CN101233646B - 供电系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

使用燃料电池的供电系统包括化学反应部(100)、燃料供应部(P1、V1)、水供应部(P2、V2)以及控制部(130)，该化学反应部包括：蒸发部(103、112、114)，其接收供应给它的发电燃料和水，至少加热供应给它的水以使水蒸发，以及反应部(105、107)，其根据蒸发部产生的蒸汽和发电燃料产生发电气体；该燃料供应部(P1、V1)供应发电燃料给该化学反应部；该水供应部(P2、V2)供应水给该化学反应部；以及在蒸发部不处于适合蒸发操作的条件下时，该控制部(130)控制系统操作，以停止从燃料供应部供应发电燃料给该化学反应部。该供电系统在启动和停止系统时抑制了一氧化碳浓度的任何增加，并防止系统发电性能的降低。

Description

供电系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及供电系统、控制供电系统的方法和包括此供电系统的电子装置。本发明尤其涉及使用燃料电池的供电系统和控制此种供电系统的方法。
背景技术
在日常生活中以及很多不同的工业领域中，各种化学电池(cell)已经并越来越被普遍使用。电池包括诸如碱性干电池和锰干电池之类的原电池以及诸如镍-镉电池、镍-氢电池及锂离子电池之类的二次电池。同时，因为燃料电池仅微弱影响环境(仅带给环境较小的负担)且可实现约30％至40％的高效能量利用率，因此对实际应用中使用燃料电池的供电系统的研究和开发已进行了数年并仍在进行。另外，为了能将使用燃料电池的供电系统应用到移动设备、电动汽车等的供电单元，人们正在努力开发较小尺寸的此种供电系统。
设计用于此种供电系统的燃料重整型燃料电池是已知的。燃料重整型燃料电池包括化学反应部，其一般包括重整器，用于重整燃料以发电，所述燃料包括通过利用催化剂的化学反应产生的碳氢化合物，将化学反应部产生的重整气体供应给发电电池，以利用包含在该重整气体中的氢发电。
还可知的是，在通过化学反应部产生重整气体的过程中，在使用此种燃料重整型燃料电池的供电系统内，会些许地产生一氧化碳(CO)。具体而言，通过供应诸如甲醇之类的发电燃料和水给化学反应部，蒸发并混合它们以及供应混合气体给重整器来重整燃料，其中将混合气体变成主要包含氢的重整气体，并且此时些许地产生作为副产品的CO。因此，化学反应部也包括用于清除包含在重整气体中的一氧化碳的CO清除器。
然而，在供电系统启动或停止时，例如甲醇之类的发电燃料比水更易于蒸发。随后可出现如下情况，发电燃料气体在混合气体中的含量比率相对蒸汽暂时增加。如果该发电燃料气体在混合气体中的含量比率相对蒸汽暂时增加，则在重整器中不再可能完全重整发电燃料气体。随后从重整器中产生未重整的发电燃料气体。因此，CO清除器中的催化剂由于未重整的发电燃料气体而失效，降低了CO清除器的CO清除能力，从而增加了CO浓度。
另外，产生CO、甲酸和甲醛作为流入发电电池的未重整的发电燃料气体。甲酸和甲醛损害了发电电池从而降低了发电电池的发电能力。另一方面，在重整器和发电电池中产生的CO对人体有害并损害发电电池中的催化剂(一般是Pt)，从而进一步降低了发电效率。
已知的设计是，通过分别提供浓度感测器(其用于观察混合气体中发电燃料气体的浓度，并根据该浓度感测器观察到的值来控制重整气体中的成分，以使CO浓度不增加)，来将混合气体中的发电燃料气体的含量比率保持在适当程度。然而，由于浓度感测器必须分别提供，这就增加了成本和零件数量，并且此种设计不利于尺寸的减小。
公知的供电系统可通过分别提供CO浓度计来观察CO浓度以抑制CO浓度的增加，如果CO浓度较高，则通过切换转换阀门来暂停供应重整气体至发电电池。然而，从成本观点来看，提供CO浓度计和转换阀门的此种设计是不利的(成本较高)并且需要增加零件数量，这不利于尺寸的减小。
发明内容
本发明具有在使用燃料电池的供电系统启动或停止时抑制可能出现的一氧化碳浓度增加的优点，而无需测量仪表例如浓度感测器来防止供电系统的发电性能降低，并使得可以减小供电系统的尺寸。
根据本发明，提供一种供电系统，包括化学反应部，包括：蒸发部，其接收供应给它的发电燃料和水，至少加热供应给它的水以使水蒸发；以及反应部，其根据所述蒸发部产生的蒸汽和所述发电燃料来产生发电气体；燃料供应部，其供应所述发电燃料给所述化学反应部；水供应部，其供应水给所述化学反应部；以及控制部，其在所述蒸发部不处于适合蒸发操作的条件下时，控制所述系统的操作以使得停止从所述燃料供应部供应所述发电燃料给所述化学反应部。
优选地，所述蒸发部可以被安排成蒸发供应给它的发电燃料。从而优选地，所述蒸发部包括：第一个蒸发部，其加热并蒸发水；第二个蒸发部，其蒸发供应给它的所述发电燃料；以及混合器，其将通过所述第一个蒸发部产生的蒸汽和通过所述第二个蒸发部产生的蒸发的发电燃料进行混合，并将混合物供应给所述反应部。
当所述发电燃料是包含氢原子的液体燃料时，所述蒸发部蒸发水和所述发电燃料，并且所述反应部包括重整部和一氧化碳清除部，所述重整部用于接收通过所述蒸发部蒸发的所述发电燃料和蒸汽的混合气体并通过重整反应产生含氢的重整气体，所述一氧化碳清除部用于清除包含在所述重整气体中的一氧化碳并产生所述发电气体。
当所述发电燃料是包含氢原子的气体燃料时，所述反应部包括重整部和一氧化碳清除部，所述重整部用于接收通过所述蒸发部产生的蒸汽和气体燃料的混合气体并通过重整反应产生含氢的重整气体，所述一氧化碳清除部用于清除包含在所述重整气体中的一氧化碳并产生所述发电气体。
优选地，所述供电系统还包括温度检测部，用于检测所述蒸发部的温度，在通过所述温度检测部检测到的所述蒸发部的温度低于预定温度(其一般为水的沸点)时，所述控制部进行控制以使得停止从所述燃料供应部供应所述发电燃料给所述化学反应部。
优选地，所述供电系统还包括发电部，其接收供应给它的所述发电气体并通过电化学反应方式产生用于驱动负载的电力，所述负载一般是电子装置。优选地，所述供电系统至少部分与所述负载整合在一起，并包括在密封条件下包括发电燃料的燃料包含部，所述供电系统与所述负载整合在一起，但将所述燃料包含部排除在外。优选地，将所述供电系统形成为可移除地安装到所述负载中的模块。
当使所述发电部启动操作时，所述控制部使得所述蒸发部启动操作，还使所述水供应部启动供应水给所述化学反应部，并使得在所述蒸发部达到适合蒸发水操作的条件之后，所述燃料供应部将所述发电燃料供应给化学反应部。
优选地，所述供电系统还包括输出检测部，用于检测所述发电部的输出以及何时使得所述发电部停止操作，在所述输出检测部检测到的所述发电部的输出下降到预定值之下后，所述控制部停止将所述发电燃料从所述燃料供应部供应给所述化学反应部，并且这使得所述蒸发部停止操作，并停止将水从所述水供应部供应给所述化学反应部。
根据本发明，还提供一种控制供电系统的方法，所述供电系统包括化学反应部，所述化学反应部包括：蒸发部，其接收供应给它的发电燃料和水，并加热及蒸发水，以及反应部，其根据所述蒸发部产生的蒸汽和所述发电燃料产生发电气体；以及发电部，其接收供应给它的所述发电气体并通过电化学反应方式产生电力；其中，在使所述发电部启动操作时，所述方法包括：使得所述蒸发部启动操作并使得所述水供应部启动供应水给所述化学反应部；等待直到所述蒸发部达到适合蒸发水操作的条件为止；以及使得在所述蒸发部达到适合蒸发水操作的条件时，所述燃料供应部启动供应所述发电燃料给化学反应部。
优选地，所述供电系统还包括温度检测部，用于检测所述蒸发部的温度，以及等待直到所述蒸发部达到适合蒸发水操作的条件为止的顺序包括等待直到由所述温度检测部检测的所述蒸发部的温度变得高于预定温度(其一般为水的沸点)为止的顺序。
优选地，在停止所述发电部的操作时，所述方法包括以下顺序：停止将所述发电燃料从所述燃料供应部供应给所述化学反应部；等待直到所述发电部的输出下降到预定值之下为止；以及在所述发电部的输出下降到所述预定值之下时，使得所述蒸发部停止操作，还使所述水供应部停止供应水给所述化学反应部。
优选地，所述供电系统还包括输出检测部，用于检测所述发电部的输出；以及等待直到所述发电部的输出下降到所述预定值之下为止的所述顺序包括等待直到由所述输出检测部检测的所述发电部的输出下降到所述预定值之下为止的顺序。
附图说明
图1是根据本发明的供电系统的第一个实施例的示意性方框图；
图2是图1的实施例的启动控制过程的流程图；
图3是图1的实施例的停止控制过程的流程图；
图4是根据本发明的供电系统的第二个实施例的示意性方框图；
图5是图4的实施例的启动控制过程的流程图；
图6是图4的实施例的停止控制过程的流程图；
图7是根据本发明的供电系统的第三个实施例的示意性方框图；
图8是图7的实施例的启动控制过程的流程图；
图9是图7的实施例的停止控制过程的流程图；
图10是通过应用根据本发明的发电系统来实现发电单元的示意性透视图；
图11是适用于利用通过应用根据本发明的发电系统实现的发电单元的电子装置的示意性透视图；以及
图12A、12B和12C是适用于利用根据本发明的供电系统的另一个电子装置的三侧的视图。
具体实施方式
现在通过参考说明本发明的优选实施例的附图结合包括根据本发明的供电系统的电子装置，来详细描述根据本发明的供电系统和控制供电系统的方法。
<第一个实施例>
首先，将参考图1描述根据本发明的供电系统的第一个实施例的结构。此实施例的供电系统包括燃料重整型固态聚合物电解质燃料电池(PEFC)，并适用于利用液体燃料例如甲醇作为发电燃料。
图1是根据本发明的供电系统的第一个实施例的示意性方框图，其示出了该供电系统的结构。
此实施例的供电系统包括控制装置(控制部)130、DC/DC转换器(电压转换部)170、二次电池180和燃料重整型燃料电池系统200。
燃料电池系统200包括化学反应部100、发电电池(发电部)120、甲醇箱(燃料包含部)140、水箱160、泵P1至P3、阀门V1至V7以及流量计F1至F8。
化学反应部100包括燃烧燃料蒸发器101、电热器/温度计102、重整燃料混合器/蒸发器(蒸发部)103、另一个电热器/温度计104、CO清除器(一氧化碳清除部)105、另一个电热器/温度计106、重整器(重整部)107、另一个电热器/温度计108、甲醇催化剂燃烧器109和烟气(off gas)催化剂燃烧器111。
化学反应部100还可包括容器，用于包含至少CO清除器105、电热器/温度计106、重整器107、电热器/温度计108、甲醇催化剂燃烧器109和烟气催化剂燃烧器111以及有或没有其它组件，以便至少将重整器107和CO清除器105保持在预定温度，并且可将容器内部抽空以呈现真空绝热结构。
二次电池180可以利用保存电荷的电容器来形成。
甲醇箱140包含甲醇(发电燃料)，而水箱160包含由重整器107用于重整反应的水。
燃烧燃料蒸发器101接收包含在甲醇箱104中的部分甲醇作为燃烧燃料(通过泵P1将甲醇注入到该燃烧燃料蒸发器101中)，该燃烧燃料蒸发器101加热并蒸发(汽化)该甲醇并将其作为甲醇气体发送至甲醇催化剂燃烧器109。注入到燃烧燃料蒸发器101的甲醇流速由阀门V3调节并由流量计F3测量。电热器/温度计102用作加热燃烧燃料蒸发器101的电热器，并且还用作测量该燃烧燃料蒸发器101的温度的温度计。
甲醇催化剂燃烧器109将燃烧燃料蒸发器101供应的甲醇气体和气泵P3供应的空气相混合，并通过催化剂燃烧混合气体。混合气体燃烧的热量用于加热化学反应部100的重整器107、CO清除器105和其它部件，并将所述部件设定成预定的反应温度。供应给甲醇催化剂燃烧器109的空气流速由阀门V5进行调节并由流量计F5进行测量。在燃烧混合气体之后，将废气放出到发电系统之外。
重整燃料混合器/蒸发器103将通过泵P1从甲醇箱140注入的甲醇(发电燃料)和通过泵P2从水箱160注入的水混合，并加热及蒸发(汽化)混合物以产生混合气体。接着，发送该混合气体至重整器107。注入到该重整燃料混合器/蒸发器103的甲醇的流速由阀门V1调节并由流量计F1测量。注入到该重整燃料混合器/蒸发器103的水的流速由阀门V2调节并由流量计F2测量。该电热器/温度计104用作加热重整燃料混合器/蒸发器103的电热器并同时用作测量该重整燃料混合器/蒸发器103的温度的温度计。
该重整器107将该重整燃料混合器/蒸发器103供应的混合气体加热到约300℃，通过重整反应对其进行重整，该重整反应如以下的方程式(1)所示，并将该气体作为含氢的重整气体(发电气体)发送到CO清除器105。
CH3OH+H2O→3H2+CO2    (1)
在该重整器107中，通过以下的方程式(2)所示的逆变换反应(inverse shift reaction)，些许地产生作为副产品的一氧化碳CO。
CO2+H2→CO+H2O    (2)
该电热器/温度计108用作加热该重整器107的电热器，并且同时用作测量该重整器107的温度的温度计。
CO清除器105将重整器107供应的重整气体和气泵P3供应的空气进行加热及混合，并通过以下的方程式(3)所示的变换反应选择性地氧化一氧化碳。
CO+H2O→H2+CO2    (3)
另外，催化剂例如Pt或Al2O3被保存在CO清除器105内，以使得通过方程式(3)表示的化学反应有效进行。此外，该CO清除器105通过由以下的方程式(4)所示的化学反应氧化CO。
2CO+O2→2CO2    (4)
接着，该CO清除器105发送重整气体(通过方程式(3)和(4)表示的化学反应从该重整气体中清除CO)至发电电池120。供应给CO清除器105的空气流速由阀门V4进行调节并由流量计F4进行测量。该电热器/温度计106用作加热CO清除器105的电热器，并同时用作测量CO清除器105的温度的温度计。
该发电电池120包括多个发电电池，每一个均具有在电解质MEA(膜电极组件)的多个相对表面中的一个上形成的燃料极和在另一个表面上形成的空气极。使得催化剂例如Pt或Pt-Ru的微粒附着到燃料极和空气极。当将含氢的重整气体从该重整器107供应给燃料极时，由于电子(e-)分离并通过离子传导膜被传输至空气极，因此通过以下的方程式(5)所示的化学反应由上述催化剂产生氢离子(质子：H+)，同时电子(e-)由燃料极的碳电极获得并供应给负载。
3H2→6H++6e-    (5)
另一方面，由于通过气泵P3将空气供应给空气极，使得经过负载的电子(e-)、氢离子(H+)和空气中的氧气通过上述催化剂相互反应，以通过以下的方程式(6)所示的化学反应产生水(3H2O)。
6H++3/2O2+6e-→3H2O    (6)
方程式(5)和(6)的电化学反应在60至80℃的温度条件下进行。接着，该发电电池120将通过方程式(5)和(6)的电化学反应产生的电力供应给DC/DC转换器170。供应给发电电池120的重整气体的流速由流量计F8进行测量。供应给发电电池120的空气的流速由阀门V7进行调节并由流量计F7进行测量。该发电电池120将未被方程式(5)消耗的重整气体作为烟气发送给烟气催化剂燃烧器111。
该DC/DC转换器170通过积累的电力产生预定电压的输出，在启动燃料电池系统200或出现超载时，二次电池180由该电压输出充电，然而，通过切换调节，该DC/DC转换器170调节该发电电池120的输出电力，并供应电力给外部负载，同时在燃料电池系统200稳定操作时其还对二次电池180进行充电。
烟气催化剂燃烧器111将发电电池120供应的烟气和气泵P3供应的空气进行混合，并通过催化剂燃烧该混合物。接着燃烧热量被用于加热该化学反应部100的重整器107、CO清除器105和其它部件，并设定预定的反应温度。供应给烟气催化剂燃烧器111的空气的流速由阀门V6进行调节，并由流量计F6进行测量。在燃烧之后，将废气排出发电系统。
控制装置130一般利用CPU、ROM、RAM、A/D转换器和D/A转换器形成，并控制系统部件的操作。具体而言，当CPU执行存储在ROM中的各种控制程序时，该控制装置130利用由流量计F1至F8测量的流速FO、电热器/温度计102、104、106和108观察到的温度以及发电电池120的电流输出水平来控制系统部件的操作。换句话说，该控制装置130输出用于驱动相应的阀门V1至V7的阀门控制信号VD、用于发出控制命令给驱动器D1至D3以驱动/控制相应的泵P1至P3的驱动器控制信号CD、以及用于相应控制驱动该电热器/温度计102、104、106和108的电热器的操作的加热器控制信号。
现在，将在以下描述产生未重整的甲醇气体的原因。
从方程式(1)可以看出，理论上，在蒸汽和甲醇气体的混合气体的混合比率是1∶1时获得最佳效率。然而，因为甲醇的沸点(65℃)低于水的沸点(100℃)，因此在启动供电系统之后，在重整燃料混合器/蒸发器103中的温度上升并高于甲醇的沸点但仍未达到水的沸点时，水未被蒸发而仅有甲醇被蒸发。同样，在停止供电系统之后，当重整燃料混合器/蒸发器103中的温度下降并低于水的沸点但仍未低于甲醇的沸点时，水蒸发停止但甲醇的蒸发仍在继续。在此种条件下，在甲醇和蒸汽的混合气体中相对于蒸汽而言甲醇的比例较高，并且重整器107无法通过方程式(1)所示的重整反应彻底重整甲醇，从而产生了未重整的甲醇。
由于在重整器107中产生未重整的甲醇，从而未重整的甲醇被发送到CO清除器105，这损害了保存在CO清除器105中的催化剂，且显著地降低了CO清除器105的CO清除率。因而，该CO清除器105通过方程式(2)所示的变换反应不再能彻底清除CO，从而提高了CO浓度。
现在，参考图2和图3，将在以下描述此实施例的供电系统的操作。
图2是图1的实施例的启动控制过程的流程图。
图3是图1的实施例的停止控制过程的流程图。
首先，参考图2，以下将描述此实施例的启动控制过程(第一个启动控制过程)。第一个启动控制过程是在控制装置130使得燃料电池系统200启动操作时执行的过程。
该控制装置130首先输出用于启动温度控制操作的加热器控制信号至电热器/温度计102、104、106和108中的每一个，以使所述电热器/温度计相应启动控制燃烧燃料蒸发器101的温度、重整燃料混合器/蒸发器103的温度、重整器107的温度和CO清除器105的温度(步骤A1、A3、A5、A7)。
接着，该控制装置130判断通过电热器/温度计102测量的燃烧燃料蒸发器101的温度是否超过预定的温度水平(步骤A9)。该控制装置130等待直到该温度超过预定的温度水平为止(步骤A9：否)。执行步骤A9的处理操作以判断燃烧燃料蒸发器101的温度是否已达到足够高以至少蒸发甲醇的温度水平(例如约65℃，该温度是甲醇的沸点)。
当该燃烧燃料蒸发器101的温度上升到超过预定的温度水平时(步骤A9：是)，该控制装置130输出用于使控制驱动器D1启动驱动泵P1供应甲醇的操作的信号(步骤A11)，以及输出用于使其打开阀门V3以启动供应甲醇给该燃烧燃料蒸发器101的操作的信号(步骤A13)。
接着，该控制装置130输出用于使驱动器D3驱动气泵P3供应空气给供电系统的信号(步骤A15)，以及用于使其打开阀门V5以启动供应空气给该甲醇催化剂燃烧器109的操作的信号(步骤A17)。作为步骤A11至A17的处理操作的结果，将由该燃烧燃料蒸发器101蒸发的甲醇气体发送至该甲醇催化剂燃烧器109，并在该甲醇催化剂燃烧器109中的催化剂上与空气一起被燃烧。然后将燃烧产生的热量用于加热该化学反应部100的重整器107、CO清除器105和其它部件。
此后，该控制装置130判断由该电热器/温度计108测量的重整器107的温度是否已超过预定的温度水平(步骤A19)。该控制装置130等待直到该温度超过预定的温度水平为止(步骤A19：否)。执行步骤A19的处理操作以判断该重整器107的温度是否已达到一温度水平，该温度水平足够高以至少继续进行由方程式(1)表示的重整反应(例如约300℃)。
当重整器107的温度上升到高于预定的温度水平时(步骤A19：是)，该控制装置130判断由该电热器/温度计106测量的CO清除器105的温度是否已超过预定的温度水平为止(步骤A21)。该控制装置130等待直到该温度超过预定的温度水平(步骤A21：否)。执行步骤A21的处理操作以判断该CO清除器105的温度是否已达到一温度水平，该温度水平足够高以至少继续进行由方程式(3)和(4)表示的化学反应(例如60至80℃)。
当CO清除器105的温度上升到高于预定的温度水平时(步骤A21：是)，该控制部130判断由电热器/温度计104测量的重整燃料混合器/蒸发器103的温度是否已超过预定的温度水平(步骤A23)。该控制装置130等待直到该温度超过预定的温度水平(步骤A23：否)。执行步骤A23的处理操作以判断该重整燃料混合器/蒸发器103的温度是否已达到一温度水平，该温度水平足够高以至少蒸发水(例如，约100℃，这是水的沸点)。
当重整燃料混合器/蒸发器103的温度上升到高于预定的温度时(步骤A23：是)，该控制装置130输出用于使驱动器D2驱动泵P2供水的信号(步骤A25)，以及输出用于使其打开阀门V2以启动供水给重整燃料混合器/蒸发器103的信号(步骤A27)。因为仅供应水给该重整燃料混合器/蒸发器103，而不供应甲醇，因此该重整燃料混合器/蒸发器103、重整器107、CO清除器105和连接它们的管道逐渐充满蒸汽。
接着，该控制装置130判断由该电热器/温度计104测量的该重整燃料混合器/蒸发器103的温度是否已超过预定的温度水平(步骤A29)。该控制装置130等待直到该温度超过预定的温度水平(步骤A29：否)。执行步骤A29的处理操作，以再次判断在步骤A25和A27的处理操作中通过将水注入到重整燃料混合器/蒸发器103而使该重整燃料混合器/蒸发器103暂时下降的温度是否超过一温度水平，该温度水平足够高以至少蒸发水(例如，约100℃，这是水的沸点)。
随后，当该重整燃料混合器/蒸发器103的温度上升到高于预定的温度水平时(步骤A29：是)，该控制装置130输出用于打开阀门V1以启动供应甲醇给重整燃料混合器/蒸发器103的信号(步骤A33)。作为步骤A33中的处理操作结果，将甲醇供应给该重整燃料混合器/蒸发器103，并且该重整燃料混合器/蒸发器103蒸发甲醇并产生甲醇气体和蒸汽的混合气体，然后将该混合气体发送至重整器107。因此，方程式(1)所示的重整反应在重整器107中进行。
接着，该控制装置130输出用于打开阀门V4、V6和V7以启动供应空气给CO清除器105、烟气催化剂燃烧器111和发电电池120的信号(步骤A35)。
因此，方程式(3)和(4)所示的变换反应在CO清除器105中进行，催化剂燃烧反应在烟气催化剂燃烧器111中进行，同时方程式(5)和(6)所示的电化学反应在发电电池120中进行，从而发电电池120启动发电。
现在，参考图3，将在以下描述此实施例的停止控制过程(第一个停止控制过程)。
该第一个停止控制过程是在控制装置130使该燃料电池系统200停止操作时执行的过程。
该控制装置130首先判断在依靠DC/DC转换器170充电的二次电池180中积累的电力是否超过预定的电力水平，以判断供电系统的充电量(charge)是否足够(步骤B1)。该控制装置130等待直到其确定充电量足够为止(步骤B1：否)。执行步骤B1的处理操作以仅在积累了用于启动燃料电池系统200的足够电力之后，才停止燃料电池系统200的操作，从而该燃料电池系统200可以在下次被平滑启动，这是因为供电系统是利用在二次电池180中积累的电力来启动操作的，而如果在二次电池180中积累的电力不够，则无法启动该供电系统。
如果确定积累的电力足够(步骤B1：是)，则该控制装置130输出控制信号，该控制信号用于完全关闭阀门V1，以供应甲醇给重整燃料混合器/蒸发器103，并切断对重整燃料混合器/蒸发器103的甲醇供应(步骤B3)。此时，用于供应水给重整燃料混合器/蒸发器103的阀门V2仍保持打开。因此，作为步骤B3的处理操作结果，截断对重整燃料混合器/蒸发器103的甲醇供应，而仅向其供应水。
接着，该控制装置130通过DC/DC转换器170判断该发电电池120产生的电力是否低于预定的电力水平(步骤B5)，并等待直到该发电电池120产生的电力低于该预定的电力水平为止(步骤B5：否)。此时，没有甲醇被供应给该重整燃料混合器/蒸发器103，而仅向其供应水。同时，在重整器107中重整所有未重整的甲醇气体时，虽然重整器107中的重整反应继续，但重整气体不再被产生及供应给发电电池120。接着，该发电电池120的电力输出逐步下降。因此，执行步骤B5的处理操作来检测所有未重整的甲醇气体已被重整。
接着，在发电电池120的电力输出下降到预定的电力水平之下时(步骤B5：是)，该控制装置130停止通过DC/DC转换器170供应电力给负载(步骤B7)。
此后，该控制装置130将加热器控制信号输出到电热器/温度计102、104、106和108中的每一个(步骤B9)，以使得所述电热器/温度计停止它们各自的温度控制操作。该控制装置130还输出用于使控制驱动器D1停止驱动供应甲醇的泵P1的信号(步骤B11)，并发出用于完全关闭阀门V3的命令，以切断对燃烧燃料蒸发器101的甲醇供应(步骤B13)。作为步骤B9至B 13中的处理操作结果，电热器/温度计102、104、106和108停止它们各自的温度控制操作，并停止对燃烧燃料蒸发器101的甲醇供应。
随后，该控制装置130输出信号，用于使得控制驱动器D2停止驱动泵P2，该泵P2用于供应水给重整燃料混合器/蒸发器103(步骤B15)，还输出用于完全关闭阀门V2的信号，使得完全关闭阀门V2并截断对重整燃料混合器/蒸发器103的水供应(步骤B17)。
最后，该控制装置130输出信号给控制驱动器D3，以停止驱动气泵P3供应空气的操作(步骤B19)，还输出用于完全关闭阀门V4、V5、V6和V7的信号，以完全关闭所述阀门并截断对CO清除器105、甲醇催化剂燃烧器109、烟气催化剂燃烧器111和发电电池120的空气供应(步骤B21)。因此，该燃料电池系统200的操作完全停止。
因此，当启动上述第一个实施例的供电系统时，仅在启动水供应操作之后并在重整燃料混合器/蒸发器103的温度超过预定的温度水平时，才启动甲醇供应。因此，在启动供电系统的操作中，出现在重整燃料混合器/蒸发器103的内部温度逐步上升并暂时达到水的沸点和甲醇的沸点之间的温度水平时的一时期。然而，因为此时没有启动甲醇供应，因此实际上，在重整燃料混合器/蒸发器103中没有产生甲醇气体。接着，仅在该重整燃料混合器/蒸发器103的温度上升至足够高的水平并且该重整燃料混合器/蒸发器103的内部充满蒸汽时供应甲醇，从而可以减少供电系统的启动时间，同时抑制了未重整的甲醇气体的产生。
另一方面，在上述实施例的该供电系统将被停止时，仅在停止供应甲醇之后并且在发电电池120的输出下降至预定的输出水平之下时，才停止供应水。因此，在该供电系统的停止操作中，在该重整燃料混合器/蒸发器103的内部温度逐步下降并暂时达到水的沸点和甲醇的沸点之间的温度水平时，出现一时期。然而，因为此时已经停止供应甲醇，因此在重整燃料混合器/蒸发器103中产生的气体中，未重整的甲醇含量比率没有增加。接着，在发电电池120的输出下降并且在重整燃料混合器/蒸发器103中未重整的甲醇气体含量比率足够低时，停止供应水。因此，可以减少停止供电系统的必需时间，同时抑制了未重整的甲醇气体的产生。
根据上述供电系统的启动控制过程和停止控制过程，可以减少启动时间和停止供电系统的时间，同时抑制了未重整的甲醇气体的产生。由于抑制了甲醇气体的产生，因此CO清除器105保存的催化剂甲醇气体的降解被最小化，并且该CO清除器105可以有效清除CO。因此，稳定了供电系统的操作。另外，启动控制过程和停止控制过程不需要昂贵的密度计等，从而从成本方面看供电系统的上述实施例是有利的并且其尺寸可被减小。
虽然在上述描述中，图1的供电系统包括燃烧燃料蒸发器101和甲醇催化剂燃烧器109，以及包含在甲醇箱140中的部分甲醇(发电燃料)用作加热重整器107和CO清除器105的燃烧燃料，但本发明并不受其限制，例如，可选择地，重整器107和CO清除器105可以通过烟气催化剂燃烧器111和电热器被加热至预定的反应温度，从而省略燃烧燃料蒸发器101和甲醇催化剂燃烧器109。此外，可选择地，可以如此安排，使得重整器107和CO清除器105仅由电热器加热，而省略烟气催化剂燃烧器111。
<第二个实施例>
现在，参考图4至图6，将描述根据本发明的供电系统的第二个实施例。此实施例的供电系统包括燃料重整型固态聚合物电解质燃料电池，并适用于利用气体燃料(例如为LPG的主要成份的丁烷)作为发电燃料。
图4是根据本发明的供电系统的第二个实施例的示意性方框图，其示出了该供电系统的结构。
此实施例与上述第一个实施例的相同部件或类似部件分别由相同的参考符号表示，并不再对这些部件进行详细描述或省略了其描述。因此，以下仅描述此实施例的特征方面。
此实施例的供电系统包括控制装置(控制部)130、DC/DC转换器(电压转换部)170、二次电池180和燃料重整型燃料电池系统201。
此实施例的燃料电池系统201适用于使用在室温下是气体燃料的丁烷作为发电燃料。
因此，通过在图1所示的第一个实施例的方框图中，删除用于供应甲醇的泵P1和控制驱动器D1，添加用于调节丁烷压力的调节器R1和用于控制驱动调节器的操作的调节器控制信号RD，并以重整燃料混合器113、水蒸发器112和催化剂燃烧器110分别替换重整燃料混合器/蒸发器103、燃烧燃料蒸发器101和甲醇催化剂燃烧器109，来实现此实施例。
水蒸发器112蒸发通过泵P2供应的水并发送蒸汽给重整燃料混合器113。该催化剂燃烧器110借助催化剂燃烧丁烷罐150供应的丁烷，并将燃烧热量用于加热该重整器107和CO清除器105，并将它们设定成预定的反应温度。
现在，参考图5和图6，将描述此实施例的供电系统的操作。
图5是此实施例的启动控制过程的流程图。
图6是此实施例的停止控制过程的流程图。
如图5所示，通过以与水蒸发器112相关的步骤A2和A10、步骤A12及与重整燃料混合器113相关的步骤A30分别替换图2所示的第一个启动控制过程中与燃烧燃料蒸发器101相关的步骤A1和A9、步骤A11及与重整燃料混合器/蒸发器103相关的步骤A29，可实现此实施例的启动控制过程(第二个启动控制过程)，其中在步骤A12中，控制装置130输出用于打开调节器R1的信号使得启动供应丁烷的操作，在步骤A11中，该控制装置130输出启动驱动泵P1供应甲醇的信号，使得启动供应甲醇的操作。
因此，该控制装置130首先将用于启动温度控制操作的加热器控制信号输出给电热器/温度计102、104、106和108中的每一个，以使得它们分别启动控制水蒸发器112、重整燃料混合器/蒸发器103、重整器107和CO清除器105的温度的操作(步骤A2、A3、A5、A7)。
接着，该控制装置130判断由该电热器/温度计102测量的水蒸发器112的温度是否已超过预定的温度水平(步骤A10)。该控制装置130等待直到该温度超过预定的温度水平(步骤A10：否)。执行步骤A10的处理操作以判断该水蒸发器112的温度是否达到一温度水平，该温度水平足够高以至少蒸发水(例如，约100℃，这是水的沸点)。
当水蒸发器112的温度上升到高于预定的温度水平时(步骤A10：是)，该控制装置130输出用于打开供应丁烷的调节器R1的信号(步骤A12)，还输出用于打开阀门V3以启动供应甲醇给催化剂燃烧器110的信号(步骤A13)。
接着，该控制装置130输出用于使得驱动器D3驱动气泵P3供应空气给供电系统的信号(步骤A15)，还输出用于使其打开阀门V5以启动供应空气给催化剂燃烧器110的信号(步骤A17)。作为步骤A12至A17的处理操作结果，将丁烷发送至催化剂燃烧器110，并在催化剂燃烧器110中借助催化剂与空气进行燃烧。接着将燃烧产生的热量用于加热化学反应部100中的重整器107、CO清除器105和其它部件。
此后，该控制装置130判断由该电热器/温度计108测量的重整器107的温度是否已超过预定的温度水平(步骤A19)。该控制装置130等待直到该温度超过预定的温度水平为止(步骤A19：否)。执行步骤A19的处理操作以判断重整器107的温度是否已达到一温度水平，该温度水平足够高以至少继续进行方程式(1)表示的重整反应(例如约300℃)。
当重整器107的温度上升到高于预定的温度水平时(步骤A19：是)，该控制装置130判断由该电热器/温度计106测量的CO清除器105的温度是否已超过预定的温度水平(步骤A21)。该控制装置130等待直到该温度超过预定的温度水平为止(步骤A21：否)。执行步骤A21的处理操作以判断CO清除器105的温度是否已达到一温度水平，该温度水平足够高以至少继续进行方程式(3)和(4)表示的化学反应(例如60至80℃)。
当CO清除器105的温度上升到高于预定的温度水平时(步骤A21：是)，该控制部130判断由该电热器/温度计104测量的重整燃料混合器/蒸发器103的温度是否已超过预定的温度水平(步骤A23)。该控制装置130等待直到该温度超过预定的温度水平为止(步骤A23：否)。执行步骤A23的处理操作以判断该重整燃料混合器/蒸发器103的温度是否已达到一温度水平，该温度水平足够高以至少蒸发水(例如约100℃，这是水的沸点)。
当该重整燃料混合器/蒸发器103的温度上升到高于预定的温度时(步骤A23：是)，该控制装置130输出用于使驱动器D2驱动泵P2来供应水的信号(步骤A25)，还输出用于使其打开阀门V2以启动供应水给水蒸发器112的信号(步骤A27)。因为仅供应水给水蒸发器112，并不供应丁烷给重整燃料混合器113，因此重整器107、CO清除器105和连接它们的管道逐渐充满蒸汽。
接着，该控制装置130判断由该电热器/温度计104测量的重整燃料混合器112的温度是否已超过预定的温度水平(步骤A30)。该控制装置130等待直到该温度超过预定的温度水平为止(步骤A30：否)。执行步骤A30的处理操作，以再次判断在步骤A25和A27的处理操作中通过将水注入到重整燃料混合器112而使该重整燃料混合器112暂时下降的温度是否超过一温度水平，该温度水平足够高以至少蒸发水(例如，约100℃，这是水的沸点)。
随后，当该重整燃料混合器112的温度上升到高于预定的温度水平时(步骤A30：是)，该控制装置130输出用于打开阀门V1以启动供应丁烷给重整燃料混合器112的信号(步骤A33)。作为步骤A33的处理操作结果，将丁烷供应给该重整燃料混合器112，该重整燃料混合器112产生丁烷和蒸汽的混合气体，然后将该混合气体发送给重整器107。因此，方程式(1)表示的重整反应在重整器107中继续进行。
接着，该控制装置130输出用于打开阀门V4、V6和V7以启动供应空气给CO清除器105、烟气催化剂燃烧器111和发电电池120的信号(步骤A35)。
因此，方程式(3)和(4)所示的变换反应在CO清除器105中进行，而催化剂燃烧反应在烟气催化剂燃烧器111中进行，同时方程式(5)和(6)所示的电化学反应在发电电池120中进行，从而该发电电池120启动发电。
因此，如同上述第一个启动控制过程的情形，根据第二个启动控制过程，可以减少供电系统的启动时间，同时可以抑制未重整的甲醇气体的产生。
现在，参考图6，通过以步骤B12替换图3的第一个停止控制过程的步骤B11，可实现此实施例的停止控制过程(第二个停止控制过程)，在该步骤B11中，该控制装置130输出用于停止驱动泵P1的操作的信号给驱动器D1，在该步骤B12中，该控制装置130输出用于完全关闭该调节器R1以切断丁烷供应的信号。
该控制装置130首先判断在依靠DC/DC转换器170充电的二次电池180中积累的电力是否超过预定的电力水平，以判断该供电系统的充电量是否足够(步骤B1)。该控制装置130等待直到其确定该充电量已足够为止(步骤B1：否)。
如果确定所积累的电力足够(步骤B1：是)，则该控制装置130输出用于完全关闭阀门V1的控制信号，该阀门V1用于供应丁烷给重整燃料混合器112，并切断对重整燃料混合器112的丁烷供应(步骤B3)。此时，仍继续对水蒸发器112供应水。因此，作为步骤B3的处理操作结果，通过水蒸发器112仅将蒸汽供应给重整燃料混合器112。
接着，该控制装置130通过DC/DC转换器170判断由该发电电池120产生的电力是否低于预定的电力水平(步骤B5)，并等待直到该发电电池120产生的电力变得低于预定的电力水平为止(步骤B5：否)。此时，虽然仅供应水给重整燃料混合器103，但该重整反应在重整器107中继续，从而在该重整器107中重整所有未重整的甲醇气体时，重整的气体不再被产生及供应给发电电池120。接着，该发电电池120的电力输出逐步下降。因此，执行步骤B5的处理操作以检测所有未重整的甲醇气体已被重整。
接着，在该发电电池120的电力输出下降到低于预定的电力水平时(步骤B5：是)，该控制装置130通过DC/DC转换器170停止供应电力给负载(步骤B7)。
此后，该控制装置130输出加热器控制信号给电热器/温度计102、104、106和108中的每一个(步骤B9)，以使得所述电热器/温度计停止它们各自的温度控制操作。该控制装置130还输出用于完全关闭调节器R1的信号，该调节器R1用于供应丁烷(步骤B12)，以及用于完全关闭阀门V3的信号以切断对催化剂燃烧器110的丁烷供应(步骤B13)。
随后，该控制装置130输出用于使得控制驱动器D2停止驱动泵P2供应水给水蒸发器112的信号(步骤B15)，以及用于完全关闭阀门V2的信号，以致完全关闭阀门V2并截断对水蒸发器112的水供应(步骤B17)。
最后，该控制装置130输出信号给控制驱动器D3以停止驱动气泵P3的操作，该气泵P3用于供应空气(步骤B19)，以及输出用于完全关闭阀门V4、V5、V6和V7的信号，以完全关闭所述阀门并截断对CO清除器105、催化剂燃烧器110、烟气催化剂燃烧器111和发电电池120的空气供应(步骤B21)。因此，该燃料电池系统201的操作完全停止。
步骤B13之后的所有后续操作与第一个启动控制过程的操作相同。
因此，如上述的第一个停止控制过程的情形，根据第二个启动控制过程，可以减少停止供电系统的操作所需的时间，以及同时抑制了未重整的甲醇气体的产生。
适用于利用气体燃料例如丁烷作为发电燃料的供电系统的第二个实施例的优点类似于第一个实施例的优点。
<第三个实施例>
现在，将参考图7至图9，描述根据本发明的供电系统的第三个实施例。此实施例的供电系统包括燃料重整型固态聚合物电解质燃料电池，并适用于利用液体燃料例如甲醇作为发电燃料。
图7是根据本发明的供电系统的第三个实施例的示意性框图，其示出了该供电系统的结构。
此实施例与上述第一个和第二个实施例相同或类似的部件分别以相同的参考符号表示，并不再对这些部件进行详细描述或省略了其描述。因此，以下仅描述此实施例的特征方面。
此实施例的供电系统包括控制装置(控制部)130、DC/DC转换器(电压转换部)170、二次电池180和燃料重整型燃料电池系统202。
此实施例的燃料电池系统202适用于蒸发甲醇和水并随后将它们进行混合。出于此原因，通过在图1所示的第一个实施例的框图中，删除重整燃料混合器/蒸发器103并添加用于蒸发水的水蒸发器(第一个蒸发器)112、用于蒸发甲醇的重整燃料蒸发器(第二个蒸发器)114和用于混合所蒸发的甲醇与蒸汽的混合器115，来实现此实施例。为了进行温度控制，该水蒸发器112装备有电热器/温度计102，而为了进行温度控制，该重整燃料蒸发器114装备有电热器/温度计104。因为混合器115混合多种气体，因此其可以比混合液体的混合器小。
在该燃料电池系统202中，该重整器107、该CO清除器105以及化学反应部100的其它部件仅由电热器/温度计108和烟气催化剂燃烧器111产生的燃烧热量加热，以设定所述部件为预定的反应温度，从而从第三个实施例中删除第一个实施例的燃烧燃料蒸发器101、甲醇催化剂燃烧器109和阀门V3及V5、以及伴随阀门V3和V5的流量计F3和F5。
另外，在该燃料电池系统202中，删除了第一个和第二个实施例中用于通过供应甲醇、水和空气的比率来调节发电电池120的发电率的阀门V7和流量计F7及F8。
根据此安排，若与第一个和第二个实施例的燃料电池系统200和201相比较，可以减少此实施例的燃料电池系统202的尺寸和重量，从而实现适用于便携式电子装置的供电系统。
现在，将参考图8和图9来描述此实施例的供电系统的操作。
图8是此实施例的启动控制过程的流程图。
图9是此实施例的停止控制过程的流程图。
如图8所示，通过在图2的第一个启动控制过程中，分别以步骤A2和步骤A4替换步骤A1和步骤A3，删除步骤A9、步骤A11和步骤A13，分别以步骤A24和步骤A28替换步骤A23和步骤A29，并在步骤A28和步骤A31之间插入步骤A30，来实现此实施例的启动控制过程(第三个启动控制过程)，步骤A1与燃烧燃料蒸发器101相关，步骤A3与重整燃料混合器/蒸发器103相关，步骤A2与水蒸发器112相关，步骤A4与重整燃料蒸发器114相关，步骤A9与燃烧燃料蒸发器101相关，步骤A11与泵P1相关，步骤A13与阀门V13相关，步骤A23和步骤A29与重整燃料混合器/蒸发器103相关，步骤A24与水蒸发器112相关，步骤A28与重整燃料蒸发器114相关，而步骤A30用于驱动泵P1。
该控制装置130首先输出用于启动温度控制操作的加热器控制信号给电热器/温度计102、104、106和108中的每一个，以使得所述电热器/温度计分别启动控制水蒸发器112、重整燃料蒸发器114、重整器107和CO清除器105的温度(步骤A2、A4、A5、A7)。
接着，该控制装置130输出用于使得驱动器D3驱动气泵P3供应空气给供电系统的信号(步骤A15)，从而使其启动供应空气给发电电池120的操作。
此后，该控制装置130判断由该电热器/温度计108测量的重整器107的温度是否已超过预定的温度水平(步骤A19)。该控制装置130等待直到该温度超过预定的温度水平为止(步骤A19：否)。执行步骤A19的处理操作以判断该重整器107的温度是否已达到一温度水平，该温度水平足够高以至少进行方程式(1)所示的重整反应(例如约300℃)。
当该重整器107的温度上升到高于预定的温度水平时(步骤A19：是)，该控制装置130判断由该电热器/温度计106测量的CO清除器105的温度是否已超过预定的温度水平(步骤A21)。该控制装置130等待直到该温度超过预定的温度水平为止(步骤A21：否)。执行步骤A21的处理操作以判断CO清除器105的温度是否已达到一温度水平，该温度水平足够高以至少进行方程式(3)和(4)所示的化学反应(例如60至80℃)。
当该CO清除器105的温度上升到高于预定的温度水平时(步骤A21：是)，该控制部130判断由该电热器/温度计104测量的水蒸发器112的温度是否已超过预定的温度水平(步骤A24)。该控制装置130等待直到该温度超过预定的温度水平为止(步骤A24：否)。执行步骤A24的处理操作以判断该水蒸发器112的温度是否已达到一温度水平，该温度水平足够高以至少蒸发水(例如，约100℃，这是水的沸点)。
当该水蒸发器112的温度上升到高于预定的温度时(步骤A24：是)，该控制装置130输出用于使得驱动器D2驱动泵P2供应水的信号(步骤A25)，还输出用于使其打开阀门V2以启动供应水给重整燃料混合器/蒸发器103的信号(步骤A27)。因为将水供应给该水蒸发器112但不供应甲醇给重整燃料蒸发器114，因此混合器115、重整器107、CO清除器105和连接它们的管道逐渐充满蒸汽。
接着，该控制装置130判断由该电热器/温度计104测量的重整燃料蒸发器114的温度是否已超过预定的温度水平(步骤A28)。该控制装置130等待直到该温度超过预定的温度水平为止(步骤A28：否)。执行步骤A28的处理操作，以再次判断在步骤A25和A27的处理操作中通过将水注入到重整燃料蒸发器114而使该重整燃料重整燃料蒸发器114暂时下降的温度是否超过一温度水平，该温度水平足够高以至少蒸发水(例如，约100℃，这是水的沸点)。
随后，当重整燃料蒸发器114的温度上升到高于预定的温度水平时(步骤A28：是)，该控制装置130输出用于使控制驱动器D1启动驱动泵P1供应甲醇的信号，以及用于打开阀门V1使得启动供应甲醇给重整燃料蒸发器114的信号(步骤A33)。
接着，该控制装置130输出用于打开阀门V4、V6和V7以启动供应空气给CO清除器105、烟气催化剂燃烧器111和发电电池120的信号(步骤A35)。
因此，方程式(3)和(4)所示的变换反应在CO清除器105中进行，而催化剂燃烧反应在烟气催化剂燃烧器111中进行，同时方程式(5)和(6)所示的电化学反应在发电电池120中进行，从而该发电电池120启动发电。
根据第三个启动控制过程，水由水蒸发器112蒸发，随后甲醇由重整燃料蒸发器114蒸发，从而所蒸发的甲醇和蒸汽彼此混合。因此，相对于蒸汽，甲醇的含量从不升至太高，从而可以减少供电系统的启动时间，同时，抑制了未重整的甲醇气体的产生。
现在，参考图9，通过在图3的第一个停止控制过程中删除与阀门V3相关的步骤B13，以步骤B22替换第一个停止控制过程的步骤B21，来实现此实施例的停止控制过程(第三个停止控制过程)，在步骤B21中，该控制装置130输出用于完全关闭阀门V4、V5、V6和V7以切断对CO清除器105、甲醇催化剂燃烧器109、烟气催化剂燃烧器111和发电电池120供应空气的信号，在步骤B22中，该控制装置130输出用于仅完全关闭阀门V4和V6以切断对CO清除器105和烟气催化剂燃烧器111供应空气的信号，从而没有信号被输出用于完全关闭阀门V5和V7以切断对甲醇催化剂燃烧器109和发电电池120的空气供应。
该控制装置130首先判断在依靠DC/DC转换器170充电的二次电池180中积累的电力是否超过预定的电力水平，以判断供电系统的充电量是否足够(步骤B1)。该控制装置130等待直到其确定充电量足够为止(步骤B1：否)。
如果确定在二次电池180中积累的电力足够(步骤B1：是)，则该控制装置130输出用于完全关闭阀门V1的信号，该阀门V1用于供应甲醇给重整燃料混合器/蒸发器103，并切断对重整燃料混合器/蒸发器103的甲醇供应(步骤B3)。此时，用于供应水给重整燃料混合器/蒸发器103的阀门V2继续保持打开。因此，作为步骤B3的处理操作结果，截断对重整燃料蒸发器114的甲醇供应。
接着，该控制装置130通过DC/DC转换器170判断该发电电池120产生的电力是否低于预定的电力水平(步骤B5)，并等待直到该发电电池120产生的电力变得低于预定的电力水平为止(步骤B5：否)。此时，没有甲醇被供应给重整燃料蒸发器114，但供应水给水蒸发器112的操作继续进行，并且重整反应也在重整器107中继续进行，从而在重整器107中重整所有未重整的甲醇气体时，重整气体不再被产生及供应给发电电池120。接着，发电电池120的电力输出逐渐下降。因此，执行步骤B5的处理操作以检测所有未重整的甲醇气体已被重整。
接着，当发电电池120的电力输出下降到低于预定的电力水平时(步骤B5：是)，该控制装置130通过DC/DC转换器170停止供应电力给负载(步骤B7)。
此后，该控制装置130将加热器控制信号输出给电热器/温度计102、104、106和108中的每一个(步骤B9)，以使得所述电热器/温度计停止它们各自的温度控制操作。其还输出用于使得控制驱动器D1完全关闭供应甲醇的泵P1的信号(步骤B11)。
随后，该控制装置130输出用于使得控制驱动器D2停止驱动泵P2的信号，该泵P2用于供应水给水蒸发器112(步骤B15)，还输出用于完全关闭阀门V2的信号，使得完全关闭阀门V2并截断对水蒸发器112的水供应(步骤B17)。
最后，该控制装置130将用于停止驱动气泵P3的操作的信号输出给控制驱动器D3，该气泵P3用于供应空气(步骤B19)，以及用于完全关闭阀门V4和V6的信号，以完全关闭它们并截断对CO清除器105、烟气催化剂燃烧器111和发电电池120的空气供应(步骤B22)。因此，燃料电池系统202的操作完全停止。
根据第三个停止控制过程，在停止蒸发该重整燃料蒸发器114中甲醇的操作之后，停止蒸发该水蒸发器112中水的操作，从而相对于蒸汽，甲醇含量比率没有上升从而可以减少停止供电系统的操作必需的时间，同时，抑制未重整的甲醇气体的产生。
因此，供电系统的第三个实施例的优点类似于第一个实施例的优点。
[对实施例所做的修改]
虽然在第一个和第三个实施例中将甲醇用作发电燃料，但可以以一些其它的烃类液体燃料例如乙醇或汽油进行替换。虽然在第一个实施例和第三个实施例中分别使用了水箱160和甲醇箱140，但可以以具有分别用于包含水和甲醇的内部区域的单个容器来替换它们。
虽然在第二个实施例中将丁烷用作发电燃料，但可以以一些其它烃类气体燃料例如甲醇、二甲基乙醚、家用煤气或丙烷气进行替换。另外，出于减少启动时间并改善热效率的目的，可以在调节器和丁烷罐之间提供预热器。
在以上第一个和第三个实施例的描述中，本发明应用于固态聚合物电解质燃料电池(PEFC)中，本发明还可应用于固体氧化物电解质燃料电池(SOFC)。当本发明应用于使用烃类燃料的SOFC时，可以通过利用烃类燃料来抑制在电极上的积碳现象而不必进行重整。接着，可以防止在第一个和第三个实施例的情况下的发电性能的降低。
供电系统的第三个实施例中的水蒸发器112和重整燃料蒸发器114分别提供有在以上描述中用于控制它们的电热器/温度计102、104。然而，可选择地，它们可以由单一共用的电热器/温度计来进行控制。
虽然在以上实施例的描述中，是通过控制阀门和泵来控制供应燃料、水和空气的操作以及切断供应燃料、水和空气的操作的，但可选择地，可仅利用泵来控制供应燃料、水和空气的操作以及切断供应燃料、水和空气的操作。
<电子装置>
现在，将描述包含第一个至第三个实施例的任一个的供电系统的电子装置。
图10是通过应用根据本发明的供电系统实现的发电单元的示意性透视图。
图11是适用于利用通过应用根据本发明的供电系统实现的发电单元的电子装置的示意性透视图。
图12是适用于利用根据本发明的供电系统的另一个电子装置的三侧的视图。
如图10所示，通过在发电单元801中安装供电系统，可以使用供电系统的任何上述实施例。参考图10，该发电单元801一般包括框架802、燃料容器804(其包括作为其整体一部分并可移除地安装到框架802上的甲醇箱140和水箱160)、流速控制单元806(其包括流动路径、泵、流速感测器和阀门)、包含在热绝缘包装791中的微反应器模块600、发电电池808(其包括燃料电池、增湿器、回收容器等)、气泵810和供电单元812(其包括二次电池、DC/DC转换器、外部接口等)。当通过流速控制单元806供应从燃料容器804中的水和液体燃料获得的混合气体并将该混合气体供应给发电电池808的燃料电池时，会产生氢气。接着，在供电单元812的二次电池中积累所产生的电量。
如图11所示，将发电单元801安装在例如电子装置851中。
该电子装置851是便携式电子装置，例如笔记本型个人计算机。该电子装置815内部包含由CPU、RAM、ROM和其它电子部件形成的处理电路，并提供有下机壳体(cabinet body)854和上机壳体858，该下机壳体854包含该处理电路并装备有键盘852，该上机壳体858装备有液晶显示器856。该下机壳体854和该上机壳体858通过以下折页方式相互连接：以将具有液晶显示器856的上机壳体858放置在具有键盘852的下机壳体854上，使液晶显示器856与键盘852相互面对。安装部860从光侧面(light lateral surface)延伸到下机壳体854的底面，并且在其中容纳发电单元801。因此，由于将发电单元801安装在安装部860中，因此通过发电单元801对电子装置851进行供电以运行。
图12中所示的电子装置900包括两个可移除地安装到电子装置900的燃料容器904A、904B，每一个燃料容器整体具有甲醇箱140和水箱160。该电子装置900包含不同于燃料容器904A、904B的部件，并提供有用于容纳燃料容器904A、904B的凹进式安装部。由于燃料容器904A、904B被安装在该安装部分中，因此从燃料容器904A、904B将甲醇和水供应进电子装置900中。由于电子装置900提供有多个燃料容器904A、904B，因此如果所述燃料容器之一缺少甲醇或水时，则可以利用甲醇或水(在其它燃料容器中适合的任一个)。从而可以将空的燃料容器取出，重新填满甲醇和水并安装回该电子装置900中，同时该电子装置900继续在运行。
或者，仅有一个或多个甲醇箱140可移除地安装到电子装置900中，而该电子装置900可在其内部具有水箱160。该水箱160可适用于收集并存储燃料电池产生的水。

Claims (19)

1.一种供电系统，包括：
化学反应部(100)，包括：
蒸发部(103、112、114)，其接收供应给它的发电燃料和水，并至少加热供应给它的水以使水蒸发，以及
反应部(105、107)，其根据所述蒸发部产生的蒸汽和所述发电燃料来产生发电气体；
燃料供应部(P1、V1)，其供应所述发电燃料给所述化学反应部；
水供应部(P2、V2)，其供应水给所述化学反应部；以及
控制部(130)，所述控制部(130)控制所述蒸发部以使得所述蒸发部启动操作，所述控制部(130)控制所述水供应部以使得所述水供应部启动向所述化学反应部供应水，所述控制部(130)等待，直到所述蒸发部处于适合水蒸发操作的状态为止，并且在所述蒸发部处于适合水蒸发操作的状态时，所述控制部(130)控制所述燃料供应部以使得所述燃料供应部启动向所述化学反应部供应所述发电燃料。
2.如权利要求1所述的供电系统，其中，
所述蒸发部蒸发供应给它的所述发电燃料。
3.如权利要求2所述的供电系统，其中，
所述蒸发部包括：
第一个蒸发部(112)，其加热并蒸发水；
第二个蒸发部(114)，其蒸发供应给它的所述发电燃料；以及
混合器(115)，其将通过所述第一个蒸发部产生的蒸汽和通过所述第二个蒸发部产生的蒸发的发电燃料进行混合，并将混合物供应给所述反应部。
4.如权利要求1所述的供电系统，其中，
所述发电燃料是液体燃料，其中组成成分包含氢原子；以及
所述蒸发部蒸发水和所述发电燃料；以及
所述反应部(107)包括重整部和一氧化碳清除部(105)，所述重整部用于接收通过所述蒸发部蒸发的所述发电燃料和蒸汽的混合气体并通过重整反应产生含氢的重整气体，所述一氧化碳清除部用于清除包含在所述重整气体中的一氧化碳并产生所述发电气体。
5.如权利要求1所述的供电系统，其中，
所述发电燃料是气体燃料，其中组成成分包括氢原子；以及
所述反应部(107)包括重整部和一氧化碳清除部(105)，所述重整部用于接收气体燃料和通过所述蒸发部产生的蒸汽的混合气体并通过重整反应产生含氢的重整气体，所述一氧化碳清除部用于清除包含在所述重整气体中的一氧化碳并产生所述发电气体。
6.如权利要求1所述的供电系统，所述供电系统还包括温度检测部，用于检测所述蒸发部的温度，其中，在通过所述温度检测部检测到的所述蒸发部的温度低于预定温度时，所述控制部进行控制以使得停止从所述燃料供应部供应所述发电燃料给所述化学反应部。
7.如权利要求6所述的供电系统，其中，
所述预定温度是水的沸点。
8.如权利要求1所述的供电系统，所述供电系统还包括：
发电部(120)，其接收供应给它的所述发电气体并通过电化学反应方式产生用于驱动负载的电力。
9.如权利要求8所述的供电系统，其中，
当使所述发电部启动操作时，所述控制部使得所述蒸发部启动操作，还使所述水供应部启动供应水给所述化学反应部，并在所述蒸发部达到适合蒸发水操作的条件之后，使得所述燃料供应部将所述发电燃料供应给化学反应部。
10.如权利要求8所述的供电系统，所述供电系统还包括输出检测部，用于检测所述发电部的输出以及何时使得所述发电部停止操作，
在所述输出检测部检测到的所述发电部的输出下降到预定值之下后，所述控制部停止从所述燃料供应部供应所述发电燃料给所述化学反应部，并且这使得所述蒸发部停止操作并停止从所述水供应部供应水给所述化学反应部。
11.如权利要求8所述的供电系统，其中，
所述负载是电子装置(851、900)。
12.如权利要求8所述的供电系统，其中，
所述供电系统至少部分与所述负载整合在一起。
13.如权利要求12所述的供电系统，所述供电系统还包括燃料包含部(140、160、804)，所述燃料包含部在密封条件下包含所述发电燃料，
其中除所述燃料包含部以外，所述供电系统与所述负载整合在一起。
14.如权利要求8所述的供电系统，其中，
将所述系统形成为可移除地安装到所述负载中的模块(801)。
15.一种控制包括化学反应部的供电系统的方法，所述化学反应部包括：
蒸发部，其接收供应给它的发电燃料和水，并加热及蒸发水，以及
反应部，其根据所述蒸发部产生的蒸汽和所述发电燃料产生发电气体，
所述供电系统还包括发电部，其接收供应给它的所述发电气体并通过电化学反应方式产生电力；
其中，在使所述发电部启动操作时，所述方法包括：
使得所述蒸发部启动操作；
使得水供应部启动供应水给所述化学反应部；
等待直到所述蒸发部达到适合蒸发水操作的条件为止；以及
在所述蒸发部达到适合蒸发水操作的条件时，使得燃料供应部启动供应所述发电燃料给化学反应部。
16.如权利要求15所述的方法，其中，
所述供电系统还包括温度检测部，用于检测所述蒸发部的温度；以及
等待直到所述蒸发部达到适合蒸发水操作的条件为止的顺序包括等待直到由所述温度检测部检测的所述蒸发部的温度变得高于预定温度为止的顺序。
17.如权利要求16所述的方法，其中，
所述预定温度是水的沸点。
18.如权利要求15所述的方法，当停止所述发电部的操作时，还包括以下顺序：
停止从所述燃料供应部供应所述发电燃料给所述化学反应部；
等待直到所述发电部的输出下降到预定值之下为止；以及
在所述发电部的输出下降到所述预定值之下时，使得所述蒸发部停止操作，还使所述水供应部停止供应水给所述化学反应部。
19.如权利要求18所述的方法，其中，
所述供电系统还包括输出检测部，用于检测所述发电部的输出；以及
等待直到所述发电部的输出下降到所述预定值之下为止的顺序包括等待直到由所述输出检测部检测的所述发电部的输出下降到所述预定值之下为止的顺序。
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