用于燃料电池的多种可重整燃料输送系统和方法与流程
本教导涉及用于燃料电池单元或系统的液体和气体可重整燃料输送系统，操作这种输送系统的方法，以及控制气体和液体可重整燃料流动和输送到燃料电池单元或系统的部件的方法。
背景技术：
将气体可重整燃料和/或液体可重整燃料转化为富氢的含一氧化碳的气体混合物(通常被称为“合成煤气”或“合成气”的产物)可以根据这些众所周知的燃料重整操作中的任一种来进行，例如蒸汽重整、干重整、自热重整和催化部分氧化重整。
由于燃料电池系统或简单地说“燃料电池”(即用于使诸如氢气、氢气和一氧化碳的混合物(例如合成气)等的电化学可氧化燃料电化学转换为电的装置)的潜力，改进的燃料重整器、燃料重整器部件和重整工艺的发展依旧是相当多研究的焦点，以对于包括主功率单元(mpu)和辅助功率单元(apu)的一般应用发挥更大的作用。燃料电池还可以用于专门的应用，例如用作电动车辆的车载发电装置，用于住宅使用设备的备用和主电源，用于电网外位置的休闲用途设备、户外设备和其他耗电设备的主电源，以及用于替代便携式电池组的重量更轻、功率密度更高、与环境温度无关的替代品。
因为氢的大规模的、经济的生产，氢配给所需的基础设施和用于其储存(特别是作为运输燃料)的实际装置被广泛认为还有很长的路要走，所以许多当前的研究和发展涉及到改进作为电化学可氧化燃料(特别是氢和一氧化碳的混合物)的来源的燃料重整器，和作为将这种燃料转换成电的转换器的、通常被称为燃料电池“堆”的燃料电池组件，以及将燃料重整器和燃料电池集成到更紧凑、可靠且高效的用于产生电能的设备中。
在想到这些考虑的情况下，将可重整燃料储存和输送到燃料电池系统的部件(例如蒸发器和燃料重整器)是需要发展的另一个领域。例如，单一输送系统和方法有效地且以容易控制的方式将气体可重整燃料和液体可重整燃料输送到蒸发器和重整器以转化为供燃料电池堆使用的富氢产物的能力是所期望的。因此，需要改进将气体和液体可重整燃料输送到燃料电池单元或系统的部件的系统和方法。
技术实现要素：
鉴于前文，本教导提供了多种可重整燃料(即，液体和气体可重整燃料)输送系统和方法，其可以在不使用液体泵的情况下将任何烃类燃料(即，液体或气体可重整燃料)例如输送到蒸发器、重整器、燃料电池堆和燃料电池单元或系统的其它部件中的至少一个。更具体地说，本教导的输送系统和方法利用气体压力来将气体可重整燃料和/或液体可重整燃料控制和输送到燃料电池单元或系统的部件。也就是说，气体压力被用于输送气体可重整燃料和移动并输送液体可重整燃料。因此，本教导的输送系统和方法可以利用整个输送系统中的气体压力的适当平衡，该平衡可以将计量流量的液体可重整燃料和/或气体可重整燃料提供给燃料电池单元或系统的期望下游部件。
根据本教导，一个公共的输送系统可以独立地控制输送到燃料电池单元或系统的部件的气体可重整燃料和液体可重整燃料的比例。例如，本教导的输送系统可以针对燃料电池单元或系统的启动、稳态和停工模式实现气体和液体可重整燃料的适当混合。本教导的输送系统和方法可以将含氧气体输送到可重整燃料以为重整提供合适的氧气燃料比。
此外，可以在没有液体泵的限制的情况下使用输送系统并且可以实施所述方法。因此，本教导的多种可重整燃料输送系统可以在较低的系统压力下操作。输送系统可以在启动模式期间减小电站辅助设施上的负载。对于整个输送系统的流体流量，输送系统还可以具有增加的控制范围。
另外，气体可重整燃料的流动和输送的控制通常独立于液体可重整燃料的流动和输送的控制，从而需要两个独立的输送控制系统。在这种情况下，由于两个控制系统之间的变化以及两个系统所需的校准，系统之间的变化可能影响燃料电池单元或系统的有效操作。本教导的输送系统的相对简单的构造可以避免使用两个独立的控制系统及其固有的限制。
此外，本教导的输送系统可以具有用于气体可重整燃料和用于液体可重整燃料的单独的和专用的通路(例如，管道)系统。这种布置可以通过引导或输送仅仅一种类型的可重整燃料通过其中而防止结构和部件(例如阀组件)的交叉污染。这种布置可以限制敏感结构和部件(例如泵或压缩机密封件和阀)暴露于液体燃料。
输送系统还可以包括液体可重整燃料储存器的气体顶部空间与蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个之间的、例如经由与气体顶部空间相关联的压力释放阀组件的可操作的流体连通。本教导的方法可以包括利用这样的特征，例如，将气体(其包含在顶部空间中的蒸发的液体可重整燃料以及来自于可能存在的气体可重整燃料源的任何气体可重整燃料)输送到燃料电池单元的部件以供能量的消耗和使用，而其本来是会通过压力释放阀排放到大气中的。
输送系统还可以与较大的液体可重整燃料的主源相关联，以再填充液体可重整燃料储存器。这种布置可以提供燃料电池单元或系统的几乎连续的操作和/或便携式/移动式燃料电池单元或系统的再填充。使用这种液体可重整燃料的主源可以使由燃料电池堆使用的液体可重整燃料的质量变化最小化，其中所述液体可重整燃料被输送到所述燃料电池堆。另外，使用较大的液体可重整燃料的主源可以防止将沉积物和其它较高密度的杂质引入到燃料电池单元或系统的(多个)流体流中或使其最小化。
因此，在一个方面中，本教导提供了用于将液体和气体可重整燃料输送到燃料电池单元或系统的部件(例如，输送到蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个)的多种可重整燃料输送系统。
输送系统通常包括：液体可重整燃料储存器，其中液体可重整燃料储存器的内部包括液体可重整燃料空间和气体顶部空间；气体可重整燃料源，其中气体可重整燃料源与燃料电池单元或系统的蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个可操作地流体连通，并且与液体可重整燃料储存器的气体顶部空间可操作地流体连通；和蒸发器，其中蒸发器与液体可重整燃料空间的出口可操作地流体连通，并且与重整器的入口、流体混合装置的入口和燃料电池堆的入口中的至少一个可操作地流体连通。
在不同的实施方式中，输送系统可以包括与气体可重整燃料源不同的正气体压力源，其中正气体压力源与液体可重整燃料储存器的气体顶部空间可操作地流体连通。液体可重整燃料储存器可以包括与气体顶部空间可操作地流体连通的压力释放阀组件以帮助控制流体压力和整个输送系统中的流体输送。压力释放阀组件可以与蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个可操作地流体连通，以例如将气体从气体顶部空间提供到燃料电池单元或系统的部件。
在某些实施方式中，本教导的输送系统和方法可以排队将气体可重整燃料源与液体可重整燃料储存器的气体顶部空间直接耦接的阀组件和(多个)管道。在这样的实施方式中，液体和气体可重整燃料输送系统可以包括液体可重整燃料储存器，其中液体可重整燃料储存器的内部包括液体可重整燃料空间和气体顶部空间，并且液体可重整燃料空间与燃料电池单元的蒸发器和/或流体混合装置可操作地流体连通；正气体压力源，其中正气体压力源与液体可重整燃料储存器的气体顶部空间可操作地流体连通；和气体可重整燃料源，其中气体可重整燃料源与燃料电池单元的蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个可操作地流体连通。
在一些实施方式中，输送系统包括含氧气体源，以例如与可重整燃料混合以产生用于重整的适当的氧气与燃料比例。输送系统可以包括流体混合装置以在特定应用中混合流体反应物，例如可重整燃料、含氧气体和/或蒸汽。流体混合装置的多个入口之一可以与气体可重整燃料源、包括蒸发的液体可重整燃料的液体可重整燃料源、含氧气体和蒸汽中的至少一个流体连通。流体混合装置的出口可以与重整器和/或燃料电池堆可操作地流体连通。
在某些实施方式中，输送系统可以与燃料电池单元或系统相关联和耦接。燃料电池单元或系统可以包括燃料电池堆和后燃器，燃料电池单元或系统也可以被认为包括重整器和/或蒸发器。
在另一方面中，本教导提供了用于操作本教导的多种可重整燃料输送系统的方法。例如，方法可以包括例如通过调节或操纵一个或多个阀组件和一个或多个气体可重整燃料源和包括含氧气体源的(多个)正气体压力源，来调节气体可重整燃料源、液体可重整燃料储存器的气体顶部空间、液体可重整燃料储存器的液体可重整燃料空间、蒸发器、重整器，燃料电池堆和后燃器中的两个或多个之间的气体压力，以控制气体可重整燃料从气体可重整燃料源至液体可重整燃料储器的气体顶部空间和至蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个的输送，和控制液体可重整燃料从液体可重整燃料储存器至蒸发器的输送。
在不同的实施方式中，本教导的方法包括在不使用液体泵的情况下控制气体和液体可重整燃料至燃料电池单元或系统的流动和输送。该方法可以包括将气体可重整燃料输送到蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个；和将正气体压力施加到液体可重整燃料储存器的气体顶部空间以进行以下中的至少一个：(a)将液体可重整燃料输送到蒸发器和/或流体混合装置；和(b)将气体从气体顶部空间输送到蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个。在一些实施方式中，液体可重整燃料不通过气体可重整燃料通过的管道。在特定的实施方式中，蒸发的液体可重整燃料可以在引入到重整器和/或燃料电池堆之前与含氧气体和/或气体可重整燃料混合。
作为一个方面的变化，可以与本文中叙述的具体输送结构和部件无关地描述本教导的方法。为此，本教导的方法可以包括在不使用液体泵的情况下控制气体和液体可重整燃料向燃料电池单元或系统的输送，其中该方法可以包括利用第一正气体压力将液体可重整燃料移动和输送到蒸发器和/或流体混合装置；和利用第二正气体压力将气体可重整燃料输送到蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆、后燃器、含氧气体的蒸汽和蒸发的液体可重整燃料流中的至少一个。在某些实施方式中，第一正气体压力和第二正气体压力可以是相同的，例如，正气体压力可以来自相同的正气体压力源或来自单个正气体压力源。
本教导的方法可以包括将含氧气体输送到液体可重整燃料流、蒸发器、蒸发的液体可重整燃料流、气体可重整燃料流、流体混合装置、重整器、燃料电池单元和后燃器中的至少一个。本文中描述的方法还可以包括将可重整燃料(例如液体可重整燃料和/或气体可重整燃料)与含氧气体的混合物输送到重整器和/或燃料电池堆。
从下面的附图、描述、实例和权利要求将更充分地理解本教导的前述内容以及其他特征和优点。
附图说明
应当理解，下面描述的附图仅用于说明的目的。相同的附图标记通常指代相同的部件，附图不一定按比例绘制，其中重点通常放在阐明本教导的原理上。附图不用于以任何方式限制本教导的范围。
图1a是本教导的液体和气体可重整燃料输送系统的实施方式的示意图，其中用气体可重整燃料的单个源(例如压缩气体)来使气体可重整燃料和液体可重整燃料流动并输送通过输送系统，输送系统包括三个阀组件和控制器。
图1b是本教导的液体和气体可重整燃料输送系统的实施方式的示意图，其中正气体压力源和气体可重整燃料源可以用于使气体可重整燃料和液体可重整燃料流动并输送通过输送系统，输送系统包括三个阀组件。
图1c是本教导的液体和气体可重整燃料输送系统的实施方式的示意图，其包括含氧气体源以及在气体顶部空间和燃料电池单元或系统的一个或多个下游部件之间经由压力释放阀组件的可操作流体连通，其中输送系统与包括后燃器的燃料电池单元或系统相关联。
图1d是本教导的液体和气体可重整燃料输送系统的实施方式的示意图，其包括液体可重整燃料的主源和含氧气体源，其中输送系统与包括后燃器的燃料电池单元或系统相关联。
图1e是沿着从液体可重整燃料空间至蒸发器的管道的阀和传感器组件的布置的实施方式的示意图。
图1f是本教导的液体和气体可重整燃料输送系统的实施方式的示意图，其类似于图1b，但不包括将气体可重整燃料源与液体可重整燃料储存器的气体顶部空间直接相连的阀组件和(多个)管道，而包括在气体顶部空间和燃料电池单元或系统的一个或多个下游部件之间的可操作流体连通。
图1g是本教导的液体和气体可重整燃料输送系统的实施方式的示意图，其类似于图1c，但不包括将气体可重整燃料源与液体可重整燃料储存器的气体顶部空间直接相连的管道。
图2是包括囊的液体可重整燃料储存器的实施方式的相关部分的示意图。
具体实施方式
现在已经发现，可以利用正气体压力将气体可重整燃料和液体可重整燃料输送到蒸发器、重整器、燃料电池堆、后燃器和燃料电池单元或系统的其它部件中的至少一个中以例如通过输送系统输送流体，即气体和液体。因此，本教导的气体和液体可重整燃料输送系统和方法可以在不使用液体泵的情况下操作或实现。因此，气体和液体可重整燃料的流动和输送可以不依赖于液体泵的性能和特性，例如固定排量和流量调节。此外，一些泵和阀可能不适合与液体燃料一起使用，例如，用于隔膜泵中的某些聚合物在暴露于液体烃时会变硬和变脆。聚合物密封件在暴露于某些烃时也可能劣化，导致需要用更昂贵的选择例如
可以通过调节输送系统的部件之间的气体压力来实现整个输送系统的气体压力(例如正气体压力)的适当平衡。例如，可以通过使用和调节阀组件或其他输送或流动控制机构(通常位于与阀组件流体连通的部件之间)来实现部件之间的气体压力的调节。因此，气体和/或液体可重整燃料的输送可以调整成适合蒸发器、重整器或燃料电池堆的特定需要(例如，用于“电池上”重整，由此重整催化剂被并入到燃料电池堆的燃料电极中)和特定应用。
例如，输送到蒸发器、重整器、燃料电池堆及其组合的气体可重整燃料与液体可重整燃料之比可以根据燃料电池单元或系统是否处于启动、稳态还是停工模式中来进行控制。可以在启动模式进行到稳态模式时以及在稳态模式进行到停工模式时调节这个比率。本教导的输送系统和方法可以包括液体可重整燃料储存器的气体顶部空间与蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的一个或多个之间的可操作的流体连通。存在于液体可重整燃料储存器的气体顶部空间中的含氧气体(例如，来自给气体顶部空间加压的正气体压力源)可以通过压力释放阀组件被输送到(例如排放到)蒸发器、重整器和燃料电池堆中的一个或多个，以提供或补充重整反应所需的氧。
更具体地，尽管可以使用气体可重整燃料和液体可重整燃料中的任一种来操作燃料电池单元或系统，但是重整器和/或燃料电池堆和相关联的燃料电池单元或系统使用两种类型的可重整燃料的能力可能是最佳的。例如，当处于燃料电池单元或系统的启动模式中时，当燃料电池单元或系统是冷的时，可以用气体可重整燃料来开始重整和其他化学反应。在化学反应开始之后，通常产生热量，并且燃料电池单元或系统及其部件开始变暖并达到其工作温度。当处于稳态模式中时，由燃料电池单元或系统中的反应产生的热量可以用于在液体可重整燃料被引入到蒸发器之前加热液体可重整燃料，蒸发器通常耦接到重整器。因此，在稳态模式期间，使用液体可重整燃料通常是优选的，因为其能量-重量/体积比更高并且其可存取性和存储性更好。然而，存在这样的应用和情况，其中燃料电池单元或系统可以有利地同时使用气体和液体可重整燃料来操作。
为了简明起见，本文的讨论和描述将主要集中于部分氧化重整反应和反应物，其包括催化部分氧化重整反应和反应物(可重整燃料和含氧气体)。然而，本文中描述的装置、组件、系统和方法可以应用于其它重整反应，例如蒸汽重整和自热重整以及它们各自的反应物(分别为可重整燃料和蒸汽，以及可重整燃料、蒸汽和含氧气体)。因此，在本文中结合装置或方法提到含氧气体的场合，除非另有明确说明或根据上下文另有理解，本教导应当被认为组合地包括蒸汽或只包括蒸汽，即含氧气体和/或蒸汽。另外，在本文中结合装置或方法提到可重整燃料的场合，除非另有明确说明或根据上下文另有理解，本教导应当被认为组合地包括蒸汽或只包括蒸汽，即可重整燃料和/或蒸汽。
此外，本教导的液体和气体可重整燃料输送系统和方法应当被理解为适合于输送液体和/或气体反应物以执行蒸汽重整和自热重整，例如多反应物流体输送系统的输送、控制和管理，以在与本文中描述的相同的结构和部件内进行和/或利用与本文中描述的相同的一般方法进行。也就是说，本教导的输送系统和方法可以将合适的液体反应物(例如液体可重整燃料和/或液态水)从液体可重整燃料储存器输送到蒸发器以分别产生蒸发的液体可重整燃料和蒸汽，和将合适的气体反应物(例如含氧气体、气体可重整燃料和蒸汽中的至少一种)从它们各自的源输送到燃料电池单元或系统的期望的部件。换句话说，可以通过系统的液体输送部分输送各种液体反应物，并且可以通过系统的气体输送部分输送各种气体反应物。
因此，液体可重整燃料储存器可以包括位于其液体可重整燃料空间中的水(作为液体)，所述水可以通过液体可重整燃料储存器的气体顶部空间中的正气体压力而被移位到蒸发器。在这种情况下，气体可重整燃料可以与来自蒸发器的蒸汽混合，以提供适合于在重整器和/或燃料电池堆中重整的气体蒸汽重整反应混合物。因此，在某些实施方式中，“液体可重整燃料储存器”可以用具有“水空间”的“水储存器”代替，或更一般地用具有“液体反应物空间”的“液体反应物储存器”代替。为此，对于at重整，液体反应物可以是水和/或液体可重整燃料，气体反应物可以是蒸发的液体可重整燃料、气体可重整燃料、含氧气体和蒸汽中的至少一种。
在输送系统中使用水的情况下，来自燃料电池单元或系统的重整器、燃料电池堆和后燃器中的一个或多个的再循环热量可以用于使水蒸发以产生蒸汽，蒸汽可以存在于输送系统中和/或被从独立源引入到输送系统中。在某些实施方式中，可以利用蒸汽提供液体可重整燃料储存器(或水储存器)的气体顶部空间中的压力，从而将液体可重整燃料或水驱动或移位到蒸发器，而不是使用气体可重整燃料源和/或正气体压力源，例如鼓风机、泵或压缩机。在特定的实施方式中，压力释放阀组件可以将蒸汽从加压的气体顶部空间排放到流体混合装置、重整器和燃料电池堆中的一个或多个中，以帮助重整反应和过程。
此外，本教导的输送系统可以包括两个或更多个液体可重整燃料储存器。在不同的实施方式中，输送系统可以包括液体可重整燃料储存器和水储存器(或两个液体反应物储存器)。可以独立地控制每个液体反应物储存器以将它们各自的液体输送到一个或多个蒸发器和/或例如通过流体混合装置直接输送到重整器和/或燃料电池堆，流体混合装置可以将足够量的含氧气体引入到流体流中，如果需要的话。两个或更多个液体反应物储存器的这种布置可以降低闪蒸的风险。
可以利用与每个液体反应物储存器相关联的压力释放阀部分地实现对液体反应物(例如可重整燃料或水)的输送的独立控制。影响从液体反应物储存器输送液体的其它因素可以包括例如通过一个或多个气体可重整燃料源和/或一个或多个正气体压力源输送到每个液体反应物储存器的气体顶部空间的压力，所述气体可重整燃料源和/或正气体压力源与(多个)气体顶部空间可操作地流体连通。在特定的实施方式中，除了气体可重整燃料源之外，一个正气压源可以用于给相应数量的液体反应物储存器的顶部空间加压，所述液体反应物储存器与所述一个正气压源可操作地流体连通。
总之，应当理解，本教导的输送系统可以输送用于执行重整反应的合适的反应物，所述重整反应包括部分氧化(pox)重整(例如催化部分氧化(cpox)重整)、蒸汽重整和自热(at)重整。可以从和通过输送系统的“液体可重整燃料”输送部件、管道和组件输送液体反应物，例如液体可重整燃料和水。可以从和通过输送系统的“气体可重整燃料”输送部件、管道和组件输送气体反应物，例如气体可重整燃料、蒸汽和含氧气体，例如空气。可以从和通过本教导的输送系统的外围或次要的部件和组件输送某些气体反应物，例如蒸汽和含氧气体，例如，含氧气体可以从例如独立地与燃料电池单元或系统的蒸发器、重整器和燃料电池堆中的至少一个可操作地流体连通的含氧气体源输送，以在重整之前与液体可重整燃料和/或蒸发的液体可重整燃料混合。
此外，输送系统和相关联的结构和部件的各种布置可以包括诸如静态混合器的流体混合装置，或诸如在共同未决的、共同拥有的名称为“mixingreformablefuelsandanoxygen-containinggasand/orsteam”的美国专利申请14/335463中所描述的流体混合装置，其通过引用方式并入本文用于所有目的。流体混合装置可以用于混合可重整燃料、含氧气体和蒸汽中的两种或更多种。可重整燃料可以是来自液体可重整燃料源的液体可重整燃料、来自蒸发器的蒸发的液体可重整燃料、来自气体可重整燃料源的气体可重整燃料中的一种或多种。流体混合装置可以相对于待混合的流体流适当地定位。例如，在需要混合液体可重整燃料和含氧气体的情况下，流体混合装置的一个或多个入口可以定位成与液体可重整燃料源和含氧气体源可操作地流体连通，并且流体混合装置的出口可以定位成与重整器和/或燃料电池堆可操作地流体连通。
在整个申请中，在组合物被描述为具有、包括或包含特定组分的情况下，或在方法被描述为具有、包括或包含特定的方法步骤时，预期本教导的组合物也基本上由所叙述的组分构成或由所叙述的组分构成，本教导的方法也基本上由所叙述的方法步骤构成或由所叙述的方法步骤构成。
在本申请中，在元件或部件被提及为包括在所叙述的元件或部件的列表中和/或从所叙述的元件或部件的列表中选择时，应当理解，该元件或部件可以是所叙述的元件或部件中的任一个，或者元件或部件可以选自由所叙述的元件或部件中的两个或更多个所构成的组。
此外，应当理解，在不脱离本教导的精神和范围的情况下，可以以各种方式组合本文所描述的组合物、装置或方法的元素和/或特征，无论明确的还是隐含的。例如，在参考特定结构时，除非根据上下文另有理解，否则该结构可以用于本教导的装置的各种实施方式中和/或本教导的方法中。换句话说，在本申请中，已经以能撰写和绘制明确且简明的应用的方式描述和描绘了实施方式，但是意图是并且将理解的是，实施方式可以被不同地组合或分开，而不脱离本教导和发明。例如，应当理解，本文中所描述和描绘的所有特征可以应用于本文中所描述和描绘的(多个)发明的所有方面。
应当理解，除非根据上下文和用途另有理解，否则措辞“至少一个”单独地包括该措辞之前所叙述的对象中的每一个以及两个或更多个所叙述对象的各种组合。
术语“包括”、“具有”、“包含”(包括其语法上的等价表述)的使用，应当一般地理解为开放式且非限制性的，例如，不排除额外的未叙述的元件或步骤，除非另有明确说明或根据上下文另有理解。
除非另有明确说明，本文中单数的使用，例如“一”、“一个”和“该”包括复数(反之亦然)。
在数量值之前使用术语“约”时，本教导也包括具体的数量值本身，除非另有明确说明。当用在本文中时，除非另有说明或暗示，否则术语“约”是指相对标称值的±10％的变化。
应当理解，只要本教导仍然是可操作的，步骤的顺序或执行某些动作的顺序是不重要的。此外，可以同时进行两个或更多个步骤或动作。
在本说明书中的各个地方，以组或以范围的方式披露数值。具体来说，对数值的描述包括这些组和范围的成员的每个单独的子组合以及这些组或范围的各个端点的任何组合。例如，范围为0至40的整数特别地旨在个别地披露0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39和40，范围为1至20的整数特别地旨在个别地披露1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19和20。
本文中任何和所有示例或示例性语言，例如“诸如”，“包括”或“例如”的使用仅旨在更好地阐明本教导，而不对本发明的范围构成限制，除非另有声明。说明书中的语言不应被解释为表示任何未要求保护的元件对于本教导的实践是必要的。
除非其上下文的使用另有指示，否则表明空间取向或高度的术语和措辞，诸如“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“水平”、“垂直”等等，在本文中应被理解为不具有结构、功能或操作的意义，并且应被理解为仅仅反映可能在某些附图中示出的本教导的设备、装置、部件和特征的各种视图的任意选择的取向。
当用在本文中时，“液体可重整燃料”是指并包括在标准温度和压力(stp)条件下为液体的可重整的含碳和氢的燃料，例如甲醇、乙醇、石脑油、馏出物、汽油、煤油、航空煤油、柴油、生物柴油等等，其在进行重整时经历向富氢重整产品的转化。措辞“液体可重整燃料”应进一步理解为包括这些燃料，无论它们是处于液体状态还是处于气体状态，即蒸气。
当用在本文中时，“气体可重整燃料”是指并且包括在stp条件下为气体的可重整的含碳和氢的燃料，例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷、乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、二甲醚、它们的混合物(如天然气和液化天然气(lng)，其主要是甲烷，以及石油气和液化石油气(lpg)，其主要是丙烷或丁烷但包括主要由丙烷和丁烷构成的所有混合物)等等，其在进行重整时经历向富氢重整产品的转化。气体可重整燃料还包括氨，其与其它气体可重整燃料一样，可以作为液体储存。
当用在本文中时，“可重整燃料”是指液体可重整燃料和/或气体可重整燃料。
当用在本文中时，“气体重整反应混合物”是指包括气态液体可重整燃料(例如，蒸发的液体可重整燃料)、气体可重整燃料或其组合物和含氧气体(例如空气)和/或水(例如，呈蒸汽的形式)的混合物。气体重整反应混合物可以进行重整反应以产生富氢产物(重整产品)，其也可以含有一氧化碳。当要进行催化部分氧化重整反应时，气体重整反应混合物可以被称为“气体cpox重整反应混合物”，其包括可重整燃料和含氧气体。当要进行蒸汽重整反应时，气体重整反应混合物可以被称为“气体蒸汽重整反应混合物”，其包括可重整燃料和蒸汽。当要进行自热重整反应时，气体重整反应混合物可以被称为“气体at重整反应混合物”，其包括可重整燃料、含氧气体和蒸汽。
当用在本文中时，“燃料电池堆”是指燃料电池单元或燃料电池系统的部件，其中发生电化学反应以将氢或可电化学地氧化的物质转化为电。燃料电池堆包括通常以层的形式形成的阳极、阴极和电解质。在操作中，例如从本教导的重整器和/或流体混合装置进入燃料电池堆的重整产品的氢和任何其它可电化学地氧化的组分与燃料电池堆的阳极层内的氧阴离子结合以产生水和/或二氧化碳和电子。在阳极层内产生的电子迁移通过外部负载并返回到阴极层，在那里氧与电子结合以提供氧阴离子，所述氧阴离子选择性地通过电解质层和阳极层。
当用在本文中时，“燃料电池单元”通常是指与燃料电池堆可操作地流体连通的重整器、燃料电池堆和与来自燃料电池堆的排气可操作地流体连通的后燃室。燃料电池单元可以包括蒸发器，其中蒸发器的出口与重整器和/或燃料电池堆的入口可操作地流体连通。燃料电池单元可以包括各种阀组件、传感器组件、管道和与该单元相关联的其他部件。“燃料电池系统”通常是指燃料电池单元和电站辅助设施(balanceofplant)。燃料电池系统通常包括多个燃料电池单元，多个燃料电池单元可以共享电站辅助设施。然而，应当理解，“燃料电池单元”和“燃料电池系统”在本文中可以可互换地使用，除非上下文另有规定。
当用在本文中时，“与……可操作地流体连通”是指当部件和/或结构处于操作或活动状态或位置中时各种部件和/或结构之间的流体连通；然而，当部件和/或结构处于不操作或非活动状态或位置中时，流体连通可被中断。可操作的流体连通可以由位于部件和/或结构之间的阀组件控制。例如，如果a通过阀组件与b可操作地流体连通，则当阀组件“打开”时，流体可以从a流动或被输送到b，从而允许a和b之间的流体连通。然而，在阀组件“关闭”时，a和b之间的流体连通可以中断或停止。换句话说，阀组件是可操作的以提供a和b之间的流体连通。应当理解，流体连通可以包括各种程度和速率的流体流动及相关特性。例如，完全打开的阀组件可以在部件和/或结构之间提供流体连通，在阀组件部分关闭时阀组件也可以提供流体连通；然而，诸如流量的流体流动特性可能受到阀组件的不同位置的影响。当用在本文中时，“与……可操作地流体连通”和“与…….流体连通”可以互换使用，除非上下文另有规定。
当用在本文中时，“控制流体的流动”、“控制流体的输送”、“调节流体的流动”和“调节流体的输送”，包括语法上的等同表述和等效表达和语言，可以是增加流体的流动或输送，减少流体的流动或输送，保持流体的基本上恒定的流动或输送，和/或中断或停止流体的流动或输送。
类似地，“控制压力”和“调节压力”，包括语法上的等同表述和等效表达和语言，可以是增加压力，降低压力，维持基本上恒定的压力，和/或中断或停止压力。应当理解，在许多情况下，“控制流动”和“调节流动”可以是“控制压力”和“调节压力”，反之亦然。此外，“控制”、“调节”和“操纵”输送系统、燃料电池单元或燃料电池系统的部件(包括语法上的等同表述和等效表达和语言)，例如阀组件或正气压源，可以实现与上面所描述的相同的变化和/或稳态操作。
当用在本文中时，“阀组件”是指一结构或在一起的多个结构，其可以监测和/或控制在部件和/或结构之间的流体连通和流体流动特性，例如，丙烷从丙烷源至重整器的输送。阀组件可以是单个阀或包括多个阀和相关的结构，其中某些结构可以是串联的。阀组件可以是或包括压力计量组件。例如，阀组件可以是或包括计量阀，从而允许流体的流动和输送的数字控制。阀组件可以是或包括呈短笛状布置的阀，例如一系列节流孔，每个节流孔与一比例阀相关联。阀组件可以包括比例阀，例如比例电磁阀；或一系列比例阀，例如一系列比例电磁阀。阀组件可以包括开关阀，例如电磁阀；或一系列开关阀，例如一系列开关电磁阀。阀组件可以包括三通阀；一系列三通阀；止回阀；一系列止回阀；节流孔；一系列节流孔；及其组合和本文中描述的其它阀和阀组件的组合，其中某些阀和阀组件可以是串联的。在结构或部件被表明为串联的情况下，部件可以是并串联的或者顺序串联的(例如，共线的)。
当用在本文中时，“传感器组件”是指用于监测、测量和/或确定(多个)操作参数的任何合适的传感器或传感装置或传感器或传感装置的组合。例如，可以用任何合适的流量计监测燃料流量，可以用任何合适的压力感测或压力调节装置监测压力，可以用任何合适的温度传感器监测温度。因此，传感器装置的示例包括流量计、压力计、热电偶、热敏电阻器和电阻温度检测器。传感器组件可以是流体流差压传感器或流体流差压计，或简单地说，差压测量组件。差压测量组件通常包括两个测压孔。差压测量组件可以包括诸如节流孔或比例阀(组件)的阀组件或者与所述阀组件相关联，以使得测量进入阀或阀组件之前的流体压力，和测量流体离开阀或阀组件之后的压力，并确定差值。传感器或感测装置可以包括天平，诸如弹簧秤的称重秤，或用于监测、测量和/或确定物体重量的其他装置。传感器组件可选地可以包括与控制器通信的换能器。
当用在本文中时，“正气压源”或“正气体压力源”是指可以产生正气压或气体压力或引起气体移动的装置或设备。正气体压力源可以是正排量鼓风机、泵或压缩机，或动态鼓风机、泵或压缩机。正气压源或正气体压力源的实例包括风扇，多个或一系列风扇，旋转泵或压缩机，例如旋转叶片泵或压缩机，多个或一系列旋转泵或压缩机，往复泵或压缩机，例如隔膜泵或压缩机，或多个或一系列隔膜泵或压缩机，鼓风机，例如离心鼓风机或压缩机，多个或一系列鼓风机，多个或一系列离心鼓风机或压缩机，空气泵，压缩气体的容器(例如如空气或惰性气体罐)，及其组合。“正气压”或“正气体压力”可以由这些正气体压力源中的任一个和本领域技术人员已知的其它正气体压力源实现。“含氧气体源”可以是其中气体包括氧气的正气体压力源。含氧气体源可以是由正气体压力源输送的流体流，其中流体流包括诸如来自周围环境或大气和/或来自燃料电池单元和/或系统的一个或多个部件的氧气。
本教导的液体和气体可重整燃料输送系统可以包括各种管道。输送系统及其外围部件可以包括多个管道，例如两个或更多个管道，其定位成在输送系统的部件及其外围部件之间提供可操作的流体连通。例如，多个管道可以将输送系统耦接到燃料电池系统的部件，以及耦接燃料电池系统部件本身。也就是说，包括外围部件和装置的本教导的输送系统和方法的部件可以包括连接或联接部件的管道，所述部件例如是液体可重整燃料储存器、气体可重整燃料源、正气体压力源、重整器、蒸发器、流体混合装置、燃料电池堆、后燃器、含氧气体源、液体可重整燃料源、第一和第二阀组件，第三、第四和顺序更高的或其他的阀组件、传感器组件和相关设备(例如泵)。这些部件和其它部件中的每一个都可以包括入口、出口和端口中的一个或多个，以允许在部件之间建立流体连通，例如可操作的流体连通。还应当理解，管道可以包括其它部件和与其相关联的装置，例如阀组件、泵、正气压源和传感器组件。
取决于许多因素，例如特定应用、可重整燃料和整个输送系统和/或燃料电池单元或系统的占用空间，管道或管道系统可以具有许多具体的设计、构造、布置和连接。因此，这里描述和/或示出的管道系统仅仅是为了说明的目的，而不是用于以任何方式限制本教导。此外，在两个或更多个管道可以被描述为连接到、耦接到或以其它方式接合一个或多个部件(例如阀组件和气体可重整燃料源)的情况下，也可以将单个管道设想为实现相同的设计和/或目的，其中诸如阀组件的部件可被描述为“与单个管道成一直线”，“位于单个管道内”或“与单个管道相关联”。另外，“耦接到”，“连接到”或以其它方式接合两个或更多个部件或结构可以意味着一个部件或结构直接或间接地耦接、连接或接合到另一个部件或结构。
管道可以是管路，例如用于传送流体的通路、管或通道。例如，正气压源的管道可以用于将气体例如从正气体压力源(例如鼓风机、泵或压缩机)携带或输送到液体可重整燃料储存器的气体顶部空间。作为另一示例，液体可重整燃料管道可以用于将液体可重整燃料从液体可重整燃料储存器运送或输送到蒸发器或蒸发器上游的阀组件。管道可以是歧管，例如，具有用于收集或分配流体的若干入口或出口的腔室、管或管路。当用在本文中时，“公共管道”通常是指用于将流体输送到特定位置和/或从特定位置输送流体的多端口管道。
多种可重整燃料输送系统和/或燃料电池单元和/或系统可以包括用于使输送系统和/或燃料电池单元和/或系统的操作自动化的控制系统。控制系统可以包括与控制器通信的多个传感器。响应于来自传感器的输入信号、来自用户输入装置的用户命令和/或编程的子程序和命令序列，控制器可以管理输送系统和/或燃料电池单元或系统的操作。
本教导的输送系统、燃料电池单元和燃料电池系统可以包括用于独立地使输送系统、其部件、单独的燃料电池单元、其部件和包括其部件的燃料电池系统中的一个或多个例如在其启动、稳态和/或停工模式中的操作自动化的控制系统。控制系统可以包括控制部件，例如控制电子器件、致动器、阀组件、传感器组件以及其它结构和装置，以独立地监测、控制和/或调节输送系统、其各个部件(例如阀组件、正气体压力源和气体可重整燃料源)、单个燃料电池单元、其一个或多个部件以及燃料电池单元或系统中的一个或多个的操作。
控制系统可以包括控制器，其可以与输送系统和/或每个燃料电池单元的各种控制部件和部件通信。控制系统和/或控制器可以监测和逻辑地控制通过输送系统的各个部件、通过各个燃料电池单元、以及通过燃料电池系统的流体流动路径。换句话说，可以利用控制系统在输送系统中、在燃料电池单元中和/或在燃料电池系统中实现定制流体回路。
控制系统可以包括与控制器通信的一个或多个传感器或传感器组件。响应于来自传感器的输入信号、来自用户输入装置的用户命令和/或编程的子程序和命令序列，控制器可以独立地管理输送系统和/或一个或多个燃料电池单元的操作。控制器可以是在处理器上运行的软件。然而，采用由一个或多个数字或模拟电路或其组合实现的控制器也在本教导的范围内。响应于来自传感器的输入信号、来自用户输入装置的用户命令和/或编程的子程序和命令序列，控制器可以管理输送系统和/或一个或多个燃料电池单元和/或燃料电池系统的操作。
传感器组件可以但不一定包括与控制器通信的换能器。通信路径通常是有线电信号，但也可以采用任何其它合适形式的通信路径。也就是说，本文中的传感器组件、控制信号接收装置和通信路径可以是任何合适的结构。可以使用无线通信路径，例如蓝牙连接。无线通信路径可以是使用无线数据连接来连接网络节点的无线网络的一部分。可以使用有线和无线通信路径的组合。
在一个方面中，本教导提供了一种用于燃料电池单元和/或系统的液体和气体可重整燃料输送系统。输送系统通常包括液体可重整燃料储存器，其中液体可重整燃料储存器的内部包括液体可重整燃料空间和气体顶部空间，并且液体可重整燃料空间与燃料电池单元的蒸发器和/或流体混合装置可操作地流体连通；和气体可重整燃料源，其中气体可重整燃料源与液体可重整燃料储存器的气体顶部空间可操作地流体连通，并与燃料电池单元的蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个可操作地流体连通。
在各种实施方式中，输送系统可以包括液体可重整燃料储存器，其中液体可重整燃料储存器的内部包括液体可重整燃料空间和气体顶部空间；气体可重整燃料源，其中气体可重整燃料源与燃料电池单元的蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个可操作地流体连通，并与液体可重整燃料储存器的气体顶部空间可操作地流体连通；和蒸发器，其中蒸发器与液体可重整燃料储存器的液体可重整燃料空间可操作地流体连通，并且与重整器、流体混合装置和燃料电池堆中的至少一个可操作地流体连通，例如可以与重整器的入口、流体混合装置的入口和燃料电池堆的入口中的至少一个可操作地流体连通。
输送系统通常不包括用于将气体可重整燃料输送到蒸发器、重整器、流体混合装置、燃料电池堆和后燃器中的至少一个和用于将液体可重整燃料输送到蒸发器和/或流体混合装置的液体泵。在一些实施方式中，液体可重整燃料空间由囊的内部限定，其中囊的内部可以与蒸发器流体连通。
在各种实施方式中，液体和气体可重整燃料输送系统可以包括不同于气体可重整燃料源的正气体压力源，其中正气体压力源与液体可重整燃料储存器的气体顶部空间可操作地流体连通。也就是说，除了向液体可重整燃料储存器的气体顶部空间提供或输送气体或气体压力的正气压源之外，正气体压力源可以将气体或气体压力提供或输送至气体顶部空间以给气体顶部空间加压并且使液体可重整燃料从液体可重整燃料空间移位和/或将气体从气体顶部空间(例如，通过压力释放阀组件)输送到蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个。
在一些实施方式中，输送系统可以包括第一阀组件，其可操作以在气体可重整燃料源与蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个之间，和在气体可重整燃料源与液体可重整燃料储存器的气体顶部空间之间提供流体连通。输送系统可以包括第二阀组件，其可操作以在液体可重整燃料空间与蒸发器和/或流体混合装置之间提供流体连通。第一阀组件还可以操作以在液体可重整燃料储存器的气体顶部空间与燃料电池单元的蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个之间提供流体连通。
根据应用和对气体可重整燃料的输送的期望控制，第一和第二阀组件可以具有不同的构造和包括不同的部件。例如，第一阀组件可以包括一个或多个比例阀，其可以连同一节流孔和/或一系列的节流孔和相关联的比例阀一起在计量阀子组件的上游或下游，所述节流孔和相关联的比例阀限定了节流孔/阀的短笛形布置以便流体流的比例控制而不是数字控制。第二阀组件可以包括一个或多个比例阀、截止阀和止回阀，以及一个或多个节流孔。节流孔可以位于用于测量通过节流孔(或其它阀或阀组件)的流体流差压的两个压力传感器(例如两个测压孔)之间。
本教导的输送系统可以包括压力释放阀组件，其与液体可重整燃料储存器的气体顶部空间可操作地流体连通。压力释放阀组件可以帮助控制气体顶部空间中的气体压力以在系统中提供气体压力的适当平衡，以根据需要输送用于重整的各种液体和气体反应物。在特定的实施方式中，气体顶部空间经由压力释放阀组件与蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个可操作地流体连通。在这种情况下，气体及其成分，例如气体可重整燃料、气体顶部空间中的液体可重整燃料的蒸气和含氧气体中的一种或多种，可以被输送到含有能量的成分可以用于根据需要产生电和/或热的地方，和/或为了燃料电池单元和/或系统的能量有效的操作而补充含氧气体以获得氧气与燃料的适当比率。
在某些实施方式中，输送系统可以包括第三阀组件，其可操作以在气体可重整燃料源和液体可重整燃料储存器的气体顶部空间之间提供流体连通。在这种布置中，第一阀组件可操作以在气体可重整燃料源与蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个之间提供流体连通。第一和第三阀组件可操作以在气体顶部空间与燃料电池单元的蒸发器、重整器和后燃器中的一个或多个之间提供流体连通。
根据应用和对气体可重整燃料的输送的期望控制，第三阀组件可以具有不同的构造和包括不同的部件。例如，第三阀组件可以包括一个或多个三通阀，用于将气体可重整燃料和/或来自液体可重整燃料储存器的气体顶部空间的气体输送到各种下游部件，例如蒸发器、重整器(例如，绕过蒸发器)、燃料电池堆(例如，绕过蒸发器和重整器)和/或后燃器(例如，绕过蒸发器、重整器和燃料电池堆)。
应当理解，在本教导的输送系统的各种设计和构造中可以不需要第三阀组件，因为第三阀组件的功能可以由第一阀组件执行。此外，在某些设计和构造中，根据各个部件及其功能，输送系统可能不需要压力释放阀组件。然而，压力释放阀组件的使用可以提供对气体顶部空间中的气体压力的直接控制和监测，以允许输送系统更有效地操作。然而，应当理解，本教导的概念可以利用输送系统部件、管道、阀组件、传感器组件和燃料电池单元和/或系统的其它部件的许多不同的构造和布置来实施，它们太多以至于不能在本文中描述和/或描绘。然而，本教导包括这些不同的构造和布置。
与正气体压力源的控制机制和特征无关，正气体压力源可以控制液体可重整燃料通过输送系统的流体流动和输送。也就是说，通过增加气体顶部空间中的压力(与液体可重整燃料储存器外部的压力相比增加的压力)，正气体压力源可以用于将液体可重整燃料从液体可重整燃料储存器移位到蒸发器。当气体顶部空间中的压力足以或变得足以使液体可重整燃料从液体可重整燃料源移出时，系统部件和控制器(例如阀组件)的调节可以允许液体可重整燃料流动并从液体可重整燃料储存器被输送到例如蒸发器。当然，可以在气体顶部空间的加压之前或在加压同时以及在加压之后调节系统部件和控制器。
在用正气体压力源将液体可重整燃料从液体可重整燃料储存器移出的情况下，来自气体可重整燃料源的气体可重整燃料通常不被引导到气体顶部空间中，因为该气体对于在气体顶部空间中产生正压力是不必要的和/或使用气体可重整燃料是不期望的。然而，气体顶部空间中的正压力可以用于将存在于气体顶部空间中的气体(其可以包括气态(例如，蒸发的)液体可重整燃料)输送到蒸发器、重整器和/或后燃器。这种构造和流动模式还可以将来自正气体压力源的含氧气体(例如空气)与气体可重整燃料和/或气态液体可重整燃料混合，以产生气体重整反应混合物，例如气体cpox重整反应混合物，然后其可以被输送到重整器用于重整反应。
实际上，在本教导的输送系统和方法的各种实施方式中，不仅气体可重整燃料不被引导到气体顶部空间中，气体可重整燃料源也不与液体可重整燃料储存器的气体顶部空间可操作地流体连通，例如，在两个部件之间不存在将它们耦接的阀组件和管道。因此，用于燃料电池单元或系统的液体和气体可重整燃料输送系统可以包括：液体可重整燃料储存器，其中液体可重整燃料储存器的内部包括液体可重整燃料空间和气体顶部空间，并且液体可重整燃料空间与燃料电池单元的蒸发器和/或流体混合装置可操作地流体连通；正气体压力源，其中正气体压力源与液体可重整燃料储存器的气体顶部空间可操作地流体连通；和气体可重整燃料源，其中气体可重整燃料源与燃料电池单元的蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个可操作地流体连通。
在这样的实施方式中，液体和气体可重整燃料输送系统可以包括与液体可重整燃料储存器的气体顶部空间可操作地流体连通的压力释放阀组件。输送系统可以包括第一阀组件，其可操作以在气体可重整燃料源与蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个之间提供流体连通。输送系统可以包括第二阀组件，其可操作以在液体可重整燃料空间与蒸发器和/或流体混合装置之间提供流体连通。
如本文中所述，本教导的输送系统可以包括液体可重整燃料储存器的气体顶部空间与蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的一个或多个之间的流体连通。气体顶部空间中的气体可以被引导或输送到燃料电池单元的一个或多个部件，包括蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器。来自气体顶部空间的气体可以经由第一阀组件及其管道系统或第一和第三阀组件及其管道系统被引导到那些燃料电池单元部件。来自气体顶部空间的气体可以通过与气体顶部空间和燃料电池单元或系统的那些部件可操作地流体连通的压力释放阀组件输送到蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个。也就是说，液体可重整燃料储存器的气体顶部空间可以通过压力释放阀组件与蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个可操作地流体连通。来自气体顶部空间的气体可以利用用于该气体的专用管道或管道系统而被引导到这些燃料电池部件，其中专用管道可以具有适当的阀组件、传感器组件以及监测和控制气体的输送所需的其他部件，这视应用而定。
因此，第一和第二阀组件(和第三阀组件，如果存在的话)的适当调节连同正气体压力源的控制(例如，通过调节与液体可重整燃料储存器相关联的压力释放阀组件)一起可以仅使气体可重整燃料流动和输送到蒸发器、重整器和后燃器中的至少一个；可以仅使液体可重整燃料流动和输送到蒸发器；或可以使气体可重整燃料和/或气态液体可重整燃料流动和输送到蒸发器、重整器和后燃器中的至少一个，和使液体可重整燃料流动和输送到蒸发器。可重整燃料的比例和量以及可重整燃料的输送位置可以通过调节存在于输送系统中的阀组件和其它流体流动或输送控制器来进行控制。
在特定的实施方式中，液体和气体可重整燃料输送系统可以包括第四阀组件，其可操作以蒸发器和重整器之间提供流体连通。第一阀组件、第二阀组件以及(当存在时)第三阀组件、第四阀组件和任何更高数目的阀组件中的每一个都可以包括比例阀、开关阀、三通阀、止回阀和节流孔中的至少一个。
含氧气体源可以与本教导的输送系统和方法(例如正气体压力源)相关联和/或包括在本教导的输送系统和方法中，以及包括在使用本教导的输送系统和/或方法的燃料电池单元或系统中。含氧气体源可以用于与液体可重整燃料储存器的气体顶部空间可操作地流体连通。含氧气体源可以与蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个可操作地流体连通。在特定的实施方式中，输送系统可以包括含氧气体源或与含氧气体源相关联，含氧气体源例如为泵、鼓风机或压缩机。
如本文所讨论的，流体混合装置可以与本教导的输送系统和方法相关联和/或被包括在本教导的输送系统和方法中。流体混合装置的一个或多个入口可以与液体可重整燃料源、液体可重整燃料空间、蒸发器的出口、气体可重整燃料源和含氧气体源中的至少一个可操作地流体连通，流体混合装置的出口可以与重整器和/或燃料电池堆可操作地流体连通。流体混合装置可以将可重整燃料与含氧气体和/或蒸汽混合以提供适于通过燃料电池单元或系统的重整器和/或燃料电池堆重整的气体重整反应混合物。反应物的均匀混合对于“电池上”重整可能更重要，由此将重整催化剂并入到燃料电池堆的燃料电极中。可以提供基本上均匀混合的或均质的气体重整反应混合物的流体混合装置可以增加燃料电池单元或系统的有效操作。
本教导的未直接用于气体和液体可重整燃料的输送中的另一个特征是液体可重整燃料的主源。液体可重整燃料的主源可以用于再填充液体可重整燃料储存器。因此，液体可重整燃料的主源可以与液体可重整燃料储存器的液体可重整燃料空间流体连通，其中流体连通可以是暂时的，例如在再填充过程期间。
在某些实施方式中，泵，例如液体或燃料泵，可以用于将液体可重整燃料从液体可重整燃料的主源输送到液体可重整燃料空间。诸如液体或燃料泵的泵的实例包括计量泵、旋转泵、叶轮泵、隔膜泵、蠕动泵、容积式泵、齿轮泵、压电泵、电动泵、电渗泵和毛细泵。
本教导还包括燃料电池单元或系统，其包括如本文中所描述的液体和气体可重整燃料输送系统。燃料电池系统可以包括与重整器可操作地流体连通的燃料电池堆；和与燃料电池堆的排气出口可操作地流体连通的后燃器。燃料电池单元或系统可以包括蒸发器，其中蒸发器与重整器和/或燃料电池堆可操作地流体连通。已知的和常规的燃料电池具有各种类型和构造，包括磷酸燃料电池(pafc)、碱性燃料电池(afc)、聚合物电解质膜(或质子交换膜)燃料电池(pemfc)和固体氧化物燃料电池(sofc)。
在另一个方面中，本教导提供了操作液体和气体可重整燃料输送系统的方法，以及控制气体和液体可重整燃料向燃料电池单元或系统的蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个流动和输送的方法。这些方法可以在不使用液体泵的情况下控制气体和液体可重整燃料向蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个的流动和输送。
操作本教导的输送系统的方法大体上包括调节液体可重整燃料储存器的气体顶部空间的气体压力和来自气体可重整燃料源的气体压力，以控制气体可重整燃料从气体可重整燃料源向流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的一个或多个的输送，和控制液体可重整燃料从液体可重整燃料储存器向蒸发器和/或流体混合装置的输送。
在各种实施方式中，方法可以包括调节在气体可重整燃料源、液体可重整燃料储存器的气体顶部空间以及蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的一个或多个之间的气体压力，以控制气体可重整燃料从气体可重整燃料源向液体可重整燃料储存器的气体顶部空间以及向重整器、燃料电池堆和后燃器中的一个或多个的输送，和控制液体可重整燃料从液体可重整燃料储存器向蒸发器和/或流体混合装置的输送。操作输送系统的方法可以包括调节来自含氧气体源和/或蒸汽源的气体压力或气体输送，该气体反应物可与用于重整的可重整燃料混合。
在某些实施方式中，本教导的操作输送系统的方法可以包括调节液体可重整燃料储存器的气体顶部空间的气体压力和来自气体可重整燃料源以及正气体压力源的气体压力，以控制气体可重整燃料从气体可重整燃料源向液体可重整燃料储存器的气体顶部空间以及向蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的一个或多个的输送，和控制液体可重整燃料从液体可重整燃料储存器向蒸发器和/或流体混合装置的输送。
在特定的实施方式中，本教导的操作输送系统的方法可以包括调节气体可重整燃料源、正气体压力源、液体可重整燃料储存器的气体顶部空间以及蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的一个或多个之间的气体压力，以控制气体可重整燃料从气体可重整燃料源向液体可重整燃料储存器的气体顶部空间以及向蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的一个或多个的输送，和控制液体可重整燃料从液体可重整燃料储存器向蒸发器和/或流体混合装置的输送。
通过输送系统的流体流动的特性，例如流动的流体(例如，气体可重整燃料)的流量、压力和其它特性，可以通过适当地调节输送系统的部件，例如阀组件以及正气体压力源和气体可重整燃料源，来进行控制。
因此，在一些实施方式中，本教导的操作液体和气体可重整燃料输送系统的方法可以包括调节压力释放阀组件、第一阀组件、第二阀组件和第三阀组件(当存在时)以控制气体可重整燃料从气体可重整燃料源向液体可重整燃料储存器的气体顶部空间以及向流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个的输送，和控制液体可重整燃料从液体可重整燃料储存器向蒸发器和/或流体混合装置的输送。如本文中所述，在某些实施方式中，第三阀组件的功能可以由第一阀组件执行，以使得在本教导的方法的实践中可以仅需要两个阀组件，即第一阀组件和第二阀组件。
更具体地，在燃料电池系统的操作的启动模式中，可能仅需要使用气体可重整燃料，直到燃料电池系统变暖并且由燃料电池系统产生的热量可以用于辅助蒸发液体可重整燃料，从而减小启动期间在电站辅助设施上的负载为止。在这种情况下，在最初仅需要重整气体可重整燃料的情况下，可以调节阀组件以使得来自气体可重整燃料源的气体可重整燃料可以流动到或被输送到重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个。因此，在操作输送系统的方法的一些实施方式中，调节压力释放阀组件、第一阀组件、第二阀组件和第三阀组件(当存在时)以及正气体压力源可以包括引导或输送气体可重整燃料例如通过第一阀组件到达重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个；和防止液体可重整燃料向蒸发器和/或流体混合装置的输送或使其最小化。
在某些实施方式中，在启动操作模式中，气体可重整燃料可以直接输送到燃料电池系统的后燃器。启动后燃器及其燃烧反应可能比其它燃料电池单元或系统部件更难。此外，后燃器应该从重整和电化学转换过程的开始就工作。因此，最初仅将气体可重整燃料输送到重整器可以更有效地点燃后燃器。这种方法可以包括将气体可重整燃料从重整器引导或输送到燃料电池堆并通过燃料电池堆到达后燃器以开始后燃器中的燃烧。气体可重整燃料可以直接输送到后燃器，例如，绕过重整器和燃料电池堆。随后，在后燃器工作之后，来自后燃器的燃烧反应的放热热量可以用于加热燃料电池系统的其它部件。例如，来自后燃器的热量可以在蒸发器前面被引导到蒸发器和/或液体可重整燃料流，以使得液体可重整燃料可被加热并转化为气态液体可重整燃料用于重整。来自后燃器的热量也可以用于加热燃料电池堆。
因此，在某些实施方式中，例如，在燃料电池系统的启动模式中，调节压力释放阀组件、第一阀组件、第二阀组件和第三阀组件(当存在时)可以包括引导或输送气体可重整燃料通过第一阀组件到达蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个。在特定的实施方式中，方法可以包括引导或输送气体可重整燃料通过第一阀组件到达重整器，从重整器到达燃料电池堆，并通过燃料电池堆到达后燃器，以启动后燃器中的燃烧。气体可重整燃料可以直接输送到后燃器，例如，绕过重整器和燃料电池堆。方法可以包括防止液体可重整燃料向蒸发器和流体混合装置的输送或使其最小化。
在燃料电池系统特别是蒸发器处于其工作温度范围内之后，可以缩减仅气体可重整燃料的使用，然后液体可重整燃料变为燃料电池系统消耗的主要燃料。在这种情况下，例如通过调节输送系统的部件(例如阀组件)和来自正气体压力源和气体可重整燃料的气体压力，可以适当地控制和分配由输送系统输送的气体可重整燃料和液体可重整燃料的量。
在从仅气体可重整燃料到液体可重整燃料的转变中，或者在需要使用气体和液体可重整燃料两者的应用中，压力释放阀组件、第一阀组件、第二阀组件和第三阀组件(当存在时)中的每一个都可以被适当地调节以输送气体可重整燃料通过第一阀组件并到达蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个，并且输送液体可重整燃料通过第二阀组件到达蒸发器和/或流体混合装置。在这种情况下，可以通过调节输送系统中的气体压力来控制输送到蒸发器和/或重整器的气体和液体可重整燃料的比例，以使得所需比例的气体和液体可重整燃料可以被输送到燃料电池系统的这些部件。
在燃料电池系统处于其稳态模式中之后，可能期望仅使用液体可重整燃料发电。例如，可以调节压力释放阀组件、第一阀组件、第二阀组件和第三阀组件(当存在时)，以使得气体可重整燃料流动或被输送通过第一阀组件和/或第三阀组件(如果存在的话)，进入液体可重整燃料储存器的气体顶部空间，从而增加气体顶部空间中的压力。当存在和使用正气体压力源时，可以调节来自正气体压力源的正气体压力以充分增加气体顶部空间内的气体压力。通过适当地调节第二阀组件，被加压的气体顶部空间可以使存在于液体可重整燃料储存器中的液体可重整燃料通过液体可重整燃料储存器的出口移位到第二阀组件和蒸发器。在仅输送或基本上仅输送液体可重整燃料的情况下，所述方法可以包括最小化或防止气体可重整燃料例如通过第一阀组件(例如，当存在第三阀组件时)输送到蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器。
因此，在特定的实施方式中，在燃料电池系统的稳态模式中，调节压力释放阀组件、第一阀组件、第二阀组件和第三阀组件(当存在时)可以包括将气体从正气体压力源引导或输送到气体顶部空间中，以使液体可重整燃料从液体可重整燃料储存器移位通过第二阀组件并到达蒸发器和/或流体混合装置。所述方法可以包括最小化或防止气体可重整燃料被输送通过第一阀组件。所述方法可以包括将气体(其可以包括液体可重整燃料的蒸气、气态液体可重整燃料和含氧气体中的至少一种)从气体顶部空间引导或输送通过第三阀组件和第一阀组件到达蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个。
在一些实施方式中，本教导的操作液体和气体可重整燃料输送系统的方法可以包括调节压力释放阀组件、第一阀组件、第二阀组件和第三阀组件(当存在时)，以控制气体可重整燃料从气体可重整燃料源向液体可重整燃料储存器的气体顶部空间和向流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个的输送，以及控制液体可重整燃料从液体可重整燃料储存器向蒸发器的输送。
在各种实施方式中，所述方法通常包括将气体从液体可重整燃料储存器的气体顶部空间输送到蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个。从气体顶部空间输送的气体可以通过第一阀组件和第三阀组件(当存在时)，和/或通过专用管道系统，该专用管道系统在液体可重整燃料储存器的气体顶部空间和燃料电池单元或系统的一个或多个部件(例如蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器)之间提供可操作的流体连通。在后者的情况下，压力释放阀组件可操作以在液体可重整燃料储存器的气体顶部空间与蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的一个或多个之间提供流体连通。
在不使用液体泵的情况下控制气体和液体可重整燃料流动和输送到与燃料电池系统耦接的重整器的方法可以在不依赖于本文中描述的输送系统的具体结构和部件的情况下来描述。这样的方法通常可以包括将气体可重整燃料输送到蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个。所述方法可以包括将气体压力施加到液体可重整燃料储存器的气体顶部空间，以：(a)将液体可重整燃料输送到蒸发器和/或流体混合装置；(b)将气体从气体顶部空间输送到蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个；或(c)将液体可重整燃料输送到蒸发器，并将气体从气体顶部空间输送到蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个。这样的方法可以包括将蒸发的液体可重整燃料(如果存在的话)引导或输送到重整器和/或燃料电池堆。液体可重整燃料可以在不通过用于气体可重整燃料的管道的情况下输送。在这样的方法中，蒸发的液体可重整燃料可以在被引入到重整器之前例如在流体混合装置中与气体可重整燃料混合。
在不使用液体泵且不依赖于本教导的输送系统的具体结构和部件的情况下控制气体和液体可重整燃料输送到燃料电池系统的重整器的其它方法通常可以包括利用(第一)正气体压力以使液体可重整燃料移位和输送到流体混合装置和/或蒸发器，以例如产生蒸发的液体可重整燃料。所述方法可以包括利用(第二)正气体压力以将气体可重整燃料输送到蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆、蒸发的液体可重整燃料流和后燃器中的至少一个。
在各种实施方式中，所述方法可以包括利用(第一)正气体压力以使气体(其可以包括液体可重整燃料的蒸汽、气态液体可重整燃料和含氧气体中的一种或多种)从液体可重整燃料的储存器的气体顶部空间移位，并将气体输送到蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个。在特定的实施方式中，第一正气体压力和第二正气体压力相同。
在某些实施方式中，液体可重整燃料不通过用于气体可重整燃料的管道。
在本教导的方法中，液体可重整燃料的输送可以包括将液体可重整燃料输送到蒸发器和/或流体混合装置或者液体可重整燃料向蒸发器和/或流体混合装置的输送。流体混合装置的一个或多个入口可以与液体可重整燃料空间可操作地流体连通，和与含氧气体源可操作地流体连通。流体混合装置的出口可以与重整器和/或燃料电池堆可操作地流体连通。
在方法的各种实施方式中，液体可重整燃料的输送可以包括将含氧气体和蒸发的液体可重整燃料和/或气体可重整燃料输送到流体混合装置或者含氧气体和蒸发的液体可重整燃料和/或气体可重整燃料向流体混合装置的输送。流体混合装置的一个或多个入口可以与蒸发器的出口和/或气体可重整燃料源可操作地流体连通，和与含氧气体源可操作地流体连通。流体混合装置的出口可以与重整器和/或燃料电池堆可操作地流体连通。
在一些实施方式中，所述方法包括将含氧气体输送到液体可重整燃料流、蒸发器、蒸发的液体可重整燃料流、气体可重整燃料流、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个。
在某些实施方式中，调节气体压力或调节阀组件可以控制气体从液体可重整燃料储存器的气体顶部空间向蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个的输送。所述方法可以包括将气体从液体可重整燃料储存器的气体顶部空间输送到蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个。
本教导的方法可以包括将可重整燃料和含氧气体的混合物输送到流体混合装置、重整器和燃料电池堆中的至少一个。
提供以下示例性的实施方式以进一步阐明和便于理解本教导，并且其并非用来以任何方式限制本发明。
此外，如前所述，为简洁起见，本文中的讨论和描述将集中于部分氧化重整反应和反应物，包括催化部分氧化重整反应和反应物(可重整燃料和含氧气体)。然而，本文中描述的装置、组件、系统和方法同样可以适用于其它重整反应，例如蒸汽重整和自热重整以及它们各自的反应物。例如，对于蒸汽重整，蒸汽可以替代本文中描述的含氧气体。对于自热重整，蒸汽可以与本文中描述的含氧气体和/或可重整燃料一起引入。
图1a是本教导的液体和气体可重整燃料输送系统的实施方式的示意图，其中使用气体可重整燃料源以使气体可重整燃料和液体可重整燃料流动和输送通过输送系统。
参考图1a，液体和气体可重整燃料输送系统10包括液体可重整燃料储存器12，其中液体可重整燃料储存器的内部包括液体可重整燃料空间14和气体顶部空间16。液体可重整燃料空间可以包括液体可重整燃料。液体可重整燃料储存器12包括压力传感器组件6和压力释放阀组件8。液体和气体可重整燃料输送系统10还包括气体可重整燃料源18，例如丙烷、丁烷、天然气或其它气体可重整燃料的筒或罐。
仍然参考图1a，所示的液体和气体可重整燃料输送系统10包括第一阀组件20和第二阀组件22。第一阀组件20是可操作的以在气体可重整燃料源18和重整器26之间，在气体可重整燃料源18和蒸发器28之间，以及在气体可重整燃料源18和液体可重整燃料储存器12的气体顶部空间16之间提供流体连通。第二阀组件22是可操作的以在液体可重整燃料空间14和蒸发器28之间提供流体连通。虽然当排空时可以在蒸发器和液体可重整燃料空间之间建立气体连通，但第二阀组件是可操作的以在蒸发器和包含液体可重整燃料的液体可重整燃料空间之间提供流体连通，例如液体连通。
图1a中的输送系统10还包括控制器11以控制输送系统和燃料电池单元部件的操作并使该操作自动化。如图所示，控制器11独立地连接到压力传感器组件6、压力释放阀组件8、第一阀组件20、第二阀组件22、蒸发器28和重整器26。
如本文中所述，控制器可以具有与阀组件、传感器组件以及在流体输送系统的操作期间进行监测和/或控制所需的其它部件和/或结构中的每一个的通信路径。例如，控制器可以利用压力释放阀监测和逻辑地控制输送系统中通过第一和第二阀组件的流体的流动路径。压力传感器组件可以根据气体顶部空间中的压力与控制器通信，以使得控制器可以酌情开始对阀组件和/或其他部件的调节。通信路径可以是有线的和/或无线的。
在操作中，可以调节第一和第二阀组件和压力释放阀组件以根据特定应用的需要提供通过系统的流体流动。例如，在燃料电池系统的操作的启动模式中(其中可能期望最初仅重整气体可重整燃料)，可以调节第一阀组件并且可以关闭第二阀组件，以使得来自气体可重整燃料源的气体可重整燃料可以仅通过第一阀组件直接流动到或者被输送到重整器和/或蒸发器(或者未示出的燃料电池单元或系统的其他部件，例如后燃器)。可以通过适当地调节输送系统的部件(例如在本示例性描述中，压力释放阀组件、第一阀组件和第二阀组件)，来控制通过输送系统的流体流动的特性，例如流动的流体(例如，气体可重整燃料)的流量、压力和其它特性。
替代地，如果期望仅使用液体可重整燃料，则可以调节第一和第二阀组件以使得气体可重整燃料流动或被输送通过第一阀组件并仅进入到液体可重整燃料储存器的气体顶部空间中，从而增加气体顶部空间中的压力。通过适当调节第二阀组件，被加压的气体顶部空间可以使存在于液体可重整燃料储存器中的液体可重整燃料移位通过第二阀组件到达蒸发器。
可以调节与液体可重整燃料储存器的气体顶部空间可操作地流体连通的压力释放阀组件以排出气体，以根据需要维持或降低气体顶部空间中的压力，从而提供稳定的流动并将液体可重整燃料输送到第二阀组件和蒸发器。在某些实施方式中，压力释放阀组件还可以与蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个可操作地流体连通。在这种构造中，气体及其成分(例如重整反应物(例如，液体可重整燃料的蒸气、气体可重整燃料和含氧气体))可以被输送到蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器中的一个或多个，以被反应、消耗或以其它方式被处理或转换，从而提供更节能的过程。从气体顶部空间输送的气体的组成可以基本上或主要是含氧气体(例如，以来自正气体压力源的含氧气体为主)，以使得通过压力释放阀从气体顶部空间输送的气体可以给气体重整反应混合物补充氧气-燃料比。
在期望使用气体和液体可重整燃料两者的应用中，可以适当地调节第一和第二阀组件以及压力释放阀组件中的每一个，以输送气体可重整燃料通过第一阀组件到达气体顶部空间和到达蒸发器和/或重整器，和输送液体可重整燃料通过第二阀组件到达蒸发器。在这种情况下，可以通过操纵或调节输送系统的压力来控制输送到蒸发器和/或重整器的气体和液体可重整燃料的比例，以使得可以将所需比例的气体和液体可重整燃料输送到燃料电池系统的期望部件。
图1b是本教导的液体和气体可重整燃料输送系统的实施方式的示意图，其类似于图1a的输送系统，但包括与气体可重整燃料源不同的正气体压力源，图1b还包括液体可重整燃料的主源。
图中的类似部件可以是相同或不同的，例如具有与其相关联的各种变化，例如构造的材料、传感器组件、阀构造、管道连接和布置等等。
现在参考图1b，液体和气体可重整燃料输送系统10'包括液体可重整燃料储存器12'，其中液体可重整燃料储存器的内部包括液体可重整燃料空间14'和气体顶部空间16'。液体可重整燃料空间可以包括液体可重整燃料，液体可重整燃料储存器12'包括压力传感器组件6'和压力释放阀组件8'。液体和气体可重整燃料输送系统10'还包括气体可重整燃料源18'，例如丙烷、丁烷、天然气或其它气体可重整燃料的筒或罐。
所示的液体和气体可重整燃料输送系统10'包括第一阀组件20'、第二阀组件22'和第三阀组件24。第一阀组件20'是可操作的以在气体可重整燃料源18'和重整器26'之间提供流体连通，和可选地在气体可重整燃料源18'与蒸发器28'、燃料电池堆(未示出)和后燃器(未示出)中的至少一个之间提供流体连通。第二阀组件22'是可操作的以在液体可重整燃料空间14'和蒸发器28'之间提供流体连通。第三阀组件24是可操作的以在气体可重整燃料源18'和液体可重整燃料储存器12'的气体顶部空间16'之间以及在相反的方向上提供流体连通，通过第一阀组件20'在气体顶部空间16'和重整器26'和蒸发器28'(和燃料电池堆和/或后燃器(未示出))之间提供流体连通。第一、第二、第三阀组件中的每一个都可以包括开关阀，其可以帮助停止气体可重整燃料和/或液体可重整燃料的输送。
液体和气体可重整燃料输送系统10'还包括与气体可重整燃料源18'不同的正气体压力源30，正气体压力源30与液体可重整燃料储存器12'的气体顶部空间16'可操作地流体连通。正气体压力源和气体顶部空间之间的流体连通可以通过阀组件(未示出)，通过其它压力控制装置(例如压力室)，或通过与正气体压力源相关联的控制特征来控制。压力释放阀组件可以用于控制或可以帮助控制气体顶部空间的压力。
如上所述，压力室(未示出)可以位于正气体压力源和气体顶部空间之间，其中压力室可以用作控制器，用于将气体输送到气体顶部空间中并允许在气体顶部空间中获得适当的压力以将液体可重整燃料从液体可重整燃料储存器移位和输送到蒸发器。这种压力室可以具有与其相关联的压力释放阀组件和/或压力传感器。
回到图1b，输送系统10'的周边是与液体可重整燃料储存器12'的液体可重整燃料空间14'流体连通的液体可重整燃料的主源32。液体可重整燃料的主源可以再填充液体可重整燃料储存器。泵34，例如液体泵，可以用于将液体可重整燃料从液体可重整燃料的主源32输送到液体可重整燃料空间14'。
依据特定应用和燃料电池系统，液体可重整燃料的主源可以保持在附连的位置中，直到液体可重整燃料已经从液体可重整燃料源耗尽或接近耗尽，或者可以仅在(再)填充过程期间，例如仅当液体可重整燃料正被输送到液体可重整燃料储存器中时，附连液体可重整燃料的主源。在后一种情况下，快速释放阀附件(未示出)可以有效地用于将液体可重整燃料的主源与液体可重整燃料储存器耦接。
使用这种较大的液体可重整燃料源可以允许从较大的液体可重整燃料源再填充液体可重整燃料储存器。这种再填充可以有利于燃料电池系统的连续操作或者有利于再填充便携式/移动式燃料电池系统。这种再填充还可以避免通过燃料电池系统将液体可重整燃料储存器内的液体可重整燃料中的沉积物和其它高密度杂质引入气流中，因为不需要使用液体可重整燃料储存器直到它是空的为止，并且可以从较大的液体可重整燃料源再填充液体可重整燃料储存器，从而将较少的杂质引入到液体可重整燃料储存器中。
图1b包括可以存在于输送系统的各种部件和其外围部件之间的管道的识别。现在参考图1b以例示包括连接各部件的特定管道的输送系统，正气体压力源管道102可以在正气体压力源30和液体可重整燃料储存器的顶部空间16'之间提供可操作的流体连通，其中正气体压力源管道可以将正气体压力源的出口耦接到液体可重整燃料储存器的入口。
气体可重整燃料源管道104可以在气体可重整燃料源18'和第一阀组件20'之间提供可操作的流体连通，其中气体可重整燃料源管道可以将气体可重整燃料源的出口耦接到第一阀组件的入口。第一阀组件20'还具有蒸发器管道106和重整器管道108，蒸发器管道可以将第一阀组件的出口耦接到蒸发器的入口(如图所示)，重整器管道可以将第一阀组件的另一个出口耦接到蒸发器-重整器管道118的入口(如图所示)，或者使其与重整器的入口耦接(未示出)。
液体可重整燃料管道110可以在液体可重整燃料空间14'和第二阀组件22'之间提供可操作的流体连通，其中液体可重整燃料管道可以将液体可重整燃料储存器的出口耦接到第二阀组件的入口。第二阀组件22'具有第二液体可重整燃料管道112，其中所述第二液体燃料管道可以将第二阀组件的出口耦接到蒸发器的入口。这里是一个例子，其中液体可重整燃料管道110和第二液体可重整燃料管道112可以被认为是单个管道，其中第二阀组件22'与该单个管道成一直线，位于该单个管道内，或与该单个管道相关联。
仍然参考图1b，气体管道114可以在气体可重整燃料源18'(经由气体可重整燃料源管道104)和第三阀组件24之间提供可操作的流体连通，其中气体管道可以将气体可重整燃料源管道的端口耦接到第三阀组件的端口。第三阀组件24还具有第二气体管道116，其中第二气体管道可以将第三阀组件的端口耦接到液体可重整燃料储存器的端口。与气体可重整燃料源流体连通的液体可重整燃料储存器的端口与液体可重整燃料储存器的顶部空间流体连通。
蒸发器-重整器管道118可以在蒸发器28'和重整器26'之间提供可操作的流体连通，其中蒸发器-重整器管道可以将蒸发器的出口耦接到重整器的入口。应当理解，蒸发器与重整器的耦接还可以包括其它结构和部件，例如流体混合装置、阀组件和各种传感器。
图1c是与燃料电池单元或系统相关联的本教导的液体和气体可重整燃料输送系统的实施方式的示意图，图1c还包括含氧气体源。
现在参考图1c，液体和气体可重整燃料输送系统10”包括液体可重整燃料储存器12”，其中液体可重整燃料储存器的内部包括液体可重整燃料空间14”和气体顶部空间16”。液体可重整燃料空间可以包括液体可重整燃料。液体可重整燃料储存器12”包括压力传感器组件6”和压力释放阀组件8”。液体和气体可重整燃料输送系统10”还包括气体可重整燃料源18”，例如丙烷、丁烷、天然气或其它气体可重整燃料的筒或罐。
所示的液体和气体可重整燃料输送系统10”包括第一阀组件20”、第二阀组件22”和第三阀组件24'。第一阀组件20”是可操作的以通过第三阀组件24'在气体可重整燃料源18”与蒸发器28”、流体混合装置37、重整器26”(直接或通过流体混合装置37)和燃料电池堆40之间提供流体连通。从第一阀组件至这些部件中的每一个的(多个)管道可以定位成使得在第二阀组件之前或之后将气体可重整燃料引入到所述部件的入口中，或者引入到从液体可重整燃料储存器通向所述部件之一(例如蒸发器)的管道中。第一阀组件20”还是可操作的以通过第三阀组件24'在气体可重整燃料源18”和后燃器42之间直接提供流体连通，绕过蒸发器和重整器。
此外，第一阀组件20”是可操作的以通过第三阀组件24'在气体可重整燃料源18”与来自含氧气体源38的管道之间提供流体连通，从而使气体可重整燃料在被引入到蒸发器28”、流体混合装置37、重整器26”和燃料电池堆40中的一个或多个之前与诸如空气的含氧气体混合。
以与第一和第三阀组件中的每一个是可操作的以在气体可重整燃料源和燃料电池单元的其它部件之间提供流体连通几乎相同的方式，可以通过燃料电池系统的其它阀组件和部件来操纵第一和第三阀组件以在液体可重整燃料储存器的气体顶部空间与蒸发器、流体混合装置、重整器、燃料电池堆和后燃器中的至少一个之间提供流体连通，如本文中所述。在这种情况下，来自正气体压力源的正压力可以将气体从气体顶部空间通过第三阀组件输送到第一阀组件，第一阀组件可以将气体分配到燃料电池单元的(多个)所需部件。
替代地或组合地，专用管道系统可以用于实现基本上相同的目的，而不要求来自气体顶部空间的气体途经第一和第三阀组件。如图1c中所示，气体顶部空间管道43可以经由压力释放阀组件8”在气体顶部空间16”和输送系统和/或燃料电池单元和/或系统的一个或多个部件之间提供流体连通。
更具体地，气体顶部空间管道43可以在气体顶部空间16”和蒸发器28”(通过阀组件43'和通向蒸发器的管道)、流体混合装置37(通过阀组件43'、43”)、重整器26”(通过阀组件43',43”和流体混合装置37，或绕过流体混合装置(未示出)通过阀组件直接通向重整器)、燃料电池堆40(通过阀组件43'、43”、43”')和后燃器42(通过阀组件43'、43”、43”')之间提供流体连通。
应当认识到，可以通过移除、添加和/或重新定位管道、阀组件、传感器组件和其它部件和结构来改变所示的结构和布线，而不改变允许来自气体顶部空间的气体被用于燃料电池单元或系统的其它部件中的功能，所述气体可以包括蒸发的液体可重整燃料(例如，在气体顶部空间中的液体可重整燃料的蒸汽)、气体可重整燃料和含氧气体中的至少一种。以这种方式，来自气体顶部空间的气体可以用于补充气体重整反应混合物所需的含氧气体和/或消耗存在于气体顶部空间中的可重整燃料以产生电和/或热，从而增加过程的能量效率。
第二阀组件22”是可操作的以在液体可重整燃料空间14”和蒸发器28”之间提供流体连通。第三阀组件24'是可操作的以在气体可重整燃料源18”和液体可重整燃料储存器12”的气体顶部空间16”之间提供流体连通以及通过第一阀组件20”在气体顶部空间16”与重整器26”和蒸发器28”之间提供流体连通。
在这种构造中，第一和第三阀组件可以被认为是单个阀组件，例如第一阀组件，其中第三阀组件的(多个)功能可以被包括在第一阀组件中。然而，在本示例性的实施方式中分别详述和描述了第一和第三阀组件，以便于理解本教导的输送系统中的气体可重整燃料的控制和输送。
回到图1c，液体和气体可重整燃料输送系统10”还包括与气体可重整燃料源18”不同的正气体压力源30'。正气体压力源30'通过开关阀41与液体可重整燃料储存器12”的气体顶部空间16”可操作地流体连通。图1c的输送系统的操作大致类似于图1b中所示的实施方式的操作。然而，另外，正气体压力源可以将气体及其组分从液体可重整燃料储存器的气体顶部空间通过压力释放阀驱动到其下游的各种部件中的一个或多个中，以避免排出这种气体及其组分，而不将它们的有益性质用于燃料电池单元或系统的有效操作。
如图1c中所示，流体混合装置37在液体和气体可重整燃料输送系统10”的外围，流体混合装置37是可操作的以在蒸发器28”和重整器26”和/或燃料电池堆40之间提供流体连通。也就是说，流体混合装置的出口可以与重整器或者直接与燃料电池堆可操作地流体连通，例如用于电池上重整。流体混合装置37通过第一阀组件20”和第三阀组件24'与气体可重整燃料源18”可操作地流体连通。另外，流体混合装置37与含氧气体源38可操作地流体连通。
含氧气体源38还与气体可重整燃料源18”、蒸发器28”、重整器26”和燃料电池堆40可操作地流体连通。如本文中讨论的，含氧气体(例如空气)可以与气体可重整燃料和/或气态液体可重整燃料(例如，来自蒸发器)混合以产生气体重整反应混合物，例如气体cpox反应混合物，然后其可以被输送到重整器和/或燃料电池堆用于重整反应。可重整燃料和含氧气体可以在被引入到部件之前混合或在输送系统和/或燃料电池单元或系统的部件内混合。
例如，来自含氧气体源的含氧气体可以被直接输送到蒸发器(例如，蒸发器的入口)或在进入重整器和/或燃料电池堆之前输送到蒸发的液体可重整燃料(包含蒸发的液体可重整燃料的管道)(例如，通过流体混合装置37)。例如当输送系统仅将液体可重整燃料引导或输送到蒸发器时，含氧气体可以在不首先与气体可重整燃料混合的情况下被输送到蒸发器、包含蒸发的液体可重整燃料的管道、流体混合装置、重整器和燃料电池堆中的至少一个。含氧气体源可以提供含氧气体(例如空气)的次级源，以在重整燃料(无论是在重整器中和/或在燃料电池堆中)之前调节氧气-燃料比。
图1c还包括耦接到输送系统的燃料电池单元或系统，例如固体氧化物燃料电池单元或系统。燃料电池单元或系统包括与重整器26”和与后燃器42流体连通的燃料电池堆40，后燃器可以与燃料电池堆的排气出口(未示出)流体连通。另外，后燃器的排气出口可以与液体可重整燃料、蒸发器、重整器和燃料电池堆中的一个或多个热连通。在这种布置中，来自后燃器的热量可以用于加热燃料电池系统的其它部件，包括蒸发之前的液体可重整燃料。同样，燃料电池堆和/或重整器可以彼此热连通和/或与液体可重整燃料和蒸发器热连通，以允许燃料电池系统的热管理。
图1d是本教导的液体和气体可重整燃料输送系统的实施方式以及含氧气体源和液体可重整燃料的主源的示意图，其中输送系统与包括后燃器的燃料电池单元或系统相关联。
现在参考图1d，液体和气体可重整燃料输送系统10”'包括液体可重整燃料储存器12”'，其中液体可重整燃料储存器的内部包括液体可重整燃料空间14”'和气体顶部空间16”'。液体可重整燃料空间可以包括液体可重整燃料，液体可重整燃料储存器12”'包括压力传感器组件6”'和压力释放阀组件8”'。液体和气体可重整燃料输送系统10”'包括气体可重整燃料源18”'，例如丙烷、丁烷、天然气或其它气体可重整燃料的筒或罐。
液体和气体可重整燃料输送系统10”'还包括与气体可重整燃料源18”'不同的正气体压力源30”。正气体压力源30”与液体可重整燃料储存器12””的气体顶部空间16”'可操作地流体连通。
所示的液体和气体可重整燃料输送系统10”'包括四个三通阀44、46、48、50，计量或比例阀52，止回阀54和节流孔56。在输送系统包括如本文中所述的三个阀组件的情况下，最靠近气体可重整燃料源18”'的三通阀44可以被认为是第三阀组件，相邻的计量或比例阀52和三通阀46可以被认为是第一阀组件。或者，三通阀44、46和计量或比例阀52可以被认为是第一阀组件，在输送系统包括如本文中所讨论的并且特别参考图1a的两个阀组件的情况下，止回阀54和节流孔56可以被认为是在两个、三个或更高数目的阀组件输送系统中的第二阀组件。因此，图1d的输送系统的操作大致类似于图1b和1c中所示的实施方式的操作，因而不进行更详细地讨论。
图1d中所示的实施方式还包括压力传感器，例如包括供给压力验证(开/关)传感器和燃料流差压计。压力释放阀也可以与压力传感器相关联。参考图1d，压力传感器58与气体可重整燃料源18”'相关联。压力传感器60与正气体压力源30”相关联，压力传感器62与液体可重整燃料储存器的出口相关联，该出口与液体可重整燃料空间14”'流体连通。压力传感器64和温度传感器66(例如燃料温度传感器)与蒸发器28”'的入口区域相关联。
图1e描绘了沿着从液体可重整燃料储存器至蒸发器的管道的部件的替代布置。如图所示，在左侧来自液体可重整燃料空间或储存器的情况下，朝向下游方向是止回阀组件54'(其也可以是或包括比例阀和/或截止阀)、燃料温度传感器66'，并且燃料流压差组件63跨越阀组件56'，该阀组件被表示为节流孔。在这种布置中，燃料流压差组件包括压力传感器62',64'，以便监测和确定通过管道输送到蒸发器(未示出，但在图的右侧)的液体可重整燃料的不同压力和流动特性。
如图1d中所示，第四阀组件36在液体和气体可重整燃料输送系统10”'的外围，其是可操作的以在蒸发器28”'和重整器26”'之间提供流体连通。第四阀组件36通过三通阀44、46和计量或比例阀52与气体可重整燃料源18”'可操作地流体连通。此外，第四阀组件36经由三通阀48、50与含氧气体源38'可操作地流体连通，压力传感器68与含氧气体源38'相关联。含氧气体源38'还经由所示的结构和部件与蒸发器28”'和气体可重整燃料源18”'可操作地流体连通。
如图1b中那样，图1d包括与液体可重整燃料储存器12”'的液体可重整燃料空间14”'流体连通的液体可重整燃料的主源32'，用于再填充液体可重整燃料储存器12”'。可以使用泵34'，例如液体泵，来将液体可重整燃料从液体可重整燃料的主源32'输送到液体可重整燃料空间14”'。再填充传感器70与液体可重整燃料空间14”'相关联。再填充传感器可以包括加满燃料传感器、再填充传感器和缺燃料传感器中的一个或多个。
图1d还包括耦接到输送系统的燃料电池单元/系统。燃料电池单元/系统包括与重整器26”'和后燃器42'流体连通的燃料电池堆40'，后燃器可以与燃料电池堆的排气出口(未示出)流体连通。后燃器、燃料电池堆和/或重整器可以彼此热连通和/或与如图1c中所描述的其它部件热连通。
图1f是本教导的液体和气体可重整燃料输送系统的实施方式的示意图，其类似于图1b但不包括将气体可重整燃料源与液体可重整燃料储存器的气体顶部空间直接连接的阀组件和(多个)管道。此外，所示的液体输送系统包括位于气体顶部空间和燃料电池单元或系统的一个或多个下游部件(例如蒸发器、重整器、燃料电池堆和后燃器)之间的可操作的流体连通。
现在参考图1f，液体和气体可重整燃料输送系统10iv包括液体可重整燃料储存器12iv，其中液体可重整燃料储存器的内部包括液体可重整燃料空间14iv和气体顶部空间16iv。液体可重整燃料空间可以包括液体可重整燃料。液体可重整燃料储存器12iv包括压力传感器组件6iv和压力释放阀组件8iv，液体和气体可重整燃料输送系统10iv还包括气体可重整燃料源18iv，例如丙烷、丁烷、天然气或其它气体可重整燃料的筒或罐。
所示的液体和气体可重整燃料输送系统10iv包括第一阀组件20”'和第二阀组件22”'。第一阀组件20”'是可操作的以在气体可重整燃料源18iv与蒸发器28iv、重整器26iv(例如，经由与重整器的入口流体连通的管道)、燃料电池堆(未示出)和后燃器(未示出)中的至少一个之间提供流体连通。第二阀组件22'是可操作的以在液体可重整燃料空间14iv和蒸发器28iv和/或流体混合装置(未示出)之间提供流体连通。
虽然气体可重整燃料源不是如图1b中那样与液体可重整燃料储存器的气体顶部空间可操作地流体连通，但正气体压力源30”'与液体可重整燃料储存器12iv的气体顶部空间16iv可操作地流体连通。在这种布置中，正气体压力源可以是给气体顶部空间加压以将液体可重整燃料从液体可重整燃料空间移位和输送到蒸发器和/或流体混合装置的唯一气体源。
正气体压力源30”'还可以将存在于气体顶部空间16iv中的气体移位和输送到燃料电池单元或系统的一个或多个部件，例如蒸发器28iv、重整器26iv、燃料电池堆(未示出)和后燃器(未示出)。依据来自正气体压力源30”'的气体压力的调节以及压力释放阀组件8iv、第二阀组件22”'和与气体顶部空间管道43iv相关联的阀组件43v的调节，来自液体可重整燃料空间14iv的液体可重整燃料和/或来自气体顶部空间16iv的气体可以被输送到蒸发器28iv和/或流体混合装置。
更具体地，气体顶部空间管道43iv可以在气体顶部空间16iv与蒸发器28iv(通过阀组件43v)和重整器26iv(通过阀组件43vi)、燃料电池堆(未示出)和后燃器(未示出)中的一个或多个之间提供流体连通。如本文中所述，气体(该气体可以包括液体可重整燃料的蒸气、含氧气体和其它产生能量的反应物中的一种或多种)从气体顶部空间向燃料电池单元或系统的一个或多个部件的排出或排放可以提高整个单元或系统的能量效率。
如图1b中那样，图1f包括可以存在于输送系统的各种部件之间及其周围的管道的识别。现在参考图1f，正气体压力源管道102'可以在正气体压力源30”'和液体可重整燃料储存器的顶部空间16iv之间提供可操作的流体连通，其中正气体压力源管道可以将正气体压力源的出口耦接到液体可重整燃料储存器的入口。
气体可重整燃料源管道104'可以在气体可重整燃料源18'和第一阀组件20”'之间提供可操作的流体连通，其中气体可重整燃料源管道可以将气体可重整燃料源的出口耦接到第一阀组件的入口。第一阀组件20”'也具有蒸发器管道106'和重整器管道108'，与图1b中所示的类似。重整器管道108'可以将第一阀组件的另一个出口耦接到蒸发器-重整器管道118'的入口(如图所示)，或者使其与重整器的入口(未示出)耦接。
蒸发器-重整器管道118'可以在蒸发器28iv和重整器26iv之间提供可操作的流体连通，其中蒸发器-重整器管道可以将蒸发器的出口耦接到重整器的入口。应当理解，蒸发器与重整器的耦接还可以包括其它结构和部件，例如流体混合装置、阀组件和各种传感器。
液体可重整燃料管道110'可以在液体可重整燃料空间14iv和第二阀组件22”'之间提供可操作的流体连通，其中液体可重整燃料管道可以将液体可重整燃料储存器的出口耦接到第二阀组件的入口。第二阀组件22”'具有第二液体可重整燃料管道112'，其中该第二液体燃料管道可以将第二阀组件的出口耦接到蒸发器的入口。这里是另一个例子，其中液体可重整燃料管道110'和第二液体可重整燃料管道112'可以被认为是单个管道，其中第二阀组件22”'与单个管道成一直线，位于单个管道内，或与单个管道相关联。
如图1b中那样，图1f包括与液体可重整燃料储存器12iv的液体可重整燃料空间14iv流体连通的液体可重整燃料的主源32”'。诸如液体泵的泵34”可以用于将液体可重整燃料从液体可重整燃料的主源32”'输送到液体可重整燃料空间14iv。
图1g是本教导的液体和气体可重整燃料输送系统的实施方式的示意图，其类似于图1c但不包括将气体可重整燃料源与液体可重整燃料储存器的气体顶部空间直接连接的管道。另外，图1g中所示的输送系统类似于图1f中所示的输送系统，因为与液体可重整燃料储存器的气体顶部空间可操作地流体连通的正气体压力源是给气体顶部空间加压的唯一气体源。
现在参考图1g，液体和气体可重整燃料输送系统10v包括液体可重整燃料储存器12v，其中液体可重整燃料储存器的内部包括液体可重整燃料空间14v和气体顶部空间16v，液体可重整燃料空间可以包括液体可重整燃料。液体可重整燃料储存器12v包括压力传感器组件6v和压力释放阀组件8v，液体和气体可重整燃料输送系统10v还包括气体可重整燃料源18v。
所示的液体和气体可重整燃料输送系统10v包括第一阀组件20iv、第二阀组件22iv和第三阀组件24”。第一阀组件20iv是可操作的以通过第三阀组件24”在气体可重整燃料源18v与蒸发器28v、流体混合装置37'、重整器26v(直接地或通过流体混合装置37')和燃料电池堆40”之间提供流体连通。第一阀组件20iv还是可操作的以通过第三阀组件24”在气体可重整燃料源18v与后燃器42”之间直接提供流体连通，绕过蒸发器和重整器。
此外，第一阀组件20”是可操作的以通过第三阀组件24”在气体可重整燃料源18v与来自含氧气体源38”的管道之间提供流体连通，从而使气体可重整燃料在被引入到蒸发器28v、流体混合装置37'、重整器26v和燃料电池堆40”中的一个或多个之前与含氧气体混合。
液体和气体可重整燃料输送系统10v包括正气体压力源30iv，其通过阀组件45与液体可重整燃料储存器12v的气体顶部空间16v可操作地流体连通。图1g的输送系统的操作大致类似于图1f中所示的实施方式的操作。然而，正气体压力源可以将气体及其成分从液体可重整燃料储存器的气体顶部空间通过压力释放阀驱动到其下游的各种部件中的一个或多个，以避免排放或排出这种气体及其成分而没有潜在的好处。
更具体地，气体顶部空间管道43vii可以在气体顶部空间16v和蒸发器28v(通过阀组件43viii和通向蒸发器的管道)、流体混合装置37'(通过阀组件43viii、43ix)、重整器26v(通过阀组件43viii、43ix和流体混合装置37'，或者通过直接通向重整器的阀组件，绕过流体混合装置(未示出))、燃料电池堆40”(通过阀组件43viii、43ix、43x)和后燃器42”(通过阀组件43viii、43ix、43x)之间提供流体连通。
图2是由囊或类似结构限定的液体可重整燃料空间的示意图，所述囊或类似结构可以与液体可重整燃料储存器的取向无关地操作。如图所示，液体可重整燃料储存器12vi包括由囊72限定的液体可重整燃料空间14vi。液体可重整燃料储存器12vi包括压力传感器组件6vi和压力释放阀组件8vi，液体可重整燃料储存器12vi在其内部还包括气体顶部空间16vi。如同其它实施方式那样，气体顶部空间16vi与正气体压力源30v流体连通。如图所示，气体顶部空间16vi还通过第三阀组件24”'与气体可重整燃料源(未示出)流体连通。液体可重整燃料空间14vi经由第二阀组件22v与蒸发器(未示出)流体连通。
在工作中，由正气体压力源和/或气体可重整燃料源产生的气体顶部空间中的气体压力可以将液体可重整燃料从囊通过液体可重整燃料储存器的出口移位到第二阀组件。可以利用压力释放阀组件全部或部分地控制气体顶部空间中的压力。当囊中的液体可重整燃料的量减少到不可用的水平时，可以用液体可重整燃料的主源和通向囊内部的合适连接装置(未示出)来再填充囊。替代地，液体可重整燃料储存器可以用具有充满或基本上充满液体可重整燃料的囊的液体可重整燃料储存器替换，或者用如图1a-d、1f和1g中所示的更传统的液体可重整燃料储存器替换。
本教导包括呈其它具体形式的实施方式，而不脱离其精神或基本特征。因此，前述实施方式在所有方面被认为是说明性的而不是对本文中所描述的本教导的限制。因此，本发明的范围由所附的权利要求书而不是由前述说明书指示，并且落入权利要求的等同物的意义和范围内的所有改变都应被包含在本发明的范围中。
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