[发明专利]带有温度响应自动阀系统的制氢燃料加工系统和燃料电池系统

说明书

相关申请

本申请要求2008年8月27号提出的类似标题的美国专利申请序列号12/199,214的优先权。为了所有的目的，上述专利申请的完整公开内容在此以引用方式并入。

公开内容的领域

本公开内容大体上涉及制氢燃料电池系统，且更具体地涉及具有温度响应阀系统的制氢燃料电池系统，该温度响应阀系统自动地响应由氢生成组件产生的含氢气体的温度，以调节氢生成组件的操作。

公开内容的背景

氢生成组件或制氢燃料加工组件是将一种或多种原料转变成含氢气流的组件，该含氢气流含有作为主要组分的氢气。所产生的氢气可用在多种应用中。一种这样的应用是发电，例如在电化学燃料电池中的应用。电化学燃料电池是将燃料和氧化剂转变成电、反应产物和热量的设备。例如，燃料电池可将氢气和氧气转变成水和电。在这样的燃料电池中，氢气是燃料，氧气是氧化剂，而水是反应产物。燃料电池通常联接在一起以形成燃料电池堆。

制氢燃料电池系统是还包括燃料电池堆的制氢燃料加工组件，该燃料电池堆适合于接收由燃料加工组件产生的氢气，并且适合于自该燃料电池堆生成电流。制氢燃料加工组件包括制氢区域，在制氢区域氢气作为主要的反应产物由一种或多种原料来生产。制氢区域的反应条件可影响氢生成组件的性能。这又可影响燃料电池堆、制氢燃料电池系统的性能和/或其满足施加在其上的外施载荷的能力。因此，制氢燃料加工组件和制氢燃料电池系统通常包括用于调节制氢区域内的反应条件的多种控制装置。通常，这些控制装置包括各种各样的手动的和/或计算机化的控制装置。

为了有效地生产氢气，燃料加工组件的制氢区域应该维持在期望的操作条件下，操作条件包括用于生产氢气的在预定范围内的温度和压力。如果需要，来自制氢区域的产品氢流可被纯化，并且此后用作燃料电池堆的燃料流，该燃料电池堆从产品氢流和氧化剂如空气产生电流。来自燃料电池堆的该电流或功率输出可用于满足耗能装置的能量需求。

有关任何制氢燃料加工组件和/或燃料电池系统的需要考虑的事项，是维持氢生成区域在有效反应条件范围内的能力。维持制氢区域的温度是对氢生成组件的设计和操作的一个挑战。制氢区域的特定的最佳温度范围可基于例如所利用的制氢机制的类型、所使用的特定原料等因素而变化。在许多应用中，最佳的反应条件通过手工控制来维持，然而在其它的情况下，反应条件可通过基于微处理器的控制器组件而维持在最高效率下。当氢生成组件已经在合适的制氢温度下，那么只要对氢气的需求保持相对恒定，燃料电池系统就能够在最小的外部影响下操作。然而，当制氢区域的这种需求和/或其它反应条件或操作参数改变时，氢生成组件(和/或燃料电池系统)的效率和/或稳定性可能会迅速地减小。当氢生成组件不是已经在或接近期望的制氢温度时，组件可能需要施加一些外部的影响或控制。

照惯例，基于微处理器的控制器已经用于提供控制信号，在不存在直接的人为干预的情况下，该控制信号能维持氢生成组件的制氢区域在合适的制氢温度范围内。一种方法是包括一系列的阀或其它系统改变输入(system-altering input)，该阀或其它系统改变输入可用于操纵向制氢区域的反应物的流动和/或能量输入。然而，这种控制器的能力是有限的，并且可能取决于其程序设计、其不受操作中断的影响以及其被提供的输入信号等等。

附图简述

图1为根据本公开内容的说明性的氢生成燃料电池系统的示意图。

图2为根据本公开内容的另一个说明性的氢生成燃料电池系统的示意图。

图3为可以与根据本公开内容的氢生成组件一起使用的温度响应阀组件的示意图。

图4为可以与根据本公开内容的氢生成组件一起使用的温度响应阀组件的示意性横截面图。

图5为图4的示意性横截面图，描述在不同于图4所呈现的温度的温度下的阀组件的限制性组件。

图6为可以与根据本公开内容的氢生成组件一起使用的另一个温度响应阀组件的示意图。

图7为可以与根据本公开内容的氢生成组件一起使用的另一个温度响应阀组件的示意图。

图8为另一个温度响应阀组件的横截面图，该温度响应阀组件是根据本公开内容的且可配置成利用来自纯化区域的副产品流作为所关注的气流以调节副产品流穿过阀组件的流动。

图9为另一个温度响应阀组件的横截面图，该温度响应阀组件是根据本公开内容的且可配置成利用来自纯化区域的重整产品流作为所关注的气流以调节副产品流穿过阀组件的流动。