背景技術(shù)：

本發(fā)明涉及離心鼓風(fēng)機(jī)并且涉及包括其的化學(xué)反應(yīng)器。

離心鼓風(fēng)機(jī)或離心風(fēng)扇是用于提供氣態(tài)介質(zhì)的流動或運(yùn)動的公知類型的裝置。常規(guī)類型的離心鼓風(fēng)機(jī)包括具有軸向氣體進(jìn)口和徑向氣體出口的外殼、布置在外殼內(nèi)的用于將氣體以第一壓力抽吸到進(jìn)口中并且將氣體以較高的第二壓力通過出口排出的葉輪、和用于驅(qū)動(即旋轉(zhuǎn)(快速旋轉(zhuǎn)，spin))葉輪的馬達(dá)。該常見類型的離心鼓風(fēng)機(jī)的變型公開于例如美國專利no.4,917,572；5,839,879；6,877,954；7,061,758；7,351,031；7,887,290；7,891,942以及u.s.2006/0051203中，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

以上述及的常見類型的離心鼓風(fēng)機(jī)作為多種類型的氣相化學(xué)反應(yīng)器的組件已經(jīng)被公開，所述氣相化學(xué)反應(yīng)器包括重整器(用于將液體和氣態(tài)能重整的燃料轉(zhuǎn)化為富氫產(chǎn)物的裝置)、燃料電池(用于將重整器的可電化學(xué)氧化的燃料例如富氫產(chǎn)物電化學(xué)轉(zhuǎn)化為電和潛在有用的可回收熱的裝置)、集成的重整器-燃料電池系統(tǒng)、用于氣相烯烴聚合的流化床反應(yīng)器、催化燃燒室、氣-液循環(huán)氣體水合反應(yīng)器、氣相氧化反應(yīng)器和水煤氣變換反應(yīng)器，在所述反應(yīng)器中鼓風(fēng)機(jī)實施對于它們的運(yùn)轉(zhuǎn)極其重要的氣體驅(qū)動操作。例如，在部分氧化重整器的情形中，通常采用離心鼓風(fēng)機(jī)將含氧氣體例如空氣的流體供應(yīng)到混合區(qū)，在該混合區(qū)中所述氣體和氣態(tài)或氣化的能重整的液體燃料組合以形成氣態(tài)部分氧化的反應(yīng)混合物。相同的離心鼓風(fēng)機(jī)還驅(qū)動氣態(tài)反應(yīng)混合物進(jìn)入到其中所述混合物經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為富氫的重整產(chǎn)物的氣相部分氧化反應(yīng)區(qū)中，并且由其得到重整產(chǎn)物產(chǎn)品。

dewald等人的us2012/0328969(其全部內(nèi)容通過引用并入本文)描述了一種鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，其包括一系列互連的、可獨(dú)立控制的離心鼓風(fēng)機(jī)單元，其中來自所述系列中的鼓風(fēng)機(jī)的徑向出口的氣態(tài)排放物經(jīng)由連接兩個鼓風(fēng)機(jī)單元的管道引入到所述系列中的另一鼓風(fēng)機(jī)單元的軸向進(jìn)口中。

相比于常規(guī)且以其它方式已知的單離心鼓風(fēng)機(jī)例如以上提到的那些，us2012/0328969的離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)擁有若干優(yōu)勢，特別是在響應(yīng)于連接該鼓風(fēng)機(jī)的氣相化學(xué)反應(yīng)器頻繁地改變氣體流量的需要而作出快速且準(zhǔn)確的氣體流量調(diào)整的能力方面，例如，如在finnerty等人的美國專利申請no.14/533702和14/533803(兩者均于2014年11月5日提交)以及no.14/534345和14/534409(兩者均于2014年6月11日提交)中公開的重整器和集成的重整器和燃料電池組裝體中，這些專利的全部內(nèi)容通過引用并入本文。

在用于驅(qū)動氣態(tài)反應(yīng)物混合物進(jìn)入化學(xué)反應(yīng)器的氣相反應(yīng)區(qū)中、在化學(xué)反應(yīng)器的氣相反應(yīng)區(qū)內(nèi)驅(qū)動氣態(tài)反應(yīng)物混合物和從化學(xué)反應(yīng)器的氣相反應(yīng)區(qū)驅(qū)動氣態(tài)反應(yīng)物混合物的已知且常規(guī)的離心鼓風(fēng)機(jī)中，鼓風(fēng)機(jī)提供第一反應(yīng)物氣體流，其與鼓風(fēng)機(jī)外部的第二反應(yīng)物氣體流組合以提供氣態(tài)反應(yīng)混合物，然后將其引入到反應(yīng)區(qū)。為了比簡單地通過在兩股氣體物流(氣流，gasstream)匯合時出現(xiàn)的湍流混合可預(yù)期發(fā)生的更加充分地混合第一和第二氣體，可采用混合裝置例如靜態(tài)或電力驅(qū)動的混合器實現(xiàn)該目的。然而，用這樣的混合裝置可實現(xiàn)的混合度盡管相比于湍流混合得到改善，但是可能仍然遠(yuǎn)不足于最佳(特別是在靜態(tài)混合器的情形中)、引入進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜度(特別是在電力驅(qū)動的混合器的情形中)和不管怎樣可導(dǎo)致不期望的背壓水平。

因此，對于這樣的用于驅(qū)動氣態(tài)混合物的離心鼓風(fēng)機(jī)或離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)存在需求：其避免使用外部混合裝置而提供比通過單獨(dú)的湍流混合可實現(xiàn)的更均勻的兩種或更多種氣體的混合物。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

按照本發(fā)明，提供了用于驅(qū)動氣態(tài)流動物(氣流，gaseousflow)的離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，該離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)包括：

a)一系列鼓風(fēng)機(jī)單元，在所述系列中的各鼓風(fēng)機(jī)單元包括具有軸向進(jìn)口和徑向出口的殼體、布置在所述殼體內(nèi)的用于將氣態(tài)介質(zhì)以第一壓力抽吸到軸向進(jìn)口中并且將氣態(tài)介質(zhì)以較高的第二壓力通過所述徑向出口排出的葉輪、和用于驅(qū)動葉輪的馬達(dá)；

b)管道，其具有連接至所述系列中的鼓風(fēng)機(jī)單元的徑向出口的第一端部、連接至所述系列中的另一鼓風(fēng)機(jī)單元的軸向進(jìn)口的第二端部和限定內(nèi)部氣體流動通道的氣體流動約束壁；和，

c)用于允許氣態(tài)介質(zhì)進(jìn)入到管道(b)的氣體流動通道的氣體流動進(jìn)口，所述氣體流動進(jìn)口被限定在管道(b)的氣體流動約束壁中或連接至管道(b)的氣體流動約束壁。

氣體流動進(jìn)口(c)的設(shè)置容許在本文的離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)內(nèi)基本均勻地混合單獨(dú)的(分開的，separate)氣體物流，相比于類似的但是缺少氣體流動進(jìn)口(c)的離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，配置(裝置，arrangement)呈現(xiàn)若干個重要的優(yōu)勢。在前者的情形中并且相比于后者，單獨(dú)的氣體物流在本教導(dǎo)的鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的混合成為在鼓風(fēng)機(jī)出口下游的冗余氣體的混合手段，從而簡化了可連接鼓風(fēng)機(jī)出口的結(jié)構(gòu)體。另外，本文中的離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在省去(dispend)外部氣體混合手段(其可產(chǎn)生不期望的在氣體流動利用裝置例如氣相化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)的背壓增加)的情況下消除了可妨礙自由氣態(tài)流動物的氣流障礙的來源。

從以下的詳細(xì)描述和附圖中，本文中具有其內(nèi)部混合單獨(dú)的氣體物流的能力的離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的和本文中包括這樣的驅(qū)動氣態(tài)流動物的離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的氣相化學(xué)反應(yīng)器的這些和其它新穎的特征和優(yōu)勢將變得更明顯。

附圖說明

應(yīng)理解，下述的圖只是用于說明的意圖。所述圖不一定是成比例的，其中重點(diǎn)通常放在說明本教導(dǎo)的原理上。所述圖不旨在以任何方式限制本教導(dǎo)的范圍。相同的數(shù)字通常是指相同的部件。

圖1a為根據(jù)本教導(dǎo)的離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的雙鼓風(fēng)機(jī)實施方式的透視圖，所述鼓風(fēng)機(jī)以0°氣體流動構(gòu)造顯示，其中切開其互連管道組件的截面(部分，section)以揭示其管道進(jìn)口的部分和其第二鼓風(fēng)機(jī)單元的葉輪。

圖1b為1a的離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的平面圖。

圖1c和1d分別是圖1a和1b的離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的透視截面圖和縱視截面圖。

圖2為用于控制根據(jù)本教導(dǎo)的離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、例如圖1a-1d中說明的離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)的鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的示意性圖示。

圖3為圖2的鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的邏輯流程圖。

圖4為根據(jù)本教導(dǎo)的化學(xué)反應(yīng)器、特別是其中包括用于在其中引入和驅(qū)動氣流的多鼓風(fēng)機(jī)-型離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的集成的氣態(tài)燃料催化部分氧化重整器和固體氧化物燃料電池組裝體的示意性圖示。

具體實施方式

應(yīng)理解，本文中現(xiàn)有教導(dǎo)不受限于所描述的特定的步驟、材料和變型，并且因此可變化。還應(yīng)理解，所使用的術(shù)語只是為了描述特定實施方式的意圖，并且不旨在限制本教導(dǎo)的范圍，該范圍將僅由所附的權(quán)利要求書限定。

在整個說明書和權(quán)利要求書中，在將結(jié)構(gòu)體、裝置、設(shè)備、組合物等描述成具有、包括或包含具體組件的情況下，或者在將方法描述成具有、包括或包含具體方法步驟的情況下，預(yù)期到這樣的結(jié)構(gòu)體、裝置、設(shè)備、組合物等還基本上由述及的組件組成或由述及的組件組成，并且這樣的方法還基本上由述及的方法步驟組成或由述及的方法步驟組成。

在說明書和權(quán)利要求書中，在元件或組件說成是包括于和/或選自述及的元件或組件的列表，應(yīng)理解該元件或組件可為述及的元件或組件的任一個，或該元件或組件可選自述及的元件或組件的兩個或更多個。此外，應(yīng)理解，本文描述的結(jié)構(gòu)體、裝置、設(shè)備或組合物或方法的元件和/或特征可以多種方式進(jìn)行組合而不偏離本教導(dǎo)的焦點(diǎn)和范圍，不管其在本文中是明確的或暗含的。例如，在提到特定的結(jié)構(gòu)體的情況下，該結(jié)構(gòu)體可在本教導(dǎo)的設(shè)備和/或方法的多種實施方式中使用。

術(shù)語“包括(include)”、“包括(includes)”“包括(including)”、“具有(have)”、“具有(has)”、“具有(having)”、“包含(contain)”、“包含(contains)”、或“包含(containing)”(包括其語法等同物)的使用應(yīng)該通常理解為開放式并且非限制性的，例如不排除另外未述及的元件或步驟，除非另外特別地指出的或根據(jù)上下文理解的。

本文中單數(shù)例如“一個(一種，a)”、“一個(一種，an)”和“這個(這種，the)”的使用包括復(fù)數(shù)(并且反之亦然)，除非另外特別指出。

在措辭“約”用在數(shù)量值之前的情況下，本教導(dǎo)還包括具體的數(shù)量值本身，除非另外特別指出。正如本文使用的，措辭“約”是指與標(biāo)稱值相差±10％，除非另外指明或意指。

應(yīng)理解，步驟的順序或進(jìn)行某些動作的順序是非本質(zhì)的(不重要的)，只要本教導(dǎo)仍然是可操作的。例如，本文描述的方法可以任何合適的順序進(jìn)行，除非本文另外指明或另外與上下文明顯相矛盾。而且，除非步驟由于其本性(nature)必須順序進(jìn)行，它們可同時進(jìn)行。

在本說明書中的多處，數(shù)值作為值的范圍公開。本文公開的數(shù)值范圍特別旨在包括該范圍內(nèi)的每個范圍和每個值以及其任何子范圍。例如，0-20范圍的數(shù)值明確地旨在分別公開0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19和20及其任何子范圍，例如0-10、8-16、16-20等。

本文中提供的任何和所有的實例或示例性語言例如“如”的使用僅旨在更好地對本教導(dǎo)進(jìn)行說明，并且不對本發(fā)明的范圍施加限制，除非被權(quán)利要求要求。說明書中的語言不應(yīng)該解釋為表示任何未被權(quán)利要求要求的要素對于本教導(dǎo)的實踐是必要的。

表明空間取向或方位(姿態(tài)，attitude)的術(shù)語和表述例如“較高”、“較低”、“上部”、“底部”、“水平”、“豎直”等在本文中應(yīng)理解為不具有結(jié)構(gòu)、功能或操作上的重要性并且僅反映本教導(dǎo)在某些附圖中說明的液體燃料cpox重整器的多個視圖的任意選擇的取向，除非其上下文的用法另外指出。

本文使用的表述“重整器”應(yīng)理解為指代其中使重整反應(yīng)氣態(tài)混合物經(jīng)歷氣相重整反應(yīng)以產(chǎn)生富氫重整產(chǎn)物的特定類型的化學(xué)反應(yīng)器。

表述“能重整的液體燃料”應(yīng)理解為包括在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力(stp)條件下為液體的可重整的含碳-和氫-的燃料，例如甲醇、乙醇、石腦油、餾出物、汽油、煤油、噴氣發(fā)動機(jī)燃料、柴油(diesel)、生物柴油等，其當(dāng)進(jìn)行重整時經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為富氫重整產(chǎn)物。表述“能重整的液體燃料”應(yīng)該還理解為包括這樣的燃料即蒸氣，不管它們處于液態(tài)或處于氣態(tài)。

表述“能重整的氣態(tài)燃料”應(yīng)該理解為包括在stp條件下為氣體的能重整的含碳和氫的燃料，例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、乙烯、丙烯、丁烯、異丁烯、二甲醚、其混合物(例如主要為甲烷的天然氣和液化天然氣(lng))、以及主要為丙烷或丁烷但是包括大部分由丙烷和丁烷構(gòu)成的所有混合物的石油氣和液化石油氣(lpg)、等，其當(dāng)進(jìn)行重整時經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為富氫重整產(chǎn)物。

表述“重整反應(yīng)”應(yīng)理解為包括在能重整的燃料重整或轉(zhuǎn)化為富氫重整產(chǎn)物期間發(fā)生的反應(yīng)。

表述“重整反應(yīng)氣態(tài)混合物”是指包括氣化的能重整的液體燃料、能重整的氣態(tài)燃料或其組合、氧化劑例如以空氣供應(yīng)的氧氣和用于蒸汽或自熱重整的蒸汽的混合物。

本文使用的表述“燃料電池”應(yīng)理解為指代其中使可電化學(xué)氧化的燃料和氧化劑經(jīng)歷電化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生氧化的氣體和電流流動的裝置。

本發(fā)明的多級鼓風(fēng)機(jī)型離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)可操縱多種氣相化學(xué)反應(yīng)器的氣體流量要求，所述氣相化學(xué)反應(yīng)器包括例如前述的重整器、集成的重整器-燃料電池系統(tǒng)、用于氣相烯烴聚合的流化床反應(yīng)器、催化燃燒室、氣-液循環(huán)氣體水合反應(yīng)器、氣相氧化反應(yīng)器和水煤氣變換反應(yīng)器。更特別地，圖4說明使用本發(fā)明的多級鼓風(fēng)機(jī)型離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)向任何集成的氣態(tài)燃料cpox重整器和燃料電池系統(tǒng)的氣態(tài)燃料cpox重整器部分(section)提供氣態(tài)燃料和空氣催化部分氧化(cpox)反應(yīng)混合物。

參考圖1a-1d，在根據(jù)本教導(dǎo)的離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的一個實施方式中，雙離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)100包括第一離心鼓風(fēng)機(jī)單元101，其通過具有密封內(nèi)部氣體流動通道119的氣體流動約束壁118和允許氣體進(jìn)入到氣體流動通道中的氣體進(jìn)口或端口115的管道103連接至第二離心鼓風(fēng)機(jī)單元102。

第一鼓風(fēng)機(jī)單元101包括具有軸向進(jìn)口105、連接至管道103的第一端部的徑向出口106的殼體104、布置在殼體104內(nèi)的用于將第一氣態(tài)介質(zhì)以第一壓力抽吸到軸向進(jìn)口105中并且將氣態(tài)介質(zhì)以較高的第二壓力通過徑向出口106排出到管道103的氣體流動通道119中的葉輪107、和用于驅(qū)動葉輪107的電動馬達(dá)108。

第二鼓風(fēng)機(jī)單元102包括殼體109和如圖1a中由管道103的切掉部分所示的布置在殼體109內(nèi)且由電動馬達(dá)111驅(qū)動的葉輪110、連接至管道103的第二端部用于接收在氣體流動通道119內(nèi)流動的第一和第二氣態(tài)介質(zhì)的軸向進(jìn)口112、和將第一和第二氣態(tài)介質(zhì)的到那時(by-then)的均勻混合物通過其排出到任選的氣體物流外殼114中并且從其排放的徑向出口113。

第二氣態(tài)介質(zhì)通過進(jìn)口115以至少比將第一氣態(tài)介質(zhì)從第一鼓風(fēng)機(jī)101排放到管道103中的壓力稍高的壓力引入到管道103的氣體流動通道119。第一和第二氣態(tài)介質(zhì)將在管道103內(nèi)經(jīng)歷一定的初始混合，其程度將取決于由所述兩股氣體物流的匯合所導(dǎo)致的湍流的程度。管道103內(nèi)的第一和第二氣態(tài)介質(zhì)的該初始混合物然后進(jìn)入其中進(jìn)行充分混合的第二鼓風(fēng)機(jī)單元102，基本均勻的氣體混合物然后從氣體物流外殼114排放并且輸送到需要的地方。

進(jìn)口115可例如作為一個或多個孔(aperture)設(shè)置在管道103的壁中或它可延伸超出所述壁從而將第二氣態(tài)介質(zhì)進(jìn)一步引入管道103的氣體流動通道119內(nèi)、例如在此處氣流的中心處或附近。在后一實施方式的情形中，進(jìn)口115的延伸到氣體流動通道中的部分可設(shè)置有流線型的橫截面以使湍流最小化。進(jìn)口115的延伸到管道103的氣體流動通道中的部分可以任何合適的方向和/或方位例如有利于更平行的且因此較少湍流的單獨(dú)氣流匯合的方向和/或方位來取向。

本教導(dǎo)還預(yù)期用于允許一種或多種另外的單獨(dú)氣體進(jìn)入管道103中的不止一個進(jìn)口115，例如，氣化的能重整的液體燃料和/或能重整的氣態(tài)燃料通過一個這樣的進(jìn)口并且蒸汽通過另一個這樣的進(jìn)口，從而提供用于在自熱重整(atr)反應(yīng)器和/或蒸汽重整(sr)反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化為富氫重整產(chǎn)物的空氣+燃料+蒸汽重整反應(yīng)混合物。

在前述的第一和第二氣體能夠在電火花的存在下彼此反應(yīng)和/或形成可通過電火花點(diǎn)燃或引爆的爆炸性混合物，例如空氣和氣態(tài)燃料重整混合物，驅(qū)動第二鼓風(fēng)機(jī)單元102中的葉輪110的電動馬達(dá)可有利地為防爆或氣密類型的(其多種為常規(guī)的或以其他方式已知的)，由此使過早反應(yīng)或爆炸性引爆的風(fēng)險最小化。替代地且如圖1d中所示，馬達(dá)116可布置在第二鼓風(fēng)機(jī)單元102的殼體109的外部且通過適當(dāng)長度的軸117連接至葉輪110，這樣的配置使火花引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)或爆炸性引爆的風(fēng)險最小化。

作為離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)100運(yùn)轉(zhuǎn)的實例，抽吸到第一鼓風(fēng)機(jī)單元101中的作為第一氣體的空氣和通過進(jìn)口115引入到管道103中的作為第二氣體或氣體混合物的甲烷、丙烷、丁烷、天然氣、其混合物等最初在管道103的氣體流動通道119內(nèi)彼此匯合，且之后進(jìn)入第二鼓風(fēng)機(jī)單元102，其中所述氣體更充分地混合在一起以提供高度均勻的重整反應(yīng)混合物。該反應(yīng)混合物然后輸送到其中它被轉(zhuǎn)化為富氫重整產(chǎn)物氣體的重整器，例如，如由圖4中所示的集成的氣態(tài)燃料cpox重整器和燃料電池系統(tǒng)400的cpox重整器部分401所說明的。

圖1a和1b的箭頭指明氣體物流通過構(gòu)成離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)100的鼓風(fēng)機(jī)系列中的各鼓風(fēng)機(jī)單元的徑向出口的通常方向。正如例如圖1b中所示，通過第一鼓風(fēng)機(jī)單元101的出口106排出的氣體物流的流動和通過第二鼓風(fēng)機(jī)單元102的出口113排出的氣體物流的流動不平行于它們各自的出口而是與其成一定的角度。通過以使得該物流保持與管道的內(nèi)壁幾乎平行這樣的方式配置管道103的幾何形狀以用于接收通過出口106排放的氣體物流，可防止或減少湍流，否則湍流會在該物流撞擊到這些壁上時發(fā)生。有利地，使湍流最小化或加以避免，以減少或消除它作為鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中的背壓來源。出于該相同的原因，有利的是，配置氣體物流外殼114的角度使得其內(nèi)壁將和通過第二鼓風(fēng)機(jī)單元102的出口113排放的氣體物流的流動幾乎平行。對于給定的氣體鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，管道103的內(nèi)壁相對于其氣體物流的流動的最佳幾何形狀和氣體物流外殼114的偏斜角可使用常規(guī)實驗方法容易地測定。在圖1a-1d中所示的氣體鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中，管道103的內(nèi)部或?qū)虮砻婧蜌怏w物流外殼114的內(nèi)部或?qū)虮砻婵上鄬τ诔隹?06和111以12°-20°、和優(yōu)選地14°-18°的角度α傾斜。

在本發(fā)明的離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中使用的特定鼓風(fēng)機(jī)單元的尺寸、電壓、功率消耗(powerdraw)、葉輪速度、空氣流量、噪聲水平以及其它特性取決于連接其的氣相化學(xué)反應(yīng)器的氣體壓力和氣體流量要求可變化很大。

圖2和3分別說明本發(fā)明的離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)和其控制邏輯的示意性圖示。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，這些鼓風(fēng)機(jī)控制操作可通過適當(dāng)編程的微處理器實施。

如圖4中所示，集成的氣態(tài)燃料cpox重整器-燃料電池系統(tǒng)400包括耦接到燃料電池部分428的氣態(tài)燃料cpox重整器部分401。重整器部分401包括用于將空氣和氣態(tài)燃料的混合物引入到導(dǎo)管403中并且用于驅(qū)動其和其它氣流(包括氣態(tài)燃料-空氣的混合物和富氫重整產(chǎn)物)通過重整器和燃料電池部分的多個氣體流動通道的兩個互連的離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)402，例如，如圖1a-1d中說明的。導(dǎo)管403可包括流量計404和熱電偶405。這些裝置和類似的裝置可放置在氣態(tài)燃料cpox重整器部分和燃料電池部分內(nèi)的多個位置處以測量、監(jiān)測和控制集成的重整器-燃料電池系統(tǒng)400的運(yùn)轉(zhuǎn)。

在集成的氣態(tài)燃料cpox重整器-燃料電池系統(tǒng)400的運(yùn)轉(zhuǎn)的啟動模式下，環(huán)境溫度下的空氣和丙烷的混合物通過離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)402引入到導(dǎo)管403中。丙烷經(jīng)由裝備有任選的熱電偶415、流量計416和流量控制閥417的燃料線路414以相對低的壓力從氣態(tài)燃料儲存罐413通過進(jìn)口406抽吸到離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)402的連接管道403中?？諝夂捅樵陔x心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)402內(nèi)充分混合，之后從其中排放氣體混合物并且進(jìn)入導(dǎo)管403。基本均一的丙烷-空氣混合物(氣態(tài)cpox反應(yīng)混合物)進(jìn)入歧管或壓力通風(fēng)系統(tǒng)(高壓間，plenum)420，其起到使反應(yīng)混合物更均勻地分布到管式cpox反應(yīng)器單元409中的作用。

在cpox重整器部分401運(yùn)轉(zhuǎn)的啟動模式下，點(diǎn)火器423引發(fā)管式cpox反應(yīng)器單元409的cpox反應(yīng)區(qū)域410內(nèi)的氣態(tài)cpox反應(yīng)混合物的cpox反應(yīng)，從而開始產(chǎn)生富氫重整產(chǎn)物。一旦已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)cpox反應(yīng)的溫度(例如240℃-1,100℃)，則反應(yīng)變成自持的并且可中斷點(diǎn)火器的操作。將熱電偶425安置在一個或多個cpox反應(yīng)區(qū)域410附近以監(jiān)測在cpox反應(yīng)器單元409內(nèi)發(fā)生的cpox反應(yīng)的溫度。所述溫度測量可作為監(jiān)測參數(shù)傳遞到重整器控制系統(tǒng)426。

重整器部分401還可包括電流源例如可充電的鋰離子蓄電池系統(tǒng)427，以便例如在集成的重整器-燃料電池系統(tǒng)400的運(yùn)轉(zhuǎn)的啟動模式期間為其電驅(qū)動的組件例如離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)402、流量計404、流量控制閥417、點(diǎn)火器423供電，并且如果期望，以儲存例如在穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)期間由燃料電池部分428產(chǎn)生的剩余的電能用于后續(xù)使用。

燃料電池部分428包括燃料電池堆429、后燃器或尾氣燃燒器432、離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)430、以及任選的用于向控制系統(tǒng)426提供溫度和壓力測量輸入的熱電偶433和流量計434，所述離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)430用于將通過歧管431均勻分布的空氣引入到燃料電池堆429的陰極側(cè)以支持燃料在其中電化學(xué)轉(zhuǎn)化為電和引入到后燃器432以支持尾氣在其中燃燒。氣態(tài)cpox重整器部分401中產(chǎn)生的富氫重整產(chǎn)物進(jìn)入燃料電池堆429并且在其中經(jīng)歷電化學(xué)轉(zhuǎn)化而變成電和作為氣態(tài)流出物的副產(chǎn)物水(蒸汽)和二氧化碳。來自燃料電池堆429的氣態(tài)流出物或尾氣可包含可燃性氣體，例如烴、未消耗的氫氣和/或其它電化學(xué)可氧化的氣體例如一氧化碳，它們?nèi)缓筮M(jìn)入后燃器432，在其中利用由離心鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)430提供的空氣將它們?nèi)紵伤?蒸汽)和二氧化碳。如果期望，可回收來自后燃器432的熱的氣體廢棄物(exhaust)中包含的熱量并且將其用于加熱一個或多個流體流，例如使水變成蒸汽以在atr和/或sr重整中使用。

盡管為了說明的意圖已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是應(yīng)理解這些詳細(xì)描述只是為了所述意圖，并且在不偏離在權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下本領(lǐng)域技術(shù)人員可在其中進(jìn)行改變。