用于控制流量比的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开用于控制流量比的系统和方法。该系统包括：燃料电池，包括用于产生尾气并具有入口和出口的阳极；燃料重整器，用于将燃料与来自阳极出口的尾气相混合以产生重整流，其中，重整流在分流位置处被分成第一和第二分支流，且第一分支流返回到阳极入口；冷却器，用于从第二分支流移除热；底循环，包括响应于冷却的第二分支流而驱动的外燃机或内燃机；测量装置，用于测量主流、第一和第二分支流中的其中两个的压差；及控制装置，用于响应于测量得到的压差来实时控制第一分支流对主流的流量比。测量装置的该设计可以使得流量比的测量独立于流的温度、压力及组分的变化，且流的复杂特性不会对流量比的测量产生影响，故能够精确地测量出流量比。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体涉及高温应用，尤其涉及一种在高温环境下用于控制流量比的系统和方法。
技术介绍
在高温环境下，当流体和气体特性难以确定(例如，在流体或气体包括多组分的情况下)而需要精确分流时，由于复杂的流体或气体特性所致，使用流量计通常不可能测量出各个分流的流量。因为在高温环境下，具有复杂特性的流体或气体的密度与其温度、压力以及组成成分密切相关，而且，流体或气体在其温度、压力以及组成成分的变化又会转而对流体或气体的流量产生重要的影响。因此，在这样的高温环境下，很难确定出流量比。例如，在高温燃料电池系统，特别是带有燃气涡轮机或燃气发动机的混合系统中，快速负载转变及系统效率的优化是一个关键问题。控制在高温混合燃料电池系统中的循环流量的传统的方法通常是通过调节系统的气体驱动装置，例如鼓风机或压缩机。然而，在高温混合燃料电池系统的循环回路中压力的重新分配通常比较慢。而且，在燃料电池的阳极入口处的压差的波动将会影响到燃料电池的耐用性甚至其使用寿命，并且，循环流量也将会影响燃料电池的燃料利用率以及甚至是系统效率。但是，在现有的高温燃料电池混合系统的运行过程中，由于缺少循环流量比的实时测量和控制，所以燃料电池的阳极入口处的压差和循环流量不能单独被控制。因此，有必要提供一种系统和方法以解决如上所述的至少一个问题。
技术实现思路
本专利技术的一个方面在于提供一种用于控制流量比的系统，其包括：用于产生主流的上游装置，其中，所述主流在分流位置处被分成第一分支流和第二分支流；第一下游装置，所述第一分支流流向所述第一下游装置，其中，所述上游装置和所述第一下游装置在大于300℃的高温下工作；第二下游装置，所述第二分支流流向所述第二下游装置；测量装置，其用于测量所述主流、所述第一分支流和所述第二分支流中的其中两个的压差；及控制装置，其用于响应于所述测量得到的压差来实时控制所述第一分支流对所述主流的流量比。本专利技术的另一个方面在于提供一种用于使用如上所述的系统来控制流量比的方法，其包括：a1)测量所述主流、所述第一分支流和所述第二分支流中的其中两个的实时压差；a2)用所述测量得到的压差来实时计算出所述第一分支流对所述主流的流量比；a3)将所述计算出的流量比与用户设定的目标流量比进行比较；及a4)用所述比较的结果来实时控制所述第一分支流和所述第二分支流中的至少一个的流量。本专利技术的又一个方面在于提供一种用于控制循环流量比的系统，其包括：燃料电池，其包括用于产生尾气的阳极，所述阳极包括入口和出口；燃料重整器，其用于将燃料与来自所述燃料电池的阳极的出口的所述尾气相混合以产生重整流，其中，所述重整流在分流位置处被分成第一分支流和第二分支流，并且，所述第一分支流返回到所述燃料电池的阳极的入口用于发电；冷却器，其用于从所述第二分支流中移除热；底循环，其包括响应于所述冷却的第二分支流而驱动的外燃机或内燃机；测量装置，其用于测量所述主流、所述第一分支流和所述第二分支流中的其中两个的压差；及控制装置，其用于响应于所述测量得到的压差来实时控制所述第一分支流对所述主流的流量比。根据本专利技术的具体实施方式的用于控制流量比的系统和方法，测量装置的这种设计可以使得流量比的测量独立于流的温度、压力及组成成分的变化，并且，流的复杂特性不会对流量比的测量产生影响，因此，能够精确地测量出流量比。而且，流量比的精确测量可以优化系统控制，从而将能够提高系统的总体效率并且降低运行成本。附图说明当参照附图阅读以下详细描述时，本专利技术的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：图1是高温系统的示意性框图；图2是高温循环系统的示意性框图；图3是根据一个具体实施方式的高温燃料电池系统的示意性框图；图4是根据本专利技术的第一具体实施方式的基于图3的用于控制流量比的系统的示意性框图；图5是根据本专利技术的第二具体实施方式的基于图3的用于控制流量比的系统的示意性框图；图6是根据另一个具体实施方式的高温燃料电池系统的示意性框图；图7是根据本专利技术的一个具体实施方式的用于控制流量比的方法的流程图；及图8是在确定本专利技术的测量装置的校准系数时所使用的示意图。具体实施方式为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本专利技术所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本专利技术的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本专利技术的披露。除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属
内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。图1示出高温系统的一个具体实施方式的示意性框图。参照图1所示，根据该具体实施方式的高温系统1包括上游装置11、第一下游装置12和第二下游装置13。上游装置11和第一下游装置12均在大于300℃的高温下工作。上游装置11产生主流S，主流S在分流位置Q处被分成第一分支流S1和第二分支流S2。主流S具有复杂的流体或气体特性，例如，主流S可以是具有多组分的流体或气体。第一分支流S1流向第一下游装置12并在第一下游装置12中进行相应的处理。第二分支流S2流向第二下游装置13并在第二下游装置13中进行相应的处理。为了实时测量和控制在高温系统1中的第一分支流S1对主流S的流量比RR，在高温系统1所具有的元件的基础上，根据一个具体实施方式的用于控制流量比的系统还包括测量装置和控制装置(两者均未在图1中示出)。测量装置测量主流S、第一分支流S1和第二分支流S2中的其中两个的实时压差DP1、DP2。控制装置响应于测量得到的压差DP1、DP2来实时控制第一分支流S1对主流S的流量比RR。图7示出根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制流量比的系统，其包括：用于产生主流的上游装置，其中，所述主流在分流位置处被分成第一分支流和第二分支流；第一下游装置，所述第一分支流流向所述第一下游装置，其中，所述上游装置和所述第一下游装置在大于300℃的高温下工作；第二下游装置，所述第二分支流流向所述第二下游装置；测量装置，其用于测量所述主流、所述第一分支流和所述第二分支流中的其中两个的压差；及控制装置，其用于响应于所述测量得到的压差来实时控制所述第一分支流对所述主流的流量比。

【技术特征摘要】
1.一种用于控制流量比的系统，其包括：
用于产生主流的上游装置，其中，所述主流在分流位置处被分成第一分
支流和第二分支流；
第一下游装置，所述第一分支流流向所述第一下游装置，其中，所述上
游装置和所述第一下游装置在大于300℃的高温下工作；
第二下游装置，所述第二分支流流向所述第二下游装置；
测量装置，其用于测量所述主流、所述第一分支流和所述第二分支流中
的其中两个的压差；及
控制装置，其用于响应于所述测量得到的压差来实时控制所述第一分支
流对所述主流的流量比。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述测量装置包括第一和第二压差
计，所述第一和所述第二压差计相同并且均靠近所述分流位置放置。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述第一压差计位于所述上游装置
和所述分流位置之间用于测量所述主流的压差，所述第二压差计位于所述第
一下游装置和所述分流位置之间用于测量所述第一分支流的压差。
4.如权利要求2所述的系统，其中，所述第一压差计位于所述分流位置
和所述第二下游装置之间用于测量所述第二分支流的压差，所述第二压差计
位于所述第一下游装置和和所述分流位置之间用于测量所述第一分支流的压
差。
5.如权利要求2所述的系统，其还包括：
流量比计算器，在所述流量比计算器中预存所述第二压差计相对于所述
第一压差计的校准系数，所述流量比计算器用于基于所述测量得到的压差和
所述校准系统来计算出所述流量比。
6.如权利要求5所述的系统，其中，所述控制装置包括控制器和用于调

\t节流量的调节阀，其中，所述控制器用于接收来自所述流量比计算器计算出
的所述流量比，将所述计算出的流量比与用户设定的目标流量比进行比较，
并且，根据比较的结果来控制所述调节阀的开度。
7.如权利要求6所述的系统，其中，所述调节阀设置于所述分流位置和
所述第二下游装置之间用于调节所述第二分支流的流量；或者，所述调节阀
是设置于所述分流位置处用于调节所述第一和所述第二分支流的流量的三通
阀。
8.如权利要求1所述的系统，其中，在所述第一分支流通过所述第一下
游装置后，所述第一分支流的至少部分返回到所述上游装置，所述流量比为
循环流量比。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述第一下游装置为燃料电池，所
述上游装置为燃料重整器，所述燃料电池包括用于产生尾气的阳极，所述阳
极包括入口和出口，所述燃料重整器用于将燃料与来自所述燃料电池的所述
出口的所述尾气混合以产生作为所述主流的重整流。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述第二下游装置包括：
冷却器，其用于从所述第二分支流中移除热；及
底循环，其包括响应于所述冷却的第二分支流而驱动的外燃机或内燃机。
11.如权利要求8所述的系统，其中，所述上游装置为燃料电池，所述
第一下游装置为燃料重整器，所述燃料电池包括用于产生作为所述主流的尾
气的阳极，所述阳极包括入口和出口，所述燃料重整器用于将燃料与来自所
述燃料电池的所述出口的所述尾气的所述第一分支流混合以产生重整流。
12.一种用于使用根据权利要求1所述的系统来控制流量比的方法，其
包括：
a1)测量所述主流、所述第一分支流和所述第二分支流中的其中两个的
实时压差；
a2)用所述测量得到的压差来实时计算出所述第一分支流对所述主流的

\t流量比；
a3)将所述计算出的流量比与用户设定的目标流量比进行比较；及
a4)用所述比较的结果来实时控制所述第一分支流和所述第二分支流中
的至少一个的流量。
13.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏刚，李世光，安德鲁·菲利普·夏皮罗，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US