[發明專利]帶有溫度響應自動閥系統的制氫燃料加工系統和燃料電池系統

有效

• 申請號: 200980133877.5
• 申請日: 2009-08-27
• 公開（公告）號: CN102137712A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: 約翰·R·阿諾德;詹姆士·A·吉溫斯;阿恩·拉聞
• 申請（專利權）人: 益達科技有限責任公司
• 主分類號: B01J8/00
• 分類號: B01J8/00
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 武晶晶;鄭霞

相關申請

本申請要求2008年8月27號提出的類似標題的美國專利申請序列號12/199,214的優先權。為了所有的目的，上述專利申請的完整公開內容在此以引用方式并入。

公開內容的領域

本公開內容大體上涉及制氫燃料電池系統，且更具體地涉及具有溫度響應閥系統的制氫燃料電池系統，該溫度響應閥系統自動地響應由氫生成組件產生的含氫氣體的溫度，以調節氫生成組件的操作。

公開內容的背景

氫生成組件或制氫燃料加工組件是將一種或多種原料轉變成含氫氣流的組件，該含氫氣流含有作為主要組分的氫氣。所產生的氫氣可用在多種應用中。一種這樣的應用是發電，例如在電化學燃料電池中的應用。電化學燃料電池是將燃料和氧化劑轉變成電、反應產物和熱量的設備。例如，燃料電池可將氫氣和氧氣轉變成水和電。在這樣的燃料電池中，氫氣是燃料，氧氣是氧化劑，而水是反應產物。燃料電池通常聯接在一起以形成燃料電池堆。

制氫燃料電池系統是還包括燃料電池堆的制氫燃料加工組件，該燃料電池堆適合于接收由燃料加工組件產生的氫氣，并且適合于自該燃料電池堆生成電流。制氫燃料加工組件包括制氫區域，在制氫區域氫氣作為主要的反應產物由一種或多種原料來生產。制氫區域的反應條件可影響氫生成組件的性能。這又可影響燃料電池堆、制氫燃料電池系統的性能和/或其滿足施加在其上的外施載荷的能力。因此，制氫燃料加工組件和制氫燃料電池系統通常包括用于調節制氫區域內的反應條件的多種控制裝置。通常，這些控制裝置包括各種各樣的手動的和/或計算機化的控制裝置。

為了有效地生產氫氣，燃料加工組件的制氫區域應該維持在期望的操作條件下，操作條件包括用于生產氫氣的在預定范圍內的溫度和壓力。如果需要，來自制氫區域的產品氫流可被純化，并且此后用作燃料電池堆的燃料流，該燃料電池堆從產品氫流和氧化劑如空氣產生電流。來自燃料電池堆的該電流或功率輸出可用于滿足耗能裝置的能量需求。

有關任何制氫燃料加工組件和/或燃料電池系統的需要考慮的事項，是維持氫生成區域在有效反應條件范圍內的能力。維持制氫區域的溫度是對氫生成組件的設計和操作的一個挑戰。制氫區域的特定的最佳溫度范圍可基于例如所利用的制氫機制的類型、所使用的特定原料等因素而變化。在許多應用中，最佳的反應條件通過手工控制來維持，然而在其它的情況下，反應條件可通過基于微處理器的控制器組件而維持在最高效率下。當氫生成組件已經在合適的制氫溫度下，那么只要對氫氣的需求保持相對恒定，燃料電池系統就能夠在最小的外部影響下操作。然而，當制氫區域的這種需求和/或其它反應條件或操作參數改變時，氫生成組件(和/或燃料電池系統)的效率和/或穩定性可能會迅速地減小。當氫生成組件不是已經在或接近期望的制氫溫度時，組件可能需要施加一些外部的影響或控制。

照慣例，基于微處理器的控制器已經用于提供控制信號，在不存在直接的人為干預的情況下，該控制信號能維持氫生成組件的制氫區域在合適的制氫溫度范圍內。一種方法是包括一系列的閥或其它系統改變輸入(system-altering?input)，該閥或其它系統改變輸入可用于操縱向制氫區域的反應物的流動和/或能量輸入。然而，這種控制器的能力是有限的，并且可能取決于其程序設計、其不受操作中斷的影響以及其被提供的輸入信號等等。

附圖簡述

圖1為根據本公開內容的說明性的氫生成燃料電池系統的示意圖。

圖2為根據本公開內容的另一個說明性的氫生成燃料電池系統的示意圖。

圖3為可以與根據本公開內容的氫生成組件一起使用的溫度響應閥組件的示意圖。

圖4為可以與根據本公開內容的氫生成組件一起使用的溫度響應閥組件的示意性橫截面圖。

圖5為圖4的示意性橫截面圖，描述在不同于圖4所呈現的溫度的溫度下的閥組件的限制性組件。

圖6為可以與根據本公開內容的氫生成組件一起使用的另一個溫度響應閥組件的示意圖。

圖7為可以與根據本公開內容的氫生成組件一起使用的另一個溫度響應閥組件的示意圖。

圖8為另一個溫度響應閥組件的橫截面圖，該溫度響應閥組件是根據本公開內容的且可配置成利用來自純化區域的副產品流作為所關注的氣流以調節副產品流穿過閥組件的流動。

圖9為另一個溫度響應閥組件的橫截面圖，該溫度響應閥組件是根據本公開內容的且可配置成利用來自純化區域的重整產品流作為所關注的氣流以調節副產品流穿過閥組件的流動。