專(zhuān)利名稱(chēng)：用于燃料處理器的冷卻劑系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池動(dòng)力裝置，并且更具體地說(shuō)，涉及一種用于集成燃料電池動(dòng)力裝置的冷卻劑系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃料電池技術(shù)是用于采用礦物燃料燃燒的較常規(guī)能源的可選擇能源。燃料電池一般由燃料和氧產(chǎn)生電力、水及熱量。更具體地說(shuō)，燃料電池由化學(xué)氧化-還原反應(yīng)提供電力，并且在清潔度和效率方面擁有優(yōu)于其它形式的動(dòng)力產(chǎn)生的顯著優(yōu)點(diǎn)。典型地，燃料電池采用氫作為燃料，并且把氧作為氧化劑。動(dòng)力產(chǎn)生與反應(yīng)物的消耗率成比例。
阻止燃料電池的更廣泛使用的顯著缺點(diǎn)是普遍的氫基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的缺乏。氫具有較低的體積能量密度，并且比當(dāng)前在大多數(shù)動(dòng)力產(chǎn)生系統(tǒng)中使用的烴類(lèi)燃料更難以存儲(chǔ)和運(yùn)輸?？朔@種困難的一種方法是“燃料處理器”或“重整爐”的使用，以把烴類(lèi)轉(zhuǎn)化成能用作用于燃料電池的進(jìn)料的富氫氣流。烴基燃料，如天然氣、LPG、汽油、及柴油，對(duì)于作為用于大多數(shù)燃料電池的燃料需要轉(zhuǎn)化。當(dāng)前技術(shù)使用把初始轉(zhuǎn)化過(guò)程與幾個(gè)清除過(guò)程相結(jié)合的多步驟過(guò)程。初始過(guò)程最經(jīng)常地是蒸汽重整(“SR”)、自熱重整(“ATR”)、催化部分氧化(“CPOX”)、或非催化部分氧化(“POX”)。清除過(guò)程通常包括脫硫、高溫水-氣輪換(water-gas shift)、低溫水-氣輪換、選擇性CO氧化、或選擇性CO甲烷化的結(jié)合?？蛇x擇過(guò)程包括氫選擇性薄膜反應(yīng)器和過(guò)濾器。
因而，能使用多種類(lèi)型的燃料，它們的一些與礦物燃料混合，但理想燃料是氫。如果燃料是例如氫，那么燃燒非常清潔，并且實(shí)際上，在熱量的耗散和/或消耗及電力的消耗之后僅留下水。大多數(shù)容易得到的燃料(例如，天然氣、丙烷和汽油)和甚至較不平常的燃料(例如，甲醇或乙醇)在其分子結(jié)構(gòu)中包括氫。一些燃料電池器具因此采用“燃料處理器”，該“燃料處理器”處理特定燃料以產(chǎn)生用來(lái)給燃料電池供燃料的較純氫氣流。
用于也稱(chēng)作質(zhì)子交換薄膜燃料電池(“PEMFC”)的典型聚合物電解質(zhì)燃料電池(“PEFC”)的處理器，一般包括用于烴類(lèi)重整、水-氣輪換及氧化反應(yīng)的反應(yīng)器部分。反應(yīng)在升高溫度下進(jìn)行，并且是熱量產(chǎn)生、熱量消耗或恒溫變化的結(jié)合。因此，熱量控制對(duì)于處理器的適當(dāng)操作是關(guān)鍵的。冷反應(yīng)進(jìn)料能用來(lái)預(yù)熱反應(yīng)物，同時(shí)冷卻生成物，因而控制在處理器內(nèi)的熱量。關(guān)于常規(guī)冷卻子系統(tǒng)的一種困難是在反應(yīng)器冷卻與反應(yīng)器進(jìn)料和生成物的溫度之間的依賴(lài)性。另一個(gè)問(wèn)題是燃料電池動(dòng)力裝置，即燃料電池和它的燃料處理器，常常裝在艙室中，這引起另外的熱量控制問(wèn)題。對(duì)于這些問(wèn)題的常規(guī)手段是應(yīng)用分離的艙室冷卻器。然而，分離的艙室冷卻器不利地影響作為整體的動(dòng)力裝置的動(dòng)力和成本效率。
本發(fā)明旨在解決、或至少減輕上述問(wèn)題的一種或全部。

發(fā)明內(nèi)容
公開(kāi)一種用在燃料處理器中的冷卻劑子系統(tǒng)和一種用于燃料處理器的操作的方法。按照本發(fā)明的一個(gè)方面，冷卻劑子系統(tǒng)與到處理器反應(yīng)器的進(jìn)料分離，并且能夠通過(guò)處理器反應(yīng)器循環(huán)冷卻劑。按照本發(fā)明的第二方面，燃料處理器的構(gòu)成元件裝在艙室中，并且冷卻劑子系統(tǒng)能夠冷卻處理器反應(yīng)器和艙室的內(nèi)部。


通過(guò)參照聯(lián)系附圖進(jìn)行的如下描述可以理解本發(fā)明，在附圖中類(lèi)似附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)類(lèi)似元件，并且在附圖中圖1在概念上表明按照本發(fā)明建造和操作的一種燃料處理器；圖2表明在圖1中的燃料處理器的一個(gè)具體實(shí)施例；圖3描繪圖2的冷卻劑子系統(tǒng)的一種具體實(shí)施；圖4圖示地表明首先在圖2中顯示的燃料處理器的自熱重整爐的重整過(guò)程；圖5在概念上表明由氫氣流供給燃料的集成燃料電池動(dòng)力裝置，該氫氣流由圖1的燃料處理器產(chǎn)生；圖6A和圖6B在概念上表明在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的實(shí)施中可以使用的一種計(jì)算設(shè)備；及圖7在概念上表明在燃料處理器與圖5的動(dòng)力裝置的燃料電池之間的操作接口。
盡管本發(fā)明可經(jīng)受各種修改和可選擇形式，但附圖表明這里通過(guò)例子詳細(xì)描述的特定實(shí)施例。然而，應(yīng)該理解，特定實(shí)施例在這里的描述不打算把本發(fā)明限于公開(kāi)的具體形式，而是相反，打算覆蓋落在由附屬權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等效物、及選擇例。
具體實(shí)施例方式
下面描述本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例。為了清楚起見(jiàn)，在本說(shuō)明書(shū)中沒(méi)有描述實(shí)際實(shí)施的所有特征。當(dāng)然將認(rèn)識(shí)到，在任何這樣的實(shí)際實(shí)施例中的開(kāi)發(fā)中，必須進(jìn)行多種實(shí)施專(zhuān)用決定以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的特定目的，如遵守系統(tǒng)相關(guān)的和業(yè)務(wù)相關(guān)的約束條件，該約束條件隨實(shí)施而變。況且，將認(rèn)識(shí)到，這樣一種開(kāi)發(fā)努力，即使是復(fù)雜的和耗時(shí)的，對(duì)于得到本公開(kāi)的益處的本領(lǐng)域技術(shù)人員也是例行任務(wù)。
圖1在概念上表明按照本發(fā)明建造的一種燃料處理器100。燃料處理器100包括冷卻劑子系統(tǒng)102、進(jìn)料104、及產(chǎn)生氫(或富氫)氣流108的處理器反應(yīng)器106。按照本發(fā)明的一個(gè)方面，冷卻劑子系統(tǒng)102與進(jìn)料104分離，并且能夠通過(guò)處理器反應(yīng)器106循環(huán)冷卻劑110。冷卻劑110可以是對(duì)于本技術(shù)已知的任何適當(dāng)冷卻劑，例如水、乙二醇、油、乙醇等。按照本發(fā)明的第二方面，燃料處理器100的構(gòu)成元件裝在艙室112中，并且冷卻劑子系統(tǒng)102能夠冷卻處理器反應(yīng)器106和艙室112的內(nèi)部。
圖2在概念上表明在圖1中的燃料處理器100的一個(gè)具體實(shí)施例200。在相關(guān)部分中，并且一般地，燃料處理器200把在冷卻劑存儲(chǔ)裝置或容器202中存儲(chǔ)的冷卻劑110抽吸過(guò)冷卻劑子系統(tǒng)102，該冷卻劑子系統(tǒng)102包括熱交換環(huán)路。在表明的實(shí)施例中，冷卻劑110是水。更具體地說(shuō)，泵204通過(guò)處理器反應(yīng)器106和冷卻器206從容器202抽吸冷卻劑110，并且返回到容器202中。溫度控制冷卻劑110在這個(gè)具體實(shí)施例中也供給到在表明的實(shí)施例中在處理器反應(yīng)器106與冷卻器118之間的一個(gè)或多個(gè)外部用戶(hù)208，并且從其返回。“外部用戶(hù)”208可以包括另外不與燃料處理器200相聯(lián)的機(jī)械系統(tǒng)或可以相聯(lián)的任何動(dòng)力裝置。例如，燃料處理器200可以向用于建筑物的動(dòng)力裝置供給動(dòng)力，并且外部用戶(hù)208在這種情況下可以是用于建筑物的空調(diào)/加熱機(jī)械系統(tǒng)。
在表明的實(shí)施例中的處理器反應(yīng)器106包括數(shù)級(jí)，包括重整爐級(jí)210a、脫硫級(jí)210b、輪換級(jí)210c、惰性級(jí)210d、及優(yōu)選的氧化級(jí)210e。重整爐級(jí)210a是自熱重整爐(“ATR”)，并且可以使用對(duì)于本技術(shù)已知的任何適當(dāng)重整爐。注意，可選擇實(shí)施例依據(jù)由打算的最終用途施加的設(shè)計(jì)約束條件，除表明的那些之外或代替它們采用其它級(jí)。
在表明的實(shí)施例中，冷卻劑子系統(tǒng)102通過(guò)多個(gè)支路226a-226d的相應(yīng)一個(gè)分別把冷卻劑循環(huán)到級(jí)210b-210e。支路226a-226d的每一個(gè)包括溫度控制單元228a-228e。每個(gè)溫度控制單元228a-228e包括檢測(cè)在相應(yīng)級(jí)210b-210e中的溫度的溫度傳感器Si、和執(zhí)行器230a-230d。每個(gè)執(zhí)行器230a-230d響應(yīng)在相應(yīng)級(jí)210b-210e中的檢測(cè)溫度而操作，以調(diào)節(jié)通過(guò)相應(yīng)支路226a-226d的冷卻劑110的流量。
圖3細(xì)化在表明的實(shí)施例的冷卻劑子系統(tǒng)102中的冷卻器206的一種具體實(shí)施。現(xiàn)在參照?qǐng)D2和圖3，冷卻劑110從外部水源302(在圖3中表示)抽取到容器202中，并且由泵204循環(huán)。泵204通過(guò)在管線(xiàn)212-215上的進(jìn)料DES、SHIFT、INERT、及PROX(在圖3中表示)把冷卻劑110循環(huán)到處理器反應(yīng)器106的各個(gè)部分和與其相聯(lián)的子系統(tǒng)。以前循環(huán)到處理器反應(yīng)器106的冷卻劑110通過(guò)在管線(xiàn)218上的進(jìn)料RETURN(在圖3中表示)返回到冷卻劑子系統(tǒng)102。注意，冷卻劑子系統(tǒng)102與進(jìn)料104分離，并且能夠通過(guò)處理器反應(yīng)器106循環(huán)冷卻劑110。
由處理器反應(yīng)器106的元件對(duì)于冷卻劑110交換的熱量通過(guò)冷卻器206排到周?chē)?。在表明的?shí)施例中的冷卻器206包括兩個(gè)熱交換器304和多個(gè)風(fēng)扇306。風(fēng)扇306促進(jìn)通過(guò)熱交換器304的熱交換。注意，熱交換器304和風(fēng)扇306的數(shù)量對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施不是實(shí)質(zhì)性的，并且可選擇實(shí)施例可以采用例如一個(gè)或三個(gè)熱交換器304和風(fēng)扇306。風(fēng)扇306也把空氣從艙室112的內(nèi)部(在圖1中表示)循環(huán)到艙室112的外部，即它們通過(guò)把加熱的空氣循環(huán)到周?chē)鋮s艙室112。因而，冷卻劑子系統(tǒng)102能夠同時(shí)冷卻處理器反應(yīng)器106、和艙室112的內(nèi)部。
表明實(shí)施例的冷卻劑子系統(tǒng)102也能提供對(duì)于燃料處理器200的其它部分，或者甚至對(duì)于在燃料處理器200外的系統(tǒng)，的加熱和/或冷卻。如以前提到的那樣，燃料處理器200能提供對(duì)于外部用戶(hù)208的熱控制，如在圖2中表示的那樣。這種功能性通過(guò)連接220提供，該連接220包括出口222和進(jìn)口224，通過(guò)出口222和進(jìn)口224冷卻劑110可以循環(huán)到外部用戶(hù)208和從其循環(huán)。如在圖3中表示的那樣，冷卻劑子系統(tǒng)102能通過(guò)管線(xiàn)308、310及進(jìn)料L1、L2提供對(duì)于燃料處理器200的其它部分的冷卻。注意，管線(xiàn)308、310循環(huán)來(lái)自容器211的冷卻劑110，即冷卻的冷卻劑110。也注意，冷卻劑110通過(guò)管線(xiàn)308、310的流量不僅能通過(guò)泵204的操作粗略地控制，而且也能由閥312、314精確地控制。
在操作中，處理器反應(yīng)器106把進(jìn)料104重整成氫、或富氫氣體流108和出流副產(chǎn)品，如水。在表明實(shí)施例中的進(jìn)料104輸送來(lái)自氧化裝置(未表示)的燃料、空氣及水混合物。注意，來(lái)自處理器反應(yīng)器106的出流水副產(chǎn)品(未表示)可以作為冷卻劑110循環(huán)回冷卻劑子系統(tǒng)102中，或者可以從燃料處理器200排出。圖4描繪一般過(guò)程流程圖，表明在本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例中包括的過(guò)程步驟。與圖4有關(guān)的如下描述改編于美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)10/006,963，該申請(qǐng)的標(biāo)題為“Compact Fuel Processor for Producing a Hydrogen Rich Gas(用于產(chǎn)生富氫氣體的小型燃料處理器)”，以發(fā)明人Curtis L. Krause等的名義提交于2001年12月5日，及發(fā)表于2002年7月18日(公報(bào)No.US2002/0094310A1)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在反應(yīng)物通過(guò)處理器反應(yīng)器106的流程中需要一定量的漸進(jìn)量級(jí)。燃料處理器200的進(jìn)料104包括烴燃料、氧、及水混合物。氧能處于空氣、富空氣、或大體純氧的形式。水能作為液體或蒸汽被引入。進(jìn)料成分的組成百分比由希望的操作條件確定，如下面討論的那樣。來(lái)自本發(fā)明的燃料處理器出流射流包括氫和二氧化碳，并且也能包括某些水、未轉(zhuǎn)化的烴類(lèi)、一氧化碳、雜質(zhì)(例如，硫化氫和氨)及惰性成分(例如，氮和氬，特別是如果空氣是進(jìn)料流的成分)。
過(guò)程步驟A是自熱重整過(guò)程，其中在一個(gè)具體實(shí)施例中，進(jìn)行兩種反應(yīng)，部分氧化(下面的反應(yīng)式I)和選擇蒸汽重整(下面的反應(yīng)式II)，以把進(jìn)料流104轉(zhuǎn)化成包含氫和一氧化碳的合成氣體。反應(yīng)式I和II是典型的反應(yīng)式，其中甲烷作為烴(I)(II)進(jìn)料104由處理器反應(yīng)器106從氧化裝置(未表示)接收。在進(jìn)料流中的氧的較高濃度偏愛(ài)部分氧化，而水蒸汽的較高濃度偏愛(ài)蒸汽重整。氧對(duì)于烴和水對(duì)于烴的比率因此是影響操作溫度和氫生產(chǎn)率的特征化參數(shù)。
自熱重整步驟A的操作溫度依據(jù)進(jìn)料條件和催化劑能在從約550℃至約900℃的范圍中。比率、溫度及進(jìn)料條件都是由本發(fā)明的控制系統(tǒng)控制的參數(shù)的例子。表明的實(shí)施例在具有或不具有蒸汽重整催化劑的重整爐級(jí)210a中使用部分氧化催化劑的催化劑床。
過(guò)程步驟B是在用來(lái)把來(lái)自過(guò)程步驟A的合成氣流冷卻到從約200℃至約600℃，最好從約375℃至約425℃，的溫度的冷卻級(jí)(未表示)中進(jìn)行的冷卻步驟，以制備用于過(guò)程步驟C(下面討論)的合成氣體出流的溫度。這種冷卻依據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)和使用任何適當(dāng)類(lèi)型的冷卻劑恢復(fù)/再循環(huán)氣體流的熱量的需要，可以借助于散熱器、熱管或熱交換器實(shí)現(xiàn)。例如，用于過(guò)程步驟B的冷卻劑可以是冷卻劑子系統(tǒng)102的冷卻劑110。
過(guò)程步驟C是在脫硫級(jí)210b中進(jìn)行的凈化步驟，并且采用氧化鋅(ZnO)作為硫化氫吸附劑。烴流的主要雜質(zhì)之一是硫，硫由自熱重整步驟A轉(zhuǎn)化成硫化氫。在過(guò)程步驟C中使用的處理芯最好包括氧化鋅和/或能夠吸附和轉(zhuǎn)化硫化氫的其它材料，并且可以包括支撐物(例如，整塊石料、壓出物、丸等等)。通過(guò)按照如下反應(yīng)式III把硫化氫轉(zhuǎn)化成水完成脫硫(III)該反應(yīng)較好在從約300℃至約500℃，并且更好地從約375℃至約425℃，的溫度下進(jìn)行。
仍然參照?qǐng)D4，出流射流然后可以送到在模塊(未表示)中進(jìn)行的混合步驟D，其中從水子系統(tǒng)(未表示)接收的水選擇性地添加到氣流上。水的添加降低反應(yīng)物流的溫度，因?yàn)樗⑶夜┙o用于過(guò)程步驟E(下面討論)的水氣輪換反應(yīng)的更多水。水蒸汽和其它出流射流成分通過(guò)穿過(guò)有效混合和/或有助于水的汽化的諸如陶瓷珠或其它類(lèi)似材料之類(lèi)的惰性材料處理芯而混合?？蛇x擇地，任何另外的水能借助于進(jìn)料引入，并且混合步驟能重新定位成提供在CO氧化步驟G(下面討論)中的氧化劑氣體的更好混合。這個(gè)溫度也由本發(fā)明的控制系統(tǒng)控制。
在輪換級(jí)210c中進(jìn)行的過(guò)程步驟E是水氣輪換反應(yīng)，該反應(yīng)按照反應(yīng)式IV把一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳(IV)一氧化碳的濃度優(yōu)選地應(yīng)該降低到由燃料電池能容許的值，典型地低于50ppm。一般，水氣輪換反應(yīng)依據(jù)使用的催化劑發(fā)生在從150℃至600℃的溫度下。在這樣的條件下，在這個(gè)步驟中轉(zhuǎn)化在氣流中的一氧化碳的大部分。這個(gè)溫度和濃度是由本發(fā)明的控制系統(tǒng)控制的更多參數(shù)。
再次返回圖4，在惰性級(jí)210d中進(jìn)行的過(guò)程步驟F是冷卻步驟。過(guò)程步驟F減小氣流的溫度，以產(chǎn)生具有最好在從約90℃至約150℃的范圍內(nèi)的溫度的出流。來(lái)自空氣子系統(tǒng)(未表示)的氧也添加到在步驟F中的過(guò)程上。氧由下面描述的過(guò)程步驟G的反應(yīng)消耗。
在優(yōu)選氧化級(jí)210e中進(jìn)行的過(guò)程步驟G是其中在出流射流中的幾乎所有剩余一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的氧化步驟。該處理在用于一氧化碳的氧化的催化劑存在時(shí)進(jìn)行。在過(guò)程步驟G中發(fā)生如下兩種反應(yīng)希望的一氧化碳的氧化(反應(yīng)式V)和不希望的氫的氧化(反應(yīng)式VI)(V)(VI)優(yōu)選的一氧化碳的氧化偏愛(ài)低溫。由于兩種反應(yīng)都產(chǎn)生熱量，所以便利的是選擇性地包括布置在過(guò)程內(nèi)的諸如冷卻蛇管之類(lèi)的冷卻元件。過(guò)程的操作溫度最好保持在從約90℃至約150℃的范圍內(nèi)。過(guò)程步驟G把一氧化碳水平減小到最好小于50ppm，這對(duì)于在燃料電池中的使用是適當(dāng)水平。
離開(kāi)燃料處理器的出流108是富氫氣體，該富氫氣體包含二氧化碳和可能存在的其它組分，如水、惰性成分(例如氮、氬)、殘余烴等等。產(chǎn)生氣體可以用作用于燃料電池或用于其中需要富氫進(jìn)料流的其它用途的進(jìn)料。選擇性地，產(chǎn)生氣體可以轉(zhuǎn)送到進(jìn)一步的處理，例如，以除去二氧化碳、水或其它成分。
注意，以上描述的過(guò)程步驟A-G的每一個(gè)發(fā)生在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，在范圍中的精確溫度對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施不是實(shí)質(zhì)性的。的確，步驟的性質(zhì)和順序是依據(jù)輸入的進(jìn)料104和用于給定用途的產(chǎn)生氣流108特定的實(shí)施。因而，在溫度范圍內(nèi)的精確溫度由實(shí)施特定設(shè)計(jì)約束條件而產(chǎn)生。
現(xiàn)在返回圖2和圖3，冷卻劑子系統(tǒng)102用來(lái)幫助達(dá)到用于過(guò)程步驟A-F的溫度，不管它們?cè)诮o定實(shí)施例中是什么步驟。級(jí)210b-210d的每一個(gè)由冷卻劑子系統(tǒng)102的相應(yīng)支路226a-226d冷卻。每個(gè)溫度控制單元228a-228d的溫度傳感器Si檢測(cè)在其相應(yīng)級(jí)210b-210e中的溫度。如果在相應(yīng)級(jí)210b-210e中的溫度接近或超過(guò)用于相應(yīng)過(guò)程步驟A-G的希望溫度范圍的上限，則相應(yīng)溫度控制單元228a-228d打開(kāi)相應(yīng)執(zhí)行器230a-230d，以增大通過(guò)其的冷卻劑110的流量。如果在相應(yīng)級(jí)210b-210e中的溫度接近或超過(guò)用于相應(yīng)過(guò)程步驟A-G的希望溫度范圍的下限，則相應(yīng)溫度控制單元228a-228d關(guān)閉相應(yīng)執(zhí)行器230a-230d，以減小通過(guò)其的冷卻劑110的流量。
當(dāng)溫度控制單元228a-228d控制在其相應(yīng)級(jí)210b-210e內(nèi)的溫度時(shí)，冷卻劑110通過(guò)冷卻器206循環(huán)。從級(jí)210b-210e交換的熱量被排到大氣。如以上描述的那樣，這由橫過(guò)熱交換器304吹風(fēng)的風(fēng)扇306完成。橫過(guò)熱交換器304吹風(fēng)也把加熱空氣從艙室112除去到艙室112的外部。因而，當(dāng)冷卻劑子系統(tǒng)102控制在級(jí)210a-210e中的過(guò)程步驟A-F的溫度時(shí)，艙室112的內(nèi)部被冷卻。
如由得到本公開(kāi)的益處的本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到的那樣，在圖1中的燃料處理器100具有未表示的輔助元件。如也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到的那樣，燃料處理器100能用在各種不同的上下文中。圖5在概念上表明一種其中處理器反應(yīng)器(“PR”)106產(chǎn)生氫氣流108以向燃料電池502供給動(dòng)力的燃料電池動(dòng)力裝置500。動(dòng)力裝置500是“集成”動(dòng)力裝置，即燃料處理器102和燃料電池504的操作是獨(dú)立的。燃料處理器102和燃料電池504都裝在艙室112中。燃料電池504優(yōu)選地是也稱(chēng)作質(zhì)子交換薄膜燃料電池(“PEMFC”)的典型聚合物電解質(zhì)燃料電池(“PEFC”)。然而，可以使用其它類(lèi)型的燃料電池。注意，不是本發(fā)明的所有方面都限于在這樣一種集成動(dòng)力裝置中的應(yīng)用。因而，某些實(shí)施例可以用在沒(méi)有集成的動(dòng)力裝置中。
在圖5中表明的實(shí)施例中，燃料處理器200更具體地包括幾個(gè)模塊物理子系統(tǒng)，即·處理器反應(yīng)器106，它是自熱重整爐(“ATR”)，它進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，該氧化還原反應(yīng)把輸入到燃料處理器100的燃料重整成用于燃料電池502的氣體108；·氧化裝置506，它在表明的實(shí)施例中是陽(yáng)極尾氣氧化裝置(“ATO”)，它預(yù)熱水、燃料、及空氣以產(chǎn)生作為進(jìn)料104輸送到處理器反應(yīng)器106的燃料混合物；·燃料子系統(tǒng)508，它把輸入燃料(在表明的實(shí)施例中是天然氣)輸送到氧化裝置506，以便混合到輸送到處理器反應(yīng)器106的進(jìn)料104中；·水子系統(tǒng)510，它把水輸送到ATO 206，以便混合到輸送到處理器反應(yīng)器106的進(jìn)料104中；·空氣子系統(tǒng)512，它把空氣輸送到ATO 206，以便混合到輸送到處理器反應(yīng)器106的進(jìn)料104中；及·冷卻劑子系統(tǒng)102，它以上述方式控制在處理器反應(yīng)器106的操作中的溫度。
動(dòng)力裝置500也包括控制系統(tǒng)514，該控制系統(tǒng)514控制作為整體的動(dòng)力裝置500的操作。由控制系統(tǒng)514執(zhí)行的一個(gè)任務(wù)是通過(guò)溫度控制單元228a-228d對(duì)于處理器反應(yīng)器106的過(guò)程的溫度控制，如以上描述的那樣。
首先在在圖2中表示的控制系統(tǒng)514的一種具體實(shí)施600表明在圖6A和圖6B中。注意，在某些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)可以在包括諸如控制系統(tǒng)514的多個(gè)計(jì)算機(jī)的計(jì)算系統(tǒng)上實(shí)施，計(jì)算機(jī)的每一個(gè)可以控制燃料處理器100的操作的某一指定方面。然而，在表明的實(shí)施例中，計(jì)算設(shè)備600控制燃料處理器100不在人工控制下的操作的所有方面。計(jì)算設(shè)備600是支架安裝的，但不是在所有實(shí)施例中都需要是支架安裝的。事實(shí)上，任何給定實(shí)施的這個(gè)方面對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施不是實(shí)質(zhì)性的。計(jì)算設(shè)備600可以作為臺(tái)式個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站、筆記本或膝上計(jì)算機(jī)、嵌入處理器等實(shí)施。
在圖6A和圖6B中表明的計(jì)算設(shè)備600包括在總線(xiàn)系統(tǒng)615上與存儲(chǔ)器610通信的處理器605。存儲(chǔ)器610可以包括硬盤(pán)和/或隨機(jī)存取內(nèi)存(“RAM”)和/或可除去存儲(chǔ)器，如軟磁盤(pán)617和光盤(pán)620。存儲(chǔ)器610編碼有存儲(chǔ)以上討論所獲得的數(shù)據(jù)組的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)625；操作系統(tǒng)630；用戶(hù)接口軟件635；及應(yīng)用程序665。用戶(hù)接口軟件635與顯示器640一起實(shí)施用戶(hù)接口645。用戶(hù)接口645可以包括外圍I/O設(shè)備，如小鍵盤(pán)或鍵盤(pán)650、鼠標(biāo)655或操縱桿660。處理器605在操作系統(tǒng)630的控制下運(yùn)行，操作系統(tǒng)630實(shí)際上可以是對(duì)于該技術(shù)已知的任何操作系統(tǒng)。應(yīng)用程序665依據(jù)操作系統(tǒng)630的實(shí)施在通電、復(fù)位、或兩者時(shí)由操作系統(tǒng)630調(diào)用。
這里詳細(xì)描述的某些部分結(jié)果按照軟件實(shí)施過(guò)程呈現(xiàn)，該軟件實(shí)施過(guò)程涉及對(duì)于在計(jì)算系統(tǒng)或計(jì)算裝置中在內(nèi)存內(nèi)的數(shù)據(jù)位的運(yùn)算的符號(hào)表示。這些描述和表示是由本領(lǐng)域的技術(shù)人員用來(lái)最有效地把其工作實(shí)質(zhì)傳輸給本領(lǐng)域其它技術(shù)人員的手段。過(guò)程和運(yùn)算需要物理量的物理操縱。通常，盡管不必，這些量具有能夠存儲(chǔ)、傳輸、結(jié)合、比較、及其操縱的電、磁、或光學(xué)信號(hào)的形式。有時(shí)已經(jīng)證明便利的是，主要因?yàn)槠胀ㄊ褂玫脑颍堰@些信號(hào)稱(chēng)作位、值、元素、符號(hào)、字符、項(xiàng)、數(shù)等。
然而，應(yīng)該記住，所有這些和類(lèi)似術(shù)語(yǔ)要與適當(dāng)?shù)奈锢砹肯嗦?lián)系，并且僅僅是應(yīng)用于這些量的方便標(biāo)記。除非專(zhuān)門(mén)敘述或者否則如可能是明顯的那樣，貫穿本公開(kāi)，這些描述是指電子裝置的動(dòng)作和過(guò)程，該電子裝置把在某種電子裝置的存儲(chǔ)器內(nèi)代表物理(電子的、磁性的、或光學(xué)的)量的數(shù)據(jù)操縱和變換成在存儲(chǔ)器內(nèi)、或在傳輸或顯示裝置中類(lèi)似地代表物理量的其它數(shù)據(jù)。指示這樣一種描述的術(shù)語(yǔ)的示范沒(méi)有限制地是術(shù)語(yǔ)“處理”、“計(jì)算”、“運(yùn)算”、“確定”、“顯示”等。
也注意，本發(fā)明的軟件實(shí)施方面典型地在某種形式的程序存儲(chǔ)介質(zhì)上編碼，或在某種類(lèi)型的傳輸介質(zhì)上實(shí)施。程序存儲(chǔ)介質(zhì)可以是磁性的(例如軟盤(pán)或硬驅(qū)動(dòng)器)或光學(xué)的(例如光盤(pán)只讀存儲(chǔ)器，或“CDROM”)，并且可以是只讀或隨機(jī)存取。類(lèi)似地，傳輸介質(zhì)可以是合股線(xiàn)對(duì)、同軸電纜、光纖、或?qū)τ诒炯夹g(shù)已知的某種其它適當(dāng)傳輸介質(zhì)。本發(fā)明不由任何給定實(shí)施的這些方面限制。
圖7圖示表明在燃料處理器100與首先表示在圖5中的燃料電池504之間的操作接口。注意，該接口包括熱交換器700，通過(guò)該熱交換器700，冷卻劑110可以從冷卻劑子系統(tǒng)102循環(huán)。熱交換通過(guò)溫度控制單元702控制，該溫度控制單元702響應(yīng)射流108的檢測(cè)溫度調(diào)節(jié)通過(guò)熱交換器700的冷卻劑110的流量。溫度控制單元702也由控制系統(tǒng)514按與溫度控制單元228a-228d相同的方式控制。因而，熱交換器700和溫度控制單元702在這個(gè)具體實(shí)施例中包括冷卻劑子系統(tǒng)102的一部分。
這里結(jié)束詳細(xì)描述。以上公開(kāi)的具體實(shí)施例僅是說(shuō)明性的，因?yàn)楸景l(fā)明可以以不同的但等效的方式修改和實(shí)施，這些方式對(duì)于獲得這里講授的益處的本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯然的。此外，不打算限制這里表示的、而除在下面的權(quán)利要求中描述的之外的構(gòu)造或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。因此證實(shí)，以上公開(kāi)的具體實(shí)施例可以改變或修改，并且所有這樣的變化認(rèn)為在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。因而，這里尋求的保護(hù)在下面的權(quán)利要求書(shū)中敘述。
權(quán)利要求
1.一種燃料處理器，包括處理器反應(yīng)器；到處理器反應(yīng)器的進(jìn)料；及冷卻劑子系統(tǒng)，它與進(jìn)料分離并且能夠通過(guò)處理器反應(yīng)器循環(huán)冷卻劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料處理器，其中，處理器反應(yīng)器至少包括第一級(jí)，能夠接收進(jìn)料和對(duì)其進(jìn)行自熱反應(yīng)；第二級(jí)，能夠從第一級(jí)接收進(jìn)料和從其除去硫；第三級(jí)，能夠從第二級(jí)接收進(jìn)料和對(duì)其進(jìn)行第一輪換反應(yīng)；第四級(jí)，能夠從第三級(jí)接收進(jìn)料和對(duì)其進(jìn)行第二輪換反應(yīng)；及第五級(jí)，能夠從第四級(jí)接收進(jìn)料和優(yōu)選地氧化所接收的進(jìn)料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料處理器，其中，到處理器反應(yīng)器的進(jìn)料輸送燃料、空氣、及水的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料處理器，其中，冷卻劑子系統(tǒng)包括冷卻器，它能夠接收從處理器反應(yīng)器循環(huán)的冷卻劑并與其交換熱量；冷卻劑存儲(chǔ)裝置，它能夠存儲(chǔ)從冷卻器接收的冷卻劑；及泵，它能夠把存儲(chǔ)的冷卻劑抽吸到過(guò)程反應(yīng)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料處理器，其中，冷卻器包括熱交換器；和鼓風(fēng)機(jī)，它能夠冷卻熱交換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料處理器，其中，冷卻器還包括第二熱交換器；和第二鼓風(fēng)機(jī)，它能夠冷卻第二熱交換器。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料處理器，其中，冷卻劑包括水、乙二醇、油、及乙醇的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料處理器，其中，冷卻劑存儲(chǔ)裝置包括儲(chǔ)罐。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料處理器，還包括氧化裝置，能夠加熱燃料、水及空氣并經(jīng)由進(jìn)料把混合物進(jìn)給到過(guò)程反應(yīng)器；燃料供給子系統(tǒng)，把燃料提供給氧化裝置；水子系統(tǒng)，能夠把水提供給氧化裝置；空氣子系統(tǒng)，能夠把空氣提供給氧化裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料處理器，還包括對(duì)于至少一個(gè)外部用戶(hù)的連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料處理器，其中，所述連接包括出口和進(jìn)口，冷卻劑可以通過(guò)該出口和進(jìn)口循環(huán)到外部用戶(hù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料處理器，還包括氧化裝置，該氧化裝置能夠預(yù)熱燃料、水、及空氣，以產(chǎn)生通過(guò)進(jìn)料引到處理器反應(yīng)器的過(guò)程進(jìn)料流。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃料處理器，其中，氧化裝置包括陽(yáng)極尾氣氧化裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料處理器，其中，冷卻劑子系統(tǒng)還包括多個(gè)溫度控制單元，每個(gè)溫度控制單元包括溫度傳感器，檢測(cè)在處理器反應(yīng)器的一部分中的冷卻劑的溫度，冷卻劑通過(guò)該處理器反應(yīng)器循環(huán)；和執(zhí)行器，響應(yīng)在該部分中的檢測(cè)溫度而操作，以調(diào)節(jié)通過(guò)該部分的冷卻劑的流量。
15.一種動(dòng)力裝置，包括燃料處理器，包括處理器反應(yīng)器，產(chǎn)生重整產(chǎn)品；到處理器反應(yīng)器的進(jìn)料；及冷卻劑子系統(tǒng)，與進(jìn)料分離并且能夠通過(guò)處理器反應(yīng)器循環(huán)冷卻劑；和燃料電池，由燃料處理器的處理器反應(yīng)器產(chǎn)生的重整產(chǎn)品供給動(dòng)力。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的動(dòng)力裝置，其中，處理器反應(yīng)器至少包括第一級(jí)，能夠接收進(jìn)料和對(duì)其進(jìn)行自熱反應(yīng)；第二級(jí)，能夠從第一級(jí)接收進(jìn)料和從其除去硫；第三級(jí)，能夠從第二級(jí)接收進(jìn)料和對(duì)其進(jìn)行第一輪換反應(yīng)；第四級(jí)，能夠從第三級(jí)接收進(jìn)料和對(duì)其進(jìn)行第二輪換反應(yīng)；及第五級(jí)，能夠從第四級(jí)接收進(jìn)料和優(yōu)選地氧化所接收的進(jìn)料。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的動(dòng)力裝置，其中，到處理器反應(yīng)器的進(jìn)料輸送燃料、空氣及水的混合物。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻劑子系統(tǒng)包括冷卻器，能夠接收從處理器反應(yīng)器循環(huán)的冷卻劑并與其交換熱量；冷卻劑存儲(chǔ)裝置，能夠存儲(chǔ)從冷卻器接收的冷卻劑；及泵，能夠把存儲(chǔ)的冷卻劑抽吸到過(guò)程反應(yīng)器。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻器包括熱交換器；和鼓風(fēng)機(jī)，能夠通過(guò)對(duì)流冷卻熱交換器。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻器還包括第二熱交換器；和第二鼓風(fēng)機(jī)，能夠通過(guò)對(duì)流冷卻第二熱交換器。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻劑包括水、乙二醇、油及乙醇的至少一種。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻劑存儲(chǔ)裝置包括儲(chǔ)罐。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的動(dòng)力裝置，還包括氧化裝置，能夠預(yù)熱燃料、水及空氣并經(jīng)由進(jìn)料把混合物進(jìn)給到過(guò)程反應(yīng)器；燃料供給子系統(tǒng)，把燃料提供給氧化裝置；水子系統(tǒng)，能夠把水提供給氧化裝置；空氣子系統(tǒng)，能夠把空氣提供給氧化裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的動(dòng)力裝置，還包括對(duì)于至少一個(gè)外部用戶(hù)的連接。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的動(dòng)力裝置，其中，所述連接包括出口和進(jìn)口，冷卻劑可以通過(guò)該出口和進(jìn)口循環(huán)。
26.根據(jù)權(quán)利要求15所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻劑子系統(tǒng)還包括多個(gè)溫度控制單元，每個(gè)溫度控制單元包括溫度傳感器，檢測(cè)在燃料處理器的一部分中的冷卻劑的溫度，冷卻劑通過(guò)該處理器循環(huán)；和執(zhí)行器，響應(yīng)在該部分中的檢測(cè)溫度而操作，以調(diào)節(jié)通過(guò)該部分的冷卻劑的流量。
27.根據(jù)權(quán)利要求15所述的動(dòng)力裝置，其中，燃料電池包括聚合物電解質(zhì)燃料電池。
28.一種在燃料處理器中處理使用的燃料時(shí)使用的方法，包括把燃料、水及空氣的混合物進(jìn)給到處理器反應(yīng)器；在處理器反應(yīng)器中重整混合物；及用與進(jìn)給混合物分離的冷卻劑冷卻處理器反應(yīng)器，以控制重整的溫度。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，重整混合物包括進(jìn)行自熱反應(yīng)；從進(jìn)料清除硫；由清除的進(jìn)料進(jìn)行至少一種輪換反應(yīng)；及對(duì)于輪換的進(jìn)料進(jìn)行優(yōu)選的氧化。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，用冷卻劑冷卻過(guò)程反應(yīng)器包括用水、乙二醇、油及乙醇的至少一種冷卻過(guò)程反應(yīng)器。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，用與進(jìn)給混合物分離的冷卻劑冷卻處理器反應(yīng)器包括通過(guò)處理器反應(yīng)器循環(huán)冷卻劑。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，通過(guò)處理器反應(yīng)器循環(huán)冷卻劑包括與從處理器反應(yīng)器循環(huán)的冷卻劑交換熱量；存儲(chǔ)接收的冷卻的冷卻劑；及把存儲(chǔ)的冷卻劑抽吸到過(guò)程反應(yīng)器。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，與冷卻劑交換熱量包括通過(guò)對(duì)流使冷卻劑冷卻。
34.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，用冷卻劑冷卻處理器反應(yīng)器包括檢測(cè)處理器反應(yīng)器的一部分的溫度，冷卻劑通過(guò)該處理器反應(yīng)器循環(huán)；和響應(yīng)檢測(cè)溫度，調(diào)節(jié)通過(guò)處理器的該部分的冷卻劑的供給。
35.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，還包括把冷卻劑循環(huán)到至少一個(gè)外部用戶(hù)。
36.一種設(shè)備，包括艙室；和包含在艙室中的燃料處理器，該燃料處理器包括處理器反應(yīng)器；到處理器反應(yīng)器的進(jìn)料；及冷卻劑子系統(tǒng)，能夠冷卻處理器反應(yīng)器和艙室的內(nèi)部。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的燃料處理器，其中，處理器反應(yīng)器至少包括第一級(jí)，能夠接收進(jìn)料和對(duì)其進(jìn)行自熱反應(yīng)；第二級(jí)，能夠從第一級(jí)接收進(jìn)料和從其除去硫；第三級(jí)，能夠從第二級(jí)接收進(jìn)料和對(duì)其進(jìn)行第一輪換反應(yīng)；第四級(jí)，能夠從第三級(jí)接收進(jìn)料和對(duì)其進(jìn)行第二輪換反應(yīng)；及第五級(jí)，能夠從第四級(jí)接收進(jìn)料和優(yōu)選地氧化所接收的進(jìn)料。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的燃料處理器，其中，到處理器反應(yīng)器的進(jìn)料輸送燃料、空氣及水的混合物。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其中，冷卻劑子系統(tǒng)能夠接收從處理器反應(yīng)器循環(huán)的冷卻劑和與其交換熱量以冷卻處理器反應(yīng)器，并且能夠從艙室內(nèi)部到艙室外部循環(huán)熱量以冷卻艙室的內(nèi)部。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的設(shè)備，其中，冷卻劑子系統(tǒng)包括熱交換器；和鼓風(fēng)機(jī)，能夠通過(guò)對(duì)流冷卻熱交換器和艙室內(nèi)部。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的設(shè)備，其中，冷卻器還包括第二熱交換器；和第二鼓風(fēng)機(jī)，能夠通過(guò)對(duì)流冷卻熱交換器和艙室內(nèi)部。
42.根據(jù)權(quán)利要求39所述的設(shè)備，其中，冷卻劑包括水、乙二醇、油、及乙醇的至少一種。
43.根據(jù)權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其中，冷卻劑子系統(tǒng)包括冷卻器，該冷卻器能夠接收從處理器反應(yīng)器循環(huán)的冷卻劑和與其交換熱量，并且能夠從艙室內(nèi)部到艙室外部循環(huán)熱量。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的設(shè)備，其中，冷卻劑子系統(tǒng)還包括冷卻劑存儲(chǔ)裝置，能夠存儲(chǔ)從冷卻器接收的冷卻劑；和泵，能夠把存儲(chǔ)的冷卻劑抽吸到過(guò)程反應(yīng)器。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的設(shè)備，其中，冷卻器包括熱交換器；和鼓風(fēng)機(jī)，能夠通過(guò)對(duì)流冷卻熱交換器和艙室內(nèi)部。
46.根據(jù)權(quán)利要求43所述的設(shè)備，其中，冷卻器還包括第二熱交換器；和第二鼓風(fēng)機(jī)，能夠通過(guò)對(duì)流冷卻熱交換器和艙室內(nèi)部。
47.根據(jù)權(quán)利要求44所述的設(shè)備，其中，冷卻劑存儲(chǔ)裝置包括儲(chǔ)罐。
48.根據(jù)權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其中，冷卻劑子系統(tǒng)包括冷卻器，能夠接收從處理器反應(yīng)器循環(huán)的冷卻劑和與其交換熱量；冷卻劑存儲(chǔ)裝置，能夠存儲(chǔ)從冷卻器接收的冷卻劑；及泵，能夠把存儲(chǔ)的冷卻劑抽吸到過(guò)程反應(yīng)器。
49.根據(jù)權(quán)利要求36所述的設(shè)備，還包括氧化裝置，能夠加熱燃料、水及空氣并經(jīng)由進(jìn)料把混合物進(jìn)給到過(guò)程反應(yīng)器；燃料供給子系統(tǒng)，把燃料提供給氧化裝置；水子系統(tǒng)，能夠把水提供給氧化裝置；空氣子系統(tǒng)，能夠把空氣提供給氧化裝置。
50.根據(jù)權(quán)利要求36所述的設(shè)備，還包括對(duì)于至少一個(gè)外部用戶(hù)的連接。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的設(shè)備，其中，所述連接包括出口和進(jìn)口，冷卻劑可以通過(guò)該出口和進(jìn)口循環(huán)。
52.根據(jù)權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其中，冷卻劑子系統(tǒng)還包括多個(gè)溫度控制單元，每個(gè)溫度控制單元包括溫度傳感器，檢測(cè)在處理器反應(yīng)器的一部分中的冷卻劑的溫度，冷卻劑通過(guò)該處理器反應(yīng)器循環(huán)；和執(zhí)行器，響應(yīng)在該部分中的檢測(cè)溫度而操作，以調(diào)節(jié)通過(guò)該部分的冷卻劑的流量。
53.一種動(dòng)力裝置，包括艙室；包含在艙室中的燃料處理器，該燃料處理器包括處理器反應(yīng)器；到處理器反應(yīng)器的進(jìn)料；及冷卻劑子系統(tǒng)，能夠冷卻處理器反應(yīng)器和艙室的內(nèi)部。燃料電池，包含在艙室中，并且由燃料處理器的處理器反應(yīng)器產(chǎn)生的重整產(chǎn)品供給動(dòng)力。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的燃料處理器，其中，處理器反應(yīng)器至少包括第一級(jí)，能夠接收進(jìn)料和對(duì)其進(jìn)行自熱反應(yīng)；第二級(jí)，能夠從第一級(jí)接收進(jìn)料和從其除去硫；第三級(jí)，能夠從第二級(jí)接收進(jìn)料和對(duì)其進(jìn)行第一輪換反應(yīng)；第四級(jí)，能夠從第三級(jí)接收進(jìn)料和對(duì)其進(jìn)行第二輪換反應(yīng)；及第五級(jí)，能夠從第四級(jí)接收進(jìn)料和優(yōu)選地氧化所接收的進(jìn)料。
55.根據(jù)權(quán)利要求53所述的燃料處理器，其中，到處理器反應(yīng)器的進(jìn)料輸送燃料、空氣及水的混合物。
56.根據(jù)權(quán)利要求53所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻劑子系統(tǒng)能夠接收從處理器反應(yīng)器循環(huán)的冷卻劑并與其交換熱量以冷卻處理器反應(yīng)器，并且能夠從艙室內(nèi)部到艙室外部循環(huán)熱量以冷卻艙室的內(nèi)部。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻劑子系統(tǒng)包括熱交換器；和鼓風(fēng)機(jī)，能夠通過(guò)對(duì)流冷卻熱交換器和艙室內(nèi)部。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻器還包括第二熱交換器；和第二鼓風(fēng)機(jī)，能夠通過(guò)對(duì)流冷卻熱交換器和艙室內(nèi)部。
59.根據(jù)權(quán)利要求56所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻劑包括水、乙二醇、油及乙醇的至少一種。
60.根據(jù)權(quán)利要求53所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻劑子系統(tǒng)包括冷卻器，該冷卻器能夠接收從處理器反應(yīng)器循環(huán)的冷卻劑并與其交換熱量，并且能夠從艙室內(nèi)部到艙室外部循環(huán)熱量。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻劑子系統(tǒng)還包括冷卻劑存儲(chǔ)裝置，能夠存儲(chǔ)從冷卻器接收的冷卻劑；和泵，能夠把存儲(chǔ)的冷卻劑抽吸到過(guò)程反應(yīng)器。
62.根據(jù)權(quán)利要求60所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻器包括熱交換器；和鼓風(fēng)機(jī)，能夠通過(guò)對(duì)流冷卻熱交換器和艙室內(nèi)部。
63.根據(jù)權(quán)利要求60所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻器還包括第二熱交換器；和第二鼓風(fēng)機(jī)，能夠通過(guò)對(duì)流冷卻熱交換器和艙室內(nèi)部。
64.根據(jù)權(quán)利要求61所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻劑存儲(chǔ)裝置包括儲(chǔ)罐。
65.根據(jù)權(quán)利要求53所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻劑子系統(tǒng)包括冷卻器，能夠接收從處理器反應(yīng)器循環(huán)的冷卻劑并與其交換熱量；冷卻劑存儲(chǔ)裝置，能夠存儲(chǔ)從冷卻器接收的冷卻劑；及泵，能夠把存儲(chǔ)的冷卻劑抽吸到過(guò)程反應(yīng)器。
66.根據(jù)權(quán)利要求53所述的動(dòng)力裝置，還包括氧化裝置，能夠預(yù)熱燃料、水及空氣并經(jīng)由進(jìn)料把混合物進(jìn)給到過(guò)程反應(yīng)器；燃料供給子系統(tǒng)，把燃料提供給氧化裝置；水子系統(tǒng)，能夠把水提供給氧化裝置；空氣子系統(tǒng)，能夠把空氣提供給氧化裝置。
67.根據(jù)權(quán)利要求53所述的動(dòng)力裝置，還包括對(duì)于至少一個(gè)外部用戶(hù)的連接。
68.根據(jù)權(quán)利要求67所述的動(dòng)力裝置，其中，所述連接包括出口和進(jìn)口，冷卻劑可以通過(guò)該出口和進(jìn)口循環(huán)。
69.根據(jù)權(quán)利要求53所述的燃料處理器，其中，冷卻劑子系統(tǒng)還包括多個(gè)溫度控制單元，每個(gè)溫度控制單元包括溫度傳感器，檢測(cè)在燃料處理器的一部分中的冷卻劑的溫度，冷卻劑通過(guò)該燃料處理器循環(huán)；和執(zhí)行器，響應(yīng)在該部分中的檢測(cè)溫度而操作，以調(diào)節(jié)通過(guò)該部分的冷卻劑的流量。
70.根據(jù)權(quán)利要求53所述的動(dòng)力裝置，其中，燃料電池包括聚合物電解質(zhì)燃料電池。
71.一種用來(lái)冷卻燃料處理器的方法，包括通過(guò)燃料處理器的處理器反應(yīng)器循環(huán)冷卻劑；和通過(guò)對(duì)流冷卻循環(huán)的流體，該對(duì)流也從用于燃料處理器的艙室的內(nèi)部到外部循環(huán)加熱的空氣。
72.根據(jù)權(quán)利要求71所述的方法，其中，通過(guò)處理器反應(yīng)器循環(huán)冷卻劑包括通過(guò)處理器反應(yīng)器的幾個(gè)不同部分循環(huán)冷卻劑。
73.根據(jù)權(quán)利要求71所述的方法，其中，通過(guò)處理器反應(yīng)器循環(huán)冷卻劑包括循環(huán)水、乙二醇、油及乙醇的至少一種。
74.根據(jù)權(quán)利要求71所述的方法，其中，通過(guò)處理器反應(yīng)器循環(huán)冷卻劑包括與到處理器反應(yīng)器的進(jìn)料相分離地將冷卻劑循環(huán)通過(guò)處理器反應(yīng)器。
75.根據(jù)權(quán)利要求71所述的方法，其中，通過(guò)對(duì)流冷卻循環(huán)流體包括通過(guò)熱交換器循環(huán)冷卻劑；和橫過(guò)熱交換器吹風(fēng)。
76.根據(jù)權(quán)利要求75所述的方法，其中，通過(guò)對(duì)流冷卻循環(huán)流體包括通過(guò)第二熱交換器循環(huán)冷卻劑；和橫過(guò)第二熱交換器吹風(fēng)。
77.根據(jù)權(quán)利要求75所述的方法，其中，橫過(guò)熱交換器吹風(fēng)把加熱空氣從艙室內(nèi)部循環(huán)到外部。
78.一種用來(lái)冷卻動(dòng)力裝置的方法，包括通過(guò)燃料處理器的處理器反應(yīng)器循環(huán)冷卻劑；和通過(guò)對(duì)流冷卻循環(huán)流體，該對(duì)流也從用于動(dòng)力裝置的艙室的內(nèi)部到外部循環(huán)加熱的空氣。
79.根據(jù)權(quán)利要求78所述的方法，其中，通過(guò)處理器反應(yīng)器循環(huán)冷卻劑包括通過(guò)處理器反應(yīng)器的幾個(gè)不同部分循環(huán)冷卻劑。
80.根據(jù)權(quán)利要求78所述的方法，其中，通過(guò)處理器反應(yīng)器循環(huán)冷卻劑包括循環(huán)水、乙二醇、油及乙醇的至少一種。
81.根據(jù)權(quán)利要求78所述的方法，其中，通過(guò)處理器反應(yīng)器循環(huán)冷卻劑包括與到處理器反應(yīng)器的進(jìn)料相分離地將冷卻劑循環(huán)通過(guò)處理器反應(yīng)器。
82.根據(jù)權(quán)利要求78所述的方法，其中，通過(guò)對(duì)流冷卻循環(huán)流體包括通過(guò)熱交換器循環(huán)冷卻劑；和橫過(guò)熱交換器吹風(fēng)。
83.根據(jù)權(quán)利要求82所述的方法，其中，通過(guò)對(duì)流冷卻循環(huán)流體包括通過(guò)第二熱交換器循環(huán)冷卻劑；和橫過(guò)第二熱交換器吹風(fēng)。
84.一種燃料處理器，包括處理器反應(yīng)器；到處理器反應(yīng)器的進(jìn)料；冷卻劑子系統(tǒng)，能夠通過(guò)處理器反應(yīng)器循環(huán)冷卻劑；及對(duì)于燃料處理器的至少一個(gè)外部用戶(hù)的連接。
85.根據(jù)權(quán)利要求84所述的燃料處理器，其中，處理器反應(yīng)器至少包括第一級(jí)，能夠接收進(jìn)料并對(duì)其進(jìn)行自熱反應(yīng)；第二級(jí)，能夠從第一級(jí)接收進(jìn)料和從其除去硫；第三級(jí)，能夠從第二級(jí)接收進(jìn)料和對(duì)其進(jìn)行第一輪換反應(yīng)；第四級(jí)，能夠從第三級(jí)接收進(jìn)料和對(duì)其進(jìn)行第二輪換反應(yīng)；及第五級(jí)，能夠從第四級(jí)接收進(jìn)料和優(yōu)選地氧化所接收的進(jìn)料。
86.根據(jù)權(quán)利要求84所述的燃料處理器，其中，到處理器反應(yīng)器的進(jìn)料輸送燃料、空氣及水的混合物。
87.根據(jù)權(quán)利要求84所述的燃料處理器，其中，冷卻劑子系統(tǒng)包括冷卻器，能夠接收從處理器反應(yīng)器循環(huán)的冷卻劑并與其交換熱量；冷卻劑存儲(chǔ)裝置，能夠存儲(chǔ)從冷卻器接收的冷卻劑；及泵，能夠把存儲(chǔ)的冷卻劑抽吸到過(guò)程反應(yīng)器。
88.根據(jù)權(quán)利要求87所述的燃料處理器，其中，冷卻器包括熱交換器；和鼓風(fēng)機(jī)，能夠冷卻熱交換器。
89.根據(jù)權(quán)利要求87所述的燃料處理器，其中，冷卻劑包括水、乙二醇、油及乙醇的至少一種。
90.根據(jù)權(quán)利要求87所述的燃料處理器，其中，冷卻劑存儲(chǔ)裝置包括儲(chǔ)罐。
91.根據(jù)權(quán)利要求84所述的燃料處理器，還包括氧化裝置，能夠加熱燃料、水及空氣并經(jīng)由進(jìn)料把混合物進(jìn)給到過(guò)程反應(yīng)器；燃料供給子系統(tǒng)，把燃料提供給氧化裝置；水子系統(tǒng)，能夠把水提供給氧化裝置；空氣子系統(tǒng)，能夠把空氣提供給氧化裝置。
92.根據(jù)權(quán)利要求84所述的燃料處理器，其中，外部用戶(hù)包括未另與燃料處理器相關(guān)聯(lián)的機(jī)械系統(tǒng)。
93.根據(jù)權(quán)利要求92所述的燃料處理器，其中，機(jī)械系統(tǒng)是空調(diào)/加熱機(jī)械系統(tǒng)。
94.根據(jù)權(quán)利要求84所述的燃料處理器，其中，所述連接包括出口和進(jìn)口，冷卻劑可以通過(guò)該出口和進(jìn)口循環(huán)到外部用戶(hù)。
95.根據(jù)權(quán)利要求84所述的燃料處理器，還包括氧化裝置，該氧化裝置能夠預(yù)熱燃料、水及空氣，以產(chǎn)生通過(guò)進(jìn)料引到處理器反應(yīng)器的過(guò)程進(jìn)料流。
96.根據(jù)權(quán)利要求84所述的燃料處理器，其中，冷卻劑子系統(tǒng)還包括多個(gè)溫度控制單元，每個(gè)溫度控制單元包括溫度傳感器，檢測(cè)在處理器反應(yīng)器的一部分中的冷卻劑的溫度，冷卻劑通過(guò)該處理器反應(yīng)器循環(huán)；和執(zhí)行器，響應(yīng)在該部分中的檢測(cè)溫度而操作，以調(diào)節(jié)通過(guò)該部分的冷卻劑的流量。
97.一種動(dòng)力裝置，包括燃料處理器，包括處理器反應(yīng)器，產(chǎn)生重整產(chǎn)品；到處理器反應(yīng)器的進(jìn)料；及冷卻劑子系統(tǒng)，能夠通過(guò)處理器反應(yīng)器循環(huán)冷卻劑；及對(duì)于燃料處理器的至少一個(gè)外部用戶(hù)的連接；和燃料電池，由燃料處理器的處理器反應(yīng)器產(chǎn)生的重整產(chǎn)品供給動(dòng)力。
98.根據(jù)權(quán)利要求97所述的動(dòng)力裝置，其中，處理器反應(yīng)器至少包括第一級(jí)，能夠接收進(jìn)料和對(duì)其進(jìn)行自熱反應(yīng)；第二級(jí)，能夠從第一級(jí)接收進(jìn)料和從其除去硫；第三級(jí)，能夠從第二級(jí)接收進(jìn)料和對(duì)其進(jìn)行第一輪換反應(yīng)；第四級(jí)，能夠從第三級(jí)接收進(jìn)料和對(duì)其進(jìn)行第二輪換反應(yīng)；及第五級(jí)，能夠從第四級(jí)接收進(jìn)料和優(yōu)選地氧化所接收的進(jìn)料。
99.根據(jù)權(quán)利要求97所述的動(dòng)力裝置，其中，到處理器反應(yīng)器的進(jìn)料輸送燃料、空氣及水的混合物。
100.根據(jù)權(quán)利要求97所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻劑子系統(tǒng)包括冷卻器，能夠接收從處理器反應(yīng)器循環(huán)的冷卻劑并與其交換熱量；冷卻劑存儲(chǔ)裝置，能夠存儲(chǔ)從冷卻器接收的冷卻劑；及泵，能夠把存儲(chǔ)的冷卻劑抽吸到過(guò)程反應(yīng)器。
101.根據(jù)權(quán)利要求97所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻器包括熱交換器；和鼓風(fēng)機(jī)，能夠通過(guò)對(duì)流冷卻熱交換器。
102.根據(jù)權(quán)利要求101所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻器還包括第二熱交換器；和第二鼓風(fēng)機(jī)，能夠通過(guò)對(duì)流冷卻第二熱交換器。
103.根據(jù)權(quán)利要求100所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻劑包括水、乙二醇、油及乙醇的至少一種。
104.根據(jù)權(quán)利要求100所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻劑存儲(chǔ)裝置包括儲(chǔ)罐。
105.根據(jù)權(quán)利要求97所述的動(dòng)力裝置，還包括氧化裝置，能夠預(yù)熱燃料、水及空氣并經(jīng)由進(jìn)料把混合物進(jìn)給到過(guò)程反應(yīng)器；燃料供給子系統(tǒng)，把燃料提供給氧化裝置；水子系統(tǒng)，能夠把水提供給氧化裝置；空氣子系統(tǒng)，能夠把空氣提供給氧化裝置。
106.根據(jù)權(quán)利要求97所述的動(dòng)力裝置，其中，外部用戶(hù)包括未另與燃料處理器相關(guān)聯(lián)的機(jī)械系統(tǒng)。
107.根據(jù)權(quán)利要求106所述的動(dòng)力裝置，其中，所述機(jī)械系統(tǒng)是空調(diào)/加熱機(jī)械系統(tǒng)。
108.根據(jù)權(quán)利要求97所述的動(dòng)力裝置，其中，所述連接包括出口和進(jìn)口，冷卻劑可以通過(guò)該出口和進(jìn)口循環(huán)。
109.根據(jù)權(quán)利要求97所述的動(dòng)力裝置，其中，冷卻劑子系統(tǒng)還包括多個(gè)溫度控制單元，每個(gè)溫度控制單元包括溫度傳感器，檢測(cè)在燃料處理器的一部分中的冷卻劑的溫度，冷卻劑通過(guò)該燃料處理器循環(huán)；和執(zhí)行器，響應(yīng)在該部分中的檢測(cè)溫度而操作，以調(diào)節(jié)通過(guò)該部分的冷卻劑的流量。
110.根據(jù)權(quán)利要求97所述的動(dòng)力裝置，其中，燃料電池包括聚合物電解質(zhì)燃料電池。
全文摘要
公開(kāi)一種用在燃料處理器中的冷卻劑子系統(tǒng)和一種用于燃料處理器的操作的方法。按照第一方面，冷卻劑子系統(tǒng)與到處理器反應(yīng)器的進(jìn)料分離，并且能夠通過(guò)處理器反應(yīng)器循環(huán)冷卻劑。按照第二方面，燃料處理器的構(gòu)成元件裝在艙室中，并且冷卻劑子系統(tǒng)能夠冷卻處理器反應(yīng)器和艙室的內(nèi)部。在各種選擇例中，燃料處理器能用來(lái)重整用于燃料電池動(dòng)力裝置的燃料，并且/或者可以用來(lái)為不相關(guān)的機(jī)械系統(tǒng)提供溫度控制。
文檔編號(hào)B01J10/00GK1791460SQ200480013532
公開(kāi)日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2004年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月4日
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