用于在可变输送速率下可靠的原料输送的系统和方法

专利名称：用于在可变输送速率下可靠的原料输送的系统和方法
技术领域：
本揭示内容大致上有关氢气-产生的燃料处理组件及燃料电池系统，且更特别是 有关用于此的原料输送系统。
背景技术：
氢气-产生的燃料处理组件是一或多个装置或零组件的组件，该组件包括具有氢 气_产生区域的燃料处理器，该氢气_产生区域被设计成适于将一或多种原料转换成含有 氢气当作主要成份的产品射流。在操作中，该氢气-产生区域典型是在升高的温度及压力 下操作，且包含合适的催化剂，以由被输送至该氢气-产生区域的原料产生至少氢气。被输 送至该氢气_产生区域的原料的成份、流动速率、及性质可影响该氢气产生组件的性能。所产生的氢气可被使用于各种应用中。一种此应用是能量产生，诸如在电化学的 燃料电池中。电化学的燃料电池是一种将燃料及氧化剂转换成电力、反应产物、及热的装 置。譬如，燃料电池可将氢气及氧气转换成水及电力。在此等燃料电池中，该氢气是所述燃 料，该氧气是所述氧化剂，且该水是所述反应产物。燃料电池典型被偶联在一起，以形成燃 料电池堆。氢气-产生的燃料电池系统是包括氢气产生处理组件的系统，该氢气产生处理组 件被设计成适于氢气-产生；及燃料电池堆，其被设计成适于承接通过该燃料处理组件所 产生的氢气，且被设计成适于由该燃料电池堆产生电流。当氢气至该燃料电池堆的流动速 率被原料至该氢气生产组件的氢气-产生区域的流动速率所影响时，这可影响该燃料电池 堆的性能和/或其满足被施加至其上的负载的能力。在很多燃料处理组件中，用于该氢气_产生区域的进料射流是液体进料射流。该 液体进料射流是通过泵抽取自合适的来源或储存器，且此后被输送至该氢气-产生区域， 典型在蒸发该进料射流之后。在很多此等燃料处理组件中，该液体的进料射流包括水及含 碳原料、诸如醇或碳化氢的至少一种。被由该来源泵吸至该氢气_产生区域的进料射流的 速率典型是与对于氢气的需求有关，当对于通过该燃料处理组件所产生的氢气有较大需求 时，所提供的进料射流有较大的流动速率，且当对于有较低的需求时，所提供的进料射流有 较少的流动速率。在流动速率的范围内可靠地提供该进料射流的想要的流动速率是用于燃 料处理组件的设计目标，因进料射流的流动速率影响该燃料处理组件与其的任何氢气_产 生的燃料电池系统的整个性能和/或操作条件，该燃料处理组件形成该氢气_产生的燃料 电池系统的一部分。


图1是具有根据本揭示内容的原料输送系统的燃料处理组件的示意图。图2是根据本揭示内容的原料输送系统的示意图。图3是根据本揭示内容的另一原料输送系统的示意图。图4是根据本揭示内容的另一原料输送系统的示意图。图5是根据本揭示内容的另一原料输送系统的示意图。图6是根据本揭示内容的另一原料输送系统的示意图。图7是具有根据本揭示内容的原料输送系统的燃料电池系统的示意图。图8是具有根据本揭示内容的原料输送系统的另一燃料处理组件的示意图。图9是燃料处理组件的另一范例的示意图，该燃料处理组件可与根据本揭示内容 的原料输送系统一起使用。图10是根据本揭示内容的燃料处理组件的示意图，其中该氢气-产生区域及该加 热组件两者承接包含水及液体含碳原料的燃料射流、或进料射流。图11是具有根据本揭示内容的原料输送系统的另一燃料处理组件的示意图。
具体实施例方式包含根据本揭示内容的原料输送系统22的燃料处理组件被显示在图1中，且大致 上被指示在10。燃料处理组件10包括氢气-产生燃料处理器12，其被设计成适于由一或 多个进料射流16产生包含氢气的产物氢气射流14，且于很多实施例中，产生至少大体上纯 氢气。进料射流16是通过该原料输送系统被抽取作为来自一或多个来源112的液体射流。 进料射流16包括至少一含碳原料18及可包括水17。说明性地，合适的液体含碳原料18的 非专有范例包括至少碳化氢或醇。说明性地，合适的液体碳化氢的非专有范例包括柴油、煤 油、汽油、与类似物等。说明性地，合适的醇的非专有范例包括甲醇、乙醇、及多元醇，诸如乙 二醇及丙二醇。当该含碳原料是易于与水混合时，该含碳原料可为、但非需要地在与进料射流16 的水成份相同的进料射流中输送至该燃料处理器，诸如在图1中通过指向该相同的进料射 流16的参考数字17及18所显示。譬如，当该燃料处理器承接包含水及水溶性醇、诸如甲 醇的进料射流时，这些成份可被预先拌合及输送作为单一进料射流。例如说明性、非专有的 范例，重整的进料射流可包含大约25-75体积百分比的甲醇或乙醇或另一合适的易于与水 混合的含碳原料，及大约25-75体积百分比的水。用于由甲醇及水所(至少大体上)形成 的进料射流，所述进料射流将典型包含大约50-75体积百分比的甲醇及大约25-50体积百 分比的水。包含乙醇或其它易于与水混合的醇的进料射流16典型将包含大约25-60体积 百分比的醇及大约40-75体积百分比的水。用于利用蒸气重整或自热重整反应以产生氢气 的氢气_产生组件中，特别适当的进料射流的说明性、非专有范例包含69体积百分比的甲 醇及31体积百分比的水，虽然其它成份及液体的含碳原料可被使用，而不会由本揭示内容 的范围脱离。此包含水及至少一含碳原料的进料射流可被用作用于氢气_产生区域19的 进料射流、及用作用于加热组件(当存在时)的易燃的燃料射流是在本揭示内容的范围内， 该加热组件被设计成适于加热至少该燃料处理组件的氢气_产生区域、诸如加热至合适的
6氢气-产生温度。虽然单一进料射流16是显示在图1中，超过进料射流16可被使用及这些进料射 流可包含相同或不同的原料是在该揭示内容的范围内。这是概要地通过图1中的虚线的第 二进料射流16的含括所说明。相同地，图1还在虚线中说明每一进料射流16可为(但非 需要为)与不同原料输送系统22或其各部分有关连。譬如，当超过原料输送系统22被利 用时，所述系统可(但非需要)由共享的供给源抽取其出口射流的至少一部分。当进料射 流16包含二个或更多成份、诸如含碳原料及水时，所述成份可被输送于相同或不同的进料 射流中。燃料处理器12包括任何合适的装置、或诸装置的组合，其被设计成适于经由化学 反应从进料射流16更大量地产生氢气。据此，燃料处理器12包括氢气-产生区域19，包 含氢气的输出射流20是在该氢气-产生区域中通过利用任何合适的氢气_产生机件所产 生。输出射流20包括氢气当作至少一主要成份。输出射流20可包括一或更多额外的气体 成份，且因此可被称为混合气体射流，其包含氢气当作其主要成份，且其还包含其它气体。用于由被原料输送系统22所输送的进料射流16产生氢气的合适机件的说明性、 非专有范例是蒸气重整，其中重整催化剂被使用于由包含含碳原料18及水17的至少一进 料射流16产生氢气。在蒸气重整的制程中，氢气_产生区域19包含合适的蒸气重整催化 剂23，如于图1中的虚线所指示。在此实施例中，该燃料处理器可被称为蒸气重整器，氢 气-产生区域19可被称为重整区域，及输出、或混合气体射流20可被称为重整产物射流。 如在此所使用，重整区域19意指利用蒸气重整的氢气_产生机件的任何氢气_产生区域。 合适的蒸气重整催化剂的说明性、非专有范例包括低温度变化催化剂的铜_锌配方及通过 Sud-Chemie在该商品名称KMA之下销售的铬配方，虽然其它配方可被使用。典型存在于该 重整产物射流中的其它气体包括一氧化碳、二氧化碳、甲烷、蒸气、和/或未反应的含碳原 料。可被利用在氢气-产生区域19中的合适氢气-产生反应的另一说明性范例是自 热重整，其中合适的自热重整催化剂被使用于由水及存在于空气中的含碳原料产生氢气。 当自热重整被使用时，该燃料处理器进一步包括空气输送组件67，该空气输送组件被设计 成适于输送气流至该氢气-产生区域，如在图1中的虚线所指示。自热氢气-产生反应利 用主要吸热反应，该主要吸热反应是会同一放热的局部氧化反应利用，在该最初氢气_产 生反应的开始时，该放热的局部氧化反应在该氢气-产生区域内产生热。其它用于产生氢 气的合适机件的进一步说明性、非专有范例包括含碳原料的热裂解及催化局部氧化，在该 案例中，该进料射流不包含水。当被利用于产生产物氢气射流14用的氢气时，燃料处理组件10的至少该氢 气-产生区域19被设计成可在升高的温度、或在升高的温度范围内操作。此氢气_产生温 度、或温度范围可经过加热组件60或其它合适的热源的使用被达成和/或维持在氢气_产 生区域19中。氢气-产生的蒸气重整器典型在摄氏200度 900度的温度范围中操作。 在此范围的外的温度是在该揭示内容的范围内。当该含碳原料是甲醇时，该蒸气重整反应 将典型在大约摄氏200度 500度的温度范围中操作。此范围的说明性子集合包括摄氏 350-450度、375-425度、375-400度、及400-450度。当该含碳原料是碳化氢、乙醇、或另一 醇时，大约摄氏400-900度的温度范围典型将被使用于该蒸气重整反应。此范围的说明性
7子集合包括摄氏 750-850 度、725-825 度、650-750 度、700-800 度、700-900 度、500-800 度、 400-600 度、及 600-800 度。该氢气-产生区域19包括二个或更多区、或部分是在本揭示内容的范围内，该氢 气-产生区域的每一个可为在相同或在不同温度下操作。譬如，当该含碳原料是碳化氢、 或包括碳化氢时，在一些实施例中，其可为想要的是包括两个不同的氢气-产生部分，使氢 气_产生部分在比另一氢气_产生部分较低的温度下操作，以提供预先重整区域。在此实 施例中，该燃料处理系统可另一选择地被叙述为包括二个或更多氢气-产生区域。燃料处理组件10的至少该氢气_产生区域19也被组构成将在升高的压力下操 作，诸如至少每平方时40磅或至少每平方时50磅的压力。此压力在此可被称为氢气产生 压力。额外或另一选择是，燃料处理组件的氢气_产生区域可被设计成适于在氢气_产生 的压力范围内操作。当作说明性、非专有的范例，蒸气及自热重整器典型是在此等氢气-产 生的压力下操作，诸如在每平方时40-1000磅的范围中的压力，包括在每平方时40-100磅、 每平方时50-150磅、每平方时50-200的范围中的压力等。在此范围的外的压力可被使用 及在本揭示内容的范围内。譬如，在一些实施例中，较低的压力可为充分的，诸如，当该氢 气_产生区域被设计成适于产生氢气使用局部的氧化和/或自热重整反应时、和/或当该 燃料处理组件不会利用压力-驱动分离制程，以增加该氢气_产生区域中所产生的氢气的 纯度。当该燃料处理组件包含括纯化、或分离、区域时，诸如在此所叙述，此区域也可被设计 成在升高的压力和/或在升高的压力范围内和/或在升高的温度和/或在升高的温度范围 内操作。用在特别的燃料处理组件的特别的最大及最小操作的压力可能根据各种可能的 因素而有不同变化。此等因素的说明性、非专有范例可包括、但不被限制于在氢气-产生区 域19中所利用的氢气-产生反应、进料射流16的成份、进料射流16中的液体的黏性、该输 送导管结构、尺寸、和/或组构、该燃料处理组件的结构、由该氢气-产生区域下游的燃料处 理组件和/或燃料电池系统的压力需求、设计选择及容差等。譬如，一些燃料处理组件可被 设计，以通过利用在该氢气-产生区域下游的限制孔口或其它合适的流量限制器，在至少 该氢气-产生区域、及选择性地至少其一纯化区域中维持升高的压力，及选择性地在纯化 区域的下游，如果其是也想要将该纯化区域维持在升高的压力。用于该燃料处理组件的至少氢气-产生区域的压力，且在一些实施例中亦用于其 一压力-驱动纯化区域的压力，可通过进料射流16的压力所提供。特别地是，该加压进料 射流、或由该处所产生的气体射流加压该燃料处理组件的这些成份。据此，原料输送系统22 可被额外地或另一选择地叙述为加压该氢气_产生燃料处理组件的至少该氢气-产生区域 19。其随后接着进料射流16的流动速率和/或压力中的变化或波动可影响该燃料处理组 件和/或相关燃料电池堆的其它态样的操作参数。当作说明性、非专有的范例，当燃料处理组件10包括加热组件时，而该加热组件 燃烧通过用于燃料的氢气-产生区域所产生的气体的一部分，以加热至少该氢气-产生区 域，其随后进料射流16至该氢气-产生区域的流动的中断可影响燃料至该加热组件的流动 速率。此于燃料中的中断可影响该氢气-产生区域的温度，并可依序影响该氢气-产生区域 中所产生的氢气的效率和/或数量。此氢气输出中的减少可影响该燃料处理组件的能力， 以通过相关燃料电池堆满足用于氢气的需求，其依序可影响该燃料电池系统满足施加负载
8的能力。当作另一说明性、非专有的范例，至该燃料处理组件的氢气-产生区域的进料射流 16的流动速率中的中断还可影响该氢气-产生区域内的压力，且如此于来自该处的输出射 流中，其依序可影响来自该氢气-产生区域下游的任何压力驱动分离制程的性能。当作另 一说明性、非专有的范例，来自该原料输送系统的进料射流16的流动的经常及突然的开始 及中止可影响该原料输送系统的零组件，诸如通过在泵上和/或因此在驱动系统上造成磨 损。根据本揭示内容，原料输送系统22被设计成适于抽取或以别的方式由供给源、或 来源承接至少一液体的含碳原料，且被设计成适于输送包含至少该含碳原料的进料射流 16，供使用于该燃料处理组件的至少该氢气-产生区域中。原料输送系统22可利用任何合 适的输送机件，诸如正排量或其它用于推进及加压液体的流体射流的合适的泵或机件。当 一或多个泵被使用时，所述泵的数目、型式及容量可有不同变化，诸如相对于待借此泵吸之 液体的想要的流动速率、将被提供至该液体的想要的压力、或压力范围、该液体的成份，不 论该流动速率是否是意欲被选择性地变化等。可被使用的泵的说明性、非专有范例包括隔 膜泵、计量泵、齿轮泵、及与类似物等。根据本揭示内容的原料输送系统22的说明性、非专有范例被显示在图2中，且被 设计成适于输送进料射流16至燃料处理组件10的燃料处理器12的氢气-产生区域19。 如所显示，原料输送系统22包括泵组件100，该泵组件包括至少一泵102。泵组件100包括 入口 106及出口 108，使该入口是与液体的原料供给源、或来源112流体相通，并使该出口是 与燃料处理器12流体相通。当泵组件100包括单一泵102时，入口 106及出口 108可被叙 述为与该泵有关联。当泵组件100包括超过一个的泵时，在该组件内的每一泵可包括与液 体的原料供给源流体相通的入口、及与该燃料处理器流体相通的出口。泵102可包括工作 部分、或泵吸机件109，其大致上是坐落于该泵组件的入口及出口之间，且其加压被经由入 口 106抽取进入该泵的孔腔107的流体。泵孔腔107还可被称为该泵的内部流体室107。供给源112包括任何合适型式和/或数目的储存器和/或其它来源，液体入口射 流110可由所述储存器和/或来源被抽取、或以别的方式通过泵组件100的入口 106所承 接。合适供给源112的说明性、非专有范例包括储槽、金属罐、及其它液体容器，所述容器可 被加压或不加压。液体入口射流110包含进料射流16的至少一成份，诸如水17和/或含 碳原料18。如在图2中的虚线所指示，且如在此所讨论者，该液体入口射流110和/或供给 源112包含进料射流16的至少两个不同成份、诸如水17及液体含碳原料18是也在本揭示 内容的范围内。因此，该液体入口射流110可包括进料射流16的单一成份、可包含进料射 流16的超过成份、和/或可包括进料射流16的所有成份是在本揭示内容的范围内。进料 射流16的诸成份还可被称为原料，氢气-产生区域19由所述原料产生氢气。当进料射流16包含水及液体的含碳原料时，该含碳原料可被选择为易于与水混 合。譬如，甲醇及许多其它醇是易于与水混合的。在一些实施例中，该进料射流亦可包括乳 化剂或另一合适的添加剂，该乳化剂或添加剂增进水及含碳原料的混合，其以别的方式在 通过该原料输送系统所利用的操作条件是不会、或未适当地易于与水混合。当该进料射流 包含两个或更多原料时，所述原料可被混合在共享的来源、或供给源中，或可被抽取自分开 的来源及此后被混合。泵组件100被设计成适于抽取或以别的方式承接来自供给源112的液体入口射流110，且被设计成适于放出液体出口射流116，该液体出口射流相对液体入口射流110具 有增加的压力及在氢气_产生压力范围内。据此，原料输送系统22可被叙述为被设计成适 于由液体的原料供给源泵吸包含用于氢气-产生区域19的至少一原料的液体射流。额外 地或另一选择是，液体入口射流110可被称为较低压力射流，且液体出口射流116可被称为 较高压力射流。当该泵组件100包括超过一个的泵时，所述泵可配合，以抽取液体入口射流 110和/或放出液体出口射流116。额外地或另一选择是，所述泵的每一个可被设计成适于 由相同或不同的来源112抽取液体入口射流110，和/或所述泵的每一个可被设计成适于由 该处放出液体出口射流116。额外地或另一选择是，泵组件100可被设计成适于自该液体供 给源抽取包含至少一含碳原料的液体入口射流，且可被设计成适于在该氢气-产生的压力 范围内或之上至少间歇地放出液体出口射流，该泵组件具有用于承接该液体入口射流的入 口及用于放出该液体出口射流的出口。以原料输送系统22的流体导管、或与其有关者的观点叙述，且如多少于图3中所 概要地说明，该原料输送系统可被叙述为包括吸入导管130，液体入口射流110是经过该吸 入导管抽取或以别的方式由供给源112至泵组件100承接。该原料输送系统进一步包括 出口、或输出、导管132，液体出口射流116是经过该导管由该泵组件108的出口放出。该 输出导管是与输送导管134流体相通，液体出口射流116的至少一部分可经过该输送导管 134被输送至氢气-产生区域19，以形成进料射流16的至少一部分。进料射流16还可因 此被叙述为输送射流。如在此更详细地讨论者，液体出口射流116是液体射流，但进料射流 16可在氢气-产生区域19和/或于输送至该氢气_产生区域之前、诸如在蒸发区域中被蒸 发，该蒸发区域承接当作液体的进料射流16及如果未完全地，至少局部地输出蒸发气体的 进料射流16。泵组件100的泵102可包括任何合适的驱动器机件，并可为通过任何合适的动力 来源所供电，诸如分别概要地指示在图2及图3中的151及153者。合适的驱动器组件151 的说明性、非专有范例是马达，其直接地或间接地驱动该泵的工作部分109的运动。该驱动 器组件可经由任何合适的皮带、齿轮组件、传动装置、或其它连杆组将该泵的旋转式输出偶 联至该泵的工作部分是在本揭示内容的范围内。该驱动器组件可被设计成适于调节该马达 的旋转式输出，以便增加或减少相对的旋转速率，诸如以合适的齿轮组件或传动装置是亦 在本揭示内容的范围内。动力来源153可包括氢气-产生燃料电池系统的零组件，诸如该随后叙述的燃料 电池堆和/或能量储存装置。额外的说明性、非专有范例包括电源，该电源是与通过该燃 料电池系统所产生的动力输出无关，诸如外部、或专用的电池、来自电力网格的供电线电流 等。虽然对于所有实施例非必需，泵102可为单一速率、或单一输出的泵，其被设计成适于 位在开启、或活动组构或关闭、或无动力的组构的其中之一中，在该开启、或活动组构中，该 泵是至少间歇地承接液体入口射流110及至少间歇地放出液体出口射流116，在该关闭、或 无动力的组构中，该泵未放出液体出口射流116。通过至少间歇地承接及至少间歇地放出在 泵的开启、或活动组构中，其是意指泵不能在恒定的流动速率和/或在恒定的压力承接和/ 或放出连续的射流，但反之可于脉冲中、在非恒定的流动速率中、和/或于非恒定的压力中 等承接和/或放出射流，诸如可视被使用的泵的特别组构而定、和/或视被输送至该泵的动 力而定。譬如，该泵的实际输出可能随着输送至该泵的动力输出的电压有不同变化，在一些
10实施例中，该泵的实际输出可倾向于变化，譬如视对应电源上的整个负载而定。在一些实施 例中，该泵可为可变速率的泵，其被设计成可在两个或更多速率和/或一个速率范围内选 择性地操作。在一些实施例中，用于该泵的动力来源可被组构，以调节被提供至该泵的负载 循环、或动力，以因此调节或控制该泵的输出。除了至少一泵102以外，根据本揭示内容的原料输送系统22进一步包括失速预 防机件160，该失速预防机件被设计成适于在该原料输送系统的操作期间防止泵102的失 速。特别地是，其已被发现当被利用在较低的流动速率时和/或当该想要的流动速率是减 少时，在中等-至-高相对流动速率、或利用率期间用于该燃料处理组件，有效用于提供进 料射流16的想要流动的泵可能具有如此做而不会失速的困难。当泵102是一种泵，其中紧 接在该泵下游的压力将倾向于在该泵的正常使用期间波动时，其结果可发生失速。此泵的 说明性、非专有范例是隔膜泵，虽然本揭示内容不限制于泵102，该泵102是隔膜泵。然而， 为着要说明如何可发生失速的目的，以下的讨论将叙述泵102作为隔膜泵。隔膜泵是正排量泵，其被连续地组构于再装满循环(或冲程)及排出循环(或冲 程)之间，诸如对推进该泵的工作部分109的运动的驱动器组件151作出响应。在隔膜泵 中，排出循环也可被称为压缩、或加压循环。大致上正排量泵、及特别地是隔膜泵包括入口 及出口止回阀，所述止回阀分别打开与关闭，以允许或阻止诸如液体原料的流体流动进入 及流出该泵的内部流体室107。这些、是分别概要地说明于图2中、在111及113，且可利用 其它合适的流量控制阀或机件是在本揭示内容的范围内。于该再装满冲程期间，该出口阀 阻止(关闭)及该入口阀打开，以允许液体的原料被抽取进入该泵的室。然后，该入口阀阻 止及该泵过渡至其排出冲程，其中该出口阀打开，以释放该较高压力的液体当作液体出口 射流116。因为正排量泵的连续循环、或冲程，此等泵可被叙述为被设计成适于在一压力范 围内至少间歇地放出液体射流，使此压力范围是大于该正排量泵承接液体射流的压力。既然该入口阀上游的压力倾向于在或接近周围的压力，该入口止回阀的打开及关 闭是相当可靠的，而不管泵在其额定的流动速率的范围内和/或在其中改变的利用率程 度。然而，由该泵下游的液体出口射流116的压力可影响该出口止回阀可靠地打开与关闭 的能力。特别地是，该泵下游的压力可防止该出口止回阀能够被打开，特别是当该泵正在较 低功率或较低输出级下操作时。如在此所使用，该上游及下游等词意指组件的相对位置是 与以在其间的流体流动方向的观点作比较。譬如，及就图2的情况而言，液体入口射流110 及来源112可被叙述为在泵组件100的上游，而氢气-产生区域19可被叙述为在泵组件 100的下游。当该出口止回阀不能打开、或可靠地打开时，由于越过该出口止回阀的压力差，该 泵可被叙述为在失速的状态中。此失速状态可被叙述为当该泵未能够产生压力时发生，该 压力超过用于打开该泵的出口止回阀的临界压力。当该泵的利用率是突然地减少时，诸如 当其是想要的减少、但未停止时，此用于失速的可能性可为特别普遍的，该比率在于通过该 燃料处理组件所产生的氢气。失速可为更可能发生的说明性、非专有的利用率范围，包括当 该泵是在少于容量的百分之75、少于容量的百分之70、少于容量的百分之60、少于容量的 百分之50、容量的百分之40-70、容量的百分之50-75等操作，和/或当该泵是在其容量的 百分之75-80或更多下操作之后转移至上面的操作百分比之一时。当该泵失速时，来自该 处的加压液体的流动以形成液体出口射流116被中断，即使驱动器组件151正企图驱动该旋转或以别的方式致动该泵的工作部分。这具有一可能性，以对该泵和/或其驱动器组件 导致损坏。一旦失速，该氢气-产生区域、与其上游中的压力将倾向于随着时间的消逝而减 少，因该进料射流是在该氢气-产生区域中反应。当该压力是充分地减少，用于该泵产生达 成或超过该出口止回阀临界压力的压力，则该出口止回阀是能够打开，且液体出口射流116 的流动是重新恢复。根据本揭示内容的原料输送系统22包括失速预防机件160，且如此被组构成减少 用于该泵的失速的可能性，及因此提供用于进料射流16至该燃料处理器的更可靠的输送。 如在图2及图3中所指示，失速预防机件160包括由该泵下游(及当存在时，由该泵的相关 出口止回阀下游)的止回阀166。止回阀166防止进料射流16流回朝向该泵(亦即，远离 该氢气-产生区域)。或许更重要的是就本揭示内容的情况而言，止回阀166能够让液体出 口射流116的压力甚至显著地减少，而没有于该燃料处理器的至少该氢气_产生区域的压 力中的直接对应减少。据此，仅只由于液体出口射流116的压力中的突然减少的结果，该氢 气-产生区域、及任何下游纯化区域内的压力是不会立即地减少。至少于泵102的再装满 循环、或再装满冲程期间，止回阀166将出口导管132中的压力与该氢气-产生区域中的压 力隔绝(图3中所显示)。额外地或另一选择是，止回阀166可被叙述为定位于该出口导 管132及该氢气-产生区域之间，且于该泵组件未在该氢气-产生压力范围内或之上放出 该液体出口射流的时期期间，被设计成适于将该出口导管中的压力与该氢气产生区域中的 压力隔绝，譬如，由于包括正排量泵的泵组件仅只在该氢气-产生压力范围内或之上间歇 地放出该液体出口射流。失速预防机件160是也至少在该泵的再装满循环期间被组构成产生抽气射流 120。抽气射流120是由液体出口射流116放出，或在其它场所由该泵组件的出口的下游及 由止回阀166上游放出。如图3中所显示，抽气射流120由抽气导管136中的出口导管132 流动，使抽气孔口 138被显示为在出口导管132及抽气导管136之间提供流体接口。虽然 概要地指示为单一孔口、或流体通道，在图3中，该抽气孔口 138能以开口或其它通道的任 何合适的数目、尺寸、及型式提供是在本揭示内容的范围内，所述通道允许由该泵组件所放 出的液体原料由出口导管132流入该抽气导管35。在图3中的实线中，抽气孔口 138被概 要地说明当作进入抽气通道136的入口，使该抽气孔口及抽气通道具有相同的内部尺寸。 该抽气孔口可相对该通道为任何合适的尺寸、组构、及位置是在本揭示内容的范围内，诸如 使该抽气孔口比该抽气通道具有较小的内部尺寸(亦即，开口尺寸)。该抽气孔口可被施 行为在该抽气通道的入口、或在其内的颈缩部分或减少直径部分是也在本揭示内容的范围 内。这是概要地说明于图3中的虚线中，设有被指示在该抽气通道内的抽气孔口 138，及具 有比该抽气通道减少的开口(或内部尺寸)。抽气射流120、抽气导管136、及抽气孔口 138 可在此额外地或另一选择地被分别称为泄压射流120、泄压导管136、及泄压孔口 138。抽气 射流120具有与液体入口射流110和/或液体输出射流116相同的成份。抽气射流120减 少液体出口射流116中的流体的数量，诸如该泵及止回阀166间的流体的数量，且如此减少 由该泵组件下游的压力。此压力中的减少导致该临界压力中的减少，对在正排量泵的出口 止回阀，必需达成或超过该临界压力，以打开及如此允许加压液体将由该泵放出。在图2及图3中，抽气射流120和/或抽气导管136是以局部片段格式显示，以 图标地指示该射流和/或导管可流动和/或延伸至各种位置，而不会由本揭示内容的范围脱离。特别地是，用于失速预防机件160操作，该抽气射流将由该出口导管移去加压液体。 在此该液体流动和/或如何其被利用可能有不同变化，而不会由本揭示内容的范围脱离。 在一些实施例中，该抽气射流可被该燃料处理组件所利用，反之在其它方面中，其不能被利 用。其数个说明性、非专有的范例被说明于图2中的虚线中，包括燃烧该抽气射流(以产 生已加热的排气射流，该排气射流被该燃料处理组件所使用)，或以别的方式用于其热值， 将该抽气射流返回至供给源112、将该抽气射流返回至与入口射流110混合、将该抽气射流 返回至该泵的入口 106或该泵的内部流体室107、输送该抽气射流至被用作用于加热组件 的燃料等，该加热组件用于该燃料处理组件。据此，在一些实施例中，该抽气导管可被叙述 为在该出口导管及该液体供给源、该入口导管、该泵组件、与燃烧器的至少一个之间流体相 通，该燃烧器与该氢气_产生的燃料处理组件有关，且抽气射流至少间歇地流动经过该燃
/jm-nfr ο亦以虚线显示于图2及图3中者是选择性过滤器155，其可被并入根据本揭示内容 的原料输送系统22，以便捕捉流动经过该原料输送系统的液体射流中的颗粒物质。当提供失速预防机件160时，其可为想要的是相对该出口导管设计该抽气导管 136和/或该抽气孔口 138的尺寸，以致提供该想要程度的压力减少。特别地是，如果该抽 气导管和/或孔口的尺寸是太小，失速预防机件160于该泵的再装满循环期间未能够充分 地减少出口导管132中的压力，而该泵能够转移至加压循环，而不会失速。然而，当该泵交 替位于排出及再装满循环之间时(如在此选择性地讨论者)，且特别在导管和/或孔口未被 选择性地打开及关闭的案例中，其亦遵循着抽气导管和/或孔口的太大尺寸可导致原料输 送系统将未能够在所需的氢气-产生压力范围(和/或此射流的充分流动速率内)有效地 提供进料射流16，因为太多的液体出口射流116将流动经过该抽气导管当作抽气射流120。 由此后来的讨论之后，由该泵组件在泵的排出循环期间所放出的加压液体的流动速率应超 过在该加压循环期间经过抽气导管136的液体的流动速率。在一些实施例中，相对该出口导管设计该抽气导管的至少一部分的尺寸，以于该 泵组件未在该氢气-产生的压力范围内或之上放出该液体出口射流时期期间，减少该出口 导管中的压力，譬如，由于该泵组件包括仅只在该氢气-产生的压力范围内或之上间歇地 放出该液体出口射流的正排量泵。额外地或另一选择是，在一些实施例中，该抽气导管可包 括抽气孔口，相对该出口导管设计该抽气孔口的尺寸，以于该泵组件未在该氢气-产生的 压力范围内或之上放出该液体出口射流时期期间，减少该出口导管中的压力，譬如，由于该 泵组件包括仅只在该氢气-产生的压力范围内或之上间歇地放出该液体出口射流的正排 量泵。在一些实施例中，利用用于泵组件100的泵102的驱动器组件151可为有利的，该 驱动器组件采用满足此参数的充分的齿轮减速(亦即，进一步确保该抽气射流的适当的流 动速率)。在泵102被设计成在高达每平方时100磅的压力下提供每分钟高达7-8毫升的 加压液体原料的实验中，90:1齿轮减速已经证实有效的，以导致每秒0. 5-1周转的泵速度。 此范例被提供用于说明的目的，且非其限制，因该原料输送系统将被设计成提供较大或较 少的流动速率、具有较高或较低压力的输出射流、及该齿轮减速(假如利用)将为比于上面 的范例中较大或较少在本揭示内容的范围内。利用超过一个的泵、超过一个的重整区域、和 /或超过一个的原料输送系统是亦在本揭示内容的范围内，该原料输送系统具有根据本揭
13示内容的燃料处理组件。另一具有根据本揭示内容的失速预防机件160的原料输送系统22的说明性、非专 有范例被显示在图4中。图4中所显示的范例可与在此以别的方式叙述、说明和/或并入 的原料输送系统、燃料处理组件、及燃料电池系统的其它零组件、变型、及子组件的任何一 种一起被利用，而不会由本揭示内容的范围脱离。在图4中，失速预防机件160包括限制阀 170，其选择性地允许及限制加压液体由出口导管132至抽气导管136的流动。额外地或另 一选择是，该限制阀被设计成适于选择性地允许及选择性地限制该抽气射流经过该抽气导 管的流动。通过限制，其是意指经过该抽气导管的流动是至少选择性地减少，且可被全然地 选择性中止。额外地或另一选择是，该限制阀可被设计成适于当该出口导管中的压力是少 于该氢气-产生的压力范围时允许该抽气射流的流动经过该抽气导管，且进一步被设计成 适于当该出口导管中的压力是在该氢气-产生的压力范围内或之上时限制该抽气射流的 流动经过该抽气导管。额外地或另一选择是，该限制阀可被设计成适于当该泵组件不会在 该氢气-产生的压力范围内或之上放出该液体出口射流时允许该抽气射流的流动经过该 抽气导管，且进一步被设计成适于当该泵组件在该氢气-产生的压力范围内或之上放出该 液体出口射流时限制该抽气射流的流动经过该抽气导管。如图4中的虚线所指示，该限制阀170可代替抽气孔口 138被利用或可与抽气孔 口 138串连地被使用是在本揭示内容的范围内(但不须受限于所有实施例)。当与抽气孔口 138串连地被使用时，该限制阀可由该抽气孔口的上游或下游被选择性地定位，而不会由本 揭示内容的范围脱离。当存在时，孔口 138及限制阀170的相对位置可能由图2-4中所显 示的说明性位置变化，而不会由本揭示内容的范围脱离，只要该孔口和/或阀的流动调节 态样被维持。如在图4中的虚线所指示，释压阀、或另一合适的压力调整器156可被(但非 需要为)利用以代替抽气孔口 138进一步是在本揭示内容的范围内。当被利用时，该限制阀可被控制，以经由任何合适的机件打开与关闭。在一些实施 例中，该限制阀可被控制，以当泵组件的泵是位于其再装满冲程时打开，且如果在该排出冲 程开始之前或当该排出冲程开始时未关闭，在该泵开始其排出冲程之后至少稍微地关上。 据此，该限制阀可被有效运作地连结至该泵组件。限制阀170可被一或多个各种机件所控 制。此等机件的说明性、非专有范例包括机械、电气、及压力-驱动控制机件。额外的范例 包括对用于该马达的编码器或另一用于该马达的驱动器组件作出响应、对该泵的工作部分 的位置作出响应等控制该限制阀。在该泵的加压循环期间，图4的失速预防机件的潜在利 益是该液体经过抽气导管136的流动可被防止。然而，该限制阀的花费及其控制需求也是 将被深思熟虑的因素。限制阀的说明性、非专有范例是电磁阀，其可被使用于根据本揭示内 容的失速预防机件。具有根据本揭示内容的失速预防机件160的原料输送系统22的另一说明性、非专 有范例被显示在图5中。图5中所显示的范例可为与在此以别的方式叙述、说明和/或并 入的原料输送系统、燃料处理组件、及燃料电池系统的其它零组件、变型、及子组件的任何 一种一起被利用，而不会由本揭示内容的范围脱离。在图5中，失速预防机件160包括抽气 孔口 138'，其被整合进入泵组件100。于此组构中，该泵组件本身被设计成使得该液体由 泵的内部流体室107流动经过该抽气孔口是自动地被限制及允许分别于该加压与再装满 循环之间对该泵的工作部分109的运动作出响应。
具有根据本揭示内容的失速预防机件160的原料输送系统22的另一说明性、非专 有范例被显示在图6中。图6中所显示的范例可为与在此以别的方式叙述、说明和/或并 入的原料输送系统、燃料处理组件、及燃料电池系统的其它零组件、变型、及子组件的任何 一种一起被利用，而不会由本揭示内容的范围脱离。在图6中，失速预防机件160包括抽气 孔口 136，其被整合至该泵组件100。在此组构中，该泵组件本身被设计成使得抽气射流是 在离开该泵组件之前由该液体出口射流转移及譬如在该泵的再装满冲程期间直接地递送 回至泵102的内室107。在一些此等实施例中，该泵组件可进一步包括限制阀170，如在图 6中所概要地说明。根据本揭示内容而用于在氢气-产生的压力范围内输送原料至氢气-产生燃料处 理组件的氢气-产生区域的方法的说明性、非专有范例可包括以下的一项或多项，而该氢 气_产生燃料处理组件被设计成适于产生混合气体射流，该混合气体射流包含当作来自该 处当作主要成份的氢气(i)由包含至少一含碳原料的液体供给源抽取液体射流；(ii)在 该氢气_产生的压力范围内或之上至少间歇地泵吸该液体射流进入出口导管；(iii)由该 出口导管至该氢气-产生区域输送包括该液体射流的至少一部分的输送射流；(iv)在未于 该氢气-产生压力范围内或之上泵吸该液体射流的时期期间，将该出口导管中的压力与该 氢气-产生区域中的压力隔绝；及(ν)在未于该氢气_产生压力范围内或之上泵吸该液体 射流的时期期间，减少该出口导管中的压力。额外地或另一选择是，在未于该氢气-产生压力范围内或之上泵吸该液体射流的 时期期间，减少该出口导管中的压力还可包括由该出口导管经过抽气导管转移包括该液体 射流的至少一部分的抽气射流。额外地或另一选择是，根据本揭示内容的方法可进一步包括输送该抽气射流到该 液体供给源、该出口导管的上游的液体射流、及与该氢气-产生燃料处理组件有关的燃烧 器的至少一种。额外地或另一选择是，根据本揭示内容的方法可进一步包括在未于该氢气-产生 压力范围内或之上泵吸该液体射流的时期期间，限制该抽气射流经过该抽气导管的流动。额外地或另一选择是，根据本揭示内容的方法可进一步包括该出口导管中的压力 是在该氢气-产生压力范围内或之上的时期期间，限制该抽气射流经过该抽气导管的流 动。额外地或另一选择是，泵吸该液体射流可通过包括具有内室的正排量泵的泵组件 而变容易，且该正排量泵被设计成适于在再装满冲程期间承接进入该内室的液体射流，及 被设计成适于在该氢气-产生压力范围内或之上在排出冲程期间由该内室排出该输送射 流至该出口导管。额外地或另一选择是，根据本揭示内容的方法可进一步包括于该正排量泵的再装 满冲程期间输送该抽气射流至该正排量泵的内室。在很多应用中，其想要的是对于燃料处理器12和/或燃料处理组件10产生包含 至少大体上纯氢气的产物氢气射流14。据此，该燃料处理器可利用固有地产生充分的纯氢 气的制程。当该输出射流包含充分的纯氢气和/或用于特别应用的一或多个非氢气成份的 充分低浓度时，产物氢气射流14可直接地由输出射流20所形成。然而，在很多氢气-产 生制程中，输出射流20将为混合气体射流，其包含氢气随同其它气体当作主要成份。相同地，在很多应用中，该输出射流20可为大体上纯氢气，但仍然包含一或多个非氢气成份的 浓度，其于该应用中是有害的或在其它方面不想要的，而该产物氢气射流是意欲被使用于 该应用中。据此，燃料处理组件10可(但是不须要)进一步包括纯化区域24，其中富含氢气 的射流26是由该输出、或混合气体射流产生。富含氢气的射流26包含比输出射流20较大 氢浓度及一或多个其它气体或杂质的减少浓度的至少一种，所述气体或杂质是存在于该输 出射流中。纯化区域24是概要地说明于图1中，在此输出射流20被显示为输送至一选择 性的纯化区域24。如在图1中所显示，富含氢气的射流26的至少一部分形成产物氢气射流 14。据此，富含氢气的射流26及产物氢气射流14可为相同的射流，且具有相同的成份及流 动速率。然而，富含氢气射流26中的一些被纯化的氢气可被储存供稍后使用是亦在本揭示 内容的范围内，诸如储存在合适的氢气储存组件中，而遭受进一步的纯化制程，和/或被该 燃料处理组件所消耗(诸如供使用当作用于加热组件的燃料射流)。纯化区域24可、但不需要产生至少一副产物射流28。当存在时，副产物射流28可 被排出，送至燃烧器组件或另一燃烧来源，用作被加热的流体射流，储存供稍后使用，或以 别的方式被利用、储存或处理。副产物射流28可对至该纯化区域的输出射流20的输送作 出响应由该纯化区域放出当作连续的射流，或间歇地，诸如在一批次制程中或当该输出射 流的副产物部分至少暂时地被保留在该纯化区域中是在该揭示内容的范围内。当纯化区域 24产生副产物射流28时，该纯化区域可额外地或另一选择地被称为分离区域，如将该(混 合气体)输出射流20分离成富含氢气射流26及副产物射流28的区域。纯化区域24包括任何合适的装置、或诸装置的组合，其被设计成适于减少输出射 流20的至少一成份的浓度。在大部分的应用中，富含氢气射流26将比输出、或混合气体射 流20具有较大的氢浓度。然而，该富含氢气射流将具有一或多个非氢成份的减少的浓度 是亦在该揭示内容的范围内所述非氢成份是存在于输出射流20中，然而具有相同、或甚至 减少的总氢浓度，当作该输出射流。譬如，在一些应用中，在此产物氢气射流14可被使用， 某些杂质、或非氢成份是比其它成份更有害的。当作特定的范例，在很多传统燃料电池系统 (诸如质子交换隔膜燃料电池系统)中，一氧化碳可损坏燃料电池堆，如果其存在于甚至每 百万数个部分，而其它可存在于输出射流20中的非氢成份、诸如水将不会损坏该电池堆， 纵使存在于远较大的浓度。因此，在此一应用中，合适的纯化区域不能增加该全部氢浓度， 但其将减少对于该产物氢气射流的想要的应用有害、或潜在地有害的非氢成份的浓度。用于纯化区域24的合适装置的说明性、非专有范例包括一个或多个氢-选择性隔 膜30、化学一氧化碳移除组件32、及变压吸附系统38。该纯化区域24可包括超过一种型式 的纯化装置，且这些装置可具有相同或不同结构和/或通过该相同或不同机件操作是在该 揭示内容的范围内。如所讨论者，氢气-产生燃料处理组件10可包括至少一限制孔口或在 至少一纯化区域的下游的另一流量限制器，诸如与该产物氢气射流、富含氢气射流、和/或 副产物射流的一个或多个有关者。氢-选择性隔膜30是可让氢气透过的，但是最少大体上、如果不完全地、不能让输 出射流20的其它成份透过的。隔膜30可为由任何可让氢透过的材料所形成，该材料适用于 纯化区域24被操作的操作环境及参数。用于隔膜30的合适材料的范例包括钯及钯合金， 且特别是此金属及金属合金的薄膜。钯合金已证实特别有效，尤其具有35重量百分比的钯至45重量百分比的铜。包含大约40重量百分比的铜的钯_铜合金已证实特别有效，虽然 其它相对浓度及成份可被使用在该揭示内容的范围内。氢-选择性隔膜典型是很薄的、诸如薄的箔片，其大约是0.001时厚。然而，所述 隔膜可为由其它可让氢透过的和/或氢_选择性材料所形成，包括异于那些在上面所讨论 的金属及金属合金以及非金属材料与成份，且所述隔膜可具有比上述讨论者较大或较少的 厚度，是在本揭示内容的范围内。譬如，该隔膜可被制成较薄，具有氢气通量中的成比例的 增加。用于减少所述隔膜的厚度的合适机件的范例包括滚动、溅镀及蚀刻。各种隔膜、隔膜 组构、及用于制备该隔膜的方法的范例被揭示美国专利第6，221，117号、第6，319，306号及 第6，537，352号中，所述专利的整个揭示内容是用于所有目的以引用的方式并入本文中。化学的一氧化碳移除组件32是诸装置，其以化学方式反应如果存在于输出射流 20中的输出射流20的一氧化碳和/或其它不想要的成份，以形成其它不会为潜在有害的成 份。化学的一氧化碳移除组件的范例包括水煤气转移反应器及其它将一氧化碳转换成二氧 化碳的装置，及将一氧化碳及氢转换成甲烷及水的甲烷化催化剂床。该燃料处理组件10可 包括超过一种型式和/或数目的化学移除组件32是在该揭示内容的范围内。变压吸附(PSA)是化学制程，其中气体的杂质是基于该原理从输出射流20移去， 该原理即在适当的温度及压力条件之下，某些气体将比其它气体更坚牢地被吸附至吸附剂 材料上。典型地，被吸附至输出射流20及由输出射流20移去者是所述杂质。使用供氢纯 化的PSA的成功是由于相当普通杂质气体(诸如CO、CO2、包括CH4及N2的碳化氢)在该吸 附剂材料上的坚牢吸附。氢吸附仅只很微弱地，且如此当所述杂质被保留在该吸附剂材料 上时，氢通过该吸附剂床。诸如NH3、H2S、&H20的杂质气体很坚牢地吸附在该吸附剂材料 上，且伴随着其它杂质被由输出射流20移去。如果该吸附剂材料将要被再生，且这些杂质 是存在于输出射流20中，纯化区域24较佳地是包括合适的装置，其被设计成适于在输出射 流20输送至该吸附剂材料之前移去这些杂质，因为其是更难以吸附这些材料。杂质气体的吸附发生在升高的压力。当该压力是减少时，所述杂质是由该吸附剂 材料释出被吸附之物，如此再生该吸附剂材料。典型地，PSA是循环的制程，且需要用于连 续(与批次相反)式操作的至少二个机床。可被使用于吸附剂床的合适吸附剂材料的范例 是活性碳及沸石，特别是5人(5埃)沸石。该吸附剂材料一般是呈丸粒的形式，且其被放置 在利用传统填充床组构的圆柱形压力容器中。其它合适的吸附剂材料的成份、形式、及组构 可被使用。PSA系统38亦提供供用于纯化区域24中的装置的范例，其中所述副产物、或被移 除的成份不会直接地由该区域排出当作与该输出射流的纯化同时发生的气体射流。代替 的，当该吸附剂材料被再生或以别的方式由该纯化区域移去时，这些副产物成份被移去。在图1中，纯化区域24被显示在燃料处理器12内。当存在时，该区域24可另一 选择地位于下游而由该燃料处理器分开是在该揭示内容的范围内，如被概要地说明于图1 中的虚线者。该纯化区域24可包括在燃料处理器12内及燃料处理器12外部的各部分是 亦在该揭示内容的范围内。就燃料处理器、或燃料处理组件的情况而言，该燃料处理器被设计成适于产生产 物氢气射流，该产物氢气射流将被用作用于燃料电池堆的进料、或燃料射流，该燃料处理 器可被设计成适于产生大体上纯氢气、或甚至纯氢气。为着本揭示内容的目的，大体上纯氢气意指大于百分之90的纯度的氢气，且其可为大于百分之95的纯度的氢气、大于百分 之99的纯度的氢气、且甚至大于百分之99. 5的纯度的氢气。包括零组件的说明性(非专 属)范例及因此用于产生至少大体上纯氢气的射流的组构，合适的燃料处理器及燃料处理 组件被揭示于美国专利第6，319，306号、第6，221，117号、第5，997，594号、第5，861，137 号及待决的美国专利公告第2001/0045061号、第2003/0192251号、第2003/0223926号、第 2006/0090397号及第2007/0062116号中。上面标记的专利及专利申请案公告的整个揭示 内容是以引用的方式并入本文中。在图1中，燃料处理器12被显示为包括壳层68，至少该氢气-产生区域、及视需要 该纯化区域被包含在该壳层中。亦可被称为外壳的壳层68能够使该蒸气重整器或另一燃 料处理机件的零组件将被当作单元运动。其还通过提供保护机罩保护燃料处理器12的零 组件免于遭受损坏，且减少该燃料处理组件的加热需求，因为该燃料处理器的零组件可被 当作单元加热。壳层68可、但不须包括隔离材料70，诸如实心的隔离材料、毛毯隔离材料、 和/或充满空气的孔腔。然而，该燃料处理器可被形成为没有外壳或壳层是在该揭示内容 的范围内。当燃料处理器12包括隔离材料70时，该隔离材料可为在该壳层内部、该壳层外 部、或两者。当该隔离材料是在包含该上述重整和/或纯化区域的壳层的外部时，燃料处理 器12进一步可包括在该隔离材料外部的外盖、或夹套72，如在图1中所概要地说明。该燃 料处理组件可被提供以不同壳层是在本揭示内容的范围内，使壳层包括该燃料处理组件的 额外零组件、包括原料输送系统22 (或其各部分)，和/或包括该燃料电池系统的额外零组 件。燃料处理组件10不能包括壳层68是亦在本揭示内容的范围内。该燃料处理组件10的 一或更多零组件可延伸超出该壳层或至少坐落在壳层68外部其中之一是进一步在该揭示 内容的范围内。譬如，及如先前所讨论，纯化区域24可为坐落在外部壳层68，诸如使该纯化 区域被直接地偶联至该壳层(如于图8中所概要地说明)或由该壳层隔开，但通过合适的 流体传送导管(如在图1中的虚线所指示)与该壳层流体相通。当作另一范例，氢气-产 生区域19的一部分(诸如一或多个重整催化剂床的各部分)可延伸超出该壳层，诸如以代 表图1中的虚线所概要地指示者的另一选择壳层组构。亦如在至少图1及7-9中所显示，根据本揭示内容的燃料处理组件(及燃料电池 系统)可包括加热组件60，其被设计成适于加热该燃料处理器的至少该氢气-产生区域、或 重整区域。在根据本揭示内容的一些燃料处理组件中，加热组件60包括燃烧器组件62及可 被称为以燃烧为基础、或燃烧驱动式加热组件。在以燃烧为基础的加热组件中，该加热组件 60被设计成适于承接至少一燃料射流64，且被设计成适于在空气存在时燃烧该燃料射流， 以提供热的燃烧射流66，该燃烧射流可被用于加热该燃料处理器的至少该氢气_产生区域 19。射流66亦可被称为已加热的排气射流。如在此更详细地讨论者，空气可经由各种机件 被输送至该加热组件。在图8中，空气射流74是以实线显示；然而，以用于该加热组件60 的燃料射流64的至少一个，该空气射流被额外地或另一选择地输送至该加热组件和/或抽 取自该环境是在该揭示内容的范围内，该加热组件被使用在该环境内。该燃烧射流66可额外地或另一选择地被用于加热该燃料处理组件和/或燃料电 池系统的其它部分是在该揭示内容的范围内，该加热组件60是与所述燃料电池系统一起 使用。可利用加热组件60的其它组构及型式是亦在本揭示内容的范围内。当作说明的范 例，加热组件60可为供电式加热组件，其被设计成适于通过使用至少一加热组件、诸如电阻式加热组件产生热量，以加热该燃料处理组件的至少该氢气-产生区域。因此，其不需要 该加热组件60承接及燃烧易燃的燃料射流，以将氢气-产生区域19加热至合适的氢气-产 生温度。在图1及7-9中，加热组件60被显示为与燃料处理器12呈重达的关系，以图解地 表示该加热组件可被局部地或完全地坐落在燃料处理器12内、诸如至少局部地坐落在壳 层68内，和/或该加热组件的至少一部分、或全部可被坐落在该燃料处理器外部是在该揭 示内容的范围内。在此后一实施例中，来自该燃烧器组件的热的燃烧气体将被经由合适的 热传送导管输送至该燃料处理器或将被加热的系统的另一部分。用于与根据本揭示内容的 燃料处理组件一起使用的合适加热组件的说明性、非专有范例被揭示于美国专利申请案公 告第2003/0192251号、第2003/0223926号及第2006/0272212号中，其整个揭示内容是以 引用的方式并入本文中。如在图8中的虚线所指示，根据本揭示内容的燃料处理器12和/或燃料处理组件 10可包括蒸发区域69，其被设计成适于承接液体的进料射流16 (或进料射流16的液体成 份，诸如一股水17的射流或一股液体的含碳原料18的射流)，且被设计成适于在输送至燃 料处理器12的氢气-产生区域19之前蒸发该进料射流(或其一部分)。如在图8中所概 要地指示，来自该加热组件的经加热的燃烧射流66可被用来蒸发该蒸发区域69中的进料 射流和/或以别的方式加热该进料射流。该燃料处理器12可被制成为没有蒸发区域和/ 或该燃料处理器被设计成适于承接进料射流是在该揭示内容的范围内，该进料射流是气态 的或业已被蒸发。当存在时，该蒸发区域69局部地或完全地延伸在壳层68 (当存在时)的 外侧是亦在本揭示内容的范围内。根据本揭示内容的燃料处理器12、加热组件60、及原料输送系统22可被以在此所 叙述、说明、和/或并入的配置的任何一种组构。在一些实施例中，来自上述组构的一或多 个的特色或态样可被互相组合和/或与在此所叙述的额外特色组合。譬如，包括至少一纯 化区域24的燃料处理组件10可(但非需要)容纳该氢气_产生区域19及一起在共享外 壳中的纯化区域的至少一部分是在本揭示内容的范围内，使此外壳视需要坐落在该燃料处 理器的壳层68内。这是概要地说明于图9中，其中参考数字25大致上指示燃料处理器的 氢气-产生区域19，使该氢气-产生区域被包含在外壳、或容器27内，该外壳、或容器包含 至少该重整(或其它)催化剂23，用于由被输送至该氢气-产生区域的进料射流产生该混 合气体射流。如在图9中的虚线所指示，壳层27 (与藉此区域25)可、但不需要还包括纯化区 域24。譬如，如在图9中的虚线所指示，当存在于该外壳中时，该纯化区域可包括一或多个 氢_选择性隔膜30和/或化学的一氧化碳移除组件32。据此，当区域25包含氢气-产生 区域19及纯化区域24两者时，其可被叙述为氢气_产生及纯化区域。在此所叙述、说明， 和/或并入的区域19及24的任何一个可被使用于区域25中是在该揭示内容的范围内。当 区域25未包括纯化区域时，其可仅只被叙述为包括外壳27的氢气-产生区域19。当外壳 27包括纯化区域24时，该燃料处理组件可在外壳27外部(亦即下游)包括一个或多个额 外的纯化区域(诸如其可包括相同或不同的纯化装置/机件)是仍然在本揭示内容的范围 内。在此所说明的燃料处理组件因此包括氢气_产生区域，其被包含在外壳中，使此外壳亦 选择性地包含纯化区域。亦如在图9中所说明，当存在时，该蒸发区域69可局部地或完全地延伸在外壳27内是在本揭示内容的范围内。如所讨论者，产物氢气射流14可被使用于各种应用中，包括利用高纯净的氢气的 诸应用。此应用的范例是如用在燃料电池堆的燃料、或进料射流。燃料电池堆是由诸如氢 气的质子的来源、及诸如氧气的氧化剂产生电位的装置。据此，燃料电池堆可被设计成适于 承接产物氢气射流14的至少一部分及一股氧气射流(其典型被输送当作空气射流)，且由 该处产生电流。这是概要地说明在图7中，其中燃料电池堆被指示在40及产生电流，该电 流被概要地说明在41。在此一组构中，其中该燃料处理器或燃料处理组件是偶联至燃料电 池堆，该结果的系统可被称为燃料电池系统42，因为其包括燃料电池堆及用于该燃料电池 堆的燃料的来源。根据本揭示内容的燃料处理器、原料输送系统、及加热组件可被使用于不 包括燃料电池堆的应用中是在本揭示内容的范围内。当产物氢气射流14是意欲用在燃料电池堆时，如果需要，可损坏该燃料电池堆的 成份、诸如一氧化碳及二氧化碳可由该富含氢气射流被移去，诸如通过纯化区域24。用于燃 料电池堆、诸如质子交换隔膜(PEM)及碱性燃料电池堆，其可为想要的是一氧化碳的浓度 为少于10ppm(百万分之一)、少于5ppm、或少于lppm。二氧化碳的浓度可为大于一氧化碳 的浓度。譬如，少于百分之25的二氧化碳的浓度在一些实施例中能为可接受的，使额外的 说明性、非专有范例包括少于百分之10、少于百分之1、或甚至少于50ppm的浓度。在此所 呈现的可接受的最小浓度是说明性范例，且那些异于在此所呈现者的浓度可被使用及在本 揭示内容的范围内。譬如，特别的使用者或制造商可需要最小或最大浓度程度或范围，所述 程度或范围是与那些在此所认知者不同。燃料电池堆40包含至少一个、及典型多数燃料电池44，所述燃料电池被设计成适 于由诸如空气、富含氧的空气、或氧气、及被输送至其上的部分产物氢气射流14的氧化剂 产生电流。燃料电池堆典型包括于共享的端板48之间接合在一起的多数燃料电池，所述端 板包含流体输送/移除导管，虽然并非所有实施例皆需要此结构。合适的燃料电池的范例 包括质子交换隔膜(PEM)燃料电池及碱性燃料电池。其它者包括固体氧化物燃料电池、磷 酸燃料电池、及熔融碳酸盐燃料电池。通过燃料电池堆40所产生的电流、或电输出可被用来满足至少一相关能量消耗 装置46的能量需求、或施加负载。装置46的说明性范例包括、但将不会受限于机动车辆、 活动房屋旅游车、建筑工程用或工业用车辆、船艇或其它海船、工具、发光体或照明组件、器 械(诸如一般用途的或其它器械)、家庭或其它住处、办公室或其它商业建设物、计算机、传 讯或通讯设备、电池充电器等。相同地，燃料电池堆40可被用来满足燃料电池系统42的动 力需求，其可被称为该燃料电池系统的工厂动力需求的平衡。其应被了解该装置46是概要 地说明在图7中，且被意指代表一或多个装置、或诸装置的集合，所述装置被设计成适于自 该燃料电池系统抽取电流。燃料电池堆40可承接所有产物氢气射流14。一些或所有射流14可额外地、或另 一选择地经由合适的导管被输送，供用在另一消耗氢的制程中，被燃烧用于燃料或热量、或 储存供稍后使用。当作说明性范例，氢气储存装置50是以图7中的虚线所显示。根据本揭 示内容的燃料处理和/或燃料电池系统可、但不需要包括至少一氢气储存装置。装置50被 设计成适于储存产物氢气射流14的至少一部分。譬如，当通过燃料电池堆40用于氢气的需 求是少于燃料处理器12的氢气输出时，该超过的氢气可被储存于装置50中。合适的氢气储
20存装置的说明性范例包括氢化物床及加压槽。虽然非必需，在当燃料处理器12不能够满足 这些氢需求时的状态中，包括被储存氢气的供给的燃料处理组件10或燃料电池系统42的 利益是此供给可被用来满足燃料电池堆40的氢需求、或另一使用该射流14的应用。这些 状态的范例包括当该燃料处理器正由冷却或非活动的状态启动、由空转状态向上猛冲(正 加热和/或加压)、用于维护或修理的离线时，及当该燃料电池堆或应用正需求比来自该燃 料处理器的最大可用生产较大的氢气流动速率时。额外地或另一选择是，所储存的氢气亦 可被用作易燃的燃料射流，以加热该燃料处理组件或燃料电池系统，未直接地与燃料电池 堆有关连的燃料处理组件可仍然包括至少一氢气储存装置，因此能够使来自这些燃料处理 组件的产物氢气射流也被储存供稍后使用。燃料电池系统42还可包括至少一电池52或另一合适的能量储存、或电力储存装 置，其被设计成适于储存通过燃料电池堆40所产生的电位、或动力输出。可被使用的其它 能量储存装置的说明性、非专有范例包括储能轮及电容器、诸如超电容器或超级电容器。类 似于上面关于超量的氢气的讨论，燃料电池堆40可产生超过所需要的动力输出，以满足通 过装置46所施加、或应用的负载，包括对燃料电池系统42供给动力所需的负载。在对于上 面超量氢气的讨论的进一步类似性中，此超量的动力输出可被使用于在该燃料电池系统的 外侧的其它应用中、和/或通过该燃料电池系统储存供稍后使用。譬如，该电池或另一储存 装置可提供动力供通过系统42或其它应用于起动期间使用，该系统在所述其它应用中不 产生电力和/或氢气。在图7中，流量调节结构大致上被指示在54，且概要地代表任何合适 的歧管、阀门、控制器、开关与类似物等，用于分别选择性地输送氢及该燃料电池堆的动力 输出至装置50与电池52，及由该处抽取该储存的氢及所储存的动力输出。图10提供燃料处理组件10的图解范例，其包括具有根据本揭示内容的失速预防 机件160的原料输送系统22，且其中来自该原料输送系统的加压液体出口射流被选择性地 用作用于燃料处理器12的氢气-产生区域的氢气-产生进料射流16、及用作用于加热组件 60的易燃的燃料射流64，诸如可采取燃烧器的型式，该燃烧器以来自空气射流74的空气燃 烧此燃料射流。在图10中所显示的范例中，氢气-产生区域19被显示为包括重整催化剂 23，使来自该氢气-产生区域的混合气体、或出口射流20被输送至纯化区域24。纯化区域 24把该混合气体射流分开成富含氢气射流26，其可形成产物氢气射流14的至少一部分；及 副产物射流28，其可当作用于加热组件60的气体燃料被消耗。加热组件60被显示为产生 经加热的排气射流66，该经加热的排气射流可被用来将至少氢气-产生区域19加热至合适 的氢气_产生温度。如所讨论，原料输送系统22亦产生具有合适的氢气_产生压力的进料 射流16，以加压该氢气-产生区域，及视情况加压该纯化区域24。图10还说明用于该燃料 处理器的选择性壳层68 ；选择性阀门组件86，其可被用来按比例分配或以别的方式将来自 该原料输送系统的出口射流引导至该氢气-产生区域及该加热组件及用于该阀门组件的 选择性控制器88、或于它们之间。具有原料输送系统22的燃料处理组件10的进一步说明性、非专有范例被显示在 图11中，该原料输送系统具有以根据本揭示内容的失速预防机件160。为着要简洁的目的， 被图解式地描述在图11中的先前已讨论的零组件是不再被讨论。在图11中，燃料处理组 件10被显示为具有燃料处理器12，其包括纯化区域24，该纯化区域包括含有至少一氢_选 择性隔膜30的隔膜纯化(或分离)区域180、及诸如甲烷化催化剂床182的化学氧化碳移除组件32两者。工业适用件所述原料输送系统、及包含在此所揭示的原料输送系统的氢气-产生燃料处理与 燃料电池系统是适用于该氢及能量产生工业，包括该燃料电池工业。吾人相信在上面所提出的揭示内容涵括多数具有独立的效用的不同发明。虽然这 些发明的每一个，以用其较佳的形式被揭示，如在此所揭示及说明者，其特定实施例不会以 限制的意义被考虑，因极多的变化是可能的。本发明的主题包括在此所揭示的各种组件、特 色、功能、和/或性质的所有新颖与非明显的组合及次组合。相同地，在所述申请专利范围 列举“一”或“第一”组件或其同等项之处，此等申请专利范围应被了解包括并入一或多个 此等组件，既无需要也不排除两个或更多此等组件。吾人相信以下的权利要求范围特别地指出某些组合及次组合，所述组合及次组合 是针对所揭示发明之一及为新颖与非明显的。化于诸特色、功能、组件、和/或性质的其它 组合及次组合中的发明，可经过所提出的权利要求范围的修正或在此申请案或相关申请案 中的新的权利要求范围的呈现被申请。此等被修改或新的权利要求范围，不论它们是否针 对不同的发明或针对相同的发明，是否对于所述原始的权利要求范围具有不同、更宽广、较 狭窄、或相等的范围，是亦被当作含括在本揭示内容的发明的主题内。
权利要求
一种氢气 产生燃料处理组件，其包括氢气 产生区域，其被设计成适于承接包含至少含碳原料的至少进料射流，及被设计成适于由该氢气 产生区域产生包含当作主要成份的氢气的混合气体射流，该氢气 产生区域进一步被设计成适于在氢气 产生的压力范围内操作；及原料输送系统，其被设计成适于将该进料射流的至少一部分输送至该氢气 产生区域，其中该原料输送系统是与包含至少该含碳原料的液体供给源相通，其中该原料输送系统包括泵组件，其被设计成适于自该液体供给源抽取包含至少该含碳原料的液体入口射流，且被设计成适于在氢气 产生压力范围内或之上至少间歇地放出液体出口射流，该泵组件具有用于承接该液体入口射流的入口及用于放出该液体出口射流的出口；入口导管，该液体入口射流是经过该入口导管被抽取至该泵组件；出口导管，该液体出口射流是经过该出口导管由该泵组件放出；输送导管，其与该出口导管及该氢气 产生区域流体相通，且输送射流是经过该输送导管被输送至该氢气 产生区域；及失速预防机件，该失速预防机件包括止回阀，其被定位于该出口导管及该氢气 产生区域之间，且被设计成适于在该泵组件未于该氢气 产生压力范围内或之上放出该液体出口射流的时期期间，将该出口导管中的压力与该氢气 产生区域中的压力隔绝；及抽气导管，其与该出口导管及该液体供给源、该入口导管、该泵组件、与燃烧器的至少一个之间流体相通，该燃烧器与该氢气 产生的燃料处理组件有关联，且抽气射流至少间歇地流动经过该抽气导管；其中该失速预防机件被设计成适于在该泵组件未于该氢气 产生压力范围内或之上放出该液体出口射流的时期期间减少该出口导管中的压力。
2.根据权利要求1所述的氢气_产生燃料处理组件，其中相对该出口导管设计该抽气 导管的至少一部分的尺寸，以于该泵组件未在该氢气-产生的压力范围内或之上放出该液 体出口射流时期期间，减少该出口导管中的压力。
3.根据权利要求2所述的氢气-产生燃料处理组件，其中该抽气导管包括孔口，相对该 出口导管设计该孔口的尺寸，以于该泵组件未在该氢气-产生的压力范围内或之上放出该 液体出口射流时期期间，减少该出口导管中的压力。
4.根据权利要求1所述的氢气-产生燃料处理组件，其中该失速预防机件进一步包括 限制阀，该限制阀被设计成适于选择性地允许及选择性地限制该抽气射流经过该抽气导管 的流动。
5.根据权利要求4所述的氢气-产生燃料处理组件，其中该限制阀是电磁阀。
6.根据权利要求4所述的氢气-产生燃料处理组件，其中该限制阀被设计成适于当该 出口导管中的压力是少于该氢气-产生的压力范围时允许该抽气射流的流动经过该抽气 导管，且被设计成适于当该出口导管中的压力是在该氢气-产生的压力范围内或之上时限 制该抽气射流的流动经过该抽气导管。
7.根据权利要求4所述的氢气-产生燃料处理组件，其中该限制阀被设计成适于当该 泵组件不会在该氢气-产生的压力范围内或之上放出该液体出口射流时允许该抽气射流的流动经过该抽气导管，且其中该限制阀被设计成适于当该泵组件在该氢气-产生的压力 范围内或之上放出该液体出口射流时限制该抽气射流的流动经过该抽气导管。
8.根据权利要求7所述的氢气-产生燃料处理组件，其中该限制阀是有效运作地连结 至该泵组件，以(i)当该泵组件不会在该氢气-产生的压力范围内或之上放出该液体出口 射流时允许该抽气射流的流动经过该抽气导管，与(ii)当该泵组件在该氢气-产生的压力 范围内或之上放出该液体出口射流时限制该抽气射流的流动经过该抽气导管。
9.根据权利要求1所述的氢气-产生燃料处理组件，其中该泵组件包括至少一正排量泵，该正排量泵被设计成适于在再装满冲程期间承接 该液体入口射流、及在排出冲程期间放出该液体出口射流；及其中该失速预防机件被设计成适于在该正排量泵的排出冲程期间限制该抽气射流经 过该抽气导管的流动。
10.根据权利要求1所述的氢气-产生燃料处理组件，其中该泵组件包括至少一正排量泵，该正排量泵被设计成适于在再装满冲程期间承接 该液体入口射流、及在排出冲程期间放出该液体出口射流；及其中该失速预防机件进一步包括限制阀，该限制阀被有效运作地连结到该至少一正排 量泵，以(i)在该至少一正排量泵的再装满冲程期间允许该抽气射流的流动经过该抽气导 管，与(ii)在该至少一正排量泵的排出冲程期间限制该抽气射流的流动经过该抽气导管。
11.根据权利要求1所述的氢气-产生燃料处理组件，其中该泵组件包括至少一正排量泵，该正排量泵具有内室； 其中该抽气导管是在该出口导管及该至少一正排量泵的内室之间流体相通；及 其中该至少一正排量泵被设计成适于在再装满冲程期间承接该液体入口射流及该抽 气射流，且在排出冲程期间放出该液体出口射流。
12.根据权利要求1所述的氢气-产生燃料处理组件，其中该抽气导管整合至该泵组件。
13.根据权利要求12所述的氢气-产生燃料处理组件，其中该泵组件包括正排量泵，其被设计成适于在再装满冲程期间承接该液体入口射流及该抽气射流，且 在排出冲程期间放出该液体出口射流；及限制阀，其被设计成适于在该正排量泵的再装满冲程期间允许该抽气射流的流动经过 该抽气导管，与在该正排量泵的排出冲程期间限制该抽气射流经过该抽气导管。
14.一种用于在氢气-产生的压力范围内输送原料至氢气-产生燃料处理组件的氢 气-产生区域的方法，该氢气-产生燃料处理组件是设计成适于由该氢气-产生区域产生 包含当作主要成份的氢气的混合气体射流，该方法包括由包含至少一含碳原料的液体供给源抽取液体射流；在该氢气-产生的压力范围内或之上至少间歇地泵吸该液体射流进入出口导管； 由该出口导管至该氢气_产生区域输送包括该液体射流的至少一部分的输送射流； 在未于该氢气_产生压力范围内或之上泵吸该液体射流的时期期间，将该出口导管中 的压力与该氢气-产生区域中的压力隔绝；及在未于该氢气_产生压力范围内或之上泵吸该液体射流的时期期间，减少该出口导管 中的压力。
15.根据权利要求14所述用于在氢气-产生的压力范围内输送原料至氢气-产生燃料 处理组件的氢气-产生区域的方法，其中减少该出口导管中的压力包括未于该氢气-产生 压力范围内或之上泵吸该液体射流的时期期间，使含有该液体射流的至少一部分的抽气射 流由该出口导管转向经过抽气导管。
16.根据权利要求15所述用于在氢气-产生的压力范围内输送原料至氢气-产生燃料 处理组件的氢气_产生区域的方法，进一步包括将该抽气射流输送至该液体供给源、该出口导管的上游的液体射流、及与该氢气产生 燃料处理组件有关的燃烧器的至少一种。
17.根据权利要求15所述用于在氢气-产生的压力范围内输送原料至氢气-产生燃料 处理组件的氢气_产生区域的方法，进一步包括于该氢气-产生的压力范围内或之上泵吸该液体射流的时期期间，限制该抽气射流的 流动经过该抽气导管。
18.根据权利要求15所述用于在氢气-产生的压力范围内输送原料至氢气-产生燃料 处理组件的氢气_产生区域的方法，进一步包括于该出口导管中的压力是在该氢气-产生的压力范围内或之上的时期期间，限制该抽 气射流的流动经过该抽气导管。
19.根据权利要求15所述用于在氢气-产生的压力范围内输送原料至氢气-产生燃料 处理组件的氢气_产生区域的方法，其中泵吸该液体射流是通过包括具有内室的正排量泵的泵组件而变容易，且该正排 量泵被设计成适于在再装满冲程期间承接进入该内室的液体射流，及被设计成适于在该氢 气-产生压力范围内或之上在排出冲程期间由该内室排出该输送射流至该出口导管；且其中该方法进一步包括于该正排量泵的再装满冲程期间将该抽气射流输送至该正排量泵的内室。
20.根据权利要求19所述用于在氢气-产生的压力范围内输送原料至氢气-产生燃料 处理组件的氢气_产生区域的方法，其中该抽气导管整合至该泵组件。
全文摘要
揭示氢气-产生燃料处理组件以及用于输送原料至氢气-产生燃料处理组件的氢气-产生区域的方法。在一些实施例中，该燃料处理组件包括原料输送系统，其包括泵组件和失速预防机件，该失速预防机件被设计成适于在该泵组件未于氢气-产生压力范围内或之上放出液体出口射流的时期期间，减少出口导管中的压力。在一些实施例中，该出口导管中的压力是与该燃料处理组件的氢气-产生区域中的压力隔绝，且是在未在氢气-产生压力范围内或之上泵吸液体射流的时期期间减少。
文档编号H01M8/04GK101904034SQ200880121092
公开日2010年12月1日 申请日期2008年11月7日 优先权日2007年12月17日
发明者弗能·威德·庞普汉 申请人:伊达科技公司