[发明专利]燃料单元驱动系统

说明书

技术领域：

本发明涉及一种为燃料单元提供含氢重整气的燃料单元驱动系统。

背景技术：

日本专利局于1995年出版的JP-A-H7-215702披露了一种燃料单元驱动系统，该系统为了提高氢产量和抑制煤烟产生，提供一种在启动时具有空气-燃料的理想配比的燃料-空气混合物，由热线点火塞对它点火，由燃烧产生的热加热重整催化剂和燃料气体，通过与重整催化剂的部分氧化反应产生CO(一氧化碳)，及利用水蒸气进行一种变换反应产生氢。

发明内容：

然而，在上述技术中，燃料是在接近空气-燃料的理想配比中完全燃烧，因此燃烧温度增加并且产生NOx。此外，催化剂温度随燃烧气体升高而上升，而温度升高后，燃料供应和热线点火塞点火重复进行，因此重整气的成分不容易稳定且控制很复杂。

因此，本发明的一个目的在于当燃料单元驱动系统启动时获得一种稳定的重整气成分。本发明的另一个目的在于缩短燃料单元和重整装置的启动时间，抑制NOx的放出，和改善耐热性能。

为了达到本发明的上述目的，本发明为燃料单元提供一个驱动系统，它包括一个通过重整一种燃料气体产生含氢重整气及为燃料单元提供该重整气的重整装置，和一个位于重整装置上游，当系统正常运行时为该重整装置提供燃料气体和空气的混合物的气体供应设备。在系统启动时，气体供应设备通过燃烧加热产生一种用于重整反应的包含燃料成分的高温气体，以及将该用于重整反应、包含燃料成分的高温气体提供给重整装置。

本发明的细节和其它特征及优点将在说明书的剩余部分加以阐明并在附图中加以显示。

附图说明：

图1是一个根据本发明的燃料单元驱动系统的方框图，示出了该系统的启动运行状态；

图2和图1类似，但它显示正常运行状态；

图3是一个气体供应设备的示意图；

图4是一个流程图，它显示驱动系统的启动过程；

图5是一个根据本发明第二实施例的气体供应设备的示意图；

图6是一个流程图，它显示第二实施例的启动过程；

图7是一个特征曲线图，它显示过量空气因子与火焰温度的关系；

图8是一个根据第三实施例的气体供应设备的示意图；

图9和图8类似，但它显示本发明第四实施例；

图10和图8类似，但它显示本发明第五实施例；

图11和图8类似，但它显示本发明第六实施例；

图12是用于第六实施例中的蒸发盘的一个正视图；

图13和图8类似，但它显示本发明第七实施例；

图14是用于第七实施例中的蒸发盘的一个横截面图；

图15是用于第七实施例中的蒸发盘的一个正视图；

图16和图1类似，但它显示本发明第八实施例。

具体实施方式：

参照图1和图2，燃料单元驱动系统包括一个气体供应设备19，重整装置22，CO去除设备23，阳极废气燃烧室27，蒸发器28，燃料泵32，压缩机34和水泵39。图1显示系统启动运行期间的状态；图2显示系统完全启动后的正常运行期间的状态。

气体供应设备19包括一个启动燃烧室20和一个混合器21。当系统启动时，启动燃烧室20燃烧燃料并产生高温气体。混合器21把启动燃烧室20产生的高温气体和启动重整装置22所需的燃料和空气混合，并使燃料蒸发。在本实施例中，甲醇作为燃料供给混合器21，但也可以供给其它含碳氢化合物的液体燃料，如汽油。

燃料由燃料注射器29(第一燃料供给装置)供给启动燃烧室20。经压缩机34压缩的空气通过一个空气喷嘴35也供给启动燃烧室20。一个热线点火塞40也插入启动燃烧室20用来点燃燃料。燃料和空气也由燃料注射器30(第二燃料供给装置)供给混合器21并由一个空气喷嘴36(第一空气供给装置)调节气体成分。

重整装置22重整燃料，并产生含氢重整气。CO去除设备23通过利用一种CO去除催化剂把重整装置22所产生的重整气中CO(一氧化碳)的浓度降低到燃料单元26所允许的值。

一个用于把在重整装置启动期间产生的全部重整气供给阳极废气燃烧室27的转变阀24，及一个用于关闭进入燃料单元26的重整气流的转变阀25，都设置在CO去除设备23的下游。

在启动运行期间，阳极废气燃烧室27通过催化反应来燃烧重整装置22提供的经由CO去除设备23的重整气，而在正常运行期间，它通过催化反应燃烧来自燃料单元26的含阳极废气的氢和含阴极废气的氧，并产生高温燃烧气。随后，这种燃烧气被导入下游蒸发器28，并且在蒸发器28的温度升高以后它被排放到外面。