[发明专利]重整系统、燃料电池系统、重整方法和操作燃料电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于混合包括重整燃料的至少两种重整原料并引发重整反应以产生氢的系统及其方法。 

相关技术说明 

进行重整原料的蒸汽重整反应(吸热反应)和部分氧化反应(放热反应)以产生氢的系统(以下也称为“重整系统”)是常规已知的(例如，见日本专利申请特开2005-235583)。此处，重整原料分为重整燃料(例如，诸如甲醇的醇，诸如汽油的烃、乙醛等)和不同于重整燃料的重整原料(例如水(水蒸气)和氧，其以下也称为“其它重整原料”)。该重整系统具有例如用于混合重整燃料与其它重整原料的混合部、用于利用重整催化剂主要进行蒸汽重整反应或部分氧化反应以产生氢的重整部、和用于将其它重整原料供给到混合部的泵等。 

重整燃料以雾化小滴的形式供给到混合部，其它重整原料以高温气体的形式供给到混合部。在该情况下，其它重整原料也称为“其它重整原料气体”。在该混合部中，重整燃料转化成更细的微粒，并且通过其它重整原料气体流蒸发为重整燃料气体(例如，通过被夹带到其它重整原料气体中)，并且与其它重整原料气体混合成混合气体。在该情况下，重整燃料的雾化度和蒸发度，或重整燃料气体和其它重整原料气体的混合度取决于所供给的其它重整原料气体的量。 

在上述重整系统中，往往利用抽吸-压缩-输送型泵(以下也称为“抽吸-压缩-输送泵”)作为所述泵。 

然而，在上述重整系统中使用抽吸-压缩-输送泵时，例如，抽吸-压缩-输送泵可在低速转动时产生脉动。在该情况下，待供给到混合部的其它重整原料气体的量可因该脉动而发生变化。当其它重整原料气体的供给改变和供给到混合部的其它重整原料气体的量不足时，重整燃料的雾化和蒸发或重整燃料气体与其它重整原料气体在混合部内的混合可受到阻碍，这是因为其它重整原料气体的速度不能高到足以夹带重整燃料。因此，重整燃料未充分蒸发，混合气体中的重整燃料气体浓度可降低。此外，重整燃料气体和其它重整原料气体不能充分混合，在混合气体中重整燃料气体和其它重整原料气体可单独存在。当处于该状态下的混合气体到达重整部中的重整催化剂时，蒸汽重整反应或部分氧化反应发生减速，因此，可降低重整效率。 

本发明提供了用于防止混合气体中的重整燃料气体浓度降低或防止混合气体中的重整燃料气体和其它重整原料气体未充分混合的技术，以提高用于从重整原料产生氢的系统中的重整效率。 

发明内容

为了实现至少部分上述目的，本发明的第一方面提供重整系统，包括：储存重整燃料的燃料储存部；混合重整燃料和不同于所述重整燃料的重整原料以产生混合气体的混合部；由所述混合气体产生氢的重整部；重整燃料供给流路，储存在所述燃料储存部中的重整燃料经过所述重整燃料供给流路供给到混合部；和重整原料流路，所述重整原料经过该重整原料流路供给到混合部。设置在所述重整燃料供给流路和所述重整原料流路中的一个流路中的第一供给装置，使得在所述重整燃料供给流路和所述重整原料流路中的一个流路中流动的流体的供给量发生波动。设置在所述重整燃料供给流路和所述重整原料流路中的另一个流路中的第二供给装置，将在所述重整燃料供给流路和所述重整原料流路中的所述另一个流路中流动的流体供给到所述混合部。控制器控制所述第二供给装置，使得第二供给装置与所述波动同步地供给在所述重整燃料供给流路和所述重整原料流路中的所述另一个流路中流动的流体。在所述重整燃料供给流路和所述重整原料流路中的所述一个流路中流动的流体的供给量的波动可以是周期性的，所述控制器可以控制所述第二供给装置，使得所述第二供给装置与所述周期性波动同步地供给在所述重整燃料供给流路和所述重整原料流路中的所述另一个流路中流动的流体。 

根据本发明第一方面的重整系统，可以防止在所述混合部中相对于重整燃料供给的其它重整原料气体供给的短缺。因此，在所述混合部中，可以防止混合气体中重整燃料气体浓度的降低，或者可以防止混合气体 中重整燃料气体和不同于重整燃料的重整原料的混合不充分，从而提高重整效率。 

所述第一供给装置可以包括将重整原料供给到所述混合部的泵。所述第二供给装置可以包括设置在所述重整燃料供给流路中的切断所述重整燃料到所述混合部的供给的燃料供给截止阀。此外，所述控制器可以包括检测由所述泵供给到所述混合部的重整原料的供给量的周期性波动的波动检测部、和与所述波动检测部所检测的所述供给量的周期性波动同步地打开和关闭燃料供给截止阀的阀控制部。该周期性波动是由所述泵的脉动引起的。