专利名称：燃料处理器子系统的工作状态的制作方法
技术领域：
本发明针对一种燃料处理器，更具体地说，是针对用于燃料处理器的控制系统。
背景技术：
燃料电池技术是一种另外采用矿物燃料燃烧的更方便的能源。燃料电池通常从燃料和氧，产生电力、水、和热。更准确地说，燃料电池从化学的氧化还原反应产生电力，并在清洁和效率方面，显著优于其他电力的产生形式。通常，燃料电池采用氢作燃料和氧作氧化剂。产生的电力正比于反应物的消耗率。
妨碍燃料电池广泛使用的显著缺点，在于缺乏广为分布的氢的基础设施。氢有相对低的体积能量密度，和当前大多数电力产生系统使用的碳氢化合物燃料相比，更难贮存及运输。克服这一困难的一种方式，是使用“燃料处理器”或“重整装置”，把碳氢化合物转化为富氢煤气流，该富氢煤气流可用作燃料电池的给料。为用作大多数燃料电池的燃料，要求把基于碳氢化合物的燃料，诸如天然气、LPG、汽油、和柴油，进行转化。目前的工艺使用多步处理过程，把初始的转化处理过程与若干净化处理过程组合。该初始处理过程最常见的是蒸气重整(“SR”)、自供热重整(“ATR”)、催化的部分氧化(“CPOX”)、或无催化的部分氧化(“POX”)。净化处理过程常常包括脱硫、高温水煤气转换、低温水煤气转换、选择性CO氧化、或选择性CO甲烷化等的组合。另外的处理过程包括，氢选择性薄膜反应器和过滤器。
因此，可以使用的燃料种类很多，其中一些与矿物燃料混合，但理想的燃料是氢。如果燃料是例如氢，那么燃烧是非常清洁的，并且实际上，在耗散和/或消费了热，和消费了电力之后，留下的只有水。大多数立刻可用的燃料(例如，天然气、丙烷、汽油)和甚至不那么普通的一种(例如，甲醇和乙醇)，也在它们的分子结构中包括氢。因此，一些燃料电池的实施方案，采用“燃料处理器”处理特定的燃料，产生相对纯的氢气流，用作燃料电池的燃料。
但是，燃料处理器和燃料电池的工作，是非常复杂的。复杂性不仅源自重整处理过程的复杂和燃料电池工作的复杂，而且还由于燃料处理器和燃料的操作常常是高度相互有关的。燃料处理器和燃料电池之一或另一个的参数中工作条件的变化，常常连锁地引起另一个或好或坏的变化。有时，即使对这类(即燃料处理器和燃料电池)发电厂使用的控制器来说，这些变化发生得更为迅速。操作的复杂性和相互关联性，常常产生自动控制器必需快速应对的大量数据。因此，自动控制器数据管理的组织和效率，变得极其重要。
本发明针对的是，解决，或至少减轻上述所有问题之一或全部。
发明内容
本发明包括一种工作循环，可用于重整燃料的燃料处理器，该工作循环包括断路状态；从断路状态进入的管理器校验状态，在该管理器校验状态中，校验燃料处理器的工作准备；从管理器校验状态进入的预热状态，在该预热状态中，燃料处理器预热包括燃料的煤气，以便混合成生产过程给料流；从预热状态进入的起动状态，在该起动状态中，燃料处理器在起动条件下开始工作；从起动状态进入的运行状态，在该运行状态中，燃料处理器在稳态条件下，把生产过程给料流，重整为重整产品；以及，从管理器校验状态、预热状态、起动状态、及运行状态任一状态进入的关闭状态。在其他各方面，是该工作循环可供燃料电池或燃料电池发电厂的燃料处理器采用。
参照下面结合附图的说明，可以了解本发明，附图中，相同的参考数字表示相同的单元，附图有图1概念地画出采用本发明构建和工作的燃料处理器的燃料电池发电厂；图2A和图2B概念地表明一种计算设备，利用该计算设备，可以实施图1实施例的自动控制系统；图3画出按照本发明的工作循环，可用于图1所示燃料处理器；图4画出燃料处理器的一个具体实施例，可供按照本发明工作和控制的图1的发电厂使用；图5画出图1自动控制系统的一个具体实施例，供最先示于图1的燃料处理器的控制使用；图6画出一种状态机构，可用于图4-图5所示一个具体实施例的工作循环；图7画出被选择的事件，可在图4-图6所示实施例的“断路”工作状态中出现；图8A-图8F画出被选择的事件，可在图4-图6所示实施例的“管理器校验”工作状态中出现；图9A-图9E画出图4-图6所示实施例的“预热”状态中可选择的活动；图10A-图10E画出图4-图6所示实施例的“起动”状态中可选择的活动；图11A-图11E画出图4-图6所示实施例的“运行”状态中可选择的活动；图12示意画出最先示于图4实施例的运行状态当中，图上所示燃料处理器自供热重整装置的重整处理过程；和图13A-图13E画出图4-图6所示实施例的“关闭”状态中可选择的活动。
尽管本发明可以作各种修改和取另外的形式，而附图通过举例的方式，详细说明本文的特定实施例。但是应当指出，本文说明的特定实施例，不是把本发明限制在公开的具体形式，而是相反，本发明按照后面所附权利要求书，将涵盖落在本发明的精神和范围之内所有修改的、等价的、和另外的叙述。
具体实施例方式
现在，在下面说明本发明出示的实施例。为了清楚起见，在本说明书中，不是所有实际实施方案的特征都加以说明。显而易见，在任何这种实际实施例的研发中，为达到研发者特定的目的，必须作出许多实施方案特有的决定，例如与系统有关的依从性和与商业有关的约束条件，这些都将随实施例变化。此外，这种研发的努力，即使是复杂和费时的，也是从本文公开内容获益的本领域熟练人员照例必需完成的任务。
图1概念地画出燃料电池发电厂100，它包括燃料处理器102、燃料电池104、和自动控制系统106。在图示实施例中，燃料处理器102是一种自身含有自供热重整(“ATR”)的燃料处理器，该燃料处理器把管道品质的天然气，转化成燃料电池级的燃料。因此，发电厂100是天然气发电厂，虽然本发明可以用别的燃料和终端应用实施。在图示实施例中，燃料电池104是通常的质子交换薄膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，“PEMFC”)，亦称聚合物电解质燃料电池(Polymer Electrolyte Fuel Cell，“PEFC”)。但是，也可以使用其他类型的燃料电池。还应当指出，燃料处理器102不限定用于燃料电池，如燃料电池104。重整产品108产生的煤气，如图所示，可以用作燃料电池的给料，或者用作其他需要富氢给料流的应用。可供选择地，生产的煤气可以送至下一步处理，例如，去除二氧化碳、水、或其他组分。因此，本发明不限于在燃料电池发电厂使用，甚至可以在发电厂中使用。
如上所述，图示实施例的燃料是天然气，但也可以是其他类型的碳氢化合物。碳氢化合物燃料在外界条件下可以是液体或气体，只要它能够被气化。本文使用的术语“碳氢化合物”，包括有C-H键的有机复合物，它能从部分氧化或蒸气的重整反应而产生氢。在该复合物的分子结构中，不排除存在碳和氢以外的原子。因此，适合本文公开的方法和设备使用的燃料，包括，但不限于如天然气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、石脑油、汽油、和柴油燃料，以及酒精，如甲醇、乙醇、丙醇，等等碳氢化合物燃料。
燃料处理器102和燃料电池104的工作，在图示实施例中是相互关联的。燃料处理器102提供富氢排出物流，或叫“重整产品”，如图形108所示，送至燃料电池104。在图示实施例中，重整产品108包括氢和二氧化碳，并还能包括一些水、未转化的碳氢化合物、一氧化碳、杂质(如硫化氢和氨)、和嵌入的组分(如氮和氩，特别是在用空气作为给料流组分的情形)。但是要指出，重整产品108的准确成分，是实施方案特有的，对实施本发明不是关键的。
自动控制系统106控制燃料处理器102的工作，如图形110所示。在某些实施例中，自动控制系统106除控制燃料处理器102外，还可以控制燃料电池104的工作。自动控制系统106以计算设备上大的软件实施，该计算设备例如是图2A和图2B所示安装在机架上的计算设备200。应当指出，计算设备200不必在所有实施例中都是安装在机架上的。事实上，就这一方面而言，任何给定的实施方案，对实现本发明不是关键的。计算设备200可以作为卓上个人计算机、工作站、笔记本、或膝上计算机，甚至是嵌入式处理器之类实现。
图2A和图2B所示计算设备200，包括在总线系统215上与存储器210通信的处理器205。存储器210可以包括硬盘和/或随机存取存储器(“RAM”)和/或可移动存储器，例如软磁盘217和光盘220。用存储上述获取的数据集的数据结构225、操作系统230、用户接口软件235、和应用程序265，对存储器210编码。用户接口软件235与显示器240结合，实现用户接口245。用户接口245可以包括外围I/O装置，例如按键或键盘250、鼠标255、或操纵杆260。处理器205在操作系统230的控制下运行，该操作系统实际上可以是本领域熟知的任何操作系统。应用程序265在通电、复位、或两者时被操作系统230调用，取决于操作系统230的实施方案。在图示的实施例中，应用程序265包括示于图1的控制系统100。
因此，至少本发明的一些方面，通常是作为适当编程的计算装置，如图2A和图2B所示计算设备200上的软件实施。指令可以在例如存储器210、软盘217、和/或光盘220上编码。因此，本发明在一个方面，包括已编程的计算设备，用于实现本发明的方法。另一方面，本发明包括用指令编码的程序存储器装置，这些指令在被计算设备执行时，实现本发明的方法。
因此，这里详细说明的一些部分，是以实施处理过程的软件给出的，该处理过程涉及在计算系统或计算装置的存储器内，对数据比特进行操作的符号表示。这些说明和表示，是本领域人员用于向本领域其他人员传递他们的工作实质最有效的手段。这些处理过程和操作，要求对物理量进行物理处理。一般说来，虽然非必须，但这些量取电的、磁的、或光的信号形式，能够被存储、传送、组合、比较、和别的处理。已经证明，主要是为共同利用的理由，把这些信号称为比特、值、单元、符号、字符、术语、数，等等，常常是方便的。
但是，应当记住，所有这些和类似的术语，是与适当的物理量相联系的，且仅仅是便于对这些量进行标记。除非特别指出或显而易见，在整个公开的内容中，这些说明是指电子装置的作用和处理过程，是指操作和变换一些电子装置的存储器内表示物理量(电的、磁的、或光的)的数据，成为该存储器内，或在传输或显示装置内同样表示为物理量的其他数据。标记这种说明的术语的例子，不受限制地，如术语“处理”、“计算”、“运算”、“确定”、“显示”，等等。
现在回到图1，自动控制系统106实现一种示于图3的工作循环300，统管燃料处理器102的工作。更准确地说，为了对操作、起动、关闭燃料处理器102的各个步骤进行管理，把工作循环300分门别类地成为多个工作状态。这些工作状态模仿反应器的工作，并允许把控制组织起来或作成分层体系的结构。在图示实施例中，这些状态借助如下原则来规定所有状态连续地监控有效的诊断；所有状态接收通知，从一个状态前进到下一个状态；所有状态满足有条件的陈述，才从一个状态前进到下一个状态；各状态不能不通过关闭状态和断路状态(两者下面还要进一步讨论)而跳到下一个状态，或返回先前的状态；所有状态有一条路径到达关闭状态，然后到达断路状态；
说明的每一个状态，可以包含多个子状态，必要时使燃料处理器102的部件和段初始化，制止其他装置工作，直到需要时为止；和断路状态中执行的工作，随前一状态功能而变化。
需要指出，在另外的实施例中，除上述那些原则外或代替那些原则，可以使用其他的设计原则。
凭借这些设计原则，在图示实施例中，实施示于图3的如下状态断路状态302-工作顺序中的第一状态。该断路状态302使燃料处理器102的硬件准备好，到达它的正常断开或正常闭合位置，即在没有通电时所在位置。如图3所示，当前面说明的控制器初始化或从关闭状态314(下面还要进一步讨论)进入断路状态时，燃料处理器102开始进入该断路状态。
管理器校验状态304-工作顺序中的第二状态，且从断路状态302进入。管理器校验状态304校验燃料处理器102起动前的准备。在管理器校验状态304中，操纵发电厂100的反应器平衡，确认工作的特定先决条件得到满足。
预热状态308-工作顺序中的第三状态，且从管理器校验状态304进入。预热状态308开始并管理示于图6的氧化室404的稳定工作，并用尾气燃烧室产生的热，使生产过程给料流的输入煤气预热，该生产过程给料流将被燃料处理器102重整。
起动状态310-工作顺序中的第四状态，且从预热状态308进入。起动状态310在起动条件下开始燃料处理器102的工作，并使燃料处理器102作好准备，以便在运行状态312中工作。
运行状态312-工作顺序中的第五状态，且从起动状态310进入。在运行状态312中，管理燃料处理器102，把输入的煤气重整成富氢的重整产品108。
关闭状态314，在该关闭状态314中，发电厂100的物理子系统关闭它们的工作，且燃料处理器102能够从其他状态304、208、310、和312的任一个转移，进入该关闭状态314。
需要指出，在另外的实施例中，可以采用附加的状态。还需要指出，在一些另外的实施例中，工作状态302-314的一个或多个可以进一步组合或进一步分门别类。例如，管理器校验状态304和预热状态308可以组合成单个的、起动前的工作状态。
如前所述，工作状态302-314接受通知，从一个状态前进到下一个状态，所有状态满足条件的陈述，才从一个状态前进到下一个状态，且各状态不能跳过下一个状态，或返回先前的状态。在图示实施例中，自动控制系统106加强这一协议。自动控制系统106向并从燃料处理器102各个部件产生并接收信号，作为能使每一状态执行被指示工作的功能。各部件执行的任何任务，都是为该特定状态指定的，并通过有关的传感器及反馈机构，把它们的条件以信号发送至自动控制系统106。
在所有部件已经发送它们特定阶段结束的信号时，自动控制系统106，作为下一工作状态的功能，是尽快开始新的一组命令。与燃料处理器102每一部件有关的活动，和必须被满足才能转移至下一状态的条件，将随处理过程的情况和结果的状态而变化。自动控制系统106和燃料处理器102，通过如在上面图3所示各状态，直到自动控制系统106或说明的输入装置发出转移至关闭状态314为止。因此，在图示的实施例中，每一工作状态是彼此分离的，且各部件通过各种工作状态的转移是同步的。
为进一步理解本发明，现在将公开图示实施例的一个具体实施方案。燃料处理器102按图4实施，图4还画出燃料电池104。自动控制系统106的硬件方面，按图2A和图2B实施，并如上面所述。自动控制系统106的软件方面，按图5实施，该软件实施图6所示工作循环。
现在转到图4，图示实施例的燃料处理器102，包括若干模块式物理子系统，即自供热重整装置(“ATR”)402，该自供热重整装置施行氧化还原反应，把输入燃料处理器102的燃料403，重整为用于燃料电池104的重整产品405；
氧化室(“Ox”)404，这是图示实施例中的阳极尾气氧化室(“ATO”)，该氧化室把水407、燃料403、和空气409混合，产生燃料混合物，或“生产过程给料流”411，送至ATR 402；燃料子系统406，把输入燃料403(在图示实施例中是天然气)送至ATO 404，以便混合为生产过程给料流，送至ATR 402；水子系统408，把水407送至ATO 404，以便混合为生产过程给料流，送至ATR 402；空气子系统410，把空气409送至ATO 404，以便混合为生产过程给料流，送至ATR 302；和热力子系统412，通过使冷却剂413在整个装置中循环，控制ATR402的工作温度。
依旧参考图4，图示实施例中的自动控制系统106，通过示于图5的分层体系控制系统500，控制ATR 402、氧化室404、燃料子系统406、水子系统408、空气子系统410、和热力子系统412的工作，该分层体系控制系统500包括主控制管理器502，通过如下所述的子系统管理器，管理燃料处理器102的控制；燃料子系统管理器504，用于控制燃料403从燃料子系统406向ATO 404的传送，以便混合成生产过程给料流411，送至ATR 402；水子系统管理器506，用于控制水407从水子系统408向ATO 404的传送，以便混合成生产过程给料流411，送至ATR 402；空气子系统管理器508，用于控制空气409从空气子系统410向ATO 406的传送，以便混合成生产过程给料流411，送至ATR 402；ATO子系统管理器510，用于控制水407的蒸气、燃料403、和空气409的混合，产生生产过程给料流411，送至ATR 402，以便重整；ATR子系统管理器512，用于控制ATR 402中的氧化还原反应，该ATR 402把输入燃料处理器102的燃料403，重整为供燃料电池104使用的重整产品405；和热力子系统管理器514，通过热力子系统412，控制ATR 402和ATO 404工作中的温度。
因此，每一子系统管理器504-514，在主控制管理器502的指挥下，控制燃料处理器102各个物理子系统402-414的工作。
图示实施例实施图6中的工作循环600，图6表示子系统管理器504-514的工作状态和在工作状态之间的转移。这里指出，工作循环600除包括图3所示工作循环300的那些状态外，还包括工作状态。在本具体实施例中，子系统管理器504-514的每一个，通过八个不同状态转移，但在每一工作循环中，不都通过所有八个不同状态，这些状态有“断路”状态302；“管理器校验”状态304，在该状态中，子系统管理器504-514校验它们各自物理子系统402-412的工作准备；“手工操作”状态606，在该状态中，操作员能指挥整个系统的工作；“预热”状态308，在该状态中，把加热单元和燃料处理器102的流体，预热或预冷到它们正常工作指定的级别；“起动”状态310，在该状态中，燃料处理器102在起动条件下开始工作；“运行”状态312，在该状态中，燃料处理器102在稳态条件下工作；“关闭”状态314，在该状态中，整个系统的物理子系统402-412把它们的工作关闭到工作循环计划的终端；和“紧急关闭”状态616，在该状态中，响应一个或多个物理子系统中紧急条件的出现或检测，关闭物理子系统402-412。
虽然子系统管理器504-514的每一个，通过同样八个不同状态转移，但指配给子系统管理器504-514每一个的任务，从它们各自的物理子系统402-412的要求来看，将是唯一的。例如，燃料子系统管理器504在运行状态312中执行的任务，与ATR子系统管理器512在运行状态中执行的任务不同，给出燃料子系统406和ATR 402的工作和功能中的差别，燃料子系统406和ATR 402两者在图4画出。
现在参考图6，断路状态602能够从自动控制系统106初始化(如向自动控制系统106供电)、或从关闭状态314、或从紧急关闭状态616到达。燃料处理器102的ATR 402仍旧保持在断路状态602中，直到它接收用户的输入，或指令它向前移动离开断路状态602为止。该分层体系结构的流程指示，在从一种工作状态转移到下一个工作状态前，必须满足某些条件的陈述。在本例中，断路状态602与管理器校验状态604之间的条件，应当由外部连接至反应器(未画出)的硬布线开关(也未画出)触发，或从初始化开始的软件触发。
离开断路状态602，子系统管理器504-514可以把它们各自的物理子系统402-412，要么转移进入管理器校验状态604，要么进入手工操作状态606。从手工操作状态606，子系统管理器504-514只能把它们各自的物理子系统402-412，要么转移至关闭状态614，要么转移至紧急关闭状态616。从管理器校验状态604，系统管理器504-514可以把它们各自的物理子系统402-412，通过预热状态608、起动状态610、和运行状态612转移。子系统管理器504-514能够把它们各自的物理子系统402-412，从任何其他工作状态，或者转移进入关闭状态614，或者进入紧急关闭状态616。
现在参考图5和图6，操作员在通电时或使系统初始化时，即离开断路状态302时，可以选择是否进入手工操作状态606。如果操作员不选择手工操作状态606，则主控制管理器502担任控制。在手工操作状态606中，操作员可以选择工作负载量一定的百分比，系统逐渐升至指定级别的设定点，但仍然施行控制逻辑。就是说，子系统管理器504-514依旧如上所述，通过主控制管理器500彼此合作。
现在假定操作员不承担手工操作控制，主控制管理器502向每一子系统管理器504-514发送信号，令它们各自的物理子系统402-412转移至管理器校验状态304。于是，每一子系统管理器504-514把它们各自的物理子系统402-412，转移至管理器校验状态304。然后，子系统管理器504-514实施它们与管理器校验状态304有关的相应任务。离开管理器校验状态304的条件，包括，但不限于确保合适的生产过程煤气的传送压力，使空气鼓风机(未画出)继续旋转并显示流动，和加热器(也未画出)能产生逐渐增长的热量增加。在管理器校验状态304中，子系统管理器504-514通过主控制管理器502，向适当的子系统管理器504-514发出请求，请求平衡燃料处理器102的工作，以便满足指定的条件。管理器校验状态304与预热状态308之间的条件，是证实管理器校验状态304中设置的每一条件已被满足。
如果不满足管理器校验条件，图6所示的工作循环600移至关闭状态314，然后返回断路状态302。相反，当示于图5的各个子系统管理器504-514，已经完成它们与管理器校验状态304有关的任务时，它们把该事实以信号发送至主控制管理器502。主控制管理器502等待，直到所有子系统管理器504-514已经发送信号，表明它们已经完成，然后，主控制管理器502发出信号，令子系统管理器504-514把它们各自的物理子系统402-412，转移至预热状态308。
仍然参考图6，预热状态308的开始，是使图4所示氧化室404点火，并用该微弱燃烧的反应中产生的热，预热即将馈送进ATR的煤气。预热状态308开始氧化室404中点火的系列事件，并在反应一旦稳定时，前进至起动状态310的条件即被满足。如果不满足该点火条件，工作循环600移至关闭状态314，然后返回断路状态302。否则，当示于图5的各个子系统管理器504-514，已经完成它们与包括氧化室404点火的预热状态308有关的任务时，它们把该事实以信号发送至主控制管理器502。主控制管理器502等待，直到所有子系统管理器504-514已经发送信号，表明它们已经完成，然后，主控制管理器502发出信号，令子系统管理器504-514把它们各自的物理子系统402-412，转移至起动状态310。
图6所示的工作顺序中的第四状态，是起动状态310。起动状态310可以描述成开始使燃料子系统406的燃料403(如天然气)，通过图4所示氧化室404预热段(未画出)流动的状态。之后，利用该燃料403通过ATR 402来传递热量，并使该燃料403返回氧化室404，以便保持它的温度和内部反应。氧化室404从引导燃料403(如天然气)馈送至已预热的、从ATR 402返回的废气，变换到为自身反应加注燃料。一旦ATR 402的重整装置段(未画出)到达点火温度，从空气子系统410来的空气409，也通过氧化室404的预热段馈送，然后进入ATR 402。
空气409与燃料403混合，然后送至重整装置的表面，在该表面，混合的空气409与燃料403使重整装置“点火”。在ATR 402该段中由于反应产生的热，通过整个反应器，从而使其余反应器的床(也未画出)“温热起来”。一旦反应器床达到需要的温度，水子系统408的水407与反应物空气409及燃料403混合，并被送至ATR 402的重整装置。该过程导致在ATR 402内各种百分比含量的氢基重整产品405的产生，然后送回氧化室404，继续发挥预热功能。
如果不满足起动条件，或触发有效的诊断，图6所示工作循环600移至关闭状态314，然后回到断路状态302。但是，一旦重整产品达到可认为燃料电池质量的稳定成分，则满足前进至运行状态312的条件。图5所示各个子系统管理器504-514，已经完成它们与起动状态310有关的任务，它们把该事实以信号发送至主控制管理器502。主控制管理器502等待，直到所有子系统管理器504-514已经发送信号，表明它们已经完成，然后，主控制管理器502发出信号，令子系统管理器504-514转移至运行状态312。
仍然参考图6，运行状态312是工作顺序中的第五状态。运行状态可以描述成开始使重整产品流，逐渐经图4所示氧化室404，转变为被推荐的重整产品给料源的状态。从超化学计量或流向给料位置的任何废气，再次返回氧化室404，以维持预热功能。在重整产品到给料源的物相转变过程中，可能要求向氧化室404补充燃料。在本状态中，可以认为反应器是在工作或“正在运行”。
因此，状态转移的一般过程，随图5所示子系统管理器504-514把各自物理子系统402-412通过图6所示相应状态的转移而重复，即转移、执行状态及子系统特有的任务、发出完成信号、从主控制系统502等待转移的信号。这里指出，只有当主控制管理器502发出信号，令子系统管理器504-514把各自的物理子系统402-412转移到下一个状态时，子系统管理器504-514才这样做。还要指出，只有当所有子系统管理器504-514已经准备就绪时，主控制系统502才发出这样的信号。因此，子系统管理器504-514以同步方式，在主控制系统502指挥下，通过它们的状态而转移。
现在，更详细地说明燃料处理器102在控制系统500控制下的工作。下面的讨论参照本发明画在如下各图的各种单元·图4，即燃料处理器102的子系统402-412；·图5，即用于自动控制系统106分层体系控制系统500中，以软件实施的管理器502-514；和·图6，即工作状态302-314、606、和616，子系统406-412要通过这些状态转移。
此外，讨论还将参照图7、图8A-图8E、图9A-图9E、图10A-图10E、图11A-图1E、和图13A-图13E所举出被选择的事件，这些事件在图示实施例各种工作状态302-314、606、和616中出现。
现在参考图7(在700)，在断路状态302(示于图6)中，所有仪表(没有逐个画出)都在它们的失效保险位置(在702)。图2A、图2B画出的显示器240，显示来自先前运行的消息，表明关闭该运行(在702)的原因。电源也被从主单元的电源继电器(未画出)断开(在702)。如果燃料处理器102的阀系和开关(没有逐个画出)已适当设定(在704)，则自动控制系统106使START(起动)按钮起作用(在706)，该按钮没有画出，但它可以是图2A、图2B所示键盘250的一部分。用户接口245还包括MANUAL(手工操作)按钮，该按钮没有画出，但它可以是键盘250的一部分。如果选择起动按钮(在708)，那么燃料处理器102(在710)以“自动”模式开始工作，使显示器240上的消息复位，并使自动控制系统106的关闭诊断能力生效。如果选择START(起动)按钮和MANUAL(手工操作)按钮两者(在712)，那么燃料处理器102以“手工操作”模式开始工作(在714)，使显示器240上的消息复位，并使自动控制系统106的关闭诊断能力生效。这里指出，即使在手工操作模式，关闭诊断能力仍然是自动的(在714)。
因此，在通电或复位时，燃料处理器102和控制系统500，如图6所示，从第一状态即断路状态302开始转移，要么到达管理器校验状态304，要么到达手工操作状态606，取决于操作员的选择。再次假定操作员不承担手工操作控制，则主控制管理器502向子系统管理器504-514发出信号，令它们各自的物理子系统402-412转移至管理器校验状态304，在该管理器校验状态304中，子系统管理器504-514校验它们各自物理子系统的工作准备。物理子系统402-412的每一个，在管理器校验状态304中执行不同的任务。这些任务在图8A-图8G中画出。
图8A(在800)画出在管理器校验状态304中为氧化室404选择的事件。随着燃料处理器102从断路状态302转移到管理器校验状态304，ATO子系统管理器510开始(在802)氧化室404中所有仪表的管理器校验。然后(在804)，ATO子系统管理器510通过主控制管理器502，从空气子系统508请求空气流，测量ATO入口(未画出)温度，测试ATO加热器(也未画出)，以证实它能充分加热该入口温度。如果ATO加热器能使入口温度上升(在806)，那么(在808)ATO子系统管理器510关断ATO加热器并请求中断空气流。然后，氧化室404作好准备(在810)，准备转移到预热状态308。如果ATO加热器不能使入口温度充分上升(在806)，那么ATO子系统管理器510(在812)向主控制管理器502报告关于ATO加热器的仪表问题。
ATR 402管理器校验状态304的活动，画在图8B。随着燃料处理器102从断路状态302转移到管理器校验状态304(在814)，ATR子系统管理器512开始(在816)ATR 402中所有仪表的管理器校验。ATR子系统管理器512(在818)测量ATR入口(未画出)温度，并证实ATR面加热器(未画出)能够被加热。应当指出，转换加热器(未画出)是不校验的，因为没有天然气流，而没有流动煤气时加热该转换的催化剂，不会引起破坏。如果ATR入口温度能够上升(在820)，那么ATR子系统管理器512断开ATR面加热器，并准备(在810)转移到预热状态308。如果ATR入口温度不能上升(在820)，那么ATR子系统管理器512向主控制管理器502报告(在824)关于ATR面加热器的仪表问题。
现在参考图8C，随着燃料处理器102从断路状态302转移到管理器校验状态304(在826)，空气子系统管理器508开始(在828)空气子系统410中所有仪表的管理器校验。空气子系统管理器508(在830)保证所有空气阀(未画出)已闭合，并按小于全部能力起动空气压缩机(未画出)。如果在气柜(未画出)中的压力过压(在832)，那么空气子系统管理器508向氧化室404部分打开(在834)空气阀(未画出)。如果流向氧化室404的空气过压(在836)，那么空气子系统管理器508(在838)关断压缩机，并闭合通向早先打开的ATO阀的空气409。然后，空气子系统410准备(在810)转移至预热状态308。但是，如果流向氧化室404的空气流没有过压(在836)，空气子系统管理器508(在840)向主控制管理器502报告关于通向ATO阀及流量计的空气的仪表问题。类似地，如果气柜的压力没有过压(在832)，则空气子系统管理器508(在842)向主控制管理器502报告关于通向压缩机的空气的仪表问题。
图8D画出(在844)燃料子系统406在管理器校验状态304中的活动。随着燃料处理器102从断路状态302转移到管理器校验状态304(在844)，燃料子系统管理器406开始(在846)燃料子系统406中所有仪表的管理器校验。然后，燃料子系统管理器406(在848)打开通向天然气管线(未画出)的手工操作供应阀(也未画出)，燃料403是通过该阀接受的。如果天然气管线上的压力适当(在850)，于是燃料子系统406准备(在810)转移至预热状态308。如果天然气管线上的压力不适当(在850)，则燃料子系统管理器504(在852)向主控制管理器502报告关于天然气供应电磁阀的仪表问题。
水子系统408在管理器校验状态304中的活动，画在图8E。随着燃料处理器102从断路状态302转移到管理器校验状态304(在854)，水子系统管理器506开始(在856)水子系统408中所有仪表的管理器校验。如果在保持水407的桶(未画出)中，低水位开关(未画出)指出(在858)桶不空，水子系统管理器506接通(在860)水泵(未画出)。如果水流出(在862)，水子系统管理器506关断水泵(在864)，同时水子系统408准备转移至预热状态(在810)。如果当水泵被接通时(在860)，水407没有流出(在862)，水子系统管理器506(在866)向主控制管理器502报告水泵的仪表问题。如果水桶是空的(在858)，则水子系统管理器506(在868)向主控制管理器502报告桶是空的，并请求自动注水。
现在参考图8F，随着燃料处理器102从断路状态302转移到管理器校验状态304(在870)，热力子系统管理器514开始(在872)热力子系统412中所有仪表的管理器校验。如果在保持水407的桶(未画出)中，低水位开关(未画出)指出(在874)桶不空，热力子系统管理器514接通(在876)水泵(未画出)，并打开(在876)冷却阀(也未画出)。如果水流出(在878)，热力子系统管理器514关断水泵(在864)，闭合冷却阀(在864)，同时热力子系统管理器514准备转移至预热状态(在810)。如果当水泵被接通时(在876)，水407没有流出(在878)，热力子系统管理器514(在882)向主控制管理器502报告水泵的仪表问题。如果水桶是空的(在874)，则水子系统管理器506(在884)向主控制管理器502报告桶是空的，并请求自动注水。
一旦各子系统管理器504-514向主控制管理器502发出信号(在810)，表明它们各自的物理子系统402-412已经通过管理器校验，主控制管理器502发出信号，令子系统管理器504-514转移至预热状态308。在预热状态308，加热单元和各个物理子系统的液体被预热或预冷到它们正常工作指定的级别。但是，如果子系统管理器504-514向主控制管理器502报告管理器校验状态中的差错(在图8A中是812；在图8B中是824；在图8C中是840、842；在图8D中是852；在图8E中是866；在图8F中是882)，则如上面所讨论的，主控制管理器502发出信号，令子系统管理器504-514把它们各自的物理子系统402-412转移至关闭状态314和断路状态302，给出问题的适当诊断通知。
预热状态308选择的活动，在图9A-9E中分别对氧化室404、ATR 402、空气子系统408、和热力子系统412画出。如在更早时说明的，预热状态308的主要功能，是把从氧化室404馈送进ATR 402的煤气预热。从本公开内容得益的本领域熟练人员显然知道，燃料处理器102不能简单地投入生产。例如，氧化室404不能开始预热原料，直到它有燃料403、水407、和空气409可以预热。同样，ATR 402不能开始重整预热的原料(图4中没有数字的箭头表示该组合的给料)，直到ATR 402已经从氧化室404接受足够的原料。为实现该目的，空气子系统410、燃料子系统406、水子系统408、和热力子系统412，向氧化室404和ATR 402提供空气409(图9C中的910)、燃料403(图9B中的928)、水407(图9D中的912)、和热力控制(图9E中的914)。
在转移进入预热状态后(图9A中的920)，氧化室404开始点火(图9A中的922)。“点火”实质上是指一种条件，在该条件下，氧化室404出现给定温度下催化剂与燃料403和空气409的持续反应。这种反应通常涉及加热催化剂(未画出)和使空气409通过氧化室404反应器(也未画出)流动。一旦催化剂开始反应和氧化室404反应器稳定下来(图9A中的924)，燃料403逐渐移向ATR 402(图9A中的926)。ATR 402使用燃料403吹洗(图9A中的928)它的反应器。当氧化室404的点火结束(图9A中的930)后，氧化室404按其他子系统402、406-412的请求，提供生产过程给料流411(即水407、空气409、和燃料混合物)。如果氧化室404点火过程开始而没有结束，或结束得太慢，则导致关闭。
一旦所有子系统管理器504-514发出信号，表明它们各自的物理子系统402-412已经完成预热任务，主控制管理器502发出信号，令它们转移至起动状态310，在起动状态中，燃料处理器102开始在起动条件下工作。起动状态310的活动示于图10A-图10E。空气子系统410、水子系统408、和热力子系统412，继续向氧化室404和ATR 402提供空气409(图10C中的1010)、水407(图10D中的1012)、和热力控制(图10E中的1014)。在ATR 402维持它的加热器、冷却、和燃料流(图10B中的1022)时，氧化室404开始准备和提供生产过程给料流411(图10A中的1020)，直到两者都到达稳态的工作条件。
更具体地说，起动状态310的开始，是使天然气或其他燃料403流动，通过氧化室404的预热段(未画出)。然后，利用该煤气通过ATR 402的重整装置传递热量，并把该煤气送回氧化室404，以维持它的温度和内部反应。氧化室404开始转移，不再把天然气馈送至已预热的、从ATR 404返回的废气。一旦ATR 404的反应器段到达点火温度，还要把空气409通过预热馈送，然后送进反应器。空气与燃料混合，然后送至ATR的表面，在该表面，混合的空气与燃料使ATR404的重整装置“点火”。在ATR 404该段中产生的热，通过ATR 404其余部分，使剩余的反应器床(未画出)“温热起来”。一旦反应器床达到指定的温度，水407与反应物空气409及燃料403混合，并被送至ATR。该过程导致在反应器内各种百分比含量的氢基重整产品的产生，然后送回氧化室404，继续发挥预热功能。一旦重整产品，即重整产品405达到被认为是燃料电池质量的稳定成分，则满足前进至运行状态312的条件。
一旦所有子系统管理器504-514发出信号，表明它们各自的物理子系统402-412已经达到稳态工作条件，主控制管理器502发出信号，令它们转移至运行状态312。运行状态312的活动，在图11A-图11E画出。在运行状态312中，燃料处理器102在稳态条件下工作。燃料处理器102的全部功能，如图4所示，在于重整燃料403，供燃料电池104使用。因此，燃料处理器102的工作，围绕ATR 402的工作，和从燃料子系统406、水子系统408、和空气子系统410，把燃料403、空气409、及水407(全部示于图4)，送至ATR 402的工作为中心。空气子系统410、水子系统408、和热力子系统412，继续向氧化室404和ATR 402提供空气409(图11C中的1110)、水407(图11D中的1112)、和热力控制(图11E中的1114)。在ATR 402把生产过程给料流411重整(图11B中的1122)为重整产品405时，氧化室404根据请求，向ATR 402提供(图11A中的1120)生产过程给料流411。
工作时，ATR 404的处理器反应器(未画出)，把生产过程给料流411重整为氢，或富氢的煤气流，和排出物副产品，如水。图示实施例中的生产过程给料流411，运输来自图4所示氧化室404的燃料、空气、和水混合物。图12画出一般的生产过程流程图，表明本发明实施例中包括的生产过程步骤。下面结合图12的说明，摘自美国专利申请10/006,963，标题为“Compact Fuel Processor for Producing aHydrogen Rich Gas”，以发明人Curtis L.Krause等人的名义于2001年12月5日申请，并在2002年7月18日公开(公开No.US2002/009410A1)。
燃料处理器102的生产过程给料流411，如上所述，是包括碳氢化合物燃料、氧、和水的混合物。氧可以按空气、富氧的空气、或基本上是纯氧的形式。水可以作为液体或蒸气引入。给料成分的组成百分比，由需要的操作条件确定，下面还要讨论。按照本发明的燃料处理器的排出物流，包括氢和二氧化碳，并还能包括一些水、未转化的碳氢化合物、一氧化碳、杂质(如硫化氢和氨)、和嵌入的组分(如氮和氩，特别是在用空气作为给料流组分的情形)。
处理步骤A是自供热重整处理，在一个具体实施例中，其中进行两种反应，即部分氧化(下面的方程式I)和可选的蒸气重整(下面的方程式II)，把给料流411转化为包含氢和一氧化碳的合成煤气。下面的方程式I和II是示例性反应方程式，其中考虑的碳氢化合物是甲烷(I)
(II)处理器反应器从图4所示氧化室404接受生产过程给料流411。在生产过程给料流411中更高的氧浓度，有利于部分氧化，而更高的水蒸气浓度，有利于蒸气重整。因此，氧对碳氢化合物和水对碳氢化合物的比值，是表征影响工作温度和氢产量的参数。
自供热重整步骤A的工作温度，可以在约550℃到约900℃的范围，取决于给料条件和催化剂。这些比值、温度、和给料条件，是受本发明控制系统控制的参数的所有例子。图示实施例在重整装置中，使用部分氧化催化剂的催化剂床，用或不用蒸气重整催化剂。
处理步骤B是冷却步骤，用于把来自步骤A的合成煤气流，冷却到温度从约200℃至600℃，最好是从约375℃至425℃，以便为步骤C(下面还要讨论)的合成煤气排出物温度作好准备。这一冷却方法可以用散热片、热管、或热交换器实现，取决于设计的指标，和使用任何适当类型冷却剂来回收/再利用煤气流热量的需要。例如，处理步骤B的冷却剂，可以是热力子系统412的冷却剂413。
处理步骤C是提纯步骤，并采用氧化锌(ZnO)作硫化氢吸收剂。碳氢化合物流的主要杂质之一是硫，它被自供热重整步骤A转化为硫化氢。处理步骤C使用的处理中心部分，最好包括氧化锌和/或其他能吸收并转化硫化氢的材料，也可以包括支承(如整块石料、压出型材、颗粒材料，等等)。去硫是按照下面的反应方程式III，把硫化氢转化为水实现的(III)该反应最好在从约300℃至500℃的温度上完成，从约375℃至425℃的温度上完成更好。
仍然参考图12，排出物流之后被送至混合步骤D，在混合步骤中，从水子系统408接受的水407，可供选择地加到煤气流中，水子系统408和水407两者都在图4中画出。水的添加，随着水的蒸发和为处理步骤E(下面讨论)的水煤气转换反应供给更多的水，使反应物流的温度降低。水蒸气和其他排出物流的组分，在通过嵌入材料中心部分时被混合，这些嵌入材料如陶瓷珠或其他高效混合和/或帮助水蒸发的类似的材料。另外，任何增加的水可以与给料一起引入，而混合步骤可以反复进行，以便在CO氧化步骤G(下面讨论)中，使氧化剂煤气有更好的混合。该温度同样由本发明的控制系统控制。
处理步骤E是水煤气转换反应，该反应按照方程式IV把一氧化碳转化为二氧化碳(IV)一氧化碳的浓度最好低于燃料电池能够忍受的浓度，通常在50ppm以下。一般说，水煤气转换反应可以在从150℃到600℃的温度发生，取决于使用的催化剂。在这种条件下，煤气流中大部分一氧化碳在该步骤中被转化。该温度和浓度是本发明控制系统控制的更多的参数。
再回到图12，处理步骤F是冷却步骤。处理步骤F降低煤气流的温度，以产生最好在约90℃到约150℃温度范围的排出物。在步骤F的处理中，还添加来自空气子系统(未画出)的氧。氧被下面说明的处理步骤G的反应消耗。
处理步骤G是氧化步骤，其中，在排出物流中，几乎所有剩余的一氧化碳，都转化为二氧化碳。处理是在有催化剂使一氧化碳氧化情形下完成的。处理步骤G中有两种反应需要的一氧化碳氧化(方程式V)和不需要的氢氧化(方程式VI)，列举于后(V)(VI)低温有利于优先的一氧化碳氧化。因为两种反应都产生热，可供选择地包括冷却单元，如在处理过程中放置冷却螺旋管，是有利的。处理过程的工作温度最好保持在约90℃到约150℃的范围。处理步骤G把一氧化碳的浓度降低到最好小与50ppm，这是适合燃料电池使用的浓度。
离开燃料处理器的重整产品405，是包含二氧化碳和可能存在的其他组分的富氢煤气，其他组分如水、嵌入的组分(如氮、氩)、剩余的碳氢化合物等等。生产的煤气可以用作燃料电池的给料，或用作其他需要富氢给料流的应用的给料。生产的煤气可选择地转送进一步处理，例如去除二氧化碳、水、或其他组分。
最后，工作循环结束。如果结束是计划之内的，那么，主控制管理器502在适当的时间，向全部在图5中画出的子系统管理器504-514发出信号，令它们各自的物理子系统402-412转移到关闭状态314，这些物理子系统示于图4。如上所述，子系统管理器504-514通过它们在图6所示的诊断模块610，监控它们各自物理子系统差错条件的出现。一些差错条件准许关闭燃料处理器102的工作。如果检测到该种“关闭”的差错条件，检测它的子系统管理器504-514，通过示于图5的诊断模块610和诊断层520，向主控制管理器502报告该差错。然后，主控制模块502向子系统管理器504-514发出转移到紧急关闭状态616的信号。
但是，在关闭状态310的一种标准关闭中，氧化室404和ATR 402反应器(未画出)，一般说来要吹洗和冷却。在转移至关闭状态310时，空气子系统410、水子系统408、和热力子系统412在向氧化室404和ATR 402供应空气409(图13C中的1310)、水407(图13D中的1312)、和热力控制(图13E中的1314)。在图示实施例中，ATR 402首先被吹洗和关闭，接着是氧化室404。
要关闭和吹洗ATR 402，空气子系统410终止送至ATR 402反应器的空气409流(图13C中的1320)，接着是水子系统408终止送至ATR 402反应器的水407流(图13D中的1322)。然后，在ATR402反应器以燃料406吹洗(图13B中的1324)时，燃料子系统406继续提供燃料406流(未画出)。然后，热力子系统管理器514接通(图13E中的1326)冷却螺线管(未画出)，冷却ATR 402中各个部件，包括反应器。应使这些部件冷却到室温(图13B中的1328)，随后，热力子系统管理器514关断(图13E中的1330)冷却螺线管。
要关闭和吹洗氧化室404，燃料子系统406终止送至氧化室404反应器的燃料403流，随后，以空气子系统410的空气409吹洗(图13A中的1332)氧化室404的反应器。吹洗氧化室404的反应器，直到它达到预定的温度，这与ATR 402反应器相反，ATR 402反应器是容积吹洗。在氧化室404反应器吹洗中采取这种办法，是因为装入床中不同部分催化剂的差别，可以比别的部分更有活性。在图示实施例中，吹洗氧化室404反应器，使之到达室温。一旦吹洗了氧化室404反应器，空气子系统410终止(图13C中的1334)向氧化室404的空气供应，并关闭(图13C中的1336)空气子系统410的部件(如压缩机)。水子系统408(图13C中的1338)、燃料子系统406、和热力子系统412(图13C中的1340)也关闭水子系统408、燃料子系统406、和热力子系统412的部件。
因此，本发明把图1所示燃料处理器102的工作循环300分为多个工作状态，即断路状态302、管理器校验状态304、预热状态308、起动状态310、运行状态312、和关闭状态314，这些状态全部示于图3。附加的工作状态，如图6所示的手工操作状态606和紧急关闭状态616，也可以采用。在图示实施例中，工作循环300是受自动控制器106控制的软件。可以使用该燃料处理器102例如向燃料电池104提供重整产品108。在这样的一个实施例中，燃料处理器102和燃料电池104可以整体组装在发电厂中。但是，任何需要富氢煤气流的终端，也可以采用燃料处理器102。
上面公开的具体实施例是演示性的，因为从本文的教导得益的本领域熟练人员显然明白，本发明可以修改和按不同的但等价的方式实施。再者，本文出示的结构或设计细节，除下面权利要求书说明外，不受限制。因此显然，上面公开的具体实施例可以改变或修改，且所有这些变化都被认为在本发明的范围和精神之内。所以，本文寻求的保护，在下面权利要求书中阐明。
权利要求
1.一种能重整燃料的燃料处理器的工作循环，该工作循环包括断路状态；从断路状态进入的管理器校验状态，在该管理器校验状态中，校验燃料处理器的工作准备；从管理器校验状态进入的预热状态，在该预热状态中，燃料处理器把包含燃料的煤气预热，以便混合成生产过程给料流；从预热状态进入的起动状态，在该起动状态中，燃料处理器在起动条件下开始工作；从起动状态进入的运行状态，在该运行状态中，燃料处理器在稳态条件下，把生产过程给料流，重整为重整产品；和从管理器校验状态、预热状态、起动状态、及运行状态任一状态进入的关闭状态。
2.按照权利要求1的工作循环，还包括至少如下状态之一从断路状态进入的手工操作状态，操作员能够指挥整个系统的工作进入该手工操作状态；和从管理器校验状态、起动状态、和运行状态任一状态进入的紧急关闭状态。
3.按照权利要求1的工作循环，其中的断路状态，包括至少如下功能中的两种显示指示先前工作循环关闭原因的消息；允许工作循环开始；转移至管理器校验状态；和转移至手工操作状态。
4.按照权利要求1的工作循环，其中的断路状态，包括至少如下功能中的两种显示指示先前工作循环关闭原因的消息；允许工作循环开始；和转移至管理器校验状态。
5.按照权利要求1的工作循环，其中的管理器校验状态包括校验燃料处理器构成单元的工作准备；转移至预热状态。
6.按照权利要求1的工作循环，其中的管理器校验状态包括校验燃料处理器构成单元的工作准备；报告校验时检测到的差错；和如果检测到差错，转移至关闭状态。
7.按照权利要求1的工作循环，其中的预热状态包括向氧化室提供空气、水、和燃料；使氧化室点火；和吹洗重整装置的反应器。
8.按照权利要求7的工作循环，其中的预热状态还包括向起动状态的转移。
9.按照权利要求7的工作循环，其中的预热状态还包括检测提供空气、水、和燃料中的差错，或检测使氧化室点火中的差错，或检测吹洗反应器中的差错；和转移至关闭状态。
10.按照权利要求1的工作循环，其中的起动状态包括逐渐增加生产过程给料流的产量；和随着生产过程给料流产量的建立，重整该生产过程给料流。
11.按照权利要求1的工作循环，其中的起动状态还包括向运行状态的转移。
12.按照权利要求10的工作循环，其中的起动状态还包括检测逐渐增加生产过程给料流产量中的差错，或检测重整生产过程给料流中的差错；和转移至关闭状态。
13.按照权利要求1的工作循环，其中的运行状态包括产生生产过程给料流；重整该生产过程给料流；和转移至关闭状态。
14.按照权利要求13的工作循环，其中的运行状态还包括，在转移至关闭状态之前，检测产生生产过程给料流中的差错，或检测重整生产过程给料流中的差错。
15.按照权利要求1的工作循环，其中的关闭状态包括吹洗氧化室和重整装置；和冷却已吹洗的氧化室和重整装置。
16.一种燃料处理器，包括燃料源、空气源、和水源；氧化室，该氧化室接受燃料、空气、和水，并产生生产过程给料流；重整装置，把生产过程给料流重整成富氢煤气；和自动控制系统，指挥燃料源、空气源、和水源的产生，生产过程给料流的产生，和通过工作循环，重整该生产过程给料流，该工作循环包括断路状态；从断路状态进入的管理器校验状态，在该管理器校验状态中，校验燃料处理器的工作准备；从管理器校验状态进入的预热状态，在该预热状态中，燃料处理器把包含燃料的煤气预热，以便混合成生产过程给料流；从预热状态进入的起动状态，在该起动状态中，燃料处理器在起动条件下开始工作；从起动状态进入的运行状态，在该运行状态中，燃料处理器在稳态条件下，把生产过程给料流，重整为重整产品；和从管理器校验状态、预热状态、起动状态、及运行状态任一状态进入的关闭状态。
17.按照权利要求16的燃料处理器，其中的工作循环，还包括至少如下状态之一从断路状态进入的手工操作状态，操作员能够指挥整个系统的工作进入该手工操作状态；和从管理器校验状态、起动状态、和运行状态任一状态进入的紧急关闭状态。
18.按照权利要求16的燃料处理器，其中的断路状态，包括至少如下功能中的两种显示指示先前工作循环关闭原因的消息；允许工作循环开始；转移至管理器校验状态；和转移至手工操作状态。
19.按照权利要求16的燃料处理器，其中的断路状态，包括至少如下功能中的两种显示指示先前工作循环关闭原因的消息；允许工作循环开始；和转移至管理器校验状态。
20.按照权利要求16的燃料处理器，其中的管理器校验状态包括校验燃料处理器构成单元的工作准备；转移至预热状态。
21.按照权利要求16的燃料处理器，其中的管理器校验状态包括校验燃料处理器构成单元的工作准备；报告校验时检测到的差错；和如果检测到差错，转移至关闭状态。
22.按照权利要求16的燃料处理器，其中的预热状态包括向氧化室提供空气、水、和燃料；使氧化室点火；和吹洗重整装置的反应器。
23.按照权利要求22的燃料处理器，其中的预热状态还包括向起动状态的转移。
24.按照权利要求22的燃料处理器，其中的预热状态还包括检测提供空气、水、和燃料中的差错，或检测使氧化室点火中的差错，或检测吹洗反应器中的差错；和转移至关闭状态。
25.按照权利要求16的燃料处理器，其中的起动状态包括逐渐增加生产过程给料流的产量；和随着生产过程给料流产量的建立，重整该生产过程给料流.
26.按照权利要求16的燃料处理器，其中的起动状态还包括向运行状态的转移。
27.按照权利要求25的燃料处理器，其中的起动状态还包括检测逐渐增加生产过程给料流产量中的差错，或检测重整生产过程给料流中的差错；和转移至关闭状态。
28.按照权利要求16的燃料处理器，其中的运行状态包括产生生产过程给料流；重整该生产过程给料流；和转移至关闭状态。
29.按照权利要求28的燃料处理器，其中的运行状态还包括，在转移至关闭状态之前，检测产生生产过程给料流中的差错，或检测重整生产过程给料流中的差错。
30.按照权利要求16的燃料处理器，其中的关闭状态包括吹洗氧化室和重整装置；和冷却已吹洗的氧化室和重整装置。
31.按照权利要求16的燃料处理器，其中的燃料源、空气源、和水源包括燃料子系统；空气子系统；和水子系统。
32.按照权利要求16的燃料处理器，其中的氧化室包括阳极尾气氧化室。
33.按照权利要求16的燃料处理器，其中的重整装置，是自供热重整装置。
34.一种发电厂，包括燃料处理器，包括燃料源、空气源、和水源；氧化室，接受燃料、空气、和水，并产生生产过程给料流；重整装置，把生产过程给料流重整成富氢煤气；和自动控制系统，指挥燃料源、空气源、和水源的产生，生产过程给料流的产生，和通过工作循环，重整该生产过程给料流，该工作循环包括断路状态；从断路状态进入的管理器校验状态，在该管理器校验状态中，校验燃料处理器的工作准备；从管理器校验状态进入的预热状态，在该预热状态中，燃料处理器把包含燃料的煤气预热，以便混合成生产过程给料流；从预热状态进入的起动状态，在该起动状态中，燃料处理器在起动条件下开始工作；从起动状态进入的运行状态，在该运行状态中，燃料处理器在稳态条件下，把生产过程给料流，重整成重整产品；和从管理器校验状态、预热状态、起动状态、及运行状态任一状态进入的关闭状态；和接受富氢煤气的燃料电池。
35.按照权利要求34的发电厂，其中的工作循环还包括至少如下状态之一从断路状态进入的手工操作状态，操作员能够指挥整个系统的工作进入该手工操作状态；和从管理器校验状态、起动状态、和运行状态任一状态进入的紧急关闭状态。
36.按照权利要求34的发电厂，其中的断路状态，包括至少如下功能中的两种显示指示先前工作循环关闭原因的消息；允许工作循环开始；转移至管理器校验状态；和转移至手工操作状态。
37.按照权利要求34的发电厂，其中的断路状态，包括至少如下功能中的两种显示指示先前工作循环关闭原因的消息；允许工作循环开始；和转移至管理器校验状态。
38.按照权利要求34的发电厂，其中的管理器校验状态包括校验燃料处理器构成单元的工作准备；转移至预热状态。
39.按照权利要求34的发电厂，其中的管理器校验状态包括校验燃料处理器构成单元的工作准备；报告校验时检测到的差错；和如果检测到差错，转移至关闭状态。
40.按照权利要求34的发电厂，其中的预热状态包括向氧化室提供空气、水、和燃料；使氧化室点火；和吹洗重整装置的反应器。
41.按照权利要求40的发电厂，其中的预热状态还包括向起动状态的转移。
42.按照权利要求40的发电厂，其中的预热状态还包括检测提供空气、水、和燃料中的差错，或检测使氧化室点火中的差错，或检测吹洗反应器中的差错；和转移至关闭状态。
43.按照权利要求34的发电厂，其中的起动状态包括逐渐增加生产过程给料流的产量；和随着生产过程给料流产量的建立，重整该生产过程给料流。
44.按照权利要求34的发电厂，其中的起动状态还包括向运行状态的转移。
45.按照权利要求43的发电厂，其中的起动状态还包括检测逐渐增加生产过程给料流产量中的差错，或检测重整生产过程给料流中的差错；和转移至关闭状态。
46.按照权利要求34的发电厂，其中的运行状态包括产生生产过程给料流；重整该生产过程给料流；和转移至关闭状态。
47.按照权利要求46的发电厂，其中的运行状态还包括，在转移至关闭状态之前，检测产生生产过程给料流中的差错，或检测重整生产过程给料流中的差错。
48.按照权利要求34的发电厂，其中的关闭状态包括吹洗氧化室和重整装置；和冷却已吹洗的氧化室和重整装置。
49.按照权利要求34的发电厂，其中的燃料源、空气源、和水源包括燃料子系统；空气子系统；和水子系统。
50.按照权利要求34的发电厂，其中的氧化室包括阳极尾气氧化室。
51.按照权利要求34的发电厂，其中的重整装置，是自供热重整装置。
52.按照权利要求34的发电厂，其中的燃料电池，包括质子交换薄膜燃料电池。
53.一种操作燃料处理器的方法，包括从断路状态转移至管理器校验状态，在该管理器校验状态中，校验燃料处理器的工作准备；从管理器校验状态转移至预热状态，在该预热状态中，燃料处理器把包含燃料的煤气预热，以便混合成生产过程给料流；从预热状态转移至起动状态，在该起动状态中，燃料处理器在起动条件下开始工作；从起动状态转移至运行状态，在该运行状态中，燃料处理器在稳态条件下，把生产过程给料流，重整为重整产品；和从管理器校验状态、预热状态、起动状态、及运行状态任一状态转移，进入关闭状态。
54.按照权利要求53的方法，还包括至少如下状态之一从断路状态转移至手工操作状态，操作员能够指挥整个系统的工作进入该手工操作状态；和从管理器校验状态、起动状态、和运行状态任一状态转移至紧急关闭状态。
55.按照权利要求53的方法，其中的断路状态，包括至少如下功能中的两种显示指示先前工作循环关闭原因的消息；允许工作循环开始；转移至管理器校验状态；和转移至手工操作状态。
56.按照权利要求53的方法，其中的断路状态，包括至少如下功能中的两种显示指示先前工作循环关闭原因的消息；允许工作循环开始；和转移至管理器校验状态。
57.按照权利要求53的方法，其中的管理器校验状态包括校验燃料处理器构成单元的工作准备；转移至预热状态。
58.按照权利要求53的方法，其中的管理器校验状态包括校验燃料处理器构成单元的工作准备；报告校验时检测到的差错；和如果检测到差错，转移至关闭状态。
59.按照权利要求53的方法，其中的预热状态包括向氧化室提供空气、水、和燃料；使氧化室点火；和吹洗重整装置的反应器。
60.按照权利要求59的方法，其中的预热状态还包括向起动状态的转移。
61.按照权利要求59的方法，其中的预热状态还包括检测提供空气、水、和燃料中的差错，或检测使氧化室点火中的差错，或检测吹洗反应器中的差错；和转移至关闭状态。
62.按照权利要求53的方法，其中的起动状态包括逐渐增加生产过程给料流的产量；和随着生产过程给料流产量的建立，重整该生产过程给料流。
63.按照权利要求53的方法，其中的起动状态还包括向运行状态的转移。
64.按照权利要求62的方法，其中的起动状态还包括检测逐渐增加生产过程给料流产量中的差错，或检测重整生产过程给料流中的差错；和转移至关闭状态。
65.按照权利要求53的方法，其中的运行状态包括产生生产过程给料流；重整该生产过程给料流；和转移至关闭状态。
66.按照权利要求65的方法，其中的运行状态还包括，在转移至关闭状态之前，检测产生生产过程给料流中的差错，或检测重整生产过程给料流中的差错。
67.按照权利要求53的方法，其中的关闭状态包括吹洗氧化室和重整装置；和冷却已吹洗的氧化室和重整装置。
全文摘要
本文公开一种能重整燃料的燃料处理器的工作循环。该工作循环包括断路状态；从断路状态进入的管理器校验状态，在该管理器校验状态中，校验燃料处理器的工作准备；从管理器校验状态进入的预热状态，在该预热状态中，燃料处理器预热包括燃料的煤气，以便混合为生产过程给料流；从预热状态进入的起动状态，在该起动状态中，燃料处理器开始在起动条件下工作；从起动状态进入的运行状态，在该运行状态中，燃料处理器在稳态条件下，把生产过程给料流，重整为重整产品；以及，从管理器校验状态、预热状态、起动状态、及运行状态任一状态进入的关闭状态。该工作循环可供燃料电池或燃料电池发电厂的燃料处理器采用。
文档编号C01B3/24GK1791996SQ200480013524
公开日2006年6月21日 申请日期2004年3月30日 优先权日2003年4月4日
发明者威廉斯·S.·惠特, 维斯纳·R.·米尔考维克, 休·N.·托, 丹尼斯·J.·本德托 申请人:德士古发展公司