極層。在SOFC燃料電池堆的管式SOFC單元發(fā)生的電化學過程在根本上與發(fā)生在其它類型/構(gòu)型的燃料電池、特別是圖5A-f5D中所示的集成的氣態(tài)燃料CPOX重整器-燃料電池系統(tǒng)的實施方式的燃料電池段內(nèi)的那些相同。
[0237]如圖4J和4K中所示，管式SOFC單元470的陽極層482的至少一部分可包括或者否則與如下的一種或多種催化劑485接觸:其對于重整(例如，CPOX重整、蒸汽重整、和/或自熱重整)、對于水煤氣變換反應(yīng)、或者對于催化重整和水煤氣變換反應(yīng)兩者是催化活性的。催化劑的提供容許可存在于來自重整器段的重整物中的未消耗的氣態(tài)燃料、裂化的燃料和/或一氧化碳的利用，從而提供額外的氫氣來用于在管式SOFC單元內(nèi)轉(zhuǎn)化為電力。合適的催化劑包括以上列出的CPOX催化劑。這些催化劑的許多對于蒸汽重整、自熱重整和水煤氣變換反應(yīng)也是催化活性的。這樣的催化劑遍及在CPOX期間遇到的反應(yīng)溫度(例如，250 0C-900 0C)的整個范圍并且因此在是與管式SOFC單元的陽極部件接觸的氣態(tài)燃料CPOX重整物的典型的高溫下的熱穩(wěn)定性使得它們良好地適合用于充當催化劑。由于水(蒸汽)存在于進入所述管式SOFC單元的重整物中并且還作為發(fā)生在所述SOFC單元內(nèi)的電化學反應(yīng)的副產(chǎn)物產(chǎn)生，因此，采用對于重整反應(yīng)和水煤氣變換反應(yīng)兩者有活性的催化劑是特別有利的。
[0238]所選擇的催化劑可采用任何合適的常規(guī)或者以其它方式知曉的技術(shù)例如浸漬、涂覆、成層等而引入所述管式SOFC單元的陽極部件的表面內(nèi)(例如浸漬在所述管式SOFC單元的陽極部件的表面上)和/或在所述管式SOFC單元的陽極部件的表面上。所述陽極部件的長度的最高達約80%可包含或包括一種或多種催化劑，其中基于所述陽極部件的重量的1-10重量％的金屬負載量是通常優(yōu)選的。
[0239]將CPOX反應(yīng)器單元和管式SOFC單元作為如下的單個連續(xù)的管式主體提供在本教導(dǎo)的范圍內(nèi):其中根據(jù)需要布置所述主體的組成、結(jié)構(gòu)和尺度性質(zhì)以提供其有區(qū)別的重整器和燃料電池段。制造這樣的管式重整器-燃料電池主體的特別有利的工藝公開于Finnerty等的共同待審的、共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請公布N0.2013/0056911以及Finnerty等的共同待審的、共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請公布N0.2013/0059223中，其全部內(nèi)容引入本文作為參考用于所有目的。
[0240]提供例如根據(jù)Finnerty等的共同待審的、共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請公布N0.2013/0230787(其全部內(nèi)容引入本文作為參考用于所有目的)的教導(dǎo)的用于管式SOFC堆的集流體部件也在本教導(dǎo)的范圍內(nèi)。如其中所描述的，所述集流體部件以及它們所電連接至的管式SOFC堆是以抵抗在所述堆的操作期間所述集流體部件最終從它們的相關(guān)電極脫離或者分離(其出現(xiàn)隨著時間流逝往往導(dǎo)致顯著的歐姆損耗)的趨向這樣的方式設(shè)計和布置的。
[0241]美國專利申請公布N0.2013/0230787中描述的集流體/燃料電池堆組件中采用的管式SOFC單元的一種實施方式具有，對于其至少一部分而言，如對于圖4K的SOFC單元471顯示的總體上雙葉截面。當設(shè)計本教導(dǎo)的燃料電池段時，采用具有圖4K中所示截面的管式SOFC單元和相應(yīng)地配置的CPOX反應(yīng)器單元(例如，如圖4Η中所示)可為有利的。可簡化這兩種單元的耦接并且可最小化或者減少從管式CPOX反應(yīng)器單元到和通過所述SOFC單元的氣體流動的樣式的任何瓦解。
[0242]圖4L和4Μ中更詳細地顯示的、CPOX氣態(tài)燃料重整器401的離心式鼓風機系統(tǒng)402和燃料電池段467的離心式鼓風機系統(tǒng)473公開于DeWald等的共同待審的、共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請公布N0.2012/0328969(其全部內(nèi)容引入本文作為參考用于所有目的)中。其優(yōu)點之一是，這些離心式鼓風機系統(tǒng)可在不訴諸于相對高功耗的鼓風機的情況下如其中所解釋的具有可比較的空氣流量的單級離心式鼓風機(多個)不能提供的、響應(yīng)于對產(chǎn)物富含氫氣的重整物的需求的變化而在引入到導(dǎo)管中的空氣的體積方面和/或在它們分別的重整器方面和燃料電池段內(nèi)被驅(qū)動的氣體的流速進行快速調(diào)節(jié)的能力。
[0243 ]單級離心式鼓風機(多個)例如用于為已知的和常規(guī)的重整器的操作提供氣體流動的那些需要馬達每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)的整個范圍的合適控制以滿足波動的氣體流量需求。取決于對CPOX重整器或集成的重整器-燃料電池系統(tǒng)的操作的具體模式的目標氣體流量要求，用于滿足這些要求的鼓風機的最優(yōu)性能可涉及采用具有以相對高的rpm(例如約20，OOOrpm和更高)驅(qū)動的相對小尺寸的葉輪的鼓風機、或者具有以相對低的rpm(例如，低于約20 ,OOOrpm和更通常地，低于約10 ,OOOrpm)驅(qū)動的相對大尺寸的葉輪的鼓風機。第一種布置，即，具有以相對高的rpm驅(qū)動的相對小的葉輪的單級鼓風機需要更強勁和專業(yè)化的馬達，這必然為了其操作而引起相應(yīng)更大量的電功率。第二種布置，即，具有以相對低的rpm驅(qū)動的相對大的葉輪的單級鼓風機可由于大的葉輪更大的慣性而使得鼓風機輸出的控制和微調(diào)更困難。
[0244]為了防止重整器段和燃料電池段的目標壓力和氣體流量要求超限(overshoot)，具有相對高慣性葉輪的單級鼓風機在調(diào)節(jié)所述鼓風機以達到其期望范圍的氣體壓力和流量時必然受到過阻尼。該過阻尼抵消所述葉輪的相對高的慣性的作用將導(dǎo)致所述鼓風機在響應(yīng)于變化的并且經(jīng)常是快速變化的氣體流量要求方面是緩慢的。具有相對高慣性葉輪的單級離心式鼓風機的該特征性地緩慢的響應(yīng)可需要更復(fù)雜的控制系統(tǒng)以令人滿意地響應(yīng)于在氣體流量需求方面的波動。
[0245]利用離心式鼓風機系統(tǒng)驅(qū)動集成的氣態(tài)燃料CPOX重整器-燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的氣體流動可使得所述系統(tǒng)能夠受益于如下兩者來快速滿足目標氣體流量和壓力要求:低慣性葉輪(由于控制)以及低驅(qū)動馬達rpm和功率消耗。將如本文中所描述的互連的一系列鼓風機例如離心式鼓風機系統(tǒng)中的一個或多個鼓風機單元控制成提供目標氣體壓力和氣體流量的主要部分例如目標氣體壓力和氣體流量的約60%-約90%可使得目標氣體壓力和氣體流量的剩余部分能夠由所述系統(tǒng)中的一個或多個其它鼓風機單元來提供。將向集成的CPOX重整器-燃料電池系統(tǒng)中提供目標氣體流量和壓力的任務(wù)在至少兩個如通過兩級離心式鼓風機系統(tǒng)402和473示例的集成的即互連的離心式鼓風機之間分流(分攤)的結(jié)果導(dǎo)致與用單級離心式鼓風機單元所可能的相比，以更少的時間和以更高的精度達到這樣的流量和壓力。另外，功率消耗和噪聲水平在離心式鼓風機系統(tǒng)中可為低的，因為鼓風機葉輪無需高的rpm來用于它們的操作。
[0246]如圖4L和4M中所示，離心式鼓風機系統(tǒng)402(其描述適用于離心式鼓風機系統(tǒng)473)包括:第一級離心式鼓風機單元486，其通過管道488連接至第二級離心式鼓風機487。第一級鼓風機單元486包括具有軸向入口 490和徑向出口 491的外殼489、設(shè)置在外殼489內(nèi)用于將處于第一壓力的環(huán)境空氣吸入軸向入口 490中并且將處于較高的第二壓力的空氣通過徑向出口491排出的葉輪492、和用于驅(qū)動葉輪492的電動馬達493。第二級鼓風機單元487包括外殼494以及如由圖4L中的管道488的剖面所示，設(shè)置在外殼494內(nèi)并且通過電動馬達496驅(qū)動的葉輪495，以及用于接收從第一級鼓風機單元486的出口491排出的氣體的軸向入口497。第二級鼓風機單元進一步包括徑向出口 498和出口氣體物流殼499，其排出端如由虛線所示可連接至導(dǎo)管(例如，圖4A的氣態(tài)燃料CPOX重整器401的導(dǎo)管404)的一端。
[0247]圖4L和4M中的箭頭表示通過構(gòu)成離心式鼓風機系統(tǒng)402的系列鼓風機的各鼓風機單元的徑向出口的環(huán)境空氣的大體方向。如所顯示的，例如，在圖4L中，通過第一級鼓風機單元486的出口491排出的環(huán)境空氣物流的軌跡和通過第二級鼓風機單元487的出口498排出的環(huán)境空氣物流的軌跡不是與它們各自的出口平行，而是與其成相同的角度。通過將管道488的幾何結(jié)構(gòu)布置成將通過出口 491排出的環(huán)境空氣物流以所述物流保持近似地平行于所述管道的內(nèi)壁這樣的方式接收，防止或減少否則在所述物流撞擊這些壁時將發(fā)生的湍流可為可能的。湍流可有利地被最少化或者避免以將作為離心式鼓風機系統(tǒng)中的背壓來源的它減少或消除。出于該相同的原因，將氣體物流殼499的角度布置成使得其內(nèi)壁近似地平行于通過第二級鼓風機單元487的出口 498排出的環(huán)境空氣的軌跡可為有利的。相對于其氣體物流的軌跡以及氣體物流殼的偏斜角度而言管道的內(nèi)壁的最優(yōu)幾何結(jié)構(gòu)可采用慣常的實驗針對給定的離心式鼓風機系統(tǒng)容易地確定。在離心式鼓風機系統(tǒng)402中，管道488的內(nèi)部或者導(dǎo)向表面以及氣體物流殼499的內(nèi)部或者導(dǎo)向表面可相對于出口 491和498以約12°-約20°例如約14° -約18°的角度α傾斜。
[0248]作為本教導(dǎo)另外的實施方式，圖5Α的集成的氣態(tài)燃料CPOX重整器-燃料電池系統(tǒng)500、圖5Β的集成的氣態(tài)燃料CPOX重整器-燃料電池系統(tǒng)520、圖5C的集成的氣態(tài)燃料CPOX重整器-燃料電池系統(tǒng)540和圖5D的集成的氣態(tài)燃料CPOX重整器-燃料電池系統(tǒng)560包括圖4Α-4D的集成的氣態(tài)燃料CPOX重整器-燃料電池系統(tǒng)400的大部分元件和特征并且以與圖4A-4D的集成的氣態(tài)燃料CPOX重整器-燃料電池系統(tǒng)400基本上相同的方式操作并且因此將僅在它們與后者的差異的某些的方面進行描述。
[0249]在圖5Α中所示的集成的氣態(tài)燃料CPOX重整器-燃料電池系統(tǒng)500中，平面型燃料電池段501包括離心式鼓風機系統(tǒng)502，其將空氣既引入至所述燃料電池的陰極側(cè)又引入至后燃燒器503以支持廢氣在其中的燃燒。離心式鼓風機系統(tǒng)504將空氣引入到氣態(tài)燃料CPOX重整器段506的導(dǎo)管505中，所述空氣在下游與氣態(tài)可重整燃料例如丙烷組合以提供氣態(tài)CPOX反應(yīng)混合物。所述氣態(tài)CPOX反應(yīng)混合物然后可在CPOX反應(yīng)器單元507內(nèi)進行向富含氫氣的重整物的轉(zhuǎn)化，所述富含氫氣的重整物隨后流動至所述燃料電池的陽極(流體)側(cè)。在其結(jié)構(gòu)的以及其操作模式中的其它方面中，集成的重整器-燃料電池系統(tǒng)500很像圖4Α的集成的重整器-燃料電池系統(tǒng)400的。
[0250]圖5Β中所示的集成的氣態(tài)燃料CPOX重整器-燃料電池系統(tǒng)520由于將各管式CPOX反應(yīng)器單元523的長度的一部分設(shè)置在對應(yīng)的封閉末端的管式SOFC單元524內(nèi)而有具其重整器段521和燃料電池段522的尤其緊湊的構(gòu)型，這樣的布置呈現(xiàn)出在所述CPOX反應(yīng)器單元的外表面和所述SOFC單元的內(nèi)部或陽極表面之間的氣流通道525。從所述CPOX反應(yīng)器單元流出的富含氫氣的重整物進入通道525，在通道525中其接觸所述管式SOFC單元的陽極表面。在其它方面中，集成的重整器-燃料電池系統(tǒng)520的結(jié)構(gòu)和操作與圖5A的系統(tǒng)500的類似。
[0251]圖5C中所示的集成的氣態(tài)燃料CPOX重整器-燃料電池系統(tǒng)540包括耦接至重整器段542的整體式燃料電池段541，其與圖4A的系統(tǒng)400的類似。集成的重整器-燃料電池系統(tǒng)540的操作與圖5A的系統(tǒng)500的類似。
[0252]圖5D中所示的集成的氣態(tài)燃料CPOX重整器-燃料電池系統(tǒng)560包括PEM型燃料電池段561和重整器段562，其中將在重整器段中制造的富含氫氣的重整物的一氧化碳含量通過一氧化碳減少用或類似裝置563減少至有益于所述燃料電池的可靠操作的水平例如減少至低到足以避免PEM催化劑的任何可感知的中毒的水平。在其它方面中，集成的重整器-燃料電池系統(tǒng)560的操作與圖4A的系統(tǒng)400的類似。
[0253]圖6A呈現(xiàn)展現(xiàn)丙烷-空氣CPOX反應(yīng)混合物的氧(O)對碳(C)摩爾比和CPOX反應(yīng)溫度之間的關(guān)系的圖形數(shù)據(jù)。如該數(shù)據(jù)顯示，當CPOX反應(yīng)混合物的O對C摩爾比逐漸降低時，SP，當將反應(yīng)混合物從相對貧碳的反應(yīng)混合物調(diào)節(jié)為相對富碳的反應(yīng)混合物時，CPOX反應(yīng)溫度下降。這些數(shù)據(jù)對于根據(jù)本教導(dǎo)的氣態(tài)燃料CPOX重整器的最優(yōu)化操作有著若干暗示。
[0254]為了促進CPOX催化劑的快速加熱以及因此，氣相CPOX反應(yīng)的開始，在重整器的操作的啟動模式期間可使用具有較高的O對C摩爾比的氣態(tài)CPOX反應(yīng)混合物(S卩，貧燃料的反應(yīng)混合物)O與貧燃料的CPOX反應(yīng)混合物相關(guān)的較高的操作溫度可促進CPOX催化劑溫度的較快速的升高以及減少的到穩(wěn)態(tài)操作的時間。另外，貧燃料比率傾向于在CPOX催化劑已經(jīng)達到其最優(yōu)溫度并且變成充分活化之前抑制焦炭形成。一旦CPOX催化劑已經(jīng)達到約650°C和更高的溫度，就可隨著增加燃料流量而降低O對C摩爾比。O對C摩爾比降低使催化劑溫度下降并且可使得能夠處理更多的燃料，而不失去CPOX反應(yīng)器單元的熱控制。對于關(guān)停操作可采取相反的動作，即，在維持的O對C摩爾比下降低燃料流量。隨著CPOX反應(yīng)器單元的CPOX反應(yīng)區(qū)的溫度開始接近或者下降至低于導(dǎo)致焦炭形成的溫度例如低于約650°C，可提高O對C摩爾比以防止或者最少化隨著CPOX催化劑減活而結(jié)焦。典型地，當CPOX反應(yīng)混合物的溫度下降至低于約500°C時，可將CPOX重整器關(guān)停。在燃料流已經(jīng)停止之后，可使包含氧氣的氣體的流繼續(xù)最高達約15-20秒左右。這樣的關(guān)停程序可容許將可包含于導(dǎo)管或者在燃料控制閥和將燃料引入到導(dǎo)管中的場所之間的燃料管線段內(nèi)的燃料從所述重整器除去。該控制特性可被多種重整器部件(包括在具體重整器設(shè)計中使用的特定的控制器單元部件)所影響。
[0255]在理解改變O對C摩爾比可導(dǎo)致重整物的品質(zhì)和/或組成的變化的情況下，可在操作期間控制燃料-空氣CPOX反應(yīng)混合物的O對C摩爾比以定制其輸出熱條件。當CPOX溫度增加至高于約6500C時，存在從貧燃料偏移到富燃料的O對C摩爾比范圍。不同的CPOX催化劑可影響操作窗口和CPOX溫度。另外，不同的氣態(tài)燃料可改變CPOX溫度，這取決于重整反應(yīng)的效率。
[0256]圖6B呈現(xiàn)顯示去往根據(jù)本教導(dǎo)的集成的CPOX重整器-燃料電池系統(tǒng)的去往重整器段的丙烷燃料流量(mL/分鐘)和來自所述集成系統(tǒng)的燃料電池段的電流輸出(安培)的關(guān)系的圖形數(shù)據(jù)。
[0257]本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮本文中所述的集成的氣態(tài)燃料CPOX重整器-燃料電池系統(tǒng)的多種實施方式以及其操作原理的情況下通過采用慣常的實驗程序可根據(jù)本教導(dǎo)容易地優(yōu)化期望的氣態(tài)可重整燃料轉(zhuǎn)化和電功率輸出本領(lǐng)、結(jié)構(gòu)特性、和機械性質(zhì)的具體的集成的CPOX重整器-燃料電池系統(tǒng)的設(shè)計。
[0258]本教導(dǎo)涵蓋以其它具體形式的實施方式而不背離其精神或本質(zhì)特性。因此，前述實施方式在所有方面均應(yīng)被認為是說明性的而不是對本文中描述的教導(dǎo)進行限制。本發(fā)明的范圍因此由所附權(quán)利要求而不是前述描述所指示，并且進入到權(quán)利要求的等同的含義和范圍內(nèi)的所有變化都意圖被包含在其中。
【主權(quán)項】
1.集成的氣態(tài)燃料CPOX重整器和燃料電池系統(tǒng)，所述集成系統(tǒng)包括: 隔開的CPOX反應(yīng)器單元的陣列，各CPOX反應(yīng)器單元包括具有擁有內(nèi)表面和外表面的透氣性壁的伸長管，所述透氣性壁圍封開放的氣流通道并且限定所述CPOX反應(yīng)器單元的入口和出口， 其中CPOX反應(yīng)器單元至少與所述陣列中的相鄰CPOX反應(yīng)器單元熱連通， 所述透氣性壁的至少一段包括CPOX催化劑，和 與CPOX反應(yīng)器單元的至少所述包含CPOX催化劑的壁段的外表面結(jié)合的氫氣阻擋物； 與至少一個CPOX反應(yīng)器單元的透氣性壁的包括CPOX催化劑的至少一段熱連通的點火器； 包括陽極、陰極、和設(shè)置在其間的電解質(zhì)的燃料電池單元，其中所述陽極與所述CPOX反應(yīng)器單元的出口流體連通并且所述陰極與包含氧氣的氣體流體連通;和 與所述燃料電池單元的陽極和陰極電耦接的集流體。2.權(quán)利要求1的集成系統(tǒng)，其中相鄰CPOX反應(yīng)器單元之間的最大距離為那樣的距離:超過該距離，無法通過來自運行著的CPOX反應(yīng)器單元中的CPOX反應(yīng)的熱在相鄰CPOX反應(yīng)器單元中引發(fā)CPOX反應(yīng)和/或在操作的穩(wěn)態(tài)模式期間，所述隔開的CPOX反應(yīng)器單元的陣列的溫度下降至低于預(yù)定的最低陣列溫度;并且相鄰CPOX反應(yīng)器單元之間的最小距離為那樣的距離:低于該距離，CPOX反應(yīng)器單元的出口處的溫度大于預(yù)定的最高溫度。3.權(quán)利要求2的集成系統(tǒng)，其中所述預(yù)定的最高溫度為與CPOX反應(yīng)器單元的出口熱和流體連通的燃料電池堆的入口能忍受的溫度。4.權(quán)利要求2或3的集成系統(tǒng)，其中所述預(yù)定的最高溫度為約900°C。5.權(quán)利要求2-4任一項的集成系統(tǒng)，其中所述預(yù)定的最低陣列溫度為約600°C。6.權(quán)利要求1-5任一項的集成系統(tǒng)，其包括與至少一個CPOX反應(yīng)器單元的入口流體連通的氣態(tài)可重整燃料的來源。7.權(quán)利要求1-6任一項的集成系統(tǒng)，其中所述氫氣阻擋物包括加壓空氣。8.權(quán)利要求1-7任一項的集成系統(tǒng)，其包括超過一個點火器，其中各點火器安置成與至少一個CPOX反應(yīng)器單元的透氣性壁的包括CPOX催化劑的至少一段熱連通。9.權(quán)利要求1-8任一項的集成系統(tǒng)，其中所述CPOX催化劑設(shè)置在所述CPOX反應(yīng)器單元的透氣性壁內(nèi)；設(shè)置在所述CPOX反應(yīng)器單元的透氣性壁的內(nèi)表面上；部分地或者完全地形成所述CPOX反應(yīng)器單元的透氣性壁的結(jié)構(gòu);及其組合。10.權(quán)利要求1-9任一項的集成系統(tǒng)，其中所述燃料電池單元為固體氧化物燃料電池或者聚合物電解質(zhì)膜燃料電池。11.權(quán)利要求1-10任一項的集成系統(tǒng)，其中所述燃料電池單元為管式固體氧化物燃料電池。12.權(quán)利要求1-11任一項的集成系統(tǒng)，其中所述燃料電池單元為多管式固體氧化物燃料電池。13.權(quán)利要求1-12任一項的集成系統(tǒng)，其中燃料電池單元的陽極與CPOX反應(yīng)器單元的出口經(jīng)由導(dǎo)管流體連通并且燃料電池單元的陰極與所述包含氧氣的氣體經(jīng)由另一導(dǎo)管流體連通。14.權(quán)利要求1-13任一項的集成系統(tǒng)，其中CPOX反應(yīng)器單元的出口直接連接至所述燃料電池單元的入口，其中所述燃料電池單元的入口與所述燃料電池單元的陽極流體連通。15.權(quán)利要求1-14任一項的集成系統(tǒng)，其包括與燃料電池單元的出口流體連通的后燃燒器。16.將氣態(tài)可重整燃料CPOX重整為富含氫氣的重整物和將富含氫氣的重整物電化學轉(zhuǎn)化為電力的方法，所述方法包括: 將包括氣態(tài)可重整燃料的氣態(tài)CPOX反應(yīng)混合物引入到CPOX反應(yīng)器單元的入口中，其中所述CPOX反應(yīng)器單元形成隔開的CPOX反應(yīng)器單元的陣列，各CPOX反應(yīng)器單元包括具有擁有內(nèi)表面和外表面的壁的伸長管，所述壁圍封開放的氣流通道并且限定所述CPOX反應(yīng)器單元的入口和出口， 其中CPOX反應(yīng)器單元至少與所述陣列中的相鄰CPOX反應(yīng)器單元熱連通， 所述壁的至少一段包括CPOX催化劑， 所述包含CPOX催化劑的壁段是透氣性的以容許氣態(tài)CPOX反應(yīng)混合物在其中擴散和產(chǎn)物富含氫氣的重整物從其擴散，和 與CPOX反應(yīng)器單元的至少所述包含CPOX催化劑的壁段的外表面結(jié)合的氫氣阻擋物；在至少一個CPOX反應(yīng)器單元中引發(fā)所述氣態(tài)CPOX反應(yīng)混合物的催化部分氧化以開始富含氫氣的重整物的制造； 維持所述陣列的所述至少一個CPOX反應(yīng)器單元中的氣態(tài)CPOX反應(yīng)混合物的催化部分氧化以制造富含氫氣的重整物;和 在燃料電池單元內(nèi)將所述富含氫氣的重整物轉(zhuǎn)化為電力。17.權(quán)利要求16的方法，其中相鄰CPOX反應(yīng)器單元之間的最大距離為那樣的距離:超過該距離，無法通過來自運行著的CPOX反應(yīng)器單元中的CPOX反應(yīng)的熱在相鄰CPOX反應(yīng)器單元中引發(fā)CPOX反應(yīng)和/或在操作的穩(wěn)態(tài)模式期間，CPOX反應(yīng)器單元的溫度下降至低于預(yù)定的最低陣列溫度;并且相鄰CPOX反應(yīng)器單元之間的最小距離為那樣的距離:低于該距離，CPOX反應(yīng)器單元的出口處的溫度大于預(yù)定的最高溫度。18.權(quán)利要求16或17的方法，其中引發(fā)催化部分氧化包括: 在一個CPOX反應(yīng)器單元中弓I發(fā)CPOX反應(yīng)； 將來自所述CPOX反應(yīng)的熱傳遞至相鄰CPOX反應(yīng)器單元以在其中引發(fā)CPOX反應(yīng);和 使熱的傳遞重復(fù)以在所述陣列的CPOX反應(yīng)器的每一個中引發(fā)CPOX反應(yīng)。19.權(quán)利要求16-18任一項的方法，其中引發(fā)催化部分氧化包括引發(fā)超過單個點火器以在所述CPOX反應(yīng)器單元的每一個中引發(fā)氣態(tài)CPOX反應(yīng)混合物的催化部分氧化。20.權(quán)利要求16-19任一項的方法，其中維持氣態(tài)CPOX反應(yīng)混合物的催化部分氧化包括在所述CPOX反應(yīng)器單元之間傳遞熱以維持預(yù)定的最低陣列溫度。21.權(quán)利要求20的方法，其中所述預(yù)定的最低陣列溫度是跨越所述CPOX反應(yīng)器單元的陣列基本上均勻的。22.權(quán)利要求16-21任一項的方法，其中在燃料電池單元內(nèi)將所述富含氫氣的重整物轉(zhuǎn)化為電力包括: 使所述富含氫氣的重整物與所述燃料電池單元的陽極接觸;和 使包含氧氣的氣體與所述燃料電池單元的陰極接觸。
【專利摘要】集成的氣態(tài)燃料催化部分氧化(CPOX)重整器(401)和燃料電池(467)系統(tǒng)可包括多個隔開的CPOX反應(yīng)器單元(408)、或者隔開的CPOX反應(yīng)器單元(408)的陣列，各反應(yīng)器單元包括具有擁有內(nèi)表面和外表面的透氣性壁的伸長管，所述壁圍封開放的氣流通道并且所述壁的至少一部分將CPOX催化劑設(shè)置于其中和/或包括它的結(jié)構(gòu)體。所述包含催化劑的壁結(jié)構(gòu)和由其圍封的開放的氣流通道限定氣相CPOX反應(yīng)區(qū)(409)，所述包含催化劑的壁段是透氣性的以容許氣態(tài)CPOX反應(yīng)混合物在其中擴散和富含氫氣的產(chǎn)物重整物從其擴散。所述氣態(tài)燃料CPOX重整器還可包括一個或多個點火器(435)、和氣態(tài)可重整燃料的來源。所述富含氫氣的重整物可在與所述氣態(tài)燃料CPOX重整器集成的燃料電池單元內(nèi)被轉(zhuǎn)化為電力。
【IPC分類】H01M8/04302, H01M8/04225, H01M8/0612
【公開號】CN105706283
【申請?zhí)枴緾N201480061128
【發(fā)明人】C.M.芬納蒂, P.德瓦爾德
【申請人】瓦特燃料電池公司
【公開日】2016年6月22日
【申請日】2014年11月6日
【公告號】CA2929886A1, US20150125771, WO2015069842A2, WO2015069842A3, WO2015069842A4