CN1846324A

CN1846324A - 高效微燃料电池系统和方法

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Publication number: CN1846324A
Application number: CNA2004800245249A
Authority: CN
Inventors: I·W·凯; G·塔克
Original assignee: Ultracell Inc
Current assignee: Ultracell Inc
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2024-06-25
Also published as: CN1842926A; CN100565995C; CN100573971C; CN101593838A

Abstract

在此描述了燃料电池系统(10、400、420、440、460)及使用燃料电池系统的方法。所述系统包括使用氢气产生电能的电池(20)和由燃料源(16)产生氢气的燃料处理器(15)。所述燃料处理器(15)包括重整器(32)和加热所述重整器(32)的燃烧器(30)。在此所述的一种热效率高的燃料电池系统使用来自燃料处理器(15)的加热介质加热燃料电池(20)的内部。所述加热介质可包括在高温下从所述燃料处理器(15)排出的气体，所述气体随后被输运至所述燃料电池(20)。所述加热介质还可包括在所述燃料电池(20)中催化地进行反应以产生热量的气体。提供了用于加快燃料电池系统的启动过程的系统和方法。还描述了用于关闭燃料电池系统的方法，所述方法减少了所述重整器(32)和一个或多个燃料电池部件中的湿气和气体的量。在此所述的一种氢效率高的燃料电池系统将氢气输运至燃烧器(30)的入口。所述氢气可包括来自燃料电池(20)的未使用的氢气和/或在重整器(32)中产生的氢气。所述燃烧器(30)包括有利于在存在所述氢气的情况下产生热量的催化剂。

Description

高效微燃料电池系统和方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术。具体而言，本发明涉及用于改进燃料电池系统效率的系统。

背景技术

燃料电池电化学地结合氢气和氧气以产生电能。环境空气易于供应氧气。然而，氢气的提供需要实用的供应装置。气态氢具有低能量密度，由此降低了作为便携式燃料的可操作性。具有适当能量密度的液态氢必须在极低的温度和高压条件下进行储存，这使得液态氢的储存和运输很麻烦。

重整氢气供应装置通过对燃料源进行处理以产生氢气。燃料源用作氢气载体。目前可得的烃燃料源包括甲醇、乙醇、汽油、丙烷和天然气。液态烃燃料源提供了高能量密度和易于储存和输运的能力。燃料处理器对烃燃料进行重整以产生氢气。

燃料电池的发展迄今已集中于大规模应用情况如用于电源备用设备的工业尺寸的发电机。消费电子产品和其它便携式电源应用当前依赖于锂离子电池和类似的电池技术。用于便携应用情况如电子装置的产生电能的燃料电池系统是所希望的但在商业上还无法获得。此外，增加燃料电池系统效率的技术将是有益的。

发明内容

本发明涉及燃料电池系统和使用燃料电池系统的方法。所述系统包括使用氢气产生电能的燃料电池和由燃料源产生氢气的燃料处理器。所述燃料处理器包括重整器和加热所述重整器的燃烧器。

在此所述的热效率高的燃料电池系统使用来自燃料处理器的加热介质加热燃料电池的内部。所述加热介质可包括在高温下从所述燃料处理器排出的气体，所述气体随后被输运至所述燃料电池。所述加热介质还可包括在所述燃料电池中催化地反应以产生热量的气体。当所述气体例如包括甲醇时，所述燃料电池中的催化剂有利于使用甲醇产生热量。相似地，可采用所述燃料电池中的催化剂以便有利于使用从所述重整器中输出且提供给所述燃料电池的氢气产生热量。以这种方式加热燃料电池允许在燃料电池的预热期间更快地达到燃料电池的操作温度，且允许当所述燃料电池未产生电能时保持升高的操作温度。

提供了用于加快燃料电池系统启动的系统和方法。所述系统在达到操作温度前使用电热加快启动时间。

还描述了用于关闭燃料电池系统的方法，所述方法减少了在关闭过程中在所述重整器和一个或多个燃料电池部件中的湿气和气体的量。

在此所述的一种氢效率高的燃料电池系统将氢气输运至燃烧器的入口。所述氢气可包括来自燃料电池的未使用氢气和/或在重整器中产生的氢气。所述燃烧器包括有利于在存在所述氢气的情况下产生热量的催化剂。

在一个方面中，本发明涉及一种用于产生电能的燃料电池系统。所述燃料电池系统包括燃料处理器和燃料电池。所述燃料处理器包括被构造以接收燃料源、被构造以输出氢气且包括有利于产生氢气的催化剂的重整器。所述燃料处理器还包括被构造以为所述重整器提供热量的燃烧器。所述燃料电池包括被构造以使用所述燃料处理器输出的氢气产生电能的燃料电池堆。所述燃料电池还包括传热附件，所述传热附件a)包括布置在所述燃料电池堆外部的部分和b)与所述燃料电池堆的内部导热连通。所述燃料电池系统还包括被构造以将加热介质从所述燃料处理器输运至所述燃料电池的管道设备。

在另一个方面中，本发明涉及一种用于在接收来自燃料处理器的氢气的燃料电池中产生电能的方法。所述燃料处理器被构造以对燃料源进行处理从而产生氢气。所述方法包括将所述燃料源提供给所述燃料处理器。当由所述燃料电池输出的电能小于电阈值或当所述燃料电池中的部件温度小于温度阈值时，所述方法还包括将加热介质从所述燃料处理器输运至所述燃料电池。所述方法进一步包括加热一部分所述燃料电池。所述方法附加地包括将氢气从所述燃料处理器输运至所述燃料电池。所述方法还包括检测所述部件的温度或所述燃料电池的电输出。当所述部件的温度约等于或大于所述阈值温度或当由所述燃料电池输出的电能约等于或大于电阈值时，所述方法进一步包括在所述燃料电池中产生电能。

在又一个方面中，本发明涉及一种用于关闭包括接收来自燃料处理器的氢气的燃料电池的燃料电池系统的方法。所述燃料处理器包括重整器和为所述重整器供应热量的燃烧器。所述方法包括在所述燃料电池中停止产生电能。所述方法还包括中止所述重整器的燃料源供应，所述重整器被构造以接收所述燃料源和输出氢气。所述方法进一步包括在所述燃烧器中产生热量以便在中止所述重整器的所述燃料源供应之后加热所述重整器。所述方法附加地包括中止在所述燃烧器中产生热量。所述方法还包括用空气冲洗所述燃烧器。

在再一个方面中，本发明涉及一种用于产生电能的燃料电池系统。所述燃料电池系统包括燃料处理器和燃烧器。所述燃料处理器包括被构造以接收燃料源、被构造以输出氢气且包括有利于产生氢气的催化剂的重整器。所述燃料处理器还包括被构造以为所述重整器提供热量的燃烧器。所述燃料电池被构造以接收所述重整器中产生的氢气且被构造以使用所述氢气产生电能。所述燃料电池系统还包括被构造以将氢气输运至所述燃烧器的管道设备。

在另一个方面中，本发明涉及一种用于产生电能的燃料电池系统。所述燃料电池系统包括燃料处理器和燃烧器。所述燃料处理器包括被构造以接收燃料源、被构造以输出氢气且包括有利于产生氢气的催化剂的重整器。所述燃料处理器还包括被构造为所述重整器提供热量的燃烧器。所述燃料电池被构造以接收所述重整器中产生的氢气且被构造使用所述氢气产生电能。所述燃料电池系统还包括被构造以将氧气从所述燃料电池输运至所述处理器的管道设备。

在又一个方面中，本发明涉及一种用于启动包括重整器和为所述重整器提供热量的燃烧器的燃料处理器的方法。所述方法包括使用被构造以加热所述燃烧器或提供给所述燃烧器的燃料源的电热器产生热量。所述方法还包括将所述燃料源供应至所述燃烧器。所述方法进一步包括在所述燃烧器中催化地产生热量以加热所述重整器。所述方法附加地包括将所述燃料源供应至所述重整器。所述方法还包括在所述重整器中产生氢气。

在再一个方面中，本发明涉及一种用于在燃料处理器中所包括的燃烧器内催化生热之前加热燃料源的系统。所述系统包括被构造以接收所述燃料源、被构造以输出氢气且包括有利于产生氢气的催化剂的重整器。所述系统还包括被构造以为所述重整器提供热量的燃烧器。所述系统包括被构造以加热所述燃烧器或提供给所述燃烧器的所述燃料源的电热器。

在另一个方面中，本发明涉及一种用于产生电能的燃料电池系统。所述燃料电池系统包括燃料处理器。所述燃料处理器包括被构造以接收所述燃料源、被构造以输出氢气且包括有利于产生氢气的催化剂的重整器。所述燃料处理器还包括被构造以为所述重整器提供热量的燃烧器。所述燃料电池包括被构造以使用所述燃料处理器输出的氢气产生电能的燃料电池堆。所述燃料电池还包括传热附件，所述传热附件a)包括布置在所述燃料电池堆外部的部分和b)与所述燃料电池堆的内部导热连通。所述燃料电池还包括被构造以在所述燃料处理器与所述燃料电池之间输运加热介质或冷却介质的管道设备。

在再一个方面中，本发明涉及一种用于产生电能的燃料电池系统。所述燃料电池系统包括燃料处理器。所述燃料处理器包括被构造以接收所述燃料源、被构造以输出氢气且包括有利于产生氢气的催化剂的重整器。所述燃料处理器包括被构造以为所述重整器提供热量的燃烧器。所述燃料电池包括被构造以使用所述燃料处理器输出的氢气产生电能的燃料电池堆。所述燃料电池还包括传热附件，所述传热附件a)包括布置在所述燃料电池堆外部的部分和b)与所述燃料电池堆的内部导热连通。所述燃料电池系统还包括被构造以调节热传递或所述燃料电池系统内的一个或多个部件的温度的控制逻辑。

在本发明的下列描述和相关附图中将对本发明的这些以及其它特征和优点进行描述。

附图说明

图1A示出了根据本发明的一个实施例的用于产生电能的燃料电池系统；

图1B示出了根据本发明的一个具体实施例的图1A所示的燃料电池系统的示意操作；

图2A示出了根据本发明的一个实施例的用于图1A所示的燃料电池中的燃料电池堆的横截面图；

图2B示出了根据本发明的另一个实施例的燃料电池堆和燃料电池的外顶部透视图；

图2C示出了根据本发明的一个实施例的图1A所示的燃料电池的离子传导膜燃料电池(PEMFC)构造；

图2D示出了根据本发明的一个实施例的双极板的顶部透视图；

图2E示出了包括板/冷却层/板构造的广泛使用和常规的双极板；

图2F示出了根据本发明的另一个实施例的用于图1A所示的燃料电池中的燃料电池堆的横截面图；

图3A示出了根据本发明的一个实施例的用于图1A所示的燃料电池系统中的燃料处理器的侧剖视图；

图3B示出了沿燃料处理器的中平面截取的用于图1A所示的燃料电池系统中的燃料处理器的前剖视图；

图4A示出了根据本发明的一个实施例的热效率高的燃料电池系统；

图4B示出了根据本发明的另一个实施例的热效率高的燃料电池系统；

图5示出了用于在根据本发明的一个实施例的接收来自燃料处理器的氢气的燃料电池中产生电能的工艺流程；

图6示出了使氢气从燃料电池的阳极排气装置按路线移动回燃料处理器中的燃烧器的图1A所示的燃料电池系统的一个实施例；

图7示出了用于关闭根据本发明的一个实施例的包括接收来自燃料处理器的氢气的燃料电池的燃料电池系统的工艺流程；

图8示出了根据本发明的另一个具体实施例的燃料电池系统的示意操作；

图9示出了根据本发明的一个实施例的用于产生用于便携电子装置的电能的系统；

图10A示出了根据本发明的一个实施例的用于在燃烧器30内催化生热之前加热燃料源的系统；

图10B示出了用于启动根据本发明的一个实施例的燃料处理器的工艺流程；和

图10C示出了根据本发明的一个实施例的用于对重整器进行电加热的系统。

具体实施方式

结合附图中示出的多个优选实施例对本发明进行详细描述。在下面的描述中，为了帮助对本发明的全面的理解，披露了很多具体的细节。然而，对于本领域技术人员来说，很明显的是，没有某些或全部的具体细节也能够实施本发明。在其它的例子中，为了避免不必要地模糊了本发明，对于公知的过程步骤和/或结构没有进行详细描述。

1.燃料电池系统

图1A示出了根据本发明的一个实施例的用于产生电能的燃料电池系统10。燃料电池系统10包括氢燃料供应装置12和燃料电池20。

氢气供应装置12将氢气提供给燃料电池20。如图所示，供应装置12包括对燃料源进行处理以产生氢气的“重整”氢气供应装置。燃料源17用作氢气的载体且可受到处理以分离氢气。燃料源17可包括任何载氢燃料流、烃燃料或其它氢燃料源例如氨。适用于本发明的当前可获得的烃燃料源17例如包括甲醇、乙醇、汽油、丙烷、丁烷和天然气。多种烃和氨产品也可产生适当的燃料源17。液体燃料源17提供了高能量密度和易于储存和运输的能力。储存装置16可包含燃料混合物。当燃料处理器15包括蒸汽重整器时，储存装置16可包含烃燃料源和水的燃料混合物。烃燃料源/水燃料混合物通常被示作水中的百分比燃料源。在一个实施例中，燃料源17包括水中的浓度在1％至99.9％的范围内的甲醇或乙醇。其它液体燃料如丁烷、丙烷、汽油、军用级“JP8”等也可被包含在储存装置16中且水中浓度在5至100％的范围内。在具体实施例中，燃料源17包括体积百分比为67％的甲醇。

如图所示，重整氢气供应装置包括燃料处理器15和燃料源储存装置16。储存装置16储存燃料源17，且可包括便携和/或可处置的燃料筒。可处置的筒为使用者提供了瞬间再充注的功能。在一个实施例中，筒包括在硬塑料套壳内的可伸缩囊。单独的燃料泵通常控制来自储存装置16的燃料源17流。如果系统10是负载跟踪的，那么控制系统计量燃料源17以便以由燃料电池20的所需功率水平输出确定的流速将燃料源17输送至处理器15。

燃料处理器15对烃燃料源17进行处理并输出氢气。烃燃料处理器15在存在催化剂的情况下加热和处理烃燃料源17以产生氢气。燃料处理器15包括重整器，所述重整器是将液体或气体烃燃料源17转化成氢气和二氧化碳的催化装置。当在此使用该术语时，重整指的是由燃料源产生氢气的过程。下面对燃料处理器15进行进一步详细地描述。

燃料电池20将氢气和氧气电化学地转化成水且在该过程中产生电能和热量。环境空气通常为燃料电池20供应氧气。纯或直接氧气源也可用于进行氧气供应。水通常形成蒸汽，这取决于燃料电池20部件的温度。对于很多燃料电池而言，电化学反应还会产生二氧化碳作为副产物。

在一个实施例中，燃料电池20是适于与便携应用情况如消费者用电子装置一起使用的低容积离子传导膜(PEM)燃料电池。离子传导膜燃料电池包括实施产生电能的电化学反应的膜电极组件。膜电极组件包括氢催化剂、氧催化剂和离子传导膜，所述离子传导膜a)选择性地传导质子和b)使氢催化剂与氧催化剂电隔离开来。氢气分配层包含氢催化剂且允许氢气扩散通过其中。氧气分配层包含氧催化剂且允许氧气和氢质子扩散通过其中。离子传导膜使氢气和氧气分配层分离开来。在化学术语中，阳极包括氢气分配层和氢催化剂，而阴极包括氧气分配层和氧催化剂。

聚合物电解质膜燃料电池通常包括具有一组双极板的燃料电池堆。膜电极组件被设置在两块双极板之间。氢气分配43通过一块板上的通道区域发生，而氧气分配45通过第二块对向板上的通道区域发生。具体而言，第一通道区域将氢气分配至氢气分配层，而第二通道区域将氧气分配至氧气分配层。术语“双极”在电学上指的是夹在两个膜电极组件层之间的双极板(无论包括一块板或两块板)。在这种情况下，双极板用作一个相邻膜电极组件的负极端子和布置在双极板的相对面上的第二个相邻膜电极组件的正极端子。

在电学术语中，阳极包括氢气分配层、氢催化剂和双极板。阳极用作燃料电池20的负电极且传导由氢气分子释放的电子以使得它们可在外部使用如为外部电路供电。在燃料电池堆中，双极板串连连接以累加堆的每层中获得的电位。在电学术语中，阴极包括氧气分配层、氧催化剂和双极板。阴极表示燃料电池20的正电极且将电子从外部电路传导回氧催化剂，在所述氧催化剂处电子可与氢离子和氧气重新结合以形成水。

氢催化剂将氢气分离成质子和电子。离子传导膜阻挡电子，且使化学阳极(氢气分配层和氢催化剂)与化学阴极电隔离开来。离子传导膜还选择性地传导带正电的离子。阳极将电子电传导至负载(产生电能)或电池(储存能量)。同时，质子移动通过离子传导膜。质子和使用过的电子随后在阴极侧上相遇且与氧气结合以形成水。氧气分配层中的氧催化剂有利于该反应。一种普遍的氧催化剂包括极薄地涂覆到碳纸或布上的铂粉末。多种设计采用粗糙和多孔的催化剂以增加暴露于氢气和氧气的铂的表面积。

在一个实施例中，燃料电池20包括由单块板形成的一系列双极板。每块板包括在板的相对面上的通道区域。单块双极板因此双重地分配氢气和氧气：一条通道区域分配氢气而相对面上的通道区域分配氧气。多块双极板可叠置以产生“燃料电池堆”，其中膜电极组件被设置在每对相邻双极板之间。

由于燃料电池20中的生电过程是放热的，因此燃料电池20可实施热管理系统以消散来自燃料电池的热量。燃料电池20还可采用多个湿化板(HP)以管理燃料电池中的湿气水平。在题目为“微燃料电池构造”且命名Ian Kaye为发明人且于与本专利申请相同的日期申请的共同所有的共同待审的专利申请中包括对适于与本发明一起使用的燃料电池的进一步描述。该申请由此被引入以供参考。

尽管将结合聚合物电解质膜燃料电池对本发明进行主要描述，但应该理解可通过其它燃料电池构造实施本发明。燃料电池构造之间的主要差别在于所用离子传导膜的类型。在一个实施例中，燃料电池20是采用液体磷酸进行离子交换的磷酸燃料电池。固体氧化物燃料电池采用硬的无孔陶瓷化合物以进行离子交换且可适于与本发明一起使用。通常，任何燃料电池构造可受益于在此所述的一个或多个系统和控制改进。其它这种燃料电池构造包括直接甲醇、碱性和熔融碳酸盐燃料电池。

燃料电池20产生可用于多种应用情况中的直流电压。例如，由燃料电池20产生的电能可用以为马达或灯供电。在一个实施例中，本发明提供了被构造以输出小于200瓦的功率(净或总)的“小”燃料电池。这种尺寸的燃料电池普遍被称作“微燃料电池”且很适于与便携电子装置一起使用。在一个实施例中，燃料电池20被构造以产生约1毫瓦至约200瓦的功率。在另一个实施例中，燃料电池20产生约3瓦至约20瓦的功率。燃料电池20还可以是独立的燃料电池，所述燃料电池是产生动力的单个单元，只要其具有a)氧气和b)氢气或烃燃料供应装置。输出约40瓦至约100瓦的独立燃料电池20很适用于膝上型计算机中。

在一个实施例中，燃料处理器15是仅需要蒸汽以产生氢气的蒸汽重整器。适用于燃料电池系统10中的多种类型的重整器包括蒸汽重整器、自动热重整器(ATR)或催化部分氧化器(CPOX)。自动热重整器或催化部分氧化器重整器使空气与燃料和整体混合物混合。自动热重整器或催化部分氧化器系统对燃料如甲醇、柴油、普通无铅汽油和其它烃进行重整。在具体实施例中，储存装置16将甲醇17提供给燃料处理器15，所述燃料处理器在约250℃或更低的温度下对甲醇进行重整且允许燃料电池系统10用于温度要最小化的应用情况中。

图1B示出了根据本发明的具体实施例的燃料电池系统10的示意操作。如图所示，燃料电池系统10包括燃料容器16、氢燃料源17、燃料处理器15、燃料电池20、多泵21和风机35、燃料管线和气体管线和一个或多个阀23。

燃料容器16储存甲醇作为氢燃料源17。燃料容器16的出口26提供甲醇17进入氢燃料管线25。如图所示，管线25分成两条管线：将甲醇17输运至燃料处理器15的燃烧器30的第一管线17和将甲醇17输运至燃料处理器15中的重整器32的第二管线29。管线25、27和29例如可包括塑料管道系统。分别为管线27和29提供了单独的泵21a和21b以对管线进行加压且如果需要则以独立的速度传送燃料源。由Plymouth Meeting，PA的Instech提供的型号为P625的泵适于传送用于系统10的液体甲醇且适用于本实施例中。位于储存装置16与燃料处理器18之间的管线29上的流量传感器或阀23检测且传达在储存装置16与重整器32之间传递的甲醇17的量。结合传感器或阀23和适当控制如由执行来自储存软件的指令的处理器施加的数字控制，泵21b调节储存装置16对重整器32的甲醇17供应。

风机35a将氧气和空气从环境空间输送通过管线31到达燃料处理器15的再生器36。风机35b将氧气和空气从环境空间输送通过管线33到达燃料处理器15的再生器36。在本实施例中，由California的Adda USA提供的型号为AD2005DX-K70的风机适于传送用于燃料电池系统10的氧气和空气。风机37将冷却空气吹过燃料电池20及其传热附件46。

燃料处理器15接收来自储存装置16的甲醇17且输出氢气。燃料处理器15包括燃烧器30、重整器32、煮沸器34和杜瓦容器(dewar)150。燃烧器30包括接收来自管线27的甲醇17的入口和在存在甲醇的情况下产生热量的催化剂。煮沸器34包括接收来自管线29的甲醇17的入口。煮沸器34的结构允许燃烧器30中产生的热量在重整器32接收甲醇17之前加热煮沸器34中的甲醇17。煮沸器34包括将加热甲醇17提供给重整器32的出口。重整器32包括接收来自煮沸器34的加热甲醇17的入口。重整器32中的催化剂与甲醇17反应且产生氢气和二氧化碳。该反应是略微吸热的且从燃烧器30中吸取热量。重整器32的氢气出口将氢气输出至管线39。在一个实施例中，燃料处理器15还包括截断重整器32的排出氢且减少排出物中的一氧化碳量的优先氧化器。优先氧化器采用从空气入口到达优先氧化器的氧气和对于一氧化碳比二氧化碳更优先的催化剂如钌或铂。

杜瓦容器150在空气进入燃烧器30之前对空气进行预热。杜瓦容器150还通过在引入空气逸出燃料处理器15之前加热引入空气而减少来自燃料电池20的热损失。在一种意义上，杜瓦容器150用作使用燃料处理器15中的废热以增加燃料处理器的热管理和热效率的再生器。具体而言，来自煮沸器30的废热可用以对提供给燃烧器30的引入空气进行预热从而减少传递至燃烧器中的空气的热量，以使得更多的热量传递至重整器32。

管线39将氢气从燃料处理器15输运至燃料电池20。气体输送管线31、33、39例如可包括塑料管道系统。还可将氢气流量传感器(未示出)添加在管线39上以检测和传达输送至燃料电池20的氢气量。结合氢气流量传感器和适当控制如由执行来自储存软件的指令的处理器施加的数字控制，燃料处理器15调节燃料电池20的氢气提供。

燃料电池20包括接收来自管线39的氢气且将其输送至氢气进气歧管从而输送至一个或多个双极板及其氢气分配通道的氢气进入口。燃料电池20的氧气进入口接收来自管线33的氧气并将其输送至氧气进气歧管以便输送至一个或多个双极板及其氧气分配通道。阳极排气歧管收集来自氢气分配通道的气体且将它们输送至阳极排气口，所述阳极排气口将排出气体排出并使其进入环境空间。阴极排气歧管收集来自氧气分配通道的气体且将它们输送至阴极排气口。

除了图1B所示的部件之外，系统10还可包括本领域的技术人员已公知的且为了简要缘故而在此省略的有助于实现燃料电池系统10的功能的其它元件，如电子控制装置、附加泵和阀、增加的系统传感器、歧管、热交换器和电动内部连线装置。

2.燃料电池

图2A示出了根据本发明的一个实施例的用于燃料电池20中的燃料电池堆60的横截面图。图2B示出了根据本发明的另一个实施例的燃料电池堆60和燃料电池20的外顶部透视图。

初始参见图2A，燃料电池堆60是包括一组双极板44和一组膜电极组件(MEA)层62的双极板堆。两个膜电极组件层62与每块双极板44相邻。除了最高和最低的膜电极组件层62a和62b之外，每个膜电极组件62被设置在两块相邻的双极板44之间。对于膜电极组件62a和62b而言，顶部和底部端板64a和64b包括在与膜电极组件62相邻的面上的通道区域72。

堆60中的双极板44还分别包括两个传热附件46。更具体而言，每块双极板44包括在板一侧上的传热附件46a和在相对侧上的传热附件46b。下面进一步详细地讨论传热附件46。

如图所示，堆60包括十二个膜电极组件层62、十一块双极板44和两块端板64。每组中的双极板44和膜电极组件层62的数量可根据燃料电池堆60的设计而改变。燃料电池堆60中的叠置平行层允许高效地使用空间且增加了燃料电池20的功率密度。在一个实施例中，每个膜电极组件62产生0.7V的电压且膜电极组件62的数量被选择以实现所需电压。另一种可选方式是，膜电极组件层62和双极板44的数量可由电子装置中的可允许厚度确定。具有一个膜电极组件62至几百个膜电极组件62的燃料电池堆60适用于多种应用情况。具有约三个膜电极组件62至约二十个膜电极组件62的堆60也适用于多种应用情况。燃料电池20的尺寸和布置还可被调整和构造以输出给定功率。

参见图2B，顶部和底部端板64a和64b为堆60提供了机械保护。端板64还一起保持双极板44和膜电极组件层62，且将压力施加到每块双极板44的平面区域和每个膜电极组件62上。螺栓82a和82b将顶部和底部端板64a和64b连接和紧固在一起。

燃料电池20包括通往燃料电池堆60外部的两个阳极孔口：进入阳极口或氢气进入口84，和排出阳极口或氢气排出口86。氢气进入口84被设置在顶部端板64a上、与入口管线联接以接收氢气且通往被构造以将入口氢气输送至堆60中的每块双极板44上的通道区域72的氢气入口歧管102(参见图2D)。排出口86接收来自被构造以收集来自每块双极板44的阳极通道区域72的废产品的阳极排气歧管104(参见图2D)的出口气体。排出口86可将排出气体提供给燃料电池周围的环境空间以将气体输出至联接至孔口86的管线以便如下所述输运阳极排出气体。

燃料电池20包括两个阴极孔口：进入阴极口或氧气进入口88，和排出阴极口或水/蒸汽排出口90。氧气进入口88被设置在底部端板64b上(参见图2A)、与入口管线联接以接收环境空气且通往被构造以将入口氧气和环境空气输送至堆60中的每块双极板44上的通道区域72的氧气歧管106。水/蒸汽排出口90接收来自被构造以收集来自每块双极板44上的阴极通道区域72的水(通常作为蒸汽)的阴极排气歧管108(参见图2D)的出口气体。

图2C示出了根据本发明的一个实施例的用于燃料电池20中的离子传导膜燃料电池(PEMFC)构造120。如图所示，离子传导膜燃料电池构造120包括两块双极板44和夹在两块双极板44之间的膜电极组件层(或MEA)62。膜电极组件62将氢气和氧气电化学地转化成水，在该过程中产生电能和热量。膜电极组件62包括阳极气体扩散层122、阴极气体扩散层124、氢催化剂126、离子传导膜128、阳极电极130、阴极电极132和氧催化剂134。

加压氢气(H₂)通过氢气孔口84进入燃料电池20、前进通过氢气入口歧管102且通过设置在双极板44a的阳极面75上的氢气通道区域72a的氢气通道74。氢气通道74通往设置在双极板44a的阳极面75与离子传导膜128之间的阳极气体扩散层122。压力迫使氢气进入可渗透氢气的阳极气体扩散层122且穿过设置在阳极气体扩散层122中的氢催化剂126。当氢气分子接触氢催化剂126时，其分裂成两个H⁺离子(质子)和两个电子(e^-)。质子移动通过离子传导膜128以与阴极气体扩散层124中的氧气结合。电子传导通过阳极电极130，在所述阳极电极处电子建立起用于外部电路(例如膝上型计算机的电源)中的电位。在进行外部使用后，电子流至离子传导膜燃料电池构造120的阴极电极132。

氢催化剂126将氢气分成质子和电子。适当的催化剂126例如包括铂、钌和铂黑或铂碳和/或纳米碳管上的铂。阳极气体扩散层122包括允许氢气扩散通过其中且能够保持氢催化剂126以便允许催化剂和氢气分子之间产生相互作用的任何材料。一种适当的层包括纺织或无纺碳纸。其它适当的气体扩散层122材料可包括碳化硅基体以及纺织或无纺碳纸和Teflon的混合物。

在离子传导膜燃料电池构造120的阴极侧上，承载氧气(O₂)的加压空气通过氧气孔口88进入燃料电池20、前进通过氧气入口歧管106且通过设置在双极板44b的阴极面77上的氧气通道区域72b的氧气通道76。氧气通道76通往设置在双极板44b的阴极面77与离子传导膜128之间的阴极气体扩散层124。压力迫使氧气进入阴极气体扩散层124且穿过设置在阴极气体扩散层124中的氧催化剂134。当O₂分子接触氧催化剂134时，其分裂成两个氧原子。行进通过离子选择的离子传导膜128的两个H⁺离子和氧原子与由外部电路返回的两个电子结合以形成水分子(H₂O)。阴极通道76排出通常形成蒸汽的水。在单个膜电极组件层62中的该反应产生约0.7伏特的电压。

阴极气体扩散层包括允许氧气和氢质子扩散通过其中且能够保持氧催化剂134以便允许催化剂134与氧气和氢气之间产生相互作用的材料。适当的气体扩散层124例如可包括碳纸或布。其它适当的气体扩散层124材料可包括碳化硅基体以及纺织或无纺碳纸和Teflon的混合物。氧催化剂134有利于氧气和氢气进行反应以形成水。一种普遍的催化剂134包括铂。多种设计采用粗糙且多孔的催化剂134以增加暴露于氢气或氧气的催化剂134的表面积。例如，铂可作为极薄地涂覆到碳纸或布阴极气体扩散层124上的粉末而存在。

离子传导膜128通过阻挡电子通过膜128而使阳极与阴极电隔离开来。因此，膜128防止电子在气体扩散层122与气体扩散层124之间通过。离子传导膜128还将带正电的离子如氢质子从气体扩散层122选择性地传导至气体扩散层124。对于燃料电池20，质子移动通过膜128且电子传导离开至电负载或电池。在一个实施例中，离子传导膜128包括电解质。一种适于与燃料电池20一起使用的电解质是来自MurrayHill，NJ的PEMEAS USA AG的Celtec 1000( www.pemeas.com)。包括该电解质的燃料电池20通常更耐受一氧化碳且可不需要湿化。离子传导膜128还可采用包括以磷酸浸渍的多孔隔板的磷酸基体。由公司如United technologies、Dupont、3M和对于本领域的技术人员已公知的其它制造商可普遍得到适于与燃料电池20一起使用的其它可选的离子传导膜128。例如，Elkton，MD的WL Gore Associate生产primea Series58，其是一种适于与本发明一起使用的低温膜电极组件。

在一个实施例中，燃料电池20无需外部湿化器或热交换器且堆60仅需要氢气和空气以产生电功率。另一种可选方式是，燃料电池20可采用对燃料电池20的阴极进行湿化的方法以改进性能。对于一些燃料电池堆60的设计，对阴极进行湿化增加了燃料电池20的功率和操作寿命。

图2D示出了根据本发明的一个实施例的双极板44p和44q的顶部透视图。双极板44是具有设置在板44的相对面75上的第一通道区域72的单块板44。

就功能而言，双极板44a)将反应气体输送和分配至气体扩散层122和124及其相应的催化剂，b)保持堆60中的膜电极组件层62之间的反应气体相互分开，c)排出来自膜电极组件层62的电化学反应副产物，d)有利于热量传递到达和/或离开膜电极组件层62和燃料电池堆60，和e)包括进气和排气歧管以将气体输送至燃料堆60中的其它双极板44。

就结构而言，双极板44具有相对平的轮廓且包括相对的顶面和底面75a和75b(仅示出了顶面75a)和多个侧部78。除了形成作为基板89内的槽的通道76外，面75大体上是平面的。侧部78包括与两面75之间的双极板44的边缘紧接的双极板44的部分。如图所示，双极板44大体上是四边形的，具有使得其偏离四边形形状的进气歧管、排气歧管和传热附件46的特征。

每块板44上的歧管被构造以将气体输送至板44的面上的通道区域或接收来自通道区域72的气体。双极板44的歧管包括基板89中的孔或孔眼，所述孔或孔眼当与堆60中的其它板44的歧管结合时形成内板44的气体连通歧管(例如102、104、106和108)。因此，当板44叠置且其歧管大体上对齐时，歧管允许气体输送至且离开每块板44。

双极板44包括板44的每面上的通道区域72或“流域”。每条通道区域72包括在板44的基板89内形成以使得通道置于板44表面下的一条或多条通道76。每条通道区域72将一种或多种反应气体分配至燃料电池堆60的活性区域。双极板44包括在双极板44的阳极面75a上的第一通道区域72a，所述第一通道区域将氢气分配至阳极(图2C)，而相对的阴极面75b上的第二通道领域将氧气分配至阴极。具体而言，通道区域72a包括允许氧气和空气流至阳极气体扩散层122的多条通道76，而通道区域72b包括允许氧气和空气流至阴极气体扩散层124的多条通道76。对于燃料电池堆60，每条通道区域72被构造以接收来自进气歧管102或106的反应气体且被构造以将反应气体分配至气体扩散层122或124。每条通道区域72还收集从燃料电池20排出的反应副产物。当双极板44在燃料电池60中叠置在一起时，相邻的板44夹住膜电极组件层62以使得一块双极板44的阳极面75a与膜电极组件层62的相对侧上的相邻双极板44的阴极面75b相邻。

双极板44可包括一个或多个传热附件。传热附件46允许对燃料电池堆60的内部进行外部热管理。更具体而言，附件46例如可用以加热或冷却燃料电池堆60的内部如每块附接的双极板44和任何相邻的膜电极组件层62的内部。传热附件46被横向布置在通道区域72外部。在一个实施例中，附件46被设置在双极板44的外部上。双极板44的外部包括与板44中包括的基板的侧部或边缘紧接的板44的任何部分。双极板44的外部通常不包括通道区域72。对于所示的实施例，传热附件46大体上横跨不包括进气和输出歧管102-108的板44的侧部。对于图2A所示的实施例，板44包括大体上横跨不包括气体歧管的板44的两侧的两个传热附件46。

将传热附件46设置在外周允许热量通过板的基板89在板44的内部与设置在外部的附件46之间传递。导热连通指的是热量在接触或形成一体的本体之间传递。因此，在板44的外部(传热附件46附接在所述外部处)与双极板44的中心部分之间的横向热传导凭借通过基板89的导热连通发生。在一个实施例中，传热附件46与板44中的基板材料89成一整体。成一整体在这种意义上指的是附件46与板44之间的材料连续性。形成一体的附件46可例如在对单块金属板进行的单次模制成型、冲压、机加工或微电子机械系统(MEMs)工艺过程中与板44形成一体。形成一体的附件46和板44允许通过基板89在板44的内部与传热附件46之间进行导热连通和热传递。在另一个实施例中，附件46包括除用于附接到板44上的基板89中的材料之外的材料且导热连通和热传递在两种附接材料之间的附接接合处发生。

热量可行进到达或离开传热附件46。换句话说，附件46可用作热沉或热源。因此，传热附件46可用作热沉以冷却双极板44或膜电极组件62的内部。燃料电池20采用冷却介质以从附件46除去热量。另一种可选方式是，传热附件46可用作热源以为双极板44或膜电极组件62的内部提供热量。在这种情况下，催化剂可被设置在附件46上以响应于加热介质的存在而产生热量。

对于冷却而言，传热附件46允许从板44的内部向设置在外部的附件46进行整体传导传热。在氢气消耗和电能产生的过程中，电化学反应在每个膜电极组件62中产生热量。由于双极板44的内部与膜电极组件62接触，因此双极板44上的传热附件46通过a)从膜电极组件62向双极板44进行传导传热和b)从与膜电极组件62接触的双极板44的中心部分向包括附件46的板44的外部进行横向热连通和传导传热而冷却与板相邻的膜电极组件62。在这种情况下，传热附件46沿平行于板44的面75的方向将热量从电板44的一面75上的第一通道区域72与板44的相对面上的第二通道区域72之间的基板89吸沉至传热附件46。当燃料电池堆60包括多个膜电极组件层62时，以这种方式进行的通过每块双极板44的横向热连通提供了堆60中的多个膜电极组件62-包括堆60的中心部分中的那些层的层间冷却。

燃料电池20可采用在传热附件46上通过的冷却介质。冷却介质接收来自附件46的热量且从燃料电池20中除去热量。在堆60内部产生的热量因此传导通过双极板44到达附件46，且通过在附件46与冷却介质之间的对流传热而加热冷却介质。空气适用作冷却介质。

如图所示，传热附件46可被构造具有小于板44的相对面75之间厚度的厚度。燃料电池堆60中的相邻双极板44上的附件46的减少的厚度在相邻的附件之间形成了通道190。堆中的多个相邻的双极板44和附件46形成了多条通道190。每条通道190允许冷却介质或加热介质通过其中且穿过传热附件46。在一个实施例中，燃料电池堆60包括封住且保护堆60的机械壳体。壳体的壁部还通过在相邻附件46与壁部之间形成导管而为冷却或加热介质提供附加管道系统。

冷却介质可以是气体或液体。通过高电导双极板44获得的传热优点允许空气用作冷却介质以冷却传热附件46和堆60。例如，直流风机可被附接到机械壳体的外表面上。风机使空气移动通过机械壳体中的孔眼、通过通道190以冷却传热附件46和燃料电池堆60且流出机械壳体中的排气孔眼或孔口。燃料电池系统10可随后包括主动热控制。增加或减少冷却剂风机速度调节从堆60中除去的热量和堆60的操作温度。在空冷堆60的一个实施例中，冷却剂风机速度作为实际阴极出口温度的功能而相对于所需温度设定点增加或减少。

对于加热而言，传热附件46允许从设置在外部的附件46向板44的内部进行整体传热且允许燃料电池的任何部件和部分与板44的内部热连通。在传热附件46上通过的加热介质为附件提供热量。对流到附件46上的热量随后传导通过基板89且进入板44和堆60的内部，如膜电极组件62及其构成部件的部分内。

在一个实施例中，加热介质包括具有大于附件46温度的温度的加热气体。正如下面将要描述地，来自燃料处理器15的燃烧器30或重整器32的排出气体可分别包括适用于加热一个或多个附件46的升高温度。

在另一个实施例中，燃料电池包括设置与传热附件46接触或接近的催化剂192。当加热介质在催化剂上通过时，催化剂192产生热量。这种情况下的加热介质可包括与催化剂192反应以产生热量的任何气体或流体。通常，催化剂192和加热介质采用放热化学反应以产生热量。传热附件46和板44随后将热量传递进入燃料电池堆60如用以加热内部膜电极组件层62。例如，催化剂192可包括铂且加热介质包括供应至燃料处理器15的烃燃料源17(图2A和图2F)。燃料源17在进入燃料电池20之前可被加热成气体状态。这允许加热介质的气体输运和燃料源17与催化剂192之间进行气体相互反应以产生热量。与上述冷却介质相似地，设置在一个壁部199上的风机随后使气体加热介质在燃料电池20内移动。

在具体实施例中，用以与催化剂192进行反应的烃燃料源17来自燃料处理器15中的重整器排出物或燃烧器排出物。这有利地在燃料源17被接收在燃料电池20内之前对燃料源进行预热且在通过燃料处理器15对燃料进行处理之后还高效地使用或燃烧重整器或燃烧器排出物中剩余的任何燃料。另一种可选方式是，燃料电池20包括将烃燃料源17直接供应至燃料电池20以加热催化剂192并与催化剂进行反应的单独的烃燃料源17供给装置。在这种情况下，催化剂192可包括铂。其它适当的催化剂192包括钯、铂/钯混合物、铁、钌及其组合。这些物质中的每种将与烃燃料源17反应以产生热量。其它适当的加热介质例如包括氢气或从燃料处理器15中放出的任何加热气体。

当氢气被用作加热介质时，催化剂192包括在存在氢气的情况下产生热量的材料如钯或铂。正如下面将进一步详细描述地，氢气可包括由燃料处理器15中的重整器32供应的氢气。

如图2A和图2F所示，催化剂192被布置在每个传热附件46上且与其接触。在这种情况下，加热介质在每个附件46上通过且与催化剂192反应。这产生热量，所述热量通过由更冷的附件46进行的导热连通而被吸收。可采用洗覆技术将催化剂192设置在每个附件46上。还可使用陶瓷载体以将催化剂192连结在附件46上。

图2F示出了两个实例，其中热催化剂192被设置在接近传热附件46的位置处。在这种情况下，接近指的是相对于传热附件46被布置以使得由催化剂192产生的热量通过传导、对流和/或辐射被传递至附件46。如图2F所示，燃料电池20包括包含催化剂192的隔壁195。隔壁195附接到传热附件46上且a)与包含催化剂192的附件46形成壁部或b)包括其本身的壁部组，所述壁部组包含催化剂192。催化剂颗粒192随后被设置在隔壁195中。隔壁195允许加热介质在催化剂192上通过且与其相互作用。

如图2F所示，燃料电池20包括封住且保护堆60的机械壳体197。壳体197的壁部199和附件46结合以形成导管系统193。附件间的导管系统193允许a)催化剂192被充填在导管系统193内和b)允许加热介质通过导管系统193且在催化剂192上通过。在这种情况下，催化剂192被充填在导管系统193中且充填密度足够松散以便允许气体在不遇到过度阻力的情况下通过其中。随后使用风机以将加热介质提供进入导管系统193内。

对于基于催化剂的加热，热量随后a)从催化剂192传递至附件46，b)通过从包括传热附件46的板的横向部分向与膜电极组件层62接触的双极板44的中心部分进行传导传热而横向移动通过双极板44，和c)从双极板44传导至膜电极组件层62。当燃料电池堆60包括多个膜电极组件层62时，通过每块双极板44的横向加热提供了堆60中的多个膜电极组件层62的层间加热，这加快了燃料电池20的预热过程。

图2A所示的双极板44包括在每侧上的传热附件46。在这种情况下，一组传热附件46a用于进行冷却，而另一组传热附件46b用于进行加热。尽管结合通过催化剂192(即，通过充填在导管系统193内且储存在隔壁195中)进行的两种不同类型的加热而图示出了图2F所示的传热附件46，但应该理解燃料电池20无需包括加热附件46的多种方法且可仅包括一种上面提到的技术。此外，尽管图2A和图2D所示的双极板44示出了具有设置在堆60的侧部上的两个传热附件46的板44，但是附件46的布置可根据其它具体设计进行改变以影响和改进燃料电池堆60的散热和热管理。例如，可在单块板44上采用一个或两个以上的传热附件46以增加板44的内部与外部之间的热传递。此外，附件46无需如图所示横跨板44的侧部且可基于加热流体如何被导引通过壳体197的方式进行调整。

尽管本发明提供了具有将氢气和氧气分配在单块板44的相对侧上的通道区域72的双极板44，但是在此所述的多个实施例适于与采用两块单独的板以分配氢气和氧气的常规双极板组件一起使用。图2E示出了包括板/冷却层/板构造的广泛使用且常规的双极板300。

双极板300包括夹有冷却层304的两块板302a和302b。顶板302a包括在其顶面308上的分配氧气的通道区域306a。底板302b包括在其底面308上的分配氢气(或当顶板302a分配氢气时分配氧气)的通道区域306b。冷却层304使冷却介质如去离子水移动通过冷却通道310。冷却介质主动地冷却每块板302。冷却介质可按路线移动以使得沿与阴极中减少的氧分压的相同方向发生升温。与双极板44相似地，双极板300被称作“双极板”，这是因为其在电学意义上用作一个膜电极组件的阴极和另一个膜电极组件的阳极。双极板300为燃料电池提供了与双极板44的上述那些功能相似的功能。顶板和底板302a和302b可分别包括硅且在其面上蚀刻有通道以提供通道区域306。

尽管迄今已经结合重整甲醇燃料电池(RMFC)对本发明进行了主要讨论，但是本发明还可应用于其它类型的燃料电池，如固体氧化物燃料电池(SOFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)或直接乙醇燃料电池(DEFC)。在这种情况下，正如本领域的技术人员将意识到地，燃料电池20包括这些构造特有的部件。直接甲醇燃料电池或直接乙醇燃料电池接收且处理燃料。更具体而言，直接甲醇燃料电池或直接乙醇燃料电池分别接收液体甲醇或乙醇、导引燃料进入燃料电池堆60内且处理液体燃料以分离氢气用于产生电能。对于直接甲醇燃料电池，双极板44中的通道区域72分配液体甲醇而不是氢气。上述氢催化剂126随后包括用于使氢气与甲醇分离的适当阳极催化剂。氧催化剂128包括用于处理氧气或直接甲醇燃料电池中使用的另一种适当氧化剂如过氧化物的适当阴极催化剂。通常，氢催化剂126在其它燃料电池构造中还普遍被称作阳极催化剂且可包括例如直接从直接甲醇燃料电池中的燃料中去除氢气以在燃料电池中产生电能的任何适当催化剂。通常，氧催化剂128可包括对燃料电池20中使用的氧化剂进行处理的任何催化剂。氧化剂可包括氧化燃料的任何液体或气体且不限于上述氧气。固体氧化物燃料电池、磷酸燃料电池或熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)也例如可从在此所述的发明中受益。在这种情况下，根据具体固体氧化物燃料电池、磷酸燃料电池或熔融碳酸盐燃料电池设计，燃料电池20包括阳极催化剂126、阴极催化剂128、阳极燃料和氧化剂。

3.燃料处理器

图3A示出了根据本发明的一个实施例的燃料处理器15的侧剖视图。图3B示出了沿处理器15的中平面截取的燃料处理器15的前剖视图，图中还示出了端板82的特征。燃料处理器15对甲醇进行重整以产生氢气。燃料处理器15包括整体式结构100、端板182和184、重整器32、燃烧器30、煮沸器34、煮沸器108、杜瓦容器150和壳体152。尽管现在将结合用于产生氢气的甲醇消耗对本发明进行描述，但是应该理解本发明的燃料处理器可消耗另一种燃料源，正如本领域的技术人员应该意识到地。

正如在此使用的术语，“整体式”指的是包括至少部分用于燃料处理器15中的多个部件的单个整体结构。如图所示，整体式结构100包括重整器32、燃烧器30、煮沸器34和煮沸器108。整体式结构100还可包括用于重整器32、燃烧器30和煮沸器34的相关联的管道设备入口和出口。整体式结构100包括构成该结构的通用材料141。整体式结构100和通用材料141简化了燃料处理器15的制造过程。例如，将金属用于通用材料141允许通过挤压工艺形成整体式结构100。在一些情况下，整体式结构100的横截面尺寸在端板82与84之间是一致的且仅包括在单次挤压中形成的铜。

壳体152为燃料处理器15的内部部件如燃烧器30和重整器32提供了机械保护。壳体152还提供了与处理器15的外部环境隔离的功能且包括使气体和液体与燃料处理器15内部和外部连通的进入和排出口。壳体152包括至少部分地包含杜瓦容器150且为燃料处理器15中的部件提供外部机械保护的一组壳壁161。壁部161例如可包括适当硬的材料如金属或刚性聚合物。杜瓦容器150通过a)允许引入空气在进入燃烧器30之前受到预热，b)在燃烧器32产生的热量到达壳体152外部之前使热量消散进入引入空气内而改进了燃料处理器15的热管理性能。

参见图3B，煮沸器34在重整器32接收甲醇之前加热甲醇。煮沸器34通过联接至图1B所示的甲醇供应管线27的燃料源入口81接收甲醇。由于通过重整器32中的催化剂102进行的甲醇重整和氢气产生通常需要升高的甲醇温度，因此燃料处理器15在甲醇由重整器32接收之前通过煮沸器34对甲醇进行预热。煮沸器34被设置在接近燃烧器30的位置处以接收燃烧器30中产生的热量。热量通过从燃烧器30传导通过整体式结构到达煮沸器34且通过从煮沸器34壁部向通过其中的甲醇进行对流而进行传递。在一个实施例中，煮沸器34被构造以使液体甲醇汽化。煮沸器34随后使气体甲醇通过到达重整器32从而与催化剂102产生气体相互作用。

重整器32被构造以接收来自煮沸器34的甲醇。整体式结构100中的壁部111和端板82和84上的端壁113限定出重整器室103的尺寸。在一个实施例中，端板82和/或端板84还包括使从煮沸器34排出的加热甲醇按路线移动进入重整器32内的通道95。加热甲醇随后进入处于整体式结构100一端的重整器室103且到达另一端，重整器排出物在所述另一端受到处置。在另一个实施例中，设置在重整器32壁部中的孔眼接收来自管线或其它供应装置的入口加热甲醇。进入孔眼或孔口可被设置在重整器32的适当壁部111或113上。

重整器32包括有利于产生氢气的催化剂102。催化剂102与甲醇17进行反应并产生氢气和一氧化碳。在一个实施例中，催化剂102包括被充填以形成多孔基床或要不然被适当地填充在重整器室103的容积内的颗粒。范围在约50微米至约1.5毫米内的颗粒直径适用于多种应用情况。范围在约500微米至约1毫米范围内的颗粒直径适于与重整器室103一起使用。例如当重整器室尺寸增加且催化剂102的颗粒直径增加时，颗粒尺寸可相对于重整器室103的横截面尺寸改变。颗粒尺寸和充填还可改变以控制穿过重整器室103的压降。在一个实施例中，重整器室103的入口与出口之间的压降数量级在约0.2至约2psi范围内是适当的。当甲醇被用作烃燃料源17时，一种适当的催化剂102可包括涂覆到氧化铝颗粒上的CuZn。适用于催化剂102的其它材料例如包括铂、钯、铂/钯混合物、镍和其它贵金属催化剂。催化剂102的颗粒商业上可从本领域的技术人员已公知的多位卖方处得到。催化剂102还可包括涂覆到金属海绵或金属泡沫材料上的上面列出的催化剂材料。将所需金属催化剂材料洗覆到重整器室103的壁部上的技术也可用于重整器32。

重整器32被构造以输出氢气且包括使重整器32中形成的氢气与燃料处理器15外部连通的排出87。例如，管线39可与燃料电池20的阳极连通以产生电能或与加热孔口连通以加热与一个或多个传热附件紧接的催化剂。孔口87被设置在端板82的壁部上且包括通过壁部的孔眼(参见图3B)。排出孔口可被设置在任何适当壁部111或113上。

重整器32中的氢气产生过程是略微吸热的且从燃烧器30中吸取热量。燃烧器30产生热量且被构造以将热量提供给重整器32。如图3B所示，燃烧器30包括两个燃烧器30a和30b及其围绕重整器32的相应的燃烧器室105a和105b。在一个实施例中，燃烧器30使用电阻和电能以产生热量。

在所示的实施例中，燃烧器30采用催化燃烧以产生热量。设置在每个燃烧器室105中的催化剂104帮助通过室的燃烧器燃料产生热量。燃烧器30包括通过端板82或84中的一块板中的通道接收来自煮沸器108的甲醇17的入口。在一个实施例中，甲醇在燃烧器30中产生热量且催化剂104有利于甲醇产生热量。在另一个实施例中，来自燃料电池20的废氢气在存在催化剂104的情况下产生热量。适当的燃烧器催化剂104例如可包括涂覆到氧化铝颗粒上的铂或钯。适用于催化剂104的其它材料包括铁、氧化锡、其它贵金属催化剂、可还原的氧化物及其混合物。催化剂104作为小颗粒在商业上可从本领域的技术人员已公知的多位卖方处得到。颗粒可被充填入燃烧器室105内以形成多孔基床或要不然适当地填充在燃烧室容积内。催化剂104颗粒尺寸可相对于燃烧器室105的横截面尺寸改变。催化剂104还可包括涂覆到金属海绵或金属泡沫材料上或洗覆到燃烧器室105的壁部上的上面列出的催化剂材料。燃烧器排出口89(图3A)使燃烧器30中形成的排出物与燃料处理器15的外部连通。

一些燃料源在燃烧器30中产生附加热量，或更高效地产生热量，且使温度升高。燃料处理器15包括在燃烧器30接收燃料源之前加热甲醇的煮沸器108。在这种情况下，煮沸器108通过燃料源入口85接收甲醇。煮沸器108被设置在接近燃烧器30的位置处以接收燃烧器30中产生的热量。热量通过从燃烧器30传导通过整体式结构到达煮沸器108且通过从煮沸器108壁部向通过其中的甲醇进行对流而传递。

包括氧气的空气通过空气进入口91进入燃料处理器15。燃烧器30使用氧气以对甲醇进行催化燃烧。杜瓦容器150被构造以使得通过杜瓦容器室156的空气接收燃烧器30中产生的热量。杜瓦容器150因此为燃料处理器15提供了两种功能：a)其允许在热量到达燃料处理器的外部之前主动冷却燃料处理器15内的部件，和b)其对通向燃烧器30的空气进行预热。空气在通过杜瓦容器中的孔之前首先沿杜瓦容器150的外部通过且沿杜瓦容器150的内部通过。这在燃烧器30的空气进入口93接收空气之前加热空气。燃料处理器15中的燃烧器30产生热量且通常在升高的温度下操作。在一个实施例中，燃料处理器15包括杜瓦容器150以改进燃料处理器15的热管理。杜瓦容器150至少部分地使壳体152内部的部件-如燃烧器-热隔离开来且包含燃料处理器15内的热量。

尽管将结合图3A和图3B所示的环形重整器和燃烧器对本发明进行主要描述，但是应该预期在此所述的燃料电池系统还可应用于其它燃料处理器设计。多种构造采用设置在平面燃烧器上面或下面的平面重整器。在硅中制造的微通道设计普遍采用这种叠置平面构造且将受益于在此描述的燃料电池系统。在题目为“平面微燃料处理器”且命名Ian Kaye为发明人且于与本专利申请相同的日期申请的共同所有的共同待审的专利申请中包括对适于与本发明一起使用的平面燃料处理器的进一步描述，该申请为了所有目的而被引入以供参考。

4.高效燃料电池系统

燃料处理器部件在升高的温度下操作。燃烧器30的温度在约200摄氏度至约800摄氏度范围内是普遍的。多个燃料电池20需要升高的温度以产生电能。更具体而言，造成氢消耗和电能产生的电化学反应通常需要升高的温度。膜电极组件层62及其构成部件中的起始温度大于150摄氏度是普遍的。

本发明的一个实施例使用燃料处理器15中产生的热量或从燃料处理器15排出的可用于燃料电池20中的催化燃烧的气体对燃料电池的内部进行加热。图4A示出了根据本发明的一个实施例的热效率高的燃料电池系统400。系统400使由燃烧器30排出的气体移动至燃料电池20以将热量提供给燃料电池20。

系统400包括结合图1B描述的系统10的部件且还包括被构造以将加热介质从燃料处理器15输运至燃料电池20的管道设备。正如在此使用的术语，管道设备可包括使气体或液体从一个位置连通至第二个位置的任何管道系统、管路系统和/或通道系统。管道设备还可包括一个或多个阀、闸门或其它装置以有利于且控制流动。还可包括风机或泵以对管线进行加压并使加热介质移动。燃烧器30与燃料电池20之间的管道设备包括使加热气体从燃烧器30排出至管线41的燃料处理器15上的出口402，所述出口将加热气体传送至燃料电池20。“管线”指的是旨在用于两个位置之间的流体或气体连通的管道系统、管路系统和/或通道系统。

在具体实施例中，管线41将加热气体输运至风机37，所述风机使燃料电池20内的加热气体移动且穿过燃料电池堆和传热附件。另一种可选方式是，管道设备可被构造以将加热介质从燃烧器30输运至一个或多个传热附件。在这种情况下，管线41可继续通过燃料电池壳体且在传热附件附近打开。燃料电池壳体中的孔随后允许管线41通过其中或连接至使气体连通至燃料电池内部的管道设备以便被输运至燃料电池堆和传热附件的孔口。对于燃料电池20中的催化生热，管道设备还可输运加热介质以有利于与催化剂的气体相互作用，如用管道设备输送至一个或多个隔壁。

在一个实施例中，加热介质包括由燃烧器30排出的加热气体。催化燃烧器或电阻燃烧器在升高的温度下操作。当气体离开燃料处理器时，由电燃烧器排出的冷却空气或由催化燃烧器排出的产物气体通常大于约100摄氏度。对于多个催化燃烧器，根据采用的燃料源，当加热介质离开燃料处理器时，加热介质普遍大于约200摄氏度。这些加热气体被输运至燃料电池以便在燃料电池中进行对流传热，如使加热气体在一个或多个传热附件46上通过从而使热量从更热的气体对流传递进入传热附件内。

在另一个实施例中，燃烧器30是催化燃烧器且加热介质包括燃料源。燃烧器30中的催化燃烧过程通常是不完全的且燃烧器的排出气体包括未使用的气体甲醇。燃料电池20随后包括有利于在存在甲醇的情况下在燃料电池中产生热量的热催化剂。燃料源通常在达到燃烧器之前被汽化以有利于催化燃烧。在这种情况下，管线41将未使用的气体甲醇输运至燃料电池20中的热催化剂。上面描述了用于将热量传递进入传热附件46内的多种适当的热催化剂布置(参见图2A和图2F)。上面还结合燃烧器30中的催化剂104描述了适当的甲醇催化剂如涂覆到氧化铝颗粒上的铂或钯。

系统400还包括一个或多个传感器以帮助调节系统400中的热管理。温度传感器404检测燃料处理器15中的部件温度。传感器406可被布置在燃烧器30内以检测燃烧器内的温度。可由传感器404监控温度的燃料处理器15中的其它部件包括：重整器32、煮沸器34、煮沸器108和在每个这些部件的进入和排出口处的气体。温度传感器406检测燃料电池20中的部件温度。例如，传感器406可被布置与一个或多个双极板44的基板89接触以便检测板的温度。可由传感器406监控温度的燃料电池20中的其它部件包括：膜电极组件层62和在入口或出口歧管中的气体。适于与本发明一起使用的温度传感器可在商业上广泛地从本领域的技术人员已公知的多个来源获得。

图4B示出了根据本发明的另一个实施例的热效率高的燃料电池系统420。系统420包括被构造以将加热介质从重整器32输运至燃料电池20以便将热量提供给燃料电池20的管道设备。如图所示，管线422将重整器排出物从重整器32的排出口输运至传热附件46。管线422还可将重整器排出物输运至风机37，所述风机使加热气体在燃料电池20内移动且穿过传热附件。在另一个实施例中，重整器32包括分裂成用于在燃料电池20中加热重整器排出物的管线422和用于将氢气输送至阳极的管线39的单个输出口。可采用阀以控制两条管线之间的流动。

在一个实施例中，重整器排出物相对于重整器32中的温度处于升高的温度下。重整器排出物高于100摄氏度是普遍的。重整器排出物中的热量随后对流到传热附件上以加热燃料堆及其内部部件。在另一个实施例中，在重整器32中产生氢气的过程通常是不完全的且重整器的排出气体包括未使用的气体甲醇。燃料电池20随后包括有利于在存在甲醇的情况下在燃料电池中产生热量的热催化剂。煮沸器34使甲醇在到达重整器32之前汽化。在这种情况下，管线422将未使用的气体甲醇输运至燃料电池20中的热催化剂。上面还结合燃烧器30中的催化剂104描述了适当的甲醇催化剂如涂覆到氧化铝颗粒上的铂或钯。另一种可选方式是，燃料电池20可包括有利于在存在氢气的情况下在燃料电池中产生热量的热催化剂。在这种情况下，加热介质包括重整器32中产生的氢气。帮助氢气产生热量的适当的氢催化剂例如包括铂或钯。上面描述了用于将热量传递进入传热附件46内的多种适当的热催化剂布置(参见图2A和图2F)。

图4A和图4B示出了将加热介质从燃料处理器输运至燃料电池的两个系统400和420。本发明可柔性地采用从燃料处理器15至燃料电池20的加热以改进燃料电池系统的效率。例如，在燃料电池20的启动过程中或在当燃料电池20由与操作相关联的升高温度冷却下来时的生电休止期间，加热介质可在一个和多个附件46上通过。

图5示出了用于在根据本发明的一个实施例的接收来自燃料处理器的氢气的燃料电池中产生电能的工艺流程500。燃料处理器被构造以对燃料源进行处理产生氢气且包括燃烧器和重整器。

工艺流程500通过将燃料源提供给燃料处理器而开始(502)。上面结合图1A和图1B描述了来自燃料储存装置16的供应。当燃料处理器包括催化燃烧器时，燃料源被供应至重整器和燃烧器且用于燃烧器中以产生热量。重整器中的催化剂接收来自燃烧器的热量且对燃料源进行重整以产生氢气。

当燃料电池中的部件具有小于阈值温度的温度或当燃料电池输出的电能小于电阈值时，工艺流程500随后将加热介质从燃料处理器输运至燃料电池(504)。燃料电池输出的电能通常为具有直流电压和电流特征的直流功率。电阈值则指的是燃料电池的所需电输出。例如，如果燃料电池的电输出降至低于每电池0.54伏特，那么燃料电池的负载可被断开且将加热介质从燃料处理器输运至燃料电池。根据燃料电池的极化曲线，电阈值可由所需输出表示，所述所需输出被储存在燃料电池系统的控制器可得的软件中。极化曲线表示燃料电池可接受的电能输出。

对于温度监控而言，燃料电池部件指的是温度影响燃料电池性能的燃料电池的部分。阈值温度指的是开始对部件进行外部加热的所需温度。对于燃料电池的功能部件，阈值温度可与部件有助于产生电能所需的温度相关。膜电极组件62及其构成部件的操作温度大于190摄氏度是普遍的。包括上面提到的来自PEMEAS USA AG的Celtec 1000的膜电极组件62可需要大于100摄氏度的操作温度。另一种可选方式是，部件可包括双极板、气体扩散层、膜或上面结合燃料电池20提到的任何其它部件。阈值温度还可基于检测部件而改变。检测燃料电池堆的外表面上的双极板的温度允许温度传感器保持在堆外部。在这种情况下，阈值温度可容纳传感器附接的板的外部与紧接膜电极组件的内部之间的温度差。单块板中的温度变化例如可在2至5摄氏度的范围内。通常，对于一些燃料电池部件，阈值温度可在约50摄氏度与约1000摄氏度之间变化。

在一个实施例中，在燃料电池例如响应于电能需要开始产生电能之前的启动期间，加热介质被输运至燃料电池。以这种方式加热燃料电池允许更快地达到燃料电池部件的操作温度且加快了当初始开启燃料电池20时需要的预热时间。

在另一个实施例中，加热介质在不工作期间被从燃料处理器输运至燃料电池，在所述非活性期间燃料电池不产生电能且部件冷却(502)。由于多个燃料电池需要升高的操作温度且电能产生过程是放热的，因此燃料电池在电能产生过程中通常不需要外部加热。然而，当电能产生过程中断预期时间且部件降至阈值操作温度下面时，随后可由燃料处理器输运加热介质以便恢复操作温度且重新开始产生电能。当燃料电池不产生电能时，这允许保持燃料电池中的操作温度。

加热介质随后加热一部分燃料电池(506)。加热介质可包括来自燃烧器的加热排出物(包括空气、燃烧产物和未使用的甲醇)或来自重整器的加热排出物(包括空气、重整反应物和重整产物如氢气)。加热还可采用燃料电池中的催化燃烧。在燃料电池系统的启动过程中，重整器可仍未达到其操作温度且排出物/加热介质可包括高浓度的CO和不适用于燃料电池中的未处理的燃料(也被称作“污染氢气”)。氢气可催化地燃烧以在负责产生热量的一部分燃料电池中产生热量。上面描述了用以通过加热介质加热燃料电池及其内部部件的传热附件技术的适当实例。

工艺流程500在开始输运加热介质之前和之后检测燃料电池的电输出和/或部件的温度(510)。由控制器执行的逻辑随后将检测参数与任一阈值的储存值进行比较。为了检测电流和电压，控制器逻辑将测量出的量与储存极化曲线进行比较。如果测量的燃料电池的输出电压或电流约等于或大于电阈值，或极化曲线中发生漂移，那么加热介质可开始流动，且在一些情况下，电能产生过程可中断。可相似地读取部件温度并与储存值进行比较。

当部件温度降至阈值温度以下或电输出返回不可接受状态时，那么可例如利用燃料处理器与燃料电池之间的阀使加热介质停止流动。相似地，如果部件温度随后上升超过阈值温度，那么可使加热介质重新开始流动。因此，当需要时，工艺流程500将氢气从燃料处理器输运至燃料电池(508)。当部件的温度约等于或大于阈值温度或当燃料电池输出的电能约等于或大于电阈值时，在燃料电池中产生电能(512)。

本发明的高效系统和方法还可将燃料电池系统中的氢气输运至燃料处理器15中的燃烧器30。燃烧器中的催化剂随后与氢气反应以在燃烧器中产生热量。氢气可来自燃料电池20的阳极排出物和/或来自重整器32的排出物。

图6示出了根据本发明的一个实施例的使未使用的氢气从燃料电池20按路线移动回燃烧器30的燃料系统440。燃烧器30包括与未使用的氢气反应以产生热量的热催化剂。

燃料系统440包括被构造以将氢气输运至燃烧器30的管道设备。管线51被构造以将未使用的氢气从燃料电池20传送至燃料处理器15的燃烧器。对于系统440，燃烧器30包括两个入口：被构造以接收氢燃料源17的入口55和被构造以接收来自管线51的氢气的入口53。将由燃料处理器15提供的氢气分配至每个膜电极组件层的阳极气体收集通道收集未使用的氢气且将其排出至排氢歧管(参见图2A-图2F)，所述排氢歧管将氢气输送至管线51。在一个实施例中，在管线51中进行的将气体输送回燃料处理器15的过程取决于阳极气体分配通道的排出口处例如阳极排气歧管中的压力。在另一个实施例中，为管线51添加阳极再循环泵或风机以对管线51进行加压且将未使用的氢气返回燃料处理器15。风机还可对管线39进行加压以将氢气从燃料处理器15的出口输送至燃料电池的阳极入口，所述风机还对管线51中的氢气流进行加压。

由于燃料电池20内的氢气消耗过程通常是不完全的且阳极排出物通常包括未使用的氢气，因此使阳极排出物改变路线到达燃烧器30允许燃料电池系统10利用燃料电池20中的未使用氢气且增加系统10中的氢气使用率和效率。

管线442被构造以将重整器32输出的氢气传送至燃料处理器15的燃烧器30。一旦系统由冷温度或静止状态启动且在重整器达到其操作温度之前，在低温下不完善地产生氢气的过程可导致不适用于燃料电池中的重整器输出。在重整器输出不适用的情况下，燃料系统440通过管线442使氢气和重整器排出物改变路线到达燃烧器30。燃烧器30催化地使用氢气以产生热量。热量可被提供给重整器以加快燃料处理器15和燃料电池系统440的预热时间。

燃料电池系统440提供了柔性以使用催化燃烧器30中的不同燃料。例如，如果燃料电池20能够可靠且有效地消耗阳极流中超过90％的氢气，那么可没有充分的氢气以保持燃料处理器15中的重整器和煮沸器的操作温度。在这种情况下，甲醇供应增加以产生附加热量从而保持重整器和煮沸器的温度。

图8示出了根据本发明的另一个具体实施例的燃料电池系统460的示意操作。燃烧器30被构造以接收来自燃料电池20中包括的氧气排出装置的氧气。将来自环境空间的氧气和空气分配至每个膜电极组件层的阴极气体收集通道收集且排出燃料电池20中任何未使用的氢气。管线466接收来自排气歧管的未使用氧气，所述排气歧管收集来自每条阴极气体收集通道的氧气。管线466将氧气输运至燃烧器30的入口464。由于燃料电池20内的氧气消耗过程通常是不完全的且阴极排出物包括未使用的氢气，因此使阴极排出物改变路线到达燃烧器30允许燃料电磁系统10利用燃料电池20中的未使用氢气且增加了系统10中的氢气使用率和效率。燃料电池20还在燃烧器30接收氧气之前加热氧气。提供给燃烧器30的空气中的氧气被消耗作为部分燃烧过程。燃烧器30中产生的热量将根据空气温度对冷的引入空气进行加热。这种将热量损失给引入冷空气的问题减少了燃烧器30的热效率，且通常导致更大量地消耗甲醇。为了增加燃烧器30的加热效率，本发明加热燃料电池20中的引入空气以使得更少的燃烧器中产生的热量进入引入空气内。换句话说，燃料电池20允许空气达到燃烧器之前对空气进行预热，因此增加了系统460的效率。

燃料电池系统460还将未使用的氢气从燃料电池20的阳极输运回燃料处理器15的燃烧器以进行催化燃烧并产生热量。燃料电池系统460还采用电热器462以通过电能加热重整器32。

5.电子装置实施方式

图9示意性地示出了根据本发明的一个实施例的用于在便携电子装置202中产生电能的系统200。系统200包括电子装置202内包括的燃料处理器15和燃料电池20以及通过连接器104和配合连接器140联接至电子装置202的氢燃料源储存装置16。

在一个实施例中，燃料处理器15和燃料电池20作为一体模块被包括在电子装置202内(在其容积和外壳内)，且储存装置16是可拆卸的装置。燃料电池供电的膝上型计算机202可包括略微变型的现有产品，且燃料处理器15和燃料电池20及相关的系统部件通常被装配在为电池组提供的空间内。配合连接器140被包括在该配给空间中以连接至可拆卸的储存装置16。储存装置16与电子装置202机械地通过界面连接。在一个实施例中，连接器104和140提供了充分的机械力以保持储存装置16与电子装置202之间的位置。在另一个实施例中，电子装置202包括机械狭槽，储存装置16装配在所述狭槽内且在其中滑动。

当连接器104和配合连接器104通过界面连接时，燃料电池系统控制器214使用在其与存储器106之间进行双向通信的链路217与存储器106进行数字通信。在另一个实施例中，控制器214使用无线询问器以与储存装置16中包括的射频指示装置(RFID)天线和存储器206通信。控制器214可读取储存器中储存的任何信息，如储存在储存装置16中的燃料类型、储存装置16的模型数量、囊205或储存装置16的容量、提供给储存装置16多次再填充、最后再填充日期、再填充服务提供装置和储存装置的当前容积。控制器214通过将自从上次使用或再填充以来的燃料源17水平与具体膝上型计算机的消耗速率进行比较而评估储存装置16中的剩余功率。控制器214还可将瞬间信息如储存装置的更新容积写入储存器106。控制器214通过通信总线212与计算机202的主控制器210和计算机存储器218通信。计算机存储器218可储存用于控制燃料系统10的指令如读取和写入与数字存储器106通信的协议和指令。

功率管理装置219控制由燃料电池系统10和电化学电池222提供的功率。因此，功率管理装置219可通过将信号发送至燃料电池、燃料处理器15和从储存装置16中吸取燃料以便因此改变燃料电池产生功率的泵而通知控制器214膝上型计算机22的操作和控制器214的响应需要多少功率。如果燃料电池系统10耗光了燃料源17，那么功率管理装置219转换到由电池222供应电功率的模式。

系统200还可被构造具有“可热交换”的能力。储存装置16的热交换指的是从燃料处理器或由其提供氢燃料源17的电子装置202中除去储存装置16，而不关闭接收装置或不损害限定时间的将氢燃料源提供给接收装置的过程。当连接器104和配合连接器140分离时，可热交换的系统实施燃料源提供过程。在题目为“用于燃料电池的便携燃料筒”且命名Ian Kaye为发明人且于与本专利申请相同的日期申请的共同所有的共同待审的专利申请中描述了适于与本发明一起使用的可热交换的燃料电池系统的进一步描述，该申请为了所有目的而被引入以供参考。

主控制器210优选是商业可得的微处理器如Intel(包括Pentium^TM)或Motorola系列芯片、简化指令集计算机(RISC)芯片如可从Motorola Inc.得到的PowerPC^TM微处理器、或任何其它适当的处理器中的一种。存储器216可包括一些形式的大容量存储器，但可通过提供充分量的随机存储器(RAM)以储存使用者应用程序和数据而消除所述大容量存储器。存储器216还可包含用于计算机系统350的基本操作系统。通常希望具有一些类型的长期大容量存储器如商业可得的硬盘驱动器、非易失存储器如闪速存储器、电池支持的随机存储器、个人计算机(PC)数据卡或类似装置。无论计算机系统的构型如何，其可采用被构造以储存程序指令从而控制在此所述的燃料电池和热系统的一个或多个存储器或存储器模块。这种存储器还可被构造以储存数据结构、控制程序或在此所述的其它具体的非程序信息。

此外，尽管结合燃料电池系统和对燃料电池系统高效的方法对本发明进行了主要描述，但是多种所述的方法和技术构成了系统控制且将包括由实施来自储存软件的指令的控制逻辑施加的数字控制。控制逻辑包括系统10内的控制所需的硬件和软件的任意组合。例如，控制逻辑可包括存储器216中储存的由主控制器210执行的指令。储存的质量可对应于在此所述的工艺流程中解释的任何方法或元素。可采用输入/输出逻辑以便有利于主控制器210与燃料系统10的部件之间的通信。在一个实施例中，控制逻辑被构造以通过控制液体和气体在燃料电池20、燃料处理器15与电子装置202之间的运送路线而调节系统10中的热传递或温度。在具体实施例中，控制逻辑被构造以启动燃料系统10。这包括被构造以启动包括重整器和将热量提供给重整器的燃烧器的燃料处理器的控制逻辑。在另一个具体实施例中，控制逻辑被构造以关闭包括接收来自包括重整器和将热量提供给重整器的燃烧器的燃料处理器的氢气的燃料电池的燃料电池系统。在另一个具体实施例中，当由燃料电池输出的电能小于电阈值或当燃料电池中的部件温度小于温度阈值时，控制逻辑被构造以调节从燃料处理器向燃料电池进行的加热介质的输运过程。在这种情况下，存储器216可包括帮助确定何时输运加热介质的一条或多条极化曲线。

6.燃料系统的启动

本发明的另一个方面涉及用于改进燃料电池系统启动过程的方法。燃料电池系统部件在电能产生过程发生之前通常需要升高的温度。在此所述的技术加快了燃料电池系统启动所需的时间。

多个燃料处理器避免了将液体燃料源提供给燃烧器或重整器催化剂的过程。在正常操作过程中，煮沸器使燃料源在由燃烧器或重整器接收前汽化。然而，煮沸器在启动过程中可不具有充分的热量以加热燃料源。在这种情况下，本发明使用在燃料处理器和系统启动过程中可易于出现的电生热量而加热燃料源并使其汽化。

图10A示出了根据本发明的一个实施例的在燃烧器30内催化生热之前加热燃料源的系统。如图所示，该系统包括燃料处理器15和电热器806。燃料处理器15包括上面结合图1A描述的重整器32、燃烧器30和煮沸器34。重整器32包括有利于产生氢气的催化剂804。催化剂804与甲醇17反应且有利于产生氢气。在一个实施例中，催化剂804包括被充填以形成多孔基床或要不然被适当地填充在重整器室的容积内的颗粒。

燃烧器30包括帮助通过燃烧器室的燃烧器燃料产生热量的催化剂床808。在一个实施例中，甲醇在燃烧器30中产生热量且催化剂808有利于基于甲醇产生热量的过程。在另一个实施例中，来自燃料电池20的废氢气在存在催化剂808的情况下产生热量。适当的燃烧器催化剂808例如可包括涂覆到氧化铝颗粒上的铂或钯。

电热器806被构造以加热燃烧器30或提供给燃烧器30的燃料源17。如图所示，电热器806被设置在燃烧器室810内且在燃料源在催化剂床808上通过之前截断燃料源17。在这种情况下，为电热器806和燃料源17的加热保留一部分室810。在加热器806与催化剂808之间留下小的间隙816以为燃料源17留出空间从而使燃料源在燃烧器室内加热、汽化和扩展。间隙816的尺寸在约2毫米至约5毫米范围内适用于多个小的燃料处理器。

适用于燃料处理器15中的电热器可采用电阻加热元件。可再充电的电池、电容器或其它电功率供应装置820将电能提供给加热器806。在一个实施例中，接收来自燃料处理器15的氢气的燃料电池输出电能以对电容器820进行再充电。电热器806可包括薄膜铂、金、石墨、镍、铬、铝、合金或可被沉积且用于电阻加热器的其它贱金属。在一些实施例中，由Stamford，CT的Omega提供的型号为P/N CSS-01110的筒式加热器适用作电热器806。

电热器还可包括设置在加热器806的外表面上且在存在燃料源17的情况下产生热量的催化剂。铂例如可被涂覆到加热器的外表面上以便与燃料源17相互作用从而在存在燃料源的情况下产生热量。催化热量随后促进了引入燃料源17的生热和加温。

在另一个实施例中，电热器806被埋置在燃烧器催化剂床808中且加热催化剂床808。在这种情况下，使用绝缘盖以使加热器806与催化剂808电隔离开来。绝缘盖包括高温电绝缘材料如陶瓷管道。另一种可选方式是，电热器806可被设置在燃烧器30外部且与燃料源供应装置27热连通以在燃料源17进入燃烧器30之前加热燃料源。可采用热交换器以有利于在供应装置27的管线与加热器806之间进行热传递。

燃烧器30示出了接收燃料源17和空气的共用入口812，所述燃料源和空气在进入燃烧器室810内之前已经混合。在另一个实施例中，燃烧器30包括分别用于燃料源17和空气的两个单独的专用入口。专用的燃料源入口还可包括雾化喷嘴以有利于燃料源的汽化。

燃烧器30与重整器32之间的热连通还允许电热器806产生的热量加热进入重整器32的燃料源17。在另一个实施例中，本发明采用电热以便在启动过程中使重整器或重整器催化剂变暖。图10C示出了根据本发明的一个实施例的对重整器32进行电加热的系统。

重整器32包括接收燃料源17和催化剂804的入口31a和输出氢气的出口31b。在一个实施例中，重整器32被制造成一定尺寸以用于便携应用情况且包括具有大于约0.1立方厘米且小于约50立方厘米的容积的重整器室。重整器32的容积在约0.5立方厘米与约2立方厘米之间适用于膝上型计算机应用情况。在题目为“环状燃料处理器和方法”且命名Ian Kaye为发明人且于与本专利申请相同的日期申请的共同所有的共同待审的专利申请中包括对适于与本发明一起使用的环状燃料处理器的进一步描述，该申请为了所有目的而被引入以供参考。

电热器806被构造以加热重整器32。如图所示，电热器806被埋置在重整器32的催化剂804床中。绝缘盖如陶瓷管道使加热器806与催化剂804电隔离开来。在这种情况下，电热器806将热量直接施加在重整催化剂804内以使得整个燃料处理器在启动过程中未被加热。这使得燃料电池更快地联机(即使在减少的功率下)。此外，设置电热器806与重整器32的催化剂处于热接触状态使来自电池或电容器的外部功率需求最小化。

加热器806在燃料处理器启动过程中加热重整器32或催化剂804。温度传感器818检测重整器催化剂床或重整器32壁部的温度。当催化剂804例如达到所需温度时，加热器806被断开。燃烧器30包括接收燃料源17的入口33。燃烧器30中的催化剂床808在断开电热器806之后加热重整器32。电热器806因此易于使重整器32变热且允许其迅速地达到操作温度，如果需要则借助于燃烧器30和最小量的电热输入。

当使用微电子机械系统技术构造燃料处理器时，还可采用电热器。在一种微电子机械系统设计中，重整器包括三块单独的芯片：加热器/煮沸器芯片、重整器/加热器芯片和优先氧化器芯片。所有三块芯片可具有玻璃盖且共用将过程气体引导至正确芯片的共有歧管。加热器/煮沸器芯片具有适于在启动过程中使用的沉积在流动通道中的薄膜加热器。加热器/重整器和优先氧化器芯片包括利用微电子机械系统技术沉积在流动通道或玻璃盖上的温度传感器。微电子机械系统技术领域的技术人员将很好地理解薄膜加热器和传感器的沉积。

图10B示出了用于启动根据本发明的一个实施例的燃料处理器的工艺流程820。燃料处理器包括重整器和将热量提供给重整器的燃烧器。燃料电池接收由燃料处理器产生的氢气。

工艺流程820通过使用被构造以加热燃烧器或提供给燃烧器的燃料源的电热器产生热量而开始(802)。电热器还可被构造以加热重整器或提供给重整器的燃料源。热量可使燃料源汽化。电热器产生热量达预定持续时间或直至达到具体操作条件。在一个实施例中，在燃料源被供应至燃烧器之前，电热器产生热量达至少十秒钟。一些燃料处理器可被加热30秒、达一分钟或甚至更长。还可使用阈值启动温度以确定加热持续时间。感温催化剂、燃烧器或重整器可需要电热器产生热量直至催化剂、燃烧器和重整器达到阈值启动温度。一些燃烧器催化剂包括大于60摄氏度的阈值启动温度。一些重整器催化剂包括大于100摄氏度的阈值启动温度。另一种可选方式是，电热器产生热量直至重整器壁部达到150摄氏度或其它一些操作温度。在一个实施例中，空气和燃料源在燃料源到达燃烧器和电热器之前混合。在这种情况下，电热器可被设置在燃烧器外部以便在燃料源进入燃烧器之前对燃料源进行预热。

工艺流程820随后将燃料源供应至燃烧器(822)。通常，泵使燃料源移动且通过系统控制器而开启。控制器还可使将空气提供给燃烧器的风机开启。燃烧器中的催化剂随后在燃烧器中催化地产生热量以加热重整器(824)。燃料源在重整器达到其操作温度之前进入燃烧器。如果燃烧器催化剂需要比重整器催化剂更低的操作温度，那么可通过在燃烧器中催化生热以继续加热重整器，且电热器在燃料源被供应至燃烧器后被断开。如果重整器仍未达到其操作温度，那么重整器排出物可包括不适用于燃料电池中的高浓度的CO和未处理的燃料(“污染氢气”)。如上所述，氢气可从重整器出口按路线移动至燃烧器入口以便与燃烧器中的热催化剂反应且在燃烧器中产生附加热量从而加快燃烧器达到操作温度所需的时间。

燃料源随后被供应至重整器(826)。重整器中的催化剂随后催化地产生氢气(828)。管道设备将氢气输运至使用氢气产生电的燃料电池。在一个实施例中，电热器接收来自电容器的能量，所述电容器在燃料电池系统获得稳定操作状态之后由燃料电池进行再充电。电容器或可再充电的电池还可在系统启动过程中进行再充电，此时燃料电池处于有限容量，如约5-15％的额定功率。在该点处，燃料电池功率足以操作电热器，且启动电容器或可再充电的电池可被断开或进行再充电。

7.燃料系统的关闭

本发明还包括用于关闭燃料电池系统的方法。图7示出了用于关闭根据本发明的一个实施例的包括接收来自燃料处理器的氢气的燃料电池的燃料电池系统的工艺流程600。燃料处理器包括重整器和将热量提供给重整器的燃烧器。工艺流程600对于除去燃料电池系统中的任何液体，所述液体包括当系统初始关闭时存在的那些液体和随着系统冷却通过冷凝积聚的那些液体，特别有用。

工艺流程600通过停止在燃料电池中产生电能而开始(602)。这可通过改变阳极和/或阴极中的电荷而在电学上发生。还可例如使用在将氢气输运至燃料电池的管线上的阀而中断燃料电池的氢气供应。

工艺流程600随后中止重整器的燃料源供应。对于图1B所示的系统10而言，设置在燃料箱14与重整器32之间的管线29上的阀23切断重整器的燃料源供应。还可通过切断泵的动力而中止燃料供应。在中止重整器的燃料源供应之后，在燃烧器中随后产生热量以加热重整器(506)。在一些情况下，在中止重整器的燃料源供应之后，燃烧器中的生热过程可继续大于约30秒钟的时间。另一种可选方式是，除非燃料电池负载已经降至10％的额定功率以下达几分钟或除非燃料电池的极化曲线已经降低，例如对于给定电流，燃料电池的电压已经显著降低，否则燃烧器中的生热过程可继续。

燃烧器中的生热过程随后中止(508)。对于电燃烧器而言，这可通过电开关或数字控制而实现。对于催化燃烧器如图1B所示的系统10中使用的催化燃烧器而言，燃烧器随后包括接收来自燃料源供应装置的燃料源的入口且燃烧器使用燃料源催化地产生热量。设置在燃料箱14与重整器32之间的管线27上的阀可切断重整器的燃料供应。随后用空气冲洗燃烧器(510)。在中止重整器的燃料源供应之后，空气供应可继续大于约60秒钟的时间。另一种可选方式是，空气供应可继续直至燃烧器温度达到阈值冷却温度如80摄氏度。上面的步骤充分地关闭重整器且确保在重整器室或燃烧器中没有留下燃料。

本发明还可关闭燃料电池。为了这样做，在中止燃料电池的氢气供应之后，空气被提供给燃料电池中的阴极气体分配系统。为对阴极气体分配系统的供应空气进行加压的风机供电可实现这种情况。燃料电池还可被冷却。对于图1B所示的系统10，风机37可开启以使冷却空气移动穿过传热附件46直至达到所需关闭温度。风机可运行直至燃料电池冷却至所需温度且已经通过供应空气从阴极气体分配系统中除去了湿气。

8.结论

尽管已经根据多个优选实施例对本发明进行了描述，但存在落入本发明的范围内且为简要缘故而已经省略的改型、置换和等效物。例如，尽管已经结合对燃料电池系统生效的方法对本发明进行了描述，但所述的多种方法和技术构成了系统控制且将包括由执行来自储存软件的指令的处理器施加的数字控制。尽管未进行详细描述，但机械系统的这种数字控制对于本领域的技术人员是众所周知的，且本发明因此可设计能够实施在此所述的方法的储存在软件中的指令。因此预期应该结合所附权利要求确定本发明的范围。

Claims

1、一种用于产生电能的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：

燃料处理器，所述燃料处理器包括：

被构造以接收燃料源、被构造以输出氢气且包括有利于产生氢气的催化剂的重整器；

被构造以将热量提供给所述重整器的燃烧器；和

包括被构造以使用所述燃料处理器输出的氢气产生电能的燃料电池堆且包括a)包括布置在所述燃料电池堆外部的部分和b)与所述燃料电池堆的内部导热连通的传热附件的燃料电池；和

被构造以将加热介质从所述燃料处理器输运至所述燃料电池的管道设备。

2、根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述管道设备被构造以将所述加热介质从所述燃料处理器输运至所述传热附件。

3、根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中所述加热介质包括所述燃料源已经汽化后的所述燃料源。

4、根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中所述管道设备包括被构造以将所述加热介质从所述燃烧器的排出口输运至所述燃料电池的管线。

5、根据权利要求1所述的燃料电池系统，进一步包括被设置与所述传热附件接触或接近且有利于通过暴露于所述加热介质而产生热量的热催化剂。

6、根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中所述热催化剂被设置在所述传热附件上。

7、根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中所述热催化剂包括铂。

8、根据权利要求5所述的燃料电池系统，进一步包括包含热催化剂的隔壁，其中所述隔壁被附接到所述传热附件上。

9、根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述管道设备包括被构造以将所述加热介质从所述重整器的排出口输运至所述燃料电池的管线。

10、根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述加热介质包括在所述重整器中产生的氢气。

11、根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中当所述加热介质离开所述燃料处理器时，所述加热介质大于约100摄氏度。

12、根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中当所述加热介质离开所述燃料处理器时，所述加热介质大于约200摄氏度。

13、根据权利要求1所述的燃料电池系统，进一步包括检测所述燃料处理器中的部件温度的至少一个温度传感器。

14、根据权利要求1所述的燃料电池系统，进一步包括检测所述燃料电池中的部件温度的至少一个传感器。

15、一种用于在接收来自燃料处理器的氢气的燃料电池中产生电能的方法，所述燃料处理器被构造以对燃料源进行处理从而产生所述氢气，所述方法包括：

将所述燃料源提供给所述燃料处理器；

当所述燃料电池输出的电能小于电阈值或当所述燃料电池中的部件温度小于温度阈值时，将加热介质从所述燃料处理器输运至所述燃料电池；

加热一部分所述燃料电池；

将氢气从所述燃料处理器输运至所述燃料电池；

检测所述部件的温度或所述燃料电池的电输出；和

当所述部件的温度约等于或大于所述阈值温度或当所述燃料电池输出的电能约等于或大于电阈值时，在所述燃料电池中产生电能。

16、根据权利要求15所述的方法，其中在所述燃料电池响应于电能需求而开始产生电能之前的启动期间将所述加热介质从所述燃料处理器输运至所述燃料电池。

17、根据权利要求15所述的方法，其中在所述燃料电池不产生电能且所述部件冷却的不工作期间将所述加热介质从所述燃料处理器输运至所述燃料电池。

18、根据权利要求17所述的方法，其中在所述部件降至所述阈值温度以下之后输运所述加热介质。

19、根据权利要求15所述的方法，其中所述加热介质被输运至所述燃料电池中包括的传热附件，其中所述传热附件a)包括布置在所述燃料电池中包括的燃料电池堆外部的部分和b)与所述燃料电池堆的内部导热连通。

20、根据权利要求15所述的方法，其中当所述加热介质离开所述燃料处理器时，所述加热介质大于100摄氏度。

21、根据权利要求15所述的方法，其中所述加热介质包括所述燃料源。

22、根据权利要求21所述的方法，其中所述燃料电池包括被设置与所述传热附件接触或接近且有利于通过暴露于所述加热介质而产生热量的热催化剂。

23、根据权利要求22所述的方法，其中当所述燃料电池输出的电能小于阈值电压或阈值电流时，发生将所述加热介质从所述燃料处理器输运至所述燃料电池的过程。

24、根据权利要求15所述的方法，其中所述燃料电池的极化曲线包括所述阈值电压或阈值电流。

25、根据权利要求15所述的方法，其中所述加热介质包括所述燃料处理器中产生的氢气。

26、根据权利要求15所述的方法，其中所述部件被包括在所述燃料电池堆中包括的膜电极组件中。

27、根据权利要求15所述的方法，其中所述部件是所述燃料电池堆中包括的双极板。

28、根据权利要求15所述的方法，进一步包括使用所述燃料源和有利于在存在所述燃料源的情况下产生热量的催化剂在所述燃料处理器中包括的燃烧器中产生热量。

29、根据权利要求15所述的方法，进一步包括当所述部件的温度小于所述阈值温度时，中止从所述燃料处理器向所述传热附件输运加热介质的过程。

30、根据权利要求15所述的方法，进一步包括对所述燃料源进行重整以在所述燃料处理器中产生氢气。

31、一种用于产生电能的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：

燃料处理器，所述燃料处理器包括：

被构造以将热量提供给所述重整器的燃烧器；和

被构造以接收所述重整器中产生的氢气且被构造以使用所述氢气产生电能的燃料电池；和

被构造以将氢气输运至所述燃烧器的管道设备。

32、根据权利要求31所述的燃料电池系统，其中所述管道设备被构造以接收所述重整器中产生的氢气且将所述氢气输运至所述燃烧器。

33、根据权利要求31所述的燃料电池系统，其中所述管道设备被构造以接收由所述燃料电池排出的氢气且将所述氢气输运至所述燃烧器。

34、根据权利要求33所述的燃料电池系统，其中所述管道设备被构造以接收由所述燃料电池中的阳极气体收集系统排出的氢气。

35、根据权利要求31所述的燃料电池系统，其中所述燃烧器包括被构造以接收所述燃料源的入口。

36、根据权利要求35所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池被构造以输出小于200瓦的功率。

37、一种用于产生电能的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：

燃料处理器，所述燃料处理器包括：

被构造以将热量提供给所述重整器的燃烧器；和

被构造以将氧气从所述燃料电池输运至所述燃料处理器的管道设备。

38、根据权利要求37所述的燃料电池系统，其中所述管道设备被构造以接收由所述燃料电池中的阴极气体收集系统排出的氧气。

39、根据权利要求37所述的燃料电池系统，其中所述燃料处理器包括被构造以接收所述氧气且被构造以将所述氧气提供给所述燃烧器的杜瓦容器。

40、根据权利要求39所述的燃料电池系统，其中所述杜瓦容器被构造以在将所述氧气提供给所述燃烧器之前加热所述氧气。

41、根据权利要求39所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池被构造以输出小于200瓦的功率。

42、一种用于产生电能的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：

燃料处理器，所述燃料处理器包括：

被构造以将热量提供给所述重整器的燃烧器；和

被构造以在所述燃料处理器与所述燃料电池之间输运加热介质或冷却介质的管道设备。

43、根据权利要求42所述的燃料电池系统，其中所述管道设备被构造以将所述加热介质从所述燃料处理器输运至所述传热附件。

44、根据权利要求42所述的燃料电池系统，进一步包括被设置与所述传热附件接触或接近且有利于通过暴露于所述加热介质产生热量的热催化剂。

45、根据权利要求42所述的燃料电池系统，其中所述管道设备被构造以将所述加热介质从所述燃料电池输运至所述燃料处理器。

46、一种用于启动包括重整器和将热量提供给所述重整器的燃烧器的燃料处理器的方法，所述方法包括：

使用被构造以加热所述燃烧器或提供给所述燃烧器的燃料源的电热器产生热量；

将所述燃料源供应至所述燃烧器；

在所述燃烧器中催化地产生热量以加热所述重整器；

将所述燃料源供应至所述重整器；和

在所述重整器中产生氢气。

47、根据权利要求46所述的方法，其中在所述燃料源被供应至所述燃烧器之前，由所述电热器产生所述热量达至少50毫秒。

48、根据权利要求46所述的方法，其中由所述电热器产生所述热量直至所述燃烧器达到阈值启动温度。

49、根据权利要求46所述的方法，进一步包括在所述燃料源到达所述电热器之前使空气与所述燃料源混合。

50、根据权利要求49所述的方法，其中在所述空气和所述燃料源进入所述燃烧器之前所述电热器加热所述空气和所述燃料源。

51、根据权利要求46所述的方法，进一步包括在所述燃料源被供应至所述燃烧器之后断开所述电热器。

52、根据权利要求46所述的方法，进一步包括将氢气由所述重整器提供给所述燃烧器。

53、根据权利要求46所述的方法，进一步包括使用所述氢气在所述燃烧器中催化地产生热量。

54、根据权利要求46所述的方法，进一步包括使用由接收来自所述重整器的氢气的燃料电池提供的电能对为所述电热器供电的电容器或电池进行再充电。

55、根据权利要求46所述的方法，其中所述电热器使所述燃料源汽化。

56、根据权利要求46所述的方法，其中所述燃料源包括甲醇。

57、一种用于在燃料处理器中包括的燃烧器内进行催化生热之前加热燃料源的系统，所述系统包括：

被构造以接收所述燃料源、被构造以输出氢气且包括有利于产生氢气的催化剂的重整器；

被构造以将热量提供给所述重整器的燃烧器；和

被构造以加热所述燃烧器或提供给所述燃烧器的所述燃料源的电热器。

58、根据权利要求57所述的系统，进一步包括通过所述燃料电池进行再充电且为所述电热器供电的电容器或电池。

59、根据权利要求57所述的系统，其中所述电热器被设置在所述燃烧器中。

60、根据权利要求57所述的系统，其中在所述燃料源到达所述燃烧器之前空气与所述燃料源混合。

61、根据权利要求60所述的系统，其中所述电热器被设置在所述燃烧器外部。

62、根据权利要求57所述的系统，进一步包括设置在所述电热器的外表面上的有利于在存在所述燃料源的情况下产生热量的催化剂。

63、根据权利要求57所述的系统，进一步包括被构造以在所述重整器接收所述燃料源之前加热所述燃料源的煮沸器。

64、根据权利要求57所述的系统，其中所述重整器包括具有大于约0.1立方厘米且小于约50立方厘米的容积的重整器室。

65、一种用于关闭包括接收来自燃料处理器的氢气的燃料电池的燃料电池系统的方法，所述燃料处理器包括重整器和将热量提供给所述重整器的燃烧器，所述方法包括：

停止在所述燃料电池中产生电能；

中止所述重整器的燃料源供应，所述重整器被构造以接收所述燃料源和输出氢气；

在中止所述重整器的所述燃料源供应之后在所述燃烧器中产生热量以加热所述重整器；

中止在所述燃烧器中产生热量；和

用空气冲洗所述燃烧器。

66、根据权利要求65所述的方法，进一步包括中止所述燃料电池的氢气供应。

67、根据权利要求66所述的方法，进一步包括在中止所述燃料电池的所述氢气供应之后将空气提供给所述燃料电池中的阴极气体分配系统。

68、根据权利要求65所述的方法，进一步包括冷却所述燃料电池。

69、根据权利要求68所述的方法，其中冷却所述燃料电池包括开启使空气移动通过所述燃料电池的风机。

70、根据权利要求69所述的方法，其中所述空气移动穿过所述燃料电池中包括的传热附件，其中所述传热附件a)包括布置在所述燃料电池中包括的燃料电池堆外部的部分且b)与所述燃料电池堆的内部导热连通。

71、根据权利要求65所述的方法，其中在中止所述重整器的所述燃料源供应之后在所述燃烧器中产生热量以加热所述重整器直至达大于约30秒钟的时间。

72、根据权利要求65所述的方法，其中所述燃烧器包括入口以接收来自所述燃料源的第二供应装置的所述燃料源且所述燃烧器使用所述燃料源催化地产生热量。

73、根据权利要求72所述的方法，其中中止在所述燃烧器中产生热量包括中止所述燃料源的所述第二供应。

74、一种用于产生电能的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：

燃料处理器，所述燃料处理器包括：

被构造以将热量提供给所述重整器的燃烧器；和

被构造以调节所述燃料电池系统内的一个或多个部件的热传递或温度的控制逻辑。

75、根据权利要求74所述的系统，其中所述控制逻辑被进一步构造以在中止所述重整器的所述燃料源供应之后在所述燃烧器中产生热量以加热所述重整器。

76、根据权利要求75所述的系统，其中所述控制逻辑被进一步构造以中止在所述燃烧器中产生热量。

77、根据权利要求76所述的系统，其中所述控制逻辑被进一步构造以用空气冲洗所述燃烧器。