氧化铝、碳化钨、氮化钨、碳化钛、氮化钛和这些化合物的混合物。该涂层通常的特征是在氢气存在的分解作用中有热动力学稳定性。适当的涂层是由诸如氧化物、氮化物、碳化物或金属间化合物制成，他们可应用于涂层，在氢气纯化装置的运作的操作参数下(温度、压力等)，氢气存在的分解作用中有热动力学稳定性。将该涂层系施加到筛网或金属筛网元件适当方法包括化学气相沉积法、溅射法、热蒸发、热喷镀以及至少对于氧化铝的形成应采用金属沉积(例如铝)之后氧化金属，以形成氧化铝。至少在一些实施例中，涂层可以阻止氢气选择性薄膜和筛网结构之间金属间化合物的扩散。
此处描述的、例举的和/或引用的氢气纯化装置10可包括一个或多个薄膜封套200，一般还带有输送混合气流以及排出富氢气流和副产物流的适当入口和出口。在一些实施例中，装置包括多个薄膜封套。当分离组件包括多个薄膜封套时，它可以包括与薄膜封套相互连接的流体导管，例如将一支混合气流输送至此，将富氢气流由此排出，和/或排出不由混合气区30穿过薄膜的气体。当装置包括多个薄膜封套时，穿透气流、副产物流或两者都由第一薄膜封套被输送至另一薄膜封套以进一步净化。封套或多个封套和附加端口、支撑体、导管和类似元件可以认为是一薄膜模制物220。
一种特殊装置10使用的薄膜封套200的数量在一定程度上决定于混合气流24的原料流速。例如，含有4个薄膜封套200的薄膜模制物220已证明能有效地将混合气流以流速20升/分钟的流速传输至装置10。随着流速的增加，薄膜封套数量也要增加，如一种通常的线性关系增加。例如，用以接受混合气流24的装置10以30升/分钟的流速最好应包括6个薄膜封套。但是，这些实例中薄膜封套数量仅是例举而已，也可以使用更多数或较少数的薄膜封套。影响所使薄膜封套数量的因素包括穿过薄膜封套的氢气流量、薄膜的有效表面积、混合气流24的流速、富氢气流34的所需纯度、由混合气流24中排出氢气的所需效率、使用者的喜好、装置10和分离室18的可用尺度等。
较为理想的但不是必须的是，合并在一个薄膜封套200中的筛网结构和薄膜包括用于密封、支撑和/或连接薄膜封套的框架组件230或框架板。图33中给出了一种适当框架组件230的一个示例。如图所示，筛网结构以穿透框架232的形式装配在框架组件230内。筛网结构和框架232可一起被称为是一个筛网板或穿透板234。当筛网结构210包括网状金属元件时，网状金属筛网元件可装配在穿透框架232中或至少部分延伸在框架表面。框架组件230的其它例子包括支撑框架、输气板和/或垫圈。在含有两个或多个薄膜封套的分离组件20的实施例中，这些框架、垫圈或其它支撑结构可以形成，至少部分形成，与的薄膜封套相互连接的流体导管。适当垫圈的例子是灵活的石墨垫圈，包括Union Carbide销售的商标为GRAFOILTM的垫圈，尽管也可以使用其它材料，例如这可以根据装置10使用时操作条件而定。
继续上述的框架组件230示例，较为理想但不是必须用另一种粘结剂将穿透垫圈236和236’附在穿透框架232上。然后，应用薄薄的一种粘结剂将薄膜46撑于筛网结构210上和/或黏附在筛网结构210上，例如可以通过溅射法或将粘结剂施加在单个薄膜或两个薄膜和/或筛网结构上。应该注意，薄膜是扁平的，能够牢固附着在相应的筛网元件212上。可通过诸如使用一种粘结剂的使用，将输气板或垫圈238和238’任选性地附在垫圈236和236’上。最终的薄膜封套200置于分离室18内，例如可通过适当支架52达到目的。两个或多个薄膜封套可任选性地堆积在或支撑在分离室18内。
如图34所示的另一例，每个膜元件46可以固定在诸如金属框架240的框架组件230上。假如这样的话，通过例如超声焊接或另一种适合附加机制，将薄膜固定在框架上。薄膜-框架组件可以使用，但不是必须使用，粘结剂附加在筛网结构210上。在形成薄膜封套200的板之间以及薄膜封套之间获得气密封接的附加机制的其它示例包括一种或多种铜焊、衬垫和焊接。薄膜和其黏附的框架一起被称为薄膜板242。本发明范围包括，此处讨论的多种框架不需要由相同的材料和/或诸如相同厚度的尺度制成。例如，穿透框架和输气框架可以由不锈钢或另一种适合的结构元件制成，而薄膜板可以由不同材料制成，例如铜、铜合金以及其它上述引用专利和申请中讨论的其它材料。另外，薄膜板可以但不是必须比输气板和/或穿透板薄。
为了说明，针对于图33中的薄膜封套200，描述了一种穿过薄膜封套200的具有适当几何形状的流体。如图所示，混合气流24被输送至薄膜封套，并且与薄膜封套46的外表面50接触。透过薄膜的富氢气流进入收获导管204。收获导管与导管250保持流动性连接关系，其中穿透气流可通过导管250被排出薄膜封套外的。没有通过薄膜的那部分混合气流流至导管252，通过导管252该气体可以作为副产物流36被排出去。图33示出了一个副产物导管252，而图34示出了一对导管252，以说明该处描述的任何导管都可以包括一个以上的流体通道。应该理解，箭头表示的是气流34和36流动，流经导管250和252的方向可以有所变化，例如其可以取决定于一个特定薄膜封套200、模制物220和/或装置10的结构。
图35示出了一个适当薄膜封套200的示例。为了以图说明端板60和62可以有不同的结构，图示的薄膜封套200为矩形结构。图35中的薄膜封套也提供了另一例具有一对副产物导管252和一对氢气导管250的薄膜封套。如图所示，薄膜封套200包括输气口、或分离器和作为薄膜封套中外框架的板238。一般而言，每个板238包括一个界定内部敞开区域262的框架260。每个内部敞开区域262与导管252横向结合。但是，导管250相对于开区域262是闭合的，由此隔离富氢气流34。薄膜板242毗邻于板238且位于板238的内部。每个薄膜板242的中间部分包括固定在外框架240上的氢气选择性薄膜。如图例所示，板242中所有的导管对于薄膜46都是闭合的。每个薄膜邻近于一个相应的敞开区域262，即邻近于达到薄膜封套的流动混合气流。这就为氢气穿过薄膜提供了机会，且带有非穿透气体，即形成副产物流36的气体，穿过导管252，离开敞开区域262。筛网板234置于薄膜46和/或薄膜板242的中间，即在每个薄膜46的内部或穿透侧。筛网板234包括一个网筛结构210或另一个适当的支撑体54。导管252对于筛网板234的中央部分是闭合的，由此，将副产物流36和混合气流24与富氢气流34隔离开。导管250对于筛网板234的中央部分是敞开的。通过邻近薄膜46的氢气穿过筛网结构210至导管250，并最终至输出口，形成富氢气流34。
正如所述，装置10可以包括一个带有外壳62的薄膜46，多个带有外壳62的薄膜，一个或多个带有外壳62和/或分离组件20的薄膜封套200。图36中，类似于图34所示的薄膜封套200置于外壳62内说明了这一点。应该理解，薄膜封套200还可以表示含有多个薄膜封套和/或单个薄膜板242的一个薄膜模制物220。还例举了一个具有适当位置的导向装置144。正如所述，结构144还代表了内部支撑体196的一例。图36还例举了具有适当位置的端口64～68。为了进一步说明依据本发明的含有端板的装置10的薄膜板和/或薄膜封套的适当位置，图37和38中分别以虚线示出了薄膜板242、薄膜封套200和/或薄膜模制物220置于图13～14和21～25所示的包括端板的装置10中。
外壳62与端板连接，并与之形成内室18。本发明范围还允许外壳可以由多个相互连接的板230形成。例如，包括一个或多个薄膜封套200的薄膜模制物220可以形成外壳62，因为每个板的周边区可以在之间形成一种流体密封，或至少大体流体密封的封接。图39示出的就是这样一种结构，其中示出了包括三个薄膜封套200的薄膜模制物220。应该理解，薄膜封套的数量可以变化，由单个薄膜封套，或单个薄膜板242，直至十二个或更多个。图39中，以矩形结构示出的端板60表示圆形结构之外的其它结构也在本发明范围之内。应该理解，图述端板60可以具有此处所描述的、例举的和/或引用的任何一种端板结构。
前面已经讨论过根据本发明的氢气纯化装置的元件的适当构建材料和制造方法的示例。应该理解，这些示例不只表示唯一的、或有限的、罗列的材料和方法，本发明范围之内，也可使用其它方法和/或材料。例如，在上述的许多例子中，描述了理想的特性或性能为选定其它方法和/或材料提供指导。这种指导也只是提供说明性帮助，而不是描述所有实施例的实质需求。
正如如述，在包括一个分离组件的装置10的实施例中，其中该分离组件包括透氢膜和/或氢气选择性薄膜46，薄膜46的适当材料包括钯和钯合金。还有，薄膜可以由框架和/或支撑体所支撑，例如前述的框架240、支撑体54和筛网结构210。而且，通常在包括高温和高压的选定操作参数下操作装置10。在这样的应用中，装置一般在启动的或初始的操作状态开始，其中装置一般处于周围温度和压力中，例如大气压力和约25℃的温度。由这种状态，装置被加热(例如由加热元件42)和加压(通过任何适当机制)至选定操作参数，例如200℃的温度或更高，以及选定操作压力，例如50psi或更高。
加热装置10时，装置的构件会膨胀。构件的扩大和膨胀度很大程度上取决于制成构件材料的热膨胀系数(CTE)。所以，不同的CTE使得构件以不同的速率膨胀，所以会对一些构件施加附加张力或压力，和/或降低其它构件的张力和压力。
例如，由60wt％钯和40wt％铜(Pd-40Cu)制成的氢气选择性薄膜46。这种薄膜的热膨胀系数为14.9(μm/m)/℃。再者，薄膜被固定至一个结构框架230或其它支架上，或者保持倚着一个支撑体54，其中撑体54由一种CTE不同于Pd-40Cu或另一种制成薄膜46的材料制成。当将装置10由环境状态或静止状态开始加热时，其中在运作的构件会以不同速率膨胀。一般而言，装置10在至少200℃的温度范围内发生热循环，还经常在至少250℃、300℃或更高的温度范围内循环。如果薄膜的CTE小于邻近结构构件的CTE，那么构件被加热时，薄膜会趋于伸长。
除了初始的伸长，应该考虑到氢气纯化装置在加热使用时一般会发生热循环，然后不用时将其冷却，然后再加热，再冷却等。在这样的应用中，伸长的薄膜会变皱，因为当薄膜和其它构件冷却时，薄膜会收缩至其初始结构。
另一方面，如果薄膜的CTE大于邻近结构元件CTE，那么在加热装置期间，薄膜会收缩，该收缩会引起薄膜起皱。在冷却阶段或构件冷却时，薄膜会缩回至其起始结构。
图34是薄膜板242的示例。如果薄膜46的CTE大于框架组件230的CTE，其中框架的成分不同于薄膜46，那么当加热框架46，薄膜会膨胀的较快。所以，压缩力会由框架230传输至薄膜，而且这些压缩力会使薄膜起皱。相反，如果薄膜46的CTE低于框架230的CTE，那么当加热薄膜46时，框架膨胀的较快。如此以来，膨胀力会传输至薄膜，同时，框架的膨胀会尽力伸展薄膜。尽管这两种状态都不是理想的，但是与具有相同CTE或基本上相同CTE的框架和薄膜相比较，在一些实施例中更希望前者发生，因为它产生薄膜皱纹的可能性较小些。
薄膜46的起皱现象会使薄膜有空洞和裂缝，尤其是沿着薄膜疲劳的起皱处。在两个或多个皱纹相互交接处，出现空洞和/或裂缝的可能性会增加，因为这部分薄膜在至少两个不同的方向起皱。应该理解，空洞和裂缝消弱了薄膜的择氢性，因为空洞和/或裂缝不具有择氢性，相反其允许混合气流的任何成分通过之。在薄膜的重复热循环期间，这些疲劳点或区域的尺寸趋于增长，所以进而降低了富氢气流或穿透气流的纯度。还应该理解，这些皱纹可能是由与薄膜直接接触的装置10的一部分传输给薄膜的力所引起，所以装置10的该部分被认为是薄膜接触部分或结构，这些皱纹或者是由装置中不与薄膜接触部分引起，但当膨胀和/或冷却时该部分将会传输力至薄膜。薄膜接触结构的示例包括框架或其它支架52和支撑体54，薄膜固定在其上，或者如果薄膜没有实际固定在其上或支撑在其上，但薄膜46却与其接触。至少在一些实施例中传输诱发皱纹的力给薄膜46的装置10的部分的示例包括盖体12和诸如一个或多个端板60和/和外壳62的部分。其它例子包括端板和薄膜的框架或其它支架之间的垫圈和分离器，在一些包括多个薄膜的装置10的实施例中，包括毗邻框架或薄膜的其它支撑体或支架之间的垫圈和分离器。
一种防止薄膜和邻近构件之间CTE不同而导致薄膜失效的方法是在薄膜和装置10的任何构件之间放置可变形的垫圈，其中装置10的构件与薄膜接触，且有足够硬度和结构以传输压缩力或张力至可能起皱的薄膜。例如图33中薄膜46夹在输气板238和穿透垫圈236之间，两者都是由可变形材料制成。在这样的实施例中或这样的结构中，可变形垫圈缓冲或吸收至少很大一部分压缩力或张力，否则这些力可能被施加至薄膜46上。
在任一个或两个框架由不变形材料制成的实施例中(即一种弹性材料，有力施加时它可以被压缩或膨胀，当这些力去除时其又恢复原始结构)，当薄膜46固定在一个板242上时，其中该板的厚度和/或成分能施加上述起皱张力或压缩力给薄膜46，或者当支撑体54粘合在薄膜46上时(或者固定在选定操作压力下)，可以使用不同的方法。更确切地讲，延长薄膜的寿命可以通过与制得薄膜46材料的CTE相同或相似的材料制成的装置10的构件达到，否则装置10的构件会传输起皱力，张力或压缩力，至薄膜46。
例如，304型不锈钢的CTE为17.3，316型不锈钢的CTE为16.0。所以，304型不锈钢的CTE比Pd-40Cu大约15％，316型不锈钢的CTE比Pd-40Cu大约8％。这并不意味着这些材料不能被用于形成不同的支撑体、框架、板和外壳以及此处讨论的类似元件。但是，在本发明的有些实施例中，希望能形成至少一些构件，其由一种与形成薄膜46的CTE相同和相似的材料制成。更具体地讲，期望其CTE与制得薄膜46的材料CTE相同，或期望一种材料，该材料的CTE在薄膜46主体材料的CTE选定范围内，例如±0.5％、1％、2％、5％、10％或15％。以另一种方式表述，至少在一些实施例中，期望制得薄膜接触部分或装置的其它元件的材料的CTE是形成薄膜46材料的CTE的±1.2、1、0.5、0.2、0.1或小于0.1μm/m/℃。具有上述成分之一和/或与薄膜46的CTE相关的CTE的材料认为是具有本发明披露的选定CTE。
下表列出了示范例合金和他们相应的CTE和成分。应该理解下表列出的材料用于例证，其它材料也可被使用，包括下列材料和/或其它材料的结合，这些都不偏离发明范围。
                                                       表1
 合金     CTE                                                       公称成分
 类型/级别     μm/m/℃ 碳 锰 镍 铬 钴 钼 钨 铌 铜 钛 铝 铁 硅
 Pd-40Cu     14.9
 Monel 400(UNSN04400) 13.9 0.02 1.5 65 32 2.0
 Monel 401(UNS N04401) 13.7 0.05 2.0 42 54 0.5
 Monel 405(UNS N04405) 13.7 0.02 1.5 65 32 2.0
 Monel 500(UNS N05500) 13.7 0.02 1.0 65 32 0.6 1.5
 304型不锈钢(UNS S30400) 17.3 0.05 1.5 9.0 19.0 Bal 0.5
 316型不锈钢(UNS S31600) 16.0 0.05 1.5 12.0 17.0 2.5 Bal 0.5
 310S型不锈钢(UNS S31008) 15.9 0.05 1.5 20.5 25.0 Bal 1.1
 330型不锈钢(UNS N08330) 14.4 0.05 1.5 35.5 18.5 Bal 1.1
 AISI型661不锈钢(UNS R30155) 14.0 0.1 1.5 20.0 21.0 20.5 3.0 2.5 1.0 31.0 0.8
 Inconel 600(UNS N06600) 13.3 0.08 76.0 15.5 8.0
 Inconel 601(UNS N06601) 13.75 0.05 60.5 23.0 0.5 1.35 14.1
 Inconel 625     12.8   0.05   61.0   21.5   9.0   3.6   0.2   0.2   2.5
 (UNS N06625)
 Incoloy 800(UNS N08800) 14.4 0.05 0.8 32.5 0.4 0.4 0.4 46.0 0.5
 Nimonic合金901(UNS N09901) 13.5 0.05 42.5 12.5 6.0 2.7 36.2
 Hastelloy X(UNS N06002) 13.3 0.15 49.0 22.0 1.5 9.0 0.6 2 15.8
 Inconel 718(UNS N07718) 13.0 0.05 52.5 19.0 3.0 5.1 0.9 0.5 18.5
 Haynes 230(UNS N06002) 12.7 0.1 55.0 22.0 5.0 2.0 14 0.35 3.0
由上述信息可以看出，诸如330型不锈钢和Incoloy 800合金的CTE大约在Pd40Cu CTE的3％之内，Monel 400和310S型不锈钢的CTE比Pd40Cu的CTE小7％。
为了证明所选材料可以随着所使薄膜CTE而变化，例举一种制作薄膜46的热膨胀系数为13.8μm/m/℃的材料。由上表可知，Monel和Inconel 600合金的CTE偏离或不同于薄膜CTE 0.1μm/m/℃。再举一例，CTE为13.4μm/m/℃的薄膜。Hastelloy X的CTE符合于薄膜的CTE，Monel和Inconel 601合金的CTE大约在薄膜CTE的1％之内。上表例举的材料中，Hastelloy X、Incoloy 800和300型系列不锈钢合金之外的所有合金的CTE在薄膜CTE的2％之内，除了304型、316型和310S型不锈钢合金的CTE之内薄膜CTE的5％之内。
一种其CTE与薄膜46有一定关系的材料，例如其CTE符合薄膜46CTE的选定范围或在薄膜46CTE的选定范围之内，制成的装置10的元件包括以下一个或多个元件：支撑体54、筛网元件212、细的或外部筛网或网状金属元件216、内部筛网元件214、薄膜框架240、穿透框架232、穿透板234和输气板238。通过上述内容，应该理解上述元件之一可以由这样一种材料制成，上述一种以上元件可以由这样材料制成，但是没有要求上述元件必须由这样一种材料制成。同样地，薄膜46可以由Pd-40Cu之外的材料制成，所选CTE随着薄膜46的特定成分而变化。
进一步讲，装置10可以由一个薄膜模制物220制成，该薄膜模制物包括带有支撑体的一个或多个薄膜封套220，该支撑体包括一种完全由CTE为选定值的材料制成的筛网结构。另一例，只有外部的、或薄膜接触的、筛网元件(例如元件216)可以由一种CTE为选定值的材料制成，内部元件由一种CTE不是选定值的材料制成。再举一例，内部筛网元件214可以由一种CTE为选定值的材料制成，薄膜接触元件由一种CTE不是选定值的材料制成，等等。
在一些实施例中，在热循环和CTE为选定值的材料制成的净化装置的其它使用期间，对于具有足够硬度的支撑体足以能引起薄膜起皱。图32示出的是筛网结构210。在图示的实施例中，筛网结构位于一对薄膜46之间，筛网结构包括一对外部的或薄膜接触的筛网元件216以及一个不接触薄膜的内部筛网元件214。一般情况下，但不是专指，外部筛网元件是由一种比内部筛网元件硬度低且较细些的材料制成，内部筛网元件的结构一般较硬、较粗。在这样的实施例中，内部筛网元件可以由一种CTE为选定值的材料制成，例如一种像Monel的包括镍和铜的合金，外部筛网结构由传统的不锈钢制成，例如304型或316型不锈钢。这样的筛网结构还可以具有一个其CTE不同于薄膜46CTE的薄膜接触筛网元件，其CTE大于制成内部筛网元件材料的CTE。但是，正如所述，本发明范围还允许所有筛网元件可以由一种包括镍和铜的合金制成，例如Monel，或另一种CTE为选定值的材料。
这种结构也可用作支撑体，包括一筛网元件和筛网层，但是其只支撑一个薄膜。例如图2中，支撑体包括一薄膜接触层或筛网元件214’，214’的结构类似于筛网元件214。层214’跨过至少薄膜表面的一实质部分，但是当净化装置被压缩和使用时，其一般不会为薄膜提供足够的支撑。支撑体还可以包括第二层或第二筛网元件216’，其结构类似于筛网元件216，一般平行地延伸至第一层，但是与薄膜相比较，其在第一层的对面。第二层比第一层硬些，所以它提供的复合筛网结构有足够的强度或硬度以支撑使用时的薄膜。利用该结构时，其可以(但不是必须)实施为，第二层或筛网元件由一种镍和铜合金制成的，例如Monel，或另一种CTE为选定值的材料制成，以及薄膜接触层或筛网元件由CTE不同于薄膜CTE的材料制成，筛网元件的CTE比第二层材料的CTE大些。另外，薄膜接触层可以由一种不包括镍和铜合金的材料制成。
示范结构的另一例，装置10可以包括一个支撑在盖体端板60之间的薄膜46，且由一个或多个支架52和/或一个或多个支撑体54支撑着。支架和/或支撑体可以由一种CTE为选定值的材料制成。同样地，至少盖体12的一部分，例如一个或两个端板60或外壳62，可由一种CTE为选定值的材料制成。
在有不直接与薄膜46接触的元件的装置10的实施例中，这些元件仍然可由一种CTE为选定值的材料制成。例如，盖体的一部分或所有，诸如一个或两个端板或外壳62，可以由一种包括表1列出的合金中的一种的材料制成的，其CTE与制成薄膜46的材料的CTE相关的选定值，即使这些部分不直接与薄膜46接触。
依照本发明构建的氢气纯化装置10与不纯氢气源耦合或保持流体连接。这些气源示例包括气体存储装置，例如氢化物床和压缩油箱。另一种气源是将可回收氢气的气流产为副产物、废气或废气流的装置。还有一种来源是燃料处理器，其在本文中被使用，它指能够由至少含有原料的原料流中生产出含有氢气的混合气流。一般而言，氢气会占由燃料处理器生产出混合气流的主体或至少一大部分。
燃料处理器可以由不同机制生产混合气流24。适当机制的示例包括蒸汽重整和自热重整，其中重整催化剂可用于由包括含碳进料和水的原料流中生产出氢气。其它能够生产氢气的适当机制包括含碳进料的高温分解和部分催化氧化，其中原料流不含水。还有一种生产氢气的适当机制是电解，其中原料是水。适当的含碳进料包括至少一种碳氢化合物或醇。合适的碳氢化合物包括甲烷、丙烷、天然气、柴油、煤油、汽油和相似物。合适的醇包括甲醇、乙醇和诸如乙烯基乙二醇和丙二醇的多羟基化合物。
适于接受来自燃料处理器的混合气流24的氢气纯化装置10的简图见图40。如图所示，300表示燃料处理器，一个燃料处理器和一个氢气纯化装置的结合可以被认为是一个燃料处理系统302。图42的虚线所示是一个加热元件，正如讨论的，其能够为装置10提供热量，而且可以采取各种形式。燃料处理器300可以采用任何上述讨论的形式。依照本发明的氢气纯化装置还可以接受源自燃料处理器300之外的混合气流24。306说明的是一个气体存储装置，以及310示出的是在生产不同产物流308的过程中能由混合气流24生产出废气或副产物流的装置。应该理解，图示的燃料处理器300包括任何附加的加热元件、原料传输系统、空气输送系统、原料流或供给等。
燃料处理器常在高温和/或高压下操作。所以，较为理想的是氢气纯化装置10与燃料处理器300至少部分集成，与由外部流体传输导管连接装置10和燃料处理器300相反。图42示出的是这样一种结构，其中燃料处理器包括一个外壳或外罩312，装置10形成其的一部分和/或至少部分延伸至其中。在这样的结构中，燃料处理器300可以包括装置10。将燃料处理器或其它混合气流24的气源与氢气纯化装置10集成能使其以一个单元的形式更容易移动。其还能够通过一个共用加热元件使得燃料处理器的元件包括装置10被加热，和/或如果不是所有装置10的加热要求但至少一些被加热的要求通过处理器300产生的热量得到满足。
正如所讨论的，燃料处理器300是能够产生含有氢气的混合气流的任何适用装置，较为理想的是含有很大一部分氢气的混合气流。为了说明问题，下面讨论中描述的燃料处理器300用于接受包括含碳进料318和水320的原料流316，如图42所示。但是，本发明范围还允许燃料处理器300可以采取如上所讨论的其它形式，原料流316可以包含其它组分，例如只含有含碳的原料或只含有水。
原料流316可以通过任何适当机制传输至燃料处理器300。图42示出的是一支原料流316，但是应该理解可以使用多支气流316，这些气流可以含有相同的或不同组分。当含碳进料318易溶于水时，原料一般与原料流316的水分一起被输送，如图42所示。当含碳进料不溶于水时或微溶于水时，这些组分一般以单独的气流被输送至燃料处理器300，如图42的虚线所示。图42中，原料流316通过一个原料流输送系统317被输送至燃料处理器300。传输系统317包括任何传输原料流至燃料处理器300的适当机制、装置或其结合体。例如，传输系统可以包括一个或多个传输源自供给的气流成分316的泵。另外，系统317还可包括一个阀元件以调整源自压缩供给的组分流量。该供给可以位于燃料电池系统的外部，或可以包括在系统中或邻近系统。
如图42中312所示，燃料处理器300包括一个氢气产生区，其中混合气流24由原料流316产生。正如所述，氢气产生区中可以利用多种不同工艺。这种工艺的一个示例即是蒸汽重整，其中区域312包括一种蒸汽重整催化剂334。或者，区域312可以通过自热重整生产气流24，在这种情况下，312包括一自热重整催化剂。对于蒸汽重整剂或自热重整剂，混合气流24可以认为至一种重整气流。较为理想的是，燃料处理器可以生产大致纯的氢气，甚至更为理想的是，燃料处理器可以生产纯氢气。对于本发明的目的而言，大致纯氢气的纯度大于90％，较为理想的是纯度大于95％，更为理想的是，纯度大于99％，甚至更为理想的是，纯度大于99.5％。美国专利6,221,117、2001年3月8号申请的题为“燃料处理器和系统以及包括该系统的装置”的美国待授权专利申请09/802,361，2001年3月19号申请的题为“氢气选择性金属薄膜模制物和制作该模制物的方法”的美国待授权专利申请09/812,499公开了适当的燃料处理器的示例，在此引用其所有的披露作为参考。
如图42中虚线所示，燃料处理器300还可以包括，但不是必须，一个精制区348。精制区348接受来自装置10的富氢气流34，通过降低或去除选定组分的浓度进一步净化气流。图42中，314表示最终气流，可以是产物氢气流或净化氢气气流。当燃料处理器300不包括精制区348时，富氢气流34形成产物氢气流314。例如，当气流34用于一个燃料电池组中时，如果有必要的话，可能损坏电池组的诸如一氧化碳和二氧化碳的组分可由富氢气流中除去。一氧化碳的浓度应该低于10ppm(百万分之一)以防止控制系统与燃料电池组绝缘。较为理想的时，系统限制一氧化碳的浓度至低于5ppm，甚至更为理想的是，浓度低于1ppm。二氧化碳的浓度可以比一氧化碳浓度大，例如，小于25％二氧化碳是可以接受的.较为理想的是，小于10％，甚至小于1％。尤其较为理想的是，浓度低于50ppm。应该理解，此处例举了可接受的最低浓度，也可利用此处陈述之外的浓度，这些浓度也在本发明范围之内。例如，特殊用户和制造商可以要求不同于此处描述的最低或最高浓度水平或范围。
区域348包括任何适用排出和降低气流34中选定组分浓度的结构。例如，当产物流用于如果气流含有大于选定浓度的一氧化碳或二氧化碳即被损坏的PEM燃料电池组或其它装置中时，可以期望包括至少一种甲烷催化床350。床350将一氧化碳和二氧化碳转化为甲烷和水，这两者都不会损坏PEM燃料电池组。精制区348还可以包含另一个氢气产生区352，例如另一个重整催化剂床，其将未反应的原料转化为氢气。在这样一个实施例中，较为理想的是，第二个重整催化剂床在甲烷催化剂的上游，以便不会将甲烷催化床下游的二氧化碳或一氧化碳再次引入。
蒸汽重整剂一般在200℃和700℃的温度范围和50psi和1000psi压力范围之内操作，尽管本发明还允许此范围之外的温度，例如其决定于所使燃料处理器的特殊类型和结构。任何适当的加热机制或装置可用于提供热量，例如加热器、燃烧器、燃料催化剂或类似装置。加热元件可以是外部燃料处理器，或形成一个燃料室，其中该燃料室为燃料处理器一部分。加热元件的燃料可以由燃料处理器或燃料电池系统提供，也可以由外部能源获得，也可由两者获得。
图42中示出的燃料处理器300包括一个含有上述元件的外壳312。也可以是外罩的外壳312使得燃料处理器的多个元件以一个单元而移动。它还保护燃料处理器元件使其免受损坏，是通过提供一个保护性盖体以及降低燃料处理器的加热需求，因为燃料处理器的构件可以作为一个单元被加热。外壳312可以包括但不是必须包括绝缘材料333，例如固体绝缘材料、覆盖绝缘材料或一个充气孔。但是本发明还允许燃料处理器可以不带有外罩或外壳。当燃料处理器300包括绝缘材料333时，绝缘材料可以是外壳的内部材料、外壳的外部材料或者两者皆可。绝缘材料是含有上述重整区、分离区和/或精制区的外壳的外部材料时，燃料处理器可包括一个外盖或外部绝缘套。
本发明范围还允许燃料处理器300的一个或多个构件可以延伸在外壳之外或至少位于外壳312的外部。例如图41所示，装置10可以至少部分延伸在外壳312之外。另一例如图42所示，精制区348可以在外壳312外部，和/或氢气产生区312的一部分(例如一个或多个催化床的一部分)可以延伸在外壳之外。
如上所述，燃料处理器30可以用于传输富氢气流34或产物氢气流314至至少一个能产生电流的燃料电池组。这样的结构中，燃料处理器和燃料电池组可以指一个燃料电池系统。图43给出的是一个该系统的示例，其中322示出的是一个燃料电池组。燃料电池组能够由输送至该处的部分产物氢气流314产生电流。在所示实施例中，可以示出和陈述一个燃料处理器300和一个燃料电池组322，但是，应该理解也可以使用一个或两个以上这样的构件。还应该理解，这些构件已示于图例中，其它图中未示出的元件也可以包括于燃料电池系统中，例如输气泵、空气传输系统、换热元件、加热元件以及类似物。
燃料电池组322包括至少一个燃料电池324，一般包括多个燃料电池324，这些电池能够由传输至此的产物氢气流314产生电流。此电流可用于满足附加能耗装置325的能源需求或载荷。装置325的示例包括，但并不限机动车辆、休闲车辆、船、工具、灯或照明装配、器件(例如家用电器或其它电器)、家用设备、信号设备或通讯设备等。应该理解，图43中所示的装置325代表能由燃料电池系统获得电流的一个或多个装置或装置的集合。一个燃料电池组一般包括多个公用端板323之间连接在一起的多个燃料电池，其中端板含有流体输送导管和/或流体排出导管(图中未示出)。适合燃料电池的示例包括质子交换膜(PEM)燃料电池和碱性燃料电池。燃料电池组322可以接受所有产物氢气流314。一部分或所有气流314可额外地或交替地通过一个适当的导管输送，以用于另一个耗氢工艺中，或被燃烧以用于燃料或加热，或被存储起来以备后用。
                        工业应用性
本发明的氢气纯化装置、构件和燃料处理系统适用于燃料处理和其它能生产和/或利用氢气的工业中。
可以相信，上述披露包括多个能独立使用的独特发明。尽管每个发明被以较为理想的形式披露，但其在此披露和示例的具体实施例并不仅限于此，其存在尽可能多的变化形式。本发明主题包括所有新颖的和在此披露的不同器件、特征、功能和/或性能的不显著结合与亚结合。同样地，权利要求中陈述的″一个″或″第一个″或其他类似的陈述应理解为包括一种或一种以上这样元件的结合，既不需要也不排出两种或两种以上的元件。
可以相信，以下权利要求会显著地指出所披露的发明、新颖的和不明显的结合与局部结合。发明的其他特征、功能、器件和/或性能的结合与局部结合的具体实施例可以通过修正本发明专利要求或再该申请或相关申请的新的权利要求中提出权利要求。这样的修正或新权利要求，不管他们是否是指不同的发明或相同的发明，与原始权利要求相比他们的范围无论是不同的、拓宽的、变窄的或是相同的，都将被认为是属于现在所披露的发明主题。

Claims (115)

1.一个燃料处理器，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。
2.如权利要求1所述的燃料处理器，其中薄膜接触结构的热膨胀系数在薄膜热膨胀系数的5％以内，或可选择地在薄膜热膨胀系数的2％以内，还可以可选择地在薄膜热膨胀系数的1％以内。
3.如权利要求1所述的燃料处理器，其中薄膜接触结构的热膨胀系数偏离薄膜热膨胀系数不超过约1μm/m/℃，或可选择地不超过约0.2μm/m/℃，还可以可选择地不超过约0.1μm/m/℃。
4.如权利要求1所述的燃料处理器，其中薄膜接触结构的热膨胀系数小于16μm/m/℃，大于13μm/m/℃。
5.如权利要求1所述的燃料处理器，其中薄膜接触结构的热膨胀系数小于薄膜热膨胀系数。
6.如权利要求1所述的燃料处理器，其中支撑氢气选择性薄膜的构造至少一部分由一种包含镍和铜的合金制成。
7.如权利要求1所述的燃料处理器，其中支撑氢气选择性薄膜的构造至少一实质部分由一种或多种热膨胀系数小于薄膜热膨胀系数的材料制成。
8.如权利要求1所述的燃料处理器，其中薄膜接触结构是非氢气选择性的。
9.如权利要求1所述的燃料处理器，其中薄膜固定在薄膜接触结构上。
10.如权利要求1所述的燃料处理器，其中薄膜与薄膜接触结构接触，但不是固定在薄膜接触结构上。
11.如权利要求1所述的燃料处理器，其中薄膜接触结构包括一个定位薄膜在盖体内的支架。
12.如权利要求11所述的燃料处理器，其中薄膜包括一个周边区，支架包括一个稳固在薄膜周边区的框架。
13.如权利要求12所述的燃料处理器，其中框架形成盖体的一部分。
14.如权利要求12所述的燃料处理器，其中框架的膨胀系数与薄膜的膨胀系数相同或小于薄膜的膨胀系数。
15.如权利要求1所述的燃料处理器，其中薄膜接触结构包括一个支撑体，该支撑体延伸穿过薄膜的第一面或穿透面的至少一个实质部分。
16.如权利要求15所述的燃料处理器，其中支撑体的膨胀系数与薄膜的膨胀系数相同或小于薄膜的膨胀系数。
17.如权利要求15所述的燃料处理器，其中支撑体延伸穿过薄膜的穿透面的至少一个实质部分。
18.如权利要求17所述的燃料处理器，其中薄膜的穿透面与支撑体接触而不是固定在支撑体上，而且穿过薄膜的那部分混合气流可以穿过支撑体。
19.如权利要求18所述的燃料处理器，其中薄膜是一个氢气选择性薄膜，盖体还包括热膨胀系数与第一薄膜的热膨胀系数至少大致相同的第二氢气选择性薄膜，第一面用于与混合气流接触，穿透面通常面对第一薄膜的穿透面，而且支撑体延伸在第一和第二薄膜之间以在薄膜的穿透面之间形成一个收获导管，穿过薄膜的那部分混合气流可以通过它流动。
20.如权利要求1所述的燃料处理器，其中一种或多种材料的热膨胀系数在薄膜的热膨胀系数的1μm/m/℃之内，或可选择地在薄膜的热膨胀系数的0.2μm/m/℃之内，而且还可以可选择地在薄膜的热膨胀系数的约0.1μm/m/℃之内。
21.如权利要求20所述的燃料处理器，其中盖体包括一种含镍和铜的合金。
22.如权利要求1所述的燃料处理器，其中薄膜的热膨胀系数在约13.6μm/m/℃和约16μm/m/℃范围之内。
23.如权利要求1所述的燃料处理器，其中燃料处理器包括至少一个重整催化剂床，且用于通过蒸汽重整生产混合气流。
24.一个氢气纯化装置，用于在至少200℃的选定温度和至少50psi的选定压力下操作，而且它包括一个带有一个内部的、至少大体流体密封的、至少含有一个氢气选择性薄膜的分离室的盖体，其中该氢气选择性薄膜有热膨胀系数，由钯和铜的合金制成，包括一个与含有氢气和其它气体的混合气流接触的第一面，还包括一个穿透面，用于将混合气流分离成富氢气流和副产品气流，富氢气流含有至少大致纯的氢气，且至少部分由通过至少一个氢气选择性薄膜的那部分混合气流形成，副产品气流至少部分由不穿过薄膜的那部分混合气流形成，改进包括：装置包括一个至少与薄膜的第一面或穿透面其中之一接触的薄膜接触结构，而且装置还包括至少一个至少与一个氢气选择性薄膜接触的薄膜接触结构，而且其中选定的至少一个薄膜接触结构的热膨胀系数与至少一个氢气选择性薄膜的热膨胀系数足够接近或相同，以便在改装置的至少200℃的温度范围内进行热循环下，至少一个薄膜接触结构不会将皱纹传输给至少一个氢气选择性薄膜。
25.如权利要求24所述的装置，其中薄膜接触结构包括一种含有镍和铜的合金。
26.如权利要求24所述的装置，其中薄膜接触结构的热膨胀系数与至少一个薄膜的热膨胀系数相同或较低。
27.如权利要求24所述的装置，其中盖体由一种或多种所选材料制成，以便在装置的温度范围内的热循环下，盖体不会将诱发皱纹的力传输给至少一个氢气选择性薄膜。
28.如权利要求27所述的装置，其中盖体包括一种含有镍和铜的合金。
29.如权利要求28所述的装置，其中盖体的热膨胀系数与至少一个薄膜的热膨胀系数相同或较低。
30.如权利要求24所述的装置，其中合金包括约40wt％的铜。
31.如权利要求24所述的装置，其与一个燃料处理组件联合用于原料流并由其产生混合气流。
32.如权利要求31所述的装置，其中燃料处理组件包括至少一个重整催化剂床，而且其中原料流含有水和一种含碳原料。
33.如权利要求32所述的装置，其中重整区和盖体至少部分由公用外壳的覆盖着。
34.如权利要求31所述的装置，进一步与一个燃料电池组联合用于接受至少一部分富氢气流并由其产生电流。
35.一个氢气净化装置，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和其它气体的混合气流输送至盖体的输入口，至少一个用以将含有至少大致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；
至少一个分离室内薄膜封套，其中每个薄膜封套由一对氢气选择性薄膜组成，每个薄膜包括一个与混合气流接触的第一面以及一般与第一面相对的穿透面，其中这对薄膜的位置能使得这对氢气选择性薄膜相互分离，且他们的穿透面一般互相对着以形成一个延伸在他们之间的收获导管，每个薄膜封套还包括一个处在收获导管内部、能支撑这对氢气选择性薄膜的支撑体，其中该支撑体包括一对一般相对着的面，其分别用于支撑这对氢气选择性薄膜的穿透面，其中穿透气流由通过薄膜至收获导管的那部分混合气流形成，且至少不通过薄膜的一部分混合气流形成至少一部分副产物流；而且其中每个氢气选择性薄膜有一个热膨胀系数；
支撑盖体内至少一个薄膜封套的构造，其中支撑盖体内至少一个薄膜封套的构造包括一个薄膜接触结构，该结构的成分不同于氢气选择性薄膜，至少有一个小于氢气选择性薄膜的热膨胀系数的热膨胀系数，以及包括一种含有镍和铜的合金的成分。
36.如权利要求35所述的装置，其中薄膜接触结构包括一种含有镍和铜的合金。
37.如权利要求36所述的装置，其中薄膜接触结构的热膨胀系数在薄膜热膨胀系数的10％以内，或可选择地在薄膜热膨胀系数的2％以内，还可选择地在薄膜热膨胀系数的1％以内。
38.如权利要求35所述的装置，其中薄膜接触结构的热膨胀系数小于薄膜的热膨胀系数。
39.如权利要求38所述的装置，其中薄膜接触结构的热膨胀系数大于约13μm/m/℃。
40.如权利要求38所述的装置，其中薄膜接触结构为金属质。
41.如权利要求35所述的装置，其中薄膜至少一实质部分由一种含有约40wt％铜的钯合金
42.如权利要求35所述的装置，其中薄膜为通常的平面结构。
43.如权利要求35所述的装置，其中薄膜接触结构是非氢气选择性的。
44.如权利要求35所述的装置，其中薄膜接触结构包括支撑体。
45.如权利要求44所述的装置，其中支撑体允许进入收获导管的那部分混合气流横越和平行地流至薄膜的穿透面。
46.如权利要求45所述的装置，其中支撑体包括至少一个筛网元件。
47.如权利要求46所述的装置，其中支撑体包括多个筛网元件
48.如权利要求47所述的装置，其中多个筛网元件包括至少一个形成至少一部分薄膜接触结构的筛网元件，而且其中多个筛网元件包括至少一个不接触薄膜的筛网元件。
49.如权利要求47所述的装置，其中至少一个筛网元件的热膨胀系数在薄膜热膨胀系数的10％以内，或可选择地在薄膜热膨胀系数的2％以内，还可选择地在薄膜热膨胀系数的1％以内。
50.如权利要求49所述的装置，其中多个筛网元件包括至少两个含有一般相对着的面的筛网元件，而且其中多个筛网元件包括至少一个不接触薄膜的筛网元件。
51.如权利要求49所述的装置，其中至少两个筛网元件是由不包含带有镍和铜的合金材料制成。
52.如权利要求49所述的装置，其中至少两个筛网元件的制作材料的热膨胀系数大于薄膜的热膨胀系数。
53.如权利要求49所述的装置，其中至少两个筛网元件是由不锈钢制成，至少一个不与薄膜接触的筛网元件是由一个或多个含有镍和铜的合金以及不比薄膜的热膨胀系数大的材料制成。
54.如权利要求47所述的装置，其中多个筛网元件中的至少一个是由一种比薄膜的热膨胀系数大的材料制成。
55.如权利要求47所述的装置，其中多个筛网元件中的至少一个是由一种不包括含有铜和镍的合金制成。
56.如权利要求35所述的装置，其中每个氢气选择性薄膜包括一个周边区，而且周边区是固定在一个框架组件上的，框架组件包括至少一个框架，而且其中薄膜接触结构包括该框架组件。
57.如权利要求56所述的装置，其中框架组件形成盖体的一部分。
58.如权利要求56所述的装置，其中框架组件是由一种非透氢性材料制成。
59.如权利要求56所述的装置，其中框架组件是由一种包括镍和铜的合金制成。
60.如权利要求56所述的装置，其中框架组件的热膨胀系数小于薄膜的热膨胀系数。
61.如权利要求56所述的装置，其中框架组件的热膨胀系数小于16μm/m/℃。
62.如权利要求35所述的装置，其中氢气净化装置包括多个气体传输导管，这些导管与至少一个薄膜封套相互连接，以选择性地输送混合气流至薄膜的第一面，将穿透气流排出在收获导管外，并且排出副产物流。
63.如权利要求35所述的装置，其中氢气净化装置包括多个薄膜封套。
64.如权利要求35所述的装置，其中支撑至少一个薄膜封套的构造的至少大致由镍和铜合金制成。
65.如权利要求35所述的装置，其中支撑至少一个薄膜封套的构造的至少大致由一个或多个热膨胀系数小于薄膜热膨胀系数的材料制成。
66.如权利要求35所述的装置，其中盖体至少大致由镍和铜合金制成。
67.如权利要求35所述的装置，其中盖体的热膨胀系数小于16μm/m/℃。
68.如权利要求35所述的装置，其中盖体的热膨胀系数小于薄膜的热膨胀系数。
69.如权利要求35所述的装置，其与一个燃料处理组件联合用于生产混合气流。
70.如权利要求35所述的装置，其中燃料处理组件包括至少一个重整催化剂床，并用于通过蒸汽重整生产混合气流。
71.一个氢气净化装置，包括：
一个盖体，其含有一对空间分离端板和一个延伸在端板之间并与端板形成一个内室的周边外壳；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，至少一个用以将至少含有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；
至少一个在分离室内的氢气选择性薄膜，其中至少一个氢气选择性薄膜包括一个与混合气流接触的第一面和一般与第一面相对的穿透面，其中穿透气流由至少穿过一个氢气选择性薄膜至穿透面的那部分混合气流形成，副产物流是由不通过至少一个氢气选择性薄膜的那部分混合气流形成；
其中每个端板包括一个面对分离室的内表面，一个背对盖体的外表面，以及与周边外壳形成的至少部分密封的一个密封区；和
其中至少一个端板包括一个基板，该基板含有密封区和一个由基板突出的桁架组件。
72.如权利要求71所述的装置，其中桁架组件用于支撑至少一个端板使其不偏离周边外壳。
73.如权利要求71所述的装置，其中桁架组件用于增加至少一个端板的换热面。
74.如权利要求71所述的装置，其中桁架组件包括由基板伸出的多个突肋。
75.如权利要求74装置，其中桁架组件包括一个在基板末梢处与突肋连接的支撑体。
76.如权利要求74装置，其中桁架组件还包括延伸在突肋和基板之间的多个翅片。
77.如权利要求71所述的装置，其中桁架组件由至少一个端板的内表面伸出。
78.如权利要求71所述的装置，其中桁架组件由至少一个端板的外表面伸出。
79.如权利要求71所述的装置，其中至少外壳的一部分与至少一个端板集成。
80.如权利要求71所述的装置，其中当装置在至少200℃的选定温度和至少50psi的选定压力下操作时，其中至少一个端板的基板能承受低于12000psi的压力。
81.如权利要求71所述的装置，其中当装置在至少300℃的选定温度和至少125psi的选定压力下操作时，其中至少一个端板的基板能承受低于12000psi的压力。
82.如权利要求71所述的装置，当装置在至少400℃的选定温度和至少175psi的选定压力下操作时，其中至少一个端板的基板能承受低于12000psi的压力。
83.如权利要求71所述的装置，其中至少一个端板的重量小于4磅。
84.如权利要求83所述的装置，其中至少一个端板的横截面积至少为10英寸2，也可选择地至少为20英寸2。
85.如权利要求71所述的装置，其中至少一个端板重量小于5磅，而且当装置在至少200℃的选定温度和至少50psi的选定压力下操作时，其中至少一个端板的基板能承受低于12,000psi的压力。
86.如权利要求71所述的装置，其中至少一个端板重量小于4磅，而且当装置在至少300℃的选定温度和至少100psi的选定压力下操作时，其中至少一个端板的基板能承受低于12000psi的压力。
87.如权利要求71所述的装置，其中装置有一种25℃的温度和1atm分离室内的气压下的第一结构，400℃的温度和175psi分离室的气压下的第二结构，而且在第二结构中，至少一个端板的基板与第一结构的最大偏差小于0.001英寸，该偏差还可以可选择地小于0.0008英寸，也可以可选择地小于0.00065英寸。
88.如权利要求71所述的装置，其中装置有一种25℃的温度和1atm分离室的气压下的第一结构，400℃的温度和175psi分离室的气压下的第二结构，而且在第二结构中，与第一结构相比至少一个端板的基板在其的密封区的偏差小于0.001英寸，该偏差还可以可选择地小于0.0008英寸，也可以可选择地小于0.0006英寸。
89.如权利要求71所述的装置，其中至少一个端板有一个最大偏差，该偏差与25℃的温度和1atm气压下的至少一个端板的结构有关，而且当装置在至少200℃的选定温度和至少50psi的选定压力下操作时，至少一个端板的质量/最大偏差比小于1000lb/psi，也可以可选择地小于800lb/psi，还可以可选择地小于600lb/psi。
90.如权利要求71所述的装置，其中至少一个端板有一个最大偏差，该偏差与25℃的温度和1atm气压下的至少一个端板的结构有关，而且当装置在至少300℃的选定温度和至少125psi的选定压力下操作时，至少一个端板的质量/最大偏差比小于800lb/psi。
91.如权利要求90所述的装置，其中至少一个端板的基板的厚度小于1/3英寸。
92.如权利要求91所述的装置，其中至少一个端板的基板的横截面积至少为10英寸2，还可以可选择地至少为20英寸2。
93.如权利要求92所述的装置，其中至少一个端板的基板的横截面积至少为20英寸2。
94.如权利要求71所述的装置，其中至少一个端板有一个最大偏差，该偏差与25℃的温度和1atm气压下的至少一个端板的结构有关，而且当装置在至少300℃的选定温度和至少125psi的选定压力下操作时，至少一个端板的质量/最大偏差比小于600lb/psi。
95.如权利要求71所述的装置，其中至少一个端板有一个最大偏差，该偏差与25℃的温度和1atm气压下的至少一个端板的结构有关，而且当装置在至少400℃的选定温度和至少175psi的选定压力下操作时，至少一个端板的质量/最大偏差比小于600lb/psi。
96.如权利要求71所述的装置，其中至少一个氢气选择性薄膜固定在一个框架上。
97.如权利要求96所述的装置，其中框架被外壳所覆盖着。
98.如权利要求97所述装置，其中框架形成至少一部分外壳。
99.如权利要求71所述的装置，其中装置包括至少一个薄膜封套，该薄膜封套由一对氢气选择性薄膜形成，这对氢气选择性薄膜彼此以定距离相隔开并用彼此面对的穿透面界定一个延伸于其间的收获导管，而且穿透气流由通过薄膜至收获导管的部分混合气流形成，保留在薄膜第一面的混合气流的剩余部分形成至少一部分副产物流。
100.如权利要求99所述的装置，其中至少一个薄膜封套包括一个在收获导管内的支撑体，并用于支撑这对氢气选择性薄膜，其中该支撑体包括一对一般相对的表面，其能支撑这对氢气选择性薄膜的穿透侧。
101.如权利要求100所述的装置，其中支撑体允许气流平行和横越地至薄膜的穿透侧。
102.如权利要求71所述的装置，其中至少一个氢气选择性薄膜由钯和钯合金中至少一种形成，也可以由一种包括钯和铜的合金的形成，还可以由一种包括钯和约40wt％铜的合金的形成。
103.如权利要求71所述的装置，其与一个燃料处理器结合能产生混合气流。
104.如权利要求103所述的装置，其中燃料处理器包括至少一个重整催化剂床，而且能通过蒸汽重整生产混合气流。
105.一个氢气净化装置，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产物氢气流排出在盖体之外的产物输出口，至少一个用以将至少含有一实质部分的其它气体的副产物流排出在盖体之外的副产物输出口；
至少一个在分离室内的氢气选择性薄膜，其中至少一个氢气选择性薄膜包括一个与混合气流接触的第一面和一般与第一面相对的穿透面，其中产物流由至少穿过一个氢气选择性薄膜至穿透面的那部分混合气流形成，副产物流是由不通过至少一个氢气选择性薄膜的那部分混合气流形成；以及
其中盖体包括一对端板和一个至少部分延伸在端板间界定至少一部分盖体的外壳；而且其中外壳部分与至少一个端板集成在一起。
106.如权利要求105所述的装置，其中外壳部分与一对端板的第一端板集成形成，且包括第一端板的末梢部分，该部分能与第二端板形成至少大致上流体密封的界面。
107.如权利要求105所述的装置，其中外壳部分是与一对端板的第一端板集成形成的第一部分，其中盖体还包括与第二端板集成形成的第二部分外壳。
108.如权利要求107所述的装置，其中外壳部分包括能选择性形成至少大致上流体密封的界面的端区。
109.如权利要求108所述的装置，其中装置还包括至少一个延伸在端板之间的密封元件。
110.如权利要求105所述的装置，其中盖体包括仅仅在一个端板和外壳之间的界面。
111.如权利要求105所述的装置，其装置包括至少一个薄膜封套，该薄膜封套由一对氢气选择性薄膜形成，这对氢气选择性薄膜彼此以定距离相隔开并用彼此面对的穿透面界定一个延伸于其间的收获导管，而且其中产物流由通过薄膜至收获导管的部分混合气流形成，保留在薄膜第一面的混合气流的剩余部分形成至少一部分副产物流。
112.一个氢气纯化装置，其能在至少200℃的选定温度和至少50psi的选定压力下操作，其包括一个盖体，该盖体带有一个内部的、至少大致上流体密封的内室，该内室含有至少一个氢气选择性薄膜，改进包括：至少一个桁架支撑的端板形成盖体的一部分。
113.如权利要求112所述的装置，其中选定温度至少是300℃，选定压力至少是150psi。
114.如权利要求112所述的装置，其与一个燃料处理器结合能产生第一气流。
115.如权利要求114所述的装置，其中装置至少部分被燃料处理器覆盖着。
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