移動式燃料處理裝置和密閉箱及其安裝方法
2023-05-29 03:32:36
專利名稱：移動式燃料處理裝置和密閉箱及其安裝方法
技術領域：
本發明涉及一種把烴基燃料轉化成富氫轉化物的燃料處理裝置，該富氫轉化物用於燃料電池或其它需要富氫原料流的設備。本發明的裝置及方法提供一種移動式燃料處理裝置，該裝置可不費力地被搬運並安裝在合適場所。
背景技術：
燃料電池是借化學氧化一還原反應發電的，在清潔度和經濟性方面勝於其它發電方式。燃料電池通常以氫為燃料、以氧為氧化劑，其發電量與反應物的消耗率成正比。
阻止燃料電池廣泛應用的一個不利條件是缺乏廣泛分布的氫基礎設施。與廣用於大多數發電系統的烴燃料相比，氫的體積能量密度較低且更難存儲和搬運。克服這一困難的辦法是用轉化器把烴燃料轉化成富氫氣流用作燃料電池的進料。
氫基燃料，諸如天然氣、液化石油氣、汽油和柴油，依靠轉化工藝過程就能用作大多數燃料電池的燃料源。現行技術採用一種包括若干淨化工序、兼有初轉化工序的多級工藝過程。初始工序常常是蒸汽轉化(SR)、自熱轉化(ATR)、催化部分的氧化(CPOX)、或是非催化部分的氧化(POX)。淨化工序通常由脫硫組合、高溫水煤氣變換、低溫水煤氣變換、選擇性CO氧化、或選擇性CO甲烷化成分。回收純淨富氫轉化物的可選工序包括採用選擇性透氫膜和濾器。
此外，那些能輸送高適應性、高輸出功率的燃料電池和燃料處理系統有日益增長的需要。對適應性起重要作用的可移動性卻往往導致輸出功率降低和運轉時間縮短。因此，為延長運轉周期，需要一種既易於搬運又能提供足量燃料電池質量轉化物的燃料處理器。
發明內容
本發明提供一種移動式燃料處理裝置。該裝置包括一個有限內部空間且設有不透氣的隔離層外壁的密閉箱。連在密閉箱上的是用於使密閉箱改變位置的移動裝置。優選的是，該移動裝置包括車輪、滾軸、軌道等，作為密閉箱底面附加物。而且，移動裝置可包括連在密閉箱側面的把手、制動器和其它零件。該裝置還包括一個位於密閉箱裡的燃料轉化器用來把轉化器燃料轉化成燃料電池質量富氫轉化氣。該燃料轉化器能向燃料電池堆疊提供足量的富氫轉化物，用來產生至少約1KW、優選為至少約3KW，更優選為至少約7.5KW的電力。本發明密閉箱的一個任選但更優先選用的特徵在於在密閉箱裡備有帶傳感器的氣體檢測系統，用於監控密閉箱裡可燃氣體的存在。
而且，該移動式燃料處理裝置備有若干個任選但更優先選用的接管頭。此類接管頭可包括把密閉箱、燃料轉化器連接到轉化器燃料源諸如建築物裡燃氣管道的接管頭；使密閉箱與水源(優選是公用設施水管道)連接的接管頭；使密閉箱與外部下水道連接的接管頭或出口接頭。任選的是，該密閉箱還可備有使燃料處理器與燃料電池(或燃料電池堆疊)連接的接管頭，用於向燃料電池輸送富氫轉化物流，和使燃料電池排出流返回密閉箱。並且，該移動式燃料處理裝置還可包括設立一個與遠程過程控制單元通信的接插件。
在工藝過程方面，本發明提供燃料處理器的一種安裝方法，該方法包括下列步驟把裝有燃料處理器的移動式不透氣的密閉箱移動到合適的場所；把水源連接到密閉箱上；把轉化器燃料源連接到密閉箱上；把燃料電池連接到密閉箱上。優選的是，上述水源和燃料源分別是建築物裡的公用設施水和天然氣管道。該方法還可包括把民用的排水管設置或連接到密閉箱上。把密閉箱連接到燃料電池的步驟優選要包括兩個連接機構，分別向燃料電池輸送富氫轉化物，和使燃料電池排出流返回密閉箱。任選但更優先選用的是，該方法要包括設置通信鏈路的附加步驟，用來與遠程過程控制單元通信。
參照下列說明與附圖一起，就能理解本發明。
圖1為本發明的移動式燃料處理器裝置及密閉箱的示意圖。
本發明是易於容納而不拒絕各種修改方式和可選形式的，但其具體的實施方式已借實施例表明並於此處詳述。可是不言而喻，這種實施方式的描述並非使本發明局限於特定形式，恰恰相反，是用來包括那些屬於後附本發明權利要求書限定的精神和範圍所有的修改方式、等效物、和可選代替物。
具體實施例方式
下文描述本發明的例證性實施方式。為清楚起見，在本說明書的實際實施方式中，不是對其所有的特徵都加以描述。理應認識到，為了實際實施方式的開發，必須作出實施的具體決定以達到開發人的具體目標，諸如依從那些實施各不相同的、涉及制度和企業的限制。並且，應當認識到，這種開發努力會是複雜和費時的，但是，對那些得益於本公開的本行業人來說，仍然是一項常規工作。
本發明提供(1)一種移動式燃料處理裝置，和(2)移動式燃料處理器的一種安裝方法。
(1)移動式燃料處理裝置本發明的移動式燃料處理裝置包括一個有限內部空間且設有不透氣的隔離層外壁的密閉箱。連在密閉箱上的是用於使密閉箱改變位置的移動裝置。而且，該裝置還包括一個位於密閉箱裡的燃料轉化器用來把轉化器燃料轉化成富氫轉化氣。
移動式密閉箱適用於本發明方法和裝置的密閉箱可以是一個尺寸、材料和結構無須指定的密閉箱，只要能容納燃料處理器及其連帶的子系統即可。這種密閉箱的外壁應該設置不透氣的隔離層以防止轉化器所生氣體或密閉子系統漏出的氣體逸散到外部環境。因為燃料處理裝置的一個主要特徵是該系統的可移動性，優選的是，密閉箱和封閉的燃料處理器及子系統是小型的，為的是便於搬送。但是，密閉燃料處理器的容量卻應足夠大，當連接到燃料電池堆疊時，組合發電系統的發電量為至少約1KW，優選為至少約3KW，更優選為至少約7.5KW。
優選的密閉箱是一種有緊固壁板的剛性框架箱。壁板可用多種(非)保溫材料製成，諸如金屬、塑料及複合材料。任選的是，當燃料處理器停止運轉時，壁板可以是可移動的，以便接近密閉箱的容積。與結構的材料或方法無關，這個全組裝的密閉箱應設有不透氣的隔離層。這裡所謂的「不透氣的隔離層」是指那種事實上能阻止氣體由密閉箱內部擴散到周圍環境。密閉箱內部的排氣是由成套冷卻系統控制的，該系統由許多換熱式排氣風扇成分。
密閉箱上設有接頭管或進口接頭，用來與水源、燃料源連接，把空氣吸入密閉箱供燃料處理。優選的是，轉化器燃料經常是天然氣，這是由於其成本和在大多數住宅和商務建築裡易於得到之故。該轉化器燃料和水的接頭管優選是一般適用於住宅和商務建築公用設施管道的常規和標準接頭管。密閉箱的附加接頭管、進口和/或出口接頭可包括一個下水道接頭管，用來使集水器與民用的排水管連接、和一個連接在外部電源上的接插件。
本發明燃料處理裝置中所用的密閉箱接頭管、進口和出口接頭優選是快速連接性的、以進一步簡化該移動式燃料處理器裝置的安裝和調整。這種接頭管可包括插塞式和套管型接頭管、聯鎖凸凹性接頭管、連接榫槽性接頭管、以及輔助螺紋表面接頭管。應該注意，簡述這類適用於移動式密閉箱的接頭管不是無遺漏的而只是作為各種接頭管的例證，這類能夠快速接合或脫離的接頭管能提供可靠的連接。
任選的是，該密閉箱至少有一個接管頭用來與燃料電池堆疊連接。優選的是，燃料電池堆疊接管頭能為下列各種流動創造條件富氫轉化物和/或空氣的輸送，陽極、陰極排出流返回密閉箱，冷卻介質輸送、返回到燃料電池。所有與燃料電池堆疊的「連接」都是常規和標準的，為的是簡化任一燃料電池堆疊的燃料處理器及其密閉箱的使用。
燃料處理器在運轉期間需要空氣源。在這方面密閉箱中安放一個空氣調節系統。預計，密閉箱可有一個用於把空氣流輸送到燃料電池堆疊的接管頭。空氣進口接頭可連接到外部空氣調節系統而優選是一個向著位於密閉箱裡空氣調節系統的空氣源。在一個優選的實施方式中，空氣進口接頭只是內部空氣調節系統的一個空氣入口。能在運轉期間提供穩定空氣源的優選的內部空氣調節系統公開在US專利申請No.10/407,258，「Fluid Balance Control System for Use in a FuelProcessor」，Nguyen et al.，04.2003(Attorney Docket No.X-0072)，其說明書編列於此以供參考。
該密閉箱優選包括一個用於燃料處理和連續由密閉箱裡排出氣體的冷卻系統。這一冷卻系統公開在US專利申請10/407,401，「CoolantSystem for Fuel Processor」，Wheat，et al.，04.2003(Attorney DocketNo.X-0125)，其說明書編列於此以供參考。這一冷卻系統一般包括一種循環冷卻介質，諸如水等。因此，該密閉箱優選有一個用於注滿冷卻介質槽的加注口。而且，該密閉箱可備有向燃料電池堆疊輸送和返回冷卻介質的若干接頭管以幫助調節堆疊裡的溫度。
當燃料處理器運轉期間，移動式密閉箱的內部用通風器連續不斷地排氣。通風器優選是一臺與內部冷卻液系統協同的換熱式排氣風扇。這一冷卻液系統公開在US專利申請No.10/407,401「Coolant Systemfor Fuel Processor」Wheat，etal.，04.2003(Attorney Docket No.X-0125)。在可選方案中，通風器可以成風扇形把氣體從密閉箱中抽出並向密閉箱外邊排出。當可燃氣體不在移動式密閉箱裡聚集時，這一排氣運轉就是一種從密閉箱裡除去氣體的安全有效方法。但是，如果可燃氣體被檢出，該通風器應有能力在排氣發生之前使可燃氣體重新流向一臺密閉箱裡的燃燒器去燃燒。
由於可燃氣體有開始聚集的可能性，最優選的是，可移動密閉箱備有一個氣體檢測系統，用於監控密閉箱內部這種氣體的存在。這種檢測系統至少備有一個氣體傳感器；用於監控密閉箱裡的環境，並把數據傳遞到處理機或過程控制器。應挑選出傳感器來監控密閉箱裡可能聚集的氫、甲烷、CO、及其它可燃/危險氣體的存在。傳感器優選是一種爆炸閾下限型傳感器。應根據若干因素來選擇傳感器，包括可能存在於密閉箱裡氣體的特性及危險性，以及燃料處理器安裝、運轉場所適用的代碼及標準。適用的傳感器可從市場上許多賣主處買到，一般以CO、天然氣和氫傳感器的形式出售。而且，適於檢出各彆氣體的傳感器是不需要的。例如，由於CO和天然氣的特性，一種用來檢測天然氣或CO的檢測器，當氣體的氫含量到達傳感器爆炸下限的1/10時，該氣體檢測器也會起動。
當一個氣體出現或任何需要激活時，該傳感器應該具有向一個過程控制器傳遞數據的能力，該過程控制器能夠接收數據並採取什麼措施。預計，過程控制器還用來控制燃料處理器及其子系統的運轉，可以是機載處理機、遠程處理機，或是既機載又遠程的處理機系統。根據傳感器接收的數據，過程控制器能起動警報機使控制器處於待機狀態，為燃料處理器開始-停機序列，和/或在其它可能的程序中起動一例行程度諸如起動抽空機從密閉箱內部除去氣體。
附加的接管頭應包括通信插頭座，按照要求，在密閉箱和遠程過程控制單元之間設立一通信鏈路。而且，優選的是，在密閉箱裡設有機載過程控制器用於燃料處理器運轉以及其它機載子系統，諸如空氣調節、冷卻、及水處理子系統的本機控制。在機載過程控制單元和遠程過程控制單元之間的通信插頭座有利於提供對移動式燃料處理裝置的監控。
該密閉箱另外的優選特徵包括一臺液晶顯示器或其它視頻顯示，用於涉及運轉情況的數據和涉及燃料處理器的電位診斷信息的顯示，當需要時，視頻顯示與機載過程控制單元連接也能任選地與遠程過程控制單元連接。該密閉箱也能包括一個或多個用戶控制機構，把用戶所選輸入信號提供給機載過程控制單元。為把想要的運轉情況指示給過程控制單元，旋鈕、按鈕、撥號盤、鍵盤等是適用類型的用戶控制機構。
移動裝置附加在密閉箱上的是移動裝置，用於在兩個位置之間搬運可移動燃料處理裝置。移動裝置包括可固定到密閉箱的底面上的車輪、滾軸、軌道等，以便能容易地移動密閉箱。另外，移動裝置還包括固定到密閉箱的一個或多個側面或頂壁上的把手、制動器、吊環鉤等。該密閉箱也有一剛性底壁或基底支座，便於藉助叉式提升機構來提升和運送。
燃料轉化器在轉化工序中通常進行著兩種不同的反應。式I和II是典型的反應式，式中甲烷當做烴類(I)(II)部分氧化反應(式I)很快發生於所加氧的完全轉化，而且是放熱的(即產生熱量)。原料流中高濃度的氧有利於部分氧化反應。
蒸汽轉化反應(式II)發生較慢，而且是吸熱的(即吸收熱量)。高濃度的水蒸氣有利於蒸汽轉化。
本行業的人應該理解並認識到，部分氧化和蒸汽轉化可以兼備，把預熱的轉化器反應物轉化成含氫和CO的合成氣。在這樣的情況下，氧與烴之比和水與烴之比成為特性參數。這兩個比對操作溫度和氫的收率起作用。轉化工序的操作溫度可在從約550℃到約900℃範圍內，取決於進料狀態和催化劑。
轉化器所用的催化劑層可呈各種形狀包括切粒、微珠、擠出物等，或是一種包在葉片或熱管上的塗漿層。部分氧化催化劑應為本行業的人所熟知，通常是一種包在單塊體、擠出物、切粒或其它載體上的含有貴金屬(Pt、Pd、Rh和/或Ru)的氧化鋁塗漿層。業經使用的非貴金屬有Ni或Co。其它塗漿層諸如二氧化鈦、氧化鋯、二氧化矽，及氧化鎂在文獻中列舉過。許多輔助物質諸如La、Ce，及K作為改善部分氧化催化劑性能的「助催化劑」在文獻中列舉過。蒸汽轉化催化劑應為本行業的人所熟知，可包括含適量Co的Ni，或貴金屬(Pt、Pd、Rh、Ru1和/或Ir)。該催化劑可單獨或共同承載在氧化鎂、氧化鋁、二氧化矽、氧化鋯、或鋁酸鎂上。可選方案是，蒸汽轉化催化劑可包括Ni，優選的是單獨或共同承載在氧化鎂、氧化鋁、二氧化矽、氧化鋯，或鋁酸鎂上，用一種鹼金屬(諸如K)助催化。
考慮到轉化過程主要是一個自熱轉化過程，用冷卻工序來把轉化物流冷卻到約600℃～約200℃，優選到約500℃～300℃，更優選到約425℃～375℃，為各種淨化工序作準備。這個冷卻工序可藉助散熱片、熱管或換熱器來實現，應視設計要求和回收/循環使用氣流的熱容量而定。可選方案是，或還有，冷卻工序可藉助注入輔助進料成分(如燃料空氣或水)來實現。水是優選的，因為隨著蒸發成汽而大量吸熱之故。該組分的添加量應視想要的冷卻程度而定，可由本行業的人輕易確定。考慮到轉化過程基本定為蒸汽轉化過程，由於蒸汽轉化過程的吸熱性合成氣的冷卻是任選的。
粗轉化物流中的常見雜質是硫，它在轉化過程中轉化成硫化氫。轉化器或其下遊的組件優選可包括一種能夠吸收、轉化硫化氫的ZnO和/或其它物質，並可包括一種載體(如單塊體、擠出物、切粒等)。脫硫工序可按下列反應式III把硫化氫轉化成水來實現(III)氧化鋅是優選的因為在很寬的溫度範圍內(約25℃～約700℃)它是有效的H2S吸收劑，藉助適當選擇操作溫度為充分利用處理順序提供很好的適應性。在此場合也能除去其它雜質(如氯化物)。
純淨的轉化物流然後可送到任選的混合工序，其中包括向氣流中加水。隨著水的添加蒸發，降低了反應物流的溫度，並為水煤氣變換反應補給更多的水。藉助通過惰性材料(如陶瓷珠或類似物)的處理中心，水蒸氣和其它轉化物流成分能夠高效混合，該惰性材料協助水的蒸發。典型的水煤氣變換反應按式IV把CO轉化成CO2(IV)在此工序步驟中，作為燃料電池毒物的CO基本上從氣流中除去並轉化成CO2，通常在燃料電池裡認為是惰性氣體。CO的濃度優選應低於燃料電池能耐受的含量，一般低於約50ppm，通常，水煤氣變換反應能在150℃～600℃下進行，視所用催化劑而定。在這個條件下，氣流中大部分CO都氧化成CO2。
低溫變換催化劑在約150℃～約300℃的範圍內操作，它包括承載在其它過渡金屬氧化物(如氧化鋯)上的氧化銅或銅，承載在過渡金屬氧化物或耐熔載體(如二氧化矽、氧化鋁、氧化鋯等)上的鋅，或合適載體(如二氧化矽、氧化鋁、氧化鋯)上的貴金屬(如Pt、Re、Pd、Rh或Au)等。高溫變換催化劑優選在約300℃～約600℃的範圍內操作，可包括過渡金屬氧化物(如氧化鐵或氧化鉻)，並任選包括助催化劑(如銅或矽化鐵)。其它適用的高溫變換催化劑是載體上的貴金屬(如載體上的Pt、Pd和/或其它鉑系元素)。變換催化劑也可包括一層高和/或低溫變換催化劑的填充床(如上所述)。任選的是，一種元件(如熱管)可以配置在變換反應器的處理中心用於控制催化劑填充床裡的反應溫度，在低溫情況下對CO轉化成CO2是有利的。
而且，選擇性氧化可任選在富氫轉化器上進行來把剩餘的CO轉化成CO2。這類反應包括想要的CO的氧化(式V)和不想要的氫的氧化(式VI)(V)(VI)反應是在有CO氧化催化劑的情況下進行的，該催化劑可呈各種形狀諸如切粒、微珠、單塊體等。CO氧化催化劑是已知的，通常包括貴金屬(如Pt、Pd)和/或過渡金屬(如Fe、Cr、Mn)，和/或貴金屬或過渡金屬的化合物特別是氧化物。一種優選的氧化催化劑是在氧化鋁塗漿層中的鉑。該塗漿層可塗到單塊體、擠出物、切粒或其它載體上。可添加輔助物質諸如Ce或La來改善性能。許多其它配方曾在文獻中列舉過，而一些專業人員聲稱氧化鋁上的銠催化劑具有優良性能。釕、鈀、金及其它物質也曾在文獻中列舉過，供這樣使用有效。
低溫有利於CO的優先氧化。因為上述兩個反應都放熱，反應器裡可以配置熱管或其它手段來除去過程中所生的熱。此處操作溫度優選保持在約90℃～約150℃的範圍內。此外，可利用這一氧化過程把CO含量降到低於50ppm，適用於燃料電池。
離開燃料處理器的富氫轉化物是一種含有CO2和其它成分的富氫氣體，其它成分有水、惰性成分(如氮、氬)、殘餘烴等。此轉化物可用作燃料電池的進料，或用作所需富氫原料流的其它用途。任選的是可把富氫轉化物送去進一步處理，如除去CO2、水或其它成分。在進入燃料電池堆疊之前，從轉化物流中分離出水的操作將於下文涉及。
燃料轉化器或處理器是技術上熟知的，用來把烴基物流轉化成富氫氣流。此轉化器包括但不限於下列文獻US專利申請2002/0083646，Deshpande 07.04.2002；US專利申請2002/0090326，Deshpande 07.11.2002；US專利申請2002/0090328，Despande 07.11.2002；US專利申請2002/0090327，Deshpande 07.11.2002；US專利申請2002/0088740，Krause 07.11.2002；US專利申請2002/0094310，Krause 07.18.2002；US專利申請2002/0155329，Stevens 10.24.2002；US專利申請2003/0021741，Childress 01.30.2003；以及US專利申請2003/0021742Krause 01.30.2003；以上各文獻編列於此以供參考。這些出版物公開了許多不同配置的燃料處理器，在本發明的整體裝置範圍內使優點超過一般。
燃料處理器和轉化器通常有一臺輔助燃燒器，與轉化反應器既分離又聯合，用來給反應物加熱、產生水蒸氣、給反應器加熱、以及除去不想要的副產物，這些副產物是在燃料處理器和/或燃料電池運轉期間產生的。例如，這類燃燒器經常被看作是陽極廢氣氧化器因為除在燃料處理運轉中的作用之外，它們通常用來燃燒那些來自燃料電池堆疊陽極的廢氣。
在本發明的方法和可移動裝置中優選的是，出現一臺燃燒器不僅幫助燃料處理而且用於燃燒並藉此消除那些從各種燃料處理和燃料電池處理流程中分離出來的可燃氣體。燃燒之後，燃燒產物氣體通常可從密閉箱安全排出。優選的是，燃燒器有一條排氣管線由密閉箱的上部冒出；以便防止低位受熱。
適用的燃燒器可包括下列文獻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)，以上各文獻編列於此以供參考。其它適用的燃燒器包括US專利申請10/408,080「Method and Apparatus for Rapid Heating of FuelReforming Reactants」，Nguyen(Attorney Docket No.X-0076)，US專利申請10/407,290「Anode Tailgas Oxidizer」，Deshpande(AttorneyDocket No.X-0075)，以上各文獻編列於此以供參考。
優選的是，燃料處理器將有一個或多個與燃料處理器、燃料電池或兩者綜合且安裝在可移動密閉箱裡的子系統。如上所述，空氣調節、冷卻和水處理子系統通常結合成整體並可包含在移動式密閉箱裡面。
例如，公開在US專利申請10/407,617中的是在綜合燃料處理和燃料電池運轉的範圍內的水處理方法和裝置「Method and Apparatusfor Separating Water from a Fuel Cell Exhaust stream」，Desphande04.04.2003(Attorney Docket No.X-0124)，及US專利申請10/407,876「Intergrated Fuel Processor Apparatus and Enclosure and Methodsof using Same」，Wheat(Attorney Docket No.X-0073)，及US專利申請10/408,006「Level Control for Process Water Tank」，Wheat 04.04.2003(Attorney Docket No.X-0128)，以上各文獻編列於此以供參考。
燃料電池堆疊如本文所述，燃料處理裝置可備有一個或多個使密閉箱及密閉燃料處理器與外部燃料電池或燃料電池堆疊相互連接的接管頭。具體地說，移動式密閉箱可備有若干個用來接收來自燃料電池的陽極廢氣及陰極廢氣、或來自燃料電池堆疊陽極、陰極集氣管的接管頭。而且，密閉箱可備有一個把富氫轉化氣輸送到該堆疊的接管頭或排氣管接頭。此外，也可設置若干個向燃料電池或淨化空氣源提供冷卻介質的接管頭。
燃料電池及其類型是技術上熟知的，且本行業的人應能選擇合適的接管頭來使燃料電池與移動式燃料處理裝置及密閉箱相互連接。
(2)移動式燃料處理裝置的安裝方法本發明還提供移動式燃料處理裝置的一種安裝方法。該方法包括下列步驟把裝有燃料處理器的、可移動的不透氣的密閉箱搬運到合適的場所；把水源連接到密閉箱上；把轉化器燃料源連接到密閉箱上；把燃料電池連接到密閉箱上。優選的是，把密閉箱連接到水源和轉化器燃料源的步驟包括把密閉箱連接到建築物裡的水和天然氣公用設施管線。該方法還可包括把密閉箱連接到民用的排水管的步驟。
把密閉箱連接到燃料電池的步驟優選應包括設置幾個把富氫轉化物輸送到燃料電池和使燃料電池廢氣流返回密閉箱的連接機構。任選但更優先選用的是，該方法應包括給密閉箱提供通信鏈的附加步驟，用來與遠程控制單元通信。而且，各連接步驟優選應使用快速連接型接插件。
附圖詳述圖1為本發明的移動式燃料處理裝置和密閉箱的示意圖。移動式裝置及密閉箱籠統地用參考號110指出。移動式裝置及密閉箱備有一臺安裝在外壁105裡面的燃燒器/轉化器115。外壁105封閉著若干燃料處理器子系統包括燃燒器/轉化器、淨化/變換組件145、氣/液分離器120和146、收集器140、機載過程控制單元100、氣體檢測器/傳感器180、生產用水箱165和抽空器160。同樣在外壁105之內的是構成移動式密閉箱內空容積或空隙的內部空間155。
外壁105設有不透氣的隔離層，防止那些擴散進內部空間115的氣體流到密閉箱以外。外壁105備有若干接管頭或進/排氣管接頭，使轉化器及其它燃料處理子系統與各種外部元件連接。在外壁105上設有接管頭124，使燃燒器/轉化器與外部烴基燃料源104連接。設有接管頭122，使轉化器或內部生產用水箱165與外部生產用水源102連接。儘管沒有具體說明，本行業的人應該知道，在燃料轉化處理期間水要在幾個階段使用，當需要從箱165向各燃料處理子系統送水時，能提供適當的管系輸送和閥門調節。
在燃料處理器運轉期間，燃燒器/轉化器115從外部源接收水和烴基燃料，把燃料轉化成富氫轉化物。富氫轉化物經管線108流進一個或多個淨化和/或精製過程，總起來用淨化/變換組件145表示。然後淨化、變換的轉化物經管線156流進氣/液分離器120，分離和除去至少部分轉化氣流中的水。優選的是，要使轉化物冷卻為的是在從轉化氣流分離出來之前使水冷凝。
如果貧水的轉化物達到燃料電池質量，轉化氣經管線112流出接管頭128到達燃料電池堆疊130，在電化學反應期間它至少要被燃料電池部分地消耗。如果貧水的轉化物沒達到燃料電池質量，轉化氣經管線114流到燃燒器/轉化器115的燃燒器部分去燃燒。然後燃燒產物氣體可經管線116，通過接管頭134，流到密閉箱以外。優選的是，把排氣管或管線135連接到接管頭134，使燃燒產物氣體流到燃料處理器密閉箱以外及燃料處理器運轉著的建築物以外。
從氣/液分離器120裡富氫轉化物流分離出來的水經管線118流進收集器140。分出的水通常會含有夾帶或溶解的可燃氣體成分，在收集器140裡會從水中揮發出來。如不降低水中該氣體的含量就向環境排放是不安全的。經過在一個或多個技術上已知的分離器中分離之後，藉助收集器140從水流中平靜地除去殘餘氣體。如所述，收集器140是一敞口容器，使該氣體能夠揮發和擴散進入密閉箱110裡的內部空間155。經過足夠時間在收集器140裡平靜脫氣之後，收集的水流過水箱出口管132和管線126。水可保留在收集器140裡用於定期排洩，或在水箱出口管132或不超出接管頭136處用節流器來保持一種不超過該容器範圍的平穩水流，這將使水在敞口容器140裡匯集一段適當時間。管線126在接管頭136通過外壁105。使接管頭136與民用排水管150連接來安全排放該脫氣的水。
燃料電池堆疊130在發電的電化學反應期間消耗富氫轉化物和一種含氧氣體。存在於燃料電池排出氣流中的有廢轉化物、未反應的氫、廢含氧氣體、未反應的氧、以及液、氣態產物水。作為例證，陽極廢氣流經接管頭138和管線142流進分離器146。在分離器146裡，液態水從氣體成分中分離出來經管線144流進收集器140。從陽極廢氣流中分出的氣體經管線106流進燃燒器/轉化器115的燃燒器部分去燃燒。陰極廢氣流172經接管頭174流進密閉箱，到達生產用水箱165，氣流中的液、氣態水凝結並脫離氣流。聚集在生產用水箱165水上的陰極廢氣，則可使之流向燃燒器/轉化器115經燃燒後排放。生產用水箱165裡的水含量可藉助從水源102加水和經排出口94排水來調節。從排出口94排出的水定線經管線148到達敞口收集器140。存放在收集器140裡的這種分離的水通常會含有若干來自陰極廢氣流夾帶或溶解的可燃氣體成分。
由所收集的水中揮發出來的可燃氣體從敞口收集器裡擴散超過敞口收集器範圍，到達密閉箱110的內部空間155。該氣體於此可用氣體傳感器180來檢測，該傳感器把數據傳遞給處理機工具諸如遠程處理機控制單元175和/或機載過程控制單元100。處理機工具監控接收來自傳感器180的數據並對密閉箱110中是否存在可燃氣體做出決定。當對這種氣體的檢測做出響應時，處理機工具就能起動報警信號、或起動一個或多個例行程序諸如為燃料處理器起動運轉停止程序、或起動抽空機160，為的是從密閉箱中除去這種氣體。起動時，抽空機160從密閉箱內部空間排出可燃氣體，並使之經管線176流進燃燒器/轉化器115的燃燒器。在可選方案中，在一個圖1中未示出的實施方式中，可燃氣體可以密閉箱110中流出來，在一個外部處理組件裡貯存或處理。
儘管本發明已參照附圖所示的具體實施方案進行詳細地描述，但是本行業的人顯然可以在沒有背離後附權利要求書所限定的本發明設計精神和範圍的情況下進行各種修改和變動，凡此均仍包括在本專利範圍之內。
權利要求
1.一種移動式燃料處理裝置，該裝置包括具有一個外壁限定一個內部空間且設有不透氣的隔離層外壁的密閉箱；連在密閉箱上的移動裝置；及一個配置在密閉箱內部空間的燃料轉化器用於把轉化器燃料轉化成富氫轉化氣。
2.根據權利要求1的裝置，還包括一個氣體檢測器，該氣體檢測器包括一個在密閉箱裡面的傳感器，用於檢測密閉箱裡可燃氣體的存在。
3.根據權利要求2的裝置，其中該傳感器能檢測氫的存在。
4.根據權利要求2的裝置，其中該傳感器能檢測甲烷的存在。
5.根據權利要求2的裝置，其中該傳感器能檢測一氧化碳的存在。
6.根據權利要求1的裝置，其中該移動裝置包括許多安裝在密閉箱底面的輪子。
7.根據權利要求1的裝置，其中該密閉箱還包括一個接管頭，用於使密閉箱和燃料轉化器與原料或轉化器燃料源連接，該轉化器燃料源包括一條建築物裡的天然氣公用設施管道。
8.根據權利要求1的裝置，其中該密閉箱還包括一個接管頭，用於使密閉箱和燃料轉化器與水源連接，該水源包括一條建築物裡的水公用設施管道。
9.根據權利要求1的裝置，其中該密閉箱還包括一個接管頭，用於使密閉箱與一條建築物裡的外部排水設施連接。
10.根據權利要求1的裝置，其中該密閉箱還包括一個接管頭，用於使密閉箱和燃料轉化器與燃料電池連接，把富氫轉化氣輸送給燃料電池。
11.根據權利要求10的裝置，其中該密閉箱還包括一個接管頭，用於使燃料電池與密閉箱連接，使燃料電池廢氣返回密閉箱。
12.根據權利要求1的裝置，還包括一個機載過程控制單元，其中該密閉箱還包括一個接插件，用於建立與遠程過程控制單元的電子通信。
13.根據權利要求1的裝置，其中該燃料轉化器能把至少發電約1KW的足夠量的富氫轉化物輸送給燃料電池堆疊。
14.根據權利要求13的裝置，其中該燃料轉化器能把至少發電約3KW的足夠量的富氫轉化物輸送給燃料電池堆疊。
15.根據權利要求14的裝置，其中該燃料轉化器能把至少發電約7.5KW的足夠量的富氫轉化物輸送給燃料電池堆疊。
16.燃料處理器的一種安裝方法，該方法包括下列步驟把不透氣的密閉箱搬運到合適的場所，該密閉箱中裝有燃料處理器；把水源連接到密閉箱上；把轉化器燃料源連接到密閉箱上；把燃料電池連接到密閉箱上。
17.根據權利要求16的方法，還包括為該密閉箱設置民用的排水管的步驟。
18.根據權利要求16的方法，其中把密閉箱連接到水源的步驟包括把密閉箱連接到建築物裡公用設施水管道上。
19.根據權利要求16的方法，其中把密閉箱連接到轉化器燃料源的步驟包括把密閉箱連接到建築物裡公用設施天然氣管道上。
20.根據權利要求16的方法，其中把燃料電池連接到密閉箱的步驟包括把管線連接在燃料電池和密閉箱之間，用於把富氫轉化物輸送給燃料電池。
21.根據權利要求16的方法，其中把燃料電池連接到密閉箱的步驟包括把管線連接在燃料電池和密閉箱之間，用於把燃料電池廢氣返回密閉箱。
22.根據權利要求16的方法，還包括給密閉箱提供一條與遠程過程控制單元的通信鏈路的步驟。
全文摘要
一種可移動燃料處理裝置及密閉箱(110)，包括密閉箱(110)具有一個限定內部空間且設有不透氣隔離層(105)的外壁。連在密閉箱(110)上的是用於使密閉箱(110)改變位置的移動裝置(90)。一個能向燃料電池堆疊(至少每小時產生大約1KW)提供足夠量富氫轉化物的燃料轉化器(115)配置在密閉箱(110)的內部空間。一個任選的氣體檢測系統包括配置在密閉箱(110)裡面的傳感器(180)用於監控密閉箱(110)裡可燃氣體的存在。該可移動裝置可有若干個接管頭(122、124)把密閉箱(110)、燃料處理系統連接到轉化器燃料源、水源、以及民用的排水管(150)上。
文檔編號H01M8/04GK1820387SQ200480013520
公開日2006年8月16日 申請日期2004年3月30日 優先權日2003年4月4日
發明者威廉·S.·惠特, 詹姆斯·F.·史蒂文斯, 柯蒂斯·L.·克勞斯, 傑弗裡·A.·赫奇斯, 裡卡·G.·坡 申請人:德士古發展公司