包括制氫組件的燃料電池系統的製作方法

2023-05-24 05:21:46

專利名稱：包括制氫組件的燃料電池系統的製作方法
包括制氫組件的燃料電池系統相關申請本申請要求2008年8月沈日提出的美國臨時專利申請序列號61/092，038 ；2008 年11月3日提出的美國臨時專利申請序列號61/110,693 ；以及2009年8月M日提出美 國專利申請序列號12/546，579的優先權。為了所有的目的，上述專利申請的全部公開內容 在此以引用方式併入。公開內容領域本公開內容大體上涉及制氫組件、包括該制氫組件的燃料電池系統、製造氫 氣的方法以及給能耗裝置供電的方法，並且，更具體地涉及包括傳導性的整體式主體 (monolithic body)的制氫組件，該傳導性的整體式主體至少界定燃燒器管道和在該整體 式主體內與燃燒器管道成傳導性的熱交換關係的重整器管道；包括該制氫組件的燃料電池 系統；使用該制氫組件製造氫氣的方法；以及使用該制氫組件和燃料電池堆給能耗裝置供 電的方法。公開內容背景制氫燃料加工系統或組件包括一系列裝置或部件，該裝置或部件由一種或多種反 應物或原料製造作為主要反應產物的氫氣。燃料加工系統包括帶有制氫區域的燃料加工組 件，該燃料加工組件適用於將一種或多種原料轉化成產品流，該產品流含有作為大部分組 分的氫氣。在操作中，制氫區域通常在高溫和高壓下操作，並且容納有適當的催化劑以由傳 輸至那裡的原料至少製造氫氣。所製造的氫氣可以用於多種應用。一種這樣的應用為發電， 例如由電化學燃料電池發電。電化學燃料電池是將燃料和氧化劑轉化成電、反應產物和熱 量的裝置。例如，燃料電池可以將氫氣和氧氣轉化成水和電。在這樣的燃料電池中，氫氣是 燃料，氧氣是氧化劑，而水是反應產物。燃料電池通常結合在一起而形成燃料電池堆。制氫燃料加工組件和系統通常包括一系列相互連接的功能性組件，功能性組件共 同地由一種或多種反應物或原料例如含碳的原料和/或水製造氫氣。這些組件包括至少一 個反應器或重整區域，在此氫氣由原料的化學反應產生，原料可通過泵或其它合適的原料 傳輸系統，以一種或多種進料流的形式被傳輸至重整區域。當原料在環境條件下為液體原 料時，功能性組件可包括蒸發器，或蒸發區域。加熱組件例如燃燒器，可以消耗燃料以產生 燃燒排氣流，該燃燒排氣流可以用來至少加熱蒸發區域，例如至少加熱至適宜的溫度以蒸 發液體原料。當重整區域利用吸熱反應如蒸汽重整反應時，燃燒排氣流可以用來將重整區 域加熱到至少最低的制氫溫度。由重整區域產生的重整產品流可以傳輸至燃料電池堆，並 且可選擇地可以首先傳輸至分離組件，以提高傳輸至燃料電池堆的流的氫氣純度。通常，燃料加工組件和/或燃料加工系統的部件為分立部件，分立部件包括單獨 的罩或殼體，並且通過管路或類似的流體管道、管件以及類似物相互連接。整個燃料加工系 統可以封入系統外罩或系統殼體中，但是單獨的部件通常以間隔開的關係定位在殼體內， 且殼體界定單獨的部件定位在其中的開放室或腔。這些部件的獨立的結構以及用於密封 和相互連接這些部件的流體管道，增加了燃料加工系統的零件數量、潛在的洩露點、組裝時 間和製造費用。此外，常規的燃料加工組件的空間分離的定位也增加了燃料加工系統的熱量控制需求。這些需求可能因用於至少燃料加工組件的部件的鋼合金殼體的常規使用而 加重，所述至少燃料加工組件例如至少其蒸發區域與重整區域或其它制氫區域。由於鋼合 金的低導熱率，所以經常不得不大量地增加殼體的表面積(例如通過翅片管或板式熱交換 器)，或不得不將高傳熱率強加在這些組件上(例如通過直接的火焰衝擊)，這可能分別導 致增加的設計費用或較低的可靠性。公開內容概述根據本公開內容的制氫組件、燃料加工系統和燃料電池系統，設計為有效利用由 製造氫氣中的加熱源產生的熱量。因此，根據本公開內容的制氫組件包括整體式主體，該 整體式主體至少界定重整管道和燃燒器管道，在該重整管道內進料流被催化成重整產品氣 流，該重整產品氣流含有作為主要組分的氫氣，在燃燒器管道內燃料-空氣流燃燒。整體式 主體構造成將由燃燒的放熱反應產生的熱量從燃燒器管道傳導至重整器管道，該重整器管 道以相對於燃燒器管道成傳導性的熱交換關係或位置而定位在整體式主體內。在根據本公 開內容的某些制氫組件中，整體式主體進一步界定蒸發器管道，在該蒸發器管道內進料流 的液體部分在傳輸至重整器管道之前被蒸發。在這樣的實施方式中，整體式主體構造成將 熱量從燃燒器管道傳導至蒸發器管道。在根據本公開內容的某些制氫組件中，燃燒器管道 沿著整體式主體的中心縱軸延伸，並且重整器管道和蒸發器管道(當存在時)以穿過整體 式主體同軸的模式與燃燒器管道徑向分隔開。使用根據本公開內容的制氫組件製造氫氣的方法以及使用根據本公開內容的制 氫組件和燃料電池堆給能耗裝置供電的方法也被公開。附圖簡述

圖1為與用於給能耗裝置供電的可選擇的燃料電池堆一起示意性地說明的根據 本公開內容的制氫燃料加工系統的示意圖。圖2為根據本公開內容的制氫組件的說明性的、非排他的實例的示意圖。圖3為根據本公開內容的制氫組件的說明性的、非排他的實例的另一個示意圖。圖4為根據本公開內容的制氫組件的說明性的、非排他的實例的稍微示意分解的 截面圖。圖5為根據本公開內容的制氫組件的說明性的非排他的實例的示意性截面圖。圖6為根據本公開內容的制氫組件的另一個說明性的非排他的實例的示意性截 面圖。圖7為根據本公開內容的制氫組件的另一個說明性的非排他的實例的示意性截 面圖。圖8為根據本公開內容的制氫組件的另一個說明性的非排他的實例的示意性截 面圖。圖9為根據本公開內容的制氫組件的說明性的非排他的實例的分解透視圖。圖10為根據本公開內容的制氫組件的另一個說明性的非排他的實例的透視圖。圖11為圖10的制氫組件的熱傳遞主體的大體上沿圖12中的線11-11截取的截面圖。圖12為圖10的制氫組件的熱傳遞主體的大體上沿圖10中的線12-12截取的另 一個截面圖。
圖13為根據本公開內容的制氫組件的熱傳遞主體的另一個說明性的非排他的實 例的大體上沿圖14中的線13-13截取的截面圖。圖14為圖13的熱傳遞主體的另一個截面圖，截面與圖12的截面相類似。圖15為根據本公開內容的制氫組件的熱傳遞主體的另一個說明性的非排他的實 例的截面圖。圖16為根據本公開內容的制氫組件的熱傳遞主體的另一個說明性的非排他的實 例的截面圖。圖17為與能耗裝置一起示意性地說明的根據本公開內容的燃料電池系統的示意 圖。公開內容的詳沭與最佳樽式根據本公開內容的燃料加工系統在圖1中示意性地說明，並且一般地標記為10。 在圖1中，燃料加工系統10和可選擇的燃料電池堆42—起被示意性地說明，燃料電池堆42 可以用於給能耗裝置供電，正如這裡所討論的。燃料加工系統10包括制氫燃料加工組件或 制氫組件12，並且適合於由一種或多種進料流16製造產品氫流14，產品氫流14含有作為 大部分組分的氫氣，且在許多實施方式中含有至少基本上純淨的氫氣。進料流16可以通過 原料傳輸系統22從一種或多種源或供給112中被汲取或以其它的方式被接收，並且此後傳 輸至制氫組件12。因而，以下情況在本公開內容的範圍內，即所述一種或多種源或供給可以 是原料傳輸系統的一部分，或可以是外部的源或供給，原料傳輸系統與該外部的源或供給 流體連通，以從所述一種或多種源或供給中接收進料流或其組分。雖然下列討論的進料流中許多是指液態進料流或至少在環境條件下是液態的進 料流，但以下情況在本公開內容的範圍內，即進料流16可以是液態進料流(當從合適的源 中被汲取或以其它的方式被接收時)、氣態進料流、或包括液態與氣態組分的進料流。進料流16包括至少一種含碳原料18，且可以包括水17。合適的液態含碳原料18 的說明性的、非排他的實例，包括至少一種烴或醇，該烴或醇在環境條件例如25°C和Iatm 下為液態。合適的液態烴的說明性的、非排他的實例包括柴油、煤油、汽油、合成的液態燃料 和類似物。合適的液態烴的另外的說明性的實例包括氧化的烴，如丙酮、醋酸、甲酸酯和二 甲基碳酸酯。氣態烴的說明性的、非排他的實例包括甲烷、丁烷、丙烷和天然氣。合適的醇 的說明性的、非排他的實例包括甲醇、乙醇和多元醇，如乙二醇和丙二醇。雖然單一的進料 流16顯示於圖1中，但以下情況在公開內容的範圍內，即可以使用多於一種的流16，並且這 些流可以包含相同的或不同的原料。當進料流16包含兩種或更多種組分時，例如含碳原料 和水，組分可以在相同的或不同的進料流中被傳輸。根據本公開內容的一方面，原料傳輸系統22可以適合於從供給或源112中汲取或 以其它的方式接收至少液態含碳原料，並且適合於傳輸進料流16，該進料流16至少包含含 碳原料，該含碳原料至少使用在燃料加工系統的制氫組件12的制氫區域。供給112可包括 任何合適的類型和/或數量的儲器和/或其它的源，用於進料流的一種或多種原料可以從 儲器和/或其它的源被汲取或以其它的方式被接收。合適的供給112的說明性的、非排他 的實例包括箱、罐和其它的流體容器，這些箱、罐和其它的流體容器可以是加壓的或不加壓 的。原料傳輸系統22可以利用任何合適的傳輸機制，例如用於推進和加壓進料流的正排量 泵或其它合適的泵或機制。當使用一個或多個泵時，泵的數量、類型和容量可以根據下列情況而改變，例如由此泵送的液體的所期望的流率、提供給液體的所期望的壓力、液體的組 成、流率是否被預期選擇性地改變等等。當燃料加工組件配置成接收作為反應物的水和含碳原料以製造氫氣時，並且當含 碳原料和水可混溶時，含碳原料可以但並非必須在與進料流16的水組分相同的進料流中 傳輸至燃料加工組件，例如圖1中通過指向相同的進料流16的參考數字17和18所示。例 如，當燃料加工組件接收含有水和水溶性醇例如甲醇的進料流時，這些組分可以作為單一 的進料流而預混合和傳輸。作為說明性的、非排他的實例，重整進料流可含有大約25 75V01%的甲醇或乙醇或另一種合適的水混溶性的含碳原料，以及大約25 75V01%的 水。對於(至少基本上)由甲醇和水形成的進料流，該流通常含有大約50 75Vol%的甲 醇和大約25 50vol %的水。含有乙醇或其它水混溶性的醇的進料流16，通常含有大約 25 60VOl%的醇和大約40 75V01%的水。對於利用蒸汽重整或自熱重整反應製造氫 氣的產氫組件，特定地非常合適的進料流的說明性的、非排他的實例含有69ν01%的甲醇和 31Vol%的水，然而在不脫離本公開內容的範圍內可以使用其它組成和液態含碳原料。以下 情況在本公開內容的範圍內，即包含水和至少一種含碳原料兩者的這種進料流，可以作為 進料流用於制氫區域19和作為可燃燃料流用於燃燒器或其它加熱組件(當存在時)，該加 熱組件適合於加熱至少燃料加工系統的制氫區域，以例如達到合適的制氫溫度。制氫組件12包括制氫區域19，在此處通過利用任何合適的制氫機制使來自進料 流的原料起化學反應，製造出含有氫氣的輸出流或反應產物流20。輸出流20包括作為至 少大部分組分的氫氣並可以另外地或可選擇地稱為重整產品流或重整產品氣流20。輸出 流20可以包括一種或多種另外的氣態組分，並且因此可稱為混合的氣流，該混合的氣流含 有作為其大部分組分的氫氣，並且還含有其它氣體。通常存在於重整產品流中的其它氣體 包括一氧化碳、二氧化碳、甲烷、蒸汽和/或未反應的含碳原料。在制氫區域19中由通過原料傳輸系統22傳輸的進料流16製造氫氣的合適的機 制的說明性的、非排他的實例是蒸汽重整，在蒸汽重整中使用重整催化劑，以由含有含碳原 料18和水17的至少一種進料流16製造氫氣。在蒸汽重整過程中，制氫區域19容納有合 適的蒸汽重整催化劑23，如圖1中虛線所示。在這樣的實施方式中，其中使用了蒸汽重整催 化劑，燃料加工組件可稱為蒸汽重整器，制氫區域19可稱為重整區域，並且輸出流或混合 的氣流20可稱為重整產品氣流。正如此處所使用的，重整區域19是指利用制氫機制或反 應的任何制氫區域。蒸汽重整催化劑的選擇可影響制氫區域的操作條件，以及制氫組件的溫度。任何 合適的類型的催化劑均可應用於重整反應，包括例如整料、粒料、壓出物、球、網狀物、纖維、 墊子和(壁)修補基面塗層的說明性的、非排他的實例。合適的蒸汽重整催化劑的說明性 的、非排他的實例公開在美國專利第7，128，769號中，該專利的公開內容在此以引用方式 併入。在制氫區域19中可利用的合適的制氫反應的另一個說明性的實例是自熱重整， 在自熱重整中，合適的自熱重整催化劑用於在空氣的存在下由水和含碳原料製造氫氣。當 使用自熱重整時，燃料加工組件進一步包括適用於將空氣流傳輸至制氫區域的空氣傳輸 組件67，如圖1中虛線所示。自熱制氫反應利用到初步吸熱反應(primary endothermic reaction)，該初步吸熱反應與放熱的部分氧化反應配合利用，該放熱的部分氧化反應在初始的制氫反應一旦發生時便在制氫區域產生熱量。以下情況在本公開內容的範圍內，即制氫區域19包括兩個或更多個區或部分，每 個區或部分可以在相同或不同的溫度下操作。例如，當含碳原料為烴或包括烴時，在某些實 施方式中，可以期望包括兩個不同的制氫部分，其中一個在比另一個低的溫度下操作以提 供預重整區域。在這樣的實施方式中，燃料加工系統選擇性地可被描述成包括兩個或更多 個制氫區域。由這些制氫區域利用來製造氫氣的機制，可以相同或可以不同。例如，利用蒸 汽重整反應來製造氫氣的制氫區域可在利用自熱反應來製造氫氣的制氫區域之後。當被用來製造氫氣時，至少制氫組件12的制氫區域19設計成在高溫下操作。通 過使用加熱組件60或其它合適的熱源，在制氫區域19中可獲得和/或維持這個制氫溫度。 制氫蒸汽重整器通常在200 900°C範圍內的溫度下操作。在此範圍外的溫度在公開內容 的範圍內。當含碳原料是甲醇時，蒸汽重整反應通常會在大約200 500°C的溫度範圍內操 作。這一範圍的說明性的子集包括200 3000C >200 4000C >250 350°C >300 400°C > 350 450°C、375 425°C、375 400°C和400 450°C。當含碳原料是烴、乙醇或另一種 醇時，大約400 900°C的溫度範圍通常用於蒸汽重整反應。這一範圍的說明性的子集包括 750 850°C、725 825"C、650 750°C、700 800°C、700 900°C、500 800°C、400 600°C和 600 800"C。至少制氫組件12的制氫區域19還可配置成在高壓下操作，例如至少30psi、至少 40psi或至少50psi的壓力。這個壓力在這裡可稱為制氫壓力。作為說明性的、非排他的 實例，蒸汽重整器和自熱重整器通常在例如40 IOOOpsi範圍內的壓力的制氫壓力下操 作,包括40 100psi、50 150psi、50 200psi等範圍內的壓力。在這個範圍以外的壓 力可被使用並且是在本公開內容的範圍內。例如，在某些實施方式中，較低的壓力可能是足 夠的，例如當制氫區域適合於使用部分氧化和/或自熱重整反應製造氫氣時，和/或當燃料 加工系統不利用壓力驅動的分離過程來提高制氫區域中產生的氫氣的純度時。當燃料加 工系統包括純化區域或分離區域時，如本文所描述的，這個區域也可設計成在高壓和/或 高溫下操作。在根據本公開內容的某些燃料加工組件中，制氫區域和/或任何相關的分離 區域可以設計成在相對低的壓力下操作，例如低於70psi、低於60psi、低於50psi、在30 50psi範圍內、在30 70psi範圍內、在40 60psi範圍內等的壓力。對於特定的燃料加工系統，特定的最大和最小的操作壓力可根據各種可能的因素 而改變。這種因素的說明性的、非排他的實例可包括但不限於在制氫區域19中所利用的制 氫反應和/或催化劑、進料流16的組成、進料流16中液體的粘度、燃料加工組件的構造、燃 料加工組件和/或分離區域和/或位於制氫區域下遊的燃料電池系統的壓力和/或溫度要 求、燃料加工組件的構造材料、設計選擇和公差等。例如，某些燃料加工系統可設計成，通過 利用位於制氫區域下遊的節流孔板(restrictive orifice)或其它合適的限流器，並且可 選擇地，如果還期望將純化區域維持在高壓下，則通過利用位於純化區域下遊的節流孔板 或其它合適的限流器，至少在制氫區域中並且可選擇地在燃料加工系統的至少一個純化區 域中維持高壓。在某些實施方式中，原料輸送系統提供這樣的進料流，該進料流具有足以導 致制氫區域被加壓到至少最小的制氫壓力的壓力。加熱(和/或維持)至少制氫組件12的制氫區域19至(和/或在)合適的制氫 溫度(例如上述討論的那些溫度)所需的熱量，可由加熱組件來提供，該加熱組件可形成制氫組件12的一部分。加熱組件60的合適結構的說明性的、非排他的實例包括燃燒器或其 它基於燃燒的加熱器62，該燃燒器或其它基於燃燒的加熱器62將至少一種燃料流64和空 氣燃燒以產生熱量，並且可由此產生至少一種加熱的排氣流或燃燒排氣流66。燃料流64和 空氣可共同地被稱為燃料-空氣流64。正如這裡所使用的，「燃料-空氣流」、「燃料和空氣 混合物」以及類似用語指的是氧化的燃料流，並且不限於包括空氣本身。燃料加工組件的部 件之間的熱交換可由各種直接的和間接的加熱機制來實現。可以與根據本公開內容的燃料 加工系統一起使用的加熱組件及其部件的說明性的、非排他的實例，在美國專利申請公布 第2003/0192251、2003/0223擬6和2006/0272212號中公開，其完整的公開內容在此以引用 方式併入。正如本文更詳細討論的，以下情況在本公開內容的範圍內，即這種熱量可經由包 括對流、傳導和/或輻射的任何合適的機制傳送到至少制氫組件12的部件中。以下情況也在本公開內容的範圍內，即加熱組件60的其它配置和類型可被另外 地或選擇性地利用。作為說明性的實例，加熱組件60可以是電動加熱組件，該電動加熱組 件適合於通過使用至少一個加熱元件例如電阻加熱元件產生熱量來加熱至少制氫組件的 制氫區域(與可選擇的蒸發區域69，當蒸發區域69存在時)。因此，不需要為將制氫區域 19加熱至合適的制氫溫度而使加熱組件60接收和燃燒可燃的燃料流。當原料中的一種或多種作為液態流例如通過與原料傳輸系統聯接的一個或多個 泵由原料傳輸系統接收時，燃料加工組件可包括蒸發區域69，在蒸發區域69，進料流的液 態部分轉化成氣態流。該蒸發所需的熱量可由加熱組件60產生的熱量提供。以下情況也 在公開內容的範圍內，即制氫組件12可構造成不帶有蒸發區域和/或制氫組件適合於接收 至少一種是氣態的原料或是已經蒸發過的原料。在常規的燃料加工組件中，部件彼此間隔開並且由開放空間(openspace)分隔 開，開放空間例如普通殼體中的內部隔間或室，部件封入該普通殼體內。這些部件通過管路 和相關的管件相互連接，以在物理隔開的部件之間建立流體管道。常規的燃料加工組件還 常常包括一種或多種熱交換器，以在燃料加工組件和/或燃料加工系統中的不同流體流之 間實現並且調節熱傳遞。與這種常規的燃料加工組件相比，根據本公開內容的制氫組件12包括固態的熱 傳遞物質Oieat transfer mass)或熱傳遞主體140，該熱傳遞物質或熱傳遞主體140物 理地相互連接制氫組件的部件、在制氫組件的部件之間延伸和環繞制氫組件的部件。熱 傳遞主體140可另外地或選擇性地稱為帶有內部通道與腔的熱傳遞塊體(heat transfer block)，該內部通道與腔容納制氫組件的部件和相互連接的流體管道。如圖1中示意性說 明的，至少制氫組件的制氫區域19、蒸發區域69和加熱組件60可容納在熱傳遞主體140 中。熱傳遞主體140可另外地或選擇性地稱為整體式主體143和/或可包括整體式主體 143。另外地或選擇性地，熱傳遞主體140可包括一個或多個端蓋141並且整體式主體143 可結合至一個或多個端蓋141，如圖1中示意性說明的。可與熱傳導主體和/或整體式主 體一起使用的一個或多個端蓋的數量、尺寸、厚度和位置可變化，而不脫離本公開內容的範 圍。端蓋141，當存在時，可包括流體通道，該流體通道流體地(fluidly)相互連接延 伸穿過整體式主體和/或熱傳遞主體的兩個或更多個流體管道。這種端蓋在這裡可稱為端 蓋歧管(end cap manifold) 1410當存在時，端蓋歧管可包括或界定流體通道，該流體通道通向和離開制氫區域19與可選擇的蒸發區域69和/或其部分中的一個或多個。例如，如 圖1中以75示意性地說明的，流體通道可將制氫區域19經由端蓋歧管141而連接至其本 身。例如，制氫區域19可包括界定在整體式主體140中的多於一個部分，該多於一個部分 經由一個或多個端蓋歧管而流體地彼此連接。類似地，如以77示意性地說明的，流體通道 可將可選擇的蒸發區域經由端蓋歧管141而連接至其本身，且因此可選擇的蒸發區域可包 括界定在整體式主體140中的多於一個部分，該多於一個部分經由一個或多個端蓋歧管而 流體地彼此連接。另外地或選擇性地，如以79示意性地說明的，制氫區域19可經由延伸穿 過端蓋歧管的通道而流體地結合至可選擇的蒸發區域69。其它的配置也在本公開內容的範 圍內。端蓋和/或端蓋歧管141，另外地或選擇性地可包括延伸穿過端蓋的流體口，例如以 提供與管道的流體連接，流體通過管道傳輸至整體式主體和/或熱傳遞主體，或流體通過 管道從整體式主體和/或熱傳遞主體中移走。如所提到的，根據本公開內容的制氫組件12可另外地包括電動加熱組件，例如電 阻加熱器63。例如，且如圖1中示意性地說明的，制氫組件可包括一個或多個電阻加熱器 63，它們被布置在由整體式主體143界定的一個或多個加熱器管道65內。在這樣的實施方 式中，電阻加熱器可以被描述成筒式加熱器71，因為它被配置成延伸進入加熱器管道65或 在加熱器管道65內延伸。雖然圖1中示意性地說明為，包括設置在整體式主體內的兩個可 選擇的筒式加熱器71，但以下情況在本公開內容的範圍，即可以不使用、使用一個或使用超 過兩個筒式加熱器。在圖1中，第一筒式加熱器71被示意性地說明為鄰近制氫區域19，以 示意說明這種加熱器可用於至少暫時地加熱制氫區域，例如到合適的重整(或制氫)溫度 範圍內，諸如合適的蒸汽重整溫度範圍內。第二筒式加熱器71被示意性地說明為鄰近可選 擇的蒸汽區域69，以示意說明這種加熱器可用於至少暫時地加熱蒸發區域，例如到至少合 適的蒸發溫度，也就是說，用於蒸發進料流或其任何液態組分的合適的溫度。在包括有電阻 加熱器的實施方式中，制氫組件和/或燃料加工系統可以配置成響應於燃燒器產生足以 使制氫區域維持在重整溫度範圍內的熱量，而使電阻加熱器去激活。另外地或選擇性地，制 氫組件和/或燃料加工系統可被配置成在預定的一段時間之後關掉電阻加熱器或以另外 的方式使電阻加熱器去激活。正如這裡所討論的，電阻加熱器的使用可被用於有效地啟動 根據本公開內容的制氫組件，例如，以響應於主電源變得不能給能耗裝置供電，諸如當制氫 組件為燃料電池系統的部件時。還如圖1中示意性地說明的，根據本公開內容的制氫組件12可另外地或選擇性地 (但並不要求)包括電阻加熱器63，該電阻加熱器63通常圍繞熱傳遞主體140的至少一部 分，包括整體式主體143。在這樣的實施方式中，電阻加熱器可被描述成纏繞式加熱器或帶 式加熱器73，因為其至少部分地圍繞或甚至完全地圍繞熱傳遞主體和/或整體式主體。在圖2中，示意性地說明具有熱傳遞主體140的制氫組件12的說明性的、非排他 的實例。如所示，熱傳遞主體140可包括內部的流體通道142，流體通道142使腔、室或管 道144相互連接，腔、室或管道144形成、圍繞和/或界定燃料加工組件的可選擇的蒸發區 域69、制氫區域19和燃燒器62。如所示，空氣和燃料可通過其傳輸至燃燒器的至少一個流 體通道142和燃燒排氣66可通過其離開主體140的至少一個流體通道，可以與燃燒器62 進行流體連通。如虛線所指，燃燒排氣通過其流動的穿過熱傳遞主體140的流體通道可以 穿行至、圍繞、穿過或以其他方式鄰近腔，該腔界定可選擇的蒸發區域和制氫區域。還如圖2所示，進料流通過至少一個流體通道可傳輸至蒸發區域(當其存在時)，且然後傳輸至制 氫區域；並且，輸出流20可通過至少一個流體通道由制氫區域流出熱傳遞主體。以下情況 在本公開內容的範圍內，即熱傳遞主體140可以沒有使熱傳遞主體140外部的燃料加工組 件的部件相互連接的管件和/或流體管道，儘管這不是所有實施方式所必需的。雖然在圖2中示意性地說明，但是制氫組件的功能性區域或區可以各自包括主體 內的一個或多個流體通道或腔。主體內的腔和流體通道的方向可變化，諸如相對於彼此成 並流、逆流和/或交叉流。流體路徑可具有任何合適的形狀和尺寸，包括線形、弓形和/或盤 繞的配置。腔和流體通道的長度和截面面積可以在本公開內容的範圍內變化。作為說明性 的、非排他的實例，這些截面面積可從0. 19到8，000平方毫米變化，以適應不同流量規模的 反應。以下情況在本公開內容的範圍內，即主體可包括用於增強混合和熱傳遞的另外的結 構，諸如被動式混合器(如擋板、託板、翅片、微型管等)。混合結構的說明性的、非排他的實 例被公開在美國專利申請序列號12/182,959中，其完整的公開內容在此以引用方式併入。熱傳遞主體140，可以是整體式結構(monolithic structure)和/或如所提到的 可以至少包括整體式主體143。在這樣的實施方式中，熱傳遞主體40和/或整體式主體143 可形成為，在熱傳遞主體和/或整體式主體的兩個或更多個相互連接且單獨形成的部分之 間沒有接縫、焊縫或其它封口或接口。這些主體它們本身可與燃料加工組件的一個或多個 另外的部件諸如端蓋相互連接，但主體形成為一體式結構(one-piece structure) 0選擇 性地，熱傳遞主體140可以是由兩個或更多個部件形成的實體結構，該兩個或更多個部件 通過任何合適的持久性的或可釋放的緊固機制而固定在一起。持久性的緊固機制的說明性 的、非排他的實例包括焊接、銅焊和擴散粘結。可釋放的緊固機制的說明性的、非排他的實 例包括使用可釋放的緊固件、螺釘、帶、螺栓、接頭、拉杆和類似物，其設計成被重複地結合 在一起、解除結合且然後再結合在一起，而不會破壞至少主體的部件。當由兩個或更多個部 件形成時，這些部件可以具有相同的或不同的形狀、尺寸和/或構造材料。為促進通過形成熱傳遞主體140和/或整體式主體143的材料從燃燒器62 (或其 它加熱組件60，諸如可選擇的電阻加熱器)至制氫區域19和可選擇的蒸發區域的熱傳遞， 熱傳遞主體140和/或整體式主體143應當由一種或多種具有高熱導率的材料形成。這種 材料的說明性的、非排他的實例包括鋁及其合金、銅及其合金、矽、碳及其碳化物化合物、氮 化物化合物和元素周期表中的其它過渡金屬及其合金。作為說明性的、非排他的實例，鋁及 其合金所具有的熱導率比(大多數)鋼合金的熱導率大至少一個數量級。這可以關聯得 出，要獲得與由常規鋼合金形成的類似結構相同的熱傳遞速率，需要相應的表面積的十分 之一。作為說明性的、非排他的實例，熱傳遞主體和/或整體式主體的熱導率可以是比鋼或 常規鋼合金的熱導率大至少50%、至少100%、至少200%、至少400%、至少800%及至少 1,600%中的一個。由於熱傳遞主體140和/或整體式主體143的熱導率、及環繞和相互連接燃料加 工組件的部件的位置，熱傳遞主體140和/或整體式主體143還可以描述成，作為在制氫組 件的部件和流體流之間的熱交換器、形成所述熱交換器、和/或起所述熱交換器的作用。經 由傳導和/或輻射，以及經由穿過主體的不同流體流的流動和因此經由對流，熱傳遞可受 到熱傳遞主體和/或整體式主體的材料的影響。在某些實施方式中，熱傳遞主體140和/ 或整體式主體143可以提供至少制氫區域，在燃料加工組件已經被正常啟動並且被加熱至合適的制氫溫度後，在使用制氫組件期間，該制氫區域維持在恆溫或近似恆溫的條件下。在 熱傳遞主體140和/或整體式主體143中界定的功能性部件或區域的傳導熱交換關係，可 減小制氫區域中的熱梯度，和/或可在這些部件或區域之間另外提供有效的熱傳遞，這些 部件或區域與形成在熱傳遞主體和/或整體式主體內的腔、空隙或其它區域一起形成。當選擇形成熱傳遞主體140和/或整體式主體143的一種或多種傳導材料時，必 須要考慮材料的熔點和氧化穩定性，以及所期望的作為反應溫度、反應壓力與設計的操作 時間的函數的機械應力。正如討論的，制氫區域19的操作(即制氫)溫度至少部分地由制 造氫氣的原料支配。界定和/或容納燃料加工組件的功能區域(蒸發區域、制氫區域、燃燒 器等)的腔中的一個或多個和/或對應的流體通道中的一個或多個可包括防氧化塗層和/ 或層。合適的防氧化層的說明性的、非排他的實例是氧化鋁層，例如可以通過陽極化過程 (anodizing process)而應用。為了提高腔和/或流體通道內的熱傳遞，燃料加工組件的這 些部分可包括在其中的被動式混合元件，例如金屬彈丸(metal shot)、網狀物、葉片、翅片 和類似物。熱傳遞主體140和/或整體式主體143可由任何合適的工序形成，該工序說明性 的、非排他的實例包括擠壓、鑄造、銅焊、焊接、衝壓、CNC機械加工、燒結和自動焊接。作為 說明性的、非排他的實例，鋁是軟金屬，對其可容易地利用相對低成本的製造技術，如擠壓 和銅焊。這些工序以及相應的構造材料，與常規的燃料加工組件相比可減少燃料加工組件 的單件的數量、組裝時間、複雜性和/或製造成本。一旦形成，在與燃料加工組件10或相應 的燃料電池系統的其餘部分集成的過程中，制氫組件12可以不需要另外的處理，而像傳統 的分立裝置則需要。當制氫組件12包括以燃燒器62的形式的加熱組件60時，燃燒器可為催化燃燒 器、非催化燃燒器或兩者的組合。燃燒器的溫度應受控制，例如通過調節流向燃燒器的空氣 和/或燃料的流量、和/或空氣和燃料的分布來控制。防氧化塗層或套管可應用於燃燒器 的內壁，以提高熱傳遞主體140和/或整體式主體143的耐用性。合適的燃燒器的類型的 說明性的、非排他的實例包括由噴嘴輔助的冷焰燃燒器、無焰分布式燃燒器、多孔介質燃燒 器、金屬纖維網燃燒器和/或在燃燒器的內壁上塗有燃燒催化劑的催化燃燒器。對於液態 烴重整或當期望較高的溫度時和/或當副產品流觀不具有足夠的燃燒值以提供足夠的熱 量時的其它過程，在啟動期間以及在操作期間，可能必須將液態燃料直接引入燃燒器內。然 而，這並非要求在本公開內容範圍內的所有燃燒器都這樣。根據本公開內容的制氫組件12可包括以燃燒器62形式的加熱組件60，如討論的， 且可另外包括電熱器，例如帶有電加熱元件的加熱器，其以筒式加熱器、帶式加熱器、表面 加熱器等以及以上任何組合的形式存在。例如，在某些實施方式中可稱為啟動加熱器的這 種另外的加熱器，可用在燃料加工組件的初始加熱期間，例如啟動期間，並且此後可以在燃 料加工組件達到所期望的溫度例如合適的制氫溫度之後關閉。在某些實施方式中，燃料加 工組件在啟動和正常(制氫)操作期間，可僅利用單個加熱組件。對於利用甲醇和水作為原料的燃料加工組件，啟動燃料加工系統的說明性的、非 排他的方法為，利用電加熱(例如具有帶式加熱器或其它合適的電阻加熱器)和燃燒器室 內的催化的燃燒催化劑部分。也就是說，在某些實施方式中，制氫組件可包括布置在燃燒器 內以界定點火區208的燃燒催化劑202。當裝置達到甲醇重整催化劑的合適的操作(或制氫)溫度並且超過燃燒器燃料的可燃組分的點燃溫度(light-off temperature)時，甲醇/ 水可被傳輸至燃燒器。一旦燃燒器燃料和空氣到達燃燒催化劑202，燃燒器自動點燃，設想 為達到燃料和空氣的合適的點燃溫度與壓力和/或燃燒催化劑的合適的點燃溫度。此外， 只要燃燒催化劑仍然高於燃燒器燃料的點燃溫度，就可以不需要任何其它的提供點火的機 制，例如根據ANSI/CSA美國FC 1-2004的1. 10和1. 11部分)。與燃燒器有關的另外一個需要考慮的因素是燃燒催化劑的放置。在多孔的、催化 的或開口的燃燒器中，可獲得至少800°C並且低於1600°C的典型的火焰溫度。常規的帶有 如氧化鈰和氧化鑭的助催化劑的鉬和鈀或氧化鈀燃燒催化劑，對於鉬在室溫以上是催化活 性的，而對於鈀和氧化鈀在大約250°C以上是催化活性的，在這些催化劑的存在下，這些溫 度被稱為富氫的重整產品燃料的相應的點燃溫度。常規的燃燒催化劑通常在900 1000°C 以上是不穩定的，因此需要熱保護，和/或需要由在每個階段之間具有熱交換的分階段的 空氣弓I入或分階段的燃料弓I入來保護，以避免燃燒催化劑過熱。如圖1和圖2中以204示意性地說明的，以下情況在本公開內容的範圍內，即當存 在於熱傳遞主體140和/或整體式主體143中時，燃燒器可包括所選擇的合適的燃料-空氣 混合結構，該燃料-空氣混合結構布置在燃燒器的燃燒器室或管道中。這樣的燃料-空氣混 合結構可允許燃料和空氣混合物在點火區內點火，並且允許其燃燒以返回朝向入口傳播， 在該入口處空氣和燃料首次被引入燃燒器並且繼而通過燃料-空氣混合結構進行混合。以 這種方式，燃燒在燃燒器內可能是暫時的，並且燃燒可傳播至燃燒器的燃燒區域206，燃燒 可以(但不是必須)朝向燃燒器的入口返回。燃燒於是在燃燒區域內被燃料-空氣混合結 構支持。正如這裡所使用的，燃燒器的「燃燒區域」是指燃燒器內的其中在穩定狀態期間燃 燒被維持並且當存在燃料-空氣混合結構時可以(但不是必須)與燃料-空氣混合結構的 至少一部分相疊合的區域。也就是說，雖然燃料和空氣混合物的點火可能發生在與燃燒區 域分隔的點火區，並且燃燒可從點火區傳播至燃燒區域，但燃燒區域界定燃燒器的一部分， 其中在燃料和空氣混合物初始點火之後，燃燒被維持在燃燒器的該部分內。在某些實施方 式中，燃燒區域充滿整個燃燒器室或燃燒器管道，然而在其它實施方式中，燃燒區域是燃燒 器室或燃燒器管道的子區域。在某些實施方式中，燃燒區域通常鄰近通向燃燒器室或燃燒 器管道的入口。在某些實施方式中，燃燒區域延伸小於燃燒器管道的長度的一半。其它配 置也在本公開內容的範圍內。在某些實施方式中，燃料-空氣混合結構可配置成支持燃燒 區域內的無焰燃燒。當燃燒維持在燃燒器的燃燒區域中並且在某些實施方式中由燃料-空氣混合結 構支持時，熱量穿過熱傳遞主體和/或整體式主體而傳導至制氫組件的制氫區域和/或可 選擇的蒸發區域。因此，當排氣穿過燃燒器行進時，排氣被冷卻。適當的燃料和空氣管理可 維持排氣的溫度低於燃燒催化劑的損壞閾值(damage threshold)，例如，當燃燒催化劑在 燃燒器的引出端或出口處布置或與其相鄰布置時。燃燒器的進一步優化可允許從燃燒氣至 制氫區域與可選擇的蒸發區域的有效熱傳遞，所述進一步優化採用恰好在目標平衡重整溫 度(target equilibrium reforming temperature)之上的氣體的出口溫度，其說明性的、 非排他的實例為，對於高熱效率系統，是250 315°C。可以併入燃燒器內的合適的燃料-空氣混合結構的說明性的、非排他的實例包 括(但不限於)多孔泡沫、整體式塊體、包裝顆粒(packed pellet)、球狀物、鮑爾環、鞍環(saddle ring)、十字格環(cross-partition ring)、臘希格環、矩鞍形填料、階梯環、弧鞍 填料、規整填料、篩或細管束或纖維束中的一種或多種，其中的任何一種可由在期望的操作 溫度下結構穩定的金屬和/或陶瓷材料製成。在某些實施方式中，燃料-空氣混合結構可 在燃燒催化劑和燃燒區域之間延伸。另外地或選擇性地，燃料-空氣混合結構可在燃燒催 化劑和燃燒器入口之間延伸。另外地或選擇性地，燃料-空氣混合結構可從鄰近燃燒器出 口或排氣出口延伸至鄰近燃燒器入口或燃料-空氣入口。另外地或選擇性地，燃料-空氣 混合結構可鄰近燃燒器出口和鄰近燃燒器的入口延伸。另外地或選擇性地，燃料-空氣混 合結構可布置在燃燒器的兩個或更多個間隔開的區域內。另外地或選擇性地，燃料-空氣 混合結構可僅布置在燃燒器的燃燒區域內。在某些實施方式中，燃燒催化劑布置在燃料-空氣混合結構(當存在時)的鄰近 燃燒器出口或排氣出口的部分上。另外地或選擇性地，燃燒催化劑可僅布置在燃料-空氣 混合結構的鄰近燃燒器出口或排氣出口的部分上。在某些這樣的實施方式中，其上布置有 燃燒催化劑的燃料-空氣混合結構的這部分，可延伸小於燃燒器、燃燒器管道、燃燒器室、 整體式主體和/或熱傳遞主體的長度的八分之一或四分之一。另外地或選擇性地，燃燒催 化劑可布置在燃燒器的間隔開的區域內。另外地或選擇性地，燃燒催化劑可布置在燃燒器 室或燃燒器管道的壁上，而不布置在燃料-空氣混合結構上，即使當該結構存在時。另外地 或選擇性地，燃燒催化劑可布置在燃燒器室或燃燒器管道的壁上，以及布置在燃料-空氣 混合結構上兩者。燃燒催化劑的分布和定位可根據以下因素而變化，如燃燒催化劑自身、所 使用的重整溫度、熱傳遞主體/燃燒催化劑界面的熱導率以及所期望的熱通量。在某些實 施方式中，燃燒催化劑可沿著燃燒器、燃燒器室或燃燒器管道的整個長度定位。當使用多孔介質作為燃料-空氣混合結構時，選擇太小的孔徑可能會阻止燃燒向 所期望的燃燒區域行進，由此容許混合物在點火區的所不期望的長期燃燒。因此小孔配置 的結果可能包括差的熱集中和熱傳遞、燃燒排氣中過度的熱量損失、由於不完全的燃燒和 停留時間所造成的差的散發以及在燃燒催化劑區內在沒有足夠的熱傳遞下由於高溫導致 的燃燒催化劑的有限壽命中的一個或多個。如圖3所示，制氫組件12還可包括其內定位有熱傳遞主體140的保護殼或殼體 150。保護殼150可另外地或選擇性地稱為外部殼體。殼150可由金屬和/或非金屬材料 形成並且可界定氣密外罩，該氣密外罩包括用於流體進入殼和從殼移出的一個或多個界定 的入口和出口 152。例如，該殼可包括排氣口 154，至少燃燒排氣和/或任何洩露的氣體可 通過該排氣口 1 從殼移走。殼可包括絕緣體156，該絕緣體156位於殼的壁內和/或位於 殼的內壁與主體的外部之間。殼150可以是加壓的或不加壓的。當加壓時，其可被加壓以 給主體提供支撐，例如通過被加壓至制氫區域的壓力的0. 01倍到2倍、3倍、5倍或10倍的 範圍內的壓力。以下情況在本公開內容的範圍內，即包括低於這些說明性的範圍、在這些說 明性的範圍內、或在這些說明性的範圍以上的壓力的其它壓力可以被使用，而不脫離本公 開內容的範圍。圖4稍微省略地示意性地說明根據本公開內容的制氫組件12的說明性的、非排他 的實例，制氫組件12包括熱傳遞主體140和兩個端蓋歧管141，熱傳遞主體140包括整體 式主體143。更具體地，圖4對截面的整體式主體143、連同界定在其內的各種區域、連同兩 個端蓋歧管和穿過整體式主體與端蓋歧管的流體流動路徑或管道進行示意性地說明。如所說明的，整體式主體143可界定重整管道210和燃燒器管道212，每一個延伸通過整體式主 體。重整管道210可描述成界定或包括制氫區域19，而燃燒器管道212可描述成界定或包 括制氫組件12的燃燒器62。整體式主體143還可界定通向重整管道的進料入口 214，其用於接收進料流16進 入重整管道；和來自重整管道的重整產品出口 216，其用於傳輸制氫區域下遊的重整產品 氣流20，相關的流動在圖4中通過虛線闡明。整體式主體143還可界定通向燃燒器管道的 燃料-空氣入口 218，其用於接收燃料-空氣流64進入燃燒器管道；和來自燃燒器管道的 排氣出口 220，其用於傳輸來自燃燒器管道的排氣流66。重整催化劑23布置在重整管道中，並且配置成催化在重整溫度範圍內經過吸熱 反應由進料流16產生重整產品氣流20。在圖4中，燃料-空氣混合結構204顯示為布置 在燃燒器管道中，並且配置成支持燃料-空氣流在燃燒器管道的燃燒區域內燃燒，燃燒區 域通常鄰近於燃料-空氣入口 218。如這裡所討論的，並且如圖4中示意性地說明的，燃 料-空氣混合結構204可在燃燒器管道中以不同的配置而布置。例如，如燃燒器管道的左 邊可選擇的說明部分中的實線所說明的，燃料-空氣混合結構可延伸燃燒器管道的大部分 長度。另外地或選擇性地，如燃燒器管道的右邊可選擇的說明部分中的實線所說明的，燃 料-空氣混合結構可僅鄰近排氣出口延伸。另外地或選擇性地，如燃燒器管道的左邊可選 擇的說明部分中的虛線連同實線所說明的，燃料-空氣混合結構可延伸燃燒器管道的整個 長度，或從燃料-空氣入口延伸至排氣出口。另外地或選擇性地，如燃燒器管道的右邊可選 擇的說明部分中的虛線所說明的，燃料-空氣混合結構可通常鄰近燃料-空氣入口延伸。其 它配置也在本公開內容的範圍內，並且圖4預期示意性地說明燃料-空氣混合結構的配置 的說明性的、非排他和非窮舉性的實例，燃料-空氣混合結構可布置在根據本公開內容的 整體式主體的燃燒器管道內。在空氣-燃料混合區外，燃燒器室可包括一個或多個被動式混合元件，以增強從 燃燒排氣至重整區域和/或蒸發區域的吸熱反應區域的對流熱輸送。合適的被動式混合元 件的說明性的、非排他的實例包括非流線型體、湍流器、葉片、風扇、障礙物及類似物。當混 合元件存在時，它可由抗氧化材料或具有抗氧化塗層的材料形成。在圖4中所示的說明性的、非排他的實例中，燃燒催化劑202布置在燃燒器管道 內，並且被配置成催化經過放熱反應的燃料-空氣流64的點火(ignition)。正如這裡所 討論的，並且如圖4中示意性地說明的，燃燒催化劑202可在燃燒器管道218內以不同的配 置而布置。例如，如實鉛線所示意性地指出的，燃燒催化劑202可布置在燃燒器管道壁222 上，例如在燃燒器管道壁的通常鄰近排氣出口的部分上。另外地或選擇性地，如虛鉛線所示 意性地指出的，燃燒催化劑202可布置在整個燃燒器管道壁上和/或布置在燃料-空氣混 合結構的一部分或全部上。因此，整體式主體143可被構造成，將由燃料-空氣流在燃燒器管道的燃燒區域內 燃燒的放熱反應產生的熱量從燃燒器管道傳導至重整管道，以使重整催化劑維持在重整溫 度範圍內。在某些實施方式中，如圖4中實線所說明的，熱傳遞主體140和/或其整體式主體 可包括重整器管道和燃燒器管道，經由第一端蓋歧管141將燃料-空氣流64傳輸至燃燒器 管道並且將進料流16傳輸至重整器管道。燃料-空氣流和進料流的流動因而可為並流，並且相應的重整產品氣流和排氣流可通過第二端蓋歧管141離開熱傳遞主體。另外地或選擇 性地，類似地配置的熱傳遞主體可利用逆流的流體流動，其中通過第一端蓋歧管，燃料-空 氣流進入整體式主體並且重整產品氣流離開整體式主體；且其中通過第二端蓋歧管，排氣 流離開整體式主體並且進料流進入整體式主體。另外地或選擇性地，重整管道和燃燒器管 道中的一個或兩個可包括延伸整體式主體長度的多於一個部分，且相應的部分通過端蓋歧 管流體地結合。如圖4中虛線所說明的，熱傳遞主體140和/或其整體式主體143還可以(但不 是必須)界定蒸發器管道224，蒸發器管道2M界定或包括蒸發區域69，並且蒸發器管道 2M鄰近燃燒器管道而延伸穿過整體式主體。在這樣的實施方式中，整體式主體還界定通向 蒸發器管道的蒸發器入口 226，其用於接收進料流16進入蒸發器管道；和蒸發器出口 228， 其用於通過端蓋歧管將進料流傳輸至重整管道。因此，在這樣的實施方式中，穿過蒸發器管 道的流體流動和穿過重整管道的流體流動中的一種流體流動，可與穿過燃燒器管道的流體 流動為並流，而穿過蒸發器管道的流體流動和穿過重整管道的流體流動中的另一種流體流 動，與穿過燃燒器管道的流體流動為逆流。作為說明性的、非排他的實例，圖4中以點劃線 說明，穿過蒸發器管道224的流體流動與穿過燃燒器穿過端蓋歧管且然後穿過重整器管道 210的流體流動為並流，與穿過燃燒器的流體流動為逆流。另外地或選擇性地，與上述討論 的重整器管道和燃燒器管道相類似，蒸發器管道可包括延伸整體式主體長度的多於一個部 分，且相應的部分通過端蓋歧管流體地結合。還如圖4中虛線所說明的，整體式主體143還可以(但不是必須)界定一個或多 個排氣管道230，該排氣管道230鄰近重整器管道和蒸發器管道(當存在時)中的一個或 兩個而延伸穿過整體式主體。當存在時，一個或多個排氣管道與來自燃燒器管道的排氣出 口 220流體連通。在這樣的實施方式中，整體式主體還可界定通向排氣管道的熱排氣入口 232，其用於從燃燒器管道並且經由端蓋歧管而接收排氣流66;和來自排氣管道的冷排氣 出口 234，其用於傳輸來自整體式主體的排氣流，例如通過端蓋歧管。因此，根據本公開內 容的整體式主體143可構造成，將熱量從一個或多個排氣管道中的排氣流傳導至重整管道 以維持重整催化劑在重整溫度範圍內，和/或傳導至蒸發器管道以蒸發進料流16的液體部 分。圖4中說明的整體式主體143的說明性的、非排他的實例，可描述成界定縱向延伸 穿過整體式主體的管道和/或彼此平行的管道。另外地或選擇性地，重整器管道和可選擇 的蒸發器管道可以相對於燃燒器管道成同軸的模式縱向延伸穿過整體式主體。例如，燃燒 器管道可沿具有重整器管道或其部分以及可選擇的蒸發器管道或其部分的整體式主體的 中心縱軸延伸，重整器管道或其部分以及可選擇的蒸發器管道或其部分縱向延伸穿過整體 式主體並且與燃燒器管道徑向間隔開。其它的配置也在本公開內容的範圍內。燃燒器管道、重整器管道和蒸發器管道中的一個或多個可內襯有或塗覆有任何合 適的材料，例如以提高整體式主體的耐用性。另外地或選擇性地，制氫區域、燃燒器和蒸發 區域中的一個或多個可構造成，定位在整體式主體的相應管道內的插入物。這些配置中沒 有一個是根據本公開內容的制氫組件12所必需的，但是它們在圖4中以MO以虛線共同地 和示意性地說明。圖5-8示意性地說明根據本公開內容的整體式主體143的說明性的、非排他的實例的截面，每個表現形式包括沿相應的整體式主體的中心縱軸延伸的燃燒器管道212。與燃 燒器管道徑向間隔開的管道可為重整器管道、重整器管道的一部分、蒸發器管道、蒸發器管 道的一部分以及組合的重整器和蒸發器管道中的一個或多個。因此，在圖5-8中，管道共同 地表示為管道144。圖5-8的整體式主體分別包括一到四個管道144，管道144與相應的中 心燃燒器管道212分離並且不同。因此，作為說明性的、非排他的實例，參考圖5，所說明的 整體式主體可界定與中心燃燒器管道徑向間隔開的單個重整器管道。整體式主體的這種配 置可以不包括蒸發器管道，或選擇性地，圖5的所說明的管道144可界定組合的蒸發器和重 整器管道，因為所說明的管道的一部分包括蒸發區域，而該管道的另一部分包括制氫區域。作為另一個說明性的、非排他的實例，參考圖6，所說明的整體式主體可界定與中 心燃燒器管道徑向間隔開的第一重整器管道部分和第二重整器管道部分。選擇性地，所說 明的整體式主體可界定蒸發器管道和重整器管道。另外地或選擇性地，所說明的管道144 中的一個可界定組合的蒸發器和重整器管道。圖7和圖8分別說明了界定與中心燃燒器管 道徑向間隔開的三個和四個管道144的整體式主體，且管道144界定重整器管道、重整器管 道的一部分、蒸發器管道、蒸發器管道的一部分以及組合的蒸發器和重整器管道中的一個 或多個。其它的配置也在本公開內容的範圍內，並且整體式主體143不局限於包括除燃燒 器管道之外的一個到四個管道或管道部分144。此外，且如這裡所討論的，端蓋或端板可連 接到整體式主體上，並且可界定使管道144中的兩個或更多個相互連接的流體流動通道和 /或歧管。現轉向圖9-16，根據本公開內容的制氫組件12及其各種零部件的說明性的、非排 他的實例被說明。在適當情況下，來自圖1-8的示意性說明的參考數字用於標記根據本公 開內容的制氫組件12的相應部件。然而，圖9-16的實例是非排他的，並且並非將本公開內 容限制於所說明的實施方式。也就是說，既不是將制氫組件也不是將其各種零部件限制在 圖9-16中所公開和說明的具體的實施方式中；並且，根據本公開內容的制氫組件可併入關 於圖9-16和圖1-8的實施方式來說明和描述的任何數量的不同方面、配置、特性、性質等以 及其變體，且不要求包括所有的這些方面、配置、特性、性質等。為了簡潔的目的，每一個先 前討論的零部件或其變體，關於圖9-16可不再討論；然而，以下情況在本公開內容的範圍 內，即先前討論的特徵、材料、變體等，可與圖9-16所說明的實施方式一起利用。類似地，以 下情況在本公開內容的範圍內，即圖9-16中所說明的所有零部件及其部分，並非是根據本 公開內容的所有實施方式所必需的。下述說明性的、非排他的實例將討論根據本公開內容的制氫組件12，其用於通 過甲醇和水的蒸汽重整反應來製造氫氣，以提供足夠的氫氣來滿足250瓦的質子交換膜 (PEM，或固體聚合物)燃料電池堆的氫需求。然而，以下情況在本公開內容的範圍內，即燃 料加工組件可用於提供更大量的氫氣，利用不同的制氫反應，和/或與其它形式的燃料電 池堆或具有氫氣需求的其它裝置一起使用。類似地，這裡描述的制氫組件可用於需要放熱 的熱源的吸熱反應，這在本公開內容的範圍內。此外，下述討論將描述由鋁形成的熱傳遞主 體140，但是如果適當的話，可以利用上述討論材料中的任一種，這在本公開內容的範圍內。根據本公開內容的帶有熱傳遞主體140的制氫組件12的說明性的、非排他的實例 在圖9示出，且通常以300指出。如所說明的，熱傳遞主體包括可通過鋁擠壓形成的整體式 主體143。整體式主體143包括中心燃燒器室或中心燃燒器管道212和四個側室或側管道144。因此，制氫組件300可被描述成具有整體式主體的制氫組件的實例，且整體式主體的 截面大體上對應於圖8中說明的截面。還可稱為反應物的原料被引入其中一個側室，如進 料流16所指出，該側室可作為液態組分(如甲醇水混合物)的蒸發區域69或作為氣態組 分的預熱室。儘管不要求所有的實施方式都如此，但以下情況在本公開內容的範圍內，即該 室(和/或任何其它蒸發區域69)可填充有或以其他方式容納微粒或其它合適的熱傳導物 質，以提高熱傳遞。合適的熱傳導物質的說明性的、非排他的實例包括鋼絲粒(wire cut)、 小球、擠出物和珠。這種可選擇的熱傳導物質在圖1-2和圖9中以169示意性地說明。當存在於這樣的室或其它蒸發區域時，這種熱傳導物質可由任何合適的熱傳導金 屬或其它材料形成，並且熱傳導物質可由與熱傳遞主體140和/或整體式主體143同樣的 材料形成，這在本公開內容的範圍內。合適材料的說明性的、非排他的實例包括鋁、不鏽鋼 和陶瓷。熱傳導物質應該允許流體流動穿過室或其它蒸發區域，同時還增加該室或蒸發區 域中的熱傳遞。微粒或其它物質可作為成核點用於誘導該室內的原料的平穩沸騰，和/或 抑制局部過熱和失控的(爆發性的、劇烈的或不穩定的)沸騰與蒸發。與如果室(或蒸發 區域)中不存在這種熱傳導物質的情況相比，這可導致該室(或蒸發區域)內較小的或減 小的壓力波動。反應物然後連續地流入其它三個室，該室可容納任何合適形式的蒸汽重整催化劑 23，包括充滿、或至少部分充滿該室的修補基面塗層催化劑和/或固體催化劑。側管道可被 上端蓋歧管和下端蓋歧管141封閉住，該端蓋歧管被設計成在室之間形成管道連接和相互 連接，如這裡所討論的。如以20所指出的，重整產品氣流產生並且離開制氫組件。中心室接收燃料-空氣流64，並且作為燃燒器62，燃燒器62提供用於蒸發和吸熱 的制氫反應所必需的熱量。排氣流66離開熱傳遞主體並且可被排放至周圍環境中或選擇 性地使用在燃料加工系統、燃料電池系統以及類似系統的其它方面，例如來加熱其部件。在 這一實施方式中，氣體可燃物是燃燒器燃料的理想候選物，儘管燃燒器62可另外地或選擇 性地使用液體可燃物作為其燃料。具體地，在燃料加工系統中，理想的燃料是來自氫純化單 元或其它分離組件的副產品流，和/或來自耐受重整產品的PEM燃料電池堆的陽極廢氣。如 這裡所討論的，中心燃燒器管道可填充有燃料-空氣混合結構，以改善燃料和空氣混合以 及通向主體的熱傳遞。選擇性地，中心燃燒器管道可部分或全部為空的，例如當不需要另外 的熱傳遞和/或燃料/空氣混合時，和/或當期望減小燃燒器內的壓降時。根據本公開內容的制氫組件12的另一個說明性的、非排他的實例在圖10-12中 說明，並且通常以400指出。制氫組件400包括熱傳遞主體140，熱傳遞主體140包括整體 式主體143。也就是說，熱傳遞主體140不包括端蓋歧管。制氫組件400的整體式主體採 用矩形鋁塊的形式，該矩形鋁塊可易於機械加工從而允許快速的原型建造或鑄造以用於大 量生產。如圖10中說明的，燃料流59和空氣流61在傳輸至燃燒器管道之前組合，以形成 燃料-空氣流64。如圖11-12中截面所說明的，組件400的整體式主體有兩個側室或側管 道，該側室或側管道包括通過內部的埠而連接的蒸發管道2M和重整器管道210，如圖11 中所見的。為了進一步增強制氫區域的熱傳遞，可選擇的穿孔導熱棒402(例如可由鋁或 其它合適的熱傳導材料形成)可布置在重整器管道中，如圖12所示。棒402在存在時，可 在制氫區域的內部側壁之間延伸，並且可形成為具有足夠的厚度以促進通過制氫區域的傳 導熱傳遞。導熱棒402的合適構造的說明性的、非排他的實例公開在美國專利申請序列號12/182，959中，該專利申請的公開內容在此以引用方式併入。如圖11中虛線所說明，制氫組件400還可以(但不是必須)包括外部殼體150，整 體式主體布置在外部殼體150內。這樣的配置可進一步改善制氫組件的熱效率。如圖11 中所見，當設置有外部殼體時，排氣流66可從燃燒器管道被趕出而穿過形成在外部殼體和 整體式主體之間的通道。外部殼體可包括絕緣材料和/或可由絕緣材料形成，以進一步增 強從排氣流至制氫組件的蒸發區域和重整區域的熱傳遞效率。另外地或選擇性地，如圖12 所示，整體式主體的側面可包括表面零件，例如熱傳遞翅片或類似物，以增加整體式主體和 排氣流之間的接觸面積。另外地或選擇性地，整體式主體的外表面可被陽極化以形成氧化 層以充當絕緣障礙物，減少熱量損失到環境中。根據本公開內容的制氫組件12的熱傳遞主體140的另一個說明性的、非排他的實 例以截面的形式顯示在圖13-14中，且制氫組件通常以500指出。圖13-14所描述的實施 方式包括兩個燃燒器管道22，以進一步改善系統的熱效率。仍如所說明的，整體式主體143 可布置在外部殼體150(顯示於圖14中)中，該外部殼體與整體式主體之間並不是間隔開 的關係，且因此不在整體式主體和外部殼體之間界定排氣通道，不像上述討論的圖11中可 選擇的實施方式那樣。這種配置可通過利用具有絕緣性質的外部殼體來改善制氫組件500 的熱效率。圖15-16還提供了根據本公開內容的制氫組件的整體式主體143的合適的構造的 說明性的、非排他的實例，並且說明了管道144的實例，管道144可包括重整器管道、燃燒器 管道和蒸發器管道中的一個或多個。在許多應用中，期望制氫組件12和/或燃料加工系統10產生含有至少基本純淨 的氫氣的產品氫流14。因此，燃料加工組件可利用固有地產生足夠純淨的氫氣的過程。對於 特定的應用，當輸出流包含足夠純淨的氫氣和/或足夠低濃度的一種或多種非氫組分時， 產品氫流14可直接由輸出流20形成。然而在許多制氫過程中，輸出流20是包含作為大部 分組分的氫氣連同其它氣體的混合的氣流。類似地，在許多的應用中，輸出流20可為基本 上純淨的氫氣，但仍然包含各種濃度的一種或多種非氫組分，該非氫組分在產品氫流預期 被使用的應用中是有害的或否則是不期望的。因此，燃料加工系統10還可以(但不是必須)包括純化區域對，在此從輸出流或 混合的氣流中產生富氫流沈。富氫流沈包含以下中的至少一種比輸出流20濃度高的氫 氣和存在於輸出流中的降低濃度的一種或多種其它氣體或雜質。純化區域M在圖1中示 意性說明，其中輸出流20顯示為傳輸至可選擇的純化區域M。如圖1所示，富氫流沈的至 少一部分形成產品氫流14。因此，富氫流沈和產品氫流14可為相同的流，並且具有相同的 組成和流動速率。然而，以下情況也在本公開內容的範圍內，即富氫流26中某些純化的氫 氣可被儲存以備後用，如儲存於合適的氫氣存儲組件中，經受進一步純化過程和/或由燃 料加工系統消耗(如用作加熱組件的燃料流)。純化區域M可以，但不是必須，產生至少一種副產品流觀。當存在時，副產品流 28可被消耗、送至燃燒器或其它燃燒源、作為加熱的流體流使用、儲存以備後用或以其他方 式使用、儲存或被處理掉。在某些實施方式中，副產品流可傳輸至燃燒器或其它基於燃燒的 加熱組件60以作為燃料流使用，例如用來至少加熱燃料加工組件的制氫區域。在這樣的實 施方式中，當副產品流通過燃燒器或其它加熱組件燃燒時，副產品流可以(但不是必須)有足夠的燃燒值以維持制氫區域在合適的制氫溫度範圍內，這也在本公開內容的範圍內。以下情況在本公開內容的範圍內，即響應於輸出流20傳輸到純化區域，或間歇 地，例如在分批過程中或當輸出流的副產品部分至少暫時地保留在純化區域時，副產品流 28可作為連續流從純化區域射出。當純化區域M產生副產品流觀時，純化區域可另外地 或選擇性地被稱為分離區域，因為該區域將(混合氣)輸出流20分離成富氫流沈和副產 品流觀。純化區域，當其存在時，可形成制氫組件12的一部分，或可與制氫組件12流體連 通，例如以從制氫組件12接收輸出流。純化區域M包括任何合適的裝置或裝置的組合，該裝置或裝置的組合適於降低 輸出流20的至少一種組分的濃度。在大部分應用中，富氫流沈比輸出流或混合的氣流20 具有更高的氫氣濃度。然而，以下情況也在本公開內容的範圍內，即富氫流具有降低濃度的 存在於輸出流20中的一種或多種非氫組分，還具有與輸出流相同的氫的總濃度或甚至減 小的氫的總濃度。例如，在可使用產品氫流14的某些應用中，某些雜質或非氫組分比其它 的危害更大。作為具體的實例，在許多常規的燃料電池系統(如質子交換膜燃料電池系統) 中，如果一氧化碳以甚至百萬分之幾存在，一氧化碳也可損壞燃料電池堆；然而可存在於流 20中的其它非氫組分如水，即使以高得多的濃度存在，也不會損壞所述堆。因此，在這樣的 應用中，對於產品氫流，合適的純化區域可能不會增加氫的總濃度，但是它將降低對所期望 的應用有害或潛在有害的非氫組分的濃度。用於純化區域M的合適裝置的說明性的、非排他的實例包括一個或多個氫選擇 性膜 30、化學的一氧化碳去除組件(chemical carbon monoxide removal assembly) 32 禾口 變壓吸附系統38。以下情況在本公開內容的範圍，即純化區域對可包括多於一種類型的純 化裝置，而且這些純化裝置可具有相同的或不同的結構，和/或通過相同的或不同的機制 操作。正如討論的，制氫燃料加工系統10可包括至少一個節流孔板或其它限流器，該節流 孔板或其它限流器在至少一個純化區域的下遊，例如，與產品氫流、富氫流和/或副產品流 中的一種或多種聯接。氫選擇性膜30對於氫氣是可滲透的，但對於輸出流20的其它組分，如果不是完全 地，至少基本上是不可滲透的。膜30可由適合用於純化區域M操作的操作環境和操作參數 的任何氫可滲透的材料形成。膜30的合適材料的實例包括鈀和鈀合金，且尤其是這樣的金 屬和金屬合金的薄膜。鈀合金已經證實特別有效，尤其是帶有35wt%至45wt%的銅的鈀。 含有大約40wt%銅的鈀銅合金已經證實特別有效，儘管在本公開內容範圍內可使用其它相 關的濃度和組分。氫選擇性膜通常非常薄，例如大約0. 001英寸厚度的薄箔。然而，以下情況在本公 開內容的範圍內，即膜可由其它氫可滲透的和/或氫選擇性的材料形成，這樣的材料包括 不同於上述所討論的那些金屬和金屬合金，以及非金屬的材料和組合物，並且膜的厚度可 大於或小於上述討論的厚度。例如，膜可製得更薄，氫氣通量隨之成比例地增加。減小膜的 厚度的合適機制的實例包括軋制、噴鍍和蝕刻。多種膜、膜配置以及製備膜的方法的實例公 開在美國專利第6，221，117,6, 319，306和6，537，352號中，其完整的公開內容在此通過引 用方式併入。化學的一氧化碳去除組件32是這樣的裝置，所述裝置使輸出流20中的一氧化碳 和/或其它不期望的組分(如果存在於輸出流20中)發生化學反應，以形成不是那樣潛在有害的其它組分。化學的一氧化碳去除組件的實例包括水煤氣變換反應器和將一氧化碳轉 化為二氧化碳的其它裝置，以及將一氧化碳和氫轉化成甲烷和水的甲烷化催化劑床。以下 情況在本公開內容的範圍內，即燃料加工系統10可包括多於一種類型和/或數量的化學去 除組件32。此外，化學去除組件可定位在或以其他方式包括在主體140的一個或多個室中， 主體140的一個或多個室與上遊過程和下遊過程流體連通。變壓吸附(PSA)是一個化學過程，其中基於某些氣體在適當的溫度和壓力條件下 會比其它氣體更強地被吸附在吸附材料上的原理，氣態雜質從輸出流20中被移除。通常， 被吸附並且從輸出流20中被移除的是雜質。利用PSA來氫氣純化的成功，是因為普通的雜 質氣體(例如一氧化碳、二氧化碳、包括甲烷的烴以及氮氣)在吸附材料上相對強的吸附。 氫氣僅非常弱地吸附，且因此氫氣穿過吸附床，而雜質保留在吸附材料上。諸如氨氣、硫化 氫和水的雜質氣體非常強地吸附在吸附材料上，並且和其它雜質一起從流20中被移除。如 果吸附材料將被再生，並且這些雜質存在於流20中，那麼純化區域M優選包括適於在流20 傳輸至吸附材料之前移除這些雜質的合適裝置，因為使這些雜質解除吸附更困難。雜質氣體的吸附發生在高壓下。當壓力減小時，雜質從吸附材料中解除吸附，從而 再生吸附材料。通常，PSA是一個循環過程並且需要至少兩個床以連續(與分批相反)操 作。可用於吸附床的合適的吸附材料的實例是活性炭和沸石，尤其是5 A (5埃)的沸石。 吸附材料通常以小球、粒料或擠出物形式存在，並且放置在圓柱形壓力容器中，該壓力容器 使用常規的填充床配置。還可使用其它合適的吸附材料組合物、形式和配置。PSA系統38也提供有用於純化區域M的裝置實例，副產品或移除的組分在該裝置 內並未與輸出流的純化同時發生地作為氣流直接從純化區域排出。相反，這些副產品組分 在吸附材料再生時被移除，或以其他方式從純化區域移除。在圖1中，純化區域M顯示在制氫組件12的下遊。以下情況在公開內容的範圍 內，即當存在時，區域M可選擇性地形成制氫組件12的一部分，如圖1中虛線所示意性地 說明的。在這樣的實施方式中，分離區域可與封裝在熱傳遞主體140內的燃料加工組件的 其它部件一起，熱集成於熱傳遞主體140內。以下情況也在本公開內容的範圍內，即純化區 域M可包括制氫組件12內部的和外部的部分。在適於製造將被用作燃料電池堆的進料流或燃料流的產品氫流的制氫組件、或燃 料加工系統的上下文中，燃料加工組件可適於產生基本純淨的氫氣或甚至純的氫氣。為了 本公開內容的目的，基本上純淨的氫氣是指大於90%純度的氫氣，且可以是大於95%純度 的、大於99%純度的且甚至大於99. 5%純度的氫氣。用於製造至少基本上純淨的氫氣流 的燃料加工組件和燃料加工系統的部件和配置的說明性的、非排他的實例，公開在美國專 利第 6，319，306,6, 221，117,5, 997，594,5, 861，137 號和美國專利公布第 2001/0045061、 2003/0192251,2003/0223926,2006/0090397 和 2007/0062116 號中。上述專利和專利申請 的完整公開內容在此以引用方式併入。如所討論的，產品氫流14可被用於各種應用中，包括其中使用高純度氫氣的應 用。這樣的應用的實例是作為燃料電池堆的燃料流或進料流。燃料電池堆是一種裝置，該 裝置自質子源如氫氣和氧化劑源如氧氣產生電位。因此，燃料電池堆可適合於接收產品氫 流14的至少一部分和氧氣流(通常作為空氣流被傳輸)，並可適於由其產生電流。這在圖 17中示意性說明，在該圖中，燃料電池堆以40指出，並且產生以41示意性說明的電流或電輸出。在這樣的配置中，燃料加工組件或燃料加工系統結合至燃料電池堆，由此產生的系統 可稱為燃料電池系統42，因為它包括燃料電池堆和用於燃料電池堆的燃料源。以下情況在 本公開內容的範圍內，即根據本公開內容的燃料加工組件、原料傳輸系統和加熱組件，可用 於不包括燃料電池堆的應用中。燃料電池堆40含有至少一個且通常為多個的燃料電池44，燃料電池44適合於從 諸如空氣、富氧空氣或氧氣的氧化劑和被傳輸至燃料電池44的產品氫流14的一部分製造 電流。燃料電池堆通常包括在普通端板48之間接合在一起的多個燃料電池，該端板48含 有流體傳輸/移出管道，儘管這種構造並不是所有實施方式所必需的。合適的燃料電池的 實例包括質子交換膜(PEM)燃料電池和鹼性燃料電池。其它的燃料電池包括固體氧化物燃 料電池、磷酸燃料電池和熔融碳酸鹽燃料電池。由堆40產生的電流或電輸出可用於滿足至少一個相關的能耗裝置46的能量需求 或外加的負荷。能耗裝置46的說明性實例包括但不應當限於機動車、休閒車、建築車輛或 工業車輛、小船或其它小型出海船舶、工具、燈組件或照明組件、器具(例如家用的或其它 器具)、家用住房或其它寓所、辦公室或其它商業機構、電腦、信號或通訊設備、蓄電池充電 器等。類似地，燃料電池堆40可用於滿足燃料電池系統42的動力需求，其可稱為燃料電池 系統的輔助設備(balance-of-plant)動力需求。應理解，裝置46在圖17中為示意性說明， 並意圖表示適合於從燃料電池系統提取電流的一個或多個裝置、或裝置的集合。燃料電池堆40可接收所有的產品氫流14。部分或全部的流14可另外地或選擇性 地由合適的管道傳輸以用於另一個耗氫過程；用作燃料或用於供熱而燃燒；或儲存以備後 用。作為說明性的實例，可選擇的氫存儲裝置50如圖17所示。根據本公開內容的燃料加 工和/或燃料電池系統可以(但不是必須)包括至少一個氫存儲裝置。裝置50適合於存 儲至少部分的產品氫流14。例如，當堆40對氫氣的需求少於燃料加工組件12的氫氣輸出 時，超出的氫氣就可被存儲在裝置50中。合適的氫存儲裝置的說明性的實例包括氫化物床 和加壓罐。儘管不要求，但是包括存儲的氫氣供給的燃料加工系統10或燃料電池系統42 的益處在於，在燃料加工組件12不能滿足堆40的氫氣要求或使用流14的其它應用的氫氣 要求的情況下，這種供給可用以滿足這些氫氣需求。這些情況的實例包括當燃料加工組件 從冷態或去激活狀態啟動時、從空載狀態逐漸加載(被加熱和/或加壓)時、為維護和維修 而停機時、以及當燃料電池堆或應用需要比由燃料加工組件可獲得的最大產量還要大的氫 氣流速時。另外地或選擇性地，存儲的氫氣也可被用作可燃的燃料流，以加熱燃料加工系統 或燃料電池系統。與燃料電池堆不直接聯接的燃料加工系統仍然可包括至少一個氫存儲裝 置，由此使來自這些燃料加工系統的產品氫流也被儲存以備後用。燃料電池系統42還可包括至少一個電池組52或其它合適的儲能或儲電裝置，該 裝置適合於儲存由堆40產生的電位或功率輸出。當電池組存在時，電池組可用以給用於加 熱整體式主體的電加熱器供電，如這裡所討論的。例如，根據本公開內容的燃料系統可配 置成與電池組一起給電加熱器供電，以響應於主電源變得無法給能耗裝置和/或電加熱器 供電。可使用的其它儲能裝置的說明性的、非排他的實例包括飛輪和電容器，如超級電容器 (ultracapacitor)或超級電容器(supercapacitor)。與上述關於過量氫氣的討論類似，燃 料電池堆40可產生超過滿足由裝置46施加或外加的負荷所需要的功率輸出的功率輸出， 該負荷包括給燃料電池系統42供電所需要的負荷。更進一步地類似於上述關於過量氫氣的討論，這種過量的功率輸出可用在燃料電池系統之外的其他應用上，和/或由燃料電池 系統儲存以備後用。例如，電池組或其它存儲裝置可提供系統42在啟動過程中所使用的電 力，或提供其中系統不產生電和/或氫氣的其它應用所使用的電力。在圖17中，流量調節 結構一般以M指出，並且示意地表示任何合適的歧管、閥、控制器、開關和類似物，用於選 擇性地將氫和燃料電池堆的功率輸出分別傳輸至裝置50和電池組52中，並且將存儲的氫 氣和存儲的功率輸出從裝置50和電池組52取出。根據本公開內容的燃料電池系統可作為備用電源系統使用。利用燃料電池堆的備 用電源系統的實例在美國專利申請序列號61/186，732中公開，該專利申請的完整的公開 內容在此以引用方式併入。下面列舉的段落展示出，根據本公開內容描述發明的說明性的、非排他的方式。根 據本公開內容描述發明的其它方式也在本公開內容的範圍內。Al—種制氫組件，包括熱傳導主體，該熱傳導主體具有一長度並且界定重整管道，該重整管道延伸穿過熱傳導主體；通向重整管道的進料入口，用於接收進料流進入重整管道；來自重整管道的重整產品出口，用於傳輸來自重整管道的含有氫氣的重整產品氣 流；燃燒器管道，該燃燒器管道延伸穿過熱傳導主體並且鄰近重整管道；通向燃燒器管道的燃料-空氣入口，用於接收燃料-空氣流進入燃燒器管道；和來自燃燒器管道的排氣出口，用於傳輸來自燃燒器管道的排氣流；重整催化劑，該重整催化劑布置在重整管道中，並且配置成催化在重整溫度範圍 內經過吸熱反應由進料流產生重整產品氣流；燃燒催化劑，該燃燒催化劑布置在燃燒器管道中，並且配置成催化經過放熱反應 的燃料-空氣流的點火；以及燃料-空氣混合結構，該燃料-空氣混合結構布置在燃燒器管道中，並且配置成支 持燃料-空氣流在燃燒器管道的鄰近於燃料-空氣入口的燃燒區域內燃燒；其中，熱傳導主體構造成，將由燃料-空氣流在燃燒器管道中燃燒的放熱反應產 生的熱量從燃燒器管道傳導至重整管道，以使重整催化劑維持在重整溫度範圍內。A2段落Al的制氫組件，其中，重整管道和燃燒器管道縱向延伸穿過熱傳導主體。A3段落A1-A2中任一個的制氫組件，其中，重整管道基本平行於燃燒器管道延伸。A4段落A1-A3中任一個的制氫組件，其中，燃燒區域僅延伸小於熱傳導主體的長 度的一半。A5段落A1-A4中任一個的制氫組件，其中，燃料-空氣混合結構進一步配置成將燃 料-空氣流的點火由燃燒催化劑向燃料-空氣入口傳播。A6段落A1-A5中任一個的制氫組件，其中，燃料-空氣混合結構在燃燒催化劑與燃 燒區域之間延伸。A7段落A1-A6中任一個的制氫組件，其中，燃料-空氣混合結構在燃燒催化劑與燃 料-空氣入口之間延伸。A8段落A1-A5中任一個的制氫組件，其中，燃料-空氣混合結構鄰近排氣出口和鄰近燃料-空氣入口延伸。A9段落A1-A5中任一個的制氫組件，其中，燃料-空氣混合結構從鄰近排氣出口延 伸至鄰近燃料-空氣入口。AlO段落A9的制氫組件，其中，燃燒催化劑布置在燃料_空氣混合結構的鄰近排氣 出口的部分上。All段落A9的制氫組件，其中燃燒催化劑僅布置在燃料-空氣混合結構的鄰近排 氣出口的部分上，其中該部分延伸小於熱傳導主體的長度的八分之一。A12段落A9的制氫組件，其中燃燒催化劑僅布置在燃料_空氣混合結構的鄰近排 氣出口的部分上，其中該部分延伸小於熱傳導主體的長度的四分之一。A13段落A1-A8中任一個的制氫組件，其中，燃燒催化劑布置在燃燒器管道的間隔 開的區域中。A14段落A1-A13中任一個的制氫組件，其中，燃料-空氣混合結構配置成支持燃 料-空氣流在燃燒器管道的燃燒區域內無焰燃燒。A15段落A1-A14中任一個的制氫組件，其中，燃料-空氣混合結構包括多孔介質。A16段落A1-A15中任一個的制氫組件，其中，多孔介質包括陶瓷材料。A17段落A1-A16中任一個的制氫組件，其中，多孔介質包括金屬材料。A18段落A1-A17中任一個的制氫組件，其中，多孔介質包括包裝顆粒。A19段落A1-A18中任一個的制氫組件，其中，多孔介質包括纖維束。A20段落A1-A19中任一個的制氫組件，其中，多孔介質包括泡沫材料。A21段落A1-A20中任一個的制氫組件，其中，燃料-空氣混合結構僅延伸穿過燃燒 區域。A22段落A1-A21中任一個的制氫組件，其中，燃燒催化劑布置在鄰近排氣出口的 燃燒器管道內。A23段落A1-A22中任一個的制氫組件，其中燃燒器管道由燃燒器管道壁界定，並 且其中燃燒催化劑僅布置在燃燒器管道壁的鄰近排氣出口的部分上。AM段落A23的制氫組件，其中，燃燒器管道壁的部分延伸小於熱傳導主體的長度 的八分之一。A25段落A23的制氫組件，其中，燃燒器管道壁的部分延伸小於熱傳導主體的長度 的四分之一。A26段落A1-A22中任一個的制氫組件，其中，燃燒催化劑布置在燃料_空氣混合結 構上。A27段落A26的制氫組件，其中，燃燒催化劑布置在燃料_空氣混合結構的間隔開 的區域上。A28段落A1-A27中任一個的制氫組件，其中，熱傳導主體進一步界定排氣管道，該排氣管道延伸穿過熱傳導主體並且鄰近重整管道，其中，排氣管道與 來自燃燒器管道的排氣出口流體連通；通向排氣管道的熱排氣入口，用於接收來自燃燒器管道的排氣流；和來自排氣管道的冷排氣出口，用於傳輸來自排氣管道的排氣流；以及
其中，熱傳導主體構造成，將來自排氣管道中的排氣流的熱量傳導至重整管道，以 使重整催化劑維持在重整溫度範圍內。A^段落A28的制氫組件，其中，重整器管道和排氣管道以相對於燃燒器管道成同 軸的模式而縱向延伸穿過熱傳導主體。A30段落Al-A^中任一個的制氫組件，進一步包括外部殼體；其中熱傳導主體以相對於外部殼體成間隔開的關係而至少部分地布置在外部殼 體內，以在熱傳導主體與外部殼體之間界定排氣管道，其中排氣管道與排氣出口流體連通， 排氣出口用於接收來自燃燒器管道的排氣流；和其中，熱傳導主體構造成，將來自排氣管道中的排氣流的熱量傳導至重整管道，以 使重整催化劑維持在重整溫度範圍內。A31段落A1-A30中任一個的制氫組件，進一步包括端蓋歧管；其中，熱傳導主體進一步界定蒸發器管道，該蒸發器管道縱向延伸穿過熱傳導主體並且鄰近燃燒器管道，其中， 蒸發器管道與重整管道經由端蓋歧管流體連通；通向蒸發器管道的蒸發器入口，用於從進料源接收進料流進入蒸發器管道；和來自蒸發器管道的蒸發器出口，用於經端蓋歧管而將進料流傳輸至重整管道；以 及其中，熱傳導主體構造成，將由燃料-空氣流在燃燒器管道中燃燒的放熱反應產 生的熱量從燃燒器管道傳導至蒸發器管道，以蒸發進料流的液體部分。A32段落A1-A31中任一個的制氫組件，進一步包括電阻加熱器，該電阻加熱器相對於熱傳導主體而定位，以加熱熱傳導主體。A33段落A32的制氫組件，其中，熱傳導主體構造成將熱量從電阻加熱器傳導至重 整管道，以加熱重整催化劑至重整溫度範圍內。A34段落A33的制氫組件，其中，制氫組件配置成響應於燃料-空氣流在燃燒器 管道中的燃燒產生足以使重整催化劑維持在重整溫度範圍內的熱量，而使電阻加熱器去激 活。A35段落A33的制氫組件，其中，制氫組件配置成在預定的一段時間之後使電阻加 熱器去激活。A36段落A32-A35中任一個的制氫組件，其中，熱傳導主體構造成將熱量從電阻加 熱器傳導至燃燒器管道，以加熱燃料-空氣混合結構至點火溫度，在該點火溫度下燃燒催 化劑催化燃料-空氣流的點火。A37段落A32-A36中任一個的制氫組件，其中，電阻加熱器至少部分地環繞熱傳導主體。A38段落A32-A37中任一個的制氫組件，其中，熱傳導主體進一步界定加熱器管 道；和其中，電阻加熱器至少部分地定位在加熱器管道中。A39段落A1-A38中任一個的制氫組件，其中，熱傳導主體至少部分地由擠壓、機械加工、鑄造、衝壓、銅焊、燒結及焊接中的一種形成。A40段落A1-A39中任一個的制氫組件，其中，熱傳導主體由鋁、鋁合金、銅及銅合 金中的至少一種構造成。A41段落A1-A40中任一個的制氫組件，其中，熱傳導主體不是由鋼構造成。A42段落A1-A41中任一個的制氫組件，其中，熱傳導主體的熱導率為比鋼的熱導 率大至少50%、至少100%、至少200%、至少400%、至少800%及至少1，600%中的一個。A43段落A1-A42中任一個的制氫組件，其中，燃燒器管道沿著熱傳導主體的中心 縱軸延伸，並且重整器管道與燃燒器管道徑向間隔開。A44段落A43的制氫組件，進一步包括至少一個端蓋歧管；其中，重整器管道由以下界定第一重整器管道部分，該第一重整器管道部分延伸熱傳導主體的長度；和第二重整器管道部分，該第二重整器管道部分延伸熱傳導主體的長度，並且經由 至少一個端蓋歧管而與第一重整器管道部分流體連通。A45段落A43的制氫組件，進一步包括至少一個端蓋歧管；其中，熱傳導主體進一步界定蒸發器管道，該蒸發器管道縱向延伸穿過熱傳導主體並鄰近燃燒器管道，並且與 燃燒器管道徑向間隔開，其中，蒸發器管道與重整管道經由至少一個端蓋歧管流體連通；通向蒸發器管道的蒸發器入口，用於從進料源接收進料流進入蒸發器管道；和離開蒸發器管道的蒸發器出口，用於經由至少一個端蓋歧管而將進料流傳輸至重 整管道；以及其中，熱傳導主體構造成，將由燃料-空氣流在燃燒器管道中燃燒的放熱反應產 生的熱量從燃燒器管道傳導至蒸發器管道，以蒸發進料流的液體部分。A46段落A45的制氫組件，其中，重整器管道和蒸發器管道以相對於燃燒器管道成 同軸的模式而延伸穿過熱傳導主體。A47段落A44-A46中任一個的制氫組件，其中，至少一個端蓋歧管包括第一端蓋歧管和第二端蓋歧管；其中，第二重整器管道部分延伸熱傳導主體的長度，並且經由第一端蓋歧管而與 第一重整器管道部分流體連通；和其中，重整器管道進一步由第三重整器管道部分界定，該第三重整器管道部分延 伸熱傳導主體的長度，並且經由第二端蓋歧管而與第二重整器管道部分流體連通。A48段落A1-A47中任一個的制氫組件，其中，熱傳導主體沒有外部熱傳遞翅片。A49段落A1-A48中任一個的制氫組件，其中，熱傳導主體由接合在一起的兩個或 更多個部分構造成。A50段落A49的制氫組件，其中，該兩個或更多個部分配置成選擇性地分開。A51段落A49的制氫組件，其中，該兩個或更多個部分不被配置成選擇性地分開。A52段落A1-A51中任一個的制氫組件，其中，重整產品氣流還含有其它氣體，制氫 組件進一步包括
氫純化組件，該氫純化組件流體地結合至用於接收重整產品氣流的重整產品出 口，其中氫純化組件配置成將重整產品氣流分離成滲透物流和副產品流，其中滲透物流具 有比重整產品氣流濃度高的氫氣和比重整產品氣流濃度低的其它氣體中的至少一種，並進 一步地，其中副產品流至少含有其它氣體的大部分。A53段落A52的制氫組件，其中，氫純化組件包括至少一種氫選擇性膜。A54段落A52-A53中任一個的制氫組件，其中，氫純化組件包括變壓吸附組件。A55段落A52-AM中任一個的制氫組件，其中，氫純化組件包括化學的一氧化碳去 除組件。A56段落A1-A55中任一個的制氫組件，其中，熱傳導主體包括整體式主體。A57段落A1-A55中任一個的制氫組件，其中，熱傳導主體為整體式主體。A58 一種使用段落A1-A57中任一個的制氫組件製造氫氣的方法。A59 一種燃料電池系統，包括段落A1-A57中任一個的制氫組件；和燃料電池堆，該燃料電池堆與制氫組件的熱傳導主體的重整產品出口流體連通， 並且配置成由氧化劑和重整產品氣流的氫氣的至少一部分產生電輸出，以給能耗裝置供 H1^ οA60段落A59的燃料電池系統，其中，燃料電池系統配置成給能耗裝置提供備用電 源，以響應於主電源變得不能給能耗裝置供電。A61段落A59的燃料電池系統，進一步包括電阻加熱器，該電阻加熱器由主電源供電，並且相對於熱傳導主體而定位以加熱 熱傳導主體，其中，熱傳導主體構造成將熱量從電阻加熱器傳導至重整管道，以在主電源可 獲得的期間加熱重整催化劑至重整溫度範圍內；其中，燃料電池系統配置成激活將燃料-空氣流傳輸至燃燒器管道，以響應於主 電源變得不能給電阻加熱器供電。A62段落A61的燃料電池系統，其中，電阻加熱器至少部分地環繞熱傳導主體。A63段落A61的燃料電池系統，其中，熱傳導主體進一步界定加熱器管道；和其中，電阻加熱器至少部分地定位在加熱器管道中。A64段落A60的燃料電池系統，進一步包括電池組；以及電阻加熱器，該電阻加熱器可選擇地由電池組供電，並且相對於熱傳導主體而定 位以加熱熱傳導主體，其中，熱傳導主體構造成將熱量從電阻加熱器傳導至重整管道，以加 熱重整催化劑至重整溫度範圍內；其中，燃料電池系統配置成用電池組給電阻加熱器供電，並且激活燃料-空氣流 至燃燒器管道的傳輸，以響應於主電源變得不能給能耗裝置供電。A65 一種使用段落A59-A64中任一個的燃料電池系統產生電輸出的方法。Bl 一種製造氫氣的方法，該方法包括傳輸燃料-空氣流至燃燒器管道，該燃燒器管道延伸穿過具有一長度的熱傳導主 體；
由布置在燃燒器管道中的燃燒催化劑催化燃燒器管道中的燃料-空氣流的點火；支持燃料-空氣流在燃燒器管道的燃燒區域內燃燒，以產生排氣流；傳輸進料流至重整器管道，該重整器管道延伸穿過熱傳導主體並且鄰近燃燒器管 道；將由燃料-空氣流在燃燒器管道中燃燒的放熱反應產生的熱量傳導至重整管道；由重整器管道中的重整催化劑催化由進料流產生含有氫氣的重整產品氣流；以及至少部分地由從燃燒器管道傳導的熱量將重整催化劑維持在重整溫度範圍內。B2段落Bl的方法，其中，重整管道和燃燒器管道縱向延伸穿過熱傳導主體。B3段落B1-B2中任一個的方法，其中，重整管道基本平行於燃燒器管道延伸。B4段落B1-B3中任一個的方法，其中，燃燒區域僅延伸小於燃燒器管道的長度的 一半。B5段落B1-B4中任一個的方法，其中，燃料-空氣混合結構布置在燃燒器管道中， 並且配置成支持燃料-空氣流在燃燒器管道的燃燒區域內燃燒。B6段落B5的方法，其中，燃料-空氣混合結構進一步配置成將燃料_空氣流的點 火由燃燒催化劑向燃料-空氣入口傳播。 B7段落B5-B6中任一個的方法，其中，燃料-空氣混合結構在燃燒催化劑與燃燒區 域之間延伸。B8段落B5-B7中任一個的方法，其中，燃料-空氣混合結構在燃燒催化劑與燃 料-空氣入口之間延伸。B9段落B5-B8中任一個的方法，其中，燃料_空氣混合結構鄰近來自燃燒器管道的 排氣出口和鄰近燃料-空氣入口延伸。BlO段落B9的方法，其中，燃料-空氣混合結構從鄰近排氣出口延伸至鄰近燃 料-空氣入口。Bll段落BlO的方法，其中，燃燒催化劑布置在燃料_空氣混合結構的鄰近排氣出 口的部分上。B12段落BlO的方法，其中燃燒催化劑僅布置在燃料-空氣混合結構的鄰近排氣出 口的部分上，其中該部分延伸小於熱傳導主體的長度的八分之一。B13段落BlO的方法，其中燃燒催化劑僅布置在燃料-空氣混合結構的鄰近排氣出 口的部分上，其中該部分延伸小於熱傳導主體的長度的四分之一。B14段落B5-B9中任一個的方法，其中，燃燒催化劑布置在燃燒器管道的間隔開的 區域中。B15段落B5-B14中任一個的方法，其中，燃料-空氣混合結構配置成支持燃料_空 氣流在燃燒器管道的燃燒區域內無焰燃燒。B16段落B5-B15中任一個的方法，其中，燃料-空氣混合結構包括多孔介質。B17段落B5-B16中任一個的方法，其中，多孔介質包括陶瓷材料。B18段落B5-B17中任一個的方法，其中，多孔介質包括金屬材料。B19段落B5-B18中任一個的方法，其中，多孔介質包括包裝顆粒。B20段落B5-B19中任一個的方法，其中，多孔介質包括纖維束。B21段落B5-B20中任一個的方法，其中，多孔介質包括泡沫材料
B22段落B5-B21中任一個的方法，其中，支持燃燒包括由燃料-空氣混合結構支持 在燃燒器管道的一部分內燃燒，該一部分延伸小於燃燒器管道的長度的一半。B23段落B5-B21中任一個的方法，其中，燃料-空氣混合結構僅延伸穿過燃燒區 域。BM段落B1-B23中任一個的方法，其中，燃燒催化劑布置在鄰近來自燃燒器管道 的排氣出口的燃燒器管道內。B25段落Bl-BM中任一個的方法，其中燃燒器管道由燃燒器管道壁界定，並且其 中燃燒催化劑僅布置在燃燒器管道壁的鄰近來自燃燒器管道的排氣出口的部分上。B^段落B25的方法，其中，該燃燒器管道壁的部分延伸小於燃燒器管道的長度的 八分之一。B27段落B25的方法，其中，該燃燒器管道壁的部分延伸小於燃燒器管道的長度的 四分之一。B28段落B25的方法，其中，燃燒催化劑布置在燃燒器管道壁的間隔開的區域上。B29段落Bl-B^中任一個的方法，進一步包括將排氣流從燃燒器管道傳輸至排氣管道，該排氣管道延伸穿過熱傳導主體並且鄰 近燃燒器管道；和將來自排氣管道中的排氣流的熱量傳導至重整管道。B30段落B29的方法，其中，重整器管道和排氣管道以相對於燃燒器管道成同軸的 模式而縱向延伸穿過熱傳導主體。B31段落Bl-B^中任一個的方法，其中熱傳導主體以相對於外部殼體成間隔開的關係而至少部分地布置在外部殼 體內，以在熱傳導主體與外部殼體之間界定排氣管道，該方法進一步包括將排氣流從燃燒器管道傳輸至排氣管道；和將來自排氣管道中的排氣流的熱量傳導至重整管道。B32段落B1-B31中任一個的方法，進一步包括在傳輸進料流至重整器管道之前，在蒸發器管道內蒸發進料流的液體部分，該蒸 發器管道延伸穿過熱傳導主體並且鄰近燃燒器管道；和將由燃料-空氣流在燃燒器管道中燃燒的放熱反應產生的熱量傳導至蒸發器管 道。B33段落B32的方法，其中，重整器管道和蒸發器管道以相對於燃燒器管道成同軸 的模式而縱向延伸穿過熱傳導主體。B34段落B32-B33中任一個的方法，其中，蒸發器管道經由結合至熱傳導主體的端 蓋歧管與重整器管道流體連通。B35段落B1-B34中任一個的方法，進一步包括在傳輸進料流之前，用電阻加熱器加熱熱傳導主體。B36段落B35的方法，進一步包括將由電阻加熱器產生的熱量傳導至重整管道，並加熱重整催化劑至在重整溫度範 圍內。B37段落B35-B36中任一個的方法，進一步包括
響應於燃料-空氣流在燃燒器管道中的燃燒產生足以使重整催化劑維持在重整 溫度範圍內的熱量，而使電阻加熱器去激活。B38段落B35-B36中任一個的方法，進一步包括在預定的一段時間之後使電阻加熱器去激活。B39段落B25-B38中任一個的方法，進一步包括將由電阻加熱器產生的熱量傳導至燃燒器管道，並且加熱燃燒催化劑至點火溫 度，在該點火溫度下燃燒催化劑催化燃料-空氣流的點火。B40段落B35-B39中任一個的方法，其中，電阻加熱器至少部分地環繞熱傳導主體。B41段落B35-B39中任一個的方法，其中，電阻加熱器至少部分地定位在由熱傳導 主體界定的加熱器管道中。B42段落B1-B41中任一個的方法，其中，熱傳導主體至少部分地由擠壓、機械加 工、鑄造、衝壓、銅焊、燒結及焊接中的一種形成。B43段落B1-B42中任一個的方法，其中，熱傳導主體由鋁、鋁合金、銅及銅合金中 的至少一種構造成。B44段落B1-B43中任一個的方法，其中，熱傳導主體不是由鋼構造成。B45段落B1-B44中任一個的方法，其中，熱傳導主體的熱導率為比鋼的熱導率大 至少50 %、至少100 %、至少200 %、至少400 %、至少800 %及至少1，600 %中的一種。B46段落B1-B45中任一個的方法，其中，燃燒器管道沿著熱傳導主體的中心縱軸 延伸，並且重整器管道與燃燒器管道徑向間隔開。B47段落B46的方法，其中，重整器管道由以下界定第一重整器管道部分，該第一重整器管道部分延伸熱傳導主體的長度；第二重整器管道部分，該第二重整器管道部分延伸熱傳導主體的長度，並且經由 結合至熱傳導主體的端蓋歧管而與第一重整器管道部分流體連通。B48段落B1-B47中任一個的方法，其中，熱傳導主體沒有外部熱傳遞翅片。B49段落B1-B48中任一個的方法，其中，熱傳導主體由接合在一起的兩個或更多 個部分構造成。B50段落B49的方法，其中，該兩個或更多個部分配置成選擇性地分開。B51段落B49的方法，其中，該兩個或更多個部分不配置成選擇性地分開。B52段落B1-B51中任一個的方法，其中，重整產品氣流還含有其它氣體，該方法進 一步包括在傳輸重整產品氣流至氫純化組件之後；以及由氫純化組件將重整產品氣流分離成滲透物流和副產品流，其中滲透物流具有比 重整產品氣流濃度高的氫氣和比重整產品氣流濃度低的其它氣體中的至少一種，並進一步 地，其中副產品流至少含有其它氣體的大部分。B53段落B52的方法，其中，氫純化組件包括至少一種氫選擇性膜。B54段落B52-B53中任一個的方法，其中，氫純化組件包括變壓吸附組件。B55段落B52-BM中任一個的方法，其中，氫純化組件包括化學的一氧化碳去除組件。B56 一種給能耗裝置供電的方法，包括段落B1-B55中任一個的方法；和將重整產品流的氫氣的至少一部分傳輸至燃料電池堆，該燃料電池堆配置成由氧 化劑和氫氣產生電輸出，以給能耗裝置供電。B57段落B58的方法，其中，傳輸燃料-空氣流和傳輸進料流以響應於主電源變得不能給能耗裝置供 H1^ οB58段落B57的方法，進一步包括在主電源變得不能給能耗裝置供電之前，使用由主電源供電的電阻加熱器來加熱 熱傳導主體。B59段落B57的方法，進一步包括響應於主電源變得不能給能耗裝置供電，而使用由電池組供電的電阻加熱器來加 熱熱傳導主體。B60段落B58-B59中任一個的方法，其中，電阻加熱器至少部分地環繞熱傳導主體。B61段落B58-B59中任一個的方法，其中，電阻加熱器至少部分地定位在延伸入熱 傳導主體的加熱器管道中。B62段落B1-B61中任一個的方法，其中，熱傳導主體包括整體式主體。B63段落B1-B61中任一個的方法，其中，熱傳導主體為整體式主體。如果在此以引用方式併入的任何一個參考文獻以某種方式定義術語，或要麼與非 併入的本申請內容不一致，要麼與任何一個其它的併入的參考文獻不一致，則以非併入的 本申請內容為準，其中所使用的術語或術語組僅根據定義有該術語或術語組的專利文件為 準。以上陳述的公開內容包括具有獨立效用的多個獨特的發明。雖然這些發明中的每 一個是以優選的形式或方法公開，但在這裡公開和說明的具體替代物、實施方式和/或其 方法不應當視為是以限定的含義，因為許多變體是可能的。本公開內容包括由這裡所公開 的不同元件、特徵、功能、性能、方法和/或步驟的所有新穎的和非明顯的組合以及子組合。 類似地，在任何的以上公開內容或下述權利要求敘述「一種(a)」和「第一(a first)」元件、 方法步驟或其等同物的地方，這樣的公開內容或權利要求應當理解為包括一個或多個這樣 的元件或步驟，既不要求也不排除兩個或更多個這樣的元件或步驟。以特徵、功能、元件、性能、步驟和/或方法的不同組合與子組合體現的發明，可能 在相關的申請中通過提出新的權利要求而要求保護。無論它們是涉及不同的發明還是涉及 相同的發明；無論是不同於、寬於、窄於還是等同於原始權利要求的範圍，這樣的新權利要 求還是視為包括在本公開內容的主題之內。工業實用性這裡公開的制氫組件、燃料電池系統、製造氫氣的方法以及給能耗裝置供電的方 法可應用於制氫工業和能量生產工業，包括燃料電池工業。
權利要求
1.一種制氫組件，包括熱傳導主體，所述熱傳導主體界定燃燒器管道，所述燃燒器管道沿著所述熱傳導主體的中心縱軸延伸並且穿過所述熱傳 導主體；通向所述燃燒器管道的燃料-空氣入口，用於接收燃料-空氣流進入所述燃燒器管道；和來自所述燃燒器管道的排氣出口，用於傳輸來自所述燃燒器管道的排氣流； 重整管道，所述重整管道縱向延伸穿過所述熱傳導主體，並且與所述燃燒器管道徑向 間隔開並相鄰；通向所述重整管道的進料入口，用於接收進料流進入所述重整管道；和 來自所述重整管道的重整產品出口，用於傳輸來自所述重整管道的含有氫氣的重整產 品氣流；重整催化劑，所述重整催化劑布置在所述重整管道中，並且配置成催化在重整溫度範 圍內經過吸熱反應由所述進料流產生所述重整產品氣流；燃燒催化劑，所述燃燒催化劑布置在所述燃燒器管道中，並且配置成催化經過放熱反 應的所述燃料-空氣流的點火；和燃料-空氣混合結構，所述燃料-空氣混合結構布置在所述燃燒器管道中，並且配置 成支持所述燃料-空氣流在所述燃燒器管道的鄰近於所述燃料-空氣入口的燃燒區域內燃 燒；以及其中，所述熱傳導主體構造成，將由所述燃料-空氣流在所述燃燒器管道中燃燒的放 熱反應產生的熱量從所述燃燒器管道傳導至所述重整管道，以使所述重整催化劑維持在所 述重整溫度範圍內。
2.如權利要求1所述的制氫組件，其中，所述熱傳導主體包括具有一長度的整體式主體，其中所述燃燒器管道和所述重整管道延伸所述整體式主體 的長度，並且縱向延伸穿過所述整體式主體；以及至少一個端蓋歧管，所述至少一個端蓋歧管結合至所述整體式主體。
3.如權利要求2所述的制氫組件，其中，所述重整器管道由以下界定第一重整器管道部分，所述第一重整器管道部分延伸所述整體式主體的長度；和 第二重整器管道部分，所述第二重整器管道部分延伸所述整體式主體的長度，並且經 由所述至少一個端蓋歧管與所述第一重整器管道部分流體連通。
4.如權利要求3所述的制氫組件，其中，所述第一重整器管道部分和所述第二重整器 管道部分以相對於所述燃燒器管道成同軸的模式而延伸穿過所述整體式主體。
5.如權利要求3所述的制氫組件，其中，所述至少一個端蓋歧管包括第一端蓋歧管和第二端蓋歧管； 其中，所述第二重整器管道部分延伸所述整體式主體的長度，並且經由所述第一端蓋 歧管與所述第一重整器管道部分流體連通；和其中，所述重整器管道進一步由第三重整器管道部分界定，所述第三重整器管道部分 延伸所述整體式主體的長度，並且經由所述第二端蓋歧管與所述第二重整器管道部分流體 連通。
6.如權利要求2所述的制氫組件，其中，所述熱傳導主體進一步界定蒸發器管道，所述蒸發器管道縱向延伸穿過所述整體式主體並鄰近所述燃燒器管道， 並且與所述燃燒器管道徑向間隔開，其中，所述蒸發器管道與所述重整管道經由所述至少 一個端蓋歧管流體連通；通向所述蒸發器管道的蒸發器入口，用於從進料源接收所述進料流進入所述蒸發器管 道；和來自所述蒸發器管道的蒸發器出口，用於經由所述至少一個端蓋歧管而將所述進料流 傳輸至所述重整管道；以及其中，所述熱傳導主體構造成，將由所述燃料-空氣流在所述燃燒器管道中燃燒的放 熱反應產生的熱量從所述燃燒器管道傳導至所述蒸發器管道，以蒸發所述進料流的液體部 分。
7.如權利要求6所述的制氫組件，其中，所述重整器管道和所述蒸發器管道以相對於 所述燃燒器管道成同軸的模式而延伸穿過所述整體式主體。
8.如權利要求6所述的制氫組件，其中，所述至少一個端蓋歧管包括第一端蓋歧管和第二端蓋歧管；其中，所述重整器管道由以下界定第一重整器管道部分，所述第一重整器管道部分延伸所述整體式主體的長度；和第二重整器管道部分，所述第二重整器管道部分延伸所述整體式主體的長度，並且經 由所述第二端蓋歧管與所述第一重整器管道部分流體連通；以及其中，所述蒸發器管道與所述第一重整器管道部分經由所述第一端蓋歧管流體連通。
9.如權利要求8所述的制氫組件，其中，所述第一重整器管道部分、所述第二重整器管 道部分以及所述蒸發器管道，以相對於所述燃燒器管道成同軸的模式而延伸穿過所述整體 式主體。
10.如權利要求8所述的制氫組件，其中，所述重整器管道進一步由第三重整器管道部分界定，所述第三重整器管道部分 延伸所述整體式主體的長度，並且經由所述第一端蓋歧管與所述第二重整器管道部分流體 連通。
11.如權利要求10所述的制氫組件，其中，所述第一重整器管道部分、所述第二重整器 管道部分、所述第三重整器管道部分以及所述蒸發器管道，以相對於所述燃燒器管道成同 軸的模式而延伸穿過所述整體式主體。
12.如權利要求1所述的制氫組件，進一步包括電阻加熱器，所述電阻加熱器相對於所述熱傳導主體而定位，以加熱所述熱傳導主體。
13.如權利要求12所述的制氫組件，其中，所述熱傳導主體構造成將熱量從所述電阻 加熱器傳導至所述重整管道，以加熱所述重整催化劑至所述重整溫度範圍內。
14.如權利要求12所述的制氫組件，其中，所述制氫組件配置成響應於所述燃料-空 氣流在所述燃燒器管道中燃燒產生足以使所述重整催化劑維持在所述重整溫度範圍內的 熱量，而使所述電阻加熱器去激活。
15.如權利要求12所述的制氫組件，其中，所述制氫組件配置成在預定的一段時間之後使所述電阻加熱器去激活。
16.如權利要求12所述的制氫組件，其中，所述熱傳導主體構造成將熱量從所述電阻 加熱器傳導至所述燃燒器管道，以加熱所述燃料-空氣混合結構至點火溫度，在所述點火 溫度下所述燃燒催化劑催化所述燃料-空氣流的點火。
17.如權利要求12所述的制氫組件，其中，所述電阻加熱器至少部分地環繞所述熱傳 導主體。
18.如權利要求12所述的制氫組件，其中，所述熱傳導主體進一步界定加熱器管道；和其中，所述電阻加熱器至少部分地定位在所述加熱器管道中。
19.如權利要求1所述的制氫組件，其中，所述重整產品氣流還含有其它氣體，所述制 氫組件進一步包括氫純化組件，所述氫純化組件流體地結合至用於接收所述重整產品氣流的所述重整產 品出口，其中所述氫純化組件配置成將所述重整產品氣流分離成滲透物流和副產品流，其 中所述滲透物流具有比所述重整產品氣流濃度高的氫氣和比所述重整產品氣流濃度低的 其它氣體中的至少一種，並進一步地，其中所述副產品流至少含有所述其它氣體的大部分。
20.如權利要求1所述的制氫組件，其中，所述燃料-空氣混合結構進一步配置成將所 述燃料-空氣流的點火由所述燃燒催化劑向所述燃料-空氣入口傳播。
21.如權利要求1所述的制氫組件，其中，所述燃料-空氣混合結構從鄰近所述排氣出 口延伸至鄰近所述燃料-空氣入口。
22.如權利要求21所述的制氫組件，其中，所述燃燒催化劑僅布置在所述燃料-空氣混 合結構的鄰近所述排氣出口的部分上，其中所述部分延伸小於所述熱傳導主體的長度的八 分之一。
23.如權利要求1所述的制氫組件，其中，所述燃料-空氣混合結構配置成支持所述燃 料-空氣流在所述燃燒器管道的燃燒區域內無焰燃燒。
24.如權利要求1所述的制氫組件，其中，所述燃燒器管道由燃燒器管道壁界定，並且 其中所述燃燒催化劑僅布置在所述燃燒器管道壁的鄰近所述排氣出口的部分上。
25.如權利要求1所述的制氫組件，其中，所述熱傳導主體進一步界定排氣管道，所述排氣管道延伸穿過所述熱傳導主體並且鄰近所述重整管道，其中，所述 排氣管道與來自所述燃燒器管道的所述排氣出口流體連通；通向所述排氣管道的熱排氣入口，用於接收來自所述燃燒器管道的所述排氣流；和來自所述排氣管道的冷排氣出口，用於傳輸來自所述排氣管道的所述排氣流；以及其中，所述熱傳導主體構造成，將來自所述排氣管道中的所述排氣流的熱量傳導至所 述重整管道，以使所述重整催化劑維持在所述重整溫度範圍內。
26.一種燃料電池系統，包括權利要求1所述的制氫組件；和燃料電池堆，所述燃料電池堆與所述制氫組件的熱傳導主體的重整產品出口流體連 通，並且配置成由氧化劑和所述重整產品氣流的氫氣的至少一部分產生電輸出，以給能耗 裝置供電。
27.如權利要求沈所述的燃料電池系統，其中，所述燃料電池系統配置成給所述能耗 裝置提供備用電源，以響應於主電源變得不能給所述能耗裝置供電。
28.一種制氫組件，包括整體式主體，所述整體式主體具有一長度並且界定 重整管道，所述重整管道延伸穿過所述整體式主體； 通向所述重整管道的進料入口，用於接收進料流進入所述重整管道； 來自所述重整管道的重整產品出口，用於傳輸來自所述重整管道的含有氫氣的重整產 品氣流；燃燒器管道，所述燃燒器管道延伸穿過所述整體式主體並且鄰近所述重整管道； 通向所述燃燒器管道的燃料-空氣入口，用於接收燃料-空氣流進入所述燃燒器管道；和來自所述燃燒器管道的排氣出口，用於傳輸來自所述燃燒器管道的排氣流； 重整催化劑，所述重整催化劑布置在所述重整管道中，並且配置成催化在重整溫度範 圍內經過吸熱反應由所述進料流產生所述重整產品氣流；燃燒催化劑，所述燃燒催化劑布置在所述燃燒器管道中，並且配置成催化經過放熱反 應的所述燃料-空氣流的點火；以及燃料-空氣混合結構，所述燃料-空氣混合結構布置在燃燒器管道中，並且配置成支持 所述燃料-空氣流在所述燃燒器管道的鄰近於所述燃料-空氣入口的燃燒區域內燃燒；其中，所述整體式主體構造成，將由所述燃料-空氣流在所述燃燒器管道中燃燒的放 熱反應產生的熱量從所述燃燒器管道傳導至所述重整管道，以使所述重整催化劑維持在所 述重整溫度範圍內。
29.一種製造氫氣的方法，所述方法包括傳輸燃料-空氣流至燃燒器管道，所述燃燒器管道延伸穿過熱傳導主體； 由布置在所述燃燒器管道中的燃燒催化劑催化所述燃燒器管道中的所述燃料-空氣 流的點火；支持所述燃料-空氣流在所述燃燒器管道的燃燒區域內燃燒，以產生排氣流； 傳輸進料流至重整器管道，所述重整器管道延伸穿過所述熱傳導主體並且鄰近所述燃 燒器管道；將由所述燃料-空氣流在所述燃燒器管道中燃燒的放熱反應產生的熱量傳導至所述重整管道；由所述重整器管道中的重整催化劑催化由所述進料流產生含有氫氣的重整產品氣流；以及至少部分地由從所述燃燒器管道傳導的熱量將所述重整催化劑維持在重整溫度範圍內。
30.如權利要求四所述的方法，其中，所述燃燒器管道沿著所述熱傳導主體的中心縱 軸延伸，並且所述重整器管道與所述燃燒器管道徑向間隔開。
31.如權利要求四所述的方法，進一步包括在傳輸所述進料流至所述重整器管道之前，在蒸發器管道內蒸發所述進料流的液體部 分，所述蒸發器管道延伸穿過所述熱傳導主體並且鄰近所述燃燒器管道；和將由所述燃料-空氣流在所述燃燒器管道中燃燒的放熱反應產生的熱量傳導至所述 蒸發器管道。
32.如權利要求31所述的方法，其中，所述燃燒器管道沿著所述熱傳導主體的中心縱 軸延伸，並且其中所述重整器管道和所述蒸發器管道以相對於所述燃燒器管道成同軸的模 式而縱向延伸穿過所述熱傳導主體。
33.如權利要求四所述的方法，進一步包括在所述催化所述燃料-空氣流的點火之後，並且在所述支持所述燃料-空氣流在所述 燃燒區域內燃燒之前，將所述燃料-空氣流的點火由所述燃燒催化劑向燃料-空氣入口傳 播至所述燃燒器管道，並進入所述燃燒區域。
34.如權利要求33所述的方法，其中，所述燃燒催化劑鄰近來自所述燃燒器管道的排 氣出口布置，並且所述燃燒區域鄰近通向所述燃燒器管道的所述燃料-空氣入口。
全文摘要
制氫組件、包括該制氫組件的燃料電池系統、製造氫氣的方法以及給能耗裝置供電的方法。制氫組件可包括整體式主體，該整體式主體至少界定重整管道和燃燒器管道，在重整管道內進料流被催化成含有氫氣的重整產品氣流，在燃燒器管道內燃料-空氣流燃燒。整體式主體將由燃燒的放熱反應產生的熱量從燃燒器管道傳導至重整器管道。在某些制氫組件中，整體式主體進一步界定蒸發器管道，在該蒸發器管道內進料流的液體部分在傳輸至重整器管道之前蒸發，並且整體式主體將熱量從燃燒器管道傳導至蒸發器管道。制氫組件可併入到配置成給能耗裝置供電的燃料電池系統中。
文檔編號H01M8/22GK102132450SQ200980133472
公開日2011年7月20日 申請日期2009年8月25日 優先權日2008年8月26日
發明者柯蒂斯·雷恩, 歐陽洵, 瑞安·託馬斯·斯圖爾科, 陳真 申請人:益達科技有限責任公司