專利名稱：蒸發(fā)器和具有該蒸發(fā)器的燃料重整器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蒸發(fā)器和包括該蒸發(fā)器的燃料重整器。
背景技術(shù)：
燃料重整器是一種重整燃料并產(chǎn)生富氬氣體的設(shè)備。該燃料重整器可與 燃料電池(其為一種能夠通過氫和氧的電化學(xué)反應(yīng)直接產(chǎn)生電能的清潔能源 產(chǎn)生設(shè)備)等一同使用。
燃料重整器大體上包括熱源和重整反應(yīng)器。熱源向重整反應(yīng)器供應(yīng)必需 的熱，重整反應(yīng)器重整燃料并產(chǎn)生富氫氣體。重整反應(yīng)器能夠利用流重整
(stream reforming )方案、自動熱重整方案、部分氧化方案或其組合來產(chǎn)生 富氫氣體。
此外，燃料重整器可進一步包括用于提高燃料效率和設(shè)備性能的蒸發(fā) 器。在這種情況下，蒸發(fā)器將從外部流入該蒸發(fā)器的液相燃料蒸發(fā)，并將該 燃料(也就是，從液相燃料蒸發(fā)的氣相流體)供應(yīng)到反應(yīng)重整器。
也就是，當液相燃料或水利用流重整方案流入重整反應(yīng)器中時，燃料重 整器的性能因不均勻的重整反應(yīng)而被顯著降低。換句話說，由于液相水的體 積因蒸發(fā)而增大到每1立方厘米(cc) 22.4升(L),因此，當液相水流入 重整反應(yīng)器中時，流重整反應(yīng)是不均勻的，使得產(chǎn)生的氣體發(fā)生波動。為了 減輕或防止該問題，現(xiàn)有的蒸發(fā)器包括與燃料重整器的體積相比相對較長的 通道，以蒸發(fā)/人外部流入的液相燃料和水。
因此，現(xiàn)有的蒸發(fā)器因較長的通道結(jié)構(gòu)而具有較大的體積。此外，在小 型蒸發(fā)器的情況下，該蒸發(fā)器因較長的通道結(jié)構(gòu)而具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致難 以制造。另外，擁有較大體積的燃料重整器具有較長的預(yù)熱時間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例的一方面致力于一種蒸發(fā)器，其能夠減少(或防止)液相 流體的排放，均勻地控制氣相流體的排放量，和/或形成為較小尺寸。
本發(fā)明實施例的另一方面致力于一種燃料重整器，其包括上述能夠減少 (或防止)液相流體的排放、均勻地控制氣相流體的排放量、和/或形成為 較小尺寸的蒸發(fā)器。
本發(fā)明的一實施例提供一種燃料重整器的蒸發(fā)器。該蒸發(fā)器包括環(huán)壁、
底壁、蒸發(fā)室和屏障。所述底壁具有延伸穿過該底壁的出口。所述蒸發(fā)室用 于接納液相流體，并由所述環(huán)壁和所述底壁限定。所述屏障被配置為從所述
底壁沿伸出并伸至所述蒸發(fā)室，且用于阻擋液相流體通過所述出口排;故，并 允許氣相流體通過所述出口排放。
在蒸發(fā)器的一個實施例中，所述屏障位于所述出口的周邊。
在蒸發(fā)器的一個實施例中，所述底壁沿第一方向與所述環(huán)壁分隔開第一 距離，所述屏障沿所述第一方向從所述底壁伸出第二距離，該第二距離小于 所述第一距離。在此，第二距離為第一距離的約25%與約75%之間。
在蒸發(fā)器的一個實施例中，蒸發(fā)室包括第一級蒸發(fā)室和第二級蒸發(fā)室。 在此，蒸發(fā)器還可包括位于底壁和環(huán)壁之間的中間壁，該中間壁將第一級蒸 發(fā)室和第二級蒸發(fā)室分隔開，并具有延伸穿過中間壁的通路。蒸發(fā)器還可包 括從中間壁延伸并伸至第一級蒸發(fā)室中的另一屏障。底壁可沿第一方向與中 間壁分隔開第一距離，屏障可沿第一方向上從底壁伸出第二距離，第二距離 小于第一距離。另外，蒸發(fā)器可進一步包括用于供應(yīng)熱的熱源，以在所述第 一級蒸發(fā)室和所述第二級蒸發(fā)室的至少之一 中蒸發(fā)液體。
在蒸發(fā)器的 一個實施例中，所述屏障由與所述底壁的材料相同的材料構(gòu)成。
在蒸發(fā)器的 一 個實施例中，所述屏障由與所述底壁的材料不同的材料構(gòu)成。
6在蒸發(fā)器的 一個實施例中，所述屏障為用于阻擋液相流體從所述底壁的 第一區(qū)域流到所述底壁的第二區(qū)域的液體阻擋檻，所述出口位于所述底壁的 所述第二區(qū)域。
在蒸發(fā)器的一個實施例中，所述屏障為穿過所述出口并從所述底壁向所 述環(huán)壁伸出的管道。蒸發(fā)器可進一步包括位于所述管道的輸入端或輸出端的
才冊網(wǎng)。在此，所述柵網(wǎng)的4冊網(wǎng)尺寸在約200網(wǎng)格每平方英寸(cpsi)與約1000 cpsi之間。
本發(fā)明的另 一 實施例提供一種燃料重整器。該重整器包括重整反應(yīng)器、 蒸發(fā)器和熱源。所述蒸發(fā)器用于將燃料和水蒸發(fā)成氣相流體并將該氣相流體 供應(yīng)到所述重整反應(yīng)器。熱源被疊放于蒸發(fā)器和重整反應(yīng)器之間，用于向所 述蒸發(fā)器和所述重整反應(yīng)器供應(yīng)熱。在此，蒸發(fā)器包括蒸發(fā)室和屏障。所述
蒸發(fā)室用于容納液相流體并由底壁限定，該底壁位于蒸發(fā)室和氧化反應(yīng)器之 間且具有延伸穿過該底壁的開口 。屏障被配置為從底壁延伸出并伸至蒸發(fā)室 中，并用于阻擋液相流體通過所述開口排;故，并允許氣相流體通過所述開口排放。
在燃料重整器的一個實施例中，熱源包括氧化反應(yīng)器。 在燃料重整器的一個實施例中，所述蒸發(fā)室具有曲折形通道，該通道在
位于所述蒸發(fā)器一側(cè)并用于將所述燃料和水供應(yīng)到該蒸發(fā)室中的入口和位
于所述蒸發(fā)器另 一側(cè)的所述開口之間延伸。
在一個實施例中，燃料重整器進一步包括分配器，該分配器用于將空氣
分配給所述氧化反應(yīng)器，并被疊放在該氧化反應(yīng)器和所述蒸發(fā)器之間。
在一個實施例中，燃料重整器進一步包括蓋。在此，所述底壁沿第一方
向與所述蓋分隔開第一距離，并且所述屏障沿所述第一方向從所述底壁伸出
第二距離，該第二距離小于所述第一距離。
在燃料重整器的一個實施例中，所述屏障為穿過所述開口并從所述底壁 伸出并伸至所述蒸發(fā)室中的管道，并且該管道包括卡爪，該卡爪突出到所述 底壁的面向所述蒸發(fā)室的表面上，以與所述底壁的該表面一起支撐所述管道。在燃料重整器的一個實施例中，所述底壁具有多個開口，多個屏障分別 位于多個開口的周邊。在燃料重整器的一個實施例中，蒸發(fā)器、熱源和重整反應(yīng)器分別由第一 板、第二板和第三板構(gòu)成，所述第一板、第二板和第三板疊放在一起形成反應(yīng)板堆。通過以下詳細的描述，將使本領(lǐng)域技術(shù)人員更完整地理解所述蒸發(fā)器和 具有該蒸發(fā)器的燃料重整器。首先簡要描述所參照的附圖。


附圖與申請文件 一 同圖示說明本發(fā)明的示例性實施例，并與說明書 一 同 用于闡釋本發(fā)明的原理。圖l是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的蒸發(fā)器的截面示意圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的蒸發(fā)器的截面示意圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的蒸發(fā)器的截面示意圖； 圖4A是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的蒸發(fā)器的截面示意圖； 圖4B是圖4A的蒸發(fā)器的特定部件的平面示意圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的燃料重整器的分解透視示意圖； 圖6是圖5的燃料重整器在疊放狀態(tài)下的水平截面示意圖； 圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的燃料重整器的水平截面示意圖；并且 圖8是示出根據(jù)本發(fā)明實施例和比較示例的燃料重整器的氫排放量的 曲線圖。
具體實施方式
在以下詳細描述中，通過圖解方式，僅展示和描述本發(fā)明的特定示例性 實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可意識到，本發(fā)明可實施為多種不同形式，且不應(yīng) 限于在此提出的實施例。同樣，在本發(fā)明的文本中，當一元件被提及為在另8一個元件"上，，時，該元件可以直接在另一個元件上，或者借助于插入在二 者之間的一個或多個中間元件而間接地在另 一個元件上。在整個說明書中， 相同的附圖標記表示相同的元件。在以下描述中，術(shù)語"氣相，，指流體的狀態(tài)，在該狀態(tài)下，分子由于其 間的間距和較弱的鍵合力而自由移動，使得流體不具有設(shè)定(或預(yù)定)形式 和體積，并趨向于充滿容器。氣相流體的密度小于液相或固相流體的密度， 并且氣相流體由于壓力的增大或減小而能夠容易地改變其體積。此外，氣相 流體能夠被容易地壓縮或熱膨脹。圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的蒸發(fā)器IO的截面示意圖。參見圖1,蒸發(fā)器包括由壁裝置形成的蒸發(fā)室112。在形成蒸發(fā)室112 的壁裝置的各個壁中，位于蒸發(fā)室112的沿重力方向(y方向)的下側(cè)的一 個壁被稱為底壁llld，除底壁11ld之外的其它壁被稱為環(huán)壁，其中位于蒸 發(fā)室112的沿重力方向的上側(cè)的環(huán)壁被稱為上環(huán)壁lllc，其它環(huán)壁被稱為側(cè) 環(huán)壁，例如llla和lllb。進一步，蒸發(fā)器10包括形成在環(huán)壁llla中的入 口 13和形成在底壁llld中的出口 14。具有i殳定(或預(yù)定)壓力的液相流體,人外部流動通過入口 13，這些液 相流體的大部分在蒸發(fā)室112中被蒸發(fā)以通過出口 14排放。這里，氣相流 體可與液相流體一起流動通過入口 13。所述流體可以是例如水、燃料、或 水和燃料的混合物。進一步，所述燃料可以是例如液化石油氣(LPG)、石 油、曱醇、乙醇、生物燃料(biomass)，等。在本實施例中， 一些液相流體16沒有4皮蒸發(fā)并殘留在蒸發(fā)室112中， 但是這些液相流體被屏障15阻擋而無法通過出口 14排放。屏障15用于阻擋(或防止)未蒸發(fā)的液相流體16從蒸發(fā)室112流出至 外部。本實施例的屏障15與底壁llld形成為一體。屏障15從底壁llld突 出(或伸出)。也就是，屏障15從蒸發(fā)室112的底表面伸出至該蒸發(fā)室的 內(nèi)部空間，并在出口 14處形成具有從蒸發(fā)室112的底表面延伸并伸至蒸發(fā) 室112中的設(shè)定(或預(yù)定)高度的檻(或壁)。用于4妄納液相流體16,并由環(huán)壁 和底壁llld限定。屏障15由從底壁llld伸出并伸至蒸發(fā)室112中的液體 阻擋檻(或阻擋壁)構(gòu)成，并用于阻擋液相流體16通過出口 14排放，而允 許氣相流體通過出口 14排;故。這里，液體阻擋搵用于阻擋液相流體16/人底 壁llld的第一區(qū)域流動到底壁llld的第二區(qū)域，出口 14位于底壁llld的 第二區(qū)域。圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的蒸發(fā)器10a的截面示意圖。參見圖2,蒸發(fā)器10a包括兩級蒸發(fā)室結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有比圖1的蒸發(fā) 器IO更長的流場，使得從外部流入的液相流體16進行充分的熱交換，從而 以蒸汽狀態(tài)排放。蒸發(fā)室的兩級結(jié)構(gòu)是一個示例，本發(fā)明不限于此。也就是， 例如，本實施例的蒸發(fā)器10a可以具有至少三級蒸發(fā)室結(jié)構(gòu)。在形成兩級蒸氣室結(jié)構(gòu)的各個壁中，位于第一級蒸發(fā)室212a的沿重力 方向(y方向)的下側(cè)的壁被稱為中間壁211e，位于第二級蒸發(fā)室212b下 側(cè)的另一壁^皮稱為底壁211d。除了中間壁211e和底壁211d之外的其它壁尋皮 稱,為環(huán)壁，其中位于第一級蒸發(fā)室212a的沿重力方向的上側(cè)的環(huán)壁被稱為 上環(huán)壁211c，其它環(huán)壁凈皮稱為側(cè)環(huán)壁，例如211a和211b。此外，蒸發(fā)器10a包括形成在蒸發(fā)器10a—側(cè)的環(huán)壁211a中的入口 13、 形成在中間壁211e中的通^各14a、和形成在底壁21 ld中的出口 14b。此外，蒸發(fā)器10a可包括與底壁211d的外表面相連的熱源230。熱源230供應(yīng)用于蒸發(fā)蒸發(fā)室212a和212b中的流體所必需的熱。熱源 230包括形成燃燒室231的主體232和提供在燃燒室231中的氧化催化劑 234。主體232的一側(cè)可被-提供有用于引入燃料和空氣的入口 236，主體232 的另一側(cè)可被提供有用于排放燃料和空氣的出口 238。以i殳定(或預(yù)定)壓力從外部流入第一級蒸發(fā)室212a的一些液相流體 在第一級蒸發(fā)室212a中被蒸發(fā)。蒸發(fā)的流體和一些液相流體通過通路14a 供應(yīng)(或移動)到第二級蒸發(fā)室212b中。 一些液相流體在第二級蒸發(fā)室212b 中被蒸發(fā)。之后，蒸發(fā)的流體通過出口 14b排放。在此， 一些液相流體16沒有被蒸發(fā)并殘留在第二級蒸發(fā)室212b中，但是這些流體被屏障15a阻擋 而無法流動通過出口 14b。在本實施例中，屏障15a在出口 14b處形成檻(或壁)，該檻具有從第 二級蒸發(fā)室212b的底表面延伸并伸至第二級蒸發(fā)室212b中的設(shè)定(或預(yù)定) 高度，使得存在于第二級蒸發(fā)室212b中的液相流體不會通過出口 14b排放。 在此，在一個實施例中，屏障15a可由與壁裝置相同的材料或與壁裝置不同 的材料獨立地制成，并能夠被固定到底壁211d的一個表面上。而且，在本實施例中，另一屏障15b可被提供在蒸發(fā)器10a的中間壁 211e上。在這種情況下，另一屏障15b在中間壁21 le的一個表面與通路14a 之間形成具有特定高度的壁，使得存在于第一級蒸發(fā)室212a中的液相流體 不會通過通3各14a排》丈。在本實施例的蒸發(fā)器10a中，氣相流體的流出量是均勻的，且液相流體 的排放能夠被阻擋(或防止)。因此，在相同的流出量下，本實施例的蒸發(fā) 器可具有比現(xiàn)有蒸發(fā)器小的體積。此外，蒸發(fā)器的背壓能夠因體積的減小而 降低到約1/2與約2/5之間，使得用于向蒸發(fā)器供應(yīng)液相流體的流體供應(yīng)設(shè) 備(例如泵)的功耗能夠被降低。作為示例，現(xiàn)存的蒸發(fā)器可包括用于流重整方案中的重整器的具有多級 盤結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)器。這種蒸發(fā)器具有的室結(jié)構(gòu)具有至少200 cc或更大的體積和 至少八級，以獲得希望的熱效率和性能。在此，作為希望的性能之一，假設(shè) 由現(xiàn)有蒸發(fā)器的重整器產(chǎn)生的氫氣的流速為約5cc/min?，F(xiàn)有蒸發(fā)器的體積 與本實施例的蒸發(fā)器的體積相比相對較大。因此，當現(xiàn)有蒸發(fā)器被預(yù)熱時， 加熱面積很大，所以其預(yù)熱時間長且其背壓高。例如，現(xiàn)有蒸發(fā)器的背壓可 能在約10 kPa與約20 kPa之間。然而，在本實施例的蒸發(fā)器中液相流體的排放凈皮減少(或防止)，從而 可以實質(zhì)上減小蒸發(fā)器的體積和提高蒸發(fā)器的性能。例如，具有八級室結(jié)構(gòu) 的現(xiàn)有蒸發(fā)器可被改變?yōu)榫哂辛壔蛩募壥医Y(jié)構(gòu)的蒸發(fā)器。換句話說，本實 施例的蒸發(fā)器能夠具有與前述現(xiàn)有蒸發(fā)器相同的性能，但是本實施例的蒸發(fā)ii器的體積例如從約200 cc減小到約100 cc,蒸發(fā)器的背壓例如乂人約10 kPa 與約20 kPa之間降低到約5 kPa與約8 kPa之間，從而提高包括本實施例的 蒸發(fā)器的燃料重整器的效率和性能。此外，引入的水的蒸發(fā)特性被提高，使 得水與引入到重整反應(yīng)器中的燃料(例如，LPG )的混合能夠更均勻地進行。 例如，蒸汽/碳的比例從4或更大減小到3或更小，從而進一步提高燃料重 整器的效率和性能。圖3是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的蒸發(fā)器10b的截面示意圖。參見圖3,蒸發(fā)器10b包括由壁裝置形成的蒸發(fā)室312。在形成蒸發(fā)室 312的壁裝置的各個壁中，位于蒸發(fā)室312的沿重力方向(y方向)的下側(cè) 的壁被稱為底壁311d,除了底壁311d之外的其它壁凈皮稱為環(huán)壁，其中位于 蒸發(fā)室312的沿重力方向的上側(cè)的環(huán)壁被稱為上環(huán)壁311c，其它環(huán)壁被稱為 側(cè)環(huán)壁，例如311a和311b。此外，蒸發(fā)器10b包括形成在環(huán)壁311a中的入 口 13和形成在底壁311d中的開口部14c。此外，蒸發(fā)器10b包括插入開口部14c中的屏障20，使得該屏障具有 從底壁311d (即，蒸發(fā)室312的底表面)到蒸發(fā)室312內(nèi)部的設(shè)定(或預(yù) 定)高度。屏障20可由具有設(shè)定(或預(yù)定)高度的管道(或中空管道)形 成，該管道具有用作蒸發(fā)室312出口的中空部22。在本實施例中，流動通過入口 13的大部分液相流體在蒸發(fā)室312中祐: 從外部熱源供應(yīng)的熱蒸發(fā)以通過出口排;改。在此，流動通過入口 13的一些 液相流體可能沒有被蒸發(fā)并駐留在蒸發(fā)室312中。然而，在本實施例中，駐 留在蒸發(fā)室312中的大部分液相流體16^皮在開口部14c處形成壁(或管道 壁)的屏障20阻擋而無法排放到外部，所述壁具有從蒸發(fā)室312的底表面 延伸并伸至蒸發(fā)室312中的設(shè)定(或預(yù)定)高度。屏障20的突出高度Hl被配置(或設(shè)計)為約25%與約75%之間的底 壁311d與上環(huán)壁311c之間的距離(或高度)H2。在此，屏障20的突出高 度Hl表示從底壁311d到蒸發(fā)室312內(nèi)部的高度。在一個實施例中，當屏 障20的突出高度H1小于約25%時，存在于蒸發(fā)室312底表面上的大量液相流體16能夠溢過屏障的突出高度H1，并被排放到中空部22。在另一實 施例中，當屏障20的突出高度Hl大于約75%時，用于從外部供應(yīng)液相流 體的流體供應(yīng)設(shè)備的功耗因蒸發(fā)室312中壓力的增大而顯著上升。在此，所 述液體供應(yīng)設(shè)備可包括液泵等。圖4A是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的蒸發(fā)器10c的截面示意圖。圖4B是 圖4A的蒸發(fā)器10c的特定部件的平面示意圖。參見圖4A,蒸發(fā)器10c包括由壁裝置形成的蒸發(fā)室412和從壁裝置的 底壁411d突出到蒸發(fā)室412內(nèi)部的屏障20a。壁裝置包括位于蒸發(fā)室412的沿重力方向(y方向)的下側(cè)的底壁411d 以及其它環(huán)壁，位于蒸發(fā)室412的沿重力方向的上側(cè)的環(huán)壁被稱為上環(huán)壁 411c，其它環(huán)壁^t稱為側(cè)環(huán)壁，例如411a和411b。側(cè)環(huán)壁411a纟皮提供有入 口 13。底壁411d被提供有開口部14c。屏障20a穿過開口部14c,且一端從底壁411d的一個表面(即，從蒸發(fā) 室412的底表面)突出到蒸發(fā)室412內(nèi)部設(shè)定(或預(yù)定)高度。屏障20a可 由具有設(shè)定(或預(yù)定)高度的中空管道形成，屏障20a的中空部22用作蒸 發(fā)室412的出口。利用上述結(jié)構(gòu)，屏障20a阻擋蒸發(fā)室412中的一些液相流 體排放到外部。在本實施例中，屏障20a的一端(即，位于蒸發(fā)室412中的一端)#^是 供有柵網(wǎng)30。如圖4B所示，柵網(wǎng)30被安裝用于僅將具有比設(shè)定(或預(yù)定) 尺寸的蒸發(fā)的液相流體小的流體通過中空部22排放。柵網(wǎng)元件30可由不銹 鋼、陶瓷基復(fù)合材料、陶瓷基層狀結(jié)構(gòu)和它們的組合中的至少一種制成。柵 網(wǎng)30可包括環(huán)形框架32和提供在框架32內(nèi)的空間中的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)34。在此，在一個實施例中，具有柵網(wǎng)30的多個網(wǎng)格36的柵網(wǎng)30被配置 (或設(shè)計)成柵網(wǎng)尺寸在約200網(wǎng)格每平方英寸(cpsi)與約1000 cpsi之間。 在一個實施例中，當柵網(wǎng)元件30的柵網(wǎng)尺寸低于200 cpsi時，柵網(wǎng)元件30 的效果不明顯。在另一實施例中，當柵網(wǎng)尺寸超過1000cpsi時，蒸發(fā)室412 中的背壓增大，從而降低蒸發(fā)器10c的效率和性能。13圖5是根據(jù)本發(fā)明一實施例的燃料重整器100的分解透視示意圖，圖6 是圖5的燃料重整器100在疊放狀態(tài)下的水平截面示意圖。
參見圖5，燃料重整器100包括蒸發(fā)器510、分配器520、氧化反應(yīng)器 530、重整反應(yīng)器540、蓋550、以及兩個屏障560a和560b。蒸發(fā)器510具 有與上述圖3的實施例的蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和形狀相似的結(jié)構(gòu)和形狀。本實施例 的燃料重整器100能夠被用作用于將均勻流入的氫供應(yīng)到燃料電池的陽極 的設(shè)備。
更具體地，蒸發(fā)器510蒸發(fā)以設(shè)定(或預(yù)定)壓力從外部流入的第一燃 料和水，并將該第一燃料和水供應(yīng)到重整反應(yīng)器540。蒸發(fā)器510包括由壁 裝置限定的蒸發(fā)室512，所述壁裝置形成在平面形的第一板的一個表面上。 壁裝置包括形成蒸發(fā)室512的底表面的底壁511e、以及形成蒸發(fā)室512的側(cè) 壁的環(huán)壁511a、 511b、 511c、 511d和511f。平面形的蓋550疊》丈在第一板 的一個表面上，以覆蓋蒸發(fā)室512的一個表面。
在上述環(huán)壁中， 一組環(huán)壁511f形成有設(shè)定(或預(yù)定)圖案。例如，環(huán) 壁511f被形成為從面向彼此的第一對環(huán)壁511a和511b交替地延伸設(shè)定(或 預(yù)定)長度，從而形成兩個梳齒相互交叉的形狀。蒸發(fā)室512包括在面向彼 此的第一對環(huán)壁511a和511b與面向纟皮此的第二對環(huán)壁511c和511d之間具 有曲折形(或蛇形)的內(nèi)部空間。
蒸發(fā)室512的內(nèi)部空間的接近環(huán)壁511c的一個端部被一分為二，使得 當液相第 一燃料和/或水被蒸發(fā)以增大該第 一燃料和/或水的體積時，氣相第 一燃料和/或水能夠有效地移動到重整反應(yīng)器540。
此外，蒸發(fā)器510包括被提供在蒸發(fā)室512—側(cè)的入口 513和被提供在 蒸發(fā)室512另一側(cè)的兩個開口部514a和514b。入口 513被提供為去除環(huán)壁 511d的一部分的形式。兩個開口部514a和514b形成在底壁511e中，以與 環(huán)壁511c相鄰。 (
換言之，如圖5所示的蒸發(fā)室512具有曲折形(或蛇形)，入口 513位 于蒸發(fā)室512的一側(cè)，用于將燃料和水供應(yīng)到蒸發(fā)室512中，開口部514a和514b ^皮提供在蒸發(fā)室512另 一側(cè)。
分配器520和氧化反應(yīng)器530形成介于蒸發(fā)器510和重整反應(yīng)器540之 間的熱源，該熱源向蒸發(fā)器510和重整反應(yīng)器540供應(yīng)熱。
分配器520將來自外部的空氣基本均勻地分配到氧化反應(yīng)器530的整個 內(nèi)部空間中。分配器520包括凹陷地形成在平面形的第二板的一個表面上 的分配室522;才是供在分配室522 —側(cè)的入口 523;形成在分配室522底表 面中的多個分配孔524;以及穿過第二板的與分配室522分立的兩個開口部 524a和524b。
兩個開口部524a和524b被安裝為與提供在第一板的蒸發(fā)室512中的兩 個開口部514a和514b相對應(yīng)。第二板疊放在第一板的另 一表面上，以通過 第一板的另一表面來覆蓋分配室522的一個表面。
氧化反應(yīng)器530燃燒第二燃料并利用燃燒反應(yīng)產(chǎn)生反應(yīng)熱。氧化反應(yīng)器 530包括凹陷地形成在平面形的第三板的一個表面上的燃燒室532;提供 在燃燒室532 —側(cè)的入口 533;提供在燃燒室532另一側(cè)的出口 534;提供 在燃燒室532內(nèi)部的氧化催化劑535;以及穿過第三板的與燃燒室532分立 的兩個開口部534a和534b。
兩個開口部534a和534b被安裝為與提供在第二板中的兩個開口部524a 和524b相對應(yīng)。第三板疊》文在第二4反的另一表面上，以通過第二板的另一 表面來覆蓋燃燒室532的一個表面。
顆粒狀的催化劑可被用作氧化催化劑535。在這種情況下，為了減少(或 防止)顆粒形式的氧化催化劑535分散，燃燒室532的入口 533和出口 534 可被提供有網(wǎng)狀元件536。
引入燃燒室532的第二燃料通過與氧化催化劑535表面上的空氣發(fā)生反 應(yīng)而燃燒。在此，空氣通過多個分配孔524^皮分配到燃燒室532的整個區(qū)域 中。利用這種配置，當放熱反應(yīng)的燃燒反應(yīng)在燃燒室532中以相當快速的方 式發(fā)生時，局部過熱點的產(chǎn)生能夠被減少或防止。進一步，反應(yīng)熱能夠通過 均勻的燃燒反應(yīng)被均勻地供應(yīng)給蒸發(fā)器510和重整反應(yīng)器540。
15重整反應(yīng)器540利用流重整反應(yīng)來重整第一燃料，以產(chǎn)生氪氣并排放所 產(chǎn)生的氫氣。重整反應(yīng)器540包括凹陷地形成在平面形的第四板的一個表 面上的重整室542;提供在重整室542 —側(cè)的出口 544;以及提供在重整室 542中的重整催化劑545。第四板疊放在第三板的另一表面上，以通過第三 板的另一表面來覆蓋重整室542的一側(cè)。作為重整催化劑545,可以使用顆 粒狀的催化劑。
為了允許蒸發(fā)室512與重整室542流體連通，第一屏障560a和第二屏 障560b各自均可由具有設(shè)定(或預(yù)定)長度的中空管道來形成。第一屏障 560a包括第 一 中空部564a,第二屏障560b包括第二中空部564b。
第一屏障560a插入第一板的第一開口部514a、第二板的第一開口部 524a以及第三板的第一開口部534a中。第二屏障560b插入第 一板的第二開 口部514b、第二板的第二開口部524b以及第三4反的第二開口部534b中。
第一屏障560a和第二屏障560b的一個端部(即，位于蒸發(fā)室512的部 分)從蒸發(fā)室512的底表面突出到蒸發(fā)室512內(nèi)部設(shè)定(或預(yù)定)長度。第 一屏障560a和第二屏障560b的突出高度Hl為約25%與約75%之間的如圖 6所示的蒸發(fā)室512的對應(yīng)部分的內(nèi)部高度H2。屏障560a和560b的突出結(jié) 構(gòu)阻擋(或阻隔)液相第一燃料或水流到重整反應(yīng)器540。
此外，在本發(fā)明另一個實施例中的燃料重整器100a可進一步包括分別 提供在如圖7所示的第一屏障560a和第二屏障560b的端部的網(wǎng)狀元件570a 和570b。在這種情況下，網(wǎng)狀元件570a和570b各自均可類似于圖4B的網(wǎng) 狀元件。
此外，在燃料重整器100a中，第一屏障560a的一端和第二屏障560b 的一端可分別提供有卡爪(或卡爪部)565a及565b。卡爪565a和565b各 自從中空管道的外表面沿徑向稍孩H申出一些。各個卡爪部565a和565b均用 于支撐第一屏障560a和第二屏障560b，并且蒸發(fā)室512的底表面處于第一 屏障560a和第二屏障560b在蒸發(fā)室512的底表面上突出設(shè)定(或預(yù)定)長 度的狀態(tài)。蓋550、第一板510、第二板520、第三板530和第四板540能夠被裝 配成其角部通過焊接結(jié)合的結(jié)構(gòu)(或者能夠通過焊接裝配)。在此，具有適 當形狀的襯墊也可安裝在各個板之間。
在本發(fā)明的一實施例中，蒸發(fā)器、熱源和重整反應(yīng)器分別包括第一板、 第二板和第三板，該第一板、第二板和第三板被疊放在一起成為反應(yīng)板堆以 形成重整器100或100a。
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明實施例(本實施例)和比較示例(比較實施例) 的燃料重整器的氫排放量的曲線圖。
如圖8所示，本發(fā)明的燃料重整器基本以6cc/min的均勻方式產(chǎn)生氫， 并維持約土0.2L/min的重整物的波動(或流動偏差)。與比較示例的燃料重 整器獲得的重整物的波動相比，這是相當?shù)偷闹?。也就是，比較示例具有約 ± 0.65 L/min的波動。此外，在比4交示例的情況下，與本實施例相比，氫產(chǎn) 生量因相對較大的波動而不均勻(即約5-6 cc/min)。
利用上述配置，可阻擋(或防止)液相燃料或水從蒸發(fā)器流入重整反應(yīng) 器。因此，燃料重整器的性能能夠通過減少(或防止)不均勻的重整反應(yīng)而 提高。進一步，在相同輸出能力下，設(shè)備內(nèi)部的通道長度可被縮短，以使設(shè) 備易于制造且使設(shè)備的體積減小。此外，通過減小設(shè)備的體積，設(shè)備的準備 時間可纟皮縮短。
換言之，傳統(tǒng)的用于燃料重整器的蒸發(fā)器可允許液相流體(例如，水) 流入重整反應(yīng)器。這樣，重整反應(yīng)器的性能因液相流體引起的不均勻重整反 應(yīng)而被降低。作為該問題的解決方法，現(xiàn)有蒸發(fā)器被提供有長通道，以將液 相流體蒸發(fā)成氣相。然而，長通道增大蒸發(fā)器的整體尺寸以及預(yù)熱蒸發(fā)器所 需的時間。
相比之下，根據(jù)以上所述，本發(fā)明的實施例提供一種位于蒸發(fā)器內(nèi)的屏 障，用于阻擋液相流體排放到重整反應(yīng)器中，而不增大蒸發(fā)器的體積。在一 個實施例中，蒸發(fā)器包括限定蒸發(fā)室的環(huán)壁和底壁。底壁具有延伸穿過該底 壁的出口 ，以及環(huán)繞該出口并乂人底壁沿伸出并伸至蒸發(fā)室中以阻擋液相流體
17通過出口排放的屏障。在此，屏障消除了長通道的需求并阻擋液相流體，因 而在不增大蒸發(fā)器體積的情況下提高使用該蒸發(fā)器的重整反應(yīng)器的性能。
雖然結(jié)合特定示例性實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解的是本發(fā)明并不 限于所公開的實施例，相反，而是致力于覆蓋包含在所附權(quán)利要求及其等同 替換的范圍內(nèi)的各種修改和等同替換構(gòu)造。
權(quán)利要求
1、一種燃料重整器的蒸發(fā)器，包括環(huán)壁；底壁，其具有延伸穿過該底壁的出口；蒸發(fā)室，其用于接收液相流體，并由所述環(huán)壁和所述底壁限定；屏障，其從所述底壁伸出并伸至所述蒸發(fā)室中，用于阻擋所述液相流體通過所述出口排放，而允許氣相流體通過所述出口排放。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料重整器的蒸發(fā)器，其中，所述屏障位于所述 出口的周邊。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料重整器的蒸發(fā)器，其中 所述環(huán)壁包括上環(huán)壁和側(cè)環(huán)壁，所述底壁沿第一方向與所述上環(huán)壁分隔開第一距離，并且 所述屏障沿所述第一方向從所述底壁上伸出第二距離，該第二距離小于所 述第一距離。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料重整器的蒸發(fā)器，其中，所述第二距離為所 述第一距離的25%與75%之間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料重整器的蒸發(fā)器，其中，所述蒸發(fā)室包括第 一級蒸發(fā)室和第二級蒸發(fā)室。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料重整器的蒸發(fā)器，進一步包括位于所述底壁 和所述環(huán)壁之間的中間壁，該中間壁將所述第一級蒸發(fā)室與所述第二級蒸發(fā)室 分隔開，并具有延伸穿過該中間壁的通if各。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料重整器的蒸發(fā)器，進一步包括從所迷中間壁 延伸并伸至所述第一級蒸發(fā)室中的另 一屏障。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料重整器的蒸發(fā)器，其中 所述底壁沿第一方向與所述中間壁分隔開第一距離，并且 所述屏障沿所述第一方向伸出所述底壁第二距離，該第二距離小于所述第一距離。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料重整器的蒸發(fā)器，進一步包括熱源，用于供 應(yīng)熱，以在所述第一級蒸發(fā)室和所述第二級蒸發(fā)室的至少之一中蒸發(fā)液體。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料重整器的蒸發(fā)器，其中，所述屏障由與所 述底壁的材料相同的材料構(gòu)成。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料重整器的蒸發(fā)器，其中，所述屏障由與所 述底壁的材料不同的材料構(gòu)成。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料重整器的蒸發(fā)器，其中，所述屏障為用于阻擋液相流體從所述底壁的第 一 區(qū)域流到所述底壁的第二區(qū)域的液體阻擋檻， 所述出口位于所述底壁的所述第二區(qū)域。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料重整器的蒸發(fā)器，其中，所述屏障為穿過所述出口并從所述底壁向所述環(huán)壁伸出的管道。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃料重整器的蒸發(fā)器，進一步包括位于所述管道的iir入端或輸出端的片冊網(wǎng)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的燃料重整器的蒸發(fā)器，其中，所述柵網(wǎng)的柵網(wǎng) 尺寸在200網(wǎng)才各每平方英寸與1000網(wǎng)才各每平方英寸之間。
16、 一種燃料重整器，包括 重整反應(yīng)器；蒸發(fā)器，用于將燃料和水蒸發(fā)成氣相流體并將該氣相流體供應(yīng)到所述重整 反應(yīng)器；和熱源，其被疊放于所述蒸發(fā)器和所述重整反應(yīng)器之間，用于向所述蒸發(fā)器 和所述重整反應(yīng)器供應(yīng)熱， 所述蒸發(fā)器包括用于容納液相流體并由底壁限定的蒸發(fā)室，所述底壁位于所述蒸發(fā)室 和所述熱源之間且具有延伸穿過該底壁的開口；以及屏障，其從所述底壁伸出并伸至所述蒸發(fā)室中，用于阻擋所述液相流 體通過所述開口排放，而允許所述氣相流體通過所述開口排放。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的燃料重整器，其中，所述蒸發(fā)室具有曲折形通道，該通道延伸在位于所述蒸發(fā)室一側(cè)并用于將所述燃料和水供應(yīng)到該蒸發(fā)室 中的入口和位于所述蒸發(fā)室另 一側(cè)的所述開口之間。
18、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的燃料重整器，其中，所述熱源包括氧化反應(yīng)器。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的燃料重整器，進一步包括分配器，該分配器用 于將空氣分配給所述氧化反應(yīng)器，并被疊放在該氧化反應(yīng)器和所述蒸發(fā)器之間。
20、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的燃料重整器，進一步包括蓋，其中 所述底壁沿第一方向與所述蓋分隔開第一距離，并且所述屏障沿所述第一方向從所述底壁伸出第二距離，該第二距離小于所述第一距離。
21、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的燃料重整器，其中所述屏障為穿過所述開口并從所述底壁伸出并伸至所迷蒸發(fā)室中的管道，并且該管道包括卡爪，該卡爪突出到所述底壁的面向所述蒸發(fā)室的表面上，以 與所述底壁的該表面一起支撐所述管道。
22、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的燃料重整器，其中 所述開口的數(shù)量為多個，并且所述屏障的數(shù)量為多個，且所述多個屏障分別位于所述多個開口的周邊。
23、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的燃料重整器，其中，所述蒸發(fā)器、所述熱源和 所述重整反應(yīng)器分別包括第一板、第二板和第三板，所述第一板、第二板和第 三才反疊》i:在一起形成反應(yīng)+反堆。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種蒸發(fā)器和具有該蒸發(fā)器的燃料重整器。所述蒸發(fā)器包括具有環(huán)壁和底壁的壁裝置，所述環(huán)壁和底壁限定(或圍繞)蒸發(fā)室；設(shè)置在所述蒸發(fā)室一側(cè)的入口；形成在所述底壁中的出口；以及位于(或圍繞)所述出口并從所述底壁突出到所述蒸發(fā)室內(nèi)部的屏障。
文檔編號C01B3/32GK101665242SQ20091017203
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者孫寅赫, 安鎮(zhèn)九, 李圣哲, 申又澈 申請人:三星Sdi株式會社