專利名稱：燃料電池重整器和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，且更具體地涉及使用具有改進(jìn)結(jié)構(gòu)的重整器的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃料電池是產(chǎn)生電能的系統(tǒng)。在燃料電池中，氧和在諸如甲醇、乙醇和天然氣的碳?xì)浠衔锊牧现兴臍涞幕瘜W(xué)反應(yīng)能被直接轉(zhuǎn)化為電能。
依據(jù)所使用的電解質(zhì)的類型，燃料電池分為不同的類型，包括磷酸鹽燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固態(tài)氧化物燃料電池和聚合物電解質(zhì)膜燃料電池或堿性燃料電池。雖然每種這些不同類型的燃料電池利用相同的原理運(yùn)行，它們?cè)谌剂系念愋汀⒋呋瘎?、和所用電解質(zhì)以及驅(qū)動(dòng)溫度上不同。
近來已經(jīng)開發(fā)了一種聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)。與其它燃料電池相比，PEMFC具有卓越的輸出特性、低操作溫度及快速啟動(dòng)和響應(yīng)特性。PEMFC具有廣泛的應(yīng)用，其可以用于車輛、住宅和樓宇以及用于電子裝置的電源。
PEMFC的基本部件是堆體、重整器、燃料罐和燃料泵。堆體形成燃料電池的主體。燃料泵將燃料罐中的燃料提供給重整器。重整器重整燃料來產(chǎn)生氫氣且將氫氣提供給堆體。因此，PEMFC將燃料罐中的燃料通過燃料泵的操作供給至重整器，燃料在重整器中被重整來產(chǎn)生氫氣，且氫氣與氧在堆體中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)而由此產(chǎn)生電能。
在以上的燃料電池系統(tǒng)中，構(gòu)建堆體(在那里產(chǎn)生發(fā)電)來包括用膜電極組件(MEA)實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)至幾十個(gè)單元電池，具有在其兩側(cè)提供的隔板。MEA中，陽極電極和陰極電極彼此相對(duì)設(shè)置，電解質(zhì)層介于其間。另外，隔板通常利用本領(lǐng)域中所謂的雙極性板實(shí)現(xiàn)，且用于分開各個(gè)MEA。隔板還用于提供將氫氣和氧供給至MEA的陽極電極和陰極電極的通道，氫氣和氧是燃料電池反應(yīng)所必須的。另外，隔板用作串聯(lián)連接每個(gè)MEA的陽極電極和陰極電極的導(dǎo)體。因此，通過隔板氫氣被供給至陽極電極而氧被供給至陰極電極。通過該過程，在陽極電極發(fā)生氫氣的氧化反應(yīng)，而在陰極電極發(fā)射氧的還原反應(yīng)。該過程期間發(fā)生的電子遷移產(chǎn)生電。還產(chǎn)生熱和水氣。
上述的燃料電池系統(tǒng)中的重整器是一種裝置，其通過熱能實(shí)現(xiàn)的化學(xué)催化反應(yīng)從含氫燃料產(chǎn)生氫氣。重整器通常包括從燃料產(chǎn)生熱能和氫氣的重整反應(yīng)器和減少氫氣中所含一氧化碳的濃度的減少器。重整反應(yīng)器利用了使用催化過程的熱產(chǎn)生和熱吸收特性。具體地，重整反應(yīng)器包括通過催化氧化反應(yīng)產(chǎn)生反應(yīng)熱的發(fā)熱體和接收反應(yīng)熱且通過催化重整反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的熱吸收體。
但是，由于在傳統(tǒng)的重整器中發(fā)熱體和熱吸收體配置為獨(dú)立的單元，因?yàn)闊峤粨Q不直接發(fā)生于發(fā)熱體和熱吸收體之間，導(dǎo)致熱傳導(dǎo)效率降低。發(fā)熱體和熱吸收體的分開形成還增加了系統(tǒng)的總尺寸。最后，在傳統(tǒng)燃料電池系統(tǒng)的初試運(yùn)行期間供給至重整器的燃料被預(yù)熱，且該工藝所需的能量起到降低該系統(tǒng)總效率的作用。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一示范性實(shí)施例中，提供有一種燃料電池系統(tǒng)的重整器和一種包括該重整器的燃料電池系統(tǒng)，其中用于重整器的結(jié)構(gòu)是簡單的而且能夠在產(chǎn)生氫氣期間實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的反應(yīng)和熱效率。
在本發(fā)明的一示范性實(shí)施例中，重整器具有一對(duì)設(shè)置為管道組件的管道，其形成含氫燃料通過的獨(dú)立的空間。管道組件包括第一反應(yīng)組件和第二反應(yīng)組件，第一反應(yīng)組件通過燃料的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱，第二反應(yīng)組件圍繞第一反應(yīng)組件，利用熱能通過重整反應(yīng)從燃料產(chǎn)生氫氣。
管道組件包括第一管道和第二管道，第二管道的外周長小于第一管道的內(nèi)周長，在第二管道中和在第一管道與第二管道之間分別形成獨(dú)立的空間。第一反應(yīng)組件可以包括形成于第二管道的內(nèi)部空間內(nèi)的氧化催化劑層，氧化催化劑層用于促進(jìn)氧化反應(yīng)。
第二反應(yīng)組件可以包括形成于第一管道和第二管道之間的空間中的重整催化劑層，重整催化劑層用于促進(jìn)重整反應(yīng)。
另外，第二反應(yīng)組件可以包括形成于第一管道和第二管道之間的空間中的重整催化劑層和水氣變換催化劑層，重整催化劑層通過催化重整反應(yīng)從燃料產(chǎn)生氫氣，水氣變換催化劑層減少氫氣中所含的一氧化碳的濃度。
在另一方面，用于燃料電池系統(tǒng)的重整器具有至少一種形成含氫燃料從中通過的獨(dú)立空間的管道結(jié)構(gòu)，且包括第一反應(yīng)組件，用于通過燃料的氧化反應(yīng)產(chǎn)生預(yù)定熱能；第二反應(yīng)組件，圍繞第一反應(yīng)組件，用于利用熱能通過重整反應(yīng)從燃料產(chǎn)生氫氣；和熱傳導(dǎo)單元，用于將熱能傳輸給供給至第二反應(yīng)組件的燃料。
管道組件可以進(jìn)一步包括第一管道和第二管道，第二管道的周長顯著小于第一管道的周長，從而允許在第一管道內(nèi)設(shè)置第二管道，第一和第二管道的長軸基本重疊，在第二管道中和在第一管道與第二管道之間分別形成獨(dú)立的空間。
熱傳導(dǎo)單元可以包括第一通過構(gòu)件，以線圈的結(jié)構(gòu)圍繞第一管道的外周，且與第二管道中的空間相聯(lián)；和至少一個(gè)第二通過構(gòu)件，圍繞第一管道的外周，與第一通過構(gòu)件接觸，且與第一管道和第二管道之間的空間相聯(lián)。
在另一方面，第一反應(yīng)組件可以包括氧化催化劑層，用于通過含氫燃料的氧化反應(yīng)產(chǎn)生預(yù)定的熱能，且第二反應(yīng)組件可以包括重整催化劑層，用于利用熱能通過重整反應(yīng)從燃料產(chǎn)生氫氣，重整催化劑層形成于第一管道和第二管道之間的空間中；和熱傳導(dǎo)單元，用于將熱能傳輸給供給至第二反應(yīng)組件的燃料。
第一反應(yīng)組件可以通過在第二管道的一端上連接具有注入孔的第一帽和在第二管道的另一端上連接具有排出孔的第二帽而形成。第二反應(yīng)組件可以通過連接第三帽和連接第四帽形成，第三帽在第一管道的一端上具有注入孔，第四帽在第一管道的另一端上具有排出孔。
第三帽可以包括第二管道通過的連接孔，且注入孔從連接孔放射狀地形成于第三帽中來由此圍繞連接孔。
熱傳導(dǎo)單元可以包括第一通過構(gòu)件，第一通過構(gòu)件以線圈的結(jié)構(gòu)圍繞第一管道的外周，且連接至第二帽的排出孔。至少一個(gè)第二通過構(gòu)件可以圍繞第一管道的外周，與第一通過構(gòu)件接觸，且連接至第三帽的注入孔。
第二反應(yīng)組件可以包括水氣變換催化劑層，其相鄰于重整催化劑層形成于第四帽的排出孔的附近。
每個(gè)第一管道和第二管道可以基本形成為圓柱管道，且由導(dǎo)電材料制成，該導(dǎo)電材料從包括不銹鋼、鋁、銅和鐵的組中選擇。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解管道可以是任何形狀，諸如橢圓形、矩形、六邊形、八邊形。
重整器還可以包括絕緣體，絕緣體完全包圍第一和第二反應(yīng)組件。絕緣體可以包括內(nèi)壁和圍繞內(nèi)壁且與內(nèi)壁保持預(yù)定間隙的外壁，其中真空形成于內(nèi)壁和外壁之間的間隙。內(nèi)壁和外壁可以由從包括陶瓷、不銹鋼、鋁和其混合物的組選擇的一種材料制成。
絕緣體可以包括基本為圓柱形式的管，具有敞開的第一端和封閉的第二端；和與管的第一端連接的密封帽來由此密封管。
在又一個(gè)方面，熱傳導(dǎo)單元可以包括第一通過構(gòu)件，第一通過構(gòu)件以線圈的結(jié)構(gòu)圍繞第一管道的外周，且與第二管道中的空間相聯(lián)；和至少一個(gè)第二通過構(gòu)件，以與第一通過構(gòu)件交替的方式以線圈的結(jié)構(gòu)圍繞第一管道的外周，接觸第一通過構(gòu)件，且至少一個(gè)第二通過構(gòu)件與第一管道和第二管道之間的空間相聯(lián)。
第一通過構(gòu)件可以連接至形成于第二管道的排出構(gòu)件中的通過孔。
第二通過構(gòu)件可以連接至形成于第一管道的注入構(gòu)件中的通過孔。
在又一個(gè)方面，燃料電池系統(tǒng)可以包括重整器，如上述，用于利用熱能通過化學(xué)催化反應(yīng)從含氫燃料產(chǎn)生氫氣；和至少一個(gè)發(fā)電體，用于通過氫氣與氧的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，其中重整器包括具有第一反應(yīng)組件和第二反應(yīng)組件的管道組件，第一反應(yīng)組件通過燃料的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能，第二反應(yīng)組件圍繞第一反應(yīng)組件，利用熱能通過重整反應(yīng)從燃料產(chǎn)生氫氣。
在又一個(gè)方面，燃料電池系統(tǒng)可以包括重整器，如上述，用于利用熱能通過化學(xué)催化反應(yīng)從含氫燃料產(chǎn)生氫氣；和至少一個(gè)發(fā)電體，用于通過氫氣與氧的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能。
燃料電池系統(tǒng)還可以包括燃料供給組件，用于將燃料供給至重整器。燃料供給組件可以包括用于存儲(chǔ)含氫燃料的第一罐、用于存儲(chǔ)水的第二罐和連接至第一罐和第二罐的燃料泵。第一罐和第二管道可以通過第一供給管線互連，且第一罐和第二罐通過第二供給管線連接至第一管道。
燃料電池系統(tǒng)還可以包括用于將氧供給至重整器的氧供給組件和至少一個(gè)發(fā)電體。氧供給組件可以包括空氣壓縮機(jī)，用于將空氣供給至燃料電池系統(tǒng)。空氣壓縮機(jī)和第二管道可以通過第三供給管線互連，第一管道和至少一個(gè)發(fā)電體可以通過第四供給管線互連，且至少一個(gè)發(fā)電體和空氣壓縮機(jī)可以通過第五供給管線互連。


圖1是依據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的示意圖；圖2是圖1的重整器的分解透視圖；圖3是圖1的重整器的透視圖，其中重整器示為部分安裝狀態(tài)；圖4是圖1的重整器的截面圖；圖5是圖1的堆體的分解透視圖；圖6是依據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例的重整器的透視圖；圖7是圖6的重整器的截面圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，用于在燃料電池系統(tǒng)100中產(chǎn)生電能的燃料包含氫，諸如甲醇、乙醇、天然氣等，通常呈現(xiàn)液體形態(tài)，可能還與水混和。另外，在依據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)100中，與燃料中所含氫反應(yīng)的氧可以是存儲(chǔ)于分開的存儲(chǔ)容器中的純氧氣，或簡單地可以使用空氣中所含的氧。在以下的描述中，使用空氣中所含的氧。
燃料電池系統(tǒng)100包括重整器20，用于從液體燃料產(chǎn)生氫氣；堆體10，用于將氫氣和氧的化學(xué)反應(yīng)能轉(zhuǎn)化為電能由此發(fā)電；燃料供給組件50，用于將燃料供給至重整器20；和氧供給組件70，用于將氧(即，空氣所含氧)供給至堆體10。
在具有以上基本結(jié)構(gòu)的燃料電池系統(tǒng)100中，使用PEMFC方法，其中通過重整器20產(chǎn)生氫氣，且將氫氣供給至堆體10來由此通過氧和氫之間的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能。
燃料供給組件50包括用于存儲(chǔ)液體燃料的第一罐51、用于存儲(chǔ)水的第二罐53和與第一罐51和第二罐53連接的燃料泵55。氧供給組件70包括利用預(yù)定的抽汲力將空氣供給至燃料電池系統(tǒng)100的空壓機(jī)71。
重整器20接收來自燃料供給組件50的燃料，從燃料產(chǎn)生氫氣，且將氫氣供給至堆體10。以下更詳細(xì)地描述重整器20。
參考圖1-4，利用至少兩個(gè)基本共軸的管道的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)重整器20，使得在重整器20中提供分開的空間。重整器20包括第一反應(yīng)組件23和第二反應(yīng)組件27。第一反應(yīng)組件23通過液體燃料和空氣之間的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能。第二反應(yīng)組件27利用熱能通過重整反應(yīng)從混和的燃料產(chǎn)生氫氣，且減少氫氣中一氧化碳的濃度。
在示范性實(shí)施例中，重整器20包括第一管道21和設(shè)置于第一管道21內(nèi)的第二管道22。第一管道21具有預(yù)定的橫截面面積(或預(yù)定的周長)，且基本形成為兩端敞開的圓柱管。第二管道22具有預(yù)定的橫截面面積(或預(yù)定的周長)，其小于第一管道21的橫截面面積，且相似地基本形成為兩端敞開的圓柱管。第一和第二管道21、22基本共軸設(shè)置，如上所述，由此導(dǎo)致在第一和第二管道21、22之間的基本均勻的間隔。第一和第二管道21、22可以由諸如不銹鋼、鋁、銅和鐵的導(dǎo)電材料制成。
采用上述的重整器20的基本結(jié)構(gòu)，第一反應(yīng)組件23包括形成于第二管道22內(nèi)的氧化催化劑層24。注入孔25a形成于第一反應(yīng)組件23的一端上且排出孔26a形成于其另一端上。
注入孔25a使液體燃料和空氣供給入第二管道22，而排出孔26a允許燃燒后的氣體從第二管道22的內(nèi)部排出，已燃燒的氣體是由液體燃料和空氣之間的氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的。
更具體地，通過在第二管道22的一端上連接具有注入孔25a的第一帽25和在第二管道22的另一端上連接具有排出孔26a的第二帽26形成第一反應(yīng)組件23。供給管線81、91連接于第一帽25的注入孔25a和第一罐51之間，且第三供給管線83連接于注入孔25a和空氣壓縮機(jī)71之間。在示范性實(shí)施例中，第一供給管線81和第三供給管線83通過單一連接管線91結(jié)合，且通過連接管線91連接至第一帽25的注入孔25a。在本例中，連接管線91可以通過絕緣體36(下文中加以說明)和用于連接注入孔25a的第一管道21。第一通過孔21a形成于第一管道21中來允許連接管線91從其中通過。
氧化催化劑層24填充于第二管道22中，且用于加速液體燃料和空氣之間的氧化反應(yīng)來由此產(chǎn)生預(yù)定溫度的熱源。氧化催化劑層24包括提供于載體上的催化劑材料，催化劑材料諸如鉑(Pt)、銣(Ru)等，載體諸如片狀的氧化鋁(Al2O3)、氧化硅(SiO2)或氧化鈦(TiO2)等。
依據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的第二反應(yīng)組件27包括形成于第一管道21和第二管道22之間的空間中的重整催化劑層28。注入孔31a形成于第一管道21的一端上且排出孔32a形成于其另一端上。
注入孔31a形成為開口，通過該開口混和燃料(即，液體燃料和水)供給于第一管道21和第二管道22之間。排出孔32a是一開口，通過該開口由混和燃料的重整反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣從重整器20排出。
更具體地，通過在第一管道21的一端上連接具有注入孔31a的第三帽31和連接第四帽32形成第二反應(yīng)組件27，第四帽32具有排出孔32a且連接至第一管道21的另一端。第三帽31包括第二管道22通過的連接孔31b，且注入孔31a從連接孔31b放射狀地形成于第三帽31中來由此圍繞連接孔31b。第二供給管線82連接于注入孔31a與第一和第二罐51和53之間，且第四供給管線84連接于排出孔32a和堆體10的發(fā)電體11之間。發(fā)電體11將在以下更加詳細(xì)地描述。第四供給管線84通過絕緣體36來由此互連發(fā)電體11和排出孔32a，絕緣體36將在以下描述。
重整催化劑層28填充于第一管道21和第二管道22之間的空間，且用于加速混和燃料的重整反應(yīng)，即，加速混和燃料的分解反應(yīng)和一氧化碳的衰變反應(yīng)來由此從混和燃料產(chǎn)生氫氣。重整催化劑層28包括提供于載體上的催化劑材料，催化劑材料諸如銅(Cu)、鎳(Ni)或鉑(Pt)等，載體諸如片狀的氧化鋁(Al2O3)、氧化硅(SiO2)或氧化鈦(TiO2)等。
另外，第二反應(yīng)組件27可以包括水氣變換催化劑層29，水氣變換催化劑層29位于第一和第二管道21和22之間的空間中且緊密相鄰于重整催化劑層28。水氣變換催化劑層29通過水氣變換(water-gas shift，WGS)反應(yīng)減少氫氣中所含的一氧化碳的濃度。水氣變換催化劑層29可以設(shè)置于第四帽32的排出孔32a的附近，第四帽32位于混和燃料在通過第三帽31的注入孔31a注入后傳輸?shù)穆窂降淖钸h(yuǎn)端。因?yàn)槭紫韧ㄟ^重整催化劑層28，所以混和燃料以被轉(zhuǎn)化為氫氣的狀態(tài)到達(dá)水氣變換催化劑層29。水氣變換催化劑層29在載體上由催化劑材料形成，催化劑材料諸如銅(Cu)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、或鉻(Cr)等，載體諸如片狀的氧化鋁(Al2O3)、氧化硅(SiO2)或氧化鈦(TiO2)等。
為了優(yōu)化通過第一反應(yīng)組件23產(chǎn)生的熱能的使用效率，依據(jù)本示范性實(shí)施例的重整器20包括熱傳導(dǎo)單元33，其將熱能供給至第二反應(yīng)組件27。
熱傳導(dǎo)單元33包括第一通過構(gòu)件34，用于沿第一管道21的外周的方向傳輸已燃燒的氣體，已燃燒的氣體處于比較高的溫度且通過第二管道22的排出孔26a排出。熱傳導(dǎo)單元33還包括第二通過構(gòu)件35，用于傳輸遷移通過第一通過構(gòu)件34的熱能至供給至第一管道21的注入孔31a的混和燃料。
第一通過構(gòu)件34的一端連接至第二管道22的排出孔26a，即，至第二帽26的排出孔26a。第一通過構(gòu)件34為管狀且以線圈的結(jié)構(gòu)圍繞第一管道21的外周。第一通過構(gòu)件34的相對(duì)端通過絕緣體36，且延伸至絕緣體36的外部，絕緣體36將在以下描述。
每個(gè)第二通過構(gòu)件35的一端連接至各自的第一管道21的注入孔31a，即，連接至放射地形成于第三帽31的各個(gè)注入孔31a。在接觸第一通過構(gòu)件34的狀態(tài)中，第二通過構(gòu)件35也為管狀且以線圈的結(jié)構(gòu)圍繞第一管道21的外周。第二通過構(gòu)件35的相對(duì)端通過絕緣體36(下文加以說明)，且延伸至絕緣體46的外部以通過第二供給管線82連接至第一和第二罐51、53。
在如上述構(gòu)造的重整器20的運(yùn)行期間，第一反應(yīng)組件23中產(chǎn)生的熱能沒有完全傳導(dǎo)至第二反應(yīng)組件27，且可能被排出重整器20的外部。因此第二反應(yīng)組件27中的溫度不均勻，這導(dǎo)致反應(yīng)和熱效率降低。
在本發(fā)明的示范性實(shí)施例的重整器20中進(jìn)一步包括絕緣體36來克服該問題。即，絕緣體26防止第一反應(yīng)組件23中產(chǎn)生的熱能被排出重整器20。
絕緣體36包括圓柱形狀的管37，具有敞開的第一端和封閉的第二端。管37圍繞第一管道21和熱傳導(dǎo)單元33。絕緣體36還包括連接至管37的第一端的密封帽38來基本密封管37。
管37包括與第一管道21相鄰的內(nèi)壁37a，和外壁37b，外壁37b圍繞內(nèi)壁37a并與內(nèi)壁37a保持預(yù)定的間隙。真空可以形成于內(nèi)壁37a和外壁37b之間的間隙中。另外，內(nèi)壁37a和外壁37b由從包括陶瓷、不銹鋼、鋯、鋁和其混合物的組中選擇的一種材料制成。
密封帽38可以螺旋連接至管37的第一端，或利用密封帽38部分地且緊密地插入管37的結(jié)構(gòu)來連接至管37的第一端。將液體燃料和空氣供給入第二管道22的連接管線91通過密封帽38和第一管道22來與第二管道22的注入孔25a連接。另外，第二通過構(gòu)件35自管37內(nèi)的空間通過密封帽38且延伸至管37的外部，第二通過構(gòu)件35將混和的燃料供給至第一管道21和第二管道22之間的間隙。另外，第四供給管線84通過密封帽38用于與第一管道21的排出孔32a連接，第四供給管線84連接至堆體10的發(fā)電體11。另外，第一通過構(gòu)件34自管37內(nèi)的空間通過密封帽38且延伸至管37的外部，第一通過構(gòu)件34排出在第二管道22中產(chǎn)生的液體燃料和空氣的燃?xì)?。為了?shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)，在密封帽38中形成第二通過孔38a、第三通過孔38b、第四通過孔38c和第五通過孔38d，連接管線91通過第二通過孔38a用于與注入孔25a連接，第二通過構(gòu)件35通過第三通過孔38b用于延伸至管37的外部，第四供給管線84通過第四通過孔38c用于連接至排出孔32a，和第一通過構(gòu)件34通過第五通過孔38d用于延伸至管37的外部。
現(xiàn)參考圖1和5，堆體10包括至少一個(gè)發(fā)電體11，用于利用空氣中所含的氧通過由重整器20產(chǎn)生的氫氣的氧化/還原反應(yīng)產(chǎn)生電能。
每個(gè)發(fā)電體11(在多于一個(gè)的情況下)通過在兩個(gè)隔板16之間插入MEA 12形成最小的發(fā)電單元電池。在示范性實(shí)施例中，多個(gè)這樣的單元電池組合來形成層狀結(jié)構(gòu)的堆體10。壓合板13、13’安裝于多個(gè)發(fā)電體11的最外相對(duì)層。但是，在本發(fā)明中，可從該結(jié)構(gòu)省略壓合板13、13’且使用設(shè)置于發(fā)電體11的最外相對(duì)層的隔板16代替壓合板13。但是當(dāng)在結(jié)構(gòu)中包括壓合板13、13’時(shí)，它們可以具有除了將多個(gè)發(fā)電體11壓合在一起以外的功能。如在以下所述，壓合板13、13’可以起到使隔板16做得具有特定功能的作用。
陽極電極和陰極電極安裝于每個(gè)MEA 12的相對(duì)表面，且電解質(zhì)層設(shè)置于兩個(gè)電極之間。陽極電極實(shí)現(xiàn)氫氣的氧化反應(yīng)，且轉(zhuǎn)化的電子被向外吸引使得通過電子的流動(dòng)產(chǎn)生電流。通過該電流氫離子通過電解質(zhì)層遷移至陰極電極。陰極電極實(shí)現(xiàn)氫離子、電子和氧的還原反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為水。另外，電解質(zhì)層使得離子交換成為可能，其中在陽極電極中產(chǎn)生的氫離子遷移至陰極電極。
每個(gè)隔板16作為通路，MEA 12的氧化/還原反應(yīng)所需的氫氣和空氣通過該通路供給至陽極電極和陰極電極。每個(gè)隔板16還作為串聯(lián)連接相應(yīng)的陽極電極和陰極電極的導(dǎo)體。更具體地，每個(gè)隔板16在與陽極電極緊密接觸的MEA 12的表面上形成氫通路，用于將氫氣供給至陽極電極。每個(gè)隔板16提供流道17，其在與陰極電極緊密接觸的MEA 12的表面上形成通路，用于將空氣供給至陰極電極。
輸入壓合板13包括第一注入構(gòu)件13a和第二注入構(gòu)件13b，第一注入構(gòu)件13a用于將氫氣供給至隔板16的氫通路，第二注入構(gòu)件13b用于將空氣供給至隔板16的空氣通路。輸出壓合板13’包括第一排出構(gòu)件13c和第二排出構(gòu)件13d，第一排出構(gòu)件13c用于排出MEA 12的陽極電極中反應(yīng)后保留的氫氣，第二排出構(gòu)件13d用于排出MEA 12的陰極電極中由氫和氧的化合反應(yīng)產(chǎn)生的水和氫的反應(yīng)后保留的空氣。第一注入構(gòu)件13a與重整器20的第一管道21的排出孔32a通過第四供給管線84連接，且第二注入構(gòu)件13b與空氣壓縮機(jī)71通過第五供給管線85連接。在另一結(jié)構(gòu)中，第一排出構(gòu)件13c與重整器20的第二管道22的注入孔25a通過分開的管線(未顯示)連接。
現(xiàn)將描述燃料電池系統(tǒng)100的重整器20的組裝和總體運(yùn)行。
為了組裝重整器20，第一帽25連接至第二管道22的一端，然后將第二管道22設(shè)置于第一管道21內(nèi)。優(yōu)選地，執(zhí)行定位使得第二管道22和第一管道21的長軸基本彼此重疊。
然后，連接管線91被連接至第一罐51，且空氣壓縮機(jī)71通過第二通過孔38a然后在通過形成于第一管道21中的第一通過孔21a之后連接至第一帽25的注入孔25a。
隨后，第四帽32連接至第一管道21的一端，與第一注入構(gòu)件13a連接的第四供給管線84被連接至第四帽32的排出孔32a，處于第四供給管線84通過密封帽38的第四通過孔38c的狀態(tài)。
接著水氣變換催化劑層29和重整催化劑層28以這種順序填充在第一管道21和第二管道22之間的間隙中，且在第二管道22的另一端位于第三帽31的連接孔31b中的狀態(tài)下，第三帽31被連接至第一管道21的另一端。
接著以上，第二帽26連接至通過第三帽31的連接孔31b的第二管道22的該另一端，處于氧化催化劑層24填充第二管道22中的空間的狀態(tài)。
之后，第一通過構(gòu)件34的一端連接至第二帽26的排出孔26a，然后第一通過構(gòu)件34以線圈結(jié)構(gòu)圍繞第一管道21的外周，在其后第一通過構(gòu)件34的另一端通過密封帽38的第五通過孔38d。
然后每個(gè)第二通過構(gòu)件35的一端連接至第三帽31的各自的注入孔31a。然后，第二通過構(gòu)件35圍繞第一管道21的外周來由此接觸已經(jīng)以該方式設(shè)置于第一管道21上的第一通過構(gòu)件34。第二通過構(gòu)件35的另一端通過密封帽38的第三通過孔38b。
第一管道21(和如上述的與其連接的所有元件)設(shè)置于絕緣體36的管37內(nèi)。然后密封帽38與管37的一端連接來由此密封管37的內(nèi)部。
在重整器20的組裝完成的情況下，運(yùn)行燃料泵55使得將第一罐51中存儲(chǔ)的液體燃料通過第一供給管線81供給至第二管道22的內(nèi)部。同時(shí)，運(yùn)行空氣壓縮機(jī)71使得將空氣通過第三供給管線83供給至第二管道22的內(nèi)部。因此，通過第一供給管線81的液體燃料和通過第三供給管線83的空氣通過連接管線91以混和的狀態(tài)被注入第二管道22。
因此，液體燃料和空氣通過在第二管道22中的氧化催化劑層24來由此經(jīng)歷催化氧化反應(yīng)。液體燃料和空氣通過催化氧化反應(yīng)被燃燒來由此產(chǎn)生預(yù)定溫度的反應(yīng)熱。該反應(yīng)熱通過第二管道22被傳輸至第一管道21和第二管道22之間的間隙。
之后，比較高溫度且在第二管道22中產(chǎn)生的燃?xì)馔ㄟ^第一通過構(gòu)件34排出。第一通過構(gòu)件34被從其通過的燃?xì)獾臒峒訜嶂令A(yù)定的溫度。
在該狀態(tài)中，運(yùn)行燃料泵55使得在第一罐51中存儲(chǔ)的液體燃料和在第二罐53中存儲(chǔ)的水通過第二供給管線82被供給至第二通過構(gòu)件35。因?yàn)榈诙ㄟ^構(gòu)件35與如上所述被加熱至預(yù)定溫度的第一通過構(gòu)件34接觸，所以通過第二通過構(gòu)件35的液體燃料和水的混和燃料接收在第一通過構(gòu)件34中產(chǎn)生的熱?；旌腿剂弦虼吮辉撨^程預(yù)熱。
預(yù)熱的混和燃料被注入第一管道21和第二管道22之間的間隙，且通過形成于該間隙中的重整催化劑層28來由此吸收供給自第二管道22的熱能。在該過程期間，因?yàn)橹卣呋瘎?8，混和的燃料反應(yīng)發(fā)生于第一管道21和第二管道22之間的間隙來由此產(chǎn)生含有二氧化碳和氫的氫氣。此時(shí)，在第一和第二管道21和22間的間隙中產(chǎn)生作為副產(chǎn)物的含一氧化碳的氫氣。
隨后，氫氣通過水氣變換催化劑層29。因此，通過水氣變換催化反應(yīng)在第一管道21的排出孔32a的附近產(chǎn)生附加的氫氣，且該氫氣中的一氧化碳的濃度減少。
在以上的過程期間，在第二管道22的空間中產(chǎn)生的反應(yīng)熱被絕緣體36阻擋，且被防止放出至第二管道22的外部。即，在第一反應(yīng)組件23中產(chǎn)生的熱能傳輸至第二反應(yīng)組件27和傳輸至熱傳導(dǎo)單元33期間，熱能通過管37的內(nèi)壁37a經(jīng)受初始絕熱，然后通過管37的內(nèi)和外壁37a和37b之間的真空空間以及外壁37b自身經(jīng)受二級(jí)絕熱。因此，通過如此防止在第一反應(yīng)組件23中產(chǎn)生的熱能損失而提高了重整器20的反應(yīng)和熱效率。
之后，具有減少的一氧化碳濃度的氫氣通過第四供給管線84被供給至堆體10的第一注入構(gòu)件13a。同時(shí)，運(yùn)行空氣壓縮機(jī)71使得空氣通過第五供給管線85被供給至堆體10的第二注入構(gòu)件13b。
因此，將氫氣通過隔板16的氫通路供給至MEA 12的陽極電極。另外，將空氣通過隔板16的空氣通路供給至MEA 12的陰極電極。
因此，氫氣通過陽極電極中的氧化反應(yīng)被分解為電子和質(zhì)子(氫離子)。而且，質(zhì)子通過電解質(zhì)層流至陰極電極，而電子，不能流過電解質(zhì)層，改為通過隔板16流至相鄰的MEA 12的陰極電極。電子的流動(dòng)形成電流，這產(chǎn)生附加的熱和水。
圖6是依據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例的重整器的透視圖，且圖7是圖6的重整器的截面圖。
如上述的示范性實(shí)施例，依據(jù)該實(shí)施例的重整器120包括第一管道121和設(shè)置于第一管道121內(nèi)的第二管道122來由此形成兩個(gè)獨(dú)立的空間。另外，重整器120包括第一反應(yīng)組件123和第二反應(yīng)組件127，第一反應(yīng)組件123通過液體燃料和空氣之間的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能，第二反應(yīng)組件127利用熱能通過催化重整反應(yīng)從混和燃料產(chǎn)生氫氣，且減少氫氣中一氧化碳的濃度。
第一反應(yīng)組件123具有形成于第二管道122內(nèi)的氧化催化劑層124。注入孔125形成于第二管道122的一端且排出孔126形成于其另一端上。
注入孔125使得將液體燃料和空氣供給入第二管道122，而排出孔126允許從第二管道122的內(nèi)部排出燃?xì)?，燃?xì)馔ㄟ^液體燃料和空氣之間的氧化反應(yīng)產(chǎn)生。
另外，供給管線191連接至第二管道122的注入孔125來使得對(duì)其供給燃料和空氣。供給管線191通過第一管道121，用于與第二管道122的注入孔125連接。第一通過孔121a形成于第一管道121中來允許供給管線191通過第一管道121。
第二反應(yīng)組件127包括形成于第一管道121和第二管道122之間的空間中的重整催化劑層128。注入構(gòu)件131形成于第一管道121的一端上，而排出構(gòu)件132形成于其另一端上。
注入構(gòu)件131形成為開口，混和的燃料(即，液體燃料和水)通過該開口供給至第一管道121和第二管道122之間。排出構(gòu)件132是開口，通過該開口由混和燃料的催化重整反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣從重整器120排出。另外，允許排出氫氣的排出管線184連接至第一管道121的排出構(gòu)件132。
第二反應(yīng)組件127還包括水氣變換催化劑層129，水氣變換催化劑層129在第一和第二管道121和122之間的空間中且與重整催化劑層128緊密相鄰。水氣變換催化劑層129用于通過WGS反應(yīng)減少氫氣(由重整催化劑層128所產(chǎn)生)中所含的一氧化碳的濃度。
在該示范性實(shí)施例中，重整器120包括熱傳導(dǎo)單元133，其將由第一反應(yīng)組件123產(chǎn)生的熱能供給至第二反應(yīng)組件127和供給至被供給于第二反應(yīng)組件127的混和燃料。
熱傳導(dǎo)單元133包括第一通過構(gòu)件134和第二通過構(gòu)件135，第一通過構(gòu)件134與第二管道122的內(nèi)部連通且安裝接觸第一管道121的外周，第二通過構(gòu)件135與第一管道121和第二管道122之間的間隙連通且安裝接觸第一管道121的外周。
第一通過構(gòu)件134用于沿第一管道121的外周方向傳輸比較高溫度的燃?xì)?，所述燃?xì)馔ㄟ^第二管道122的排出孔126排出。
第二通過構(gòu)件135將燃?xì)獾臒崮軅鬏斨粱旌腿剂?，且將混和燃料通過第一管道121的注入構(gòu)件131供給至第一和第二管道121和122。
更具體地，第一通過構(gòu)件134和第二通過構(gòu)件135以線圈的結(jié)構(gòu)在第一管道121的外周形成并圍繞第一管道121。第一通過構(gòu)件134連接至形成于第二管道122的排出構(gòu)件126中的第二通過孔122a，且第二通過構(gòu)件135連接至形成于第二管道122的注入構(gòu)件131中的第三通過孔121b。在連接至第二通過孔122a和第三通過孔121b之后，第一通過構(gòu)件134和第二通過構(gòu)件135以交替的方式和上述的線圈的結(jié)構(gòu)分別圍繞第一管道121。
由于重整器120的運(yùn)行基本與前述實(shí)施例的運(yùn)行相同，所以沒有提供其詳細(xì)的描述。
在上述的本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)中，雙管道結(jié)構(gòu)用于重整器使得它能夠快速地傳輸系統(tǒng)中發(fā)生的各種燃料反應(yīng)所需的熱能。因此，系統(tǒng)的總體性能和熱效率被改善。這樣的雙管道結(jié)構(gòu)還允許重整器被做成小型的尺寸。
另外，使用一種結(jié)構(gòu)，其中供給至重整器的燃料可以在燃料電池系統(tǒng)的初始運(yùn)行期間被預(yù)熱。這進(jìn)一步增加了熱效率且還增強(qiáng)了運(yùn)行性能。
最后，提供有一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)絕熱重整反應(yīng)所需的熱能使得附加地提高了反應(yīng)和熱效率。
雖然結(jié)合某些示范性實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解本發(fā)明不限于所公開的示范性實(shí)施例，但是，相反，旨在覆蓋如所附的權(quán)利要求所界定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所包括的各種改進(jìn)和/或等價(jià)方案。
權(quán)利要求
1.一種用于燃料電池系統(tǒng)的重整器，包括管道組件，形成含氫燃料從中通過的獨(dú)立空間；其中，所述管道組件包括第一反應(yīng)組件，適于通過所述燃料的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能；和第二反應(yīng)組件，圍繞所述第一反應(yīng)組件，且適于利用所述熱能通過重整反應(yīng)從所述燃料產(chǎn)生氫氣。
2.如權(quán)利要求1所述的重整器，其中，所述管道組件還包括第一管道；和第二管道，所述第二管道的外周長小于所述第一管道的內(nèi)周長，其中，所述獨(dú)立空間分別形成于所述第二管道中和所述第一管道與所述第二管道之間，且其中，所述第一反應(yīng)組件包括形成于所述第二管道的內(nèi)部空間內(nèi)的氧化催化劑層，所述氧化催化劑層適于促進(jìn)氧化反應(yīng)。
3.如權(quán)利要求2所述的重整器，其中，所述第二反應(yīng)組件包括形成于所述第一管道和所述第二管道之間的空間中的重整催化劑層，所述重整催化劑層適于促進(jìn)重整反應(yīng)。
4.如權(quán)利要求2所述的重整器，其中，所述第二反應(yīng)組件包括重整催化劑層，形成于所述第一管道和所述第二管道之間的空間中，所述重整催化劑層通過催化重整反應(yīng)從所述燃料產(chǎn)生氫氣；和水氣變換催化劑層，減少所述氫氣中所含的一氧化碳的濃度。
5.一種用于燃料電池系統(tǒng)的重整器，包括管道組件，形成含氫燃料從中通過的獨(dú)立空間；其中，所述管道組件包括第一反應(yīng)組件，適于通過所述燃料的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能；第二反應(yīng)組件，圍繞所述第一反應(yīng)組件，適于利用所述熱能通過重整反應(yīng)從所述燃料產(chǎn)生氫氣；及熱傳導(dǎo)單元，適于將所述熱能傳輸給供給至所述第二反應(yīng)組件的燃料。
6.如權(quán)利要求5所述的重整器，其中，所述管道組件還包括第一管道；和第二管道，所述第二管道的外周長小于所述第一管道的內(nèi)周長，其中，所述獨(dú)立空間分別形成于所述第二管道中和所述第一管道與所述第二管道之間。
7.如權(quán)利要求6所述的重整器，其中，所述第一反應(yīng)組件包括形成于所述第二管道的內(nèi)部空間中且適于促進(jìn)氧化反應(yīng)的氧化催化劑層。
8.如權(quán)利要求7所述的重整器，其中，所述第二反應(yīng)組件包括形成于所述第一管道和第二管道之間的空間中的重整催化劑層，所述重整催化劑層適于促進(jìn)重整反應(yīng)。
9.如權(quán)利要求7所述的重整器，其中，所述第二反應(yīng)組件包括重整催化劑層，形成于所述第一管道和所述第二管道之間的空間中，所述重整催化劑層通過催化重整反應(yīng)從所述燃料產(chǎn)生氫氣；和水氣變換催化劑層，減少所述氫氣中所含的一氧化碳的濃度。
10.如權(quán)利要求6所述的重整器，其中，所述熱傳導(dǎo)單元包括第一通過構(gòu)件，以線圈的結(jié)構(gòu)圍繞所述第一管道的外周，且與所述第二管道中的內(nèi)部空間連通；和至少一個(gè)第二通過構(gòu)件，圍繞所述第一管道的所述外周，處于與所述第一通過構(gòu)件接觸的狀態(tài)，且與所述第一管道和第二管道之間的空間相聯(lián)。
11.一種用于燃料電池系統(tǒng)的重整器，包括由第一管道和第二管道形成的管道組件，所述第二管道的外周長小于所述第一管道的內(nèi)周長，獨(dú)立空間分別形成于所述第二管道中和所述第一管道與所述第二管道之間，所述管道組件包括第一反應(yīng)組件，具有適于通過含氫燃料的氧化反應(yīng)產(chǎn)生預(yù)定的熱能的氧化催化劑層，所述氧化催化劑層形成于所述第二管道的內(nèi)部空間中；第二反應(yīng)組件，具有適于利用所述熱能通過重整反應(yīng)從所述燃料產(chǎn)生氫氣的重整催化劑層，所述重整催化劑層形成于所述第一管道和所述第二管道之間的空間中；和熱傳導(dǎo)單元，適于將所述熱能傳導(dǎo)至供給至所述第二反應(yīng)組件的燃料。
12.如權(quán)利要求11所述的重整器，其中，所述第一反應(yīng)組件包括在所述第二管道的一端上具有注入孔的第一帽；和在所述第二管道的另一端上具有排出孔的第二帽，且所述第二反應(yīng)組件包括在所述第一管道的一端上具有注入孔的第三帽；和在所述第一管道的另一端上具有排出孔的第四帽。
13.如權(quán)利要求12所述的重整器，其中，所述第三帽包括連接孔，所述第二管道通過所述連接孔；和注入孔，從所述連接孔放射狀地形成于所述第三帽中來由此圍繞所述連接孔。
14.如權(quán)利要求12所述的重整器，其中，所述熱傳導(dǎo)單元包括第一通過構(gòu)件，以線圈的結(jié)構(gòu)圍繞所述第一管道的外周，且連接至所述第二帽的所述排出孔；和至少一個(gè)第二通過構(gòu)件，圍繞所述第一管道的外周，處于與所述第一通過構(gòu)件接觸的狀態(tài)，且連接至所述第三帽的所述注入孔。
15.如權(quán)利要求12所述的重整器，其中，所述第二反應(yīng)組件包括形成于所述第一管道與所述第二管道間的空間中的水氣變換催化劑層，所述水氣變換催化劑層適于減少所述氫氣中的一氧化碳的濃度，所述水氣變換催化劑層相鄰所述重整催化劑層形成于所述第四帽的所述排出孔的附近。
16.如權(quán)利要求11所述的重整器，其中，每個(gè)所述第一管道和所述第二管道基本形成為圓柱管道，且由選自不銹鋼、鋁、銅和鐵的導(dǎo)電材料制成。
17.如權(quán)利要求11所述的重整器，還包括絕緣體，所述絕緣體完全包圍所述第一和第二反應(yīng)組件。
18.如權(quán)利要求17所述的重整器，其中，所述絕緣體包括內(nèi)壁；和外壁，圍繞所述內(nèi)壁且與所述內(nèi)壁保持預(yù)定間隙，且其中，真空形成于所述內(nèi)壁和所述外壁之間的間隙。
19.如權(quán)利要求18所述的重整器，其中，所述內(nèi)壁和所述外壁由選自陶瓷、不銹鋼、鋯、鋁和其混合物的一種材料制成。
20.如權(quán)利要求17所述的重整器，其中，所述絕緣體包括圓柱管，具有敞開的第一端和封閉的第二端，和密封帽，與所述管的所述第一端連接。
21.一種用于燃料電池系統(tǒng)的重整器，包括由第一管道和第二管道形成的管道組件，所述第二管道的外周長小于所述第一管道的內(nèi)周長，獨(dú)立空間分別形成于所述第二管道中和所述第一管道與第二管道之間，所述管道組件包括第一反應(yīng)組件，具有適于通過含氫燃料的氧化反應(yīng)產(chǎn)生預(yù)定的熱能的氧化催化劑層，所述氧化催化劑層形成在所述第二管道的內(nèi)部空間中；第二反應(yīng)組件，包括適于利用所述熱能通過重整反應(yīng)從所述燃料產(chǎn)生氫氣的重整催化劑層，所述重整催化劑層形成于所述第一管道與所述第二管道之間的空間中；和熱傳導(dǎo)單元，適于將所述熱能傳導(dǎo)至供給至所述第二反應(yīng)組件的燃料，其中，所述熱傳導(dǎo)單元包括第一通過構(gòu)件，以線圈的結(jié)構(gòu)圍繞所述第一管道的外周，且與所述第二管道中的空間相聯(lián)；和至少一個(gè)第二通過構(gòu)件，以與所述第一通過構(gòu)件交替的方式以線圈的結(jié)構(gòu)圍繞所述第一管道的所述外周且接觸所述第一通過構(gòu)件，所述至少一個(gè)第二通過構(gòu)件與所述第一管道和所述第二管道之間的空間相聯(lián)。
22.如權(quán)利要求21所述的重整器，其中，所述第一通過構(gòu)件連接至形成于所述第二管道的排出構(gòu)件中的通過孔。
23.如權(quán)利要求21所述的重整器，其中，所述至少一個(gè)第二通過構(gòu)件連接至形成于所述第一管道的注入構(gòu)件中的通過孔。
24.一種燃料電池系統(tǒng)，包括重整器，適于利用熱能通過化學(xué)催化反應(yīng)從含氫燃料產(chǎn)生氫氣；和至少一個(gè)發(fā)電體，適于通過所述氫氣與氧的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，其中，所述重整器包括管道組件，所述管道組件具有第一反應(yīng)組件，適于通過所述燃料的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能；和第二反應(yīng)組件，圍繞所述第一反應(yīng)組件，且適于利用所述熱能通過重整反應(yīng)從所述燃料產(chǎn)生氫氣。
25.如權(quán)利要求24所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述重整器包括第一管道；和第二管道，所述第二管道的外周長小于所述第一管道的內(nèi)周長，獨(dú)立空間分別形成于所述第二管道中和所述第一管道與所述第二管道之間。
26.如權(quán)利要求25所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第一反應(yīng)組件包括氧化催化劑層，所述氧化催化劑層形成于所述第二管道的內(nèi)部空間內(nèi)，所述氧化催化劑層適于促進(jìn)氧化反應(yīng)。
27.如權(quán)利要求26所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第二反應(yīng)組件包括重整催化劑層，所述重整催化劑層形成于所述第一管道與所述第二管道之間的空間中，所述重整催化劑層適于促進(jìn)重整反應(yīng)。
28.如權(quán)利要求25所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第二反應(yīng)組件包括重整催化劑層，形成于所述第一管道和所述第二管道之間的空間中，所述重整催化劑層適于促進(jìn)重整反應(yīng)；和水氣變換催化劑層，減少所述氫氣中所含的一氧化碳的濃度。
29.一種燃料電池系統(tǒng)，包括重整器，適于利用熱能通過化學(xué)催化反應(yīng)從含氫燃料產(chǎn)生氫氣；和至少一個(gè)發(fā)電體，適于通過所述氫氣與氧的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，其中，所述重整器包括管道組件，所述管道組件具有第一反應(yīng)組件，適于通過所述燃料的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能；第二反應(yīng)組件，圍繞所述第一反應(yīng)組件，且適于利用所述熱能通過重整反應(yīng)從所述燃料產(chǎn)生氫氣；和熱傳導(dǎo)單元，適于將所述熱能傳導(dǎo)給供給至所述第二反應(yīng)組件的燃料。
30.如權(quán)利要求29所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述重整器還包括第一管道；和第二管道，所述第二管道的外周長小于所述第一管道的內(nèi)周長，獨(dú)立空間分別形成于所述第二管道中和所述第一管道與所述第二管道之間，其中，所述第一反應(yīng)組件包括氧化催化劑層，所述氧化催化劑層形成于所述第二管道的內(nèi)部空間內(nèi)，所述氧化催化劑層適于促進(jìn)氧化反應(yīng)。
31.如權(quán)利要求30所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第二反應(yīng)組件包括重整催化劑層，所述重整催化劑層形成于所述第一管道與所述第二管道之間的空間中，所述重整催化劑層適于促進(jìn)重整反應(yīng)。
32.如權(quán)利要求30所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第二反應(yīng)組件包括重整催化劑層，形成于所述第一管道和第二管道之間的空間中，所述重整催化劑層適于促進(jìn)重整反應(yīng)；和水氣變換催化劑層，減少所述氫氣中所含的一氧化碳的濃度。
33.如權(quán)利要求30所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述熱傳導(dǎo)單元包括第一通過構(gòu)件，以線圈的結(jié)構(gòu)圍繞所述第一管道的外周，且與所述第二管道的內(nèi)部空間相聯(lián)；和至少一個(gè)第二通過構(gòu)件，在與所述第一通過構(gòu)件接觸的狀態(tài)下以線圈的結(jié)構(gòu)圍繞所述第一管道的外周，所述至少一個(gè)第二通過構(gòu)件與所述第一管道和所述第二管道之間的空間相聯(lián)。
34.如權(quán)利要求30所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第一反應(yīng)組件包括在所述第二管道的一端上具有注入孔的第一帽；和在所述第二管道的另一端上具有排出孔的第二帽，且所述第二反應(yīng)組件包括在所述第一管道的一端上具有注入孔的第三帽；在所述第一管道的另一端上具有排出孔的第四帽。
35.如權(quán)利要求34所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述熱傳導(dǎo)單元包括第一通過構(gòu)件，以線圈的結(jié)構(gòu)圍繞所述第一管道的外周，且連接至所述第二帽的所述排出孔；和至少一個(gè)第二通過構(gòu)件，在與所述第一通過構(gòu)件接觸的狀態(tài)下圍繞所述第一管道的所述外周，且連接至所述第三帽的所述注入孔。
36.如權(quán)利要求29所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括絕緣體，所述絕緣體完全包圍所述第一和第二反應(yīng)組件。
37.如權(quán)利要求36所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述絕緣體包括內(nèi)壁和圍繞所述內(nèi)壁且與所述內(nèi)壁保持預(yù)定間隙的外壁，真空能夠形成于所述內(nèi)壁和所述外壁之間的間隙中。
38.如權(quán)利要求37所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述絕緣體包括具有敞開的第一端和封閉的第二端的圓柱管，和與所述管的第一端連接的密封帽。
39.如權(quán)利要求30所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括適于將燃料供給至所述重整器的燃料供給組件，所述燃料供給組件包括第一罐，適于存儲(chǔ)含氫燃料；第二罐，適于存儲(chǔ)水；和燃料泵，連接至所述第一罐和所述第二罐。
40.如權(quán)利要求39所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第一罐與所述第二管道通過第一供給管線互連，
41.如權(quán)利要求40所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第一罐和所述第二罐通過第二供給管線連接至所述第一管道。
42.如權(quán)利要求30所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括氧供給組件，適于將氧供給至所述重整器；和至少一個(gè)發(fā)電體，其中所述氧供給組件包括空氣壓縮機(jī)。
43.如權(quán)利要求42所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述空氣壓縮機(jī)與所述第二管道通過第三供給管線互連。
44.如權(quán)利要求43所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第一管道和所述至少一個(gè)發(fā)電體通過第四供給管線互連。
45.如權(quán)利要求44所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)發(fā)電體和所述空氣壓縮機(jī)通過第五供給管線互連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于燃料電池系統(tǒng)的重整器和使用其的燃料電池系統(tǒng)。該重整器具有至少一雙管道結(jié)構(gòu)，其形成含氫燃料通過的獨(dú)立空間。該重整器包括第一反應(yīng)組件和第二反應(yīng)組件，第一反應(yīng)組件通過燃料的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能，第二反應(yīng)組件利用熱能通過重整反應(yīng)從燃料產(chǎn)生氫氣。該重整器還包括第一管道和第二管道，第二管道的周長顯著地小于第一管道的周長來由此允許設(shè)置第二管道于第一管道內(nèi)。氧化催化劑層形成于第二管道中，且重整催化劑層形成于第一管道和第二管道之間。
文檔編號(hào)C10J1/207GK1716674SQ20051008210
公開日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2005年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月29日
發(fā)明者金周龍, 權(quán)鎬真, 殷瑩讃, 曹誠庸, 安圣鎮(zhèn) 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社