CN1533620A - 燃料电池发电设备用水蒸汽传递装置 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池系统，它从燃料电池(11)的流出物(12)提取水供应给需要水的燃料电池系统其他组成部分。一种优选的实施方案是由氢气和氧化剂产生电的燃料电池系统，包括：(a)燃料电池，它包含用于含氢阳极供料流的阳极输入口、用于含氧化剂阴极供料流的阴极输入口和用于含有燃料电池产生的水的阴极流出物的阴极输出口；以及(b)水传递装置，连接到所述燃料电池上，从所述阴极流出物传递水给所述阳极供料流。

Description

燃料电池发电设备用水蒸汽传递装置
背景技术
本发明涉及由氢与氧化剂经电化学反应发电的燃料电池发电设备。优选的发电设备由烃类燃料生产氢。具体地说，本发明涉及一种燃料电池发电设备，它具有将水蒸汽从燃料电池的流出物传递给需要水的发电设备组成部分的装置。
燃料电池是将还原和氧化化学品的反应产生的电化学能转变为电的装置。燃料电池已在许多领域被用作电源，可提供比其他电能源显著优越的好处，例如，改进的效率、可靠性、耐久性、成本和环境的好处。特别是，由燃料电池供电的电动机已被建议用于汽车和其他车辆以替代内燃机。
燃料电池通常利用氢和空气作为还原和氧化材料来产生电能，还有水。电池一般包括阳极和阴极，二者由电解质隔开。氢气供应给阳极，而氧气(或空气)供应给阴极。氢气在阳极被分成电子和氢离子(质子)。氢离子穿过电解质来到阴极；电子则穿过电源电路(powercircuit)(例如，到马达)。在阴极，氢离子、电子和氧随后彼此结合而生成水。阳极和阴极的反应利用催化剂，典型地用铂，来加速。
燃料电池的阳极和阴极由电解质分开。有几种类型燃料电池，各自包括不同的电解质体系，且各自有其特别适合的给定商业领域的优点。一种类型是质子交换膜(PEM)燃料电池，它采用质子可透但电子不可透过的薄聚合物膜。PEM燃料电池特别适合用在车辆中，因为它们能以比其他燃料电池系统轻的重量提供高电能。
PEM燃料电池中的膜是膜电极组件(MEA)的一部分，在膜的一面具有阳极，其反面是阴极。典型膜由离子交换树脂如全氟化磺酸制成。MEA被夹在一对作为阳极和阴极的集电极并含有用于将燃料电池的气体反应物沿着相应阳极和阴极催化剂表面分布的适当沟槽和/或开孔的导电元件之间。
典型的阳极和阴极包含由碳颗粒支撑并与质子传导性树脂相掺混的精细分散的催化剂颗粒。典型的催化剂颗粒是贵金属，例如，铂。因此，这种MEA制造成本很高并要求控制操作条件以防止膜和催化剂的降解。这些条件包括适当控制水分和增湿，以及控制催化剂污损成分，例如，一氧化碳。典型的PEM燃料电池和MEA描述在美国专利5,272,017，Swathirajan等人，1993-12-21授予，以及美国专利5,316,871，Swathirajan等人，1994-05-31授予。
单个电池发出的电压仅有约1V。因此，为满足车辆和其他商业领域较高电力的要求，将几个电池按串联组合起来。此种组合通常以“堆(stack)”形式排列，外面包裹着电绝缘框架，在框架上具有引导氢气和氧气(空气)反应物以及水流出物流动的通道。由于氧和氢之间的反应还产生热量，故燃料电池堆还必须冷却。多个电池的堆式排列描述在美国专利5,763,113，Meltser等人，1998-06-09授予；以及美国专利6,099,484，Rock，2000-08-08授予。
就许多用途而言，希望使用易得的烃类燃料，例如甲烷(天然气)、甲醇、汽油或柴油，作为燃料电池使用的氢气来源。液态燃料，例如，汽油，特别适合车辆使用。液态燃料比较容易贮存，并且其供应的商业基础设施是现成的。然而，烃类燃料必须先解离而释放出氢气，才能给燃料电池提供燃料。负责提供氢气的发电设备的燃料处理器包含一个或多个反应器或“转化装置”，其中燃料与水蒸汽，以及有时还有空气，发生反应产生主要包含氢气和二氧化碳的反应产物。
一般而言，有两种类型转化系统：水蒸汽转化装置和自热转化装置。每种系统具有各自使之或多或少适合特定类型燃料，特别是用途的操作特征。在水蒸汽转化中，烃类燃料(典型的是甲烷或甲醇)和水(水蒸汽形式)彼此反应生成氢和二氧化碳。该反应是吸热反应，要求外加热量。在优选的系统中，该热量由燃烧通过燃料电池堆以后仍然未反应的氢气的燃烧器来提供。
在自热转化方法中，烃类燃料(典型的是汽油)、水蒸汽和空气被喂入到进行两种反应的主反应器中。一种是部分氧化反应，在该反应中，空气与燃料发生放热反应，另一种是吸热水蒸汽转化反应(如同在水蒸汽转化中那样)。放热反应放出的热量被用于吸热反应，从而尽量减少对外部热源的需要。
反应的副产物，包括来自水蒸汽和自热转化的，是一氧化碳。遗憾的是，一氧化碳会使燃料电池的操作恶化，特别是PEM燃料电池的。因此，要求在主反应器下游设置反应器，以便将富氢转化产物中一氧化碳的浓度降低到燃料电池堆容许的水平。下游反应器可包括水/煤气变换(WGS)反应器和选择性氧化(PrOx)反应器。WGS反应器将二氧化碳和水催化转化为氢和二氧化碳。PrOx反应器选择性地将一氧化碳氧化生成二氧化碳，其中利用来自空气的氧作为氧化剂。控制向PrOx反应器中喂入的空气量对于选择性氧化一氧化碳同时使氢气氧化为水的反应控制在最低限度具有重要作用。
将烃类燃料解离生成富氢转化产物以供PEM燃料电池使用的燃料电池系统在本领域是熟知的。此种系统描述在美国专利6,077,620，Pettit，2000-06-20；欧洲专利出版物977,293，Skala等人，2000-02-02发表；以及美国专利4,650,722，Vanderborgh等人，1987-03-17授予。
烃类转化产物燃料电池系统在汽车或其他车辆中的应用提出了特殊的问题。除了希望采用上面讨论的易得液态燃料之外，转化装置和燃料电池系统还必须重量轻，必须可在宽范围环境条件下(例如在一定范围的温度和湿度条件下)高效地运转。它们还应当快速启动，以便在车辆发动后短时间内产生动力。因此，希望对转化装置的反应物成分尽可能少地加热。也希望尽量减少在系统中必须处理的液态水数量，特别是应避免向系统内补加水的需要。
如上面所讨论的，转化物燃料电池系统中有几个组成部分要求水，特别是包括：转化装置，需要水蒸汽作为反应物；WGS反应器；以及燃料电池，要求对MEA加湿以便正常工作。一种改善燃料电池系统内的水平衡的一种常用做法是在系统内各个点采用冷凝热交换器。例如，热交换器可用于转化装置下游以冷却转化尾气至等于或低于其露点，从而使水沉降。从气态转化产物中分离出水并将其贮存在储罐中。该水随后返回到转化装置，并在其中被加热成水蒸汽。热交换器也可用来冷却从燃料电池阴极冒出的水蒸汽尾气，以便使其冷凝，用于给MEA增湿。然而，热交换器的应用却带来一些问题。例如，热交换器的水回收效率随着环境温度的升高而下降。为散掉冷凝热可能需要大散热器。况且，热交换器产生的液态冷凝物必须蒸发才能在系统内重复使用，从而带来额外的能量负荷和系统效率的降低。
试图解决燃料电池系统中水平衡的尝试在文献中有所报道。例如参见德国专利公开42 01632，Strasser，1993-07-29发表；美国专利6,007,931，Fuller等人，1999-12-28授予；以及美国专利6,013,385，Dubose，2000-01-11授予。然而，在这些技术上已知的水管理系统当中尚没有一种充分地满足这些需要，问题在于例如，它们未能在宽操作范围内维持真正的水平衡，以及机械的复杂性和可靠性，系统能耗的增加以及安全隐患。
发明概述
本发明提供一种燃料电池系统，它从燃料电池流出物中提取水用于供给燃料电池系统中其他需要水的组成部分。因此，本发明提供一种用于由氢气和氧化剂产生电的燃料电池系统，包括：
(a)利用氢气和氧化剂产生电的燃料电池；以及
(b)从所述燃料电池阳极或阴极流出物传递水蒸汽到燃料电池系
   统其他组成部分的水传递装置。
一种优选的实施方案是一种用于由氢气和氧化剂产生电的燃料电池系统，包括：
(a)燃料电池，包括用于含氢的阳极供料流的阳极输入口、用于
   含氧化剂的阴极供料流的阴极输入口，以及用于阴极流出物
   的阴极输出口，该流出物含有所述燃料电池产生的水；和
(b)连接到所述燃料电池的水传递装置，它将水从所述阴极流出
   物传递给所述阳极供料流。
另一种优选的实施方案是一种燃料电池发电设备，包括：
(a)利用反应器氧化剂流和反应器烃类燃料流产生转化产物供料
   流的反应器，其中所述转化产物供料流含有水；
(b)从所述转化产物供料流传递水给所述反应物流之一或二者的
   第一水传递装置，包含一种水传递膜；
(c)燃料电池，包括用于所述转化产物供料流的阳极输入口、用
   于阴极氧化剂供料流的阴极输入口、用于阳极流出物流的阳
   极输出口，以及用于阴极流出物流的阴极输出口，所述阳极
   流出物和所述阴极流出物之一或二者含有所述燃料电池产生
   的水；和
(d)连接到所述燃料电池的第二水传递装置，它将水从所述流出
   物流之一或二者传递给所述氧化剂反应物流、所述转化产物
   供料流和所述阴极氧化剂供料流之一或多个流。
现已发现，此种水传递装置提供与本领域已知的水管理系统相比显著的优点。特别是，此种系统提供在一系列操作条件下维持系统内总体水平衡、耗能较少、零部件较简单和可靠性好以及操作安全性改善的优点。
附图简述
图1是表示本发明燃料电池系统的示意图，其中画出物料进出燃料电池和水传递装置的流向。
图2是一种本发明优选实施方案的示意图，包括：反应器、用于从反应器的转化产物输出口传递水蒸汽给反应器空气输入口的水传递装置、燃料电池以及用于从燃料电池阴极流出物传递水蒸汽给燃料电池阴极输入口的水传递装置。
图3是本发明另一种优选实施方案的示意图，包括：反应器、用于从反应器转化产物输出口传递水蒸汽给反应器空气输入口的水传递装置、燃料电池以及用于从燃料电池阴极流出物传递水蒸汽给燃料电池阳极输入口的水传递装置。
图4是本发明另一种优选实施方案的示意图，包括：反应器、用于从反应器转化产物输出口传递水蒸汽给反应器空气输入口的水传递装置、燃料电池以及用于从所述燃料电池的阴极流出物传递水蒸汽给分流器(splitter)的水传递装置，其中水蒸汽还传递给反应器的空气输入口(通过第一水传递装置)和给燃料电池阴极以及(任选地)阳极输入口。
图5画出可用于本发明的水传递装置之一的断面图。
发明详述
本发明提供一种燃料电池系统。在本文中，当提到“燃料电池系统”时，指的是一种包括燃料电池和水传递装置的设备。水蒸汽传递装置从燃料电池流出物传递水蒸汽给燃料电池系统的另一组成部分。在一种特定实施方案中，正如图1所描绘的，水传递装置(10)从含有氧气和水的燃料电池(11)流出物流(12)传递水蒸汽给燃料电池的输入流(13)。优选的是，水蒸汽从燃料电池的阴极流出物传递。燃料电池系统的一种优选实施方案还包括燃烧器(14)，用于燃烧阳极燃料电池流出物。也优选，燃料电池系统是一种烃类燃料电池设备，其实施方案描绘在图2、3和4中。
当本文中提到“燃料电池”时，指的是用于电化学发电的单一电池，优选使用氢气和氧化剂的PEM燃料电池，或者是排列成堆或其他构型从而允许串联起来产生更大电压的多个电池。本文中使用的术语“烃类燃料电池设备”是一种包含燃料电池和给燃料电池提供氢气的烃类燃料处理器的设备。当本文中提到“烃类燃料处理器”时，该术语包括任何能将烃类燃料转化为氢的装置。在优选的实施方案中，烃类燃料电池设备适用于机动车中。在另一种优选的实施方案中，烃类燃料电池设备适用于静止设备，例如，用于家庭和商业用途的备用或辅助发电机。
优选的是，烃类燃料处理器利用氧化剂和水将烃类燃料转化，产生氢气流。优选的是，烃类燃料是任何能转化产生氢的燃料，包括汽油、柴油、天然气、甲烷、丁烷、丙烷、甲醇、乙醇或其混合物。(这里使用的“包括”一词及其变通说法，意在不具有限定性，以便让所列举的事项不排除其他可能也可用于本发明设备、装置、零部件、材料、组合物和方法的类似事项。)
特别是，正如图2、3和4中所描绘的，本发明优选的实施方案还提供一种发电设备燃料处理器，包括：反应器20、30或40以及从反应器产生的转化产物传递水蒸汽给反应器输入口的水传递装置(21)。这里所提到的“转化产物”是一种气态产物或流出物，包含反应器利用烃类燃料产生的氢气。在一种实施方案中，来自反应器的转化产物，在流过水传递装置以后，流到燃料电池(11)中。再有，在图示实施方案中，水蒸汽作为氧化剂流的一部分被传递到反应器中。传递可直接到反应器的输入口中或者到装置中的，例如，空气输送装置，后者再连接到反应器输入口中。水传递装置优选包含一种水传递膜。
反应器：
本发明燃料电池系统优选包含能将烃类燃料转化为氢气的反应器以便用于燃料电池。优选的反应器包括大致如上面背景部分所描述的水蒸气转化反应器和自热反应器。可用于本发明的此类反应器当中，包括本领域已知的那些，例如在此收入作为参考的下面文献中所描述的：美国专利4,650,722，Vanderborgh等人，1987-03-17授予；美国专利6,077,620，Pettit，2000-06-20授予；和美国专利6,132,689，Skala等人，1998-09-22；美国专利6,159,626，Keskula等人，1999-07-06授予；欧洲专利出版物977,293，Skala等人，2000-02-02公开；和欧洲专利出版物1,066,876，Keskula等人，2001-01-10公开。
该反应器优选包含一个或多个反应器，在反应器中烃类燃料(流7)在水/水蒸汽存在下发生解离而生成转化产物。在一种此类具体实施方案中，空气被用于一种联合的部分氧化/水蒸气转化反应中。在此种情况下，一个或多个反应器还接受空气流。每个反应器可包含一个或多个段或反应器床层。已知有且可采用各种各样的式样。因此，反应器的选择和安排可以变化；下面将进一步描述范例燃料转化反应器和下游反应器。
在一种范例自热转化方法中，汽油、水(水蒸汽形式)和氧(空气)在主反应器中起反应生成氢气和二氧化碳，正如前面在背景部分中所描述的。反应器包括两段。一个反应器段主要是部分氧化反应器(POX)；而另一个反应器段主要是水蒸气转化装置(SR)，尽管在POX和SR段内发生的那些类型反应存在一定重叠。POX反应主要发生在燃料与空气之间，具有下列总反应式。
该反应用催化剂加速并且是放热的。优选的POX催化剂包含一种或多种贵金属，铂、铑、钯、铱、锇、金和钌。其他非贵金属类的金属或金属的组合，例如，镍和钴，也可使用。POX段中的反应优选是富燃料的。热POX反应产物，连同随燃料一起引入的水蒸汽被送入到SR段中，在此，烃类与水蒸汽按照下面的总反应式起反应，
水蒸气转化反应是吸热的。该吸热反应所要求的热量由POX放热反应产生的热量提供，并由POX段流出物向前带入到SR段中(因此而得名“自热反应器”)。
主反应器产生的一次转化产物，在一种实施方案中，离开主反应器，然后被热交换器冷却，该热交换器同时将热量从转化产物传递给主反应器的进料空气。在另一种优选的实施方案中，该传热由水传递装置完成而不需要使用单独热交换器。在生成氢气的同时，汽油的转化反应还产生二氧化碳、水和一氧化碳。特别是一氧化碳，可能对燃料电池堆中使用的催化剂产生不利影响。因此优选的是，降低产物流中一氧化碳的含量。
于是，优选燃料处理器还包含一个或多个下游反应器，例如，水/煤气变换(WGS)反应器和选择性氧化(PrOx)反应器，用来将一氧化碳转变为二氧化碳。优选的是，将一氧化碳降低到可接受的水平，优选低于约20ppm。
变换反应器优选包括一个或多个段，在这些段中一氧化碳与水按照下列总反应式起反应。
在一种实施方案中，设置高温变换段和低温变换段。在一种此类具体实施方案中，高温变换反应器装有Fe3O4/Cr2O3催化剂并在约400℃(752°F)～约550℃(1022°F)的温度运转。在该实施方案中，低温变换反应器装有CuO/ZnO/Al2O3催化剂并在约200℃(392°F)～约300℃(572°F)的温度运转。优选的是，转化产物流在高温与低温段之间进行冷却。在另一种实施方案中，WGS反应器包括中温变换反应器，在约300℃(572°F)～约400℃(752°F)的温度操作，用于替代高和低温反应器或作为其补充。
转化产物离开变换反应器进入到选择性氧化PrOx反应器，在此，它与来自空气进料的氧发生催化反应，遵照下列总反应式。
该反应的进行消耗了基本上全部或至少大部分残余一氧化碳而不大量消耗氢气。
供应给燃料处理器的空气流可用于一个或多个反应器中。在系统具有自热转化装置的情况下，空气被喂入反应器。PrOx反应器也在贵金属催化剂存在下利用空气将一氧化碳氧化为二氧化碳。优选的是，空气由空气输送装置，优选由压缩机供应。该空气可利用一个或多个热交换器加热到主反应器要求的温度。在此种实施方案中，供给主反应器的空气优选以至少约700℃(1292°F)的温度供应，具体取决于操作条件。
在一种实施方案中，PrOx氢气流从PrOx反应器出来并被热交换器冷却至适合在燃料电池中使用的温度。氢气流优选冷却至低于约100℃(212°F)的温度。然后，该氢气流再通过水传递装置喂入到燃料电池的阳极室，正如下面所讨论的。与此同时，来自氧化剂流的氧(例如，空气)喂入到燃料电池的阴极室。优选的是，空气利用压缩机进行压缩。来自转化产物流的氢气与来自氧化剂流的氧在燃料电池中起反应产生电，该反应是一种在催化剂存在下的电化学反应。水作为反应的副产物生成。燃料电池阳极侧的尾气或流出物含有一些未反应氢气。从燃料电池阴极侧出来的尾气或流出物还包含未反应氧。
反应器中发生的反应，有些是吸热的，因此需要热量；另一些反应是放热的，因此要求撤热。就典型而言，PrOx反应器要求撤热。依转化装置的类型而定，一种或多种在主反应器中的反应是吸热的，因此要求加热。这通常是通过预热燃料、水和空气等反应物之一或多种，和/或对于水蒸气转化反应器而言，通过加热选择的反应器来实现的。系统优选包含将热能从产生热量的那些系统部分传递给需要热量的那些部分的热交换器。
燃料处理器任选地包含燃烧器，它可加热进入反应器的燃料、空气和/或水等反应物。在燃料处理器具有水蒸气转化反应器的情况下，燃烧器优选也加热转化装置，直接或间接地均可。在优选的水蒸气转化系统中，反应器床层由燃烧器的热尾气加热。优选的包含自热转化装置的实施方案则不具有燃烧器。
燃烧器优选包含一种具有进口、排气口和催化剂的室。优选的是，燃烧器中的燃料源是阳极流出物中的未反应氢。可直接向燃烧器提供附加燃料，以根据需要满足燃料电池设备瞬态和稳态的需要。
烃类燃料和/或阳极流出物在燃烧器的催化剂段内起反应。向燃烧器中提供的氧来自空气源和/或，优选地，阴极流出物流，取决于系统操作条件。优选的是，燃烧器的尾气体流经调节器和消音器再排放到大气中。在系统的反应器由燃烧器加热的情况下，利用焓方程确定需要供应多少阴极尾气空气给燃烧器才能提供反应器所需要的热量。阴极流出物不能满足的燃烧器所要求的任何氧需求量则优选地由压缩机供应，其数量应满足燃烧器所要求的加热和温度。
反应器需要的水优选由水传递装置提供，正如下面进一步讨论的。然而，在某些情况下(例如，系统启动阶段)，可能需要附加的水。这部分水优选由阳极流出物和阴极流出物获得，例如利用冷凝器和水分离器。液态水随后贮存在储罐中。水也可从外部来源加入到储罐中。
优选的是，系统操作的各个方面利用适当微处理器、微控制器、个人电脑等加以控制，它们应具有能执行存储在存储器中的控制程序和数据的中央处理单元。控制器可以是任何组成部分专用的专用控制器，或者作为存储在车辆的主电子控制模块中的软件来实现。另外，尽管基于软件的控制程序可用于将系统组成部分控制在上面描述的各种操作模式，但还应当知道，该控制也可部分或全部地由专用电子线路来实现。
燃料电池：
本发明设备包括燃料电池，将还原和氧化化学品的反应产生的电化学能转变为电。优选的是，本发明所使用的燃料电池使用氢和空气作为该还原和氧化材料以产生电能和水。电池通常包括阳极和阴极，二者由电解质隔开。氢供应给阳极，而氧(或空气)则供应给阴极。氢气在阳极被分离为电子和氢离子(质子)。氢离子穿过电解质到达阴极；电子通过电源电路(例如，电动机)达到阴极。在阴极，氢离子、电子和氧则彼此结合生成水。阳极和阴极的反应用催化剂，通常用铂来加速。
优选的电解质是质子交换膜(PEM)，它包含质子可透但电子不可透的薄聚合物膜。优选的膜材料是离子交换树脂，如全氟化磺酸。一种特别优选的膜材料是由杜邦公司作为NAFION3销售的全氟化磺酸聚合物。在PEM燃料电池中的膜是膜电极组件(MEA)的一部分，膜的一面具有阳极，其反面是阴极。MEA被夹在一对用作阳极和阴极的集电器的导电元件之间，该导电元件包含适当沟槽和/或开孔，用于将燃料电池的气态反应物沿着对应阳极和阴极催化剂的表面分布。
在一种实施方案中，阳极和阴极包含由承载于碳颗粒上的精细分散的催化剂颗粒与质子传导性树脂，优选全氟化磺酸聚合物如NAFION3掺混而制成的薄膜。在另一种实施方案中，阳极和阴极包含由精细分散的催化剂颗粒分散在整个聚四氟乙烯(PTFE)粘结剂中而制成的薄膜。典型的催化剂颗粒是贵金属颗粒，例如铂。此种MEA要求控制操作条件，包括增湿，以促使高效的能量发生和防止膜和催化剂的降解。可用于本发明的燃料电池当中某些燃料电池描述在以下文献中，在此全部收作参考：美国专利3,134,697，Niedrach，1964-05-26授予；美国专利5,272,017，Swathirajan等人，1993-12-21授予；和美国专利5,316,871，Swathirajan等人，1994-05-31授予；以及《Journalof Power Sources》，卷29(1990)第367～387页。
优选的是，本发明所使用的燃料电池包含多个按串联电连接的燃料电池，以提高电压。此种组合优选以“堆”形式排列，外面包裹着电绝缘框架。在一种优选的实施方案中，单个MEA被夹在多孔、透气、导电材料的片材之间，这些片材紧压在MEA的阳极和阴极面上，起到(a)阳极和阴极的主集电器和(b)MEA的机械支撑的作用。这些双极板每片包括具有成形在板表面上的大量流动沟槽的流场，用于将燃料和氧化剂气体，例如含氢转化产物和氧(空气)，分配到MEA的反应表面。不导电的垫圈或密封件在燃料电池堆的几个板之间提供密封和电绝缘。优选的主集电器片包含碳或石墨纸或布、细网眼贵金属网、开孔贵金属泡沫体以及任何从电极传导电流同时又允许气体透过的类似材料。该组件在本文中被称之为MEA/主集电器组件。
MEA/主集电器组件被压紧在一对无孔、导电板或金属片之间，后者用作来自主集电器的电流的辅助集电器并在堆内部相邻电池之间传导电流(即，在双极板的情况下)，以及在堆的端面((例如，在单极板的情况下)从外部传导电流。辅助集电板含有将气态反应物，例如，含氢转化产物和氧(空气)沿着阳极和阴极表面分布的流场。这些流场通常包括许多凸台与主集电器接合，并在它们之间界定出大量流动沟槽，气态反应物通过这些流动沟槽流动于沟槽一端的供应集管和沟槽另一端的尾气集管之间。由于水和氢的反应还产生热量，故燃料电池必须进行冷却。
氧化剂气体如氧或空气从储罐经过适当进料接管供应给燃料电池堆的阴极侧。类似地，氢气(例如，基本是纯的，或转化产物)经过适当进料接管供应给燃料电池的阳极侧。还设有MEA(电池)的燃料和氧化剂的尾气接管，用于从阳极流场移出氢耗损(hydrogen-depleted)的阳极气体(以下称“阳极流出物”)和从阴极流场移出氧耗损(oxygen-depleted)的含水阴极气体(以下称“阴极流出物”)。设有冷却剂接管，用于根据需要给双极板供应或排出液态冷却剂。可用于本发明的多电池堆排列当中某些被描述在美国专利5,763,113中，Meltser等人，1998-06-09授予；和美国专利6,099,484，Rock，2000-08-08授予。
水传递装置：
本发明还提供一种从湿气流传递水蒸汽给干气流的水传递装置。本发明水传递装置包含这样一种结构，该结构包含用于第一气体的流道、用于第二气体的流道，以及具有第一和第二表面的水传递膜，其中膜的第一表面主要接触用于第一气体的流道，而第二表面主要接触第二流道。在一个流道(例如，第一流道)中流动的气体中的水蒸汽透过该膜转移到其他流道(例如，第二流道)中。优选的水传递装置，例如，图5中所画出的用于在燃料电池系统中第一气体和第二气体之间传递水蒸汽的系统，包括：
(a)第一气体进口(51)；
(b)第一气体出口(52)；
(c)具有内孔隙(54)和外表面(55)的导管(53)，其壁包含水传
   递膜材料，其中导管一端连接第一气体的进口(51)，导管
   另一端连接第一气体的出口(52)，以便允许第一气体流经
   内孔隙；以及
(d)围绕着所述导管(53)至少一部分外表面，包围并提供孔隙
   空间(57)的外壳(56)，其中所述外壳具有第二气体的进口
   (58)和第二气体的出口(59)，从而允许第二气体流经所述
   孔隙空间(57)流过；其中流经所述外壳孔隙空间的第二气
   体从所述导管(53)的外表面上流过但基本上不与流经所述
   导管内孔隙(54)的第一气体混合。
导管(53)可以是各种不同形状当中任何一种，包括基本圆柱形管和三维矩形(块状)通道。优选的是，水传递装置包含多个导管(60)，连接至第一气体进口处的集管(61)和第一气体出口处的集管(62)，从而允许第一气体流经全部导管。本文所使用的术语“连接”是指任何允许从一点通到另一点-优选基本上不损失流体-的机构。该装置优选还包含用于将各个导管支撑在外壳内的机构。优选的是，第一气体的流动方向基本上不同于第二气体流动方向，优选基本上与第二气体的流动方向相反。
可用于本发明的水传递膜材料是任何允许水蒸汽从一种气体传递到另一种气体的材料。优选的是，此种材料选择性地允许水蒸汽的传递，却不同时允许其他气体的传递。优选的气体传递膜选择性地允许水蒸汽从第一气流传递到第二气流，但不允许显著数量其他成分从第一气流通入到第二气流中(泄漏)。优选的是，正如图5所示，第一气体是湿气流，水蒸汽从该气流传递到第二气体，也就是干气流中。对于从转化产物传递水蒸汽给反应器输入口的水传递装置来说，优选的是，第一气体是转化产物，且优选的是，第二气体是空气。优选的是，对于从燃料电池流出物传递水蒸汽给燃料电池系统另一部分的水传递装置来说，第一气体是阴极流出物且优选的是，第二气体是空气。
优选的用于本发明的水传递膜材料包括由聚全氟磺酸、磺化(Sulfonated)聚苯乙烯、聚醚砜、磺化聚醚酮、聚碳酸酯、其他磺化材料及其混合物制成的那些。优选的膜材料由聚全氟磺酸构成。一种特别优选的膜材料由杜邦公司以商品名NAFION销售。由NAFION膜制成、适合本发明使用的管由Perma Pure公司按商品名PD SERIESMOISTURE EXCHANGERS销售。
优选的是，导管内第一气体的压力相当于外壳内第二气体压力的约50％～约500％，更优选约100％～约300％，更优选约170％～约270％。还优选，干气流的温度小于或等于湿气流的温度。在优选的实施方案中，干气流是空气，优选其温度低于约85℃(185°F)，更优选低于约50℃(122°F)，更优选低于约30℃(86°F)。优选的是，干气流是接近常温和接近常压的空气。
优选的是，湿气流在水传递装置输入口处的温度维持在高于该气体露点的温度，以便在在水传递装置内不发生水的凝结。优选的是，湿气流在水传递装置进口的温度比其露点高出约1℃(1.8°F)～10℃(18°F)，更优选约1℃(1.8°F)～约5℃(9°F)。
优选的是，本发明水传递装置的水传递效率至少约30％，优选至少约50％，更优选至少约80％，更优选至少约90％。当本文中提到“水传递效率”时，它指的是dW实际/dW最大，其中dW实际是从干气流实际传递到湿气流的水量，而dW最大是理论上可能传递的最大水量。传递的水量可采用本领域已知的传统气流含水量测定方法来确定。最大水量dW最大是干气流能够吸收的最大水量(在给定操作温度和压力下)，和输入湿气流中的实际水量二种中较小者。
一种优选的燃料处理器实施方案还包括空气输送装置，例如，压缩机或鼓风机，用于将空气供应给反应器(例如，主反应器和PrOx反应器)。在水传递装置给反应器用的空气增湿的实施方案中，水传递装置可给经过压缩以后的空气增湿(即，该装置连接到压缩机的出口)或者，优选地，它可在压缩之前给它增湿(即，该装置连接到压缩机的输入口)。
在本发明优选的实施方案中，如图2所示，第一水传递装置(21)传递的水蒸汽来自反应器(20)所产生、含有转化反应副产物水的氢转化产物(22，流经水传递装置的第一气体)。该水蒸汽被传递给反应器的空气输入流(23)，即，流经水传递装置的第二气体。反应器(20)包含主反应器(例如，自热转化装置)，优选配合着水/煤气变换(WGS)反应器和选择性氧化(PrOx)反应器一起工作。供给反应器的燃料从燃料罐(24)提供。转化产物(22)在离开WGS或PrOx反应器之后被立即送过水传递装置(21)。优选的是，供给水传递装置的空气流(23)是常压、常温环境空气。该空气经过空气输送装置，优选压缩机(25)，再引入到反应器的那些需要空气的组成部分(例如，主反应器和PrOx反应器)。通过了水传递装置以后，转化产物(22)被送至燃料电池(11)-优选燃料电池堆-的阳极输入口。
图2所画实施方案的燃料电池系统还包含第二水传递装置(10)。第二水传递装置(10)连接到燃料电池(11)的阴极输出口，并从阴极流出物(12，该水传递装置中的第一气体)传递水蒸汽给空气流(26，水传递装置中的第二气体)。该空气流(26)以常温和常压供应给水传递装置(10)。经过增湿以后，该空气流由压缩机(27)压缩并送至燃料电池(11)的阴极输入口。流经水传递装置(10)以后，阴极流出物(12)连同阳极流出物(28)被送入到燃烧器(14)。
综上所述，优选的燃料电池系统包括：
(a)燃料电池，包括用于含氢阳极供料流-优选转化产物-的阳
   极输入口，用于含氧化剂阴极供料流-优选空气-的阴极输
   入口，以及用于阴极流出物的阴极输出口，该流出物含有所
   述燃料电池产生的水；和
(b)水传递装置，连接到所述燃料电池输入口之一或二者，优选
   连接到阴极输入口，其中水传递装置将水从所述阴极流出物
   传递给所述阳极供料流或阴极供料流之一或二者。
更具体地说，优选的燃料电池系统包括：
(a)燃料电池，具有用于阳极供料流的阳极输入口、用于阴极供
   料流的阴极输入口，以及用于含有燃料电池产生的水的阴极
   流出物的阴极输出口；以及
(b)水传递装置，包括(i)连接到燃料电池阴极输出口的装置阴
   极流出物输入口，(ii)连接到燃料电池输入口之一或二者的
   装置供料流输出口，以及(iii)水传递膜；
其中水传递装置从阴极流出物传递水给燃料电池供料流之一或二者中。本发明优选的实施方案包括水蒸汽从阴极流出物到阴极供料流的传递。另一种优选的实施方案包括水蒸汽从阴极流出物到阳极供料流的传递。优选的是，阴极流出物在装置输入口处的温度不显著高于燃料电池阴极输出口处流出物的温度。因此，优选的是，阴极流出物在进入水传递装置之前不流经燃烧器。又，在另一种优选的实施方案中，水传递装置的空气输出流过空气输送装置，优选压缩机，然后再进入燃料电池的阴极输入口。
在本发明另一种实施方案中，如图3所示，第一水传递装置(21)从转化产物(22)传递水给主反应器(30)的空气进料(23)，主反应器包括自热反应器和水/煤气变换(WGS)反应器。随后，转化产物(22)送入到水传递装置(21)中。优选的是，喂入到水传递装置的空气流(23)是常压环境空气。经过在水传递装置中增湿以后，该空气在空气输送装置-优选压缩机(25)-中压缩，然后再引入到主反应器(30)和选择性氧化(PrOx)反应器(33)中。流过水传递装置以后，转化产物(22)流过PrOx反应器，然后送入到燃料电池(11)-优选燃料电池堆-的阳极输入口。
在该实施方案中，燃料电池系统包含第二水传递装置(10)。第二水传递装置(10)连接到燃料电池(11)的阴极输出口上，并在转化产物(22)离开PrOx(33)以后从阴极流出物(12)传递水蒸汽给该转化产物(22)。空气(34)，作为含氧化剂气体，从压缩机(35)喂入到燃料电池中。经过增湿以后，转化产物(22)送入到燃料电池(11)的阳极输入口。流经水传递装置(10)以后，阴极流出物(12)放空至大气。阳极流出物(28)被送入到氢储罐(36)，该储罐贮存或以其他方式处置阳极流出物中任何未反应的氢。任选地，阴极流出物和阳极流出物都送至燃烧器。
综上所述，本发明的一个优选实施方案是一种燃料电池发电设备，包含：
(a)反应器，具有用于喂入反应器的反应器氧化剂流的反应物输
   入口和用于反应器产生的转化产物流的反应器转化产物输出
   口；
(b)第一水传递装置，包括(i)连接到所述反应器转化产物输出口
   上的第一装置转化产物输入口，(ii)第一装置转化产物输出
   口；(iii)第一装置氧化剂输入口，(iv)连接到反应器的所述
   反应物输入口的第一装置氧化剂输出口；以及(v)水传递膜；
   其中所述水传递装置从转化产物流传递水给反应器氧化物
    流；
(c)燃料电池，包含用于阳极转化产物供料流的阳极输入口、用
   于阴极氧化剂供料流的阴极输入口和用于阳极流出物的阳极
   输出口；以及用于阴极流出物的阴极输出口；以及
(d)第二水传递装置，包含(i)连接到第一装置转化产物输出口上
   的第二装置转化产物输入口；(ii)连接到燃料电池堆阳极输
   入口上的第二装置转化产物输出口；(iii)连接到燃料电池流
   出物输出之一或二者上的第二装置流出物输入口；(iv)第二
   装置流出物输出口；和(v)水传递膜；其中所述第二水传递装
   置从所述流出物流之一或二者传递水给所述阳极转化产物供
   料流。优选的是，在该实施方案中，第二水传递装置从阴极
   流出物流传递水给转化产物供料流。
在本发明另一种优选的实施方案中，如图4所示，第一水传递装置(21)从转化产物(22)传递水给反应器(40)的空气供料(23)。反应器(40)优选包含主反应器和水/煤气变换(WGS)反应器，其中主反应器产生的转化产物流经WGS反应器。优选的是，主反应器是自热反应器。在离开WGS反应器以后，转化产物(22)流过选择性氧化(PrOx)反应器(33)，并进入第一水传递装置(21)。在离开第一水传递装置(21)以后，转化产物(22)被送至燃料电池(11)-优选燃料电池堆-的阳极。
喂入到第一水传递装置(21)的空气流(41)是从第二水传递装置(10)经过分流器(Splitter)(42)流动的。被第一水传递装置增湿以后，空气喂入到主反应器和WGS反应器(40)。
第二水传递装置(10)从燃料电池(11)的阴极流出物(12)传递水给空气流(41)，后者随后进入分流器(42)。喂入到第二水传递装置(10)的空气优选由空气输送装置-优选压缩机(43)-提供。分流器(42)分出一部分空气流(41)到燃料电池(11)的阴极输入，一部分到第一水传递装置(21)。任选地，水也可由分流器(42)提供给燃料电池的阳极输入(22)。这样一来，第二水传递装置(10)就给堆提供增湿的空气，并且也给经由第一水传递装置(21)喂入主和WGS反应器(40)的空气补充增湿。
另外，在该实施方案中，阳极和阴极流出物流经冷凝器/分离器(44和45)，从而从阳极和阴极流出物中提取出液态水(46)。液态水(46)贮存在水罐(47)中，以便在反应器(40)启动时使用。任选地，阴极流出物(12)，在流过第二水传递装置(10)之后，连同阳极流出物(28)一起进入到燃烧器(14)。
综上所述，本发明优选实施方案是一种燃料电池发电设备，它包括：
(a)反应器，具有用于喂入反应器的反应器氧化剂流的氧化剂输入
   口和用于反应器产生的转化产物供料流的反应器转化产物输
   出口；
(b)第一水传递装置，包括(i)连接到所述反应器转化产物输出口
   上的第一装置转化产物输入口，(ii)第一装置转化产物输出
   口；(iii)用于第一氧化剂供料流的第一装置氧化剂输入口，
   (iv)连接到反应器的所述反应物输入口的第一装置氧化剂输
   出口；以及(v)水传递膜；
(c)燃料电池，包含用于转化产物供料流的阳极输入口、用于阴极
   氧化剂流的阴极输入口和用于阳极流出物流的阳极输出口；和
   用于阴极流出物流的阴极输出口；以及
(d)第二水传递装置，包含(i)连接到燃料电池的阴极输出口的第
   二装置阴极流出物输入口，(ii)第二装置阴极流出物输出
   口；(iii)用于第二氧化剂供料流的第二装置氧化剂输入口，
   (iv)连接到所述第一装置氧化剂气体输入口的第二装置氧化
   剂输出口，和(v)水传递膜；其中第一水传递装置从转化产物流
   传递水给反应器氧化剂流，并且其中第二水传递装置从阴极流
   出物传递水给第一氧化剂供料流和给阴极氧化剂流。
本文所描述的实施例或其他实施方案都是示例性的，在对本发明设备、装置、成分、材料、组成和方法的全部范围的描述中，它们都不是限制性的。可制定出具体实施方案、材料、组成和方法的等价更换、修改和变化，却仍获得基本类似的结果。

Claims (40)

1.一种用于由氢气和氧化剂产生电的燃料电池系统，包括：
(a)燃料电池，包括用于含氢阳极供料流的阳极输入口、用于含氧化剂阴极供料流的阴极输入口，以及用于阴极流出物的阴极输出口，该流出物含有所述燃料电池产生的水；和
(b)连接到所述燃料电池上的水传递装置，它将水从所述阴极流出物传递给所述阳极供料流。
2.权利要求1的燃料处理器，其中所述水传递膜包含聚全氟磺酸。
3.权利要求1的燃料电池系统，其中所述阳极供料流包含烃类燃料处理器产生的转化产物。
4.权利要求3的燃料电池系统，其中所述烃类燃料处理器包含自热反应器。
5.一种燃料电池系统，包括：
(a)燃料电池，包含用于含氢阳极供料流的阳极输入口，用于含氧化剂阴极供料流的阴极输入口，阳极流出物输出口，以及用于含有所述燃料电池产生的水的阴极流出物的阴极输出口；以及
(b)水传递装置，包括(i)连接到所述阴极输出口上的装置阴极流出物输入口，(ii)连接到燃料电池输入口之一或二者上的装置供料流输出口，以及(iii)水传递膜；
其中所述水传递装置从所述阴极流出物传递水给所述供料流之一或二者，且其中所述阴极流出物在所述装置阴极流出物输入口处的温度不显著高于所述阴极流出物在所述阴极输出口处的温度。
6.权利要求5的燃料处理器，其中所述水传递膜包含聚全氟磺酸。
7.权利要求5的燃料电池系统，其中所述阳极供料流包含来自烃类燃料处理器的转化产物。
8.权利要求7的燃料电池系统，其中所述烃类燃料处理器包含自热转化装置。
9.权利要求5的燃料电池系统，其中所述水传递装置传递水给所述阴极供料流。
10.权利要求9的燃料电池系统，其中所述水传递装置包括连接到燃烧器的装置阴极流出物输出口，用于将所述阴极流出物喂入到所述燃烧器中。
11.一种燃料电池系统，包括：
(a)燃料电池，包含用于含氢阳极供料流的阳极输入口、用于空气供料流的阴极输入口，用于含有所述燃料电池产生的水的阳极流出物的阳极输出口；以及用于含有所述燃料电池产生的水的阴极流出物的阴极输出口；
(b)压缩机，具有用于空气流的输入口和连接到燃料电池堆的所述阴极输入口的输出口；以及
(c)水传递装置，包括(i)连接到所述燃料电池输出口之一或二者上的装置流出物输入口，(ii)连接到所述压缩机输入口的装置供料流输出口，以及(iii)水传递膜；
其中所述水传递装置从所述阳极流出物和所述阴极流出物输出口之一或二者传递水给压缩机的所述空气流输入口。
12.权利要求11的燃料处理器，其中所述水传递膜包含聚全氟磺酸。
13.权利要求11的燃料电池系统，其中所述阳极供料流包含烃类燃料处理器产生的转化产物。
14.权利要求13的燃料电池系统，其中所述烃类燃料处理器包含自热转化装置。
15.一种燃料电池发电设备，包括：
(a)利用反应器氧化剂流和反应器烃类燃料流产生转化产物供料流的反应器，其中所述转化产物供料流含有水；
(b)从所述转化产物供料流传递水给所述反应物流之一或二者的第一水传递装置，包含一种水传递膜；
(c)燃料电池，包括用于所述转化产物供料流的阳极输入口、用于阴极氧化剂供料流的阴极输入口、用于阳极流出物流的阳极输出口、用于阴极流出物流的阴极输出口，其中所述阳极流出物和所述阴极流出物之一或二者含有所述燃料电池产生的水；和
(d)连接到所述燃料电池上的第二水传递装置，它将水从所述流出物流之一或二者传递给所述氧化剂反应物流、所述转化产物供料流和所述阴极氧化剂供料流之一或多个流。
16.权利要求15的燃料处理器，其中所述水传递膜包含聚全氟磺酸。
17.权利要求15的燃料电池发电设备，其中所述第二水传递装置从所述阴极流出物传递水给所述空气供料流。
18.权利要求15的燃料电池发电设备，其中所述第二水传递装置通过所述第一水传递装置连接到所述反应器上，并传递水给所述反应器的反应物流。
19.权利要求18的燃料电池发电设备，其中所述反应物流是所述含空气的反应器氧化剂流。
20.权利要求19的燃料电池发电设备，其中所述空气处于低于约50℃的温度。
21.权利要求20的燃料处理器，其中所述空气大致处于环境温度。
22.权利要求15的燃料电池发电设备，其中所述反应器包括自热反应器。
23.权利要求22的燃料电池发电设备，其中所述反应器还包含水/煤气变换反应器和选择性氧化反应器，且其中所述自热反应器产生以串联方式供应给所述水/煤气变换反应器和所述选择性氧化反应器的转化产物，且其中所述第一水传递装置从所述转化产物流传递水的过程发生在所述转化产物流离开所述水/煤气变换反应器之后和所述转化产物进入所述选择性氧化反应器之前。
24.权利要求22的燃料电池发电设备，其中所述反应器还包含水/煤气变换反应器和选择性氧化反应器，且其中所述自热反应器产生以串联方式供应给所述水/煤气变换反应器和所述选择性氧化反应器的转化产物，且其中所述第一水传递装置从所述转化产物流传递水的过程发生在所述转化产物离开所述选择性氧化反应器之后。
25.权利要求15的燃料电池发电设备，另外包含连接到所述阴极输入口的空气输送装置，其中所述空气供料流流经所述空气输送装置然后再进入所述阴极输入口，且其中所述第二水传递装置连接到所述压缩机输入口，并给所述空气供料流传递水，然后所述流再进入所述空气输送装置。
26.一种燃料电池发电设备，包括：
(a)具有用于反应器氧化剂流的氧化剂输入口和用于转化产物供料流的反应器转化产物输出口的反应器；
(b)第一水传递装置，包括(i)连接到所述反应器转化产物输出口的第一装置转化产物输入口，(ii)第一装置转化产物输出口；(iii)第一装置氧化剂气体输入口，(iv)连接到反应器的所述反应物输入口的第一装置氧化剂气体输出口；以及(v)水传递膜，其中所述水传递装置从所述转化产物气体流传递水给所述反应器氧化物流；
(c)燃料电池，包含用于所述转化产物供料流的阳极输入口、用于阴极氧化剂流的阴极输入口和用于阳极流出物的阳极输出口；以及用于阴极流出物流的阴极输出口；以及
(d)第二水传递装置，包含(i)连接到第一水传递装置的所述第一转化产物气体输出口上的第二装置转化产物气体输入口；(ii)连接到燃料电池堆阳极输入口上的第二装置转化产物气体输出口；(iii)连接到燃料电池堆的所述流出物输出口之一或二者上的第二装置流出物输入口；(iv)第二装置流出物输出口；和(v)水传递膜；其中所述第二水传递装置从所述流出物流之一或二者传递水给所述转化产物供料流。
27.权利要求26的燃料处理器，其中所述水传递膜包含聚全氟磺酸。
28.权利要求26的燃料电池发电设备，其中所述反应器氧化剂流含有空气。
29.权利要求28的燃料电池发电设备，其中所述反应器氧化剂流的温度低于约50℃。
30.权利要求26的燃料电池发电设备，其中所述反应器包含自热反应器。
31.权利要求30的燃料电池发电设备，其中所述反应器另外包含水/煤气变换反应器和选择性氧化反应器，且其中所述自热反应器产生以串联方式供应给所述水/煤气变换反应器和所述选择性氧化反应器的转化产物，且其中所述第一水传递装置从所述转化产物流传递水的过程发生在所述转化产物流离开所述水/煤气变换反应器之后和所述转化产物进入所述选择性氧化反应器之前。
32.权利要求30的燃料电池发电设备，其中所述反应器另外包含水/煤气变换反应器和选择性氧化反应器，且其中所述自热反应器产生以串联方式供应给所述水/煤气变换反应器和所述选择性氧化反应器的转化产物，且其中所述第一水传递装置从所述转化产物流传递水的过程发生在所述转化产物离开所述选择性氧化反应器之后。
33.权利要求26的燃料电池发电设备，另外包含连接到所述阴极输入口的空气输送装置，其中所述空气供料流流经所述空气输送装置然后再进入所述阴极输入口，且其中所述第二水传递装置连接到所述压缩机输入口，并给所述空气供料流传递水，然后所述流再进入所述空气输送装置。
34.一种燃料电池发电设备，包括：
(a)具有用于反应器氧化剂流的氧化剂输入口和用于转化产物供料流的反应器转化产物输出口的反应器；
(b)第一水传递装置，包括(i)连接到所述反应器转化产物输出口上的第一装置转化产物输入口，(ii)第一装置转化产物输出口；(iii)用于第一氧化剂供料流的第一装置氧化剂气体输入口，(iv)连接到反应器的所述反应物输入口的第一装置氧化剂气体输出口；以及(v)水传递膜；
(c)燃料电池，包含用于所述转化产物供料流的阳极输入口、用于阴极氧化剂流的阴极输入口和用于阳极流出物流的阳极输出口；以及用于阴极流出物流的阴极输出口；以及
(d)第二水传递装置，包含(i)连接到燃料电池的所述阴极输出口的第二装置阴极流出物输入口，(ii)第二装置阴极流出物输出口；(iii)用于第二氧化剂供料流的第二装置氧化剂气体输入口，(iv)连接到所述第一装置氧化剂气体输入口的第二装置氧化剂气体输出口，和(v)水传递膜；
其中所述第一水传递装置从转化产物流传递水给反应器氧化剂流，并且其中第二水传递装置从阴极流出物传递水给第一氧化剂供料流和给阴极氧化剂流。
35.权利要求34的燃料处理器，其中所述水传递膜包含聚全氟磺酸。
36.权利要求34的燃料电池发电设备，其中所述反应器氧化剂流包含空气。
37.权利要求34的燃料电池发电设备，其中所述反应器包含自热反应器。
38.权利要求37的燃料电池发电设备，其中所述反应器另外包含水/煤气变换反应器和选择性氧化反应器，且其中所述自热反应器产生以串联方式供应给所述水/煤气变换反应器和所述选择性氧化反应器的转化产物，且其中所述第一水传递装置从所述转化产物流传递水的过程发生在所述转化产物流离开所述水/煤气变换反应器之后和所述转化产物进入所述选择性氧化反应器之前。
39.权利要求37的燃料电池发电设备，其中所述反应器另外包含水/煤气变换反应器和选择性氧化反应器，且其中所述自热反应器产生以串联方式供应给所述水/煤气变换反应器和所述选择性氧化反应器的转化产物，且其中所述第一水传递装置从所述转化产物流传递水的过程发生在所述转化产物离开所述选择性氧化反应器之后。
40.权利要求34的燃料电池发电设备，另外包含连接到所述第二装置氧化剂气体输入口的空气输送装置，其中所述第二氧化剂供料流流过所述空气输送装置，然后再进入所述第二装置氧化剂气体输入口。
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