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的制作方法

专利名称：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的制作方法
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寸寸。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。公开内容的详细描沭及最佳樽式本公开内容涉及通过制氢燃料加工组件和/或燃料电池系统的制氢区域至少部 分地响应于组件和/或系统中的气体的温度来控制含氢气体的生产率的系统和方法。通 常，这种气体是含氢气体，但是以下情况也在本公开内容的范围内，即气体可以是或包括来 自与制氢区域相关的分离区域或纯化区域的副产品气体。根据本公开内容的蒸汽重整氢生成组件示意性地说明在图1中，并且通常以10指 出。氢生成组件10包括原料传输系统12和带有制氢区域沈的制氢燃料加工组件14。燃料 加工组件或系统14适合于从原料传输系统接收至少一种进料流16，该进料流16含有用于 在制氢区域产生氢气的反应物。在某些实施方式中，原料传输系统适合于提供或传输至少 一种进料流，该进料流含有水18和含碳原料20中的至少一种。合适的含碳原料20的说明 性的、非排他的实例包括至少一种烃或醇。合适的烃的说明性的、非排他的实例包括甲烷、 丙烷、天然气、柴油、煤油、汽油和类似物。合适的醇的说明性的、非排他的实例包括甲醇、乙 醇和多元醇，例如乙二醇和丙二醇。尽管并不要求所有的实施方式，但在某些实施方式中， 含碳原料是液态含碳原料，并且在某些实施方式中含碳原料与水可混溶。这些反应物通常被蒸发，例如在燃料加工组件14内的蒸发区域或在与燃料加工组件14相关的蒸发区域中。为了简洁的目的，下述讨论将参考带有制氢区域沈的燃料加工组件14，该制氢区 域适合于通过蒸汽重整一种或多种含有水18和含碳原料20的进料流16来生产氢气。以 下情况在本公开内容的范围内，即可以使用其它进料流反应物和/或可以利用其它制氢反 应，包括但不限于其它吸热反应。在蒸汽重整反应中，燃料加工组件14使水和含碳原料在合适的蒸汽重整催化剂 22存在下发生化学反应，并且产生含氢气流24，该含氢气流M含有作为主要组分的氢气， 且在许多实施方式中含氢气流M还包括作为次要组分的其它气体。在某些实施方式中，产 品氢流含有纯的或至少基本上纯的氢气。燃料加工组件14包括制氢区域沈，在制氢区域 26中，含有氢气的输出流观由蒸汽重整反应产生，该蒸汽重整反应利用了合适的蒸汽重整 催化剂22，如图1中虚线所指示。合适的蒸汽重整催化剂的说明性的、非排它的实例公开在 美国专利申请公布第2006/0236607号中，其完整的公开内容在此通过引用方式并入。输出 流观包括作为至少主要组分的氢气。输出流观可另外地或可选择地称作重整产品流或重 整产品气流，并且当输出流还包括除氢气之外的其他气体时，可称作混合气流。输出流观可包括一种或多种另外的气态组分，并且因此可称作混合气流，该混合 气流含有作为其主要组分的氢气，但还包括作为次要组分的其它气体。可存在于来自在制 氢区域沈中发生的蒸汽重整反应的重整产品流中的其他气体的实例，包括一氧化碳、二氧 化碳、甲烷、蒸汽和/或未反应的含碳原料。在蒸汽重整过程中，燃料加工组件14可称作蒸 汽重整器，制氢区域沈可称作重整区域，并且输出流或混合气流观可称作重整产品流。根据本公开内容的燃料加工组件14和/或氢生成组件10可包括至少一个纯化区 域30，在该纯化区域30中，输出流或重整产品流观中的氢气的浓度增大，和/或输出流中 其它气体中的至少一种的浓度减小。纯化区域30可另外地或可选择地称作分离区域，并且 尽管与重整产品流相比，产品氢流中氢气的纯度增大，但不是所有的实施方式都需要产品 氢流为纯的氢气。输出流观可传输至纯化区域30，如图1所示，该纯化区域可将输出流分 离成富氢流32和副产品流34。在这样的实施方式中，相对于输出流，产品富氢流含有以下 中的至少一种较高浓度的氢气和/或较低浓度的至少一种其它气体。以下情况在本公开 内容的范围内，即富氢流32可称作第一产品流，而副产品流34可称作第二产品流。如图1所示，产品氢流对包括富氢流32的至少一部分。因此，富氢流32和产品氢 流24可为相同的流，并且具有相同的组成和流速。然而，以下情况也在本公开内容的范围 内，即富氢流32中某些纯化的氢气可被储存以备后用，例如储存在合适的氢储存组件中， 和/或由氢生成组件消耗，例如用作加热组件的燃料流。副产品流34至少含有其它气体中的一种或多种的大部分，并且可以但不需要包 括一些氢气。当存在副产品流34时，该副产品流34可被排出、送到燃烧器组件或其它燃烧 源、用作加热的流体流、储存以备后用或以其它方式被利用、储存或处置。以下情况在本公 开内容的范围内，即副产品流34可作为连续流从纯化区域射出，例如响应于输出流观到纯 化区域的传输；或间歇地从纯化区域射出，例如在分批过程中或当输出流的副产品部分至 少暂时地保留在纯化区域时。在某些实施方式中，副产品流中可含有充足的氢气和/或可 燃的其它气体，以使副产品流可作为气态燃料流用于燃烧器、燃烧区域或其它加热组件，该 燃烧器、燃烧区域或其它加热组件适合于在空气存在下燃烧燃料流以生产加热的输出流。
通过蒸汽重整水和含碳原料来生产氢气是一个吸热反应。因此，氢生成组件10可 能需要热源或加热组件36，该热源或加热组件36适合于至少加热燃料加工组件的制氢区 域沈至合适的温度或温度范围，以在制氢区域沈产生氢气，并且当制氢区域用于产生氢气 时，适合于使制氢区域维持在这个温度或在这个温度范围内。加热组件36还可加热氢生成 组件的其它部分，并且可蒸发用于制氢区域的反应物中的一种或多种。作为可通过使用加热组件38而在制氢区域沈中实现和/或维持的温度的说明性 实例，蒸汽重整器通常在200°C到900°C的范围内的温度下操作。这个范围之外的温度在本 公开内容的范围内。当含碳原料是甲醇时，蒸汽重整反应通常在大约200-500°C的温度范 围内操作。这个范围的说明性的子集包括:350-450°C、375-425°C、375-40(rC、400-50(rC和 426-4500C。当含碳原料是烃、乙醇或另一种醇时，大约400-900°C的温度范围通常被用于蒸 汽重整反应。这个范围的说明性的子集包括750-850°C、725-825 °C、650-750°C、700-800°C、 700-900 "C、500-800 V、400-600 V 和 600-800 V。以下情况在本公开内容的范围内，即制氢区域包括两个或更多个区或部分，其中 每一个可在相同或不同的温度下操作。例如，当含碳原料包含烃时，在某些实施方式中，可 能期望包括两个不同的制氢区或部分，其中一个在比另一个低的温度下操作，以提供预重 整区域。在这样的实施方式中，燃料加工组件可选择地描述成包括两个或更多个制氢区域， 和/或描述成包括串联连接的两个或更多个制氢区域，且来自第一区域的输出流形成用于 第二制氢区域的进料流的至少一部分。加热组件36可燃烧副产品流以产生加热的输出流或加热的排气流38，以加热至 少燃料加工组件的制氢区域。在某些实施方式中，副产品流可具有足够的燃烧值(即氢含 量和/或其它可燃气体的含量)，以使加热组件(当其存在时)能够将制氢区域维持在期望 的操作(即制氢)温度、最小的制氢温度之上和/或所选择的温度范围内。因此，尽管不要 求，但是以下情况在本公开内容的范围内，即副产品流可包含氢气，例如10-30wt%的氢气、 15-25衬％的氢气、20-30wt%的氢气、至少IOwt %或15wt %的氢气、至少20wt %的氢气等等。在图1所示的说明性的、非排他的实例中，燃料加工组件14包括制氢区域沈和加 热组件36。加热组件36适合于由加热燃料流40 (通常为在空气存在下燃烧)产生加热的 排气流或燃烧流38。在某些实施方式中，加热燃料流40可至少部分地、至少基本上或甚至 完全地由副产品流34形成或衍生。加热的排气流38在图1中示意性地说明成加热制氢区 域沈例如至合适的制氢温度或制氢温度范围。加热组件36可利用任何合适的结构来产生 加热的排气流38，例如燃烧器或燃烧催化剂(combustion catalyst)，燃料和空气在燃烧器 或燃烧催化剂中一起燃烧产生加热的排气流。加热组件36可包括适合于引起燃料燃烧并 且因此生成排气流38的点火器或点火源42。合适的点火源的说明性的、非排他的实例包括 火花塞、电热塞、燃烧催化剂、引火火焰、压电点火器和类似物中的一种或多种。在根据本公开内容的某些制氢燃料加工组件中，加热组件36包括燃烧器或燃烧 器组件44，并且可称作基于燃烧的或燃烧驱动的加热组件。在基于燃烧的加热组件中，加 热组件36适合于接收至少一种燃料流40，并且适合于在空气存在下燃烧燃料流以提供热 燃烧流38，该燃烧流38可用于加热至少燃料加工组件的制氢区域26。如本文更详细讨论 的，空气可通过不同的机制被传输至加热组件。空气流46显示在图1中；然而，以下情况在本公开内容的范围内，即空气流与用于加热组件36的燃料流40中的至少一种一起另外 地或可选择地传输至加热组件，和/或空气流从使用加热组件的环境中提取。可用在制 氢燃料加工系统中的燃烧器组件的说明性的、非排他的实例公开在美国专利申请公布第 2003/0223926和2006/0090397号中，这些专利申请的完整公开内容在此以引用方式并入。还如图1中示意性地说明的，以下情况在本公开内容的范围内，S卩加热组件36与 制氢区域和/或纯化区域一起罩在普通的罩或壳体50中，尽管这种构造不是必需的。以下 情况也在本公开内容的范围内，即加热组件可相对于制氢区域独立地定位，但与制氢区域 热连通和/或流体连通，以提供至少制氢区域的所期望的加热。在图1中，加热组件36显 示为与燃料加工组件14呈重叠关系，以用图形表示以下情况在本公开内容的范围内，即加 热组件可部分地或完全地位于燃料加工组件14中，例如至少部分地在罩50中，和/或加热 组件的至少一部分或全部位于燃料加工组件外部。在该后一种实施方式中，来自燃烧器组 件的热燃烧气体通过合适的热传递管道传输至将被加热的制氢区域或氢生成组件的其它 部分。取决于氢生成组件10和燃料加工组件14的构型，加热组件30可配置成加热原料 传输系统、从原料传输系统射出的至少一种进料流、制氢区域、纯化(或分离)区域、或这些 元件或其选择的部件的任何组合。加热一种或多种进料流可包括蒸发进料流的液态组分。 加热组件36还可配置成加热氢生成组件10的其它部件。例如，加热的排气流可适用于加 热含有形成流16和40的至少一部分的加热燃料和/或氢产生流体的压力容器或其它罐。 尽管不是必需的，但是升高容器的温度可增大储存在容器中的流体的压力，这在某些应用 中可能是期望的。正如这里讨论的，制氢燃料加工组件14包括位于至少一个纯化区域下游的至少 一个节流孔板(restrictive orifice)或其它限流器(flow restrictor)，其例如与产品氢 流、富氢流和/或副产品流中的一种或多种相关。如图1所示，加热组件36可使用作为燃 料的由纯化区域30提供的副产品流34。流向加热组件的副产品流34的流量可通过温度敏 感阀组件100来调节，该温度敏感阀组件100适合于响应于氢生成组件的感测温度来调节 作为加热组件36的燃料的副产品流34的流量。温度敏感阀组件可另外地或可选择地描述 成温度响应阀组件。温度响应阀组件可配置成自动的(非计算机化的)阀，其(直接地或 间接地)响应于由氢生成组件射出的气流中的至少一种的温度变化。温度响应阀组件100适合于通过阀组件对所关注的气流的温度的响应，来调节主 题气流的流速。可作为主题气流或所关注的气流实施的这种气流的说明性的、非排他的实 例包括重整产品流观、产品流对和/或副产品流34。正如这里所讨论的，“主题气流”可 为这样的气流，它的流量通过温度响应阀组件100响应于阀组件的温度来调节；而“所关注 的气流”可为具有下述温度的气流，即温度响应阀组件100对该温度产生响应。主题气流和 所关注的气流可包括单一气态组分，或多于一种气态组分。例如，主题气流可为副产品气流 34，而所关注的气流可为输出气流观。以下情况在本公开内容的范围内，即主题气流和所关 注的气流可为相同的气流和/或可具有相同的组成，并且进一步地，温度响应阀组件100可 对其流量被调节的相同气流的温度产生响应。例如，副产品气流34可响应于其自身温度而 被调节，且因此可形成主题气流和所关注的气流两者。在另外的变体中，并且在本公开内容的范围内，主题气流和所关注的气流中的至少一种可包括至少一种液态组分或在操作条件下甚至可以主要为或完全为液态流，在该操 作条件下，所述流流过温度响应阀组件。在这样的实施方式中，主题气流和所关注的气流可 分别称作主题液流和所关注的液流。因此，以下情况在本公开内容的范围内，即涉及与气流 有关的温度响应阀组件的使用的讨论，可应用于一种或多种液体(或含液体)流，并且主题 气流和所关注的气流可另外地或可选择地分别称作主题流体流和所关注的流体流，而不脱 离本公开内容的范围。图1示意性地指出了温度响应阀组件100可并入容纳从纯化区域离开的副产品流 34的管道101。在这种构型中，温度响应阀组件100可配置成输送(entrain)副产品流并 且与副产品流热连通，并配置成对该流的温度做出回应以控制其流量。在如图2所示的另 一个实施方式中，温度响应阀组件100可配置成为副产品流34和输出流观两者提供通路 或与副产品流；34和输出流28两者相互作用。在这个构型中，温度响应阀组件100可配置 成输送副产品流，同时还与输出流观热连接或输送输出流28。温度响应阀组件100的示例 性实施方式的更多的细节在下文在图3-8的上下文中讨论。尽管在图1中显示单一进料流16，但是以下情况在本公开内容的范围内，即可使 用多于一种的流16，并且这些流可含有相同的或不同的原料。这通过在图1中包括用虚线 所示的第二进料流16来示意性地说明。在某些实施方式中，每种进料流16可以(但不是 必需)与不同的原料传输系统12或其部分相关。例如，当使用多于一个原料传输系统12 时，该系统可以(但不是必需)从公共供给中抽取它们的出口流中的至少一部分。当进料 流16含有两种或更多种组分时，例如含碳原料和水，这些组分可在相同的或不同的进料流 中传输。例如，当使用与水可混溶的液态含碳原料如甲醇或另一种水溶性醇时，原料传输 系统可以(但不是必需)适合于传输含有水和含碳原料的混合物的液态进料流16。在这样 的进料流中，水与含碳原料的比例可根据诸如所使用的特定的含碳原料、用户的偏好、制氧 区域的设计等等因素而改变。通常，水与碳的摩尔比为大约1 1至3 1。水和甲醇的混 合物经常以或接近1 1的摩尔比(31Vol%的水、69Vol%的甲醇)传输，而烃或其它醇的 混合物经常以大于11的水对碳的摩尔比传输。可用于甲醇和水的蒸汽重整的水对碳的 比的另外的说明性的、非排他的实例包括大于1 1的比，例如在1.1 1-1.5 1的范围 内的比。作为另外的说明性的实例，重整进料流16可含有大约25-75Vol%的甲醇或乙醇 或另一种合适的水混溶性的含碳原料，以及大约25-75Vol%的水。对于(至少部分地)由 甲醇和水形成的进料流，该流通常含有大约50-75vol %的甲醇和大约25-50vol %的水。含 有乙醇或其它水混溶性醇的流通常含有大约25-60vol %的醇和大约40-75vol %的水。利 用蒸汽重整反应的氢生成组件的特别合适的进料流的实例含有69Vol%的甲醇和31Vol% 的水，然而可使用其它组成和液态含碳原料，而不脱离本公开内容的范围。尽管不是必需的，但以下情况在本公开内容的范围内，即含有水和至少一种含碳 原料两者的进料流，可作为制氢区域26的进料流使用。如果水和水溶性液态含碳原料预 混，那么这种构造的潜在益处是，由水和含碳原料产生氢气的氢生成组件不需要包括多于 一个单一供给12。以下情况也在本公开内容的范围内，即原料传输系统12可将制氢流体或 进料流的组分以两种或更多种流的形式传输至燃料加工组件，并且这些流具有相同的或不
12同的组成。例如，当碳原料和水彼此不混溶时，含碳原料和水可以以单独的流的形式传输并 且任选地如此传输(至少直到两种流都蒸发或以另外的方式为气态)，例如图1中通过任选 地指向不同的进料流的参考数字18和20所示的。根据本公开内容的、可与制氢燃料加工组件(或氢生成组件)一起使用的合适的 原料传输系统12的说明性的、非排他的实例，公开在美国专利申请公开第2007/0062116、 2006/0090396和2006/0090397号中。上述专利申请的完整的公开内容在此以引用方式并 入。以上并入的申请还公开了燃料加工组件、燃料电池系统、其部件以及其操作方法的另外 的实例，它们可选择地与在此所公开的、说明的和/或并入的其它部件一起使用和/或整 合。合适的氢生成组件及其部件的说明性的、非排他的实例公开在美国专利第6，221，117、 5，997，594,5, 861，137号中和在审的美国专利申请公布第2001/0045061,2003/0192251和 2003/02239 号中。上述专利和专利申请的完整的公开内容在此以引用方式并入。另外的 实例公开在美国专利申请公布第2006/0060084和2007/0062116号中，每个专利申请的完 整的公开内容在此以引用方式并入。正如讨论的，根据本公开内容的蒸汽重整氢生成组件10可包括至少一个纯化区 域30。当存在于特定的实施方式中时，以下情况在本公开内容的范围内，即纯化区域或分离 区域与制氢区域26可一起罩在普通的罩或壳体50中。以下情况在本公开内容的范围内， 即纯化区域相对于制氢区域沈单独地定位，如定位在制氢区域的下游，但与制氢区域流体 连通以接收来自制氢区域的混合气流或重整产品流。以下情况也在本公开内容的范围内， 即氢生成组件不包括纯化区域。纯化区域30可包括适合于降低输出流28的至少一种非氢组分的浓度的任何合适 的机制、设备或设备的组合。换句话说，纯化区域可适合于降低在制氢区域产生的或以其他 方式存在于输出流观中的其它气体中的至少一种的浓度。在大多数应用中，富氢流32与 输出流或混合气流观相比具有较高的氢浓度。然而，以下情况也在本公开内容的范围内， 即富氢流具有减小浓度的曾存在于输出流观中的一种或多种非氢组分，但仍具有与输出 流相同或甚至减小的总氢气浓度。例如，在可以使用产品氢流M的某些应用中，某些杂质 或非氢组分比其它杂质或非氢组分更有害。作为具体的实例，在某些常规的燃料电池系统 中，如果存在甚至百万分之几的一氧化碳，一氧化碳也可损坏燃料电池堆，而可能存在于流 28中的其它非氢组分如水，即使以高得多的浓度存在，也不会损坏所述堆。因此，在这样的 应用中，合适的纯化区域可能不会增加总氢气浓度，但是它会降低对产品氢流的期望的应 用有害的或潜在有害的非氢组分的浓度。用于纯化区域30的合适的设备的说明性的、非排他的实例包括一个或多个氢选 择性膜52、化学的一氧化碳去除组件M(如甲烷化催化剂床)和变压吸附系统56。通过使 用一个或多个氢选择性膜、变压吸附系统或其它的压力驱动分离过程来纯化氢气，在高压 的条件下会更有效。因此，且如此处讨论的，根据本公开内容的温度响应阀组件可通过其对 来自氢生成组件的输出流的背压的影响，来改变副产品流和富氢流中的氢水平。以下情况 在本公开内容的范围内，即纯化区域30可包括多于一种类型的纯化设备，并且这些设备可 具有相同的或不同的结构，和/或通过相同的或不同的机制来操作。用在纯化区域30的合适结构的实例是膜模块58，膜模块58通常包括或界定压力 容器，该压力容器容纳有一种或多种氢选择性膜52。由多种氢选择性金属膜形成的合适的膜模块的说明性的、非排他的实例公开在美国专利第6，319，306号中，其完整的公开内容 在此以引用方式并入。在该‘306专利中，多个大体上平面的膜被一起组装入具有流动通道 (flow channel)的膜模块中，不纯的气流通过该流动通道传输至膜，纯化的气流从膜收获 并且副产品流从膜除去。使用垫圈如柔性石墨垫圈来实现在进料和渗透物流动通道周围的 密封。还公开在上述申请中的是管式氢选择性膜，它也可被使用。合适的膜和膜模块的其 它说明性的、非排他的实例公开在上述并入的专利和专利申请以及美国专利第6，562,111 和6，537，352号中，它们的完整的公开内容在此通过引用方式以其整体并入。膜52还可直 接整合进燃料处理器10的制氢区域或其它部分。薄的、平面的、氢可渗透的膜可主要由钯合金组成，最特别地是带有35wt%至 45wt%铜的钯，例如大约40wt%的铜。还可称作氢选择性膜的这些膜，通常由大约0. 001英 寸厚的薄箔形成。然而，以下情况在本公开内容范围内，即膜可由不同于上述所讨论的那些 的氢选择性金属和金属合金、氢可渗透的和选择性的陶瓷或碳组合物形成。膜的厚度可大 于或小于上述讨论的那些厚度。例如，膜可制得更薄，且氢气通量也会成比例地增加。氢可 渗透的膜可以以任何合适的构型排列，例如围绕共同的渗透物通道成对排列，正如在所并 入的专利申请中公开的。一种或多种氢选择性膜还可采取其它的构型，例如管式构型，该构 型公开在并入的专利中。使用在纯化区域30的合适的压力分离过程的另一个实例是变压吸附，变压吸附 组件以56指出。在变压吸附过程中，气态杂质从含有氢气的流中移除。变压吸附基于某些 气体在适当的温度和压力条件下会比其它气体更强地被吸附在吸附材料上的原理。通常， 被吸附并因此从重整产品流观中移除的是杂质。使用变压吸附来氢气纯化的成功，是由于 普通杂质气体(例如一氧化碳、二氧化碳、烃(包括甲烷)和氮气)在吸附材料上相对强的 吸附。氢气仅非常弱地吸附，且因此氢气穿过吸附床，而杂质保留在吸附材料上。诸如氨 气、硫化氢和水的杂质气体非常强地吸附在吸附材料上，并且因此和其它杂质一起从流观 中移除。如果吸附材料将被再生，并且这些杂质存在于流观中，那么纯化区域30优选包括 适于在流观传输至吸附材料之前移除这些杂质的合适设备，因为使这些杂质解除吸附更 困难。在变压吸附中，杂质气体的吸附在高压下发生。当压力减小时，杂质从吸附材料中 解除吸附，从而再生吸附材料。通常，变压吸附是一个循环过程并且需要至少两个床以连续 (与分批相反)操作。可用于吸附床的合适的吸附材料的说明性的、非排他的实例是活性炭 和沸石，尤其是5 A (5埃)的沸石。吸附材料通常以小球形式存在，并且放置于利用常规 的填充床构型的圆柱形压力容器中。可使用其它合适的吸附材料组合物、形式和构型。上述详细讨论的部件，不必是其相互作用仅仅由流体连通来确定的远离的或分离 的组件。如图1所示，燃料加工组件14可包括罩50，该罩50中容纳至少制氢区域和任选的 纯化区域。罩50，也可称作壳体，使蒸汽重整器或其它燃料加工机制的部件能够作为一个单 元移动。通过提供保护性的外壳，其还保护燃料加工组件14的部件免遭损坏，并且因为燃 料加工组件的部件可作为一个单元被加热，所以减小了燃料加工组件的热量需求。罩50可 以，但不是所有实施方式必需，包括绝缘材料60，例如固体绝缘材料、毯绝缘材料和/或充 气腔。然而，以下情况也在本公开内容范围内，即燃料加工组件可形成为不具有壳体或罩。 当燃料加工组件14包括绝缘材料60时，绝缘材料可位于罩内部、罩外部、或两者。当绝缘材料位于容纳上述重整区域和/或纯化区域的罩外部时，燃料加工组件14还可在绝缘体外 部包括外部覆盖物或外部套。以下情况在本公开内容范围内，即燃料加工组件可和不同的 罩一起实施，该罩包住燃料加工组件的另外的部件，该部件包括原料传输系统12 (或其部 分)，和/或该罩包住燃料电池系统的另外的部件。以下情况也在本公开内容范围内，即燃 料加工组件14可不包括罩50。以下情况还在本公开内容范围内，即燃料加工组件14的部件中的一个或多个可 延伸超出罩或可位于至少罩50外部。例如，并且如所讨论的，纯化区域30可位于罩50外 部，例如纯化区域直接地与罩结合，或纯化区域与罩间隔开、但通过合适的流体传递管道与 罩进行流体连通。作为另一个实例，制氢区域26的一部分(例如一个或多个重整催化剂床 的部分)可延伸超出罩。如所讨论的，产品氢流M可用于多种应用中，包括其中利用高纯度氢气的应用。 这种应用的实例是作为燃料电池堆的燃料流或进料流。燃料电池堆是从质子源例如氢气和 氧化剂如氧气产生电位的设备。因此，氢生成组件10可包括至少一个燃料电池堆70，或与 至少一个燃料电池堆70结合，其适合于接收产品氢流M的至少一部分和空气流或其它氧 化剂流78，并由其产生电功率输出。这示意性地说明在图1和图2中，其中燃料电池堆以 70指出，并且产生电流或电输出，该电流或电输出以41示意性地说明。空气流78可通过任 何合适的机制传输至燃料电池堆，该机制包括被动的机制或主动的机制，以及动力机制或 手动机制。当蒸汽重整氢生成组件与燃料电池堆70结合时，该蒸汽重整氢生成组件可称作 产能系统或蒸汽重整燃料电池系统43。在说明性的实施方式中，显示和描述了单一的燃料 加工组件14和单一的燃料电池堆70，然而，这些部件中的任一种或两种可以为多于一个地 使用。这些部件已经被示意性地说明，并且燃料电池系统可包括在图中未具体说明的另外 的部件，例如进料泵、空气传输系统、热交换器和类似物。本申请通过引用方式并入公开了 燃料加工组件、燃料电池系统或其部件的许多不同的专利和专利申请。以下情况在本公开 内容的范围内，即包括在其中和本文中所公开的、说明的和并入的变体的这些系统和部件， 可选择地组合与使用或整合在一起，而不脱离本公开内容的范围。燃料电池堆70包括至少一个燃料电池72，并且通常包括多个燃料电池72，该燃料 电池72适合于从诸如空气、富氧空气或氧气的氧化剂以及传输到燃料电池的产品氢流M 的部分产生电流。合适的燃料电池的说明性的、非排他的实例包括质子交换膜(PEM)燃料 电池和碱性燃料电池。其它的实例包括固体氧化物燃料电池、磷酸燃料电池和熔融碳酸盐 燃料电池。燃料电池堆70可具有任何合适的构造。可用于包括根据本公开内容的制氢燃料 加工组件的制氢燃料电池系统中的燃料电池系统、燃料电池堆及其部件的说明性的、非排 他的实例，公开在美国专利第 4，214，969,4, 583，583,5, 300，370,5, 484，666,5, 879，826、 6，057，053和6，403，249号中，这些专利完整的公开内容在此以引用方式并入。另外的实例 公开在美国专利申请公布第2006/0093890和2006/0M6331号中，这些专利申请的完整的 公开内容在此以引用方式并入。以下情况在本公开内容范围内，即根据本公开内容的蒸汽重整氢生成组件10，可 使用在其中期望具有氢气源和/或可用于生产氢气以用于储存和以后消耗的其它应用中。 换句话说，虽然根据本公开内容的氢生成组件10可以与燃料电池堆一起使用，以提供用于
15满足外加的电载荷的燃料电池系统，但以下情况也在本公开内容的范围内，即氢生成组件 可独立于燃料电池堆使用。产能系统或燃料电池系统43可适用于提供电力，以满足来自至少一个能耗设备 45的外施载荷。能耗设备的说明性、非排他的实例包括但不限于机动车、休闲车、建筑车辆 或工业车辆、小船或其它小型出海船舶，以及一个或多个下述内容的任何组合，即住宅、商 业办公室或建筑物、街道、工具、灯和发光组件、收音机、器具(包括家用器具)、计算机、工 业装备、信号和通讯设备、收音机、小船上的供电部件、休闲车或其它车辆、蓄电池充电器、 自给电池充电器、移动设备、移动工具、紧急响应单位、生命保障设备、病人的监控设备、以 及甚至产能系统43的辅助设备电需求，燃料电池堆70形成产能系统43的一部分。正如这 里所使用的，能耗设备45用于示意性地且通常指代适合于从根据本公开内容的产能系统 或燃料电池系统中获得电力的一个或多个能耗设备。以下情况也在本公开内容的范围内， 即根据本公开内容的产能系统包括这样的系统，该系统包括根据本公开内容的蒸汽重整氢 生成组件(或制氢燃料加工组件)，该产能系统可与至少一个耗能设备整合或以其他方式 结合或通常罩在至少一个耗能设备内，如以47所示意性地说明的。在包括根据本公开内容的蒸汽重整制氢组件的便携式产能系统的上下文中，氢生 成组件适合于产生氢气的速率和燃料电池堆70的额定功率输出有助于或以其它的方式界 定能耗设备的数量和/或类型，系统43适合于对该能耗设备供电。因此，尽管并不要求包括 (但不限于)根据本公开内容的较小的、便携式产能系统的所有燃料产能系统(或制氢燃料 电池系统)都这样，但是该系统可设计成或以其它方式配置成，具有1000瓦或更小的额定 的/预定的最大功率输出和相应的氢气生产率。在某些实施方式中，该系统可设计成或以 其它方式配置成，具有额定的/预定的最大功率输出和相应的氢气生产率；并且在某些实 施方式中，具有500瓦或更小的额定的/预定的最大功率输出。在某些实施方式中，该系统 可设计成或以其它方式配置成，具有300瓦或更小或甚至250瓦的额定的/预定的最大功 率输出和相应的氢气生产率。该系统通常具有至少100瓦的额定的或最大的功率输出，尽 管这并不是所有的实施方式必需的。可由根据本发明内容的系统利用的1000瓦或更小的功率输出的说明性的、非排 他的实例包括但并不限于500-800瓦、500-750瓦、750-1000瓦、200-500瓦、250-500瓦、 300-600瓦和400-800瓦。可由根据本发明内容的系统利用的500瓦或更小的功率输出 的说明性的、非排他的实例包括但并不限于25-500瓦、50-200瓦、50-250瓦、150-250瓦、 350-450瓦、100-400瓦、100-300瓦和250-450瓦。可由根据本发明内容的系统利用的300 瓦或更小的功率输出的说明性的、非排他的实例包括但并不限于100-300瓦、75-300瓦、 100-200瓦、200-300瓦、150-300瓦和250-300瓦。尽管不是必需的，但是这些系统可以为 相对重量轻的和紧凑的，例如尺寸设计成适于由个人手工运输。当燃料电池系统43适合于具有IkW或更小的额定功率输出例如上述讨论的功率 输出时，相应的氢生成组件10可配置成在产品氢流M中提供适当的氢气流速，以使一个或 多个燃料电池堆能够产生这种功率输出。例如，这里所说明的氢生成组件当满负荷操作时， 可适合于生产少于20slm(标准升每分钟)的氢气，该范围的说明性的子集包括少于15slm、 少于lOslm、少于5slm、13-15slm、34slm和2-4slm的氢气。对于额定产生250瓦/小时的 燃料电池系统43，氢生成组件10的合适容量的说明性的、非排他的实例是34slm的氢气。
然而，以下情况在本公开内容的范围内，即根据本公开内容的蒸汽重整氢生成组 件(与并有蒸汽重整氢生成组件的产能系统)可构造成任何合适的规模，例如取决于产品 氢流M中的氢气的期望流速、产能系统的期望的额定功率输出、由产能组件供电的能耗设 备的类型和/或数量、用于氢生成组件和/或产能组件的可用尺寸上的限制等等。在某些实 施方式中，可期望产生具有至少IkW例如在l-2kw的范围内的额定(设定的)功率输出的 根据本公开内容的产能组件，并且该产能组件包括氢生成组件，该氢生成组件适合于提供 必需的氢气以产生所需的电来满足这样的施加载荷。在其它应用中，可期望该组件具有至 少2kW的功率输出，例如在2-4kW、3-5kW、4-6kW、10kW或更多的范围内。例如，这样的燃料 电池系统可用于为家庭或其它住宅、小办公室或具有相似能量需求的其它能耗设备供电。以下情况在本公开内容的范围内，即在此所公开的、说明的和/或并入的蒸汽重 整氢生成组件、燃料加工组件、启动组件、原料传输系统、燃料电池堆和/或燃料电池系统 的实施方式，可以相应部件中的两个或更多个的组合的方式利用以增加其容量。例如，如果 氢生成组件的特定的实施方式适合于产生34slm的氢气，那么两个这种组件可用于产生 6-8slm的氢气。因此，在此公开的组件和系统可称作可扩展的系统(scalable system)。以 下情况在本公开内容的范围内，即在此描述的、说明的和/或并入的氢生成组件、燃料加工 组件、启动组件、燃料电池堆、燃料加工组件和/或加热组件，可配置成可选择地相互连接 的模块单元。燃料电池堆70可接收所有的产品氢流24。流M中的一些或全部可另外地或可选 择地，通过合适的管道传输以用于另一个耗氢过程、用作燃料或用于加热而燃烧、或储存以 备后用。作为说明性的、非排他的实例，储氢设备80在图1和图2中示出。设备80适合于 储存产品氢流M的至少一部分。例如，当堆70的氢气需求少于燃料加工组件14的氢输出 时，过量的氢气储存在设备80中。合适的储氢设备的说明性的、非排他的实例包括氢化物 床和加压罐。尽管不要求，但是燃料加工组件14或燃料电池系统43包括存储的氢气供应 的的益处在于，当燃料加工组件14不能满足堆70的氢气需求或使用流M的其它应用的氢 气需求的情况下，这种供应可用于满足这些氢气需求。这些情况的实例包括当燃料加工组 件从冷态或不活动状态启动时、从空载状态逐渐加载(被加热和/或加压)时、为维护或维 修而停机时，以及当燃料电池堆或应用需要比从燃料加工组件的最大可获得产量还要大的 流速的氢气时。另外地或可选择地，存储的氢气还可用作可燃的燃料流，以加热燃料加工组 件或燃料电池系统。与燃料电池堆不直接连结的燃料加工组件，仍然可包括至少一个储氢 设备，由此使来自这些燃料加工组件的产品氢流也能储存以备后用。正如图1和图2中的虚线所示，重整器14可以但不必需包括精炼区域(polishing region) 90o如所示，精炼区域90接收来自纯化区域30的富氢流32，并通过减小其中所选 成分的浓度或移除其中所选成分而进一步纯化所述流。例如，当流32预期使用在燃料电 池堆例如堆70中时，可损坏燃料电池堆的成分例如一氧化碳和二氧化碳，可从富氢流中移 除。一氧化碳的浓度可减小到小于10ppm(百万分之一)、小于5ppm、或小于lppm。二氧化 碳的浓度通常可大于一氧化碳的浓度。例如小于25%、小于10%、小于或小于50ppm的 二氧化碳浓度可以是可接受的。应理解，这里呈现的可接受的最大浓度是说明性的实例，且 除了这里呈现的那些浓度之外的浓度可使用且在本公开内容的范围内。例如，特定的用户 和制造商可能要求与这里说明的浓度不同的最小的或最大的浓度水平或范围。类似地，当燃料处理器14没有和燃料电池堆一起使用时，或当燃料处理器14和更耐受这些杂质的燃 料电池堆一起使用时，那么产品氢流可含有较大量的这些气体。精炼区域90包括用于移除流32中所选成分或减小流32中所选成分的浓度的任 何合适的结构。例如，当产品流预期使用在PEM燃料电池堆或使用在其中如果所述流含有 超过预定浓度的一氧化碳或二氧化碳则被损坏的其它设备中时，可以期望包括至少一个甲 烷化催化剂床92。床92将一氧化碳和二氧化碳转变成甲烷和水，这两者都不会损坏PEM燃 料电池堆。精炼区域90还可包括另一个制氢区域沈’例如另一个重整催化剂床，以将任何 未反应的原料转变成氢气。在这样的实施方式中，优选第二重整催化剂床位于甲烷化催化 剂床上游，以便甲烷化催化剂床下游不用再次引入二氧化碳或一氧化碳。精炼区域90还可 描述成纯化区域的另一个实例，并且可单独使用或与本文描述的、说明的和/或并入的其 它纯化区域组合使用。根据本公开内容的氢生成组件10和/或燃料电池系统43还可以(但不要求)包 括电池组或其它合适的储电设备94。设备94可另外地或可选择地称为储能设备。设备94 可适合于提供功率输出，以满足组件10和/或系统43的辅助设备需求的至少一部分(例 如为原料传输系统12供电)。设备94可另外地或可选择地适合于满足燃料电池系统43的 外施载荷的至少一部分，例如当燃料电池堆不产生电流和/或不能满足外施载荷时。在某 些实施方式中，设备94可以是可再充电的设备，该可再充电的设备适合于储存由燃料电池 堆70产生的电位或功率输出的至少一部分。与上述关于过量氢气的讨论相类似，燃料电池 堆70可产生超出满足设备45所施加或应用的载荷所必需的功率输出的功率输出，包括为 燃料电池系统43供电所需的载荷。与上述关于过量氢气的讨论进一步相类似，这种过量功率输出可用于燃料电池系 统之外的其它应用，和/或由燃料电池系统储存以备后用。例如，电池组或其它储存设备可 提供系统43在启动期间所使用的电力或提供其中系统不产生电和/或氢气的其它应用所 使用的电力。在图1和图2中，流量调节结构大体上以200指出，并且示意性地表示任何合适的 歧管、阀、控制器、开关、总线(bus)和类似物，用于可选择地分别将氢气和/或燃料电池堆 的功率输出传输至储氢设备80和储能设备94中，并且将存储的氢气和存储的功率输出从 储氢设备80和储能设备94中取出。如图1和图2中以202以虚线所指出的，燃料电池系统可以但不是必需包括至少 一个功率管理模块202。功率管理模块202包括任何合适的结构，该结构用于调整或以其 它的方式调节由燃料电池系统产生的电输出，例如用于传输至能耗设备45。功率管理模块 202可包括这样的说明性结构，如降压和/或升压转换器、开关、逆变器、继电器、电源滤波 器以及类似物。以下情况在本公开内容的范围内，即根据本公开内容的蒸汽重整氢生成组件和/ 或燃料电池系统，可没有计算机化的控制器和控制系统。在这样的实施方式中，该系统的复 杂性可以较小，因为与包括控制器的可比较的组件或系统相比，它可不包括那么多的传感 器、通信连接设备、驱动器及类似物，并且它可具有较低的辅助设备需求。然而，在某些实施 方式中，可能期望包括控制器，例如以使组件或系统的一个或多个操作自动化，以调节组件 或系统等的操作。
可没有计算机化的控制器与计算机化的控制系统的本制氢燃料电池系统的一个 方面是反馈设备，该反馈设备配置成调节或调整制氢区域26的性能。如上述所讨论的，温 度敏感的或温度响应的阀组件100可配置成响应与阀组件热连通的气流的温度而提供制 氢区域沈的加热的自动的、非计算机实施的反馈控制。例如，当与阀的位置相关联的流的 温度高于预定的或预选择的阈值温度或温度范围时，阀可通过降低副产品流由纯化区域流 向加热组件的流速，来自动地响应该过高的温度。该副产品流的流速减小，可引起纯化区域 的输出流区域中的压力升高(即系统的“背压”或阀组件的上游压力可能会升高)。这可以 增大在纯化区域的输出流区域与富氢流区域之间的压力差，这由此可以增大富氢流中的氢 气的量，这由此可以减小副产品流中的氢气的量，这由此可以减小副产品流的燃烧值，这由 此可以减小加热组件的燃烧器输出，这由此可以降低制氢区域的温度，这由此可以降低触 发整个温度响应的调整过程的相应流的温度。类似地，如果与阀的位置相关联的流的温度低于预定的或预选择的阈值温度或温 度范围，则温度响应阀组件100可提供自动的、非计算机实施的反馈响应。在不存在典型的 基于微处理器的控制器的情况下，阀可通过增大来自纯化区域的副产品流的流速，来自动 地响应于降低的流温度。该副产品流的流速增大，可引起纯化区域的输出流区域中的压力 降低(即系统的“背压”或阀组件上游的压力可能会降低)。这减小在纯化区域的输出流区 域与富氢流区域之间的压力差，这由此减小富氢流中的氢气的量，这由此增大副产品流中 的氢气的量，这由此增大副产品流的燃烧值，这由此增大加热组件的燃烧器输出，这由此升 高制氢区域的温度，这由此升高触发整个调整过程的相应流的温度。其温度可用于诱导温度响应阀组件的自动响应的流包括以下流中的至少一种或 多种来自纯化区域的副产品流34、来自纯化区域的富氢(或渗透物)流32和/或来自制 氢区域的输出(或重整产品)流观，及其它流。在某些应用中，如果阀组件的位置与输出 (或混合气)流的温度相关联，例如如果输出流流过阀组件的至少一部分，则阀组件可具有 更迅速的响应时间。具体地，因为这一气流离开纯化区域，因此它的温度比产品氢流或副产 品流更紧密地与纯化区域的温度相关联。然而，且如上所指出，根据本公开内容的阀组件 100可另外地或可选择地配置成响应于其它气流的温度。制氢区域中的温度响应阀组件和/或管道的合适的构造的示意图在图3中示出， 并且大体上以100指出。在所说明的、非排他的实例中，温度响应阀组件100包括具有外壁 102与内壁104的罩106。内壁界定阀管道或阀通道110，该阀管道或阀通道110设计成或 适合于在气流流过温度响应阀组件时，将阀管道或阀通道Iio内的气体流108输送。对于 “输送”，其意指罩内的腔或管道界定或限制用于气体流动的通道。当气体流动通过管道时， 流过管道的气体会与罩的至少一部分热接触或热连通。当发生这种情况时，气体流动会将 其热含量的至少一部分传送或传递给罩。罩106可另外地或可选择地称作温度响应阀组件 100的主体或壳体。温度响应阀组件100包括限制性组件112，限制性组件112配置成可选择地和自 动地调节被输送的气体流108是否可穿过或经过限制性组件以及被输送的气体流108可穿 过或经过限制性组件的程度，例如通过一个或多个阀口(valve orifice) 113。图3中，阀 口 113的说明性的、非排他的实例以虚线显示为在限制性组件和罩的内壁104之间延伸并 且穿过限制性组件，阀口 113可另外地或可选择地描述为在限制性组件的相对部分之间延伸。图3中，限制性组件以实线示意性地说明成大体上居中位于阀组件内，但这不是所有的 实施方式都要求的。例如，以下情况也在本公开内容的范围内，即限制性组件定位在阀组件 的端部区域，诸如阀组件的入口或出口处。作为说明性的、非排他的实例，限制性组件112 可完全地罩在或支撑在输送的气流所流过的通道110内。作为另一个说明性的、非排他的 实例，限制性组件112可罩在通道内但在通道的一侧和/或部分地罩在管道罩内。作为另 外的说明性的、非排他的实例，限制性组件可至少部分地延伸超出相应的温度响应阀组件 的通道和/或罩，或可至少部分地延伸到相应的温度响应阀组件的通道和/或罩的外部。为 了用图描绘该合适位置的范围，在图3中限制性组件112以虚线示意性地说明成紧邻温度 响应阀组件100的入口和出口。正如所讨论的，一个或多个阀口 113的相对尺寸至少响应于限制性组件的温度而 变化，限制性组件可响应于阀组件中的气体流动的温度。作为说明性的、非排他的实例，限 制性组件112可界定一个或多个阀口，该一个或多个阀口共同地允许充足的气体流108穿 过阀组件，以在气体流被燃烧以产生加热的排气流时，维持燃料加工组件的制氢区域在预 定的或预选择的制氢温度。当限制性组件的温度升高时，限制性组件可通过减小一个或多 个阀口的尺寸并由此减小每单位时间可流过该阀口的气体的量而自动地做出响应，这又减 小要形成加热的排气流的可燃气体的流量，这又降低制氢区域的温度。类似地，当限制性组 件的温度降低时，限制性组件可通过增大一个或多个阀口的尺寸并由此增大每单位时间可 流过该阀口的气体的量而自动地做出响应，这又增大要形成加热的排气流的可燃的气体的 流量，这又升高制氢区域的温度。在某些实施方式中，限制性组件可配置成允许气体流过阀 组件而不顾及限制性组件的温度，且限制性组件由此调节每单位时间可流过阀组件的气体 的量，无论气体是否可流过阀组件。在其它实施方式中，限制性组件可包括一系列相关的构 型，该一系列相关的构型不仅包括阀口的各种尺寸，而且还包括其中一个或多个阀口关闭 或以其它的方式阻塞以阻止气体流过阀组件的构型。在图3中，限制性组件112被示意性地说明，并且包括阀构件或阻碍元件114，阀 构件或阻碍元件114相对于限制性组件的第二部分的相对位置和/或方位确定气体是否可 流过阀组件以及气体可流过阀组件的程度。该限制性组件的第二部分可称作限制性组件的 支撑构件或支架构件116，并且可具有任何合适的结构，以用于响应阻碍元件与支架构件的 相对移动而与阻碍元件一起可选择地界定一个或多个阀口。支撑构件116的合适结构的说 明性的、非排他的实例包括阀组件的罩、延伸入阀组件的管道110内的内部突出物或凸缘、 阻碍元件的区域、限制罩的通道的横截面面积的轴颈或轴衬、附接至或邻近阀组件的通道 的入口或出口的联接器、另一个阻碍元件等。换句话说，只要这种结构存在，与阻碍元件配 合以可选择地并且自动地界定气体是否可流过温度响应阀组件以及气体可流过温度响应 阀组件的程度的特定结构不是关键的。因此，以下情况在本公开内容的范围内，即阻碍构件 可相对于支撑构件而膨胀或收缩、伸长或缩短和/或偏斜或弯曲，以界定一个或多个阀口 的相对尺寸。另外地或可选择地，两个或更多个阻碍构件或阻碍构件的区域可向着彼此移 动或远离彼此移动、向着罩的内壁移动或远离罩的内壁移动等等，以界定一个或多个阀口 的相对尺寸。一个或多个阀口可称作阀口组件，且这里所称的“尺寸”意图指代气体可流过 的阀口组件的横截面面积，例如横向于气体流动穿过口组件的(层流(laminar)或标准化 (normalize))方向测量的。
正如所讨论的，阀组件100的限制性组件112的这种相对构型是自动的，并且不需 要电的、计算机实施的、人工的、液压的或其它控制的信号或命令。相反，响应是自动的，并 且对至少所关注的气流的温度做出响应。限制性组件的相对移动可经由任何合适的机制给 予，所述机制包括形成限制性组件的材料和/或其热膨胀系数。例如，阻碍构件相对于支撑 构件可具有极大不同的热膨胀系数(至少在预定的温度范围内，该预定的温度范围包括阀 组件允许充足的气体流动穿过阀组件以维持制氢区域在合适的制氢温度的温度)，以通过 以下来响应于温度的变化当阻碍构件和支撑构件因该热膨胀系数的不同而相对彼此移动 时改变一个或多个阀口的尺寸。该相对移动可由阻碍元件单独进行，或由阻碍构件和支撑 构件一起进行。作为合适材料的说明性的、非排他的实例，不锈钢304和Kovar (—种镍钴 铁合金)是适合用于根据本公开内容的温度响应阀组件100的限制性组件112的阻碍构件 和支撑构件的材料的实例，且SS 304相比于Kovar具有相对高的热膨胀系数(CTE)。另外 地或可选择地，至少阻碍构件可由双金属材料形成，该双金属材料响应于温度的变化，弯曲 或以其它方式改变它相对于支撑构件的相对方位。图4和图5提供了，阻碍构件和支撑构件之间的CTE的相对差异可如何自动地调 节阀口 113的尺寸并且由此调节气体穿过阀口 113的相对流速的图解说明。图4中，温度 响应阀组件100的一部分以横截面的形式显示。正如所示的，阀组件包括具有外壁102与 内壁104的罩106，罩106界定或限制穿过阀组件的阀通道110。罩在该示意性实例中显示 为具有圆形横截面的构型，但这不是所有实施方式都需要的。在图4和图5中稍微示意性 地说明的是具有阻碍构件114的限制性组件112，阻碍构件114延伸穿过支撑构件116中的 开口 115，支撑构件116在说明性实例中显示为从内壁104延伸进入通道110。阻碍构件和 支撑构件之间的开放区(open area)表示阀口 113。为了说明的目的，认为图4中示意性地 显示的构型表示当燃料加工组件的相应制氢区域处在用于产生重整产品流的合适的制氢 温度下时的温度响应阀组件，且来自纯化区域的副产品流与阀组件流体地连接以流过阀组 件。因此，副产品流的温度对限制性组件的阻碍构件和支撑构件的温度会有影响。在图5中，来自图4的示意性地说明的阀组件被显示为描绘限制性组件的温度变 化，例如对副产品流具有高于图4所表示的温度的温度所做出的响应。如图5所示，阀口的 相对尺寸比图4的实例有所减小。因此，在这样的实施方式中，较少的副产品流可通过阀组 件流到将副产品流接收为用于加热制氢区域的可燃的燃料流的燃烧器或其它加热组件。这 样会在燃料加工组件中产生背压，并降低制氢区域的温度。当制氢区域冷却时，副产品流的 温度也会变低，由此会使限制性组件冷却，且从而使阀组件的尺寸返回至图4所示的位置。 当副产品流的温度从图4中表现的温度下降时，可产生相似但相反的影响，例如图5中虚线 所指出。在这个描绘的图形实例中，支撑构件的相对尺寸显示为比阻碍构件中的任何变化 都更加显著地变化，例如当支撑构件受热时由开口 115的横截面面积的减小所表现的。这 说明支撑构件是由具有比限制性构件的CTE大的CTE的材料形成的。以下情况在本公开内 容的范围内，即这种关系对于根据本公开内容的某些限制性组件112可以是相反的。这在 图4中以虚线示意性地描绘出，在图4中虚线112表示为处于扩大构型的阻碍构件112，例 如这在以下情况可以发生如果阻碍构件从实线所示的构型受热，以及如果阻碍构件相比 于支撑构件具有更大的CTE。以下情况另外地或可选择地处于本公开内容的范围内，即阀组件的相对尺寸包括轴向与横向(和/或横向与纵向)两者上的变化。图4和图5示意性地说明了，限制性组件可在一组操作条件下较大程度地上起到 阻碍通道110的作用，并在另一组操作条件下较小程度地起到阻碍通道110的作用。这些操 作条件可描述成限制性组件的活动构型(active configuration)，因为这些操作条件可对 应于当限制性组件由所关注的气流加热时的限制性组件的构型。由此可见，限制性组件112 的多个部件的一系列的相对位置也可具有不活动构型(inactive configuration)，该不活 动构型指的是当温度响应阀组件未被例如所关注的气流加热时限制性组件的相对位置，以 及由此的一个或多个阀口的尺寸。由不活动构型向活动构型的可逆且自动的转变，反之亦 然，可通过传输与阀组件热连通的所关注的气流来启动，并且在包括以上所述的那些的多 个活动构型之间的可逆且自动的转变，可由所关注的气流例如通过温度响应阀组件100的 非零流速的变化来启动。在没有外部控制信号的情况下，温度响应阀组件100可以可逆地 采取这些活动构型和不活动构型(或它们之间的位置的连续体(continuum)中的任何一 个)，且构象转变依赖于限制性组件的构成材料的温度。已经进行了限制气体例如副产品流通过在温度响应阀组件上游的燃料加工组件 中产生背压的阀组件的流速。只要当燃料加工组件的部件以其它方式在可接受的参数下 操作时，在使用阀组件期间允许燃料加工组件的连续操作，则产生背压的程度对于本公开 内容不是关键的。在某些实施方式中，温度响应阀组件可配置成，限制性组件中的温度每 变化一度(摄氏度)产生至少0.25psi的背压。温度响应阀组件可配置成产生的背压 的其它说明性的、非排他的实例包括至少0. 4psi/°C、至少0. 5psi/°C、至少0. 8psi/V、 至少 lpsi/ °C、至少 1. 2psi/ °C、至少 2psi/ °C、0. 25-0. 75psi/ °C、0. 5-1. 5psi/ "C 和 1-2. 5psi/°C。以下情况还在本公开内容的范围内，即限制性组件可以是可调节的限制性组 件，因为在使用阀组件之前可由用户选择阻碍构件与支撑构件的移动的相对方位和/或范 围。在图3显示的温度响应阀组件100的示意性的、非排他的实例中，所关注的气流与 主题气流是相同的气流，其作为气体流108流过通道110。以下情况也在本公开内容的范围 内，即阀组件的限制性组件的构型至少部分地由燃料加工组件内的另一种流体流的温度例 如未流过通道110的所关注的气流的温度界定。例如并且如所讨论的，温度响应阀组件可 包括罩，该罩界定先前讨论的通道110，通道110用于输送作为气体流108的主题气流，该 主题气流的流量由限制性组件自动地调节。罩可还界定第二通道210，第二通道210输送 作为第二气体流208的所关注的气流，该所关注的气流与限制性组件热连通。因此，流过通 道210的所关注的气流的温度可影响阀组件的限制性组件的构型，并由此影响主题气流被 限制流过限制性组件的阀口组件113的程度。这样的温度响应阀组件100的说明性的、非排他的实例显示在图6和图7中。在 图6中，罩106界定通道110和210，通道110和210以横向间隔的关系彼此平行(或大体 上平行)延伸。图7中，罩106合并有壳管式构造(shell-and-tube construction)，在该 壳管式构造中，通道110以嵌套布置的方式延伸入通道210内，但与通道210流体地隔离。 气体流108和208可分别以并流或逆流的方向流过通道110和210。图7可另外地或可选 择地描述成示意性地表示阀组件100，在该阀组件100中，所关注的气流在主题气流在其内 流动的通道的相对侧上流动。在示意性地说明的图3和图6-7中，通道已经被说明成直线通道。然而，以下情况在本公开的范围内，即可使用任何合适的几何形状或相对的几何形状， 例如弓形的通道、螺旋形或盘绕的通道等等。此外，温度响应阀组件100可与任何装备或流 体流热连通，该装备或流体流的温度与相应的燃料加工组件的制氢区域的性能相关联。根据本公开内容的温度响应阀组件100的较少示意性的说明性的、非排他的实例 显示在图8和图9中。图8提供温度响应阀组件的实例，其中所关注的气流与主题气流是 相同的气流。在这一实例中，这一气流作为气体流108流过阀组件内的通道110，如由限制 性组件112调节的。如所描绘的，阀组件包括罩106和任选的导槽组件(throat assembly) 或联接器120，每一个可至少起到与通向或离开阀组件的罩的流体通道的另一部分提供位 置流体连接(location-providing fluid connection)的作用。因为温度响应阀组件100 可提供用于所关注的气流的流体管道的至少一部分，因此罩106与导槽组件120两者可界 定主题气流可流过的内部通道或腔110、110’。在图9中，温度响应阀组件包括第一通道110 和第二通道210，主题气流与所关注的气流可分别作为气流108和气流208而流过第一通道 110和第二通道210。通道110和210可另外地或可选择地分别(描述地)称为调节气体 通道和被调节的气体通道。如所讨论的，在这样的实施方式中这些气流可以是相同的或不 同的流。如进一步所讨论的，在某些实施方式中，所关注的气流可以是来自燃料加工组件的 制氢区域的重整产品流，而主题气流可以是来自纯化区域的副产品流，该纯化区域接收重 整产品流以分离重整产品流为副产品流和产品氢流。流过阀组件的副产品流可与燃烧器或 其它加热组件流体连通，该燃烧器或其它加热组件适合于接收副产品流并且适合于将副产 品流作为可燃的燃料流燃烧以产生加热的排气流或加热的输出流，以加热至少燃料加工组 件的制氢区域，例如以维持制氢区域在合适的制氢温度或制氢温度范围。在图8和图9所示的说明性的、非排他的实例中，温度响应阀组件100的导槽组件 120罩在罩106内，并且每个导槽组件120的一部分延伸进入由罩形成的通道内。然而，以 下情况在本公开内容的范围内，即可以使用导槽组件的其它构造，例如其它构造可使导槽 组件能够支撑在温度响应阀组件100的罩上、支撑在温度响应阀组件100的罩内或支撑在 靠近温度响应阀组件100的罩附近，该温度响应阀组件100同时还支撑通道110内的阻碍 构件。还如所讨论的，不是所有的实施方式都需要导槽组件120，且因此可以使用具有其它 构型的支撑构件和阻碍构件的限制性组件。在图8和图9所示的说明性的、非排他的实例中，限制性组件描绘成包括细长的阻 碍构件114和支撑构件116，阻碍构件114和支撑构件116形成导槽组件120的一部分。如 所讨论的，其它构型在本公开内容的范围内。例如，支撑构件116可代替地是成环形的或其 它突出物，该突出物自罩的壳体的内壁104延伸，并且不形成导槽组件的一部分或其它流 体连接器的一部分，该导槽组件或其它的流体连接器位于阀组件与邻近结构之间。在所描 绘的实例中，阻碍元件包括端部区域122和124，其由导槽组件120分别地支撑在通道110 内。端部区域124固定至导槽组件120上，并且以下情况在本公开内容的范围内，即端部区 域IM可以例如通过紧固件1 可调整地固定至导槽组件上。在描绘的实例中，紧邻端部 区域1 的导槽组件包括多个未阻塞的开口 128，主题气流可通过未阻塞的开口 1 流入通 道110内，以形成气体流108。阻碍构件的端部区域122延伸穿过支撑构件116中的开口 115，说明性的实例中支 撑构件116在阀组件的导槽组件120中的一个中形成。如所示，端部区域122延伸完全穿过开口 115，并且终止于扩大的头部130，扩大的头部130比开口 115大。该构型不是所有 的实施方式都需要的。在某些实施方式中，端部区域122可延伸仅部分地穿过开口 115，而 在某些实施方式中，端部区域122可在开口 115内和紧邻开口 115具有恒定的横截面。一 个或多个阀口 113界定在阻碍构件的端部区域122与支撑构件之间。如所说明的，一个或 多个阀口由未被端部区域122占用的开口 115的一部分形成。如所讨论的，限制性组件包括阻碍构件和支撑构件，阻碍构件和支撑构件配置成 响应于至少所关注的气流的温度而相对彼此移动。如进一步所讨论的，这种相对移动可通 过由具有足够不同的CTE的材料形成这些构件以在所选择的温度范围内界定预定的相对 移动范围来实现。通常，具有较高CTE的材料在响应于温度的变化时，比具有较低CTE的材 料将经历更大的体积变化。因此，如果温度响应阀组件的限制性组件的罩、导槽组件或其 它支撑构件相比于阻碍构件具有更高的CTE，则对于给定的温度变化，支撑构件比阻碍构件 将经历更大的体积变化。温度响应阀组件100的限制性组件的两个部件的不同体积变化， 可导致支撑构件与阻碍构件之间的改变的空间关系，并由此导致由这些构件界定的一个或 多个阀口 113的尺寸上的变化。例如，如果导槽组件和/或罩形成支撑构件，并且相比于阻 碍构件具有更高的CTE，那么如果限制组件的温度升高，例如响应于所关注的气流的温度升 高，罩/导槽组件可比阻碍构件膨胀得更大。那么支撑构件相对于阻碍构件的相对较大膨 胀，可引起支撑构件主要在一个方向上膨胀，或在多于一个方向例如沿着其横轴和其纵轴 膨胀。在图8和图9所示的说明性实例中，阻碍构件和支撑构件可由下述的材料形成，即 对于所关注的气流的温度变化，所述材料具有足够不同的热膨胀系数以充分改变一个或多 个阀口的尺寸来调节穿过阀口的气体流，例如调节副产品流的流速，该副产品流将用作燃 料以产生用于加热相应的燃料加工组件的制氢区域的加热的排气流。这种相对移动的说明 性的、非排他的实例通过比较图8和图9的限制性组件而示出，其中图9描绘了，端部区域 122的头部130比图8中还要远离开口 115延伸。这样的结果可通过相比于支撑构件116 具有更大的CTE的阻碍构件114或其至少一部分而获得。类似地，以下情况在本公开内容 的范围内，即阀组件可代替地配置成将端部区域122的头部拉向开口 115。例如，如果阻碍 构件相比于支撑构件具有更低的CTE。在某些实施方式中，导槽组件120如同上文描述的罩一样，相比于阻碍构件可具 有更高的CTE。因此，对于由导槽组件遇到或感测到的给定的温度变化，导槽组件相比于阻 碍构件114可经历更大的体积变化。在那种情况下，开口 115也可经历其尺寸的变化，因为 形成支撑构件116的导槽组件120与阻碍构件114的体积变化之间的差异可导致它们的相 对尺寸的差异，并由此导致开口 115的尺寸变化。不依赖于导槽组件的CTE与阻碍构件的 CTE之间的关系，可以是这样的情况，即导槽组件120与罩由相同材料构造，使得它们具有 相同的CTE，并且响应于给定的温度范围而膨胀和收缩至相同的程度。然而，以下情况在本 公开内容的范围内，即罩和导槽组件可仅具有相似的CTE，或它们具有不同的CTE，只要温 度响应阀组件100的整个功能未削弱。支撑构件与阻碍构件114之间的空间关系，在不存在由温度响应阀组件100感测 的温度变化的情况下可以是可调节的。具体地，当限制性构件正在安装时或否则处于不活 动构型时，可调节的或可重新定位的紧固件126可用于允许对阻碍构件的相对位置选择性地调节。例如，这种调节至少在所选择的温度范围内可在限制性组件的构件之间界定构型 的范围，并从而界定一个或多个阀口的尺寸的范围。螺纹紧固件是合适的可调节的紧固件 的说明性的、非排他的实例，但可使用其它紧固件。在所说明的实例中，头部130包括槽或 凹处132，槽或凹处132按尺寸制造成接收螺丝刀或其它合适的打入工具的顶端，以便当阀 组件处于不活动构型时，使用户能手动地转动阻碍构件，并由此调整阻碍构件相对于支撑 构件的轴向位置。这种情况可能会发生在，例如，当阀组件或相关的流体管道被拆解或以其 他方式操作以允许接近头部时。还如所讨论的，限制性组件的阻碍构件和支撑构件的相对移动可以以任何合适的 方式实现，该方式可包括形成这些构件的材料的CTE上的差异，但是该方式并非排他地需 要通过该差异来实现。虽然在本文中称为阻碍构件和支撑构件，但是该术语并不是意图要 求这些构件中的每一个形成为单一结构和/或由单一材料形成，也不是意图排除这些构件 中的每一个形成为单一结构和/或由单一材料形成。下面列举的段落阐明了描述根据本公开内容的发明的说明性的、非排他的方式。 描述根据本公开内容的发明的其它方式也在本公开内容的范围内。1. 一种自动气体分配系统，包括制氢区域，其配置成产生含氢的重整产品气流，该重整产品气流含有作为主要组 分的氢气；加热组件，其配置成燃烧燃料流，以产生加热的排气流，以加热制氢区域；分离区域，其配置成接收重整产品气流，并配置成将重整产品气流分离成至少产 品氢流和副产品流，产品氢流相比于重整产品气流含有更高浓度的氢气，副产品流相比于 重整产品气流具有减小浓度的氢气；第一流体管道，其在制氢区域与分离区域之间为重整产品气流建立流体连通；第二流体管道，其在分离区域与加热组件之间为副产品流建立流体连通；和自动温度响应阀组件，其配置成响应阀组件的温度而可逆地改变产品氢流与副产 品流中的至少一个的气体流动。2.段落1的自动气体分配系统，其中，自动温度响应阀组件配置成可逆地改变通 向加热组件的副产品流的气体流动。3.段落1或段落2的自动气体分配系统，其中，自动温度响应阀组件配置成可逆地 改变来自分离区域的产品氢流的气体流动。4.段落1-3中任一个的自动气体分配系统，其中，阀组件包括罩，该罩界定一通 道，气体流动可以与阀组件成热交换的关系而可选择地流过通道。5.段落4的自动气体分配系统，其中，响应于气体流动的温度的升高，自动温度响 应阀组件配置成通过增大穿过通道的气体流动而改变气体流动。6.段落4的自动气体分配系统，其中，响应于气体流动的温度的升高，自动温度响 应阀组件配置成通过降低穿过通道的气体流动而改变气体流动。7.段落4的自动气体分配系统，其中，响应于气体流动的温度的降低，自动温度响 应阀组件配置成通过增大穿过通道的气体流动而改变气体流动。8.段落4的自动气体分配系统，其中，响应于气体流动的温度的降低，自动温度响 应阀组件配置成通过降低穿过通道的气体流动而改变气体流动。
9.段落4-8中任一个的自动气体分配系统，其中，通道为第一通道，其中气体流动 为第一气体流动，并且进一步地，其中阀组件的罩还界定第二通道，第二气体流动可以与阀 组件成热交换的关系而可选择地流过第二通道。10.段落9的自动气体分配系统，其中，第二气体流动是重整产品气流的流动，且 第一气体流动是副产品流的流动。11.段落9的自动气体分配系统，其中，第二气体流动是重整产品气流的流动，且 第一气体流动是产品氢流的流动。12.段落1-11中任一个的自动气体分配系统，其中，气体流动具有一温度，并且进 一步地，其中响应于气体流动的温度高于预定的阈值温度，阀组件适合于自动地减小副产 品流从分离区域到加热组件的流速。13.段落12的自动气体分配系统，其中，响应于气体流动的温度高于预定的阈值 温度，阀组件还适合于增大分离区域内的背压。14.段落12或段落13的自动气体分配系统，其中，响应于气体流动的温度高于预 定的阈值温度，阀组件还适合于增大重整产品气流中的氢气的比例，该重整产品气流中的 氢气作为产品氢流中的氢气存在。15.段落1-11中任一个的自动气体分配系统，其中，气体流动具有一温度，并且进 一步地，其中响应于气体流动的温度低于预定的阈值温度，阀组件适合于自动地增大副产 品流从分离区域到加热组件的流速。16.段落15的自动气体分配系统，其中，响应于气体流动的温度低于预定的阈值 温度，阀组件还适合于降低分离区域内的背压。17.段落15或段落16的自动气体分配系统，其中，响应于气体流动的温度低于预 定的阈值温度，阀组件还适合于降低重整产品气流中的氢气的比例，该重整产品气流中的 氢气作为产品氢流中的氢气存在。18.段落1-17中任一个的自动气体分配系统，其中，阀组件还包括限制性组件，该 限制性组件至少带有具有第一热膨胀系数的阻碍构件和具有第二热膨胀系数的支撑构件， 并且其中阀组件配置成使第一热膨胀系数与第二热膨胀系数之间的差异确定阀组件改变 产品氢流与副产品流中的至少一个的气体流动穿过通道的方式。19.段落18的自动气体分配系统，其中，支撑构件形成罩的一部分。20.段落1-19中任一个的自动气体分配系统，其中，制氢区域适合于利用随温度 变化的反应产生重整产品气流，其中自动温度响应阀组件配置成通过改变流向加热组件的 副产品流的流动以改变由加热组件提供给制氢区域的热量，来改变重整产品气流的生产， 并且其中加热组件配置成燃烧作为燃料的副产品流的至少一部分，以产生加热的排气流以 加热制氢区域。21.段落20的自动气体分配系统，其中，制氢区域容纳有重整催化剂，该重整催化 剂适合于经由吸热的蒸汽重整反应而产生重整产品气流。22.段落1-21中任一个的自动气体分配系统，其中，自动温度响应阀组件配置成 响应阀组件的热力学性质而改变气体流动。23.段落22的自动气体分配系统，其中，自动温度响应阀组件由多种材料形成，并 且进一步地，其中阀组件的热力学性质是由其构造所述阀组件的材料的多个热膨胀系数之间的关系。24.段落23的自动气体分配系统，其中，阀组件包括罩，该罩界定一通道，气体流 动可以可选择地流过通道，其中，阀组件还包括限制性组件，该限制性组件至少带有具有第 一热膨胀系数的阻碍构件和具有第二热膨胀系数的支撑构件，并且其中阀组件配置成使第 一热膨胀系数与第二热膨胀系数之间的差异确定阀组件改变产品氢流与副产品流中的至 少一个的流动穿过通道的方式。25.段落M的自动气体分配系统，其中，支撑构件和阻碍构件在它们之间可选择 地界定至少一个阀口，气体流动必须经过阀口而行进流过阀组件，并且进一步地，其中第一 热膨胀系数与第二热膨胀系数之间的关系响应于支撑构件和阻碍构件的温度而改变至少 一个阀口的尺寸。26.段落25的自动气体分配系统，其中，支撑构件和阻碍构件可选择地界定至少 一个阀口，以使至少一个阀口总是开启，而不顾及支撑构件和阻碍构件的温度。27.段落25的自动气体分配系统，其中，支撑构件和阻碍构件可选择地界定至少 一个阀口，以使至少一个阀口总是允许气体流过至少一个阀口，而不顾及支撑构件和阻碍 构件的温度。28.段落M-27中任一个的自动气体分配系统，其中，支撑构件形成罩的一部分。29.段落I-M中任一个的自动气体分配系统，其中，自动温度响应阀组件可选择 地配置成响应于在界定阀口尺寸的一系列构型之间的阀组件的温度。30.段落四的自动气体分配系统，其中，一系列构型包括其中阀口阻塞的构型并 且由此阻止气体流过阀口。31.段落四的自动气体分配系统，其中，一系列构型不包括其中阀口阻塞的构型 并且由此不阻止气体流过阀口。32.段落四的自动气体分配系统，其中，一系列构型仅界定其中阀口不阻塞的构型。33.段落1-32中任一个的自动气体分配系统，其中，分离区域是压力驱动的分离 区域，并且其中压力驱动的分离区域配置成响应阀组件所引起的流动改变而增大产品氢流 中的氢气的浓度。34.段落1-33中任一个的自动气体分配系统，其中，分离区域包括压力容器，该压 力容器容纳有至少一个氢选择性膜，其中产品氢流包括穿过至少一个氢选择性膜的氢气， 并且其中副产品流含有未穿过至少一个氢选择性膜的重整产品气流的一部分。35.段落34的自动气体分配系统，其中，至少一个氢选择性膜由钯和钯合金中的 至少一种形成。36.段落35的自动气体分配系统，其中，至少一个氢选择性膜由含有钯和铜的合 金形成。37.段落34-36中任一个的自动气体分配系统，其中，至少一个氢选择性膜包括一 对间隔开的氢选择性膜，该一对间隔开的氢选择性膜界定在该一对间隔开的氢选择性膜之 间延伸的管道。38.段落33-37中任一个的自动气体分配系统，其中，分离区域包括甲烷化催化剂床。
39.段落1-38中任一个的自动气体分配系统，其中，自动温度响应阀组件配置成 至少响应重整产品气流的温度。40.段落1-38中任一个的自动气体分配系统，其中，自动温度响应阀组件配置成 至少响应产品氢流和副产品流中的至少一个的温度。41.段落1-40中任一个的自动气体分配系统，其中，自动温度响应阀组件配置成 非电力地和在没有计算机控制的情况下操作。42.段落1-41中任一个的自动气体分配系统，其中，自动温度响应阀组件配置成 响应与阀组件热连通的气流的温度而提供制氢区域的加热的自动的、非计算机实施的反馈 控制。43.段落1-42中任一个的自动气体分配系统，其中，自动温度响应阀组件配置成 响应阀组件的温度而不是响应电信号、计算机实施的信号、人工信号或液压控制信号来可 选择地改变气体流动。44.段落1-43中任一个的自动气体分配系统，其中，该系统还包括燃料电池堆，该 燃料电池堆适合于接收产品氢流的至少一部分。45. 一种自动改变配置成产生氢气的制氢组件内的管道系统中的气体流动的装 备，该装备包括产生重整产品气流的装置，重整产品气流含有作为主要组分的氢气；加热组件，其配置成加热产生重整产品气流的装置至制氢温度；分离重整产品气流为产品氢流和副产品流的装置，其中产品氢流相对于重整产品 气流具有增大浓度的氢气，而副产品流相对于重整产品气流具有减小浓度的氢气；第一气体管道，其在产生重整产品气流的装置与分离重整产品气流为产品氢流和 副产品流的装置之间建立流体连通；第二气体管道，其在分离装置与加热组件之间建立流体连通；以及自动地并且可逆地改变第二气体管道中的气体流动的装置，自动地并且可逆地改 变第二气体管道中的气体流动响应于自动地并且可逆地改变气体流动的装置的温度，其中 自动地并且可逆地改变气体流动的装置包括至少两种具有不同热膨胀系数的材料，并且进 一步地，其中气体流动的自动的并且可逆的改变至少部分地是由热膨胀系数之间的差异确 定的。46.段落45的装备，其中，自动地并且可逆地改变气体流动的装置配置成诱导第 一气体管道中的背压的增大。47.段落46的装备，其中，分离装置配置成通过改变产品氢流中的氢气与副产品 流中的氢气的比例，以响应第一气体管道的背压的增大。48.段落45-47中任一个的装备，其中，第二气体管道配置成为副产品流提供通 道，并且其中加热组件配置成燃烧副产品流的至少一部分，以加热产生重整产品气流的装置。49.段落45-47中任一个的装备，其中，自动地并且可逆地改变气体流动的装置配 置成响应可逆地改变气体流动的装置的温度的升高而增大至少第一气体管道内的气体的 压力。50.段落49的装备，其中，分离装置配置成通过改变产品氢流中的氢气与副产品流中的氢气的比例，以响应第一气体管道内的压力的增大。51.段落45-50中任一个的装备，其中，自动地并且可逆地改变气体流动的装置配 置成使得两种材料的不均勻膨胀引起更多的或更少的气体流动穿过自动地并且可逆地改 变气体流动的装置。52.段落51的装备，其中，自动地并且可逆地改变气体流动的装置配置成响应两 种材料的不均勻膨胀而增大至少第一气体管道内的气体的压力，并且其中分离装置配置成 通过改变产品氢流中的氢气与副产品流中的氢气的比例，以响应第一气体管道内的压力的 增大。53.段落45-52中任一个的装备，其中，自动地并且可逆地改变气体流动的装置是 配置成非电力地和在没有计算机控制的情况下操作的温度响应阀组件。54.段落45-53中任一个的装备，其中，自动地并且可逆地改变气体流动的装置包 括限制性组件，限制性组件包括阻碍构件和支撑构件，阻碍构件和支撑构件在它们之间可 选择地界定至少一个阀口，并且进一步地，其中阀口的尺寸是由两种材料的不均勻膨胀确 定的。55.段落M的装备，其中，阻碍构件和支撑构件与副产品流热连通，以被所述副产 品流加热。56.段落M或段落55的装备，其中，阻碍构件和支撑构件与重整产品气流热连通， 以被重整产品气流加热。57.段落45-56中任一个的装备，其中，产生含有氢气作为主要组分的重整产品气 流的装置包括容纳有重整催化剂的制氢区域并且适合于从进料流产生重整产品气流，进料 流含有至少含碳原料和可选择的水。58.段落45-57中任一个的装备，其中，分离重整产品气流的装置包括压力驱动分 离过程。59.段落58的装备，其中，分离重整产品气流的装置包括压力容器，该压力容器容 纳有至少一个氢选择性膜，其中产品氢流包括穿过至少一个氢选择性膜的氢气，并且其中 副产品流含有未穿过至少一个氢选择性膜的重整产品气流的一部分。60.段落45-59中任一个的装备，其中，分离装置包括甲烷化催化剂床。61.段落45-60中任一个的装备，其中，自动地并且可逆地改变的装置包括自动 温度响应阀组件，该自动温度响应阀组件配置成响应该阀组件的温度而可逆地改变气体流 动。62.段落61的装备，其中，自动温度响应阀组件配置成响应该阀组件的温度而可 逆地改变产品氢流与副产品流中的至少一个的气体流动。63. 一种用于制氢燃料加工系统中的自动气体分配的方法，该方法包括在制氢区域中产生混合气流，该混合气流含有氢气和其它气体；在纯化组件处接收所述混合气流；用纯化组件将混合气流分离成至少产品氢流和副产品流；用温度响应阀组件热接触第一气体流动，该第一气体流动选自由混合气流、产品 氢流和副产品流组成的组；以及基于第一气体流动的温度和温度响应阀组件的热力学性质，可逆地改变第二气体流动。64.段落63的方法，其中，第二气体流动包括用于由加热组件燃烧以加热制氢区 域的燃料，并且进一步地，其中该方法包括燃烧第二气体流动，以加热制氢区域。65.段落64的方法，还包括以下步骤用温度响应阀组件改变提供至加热组件的
第二气体流动。66.段落65的方法，还包括以下步骤与提供至加热组件的第二气体流动的量成 比例地加热制氢区域。67.段落63-66中任一个的方法，其中，温度响应阀组件至少包括具有第一热膨胀 系数的第一材料和具有第二热膨胀系数的第二材料，并且进一步地，其中热力学性质包括 第一热膨胀系数与第二热膨胀系数之间的差异。68.段落63-67中任一个的方法，其中，混合气流由与温度响应阀组件流体连通的 第一气体管道运送，并且其中该方法包括响应于第一气体管道中的混合气流的温度而由温 度响应阀组件自动地改变第二气体流动。69.段落63-68中任一个的方法，其中，第一气体流动和第二气体流动是相同的气流。70.段落63-69中任一个的方法，其中，第一气体流动和第二气体流动主要由副产 品流组成。71.段落63-68中任一个的方法，其中，第一气体流动是混合气流，而第二气体流 动是副产品流。72.段落63-71中任一个的方法，其中，温度响应阀组件包括段落1-44中任一个的 自动温度响应阀组件的结构和/或功能性。73.段落63-71中任一个的方法，在根据段落1_44中任一个的自动气体分配系统 中实施。74.使用段落1-44中任一个的自动气体分配系统、段落45_62中任一个的装备和 /或段落63-72中任一个的方法，来控制含有氢气的气流的气体流动。工业实用性这里公开的制氢燃料加工组件和燃料电池系统，可应用于制氢工业、发电工业和 燃料电池工业。在某些应用中，热响应的阀组件和相应的方法，可提供这样的反馈机制，即 如果不是完全地则至少部分地响应于含氢的产品气体被传输至氢生成组件的纯化区域的 温度，而允许燃料流被燃烧以加热制氢区域的速率的自动的、温度响应的调节。如果在此以引用方式并入的任何一个参考文献以某种方式定义术语，或要么与非 并入的本申请内容不一致，要么与任何一个其它的并入的参考文献不一致，则以非并入的 本申请内容为准，其中所使用的术语或术语组仅根据定义有该术语或术语组的专利文件为 准。认为，这里所陈述的公开内容包括具有独立效用的多个独特的发明。虽然这些发 明中的每一个已经以其优选的形式被公开，但是这里所公开和说明的其具体的实施方式不 应当被视为以限定的含义，因为多种变体是可能的。本公开内容的主题包括这里所公开的 不同元件、特征、功能和/或性质的所有新颖的和非明显的组合和子组合。类似地，在权利 要求叙述“一种(a)”或“第一(a first)”元件或其等同物的地方，这样的权利要求应当理解为包括一个或多个这样的元件的合并，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。
认为，以下权利要求具体指出的某种组合与子组合，是涉及所公开的发明中的一 个，并且是新颖的和非明显的。以特征、功能、元件和/或性质的其它组合与子组合体现 的发明，可以通过在本申请或相关的申请中修改本权利要求或提出新的权利要求而要求保 护。这些修改的或新的权利要求，无论它们是涉及不同的发明还是涉及相同的发明，无论是 不同于、宽于、窄于还是等同于原始权利要求的范围，还视为包括在本公开内容的发明主题 之内。
权利要求
1.一种自动气体分配系统，包括制氢区域，其配置成产生含氢的重整产品气流，所述重整产品气流含有作为主要组分 的氢气；加热组件，其配置成燃烧燃料流，以产生加热的排气流，以加热所述制氢区域；分离区域，其配置成接收所述重整产品气流，并配置成将所述重整产品气流分离成至 少产品氢流和副产品流，所述产品氢流相比于所述重整产品气流含有更高浓度的氢气，所 述副产品流相比于所述重整产品气流具有减小浓度的氢气；第一流体管道，其在所述制氢区域与所述分离区域之间为所述重整产品气流建立流体 连通；第二流体管道，其在所述分离区域与所述加热组件之间为所述副产品流建立流体连 通；和自动温度响应阀组件，其配置成响应所述阀组件的温度而可逆地改变所述产品氢流与 所述副产品流中的至少一种的气体流动。
2.如权利要求1所述的自动气体分配系统，其中，所述自动温度响应阀组件配置成可 逆地改变通向所述加热组件的所述副产品流的气体流动。
3.如权利要求1所述的自动气体分配系统，其中，所述自动温度响应阀组件配置成可 逆地改变来自所述分离区域的所述产品氢流的气体流动。
4.如权利要求1所述的自动气体分配系统，其中，所述阀组件包括罩，所述罩界定一通 道，所述气体流动可以与所述阀组件成热交换的关系而可选择地流过所述通道。
5.如权利要求4所述的自动气体分配系统，其中，所述通道为第一通道，其中所述气体 流动为第一气体流动，并且进一步地，其中所述阀组件的罩还界定第二通道，第二气体流动 可以与所述阀组件成热交换的关系而可选择地流过所述第二通道。
6.如权利要求5所述的自动气体分配系统，其中，所述第二气体流动是所述重整产品 气流的流动，且所述第一气体流动是所述副产品流的流动。
7.如权利要求5所述的自动气体分配系统，其中，所述第二气体流动是所述重整产品 气流的流动，且所述第一气体流动是所述产品氢流的流动。
8.如权利要求1所述的自动气体分配系统，其中，所述气体流动具有一温度，并且进一 步地，其中响应于所述气体流动的温度高于预定的阈值温度，所述阀组件适合于自动地减 小所述副产品流从所述分离区域到所述加热组件的流速。
9.如权利要求8所述的自动气体分配系统，其中，响应于所述气体流动的温度高于预 定的阈值温度，所述阀组件还适合于增大所述分离区域内的背压。
10.如权利要求1所述的自动气体分配系统，其中，所述气体流动具有一温度，并且进 一步地，其中响应于所述气体流动的温度低于预定的阈值温度，所述阀组件适合于自动地 增大所述副产品流从所述分离区域到所述加热组件的流速。
11.如权利要求10所述的自动气体分配系统，其中，响应于所述气体流动的温度低于 预定的阈值温度，所述阀组件还适合于降低所述分离区域内的背压。
12.如权利要求1所述的自动气体分配系统，其中，所述阀组件还包括限制性组件，所 述限制性组件至少带有具有第一热膨胀系数的阻碍构件和具有第二热膨胀系数的支撑构 件，并且其中所述阀组件配置成使所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数之间的差异确定所述阀组件改变所述产品氢流与所述副产品流中的至少一种的气体流动穿过所述通 道的方式。
13.如权利要求12所述的自动气体分配系统，其中，所述支撑构件形成所述罩的一部分。
14.如权利要求1所述的自动气体分配系统，其中，所述制氢区域适合于利用随温度变 化的反应产生所述重整产品气流，其中所述自动温度响应阀组件配置成通过改变流向所述 加热组件的所述副产品流的流动以改变由所述加热组件提供给所述制氢区域的热量，来改 变所述重整产品气流的生产，并且其中所述加热组件配置成燃烧作为燃料的所述副产品流 的至少一部分，以产生加热的排气流以加热所述制氢区域。
15.如权利要求14所述的自动气体分配系统，其中，所述制氢区域容纳有重整催化剂， 所述重整催化剂适合于经由吸热的蒸汽重整反应而产生所述重整产品气流。
16.如权利要求1所述的自动气体分配系统，其中，所述自动温度响应阀组件配置成响 应所述阀组件的热力学性质而改变所述气体流动，其中所述自动温度响应阀组件由多种材 料形成，并且进一步地，其中所述阀组件的热力学性质是由其构造所述阀组件的材料的多 个热膨胀系数之间的关系。
17.如权利要求16所述的自动气体分配系统，其中，所述阀组件包括罩，所述罩界定一 通道，所述气体流动可以可选择地流过所述通道，其中，所述阀组件还包括限制性组件，所 述限制性组件至少带有具有第一热膨胀系数的阻碍构件和具有第二热膨胀系数的支撑构 件，并且其中所述阀组件配置成使所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数之间的差异 确定所述阀组件改变所述产品氢流与所述副产品流中的至少一种的流动穿过所述通道的 方式。
18.如权利要求17所述的自动气体分配系统，其中，所述支撑构件和所述阻碍构件在 它们之间可选择地界定至少一个阀口，所述气体流动必须经过所述阀口而行进流过所述阀 组件，并且进一步地，其中所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数之间的关系响应于 所述支撑构件和所述阻碍构件的温度而改变所述至少一个阀口的尺寸。
19.如权利要求18所述的自动气体分配系统，其中，所述支撑构件和所述阻碍构件可 选择地界定所述至少一个阀口，以使所述至少一个阀口总是允许气体流过所述至少一个阀 口，而不顾及所述支撑构件和所述阻碍构件的温度。
20.如权利要求1所述的自动气体分配系统，其中，所述自动温度响应阀组件可选择地 配置成响应于在界定阀口尺寸的一系列构型之间的所述阀组件的温度；并且进一步地，其 中所述一系列构型包括其中所述阀口阻塞的构型并且由此阻止气体流过所述阀口。
21.如权利要求1所述的自动气体分配系统，其中，所述自动温度响应阀组件可选择地 配置成响应于在界定阀口尺寸的一系列构型之间的所述阀组件的温度；并且进一步地，其 中所述一系列构型不包括其中所述阀口阻塞的构型并且由此不阻止气体流过所述阀口。
22.如权利要求1所述的自动气体分配系统，其中，所述分离区域包括压力容器，所述 压力容器容纳有至少一个氢选择性膜，其中所述产品氢流包括穿过所述至少一个氢选择性 膜的氢气，并且其中所述副产品流含有未穿过所述至少一个氢选择性膜的所述重整产品气 流的一部分。
23.如权利要求1所述的自动气体分配系统，其中，所述自动温度响应阀组件配置成至少响应所述重整产品气流的温度。
24.如权利要求1所述的自动气体分配系统，其中，所述自动温度响应阀组件配置成至 少响应所述产品氢流和所述副产品流中的至少一种的温度。
25.如权利要求1所述的自动气体分配系统，其中，所述自动温度响应阀组件配置成非 电力地和在没有计算机控制的情况下操作。
26.如权利要求1所述的自动气体分配系统，其中，所述自动温度响应阀组件配置成响 应与所述阀组件热连通的气流的温度而提供所述制氢区域的加热的自动的、非计算机实施 的反馈控制。
27.如权利要求1所述的自动气体分配系统，其中，所述自动温度响应阀组件配置成响 应所述阀组件的温度而不是响应电信号、计算机实施的信号、人工信号或液压控制信号来 可选择地改变所述气体流动。
28.一种用于自动改变配置成产生氢气的制氢组件内的管道系统中的气体流动的装 备，所述装备包括产生重整产品气流的装置，所述重整产品气流含有作为主要组分的氢气；加热组件，其配置成加热所述产生重整产品气流的装置至制氢温度；分离所述重整产品气流为产品氢流和副产品流的装置，其中所述产品氢流相对于所述 重整产品气流具有增大浓度的氢气，而所述副产品流相对于所述重整产品气流具有减小浓 度的氢气；第一气体管道，其在所述产生重整产品气流的装置与所述分离重整产品气流为产品氢 流和副产品流的装置之间建立流体连通；第二气体管道，其在所述分离装置与所述加热组件之间建立流体连通；以及自动地并且可逆地改变所述第二气体管道中的气体流动的装置，所述自动地并且可逆 地改变所述第二气体管道中的气体流动响应于所述自动地并且可逆地改变气体流动的装 置的温度，其中所述自动地并且可逆地改变气体流动的装置包括至少两种具有不同热膨胀 系数的材料，并且进一步地，其中所述气体流动的自动的并且可逆的改变至少部分地是由 所述热膨胀系数之间的差异确定的。
29.如权利要求观所述的装备，其中，所述自动地并且可逆地改变气体流动的装置配 置成诱导所述第一气体管道中的背压的增大。
30.如权利要求四所述的装备，其中，所述分离装置配置成通过改变所述产品氢流中 的氢气与所述副产品流中的氢气的比例，以响应所述第一气体管道的背压的增大。
31.如权利要求30所述的装备，其中，所述第二气体管道配置成为所述副产品流提供 通道，并且其中所述加热组件配置成燃烧所述副产品流的至少一部分，以加热所述产生重 整产品气流的装置。
32.如权利要求31所述的装备，其中，所述自动地并且可逆地改变气体流动的装置配 置成响应所述可逆地改变气体流动的装置的温度的升高而增大至少所述第一气体管道内 的气体的压力。
33.如权利要求32所述的装备，其中，所述分离装置配置成通过改变所述产品氢流中 的氢气与所述副产品流中的氢气的比例，以响应所述第一气体管道内的压力的增大。
34.如权利要求28所述的装备，其中，所述自动地并且可逆地改变气体流动的装置配置成使得所述两种材料的不均勻膨胀引起或多或少的气体流动穿过所述自动地并且可逆 地改变气体流动的装置。
35.如权利要求34所述的装备，其中，所述自动地并且可逆地改变气体流动的装置配 置成响应所述两种材料的不均勻膨胀而增大至少所述第一气体管道内的气体的压力，并且 其中所述分离装置配置成通过改变所述产品氢流中的氢气与所述副产品流中的氢气的比 例，以响应所述第一气体管道内的压力的增大。
36.如权利要求观所述的装备，其中，所述自动地并且可逆地改变气体流动的装置是 配置成非电力地和在没有计算机控制的情况下操作的温度响应阀组件。
37.如权利要求观所述的装备，其中，所述自动地并且可逆地改变气体流动的装置包 括限制性组件，所述限制性组件包括阻碍构件和支撑构件，所述阻碍构件和所述支撑构件 在它们之间可选择地界定至少一个阀口，并且进一步地，其中所述阀口的尺寸是由所述两 种材料的不均勻膨胀确定的。
38.如权利要求37所述的装备，其中，所述阻碍构件和所述支撑构件与所述副产品流 热连通，以被所述副产品流加热。
39.如权利要求37所述的装备，其中，所述阻碍构件和所述支撑构件与所述重整产品 气流热连通，以被所述重整产品气流加热。
40.一种用于制氢燃料加工系统中的自动气体分配的方法，所述方法包括在制氢区域中产生混合气流，所述混合气流含有氢气和其它气体；在纯化组件处接收所述混合气流；用所述纯化组件将所述混合气流分离成至少产品氢流和副产品流；用温度响应阀组件热接触第一气体流动，所述第一气体流动选自由所述混合气流、所 述产品氢流和所述副产品流组成的组；以及基于所述第一气体流动的温度和所述温度响应阀组件的热力学性质，可逆地改变第二 气体流动。
41.如权利要求40所述的方法，其中所述第二气体流动包括用于由加热组件燃烧以加 热所述制氢区域的燃料，并且进一步地，其中所述方法包括燃烧所述第二气体流动，以加热 所述制氢区域。
42.如权利要求41所述的方法，还包括以下步骤用所述温度响应阀组件改变提供至 所述加热组件的所述第二气体流动。
43.如权利要求42所述的方法，还包括以下步骤与提供至所述加热组件的所述第二 气体流动的量成比例地加热所述制氢区域。
44.如权利要求40所述的方法，其中所述温度响应阀组件至少包括具有第一热膨胀系 数的第一材料和具有第二热膨胀系数的第二材料，并且进一步地，其中所述热力学性质包 括所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数之间的差异。
45.如权利要求40所述的方法，其中所述混合气流由与所述温度响应阀组件流体连通 的第一气体管道运送，并且其中所述方法包括响应于所述第一气体管道中的所述混合气流 的温度而由所述温度响应阀组件自动地改变所述第二气体流动。
46.如权利要求40所述的方法，其中所述第一气体流动和所述第二气体流动是相同的 气流。
47.如权利要求40所述的方法，其中所述第一气体流动和所述第二气体流动主要由所 述副产品流组成。
48.如权利要求40所述的方法，其中所述第一气体流动是所述混合气流，而所述第二 气体流动是所述副产品流。
全文摘要
一种带有至少一个温度响应阀组件的制氢燃料加工组件和燃料电池系统，以及反馈调节制氢区域的方法。该温度响应阀组件适合于自动响应所关注的气流的温度，以调节通过其的主题气流的流量。在某些实施方式中，这些气流是相同的气流；然而在有些实施方式中，它们是不同的气流。气流可包括至少来自燃料加工组件的制氢区域的重整产品流、来自纯化区域的副产品流，以及来自纯化区域的产品气流。在某些实施方式中，主题气流可以是副产品流，该副产品流形成流体连通以作为燃烧器或其它加热组件的可燃的燃料流而传输，该燃烧器或其它加热组件产生热的排气流，以加热燃料加工组件的制氢区域。
文档编号B01J8/00GK102137712SQ200980133877
公开日2011年7月27日 申请日期2009年8月27日 优先权日2008年8月27日
发明者约翰·R·阿诺德, 詹姆士·A·吉温斯, 阿恩·拉闻 申请人:益达科技有限责任公司