[发明专利]用于燃料电池电源设备的阳极利用率控制系统

权利要求书

1.一种用于燃料电池（12）电源设备的阳极利用率控制系统（10），所述燃料电池（12）电源设备用于由氧化剂流和富氢燃料流产生电流，所述系统（10）包括：

a. 至少一个燃料电池（12），其包括：被固定到电解液（18）的相对侧的阳极催化剂（14）和阴极催化剂（16）；阳极流场（20），其被限定为与阳极催化剂（14）且与燃料进口线路（22）进行流体连通以便引导富氢燃料流从阳极催化剂（14）附近的燃料进口线路（22）流动并通过阳极排气装置（24）作为阳极排出流离开阳极流场（20）；阴极流场（26），其被限定为与阴极催化剂（16）并与氧化剂的源（28）进行流体连通以便引导氧化剂流从阴极催化剂（16）附近的氧化剂进口线路（30）流动并离开阴极流场（26）；

b. 燃料处理系统（10），其用于由燃料原料（42）产生富氢燃料流，所述燃料处理系统（10）包括燃烧器设备（44），所述燃烧器设备（44）被固定成与阳极排气装置（24）流体连通并被固定成与吸热反应重整器（48）处于热传递关系，所述燃烧器设备（44）被构造成通过以下中的一个将热量传递至重整器（48）：通过经由被固定成与燃烧器设备（44）内燃烧的阳极排出流流体连通的热传递线路（46）的传导和对流将热量直接传送到重整器（48）中，或通过在燃烧器设备（44）内燃烧阳极排气流以在被固定在燃烧器设备（44）附近的锅炉（45）内产生蒸汽并通过蒸汽传递线路（49）将所述蒸汽引导至被固定成与热传递线路（46）或蒸汽传递线路（49）流体连通的重整器（48），所述重整器（48）还被固定成与燃料原料进口线路（54）流体连通以便将燃料原料（42）引导至重整器（48）中以将其重整成富氢燃料流，所述重整器（48）还被固定成与燃料进口线路（22）流体连通以便将经重整的富氢燃料流通过燃料进口线路（22）引导至燃料电池（12）中；

c. 燃烧器供给线路（62），其被流体连通地固定在燃烧器设备（44）与阳极排气装置（24）之间以便将阳极排出流引导至燃烧器设备（44）中以将其燃烧并通过燃烧器排气装置（66）离开燃烧器设备（44）；

d. 氧传感器（28），其被固定成与燃烧器排气装置（66）流体连通以便感测通过燃烧器排气装置（66）离开燃烧器设备（44）的已燃烧阳极排出流内的氧的浓度；以及

e. 氧传感器控制器（80），其被连通地固定在氧传感器（78）与燃料流控制设备（55、56）之间，所述燃料流控制设备（55、56）被固定成与燃料原料进口线路（54）流体连通，所述氧传感器控制器（80）被构造成响应于已燃烧阳极排出流内感测的氧浓度来选择性地控制燃料原料（42）通过流控制设备（55、56）到重整器（48）中的流速。

2.如权利要求1所述的阳极利用率控制系统（10），其中，所述流控制设备包括燃料泵（55），所述燃料泵（55）被固定成与原料进口线路（54）流体连通以便响应于已燃烧阳极排出流内感测的氧浓度来选择性地将燃料原料（52）泵送到重整器（48）中。

3.如权利要求1所述的阳极利用率控制系统（10），其中，重整器（48）是催化蒸汽重整器（48）。

4.如权利要求1所述的阳极利用率控制系统（10），其中，电解液（18）是磷酸电解液（18）。

5.如权利要求1所述的阳极利用率控制系统（10），其中，电解液（18）是质子交换膜（PEM）电解液（18）。

6.一种控制燃料电池电源设备（10）中的阳极利用率的方法，所述方法包括：

a. 在引导氧化剂流在燃料电池（12）的阴极催化剂（16）附近流动并离开燃料电池（12）的同时引导富氢燃料流在燃料电池（12）的阳极催化剂（14）附近流动并作为阳极排出流离开燃料电池（12）；

b. 引导一些或全部所述阳极排出流流动到燃料处理系统（40）的燃烧器设备（44）中并在燃烧器设备（44）内燃烧所述阳极排出流以产生热量；

c. 将热量和燃料原料（42）引导至重整器（48）中以将燃料原料（42）重整成富氢燃料流；

d. 感测离开燃烧器设备（44）的已燃烧阳极排出流中的氧浓度；以及

e. 响应于已燃烧阳极排出流内感测的氧浓度来调整燃料原料（42）到重整器（48）中的流速。