[发明专利]用于燃料电池电源设备的阳极利用率控制系统

摘要

一种控制系统（10）利用氧传感器（78）来感测燃料处理系统（40）的燃烧器排气装置（66）内的氧浓度，其中，燃烧器设备（44）利用来自燃料电池（12）的阳极排出流来向重整器（48）供应热量。如果燃料电池（12）阳极（14）的阳极利用率超过可接受范围，则较少的氢气可用于燃烧器设备（44），并且因此更多的氧气将会被氧传感器感测到。氧传感器控制器（80）响应于所感测的氧气的增加来增加燃料原料（42）到重整器（48）中的流速以向阳极（14）提供更多的氢燃料，从而使阳极利用率返回至可接受阳极利用率范围。如果阳极利用率下降至低于可接受范围，则发生相反的控制顺序。

主权项

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。