[发明专利]用于燃料电池的多种可重整燃料输送系统和方法

说明书

本文提供了多种可重整燃料输送系统和方法，其可以在不使用液体泵的情况下将任何烃类燃料，即液体或气体可重整燃料，例如输送到重整器、蒸发器、燃料电池堆、后燃器和燃料电池单元或系统的其它组件和部件中的至少一种。更具体地说，在本教导的输送系统和方法中，气体压力可以用于控制和输送气体可重整燃料和/或液体可重整燃料。输送系统和方法还可以应用于诸如水的液体反应物和诸如含氧气体(例如空气)和蒸汽的气体反应物的输送。

技术领域

本教导涉及用于燃料电池单元或系统的液体和气体可重整燃料输送系统，操作这种输送系统的方法，以及控制气体和液体可重整燃料流动和输送到燃料电池单元或系统的部件的方法。

背景技术

将气体可重整燃料和/或液体可重整燃料转化为富氢的含一氧化碳的气体混合物(通常被称为“合成煤气”或“合成气”的产物)可以根据这些众所周知的燃料重整操作中的任一种来进行，例如蒸汽重整、干重整、自热重整和催化部分氧化重整。

由于燃料电池系统或简单地说“燃料电池”(即用于使诸如氢气、氢气和一氧化碳的混合物(例如合成气)等的电化学可氧化燃料电化学转换为电的装置)的潜力，改进的燃料重整器、燃料重整器部件和重整工艺的发展依旧是相当多研究的焦点，以对于包括主功率单元(MPU)和辅助功率单元(APU)的一般应用发挥更大的作用。燃料电池还可以用于专门的应用，例如用作电动车辆的车载发电装置，用于住宅使用设备的备用和主电源，用于电网外位置的休闲用途设备、户外设备和其他耗电设备的主电源，以及用于替代便携式电池组的重量更轻、功率密度更高、与环境温度无关的替代品。

因为氢的大规模的、经济的生产，氢配给所需的基础设施和用于其储存(特别是作为运输燃料)的实际装置被广泛认为还有很长的路要走，所以许多当前的研究和发展涉及到改进作为电化学可氧化燃料(特别是氢和一氧化碳的混合物)的来源的燃料重整器，和作为将这种燃料转换成电的转换器的、通常被称为燃料电池“堆”的燃料电池组件，以及将燃料重整器和燃料电池集成到更紧凑、可靠且高效的用于产生电能的设备中。

在想到这些考虑的情况下，将可重整燃料储存和输送到燃料电池系统的部件(例如蒸发器和燃料重整器)是需要发展的另一个领域。例如，单一输送系统和方法有效地且以容易控制的方式将气体可重整燃料和液体可重整燃料输送到蒸发器和重整器以转化为供燃料电池堆使用的富氢产物的能力是所期望的。因此，需要改进将气体和液体可重整燃料输送到燃料电池单元或系统的部件的系统和方法。

发明内容

鉴于前文，本教导提供了多种可重整燃料(即，液体和气体可重整燃料)输送系统和方法，其可以在不使用液体泵的情况下将任何烃类燃料(即，液体或气体可重整燃料)例如输送到蒸发器、重整器、燃料电池堆和燃料电池单元或系统的其它部件中的至少一个。更具体地说，本教导的输送系统和方法利用气体压力来将气体可重整燃料和/或液体可重整燃料控制和输送到燃料电池单元或系统的部件。也就是说，气体压力被用于输送气体可重整燃料和移动并输送液体可重整燃料。因此，本教导的输送系统和方法可以利用整个输送系统中的气体压力的适当平衡，该平衡可以将计量流量的液体可重整燃料和/或气体可重整燃料提供给燃料电池单元或系统的期望下游部件。

根据本教导，一个公共的输送系统可以独立地控制输送到燃料电池单元或系统的部件的气体可重整燃料和液体可重整燃料的比例。例如，本教导的输送系统可以针对燃料电池单元或系统的启动、稳态和停工模式实现气体和液体可重整燃料的适当混合。本教导的输送系统和方法可以将含氧气体输送到可重整燃料以为重整提供合适的氧气燃料比。

此外，可以在没有液体泵的限制的情况下使用输送系统并且可以实施所述方法。因此，本教导的多种可重整燃料输送系统可以在较低的系统压力下操作。输送系统可以在启动模式期间减小电站辅助设施上的负载。对于整个输送系统的流体流量，输送系统还可以具有增加的控制范围。