专利名称：移动式燃料处理装置和密闭箱及其安装方法
技术领域：
本发明涉及一种把烃基燃料转化成富氢转化物的燃料处理装置，该富氢转化物用于燃料电池或其它需要富氢原料流的设备。本发明的装置及方法提供一种移动式燃料处理装置，该装置可不费力地被搬运并安装在合适场所。
背景技术：
燃料电池是借化学氧化一还原反应发电的，在清洁度和经济性方面胜于其它发电方式。燃料电池通常以氢为燃料、以氧为氧化剂，其发电量与反应物的消耗率成正比。
阻止燃料电池广泛应用的一个不利条件是缺乏广泛分布的氢基础设施。与广用于大多数发电系统的烃燃料相比，氢的体积能量密度较低且更难存储和搬运。克服这一困难的办法是用转化器把烃燃料转化成富氢气流用作燃料电池的进料。
氢基燃料，诸如天然气、液化石油气、汽油和柴油，依靠转化工艺过程就能用作大多数燃料电池的燃料源。现行技术采用一种包括若干净化工序、兼有初转化工序的多级工艺过程。初始工序常常是蒸汽转化(SR)、自热转化(ATR)、催化部分的氧化(CPOX)、或是非催化部分的氧化(POX)。净化工序通常由脱硫组合、高温水煤气变换、低温水煤气变换、选择性CO氧化、或选择性CO甲烷化成分。回收纯净富氢转化物的可选工序包括采用选择性透氢膜和滤器。
此外，那些能输送高适应性、高输出功率的燃料电池和燃料处理系统有日益增长的需要。对适应性起重要作用的可移动性却往往导致输出功率降低和运转时间缩短。因此，为延长运转周期，需要一种既易于搬运又能提供足量燃料电池质量转化物的燃料处理器。
发明内容
本发明提供一种移动式燃料处理装置。该装置包括一个有限内部空间且设有不透气的隔离层外壁的密闭箱。连在密闭箱上的是用于使密闭箱改变位置的移动装置。优选的是，该移动装置包括车轮、滚轴、轨道等，作为密闭箱底面附加物。而且，移动装置可包括连在密闭箱侧面的把手、制动器和其它零件。该装置还包括一个位于密闭箱里的燃料转化器用来把转化器燃料转化成燃料电池质量富氢转化气。该燃料转化器能向燃料电池堆叠提供足量的富氢转化物，用来产生至少约1KW、优选为至少约3KW，更优选为至少约7.5KW的电力。本发明密闭箱的一个任选但更优先选用的特征在于在密闭箱里备有带传感器的气体检测系统，用于监控密闭箱里可燃气体的存在。
而且，该移动式燃料处理装置备有若干个任选但更优先选用的接管头。此类接管头可包括把密闭箱、燃料转化器连接到转化器燃料源诸如建筑物里燃气管道的接管头；使密闭箱与水源(优选是公用设施水管道)连接的接管头；使密闭箱与外部下水道连接的接管头或出口接头。任选的是，该密闭箱还可备有使燃料处理器与燃料电池(或燃料电池堆叠)连接的接管头，用于向燃料电池输送富氢转化物流，和使燃料电池排出流返回密闭箱。并且，该移动式燃料处理装置还可包括设立一个与远程过程控制单元通信的接插件。
在工艺过程方面，本发明提供燃料处理器的一种安装方法，该方法包括下列步骤把装有燃料处理器的移动式不透气的密闭箱移动到合适的场所；把水源连接到密闭箱上；把转化器燃料源连接到密闭箱上；把燃料电池连接到密闭箱上。优选的是，上述水源和燃料源分别是建筑物里的公用设施水和天然气管道。该方法还可包括把民用的排水管设置或连接到密闭箱上。把密闭箱连接到燃料电池的步骤优选要包括两个连接机构，分别向燃料电池输送富氢转化物，和使燃料电池排出流返回密闭箱。任选但更优先选用的是，该方法要包括设置通信链路的附加步骤，用来与远程过程控制单元通信。
参照下列说明与附图一起，就能理解本发明。
图1为本发明的移动式燃料处理器装置及密闭箱的示意图。
本发明是易于容纳而不拒绝各种修改方式和可选形式的，但其具体的实施方式已借实施例表明并于此处详述。可是不言而喻，这种实施方式的描述并非使本发明局限于特定形式，恰恰相反，是用来包括那些属于后附本发明权利要求书限定的精神和范围所有的修改方式、等效物、和可选代替物。
具体实施例方式
下文描述本发明的例证性实施方式。为清楚起见，在本说明书的实际实施方式中，不是对其所有的特征都加以描述。理应认识到，为了实际实施方式的开发，必须作出实施的具体决定以达到开发人的具体目标，诸如依从那些实施各不相同的、涉及制度和企业的限制。并且，应当认识到，这种开发努力会是复杂和费时的，但是，对那些得益于本公开的本行业人来说，仍然是一项常规工作。
本发明提供(1)一种移动式燃料处理装置，和(2)移动式燃料处理器的一种安装方法。
(1)移动式燃料处理装置本发明的移动式燃料处理装置包括一个有限内部空间且设有不透气的隔离层外壁的密闭箱。连在密闭箱上的是用于使密闭箱改变位置的移动装置。而且，该装置还包括一个位于密闭箱里的燃料转化器用来把转化器燃料转化成富氢转化气。
移动式密闭箱适用于本发明方法和装置的密闭箱可以是一个尺寸、材料和结构无须指定的密闭箱，只要能容纳燃料处理器及其连带的子系统即可。这种密闭箱的外壁应该设置不透气的隔离层以防止转化器所生气体或密闭子系统漏出的气体逸散到外部环境。因为燃料处理装置的一个主要特征是该系统的可移动性，优选的是，密闭箱和封闭的燃料处理器及子系统是小型的，为的是便于搬送。但是，密闭燃料处理器的容量却应足够大，当连接到燃料电池堆叠时，组合发电系统的发电量为至少约1KW，优选为至少约3KW，更优选为至少约7.5KW。
优选的密闭箱是一种有紧固壁板的刚性框架箱。壁板可用多种(非)保温材料制成，诸如金属、塑料及复合材料。任选的是，当燃料处理器停止运转时，壁板可以是可移动的，以便接近密闭箱的容积。与结构的材料或方法无关，这个全组装的密闭箱应设有不透气的隔离层。这里所谓的“不透气的隔离层”是指那种事实上能阻止气体由密闭箱内部扩散到周围环境。密闭箱内部的排气是由成套冷却系统控制的，该系统由许多换热式排气风扇成分。
密闭箱上设有接头管或进口接头，用来与水源、燃料源连接，把空气吸入密闭箱供燃料处理。优选的是，转化器燃料经常是天然气，这是由于其成本和在大多数住宅和商务建筑里易于得到之故。该转化器燃料和水的接头管优选是一般适用于住宅和商务建筑公用设施管道的常规和标准接头管。密闭箱的附加接头管、进口和/或出口接头可包括一个下水道接头管，用来使集水器与民用的排水管连接、和一个连接在外部电源上的接插件。
本发明燃料处理装置中所用的密闭箱接头管、进口和出口接头优选是快速连接性的、以进一步简化该移动式燃料处理器装置的安装和调整。这种接头管可包括插塞式和套管型接头管、联锁凸凹性接头管、连接榫槽性接头管、以及辅助螺纹表面接头管。应该注意，简述这类适用于移动式密闭箱的接头管不是无遗漏的而只是作为各种接头管的例证，这类能够快速接合或脱离的接头管能提供可靠的连接。
任选的是，该密闭箱至少有一个接管头用来与燃料电池堆叠连接。优选的是，燃料电池堆叠接管头能为下列各种流动创造条件富氢转化物和/或空气的输送，阳极、阴极排出流返回密闭箱，冷却介质输送、返回到燃料电池。所有与燃料电池堆叠的“连接”都是常规和标准的，为的是简化任一燃料电池堆叠的燃料处理器及其密闭箱的使用。
燃料处理器在运转期间需要空气源。在这方面密闭箱中安放一个空气调节系统。预计，密闭箱可有一个用于把空气流输送到燃料电池堆叠的接管头。空气进口接头可连接到外部空气调节系统而优选是一个向着位于密闭箱里空气调节系统的空气源。在一个优选的实施方式中，空气进口接头只是内部空气调节系统的一个空气入口。能在运转期间提供稳定空气源的优选的内部空气调节系统公开在US专利申请No.10/407,258，“Fluid Balance Control System for Use in a FuelProcessor”，Nguyen et al.，04.2003(Attorney Docket No.X-0072)，其说明书编列于此以供参考。
该密闭箱优选包括一个用于燃料处理和连续由密闭箱里排出气体的冷却系统。这一冷却系统公开在US专利申请10/407,401，“CoolantSystem for Fuel Processor”，Wheat，et al.，04.2003(Attorney DocketNo.X-0125)，其说明书编列于此以供参考。这一冷却系统一般包括一种循环冷却介质，诸如水等。因此，该密闭箱优选有一个用于注满冷却介质槽的加注口。而且，该密闭箱可备有向燃料电池堆叠输送和返回冷却介质的若干接头管以帮助调节堆叠里的温度。
当燃料处理器运转期间，移动式密闭箱的内部用通风器连续不断地排气。通风器优选是一台与内部冷却液系统协同的换热式排气风扇。这一冷却液系统公开在US专利申请No.10/407,401“Coolant Systemfor Fuel Processor”Wheat，etal.，04.2003(Attorney Docket No.X-0125)。在可选方案中，通风器可以成风扇形把气体从密闭箱中抽出并向密闭箱外边排出。当可燃气体不在移动式密闭箱里聚集时，这一排气运转就是一种从密闭箱里除去气体的安全有效方法。但是，如果可燃气体被检出，该通风器应有能力在排气发生之前使可燃气体重新流向一台密闭箱里的燃烧器去燃烧。
由于可燃气体有开始聚集的可能性，最优选的是，可移动密闭箱备有一个气体检测系统，用于监控密闭箱内部这种气体的存在。这种检测系统至少备有一个气体传感器；用于监控密闭箱里的环境，并把数据传递到处理机或过程控制器。应挑选出传感器来监控密闭箱里可能聚集的氢、甲烷、CO、及其它可燃/危险气体的存在。传感器优选是一种爆炸阈下限型传感器。应根据若干因素来选择传感器，包括可能存在于密闭箱里气体的特性及危险性，以及燃料处理器安装、运转场所适用的代码及标准。适用的传感器可从市场上许多卖主处买到，一般以CO、天然气和氢传感器的形式出售。而且，适于检出各别气体的传感器是不需要的。例如，由于CO和天然气的特性，一种用来检测天然气或CO的检测器，当气体的氢含量到达传感器爆炸下限的1/10时，该气体检测器也会起动。
当一个气体出现或任何需要激活时，该传感器应该具有向一个过程控制器传递数据的能力，该过程控制器能够接收数据并采取什么措施。预计，过程控制器还用来控制燃料处理器及其子系统的运转，可以是机载处理机、远程处理机，或是既机载又远程的处理机系统。根据传感器接收的数据，过程控制器能起动警报机使控制器处于待机状态，为燃料处理器开始-停机序列，和/或在其它可能的程序中起动一例行程度诸如起动抽空机从密闭箱内部除去气体。
附加的接管头应包括通信插头座，按照要求，在密闭箱和远程过程控制单元之间设立一通信链路。而且，优选的是，在密闭箱里设有机载过程控制器用于燃料处理器运转以及其它机载子系统，诸如空气调节、冷却、及水处理子系统的本机控制。在机载过程控制单元和远程过程控制单元之间的通信插头座有利于提供对移动式燃料处理装置的监控。
该密闭箱另外的优选特征包括一台液晶显示器或其它视频显示，用于涉及运转情况的数据和涉及燃料处理器的电位诊断信息的显示，当需要时，视频显示与机载过程控制单元连接也能任选地与远程过程控制单元连接。该密闭箱也能包括一个或多个用户控制机构，把用户所选输入信号提供给机载过程控制单元。为把想要的运转情况指示给过程控制单元，旋钮、按钮、拨号盘、键盘等是适用类型的用户控制机构。
移动装置附加在密闭箱上的是移动装置，用于在两个位置之间搬运可移动燃料处理装置。移动装置包括可固定到密闭箱的底面上的车轮、滚轴、轨道等，以便能容易地移动密闭箱。另外，移动装置还包括固定到密闭箱的一个或多个侧面或顶壁上的把手、制动器、吊环钩等。该密闭箱也有一刚性底壁或基底支座，便于借助叉式提升机构来提升和运送。
燃料转化器在转化工序中通常进行着两种不同的反应。式I和II是典型的反应式，式中甲烷当做烃类(I)(II)部分氧化反应(式I)很快发生于所加氧的完全转化，而且是放热的(即产生热量)。原料流中高浓度的氧有利于部分氧化反应。
蒸汽转化反应(式II)发生较慢，而且是吸热的(即吸收热量)。高浓度的水蒸气有利于蒸汽转化。
本行业的人应该理解并认识到，部分氧化和蒸汽转化可以兼备，把预热的转化器反应物转化成含氢和CO的合成气。在这样的情况下，氧与烃之比和水与烃之比成为特性参数。这两个比对操作温度和氢的收率起作用。转化工序的操作温度可在从约550℃到约900℃范围内，取决于进料状态和催化剂。
转化器所用的催化剂层可呈各种形状包括切粒、微珠、挤出物等，或是一种包在叶片或热管上的涂浆层。部分氧化催化剂应为本行业的人所熟知，通常是一种包在单块体、挤出物、切粒或其它载体上的含有贵金属(Pt、Pd、Rh和/或Ru)的氧化铝涂浆层。业经使用的非贵金属有Ni或Co。其它涂浆层诸如二氧化钛、氧化锆、二氧化硅，及氧化镁在文献中列举过。许多辅助物质诸如La、Ce，及K作为改善部分氧化催化剂性能的“助催化剂”在文献中列举过。蒸汽转化催化剂应为本行业的人所熟知，可包括含适量Co的Ni，或贵金属(Pt、Pd、Rh、Ru1和/或Ir)。该催化剂可单独或共同承载在氧化镁、氧化铝、二氧化硅、氧化锆、或铝酸镁上。可选方案是，蒸汽转化催化剂可包括Ni，优选的是单独或共同承载在氧化镁、氧化铝、二氧化硅、氧化锆，或铝酸镁上，用一种碱金属(诸如K)助催化。
考虑到转化过程主要是一个自热转化过程，用冷却工序来把转化物流冷却到约600℃～约200℃，优选到约500℃～300℃，更优选到约425℃～375℃，为各种净化工序作准备。这个冷却工序可借助散热片、热管或换热器来实现，应视设计要求和回收/循环使用气流的热容量而定。可选方案是，或还有，冷却工序可借助注入辅助进料成分(如燃料空气或水)来实现。水是优选的，因为随着蒸发成汽而大量吸热之故。该组分的添加量应视想要的冷却程度而定，可由本行业的人轻易确定。考虑到转化过程基本定为蒸汽转化过程，由于蒸汽转化过程的吸热性合成气的冷却是任选的。
粗转化物流中的常见杂质是硫，它在转化过程中转化成硫化氢。转化器或其下游的组件优选可包括一种能够吸收、转化硫化氢的ZnO和/或其它物质，并可包括一种载体(如单块体、挤出物、切粒等)。脱硫工序可按下列反应式III把硫化氢转化成水来实现(III)氧化锌是优选的因为在很宽的温度范围内(约25℃～约700℃)它是有效的H2S吸收剂，借助适当选择操作温度为充分利用处理顺序提供很好的适应性。在此场合也能除去其它杂质(如氯化物)。
纯净的转化物流然后可送到任选的混合工序，其中包括向气流中加水。随着水的添加蒸发，降低了反应物流的温度，并为水煤气变换反应补给更多的水。借助通过惰性材料(如陶瓷珠或类似物)的处理中心，水蒸气和其它转化物流成分能够高效混合，该惰性材料协助水的蒸发。典型的水煤气变换反应按式IV把CO转化成CO2(IV)在此工序步骤中，作为燃料电池毒物的CO基本上从气流中除去并转化成CO2，通常在燃料电池里认为是惰性气体。CO的浓度优选应低于燃料电池能耐受的含量，一般低于约50ppm，通常，水煤气变换反应能在150℃～600℃下进行，视所用催化剂而定。在这个条件下，气流中大部分CO都氧化成CO2。
低温变换催化剂在约150℃～约300℃的范围内操作，它包括承载在其它过渡金属氧化物(如氧化锆)上的氧化铜或铜，承载在过渡金属氧化物或耐熔载体(如二氧化硅、氧化铝、氧化锆等)上的锌，或合适载体(如二氧化硅、氧化铝、氧化锆)上的贵金属(如Pt、Re、Pd、Rh或Au)等。高温变换催化剂优选在约300℃～约600℃的范围内操作，可包括过渡金属氧化物(如氧化铁或氧化铬)，并任选包括助催化剂(如铜或硅化铁)。其它适用的高温变换催化剂是载体上的贵金属(如载体上的Pt、Pd和/或其它铂系元素)。变换催化剂也可包括一层高和/或低温变换催化剂的填充床(如上所述)。任选的是，一种元件(如热管)可以配置在变换反应器的处理中心用于控制催化剂填充床里的反应温度，在低温情况下对CO转化成CO2是有利的。
而且，选择性氧化可任选在富氢转化器上进行来把剩余的CO转化成CO2。这类反应包括想要的CO的氧化(式V)和不想要的氢的氧化(式VI)(V)(VI)反应是在有CO氧化催化剂的情况下进行的，该催化剂可呈各种形状诸如切粒、微珠、单块体等。CO氧化催化剂是已知的，通常包括贵金属(如Pt、Pd)和/或过渡金属(如Fe、Cr、Mn)，和/或贵金属或过渡金属的化合物特别是氧化物。一种优选的氧化催化剂是在氧化铝涂浆层中的铂。该涂浆层可涂到单块体、挤出物、切粒或其它载体上。可添加辅助物质诸如Ce或La来改善性能。许多其它配方曾在文献中列举过，而一些专业人员声称氧化铝上的铑催化剂具有优良性能。钌、钯、金及其它物质也曾在文献中列举过，供这样使用有效。
低温有利于CO的优先氧化。因为上述两个反应都放热，反应器里可以配置热管或其它手段来除去过程中所生的热。此处操作温度优选保持在约90℃～约150℃的范围内。此外，可利用这一氧化过程把CO含量降到低于50ppm，适用于燃料电池。
离开燃料处理器的富氢转化物是一种含有CO2和其它成分的富氢气体，其它成分有水、惰性成分(如氮、氩)、残余烃等。此转化物可用作燃料电池的进料，或用作所需富氢原料流的其它用途。任选的是可把富氢转化物送去进一步处理，如除去CO2、水或其它成分。在进入燃料电池堆叠之前，从转化物流中分离出水的操作将于下文涉及。
燃料转化器或处理器是技术上熟知的，用来把烃基物流转化成富氢气流。此转化器包括但不限于下列文献US专利申请2002/0083646，Deshpande 07.04.2002；US专利申请2002/0090326，Deshpande 07.11.2002；US专利申请2002/0090328，Despande 07.11.2002；US专利申请2002/0090327，Deshpande 07.11.2002；US专利申请2002/0088740，Krause 07.11.2002；US专利申请2002/0094310，Krause 07.18.2002；US专利申请2002/0155329，Stevens 10.24.2002；US专利申请2003/0021741，Childress 01.30.2003；以及US专利申请2003/0021742Krause 01.30.2003；以上各文献编列于此以供参考。这些出版物公开了许多不同配置的燃料处理器，在本发明的整体装置范围内使优点超过一般。
燃料处理器和转化器通常有一台辅助燃烧器，与转化反应器既分离又联合，用来给反应物加热、产生水蒸气、给反应器加热、以及除去不想要的副产物，这些副产物是在燃料处理器和/或燃料电池运转期间产生的。例如，这类燃烧器经常被看作是阳极废气氧化器因为除在燃料处理运转中的作用之外，它们通常用来燃烧那些来自燃料电池堆叠阳极的废气。
在本发明的方法和可移动装置中优选的是，出现一台燃烧器不仅帮助燃料处理而且用于燃烧并借此消除那些从各种燃料处理和燃料电池处理流程中分离出来的可燃气体。燃烧之后，燃烧产物气体通常可从密闭箱安全排出。优选的是，燃烧器有一条排气管线由密闭箱的上部冒出；以便防止低位受热。
适用的燃烧器可包括下列文献US 6,077,620；06.20.2000，Pettit(Catalytic cornbustor fired by anode effluent and/or fuel from aliquid fuel supply that has been vaporized)；US 6,232,005；05.15.2001，Pettit(A tubular section at the combustor’s input end intimately mixesthe anode and cathode effluents before they contact the combustorsprimary catalyst bed；the tubular section comprises at least oneporans bed of mixing media that provides a tortuous path for creatingturbulent flow and intimate mixing of the anode and cathode efflnentstherein)；及US 6,342,197；01.29.2002，Senetar(Describing andcomparing combustors with a variety of features and configurations)，以上各文献编列于此以供参考。其它适用的燃烧器包括US专利申请10/408,080“Method and Apparatus for Rapid Heating of FuelReforming Reactants”，Nguyen(Attorney Docket No.X-0076)，US专利申请10/407,290“Anode Tailgas Oxidizer”，Deshpande(AttorneyDocket No.X-0075)，以上各文献编列于此以供参考。
优选的是，燃料处理器将有一个或多个与燃料处理器、燃料电池或两者综合且安装在可移动密闭箱里的子系统。如上所述，空气调节、冷却和水处理子系统通常结合成整体并可包含在移动式密闭箱里面。
例如，公开在US专利申请10/407,617中的是在综合燃料处理和燃料电池运转的范围内的水处理方法和装置“Method and Apparatusfor Separating Water from a Fuel Cell Exhaust stream”，Desphande04.04.2003(Attorney Docket No.X-0124)，及US专利申请10/407,876“Intergrated Fuel Processor Apparatus and Enclosure and Methodsof using Same”，Wheat(Attorney Docket No.X-0073)，及US专利申请10/408,006“Level Control for Process Water Tank”，Wheat 04.04.2003(Attorney Docket No.X-0128)，以上各文献编列于此以供参考。
燃料电池堆叠如本文所述，燃料处理装置可备有一个或多个使密闭箱及密闭燃料处理器与外部燃料电池或燃料电池堆叠相互连接的接管头。具体地说，移动式密闭箱可备有若干个用来接收来自燃料电池的阳极废气及阴极废气、或来自燃料电池堆叠阳极、阴极集气管的接管头。而且，密闭箱可备有一个把富氢转化气输送到该堆叠的接管头或排气管接头。此外，也可设置若干个向燃料电池或净化空气源提供冷却介质的接管头。
燃料电池及其类型是技术上熟知的，且本行业的人应能选择合适的接管头来使燃料电池与移动式燃料处理装置及密闭箱相互连接。
(2)移动式燃料处理装置的安装方法本发明还提供移动式燃料处理装置的一种安装方法。该方法包括下列步骤把装有燃料处理器的、可移动的不透气的密闭箱搬运到合适的场所；把水源连接到密闭箱上；把转化器燃料源连接到密闭箱上；把燃料电池连接到密闭箱上。优选的是，把密闭箱连接到水源和转化器燃料源的步骤包括把密闭箱连接到建筑物里的水和天然气公用设施管线。该方法还可包括把密闭箱连接到民用的排水管的步骤。
把密闭箱连接到燃料电池的步骤优选应包括设置几个把富氢转化物输送到燃料电池和使燃料电池废气流返回密闭箱的连接机构。任选但更优先选用的是，该方法应包括给密闭箱提供通信链的附加步骤，用来与远程控制单元通信。而且，各连接步骤优选应使用快速连接型接插件。
附图详述图1为本发明的移动式燃料处理装置和密闭箱的示意图。移动式装置及密闭箱笼统地用参考号110指出。移动式装置及密闭箱备有一台安装在外壁105里面的燃烧器/转化器115。外壁105封闭着若干燃料处理器子系统包括燃烧器/转化器、净化/变换组件145、气/液分离器120和146、收集器140、机载过程控制单元100、气体检测器/传感器180、生产用水箱165和抽空器160。同样在外壁105之内的是构成移动式密闭箱内空容积或空隙的内部空间155。
外壁105设有不透气的隔离层，防止那些扩散进内部空间115的气体流到密闭箱以外。外壁105备有若干接管头或进/排气管接头，使转化器及其它燃料处理子系统与各种外部元件连接。在外壁105上设有接管头124，使燃烧器/转化器与外部烃基燃料源104连接。设有接管头122，使转化器或内部生产用水箱165与外部生产用水源102连接。尽管没有具体说明，本行业的人应该知道，在燃料转化处理期间水要在几个阶段使用，当需要从箱165向各燃料处理子系统送水时，能提供适当的管系输送和阀门调节。
在燃料处理器运转期间，燃烧器/转化器115从外部源接收水和烃基燃料，把燃料转化成富氢转化物。富氢转化物经管线108流进一个或多个净化和/或精制过程，总起来用净化/变换组件145表示。然后净化、变换的转化物经管线156流进气/液分离器120，分离和除去至少部分转化气流中的水。优选的是，要使转化物冷却为的是在从转化气流分离出来之前使水冷凝。
如果贫水的转化物达到燃料电池质量，转化气经管线112流出接管头128到达燃料电池堆叠130，在电化学反应期间它至少要被燃料电池部分地消耗。如果贫水的转化物没达到燃料电池质量，转化气经管线114流到燃烧器/转化器115的燃烧器部分去燃烧。然后燃烧产物气体可经管线116，通过接管头134，流到密闭箱以外。优选的是，把排气管或管线135连接到接管头134，使燃烧产物气体流到燃料处理器密闭箱以外及燃料处理器运转着的建筑物以外。
从气/液分离器120里富氢转化物流分离出来的水经管线118流进收集器140。分出的水通常会含有夹带或溶解的可燃气体成分，在收集器140里会从水中挥发出来。如不降低水中该气体的含量就向环境排放是不安全的。经过在一个或多个技术上已知的分离器中分离之后，借助收集器140从水流中平静地除去残余气体。如所述，收集器140是一敞口容器，使该气体能够挥发和扩散进入密闭箱110里的内部空间155。经过足够时间在收集器140里平静脱气之后，收集的水流过水箱出口管132和管线126。水可保留在收集器140里用于定期排泄，或在水箱出口管132或不超出接管头136处用节流器来保持一种不超过该容器范围的平稳水流，这将使水在敞口容器140里汇集一段适当时间。管线126在接管头136通过外壁105。使接管头136与民用排水管150连接来安全排放该脱气的水。
燃料电池堆叠130在发电的电化学反应期间消耗富氢转化物和一种含氧气体。存在于燃料电池排出气流中的有废转化物、未反应的氢、废含氧气体、未反应的氧、以及液、气态产物水。作为例证，阳极废气流经接管头138和管线142流进分离器146。在分离器146里，液态水从气体成分中分离出来经管线144流进收集器140。从阳极废气流中分出的气体经管线106流进燃烧器/转化器115的燃烧器部分去燃烧。阴极废气流172经接管头174流进密闭箱，到达生产用水箱165，气流中的液、气态水凝结并脱离气流。聚集在生产用水箱165水上的阴极废气，则可使之流向燃烧器/转化器115经燃烧后排放。生产用水箱165里的水含量可借助从水源102加水和经排出口94排水来调节。从排出口94排出的水定线经管线148到达敞口收集器140。存放在收集器140里的这种分离的水通常会含有若干来自阴极废气流夹带或溶解的可燃气体成分。
由所收集的水中挥发出来的可燃气体从敞口收集器里扩散超过敞口收集器范围，到达密闭箱110的内部空间155。该气体于此可用气体传感器180来检测，该传感器把数据传递给处理机工具诸如远程处理机控制单元175和/或机载过程控制单元100。处理机工具监控接收来自传感器180的数据并对密闭箱110中是否存在可燃气体做出决定。当对这种气体的检测做出响应时，处理机工具就能起动报警信号、或起动一个或多个例行程序诸如为燃料处理器起动运转停止程序、或起动抽空机160，为的是从密闭箱中除去这种气体。起动时，抽空机160从密闭箱内部空间排出可燃气体，并使之经管线176流进燃烧器/转化器115的燃烧器。在可选方案中，在一个图1中未示出的实施方式中，可燃气体可以密闭箱110中流出来，在一个外部处理组件里贮存或处理。
尽管本发明已参照附图所示的具体实施方案进行详细地描述，但是本行业的人显然可以在没有背离后附权利要求书所限定的本发明设计精神和范围的情况下进行各种修改和变动，凡此均仍包括在本专利范围之内。
权利要求
1.一种移动式燃料处理装置，该装置包括具有一个外壁限定一个内部空间且设有不透气的隔离层外壁的密闭箱；连在密闭箱上的移动装置；及一个配置在密闭箱内部空间的燃料转化器用于把转化器燃料转化成富氢转化气。
2.根据权利要求1的装置，还包括一个气体检测器，该气体检测器包括一个在密闭箱里面的传感器，用于检测密闭箱里可燃气体的存在。
3.根据权利要求2的装置，其中该传感器能检测氢的存在。
4.根据权利要求2的装置，其中该传感器能检测甲烷的存在。
5.根据权利要求2的装置，其中该传感器能检测一氧化碳的存在。
6.根据权利要求1的装置，其中该移动装置包括许多安装在密闭箱底面的轮子。
7.根据权利要求1的装置，其中该密闭箱还包括一个接管头，用于使密闭箱和燃料转化器与原料或转化器燃料源连接，该转化器燃料源包括一条建筑物里的天然气公用设施管道。
8.根据权利要求1的装置，其中该密闭箱还包括一个接管头，用于使密闭箱和燃料转化器与水源连接，该水源包括一条建筑物里的水公用设施管道。
9.根据权利要求1的装置，其中该密闭箱还包括一个接管头，用于使密闭箱与一条建筑物里的外部排水设施连接。
10.根据权利要求1的装置，其中该密闭箱还包括一个接管头，用于使密闭箱和燃料转化器与燃料电池连接，把富氢转化气输送给燃料电池。
11.根据权利要求10的装置，其中该密闭箱还包括一个接管头，用于使燃料电池与密闭箱连接，使燃料电池废气返回密闭箱。
12.根据权利要求1的装置，还包括一个机载过程控制单元，其中该密闭箱还包括一个接插件，用于建立与远程过程控制单元的电子通信。
13.根据权利要求1的装置，其中该燃料转化器能把至少发电约1KW的足够量的富氢转化物输送给燃料电池堆叠。
14.根据权利要求13的装置，其中该燃料转化器能把至少发电约3KW的足够量的富氢转化物输送给燃料电池堆叠。
15.根据权利要求14的装置，其中该燃料转化器能把至少发电约7.5KW的足够量的富氢转化物输送给燃料电池堆叠。
16.燃料处理器的一种安装方法，该方法包括下列步骤把不透气的密闭箱搬运到合适的场所，该密闭箱中装有燃料处理器；把水源连接到密闭箱上；把转化器燃料源连接到密闭箱上；把燃料电池连接到密闭箱上。
17.根据权利要求16的方法，还包括为该密闭箱设置民用的排水管的步骤。
18.根据权利要求16的方法，其中把密闭箱连接到水源的步骤包括把密闭箱连接到建筑物里公用设施水管道上。
19.根据权利要求16的方法，其中把密闭箱连接到转化器燃料源的步骤包括把密闭箱连接到建筑物里公用设施天然气管道上。
20.根据权利要求16的方法，其中把燃料电池连接到密闭箱的步骤包括把管线连接在燃料电池和密闭箱之间，用于把富氢转化物输送给燃料电池。
21.根据权利要求16的方法，其中把燃料电池连接到密闭箱的步骤包括把管线连接在燃料电池和密闭箱之间，用于把燃料电池废气返回密闭箱。
22.根据权利要求16的方法，还包括给密闭箱提供一条与远程过程控制单元的通信链路的步骤。
全文摘要
一种可移动燃料处理装置及密闭箱(110)，包括密闭箱(110)具有一个限定内部空间且设有不透气隔离层(105)的外壁。连在密闭箱(110)上的是用于使密闭箱(110)改变位置的移动装置(90)。一个能向燃料电池堆叠(至少每小时产生大约1KW)提供足够量富氢转化物的燃料转化器(115)配置在密闭箱(110)的内部空间。一个任选的气体检测系统包括配置在密闭箱(110)里面的传感器(180)用于监控密闭箱(110)里可燃气体的存在。该可移动装置可有若干个接管头(122、124)把密闭箱(110)、燃料处理系统连接到转化器燃料源、水源、以及民用的排水管(150)上。
文档编号H01M8/04GK1820387SQ200480013520
公开日2006年8月16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·S.·惠特, 詹姆斯·F.·史蒂文斯, 柯蒂斯·L.·克劳斯, 杰弗里·A.·赫奇斯, 里卡·G.·坡 申请人:德士古发展公司