用于控制流量比的系統和方法
【技術領域】
[0001] 本發明大體涉及高溫應用，尤其涉及一種在高溫環境下用于控制流量比的系統和 方法。
【背景技術】
[0002] 在高溫環境下，當流體和氣體特性難W確定（例如，在流體或氣體包括多組分的 情況下）而需要精確分流時，由于復雜的流體或氣體特性所致，使用流量計通常不可能測 量出各個分流的流量。因為在高溫環境下，具有復雜特性的流體或氣體的密度與其溫度、壓 力W及組成成分密切相關，而且，流體或氣體在其溫度、壓力W及組成成分的變化又會轉而 對流體或氣體的流量產生重要的影響。因此，在送樣的高溫環境下，很難確定出流量比。
[0003] 例如，在高溫燃料電池系統，特別是帶有燃氣潤輪機或燃氣發動機的混合系統中， 快速負載轉變及系統效率的優化是一個關鍵問題。控制在高溫混合燃料電池系統中的循環 流量的傳統的方法通常是通過調節系統的氣體驅動裝置，例如鼓風機或壓縮機。然而，在高 溫混合燃料電池系統的循環回路中壓力的重新分配通常比較慢。而且，在燃料電池的陽極 入口處的壓差的波動將會影響到燃料電池的耐用性甚至其使用壽命，并且，循環流量也將 會影響燃料電池的燃料利用率W及甚至是系統效率。但是，在現有的高溫燃料電池混合系 統的運行過程中，由于缺少循環流量比的實時測量和控制，所W燃料電池的陽極入口處的 壓差和循環流量不能單獨被控制。
[0004] 因此，有必要提供一種系統和方法W解決如上所述的至少一個問題。

【發明內容】

[0005] 本發明的一個方面在于提供一種用于控制流量比的系統，其包括：
[0006] 用于產生主流的上游裝置，其中，所述主流在分流位置處被分成第一分支流和第 二分支流；
[0007] 第一下游裝置，所述第一分支流流向所述第一下游裝置，其中，所述上游裝置和所 述第一下游裝置在大于30(TC的高溫下工作；
[0008] 第二下游裝置，所述第二分支流流向所述第二下游裝置；
[0009] 測量裝置，其用于測量所述主流、所述第一分支流和所述第二分支流中的其中兩 個的壓差；及
[0010] 控制裝置，其用于響應于所述測量得到的壓差來實時控制所述第一分支流對所述 主流的流量比。
[0011] 本發明的另一個方面在于提供一種用于使用如上所述的系統來控制流量比的方 法，其包括：
[0012] al)測量所述主流、所述第一分支流和所述第二分支流中的其中兩個的實時壓 差；
[0013] a2)用所述測量得到的壓差來實時計算出所述第一分支流對所述主流的流量比；
[0014] a3)將所述計算出的流量比與用戶設定的目標流量比進行比較；及
[0015] a4)用所述比較的結果來實時控制所述第一分支流和所述第二分支流中的至少一 個的流量。
[0016] 本發明的又一個方面在于提供一種用于控制循環流量比的系統，其包括：
[0017] 燃料電池，其包括用于產生尾氣的陽極，所述陽極包括入口和出口；
[0018] 燃料重整器，其用于將燃料與來自所述燃料電池的陽極的出口的所述尾氣相混合 W產生重整流，其中，所述重整流在分流位置處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電池的陽極的入口用于發電；
[0019] 冷卻器，其用于從所述第二分支流中移除熱；
[0020] 底循環，其包括響應于所述冷卻的第二分支流而驅動的外燃機或內燃機；
[0021] 測量裝置，其用于測量所述主流、所述第一分支流和所述第二分支流中的其中兩 個的壓差；及
[0022] 控制裝置，其用于響應于所述測量得到的壓差來實時控制所述第一分支流對所述 主流的流量比。
[0023] 根據本發明的【具體實施方式】的用于控制流量比的系統和方法，測量裝置的送種設 計可W使得流量比的測量獨立于流的溫度、壓力及組成成分的變化，并且，流的復雜特性不 會對流量比的測量產生影響，因此，能夠精確地測量出流量比。而且，流量比的精確測量可 W優化系統控制，從而將能夠提高系統的總體效率并且降低運行成本。
【附圖說明】
[0024] 當參照附圖閱讀W下詳細描述時，本發明的送些和其它特征、方面及優點將變得 更好理解，在附圖中，相同的元件標號在全部附圖中用于表示相同的部件，其中：
[00巧]圖1是高溫系統的示意性框圖；
[0026] 圖2是高溫循環系統的示意性框圖；
[0027] 圖3是根據一個【具體實施方式】的高溫燃料電池系統的示意性框圖；
[002引圖4是根據本發明的第一【具體實施方式】的基于圖3的用于控制流量比的系統的示 意性框圖；
[0029] 圖5是根據本發明的第二【具體實施方式】的基于圖3的用于控制流量比的系統的示 意性框圖；
[0030] 圖6是根據另一個【具體實施方式】的高溫燃料電池系統的示意性框圖；
[0031] 圖7是根據本發明的一個【具體實施方式】的用于控制流量比的方法的流程圖；及
[0032] 圖8是在確定本發明的測量裝置的校準系數時所使用的示意圖。
【具體實施方式】
[0033] 為幫助本領域的技術人員能夠確切地理解本發明所要求保護的主題，下面結合附 圖詳細描述本發明的【具體實施方式】。在W下對送些【具體實施方式】的詳細描述中，本說明書 對一些公知的功能或構造不做詳細描述W避免不必要的細節而影響到本發明的披露。
[0034] 除非另作定義，本權利要求書和說明書中所使用的技術術語或者科學術語應當為 本發明所屬技術領域內具有一般技能的人±所理解的通常意義。本說明書W及權利要求書 中所使用的"第一"、"第二"W及類似的詞語并不表示任何順序、數量或者重要性，而只是用 來區分不同的組成部分。"一個"或者"一"等類似詞語并不表示數量限制，而是表示存在至 少一個。"包括"或者"具有"等類似的詞語意指出現在"包括"或者"具有"前面的元件或 者物件涵蓋出現在"包括"或者"具有"后面列舉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。"連接"或者"相連"等類似的詞語并非限定于物理的或者機械的連接， 而是可W包括電性的連接，不管是直接的還是間接的。
[0035] 圖1示出高溫系統的一個【具體實施方式】的示意性框圖。參照圖1所示，根據該具 體實施方式的高溫系統1包括上游裝置11、第一下游裝置12和第二下游裝置13。上游裝 置11和第一下游裝置12均在大于30(TC的高溫下工作。上游裝置11產生主流S，主流S 在分流位置Q處被分成第一分支流Sl和第二分支流S2。主流S具有復雜的流體或氣體特 性，例如，主流S可W是具有多組分的流體或氣體。第一分支流Sl流向第一下游裝置12并 在第一下游裝置12中進行相應的處理。第二分支流S2流向第二下游裝置13并在第二下 游裝置13中進行相應的處理。
[0036] 為了實時測量和控制在高溫系統1中的第一分支流Sl對主流S的流量比RR，在 高溫系統1所具有的元件的基礎上，根據一個【具體實施方式】的用于控制流量比的系統還包 括測量裝置和控制裝置（兩者均未在圖1中示出）。測量裝置測量主流S、第一分支流Sl 和第二分支流S2中的其中兩個的實時壓差DPi、DP2。控制裝置響應于測量得到的壓差DPi、 DP2來實時控