專利名稱：燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，尤其是燃料電池系統(tǒng)中使用的燃燒器和燃料重組器。
背景技術(shù)：
近年來，人們對(duì)燃料電池的使用已經(jīng)愈來愈感興趣，燃料電池現(xiàn)可應(yīng)用于固定設(shè)施發(fā)電，也可應(yīng)用于交通工具作為動(dòng)力使用。這些燃料電池中使用的燃料通常都是在燃料重組器中通過一個(gè)或多個(gè)催化劑使含氫燃料反應(yīng)之后產(chǎn)生的氫氣，這些含氫燃料一般是碳?xì)浠衔锘虻头肿又亓康囊掖肌?br> 眾所周知，目前通過燃料重組器從含氫燃料中制取氫氣的工藝方法為數(shù)不少。首先是含氫燃料轉(zhuǎn)化成氫氣的工藝方法，即“蒸汽重組制氫反應(yīng)法”。這種工藝方法是在提高溫度的情況下進(jìn)行的。如果是碳?xì)浠衔锶剂?，蒸汽重組制氫反應(yīng)過程按照下列反應(yīng)程序進(jìn)行，該反應(yīng)通常是吸熱的。
蒸汽重組制氫反應(yīng)法所遇到的一個(gè)難題就是需要提供外部熱量來推動(dòng)反應(yīng)過程，以產(chǎn)生氫氣和一氧化碳。
蒸汽重組制氫催化劑所需的外部熱量可以通過若干熱源來解決，可以使用熱交換器將這些外部熱量輸送到催化劑床。也可將采用催化蒸汽重組法產(chǎn)生的高溫重組物流經(jīng)一個(gè)再生熱交換器來提供一部分外部熱量，從而將一部分高溫氣體熱能送回到吸熱重組反應(yīng)中。另外，外部熱也可以通過在燃燒器中燃燒陽極廢氣和/或其它燃料來產(chǎn)生。燃燒器中發(fā)生的燃燒反應(yīng)過程可以進(jìn)行催化也可以不進(jìn)行催化。催化燃燒器或非催化燃燒器的例子在頒發(fā)給Pettit的美國(guó)專利(專利號(hào)6,232,005)中已有介紹。
將含氫燃料轉(zhuǎn)化為氫氣的第二種方法稱之為“部分氧化作用法”，它是通過下述放熱反應(yīng)來進(jìn)行。
部分氧化作用法可以在高溫(大約1200℃至1500℃)下不使用催化劑，或者在非常低的溫度(一般大約500℃至800℃)下使用催化劑來進(jìn)行。但部分氧化轉(zhuǎn)化法的一個(gè)缺點(diǎn)是每分子含氫燃料產(chǎn)生的氫氣比蒸氣重組反應(yīng)法要少，因?yàn)橐恍┤剂显谘趸瘯r(shí)被消耗掉。由于氧化轉(zhuǎn)化過程是放熱的，所以無需經(jīng)過一個(gè)熱傳輸表面提供外部熱量。
將含氫燃料轉(zhuǎn)化為氫氣的第三種方法就是“自熱重組反應(yīng)法”，按照這種方法，燃料、水和氧氣(通常以空氣的形式)在使用催化劑的情況下進(jìn)行反應(yīng)，以產(chǎn)生一種富氫燃料氣體。自熱重組法可以看作是兩種反應(yīng)組合的方法，即放熱部分氧化法和吸熱蒸汽重組法的結(jié)合形式，反應(yīng)的凈熱量根據(jù)氧氣與燃料之比和水與燃料之比來決定。一般來講，這些比率的確定旨在使反應(yīng)的凈熱量是輕微的放熱反應(yīng)，因而，排除了應(yīng)用外部熱源的需要，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，從實(shí)際應(yīng)用角度來講，自熱重組法更具有吸引力。
從上面所介紹的化學(xué)反應(yīng)可以看出，在含氫燃料的轉(zhuǎn)化期間生成了相當(dāng)數(shù)量的一氧化碳。為了避免燃料電池的中毒性，重組產(chǎn)品中的一氧化碳的含量必須降到一個(gè)很低的水平。這對(duì)質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池尤為重要，因?yàn)檫@種電池對(duì)一氧化碳的耐受性較低。因而，一般情況下，重組產(chǎn)品都經(jīng)受至少一個(gè)“一氧化碳脫除”反應(yīng)，而這種反應(yīng)最好由一個(gè)或多個(gè)水/氣體變換反應(yīng)和/或一個(gè)優(yōu)先氧化反應(yīng)。在優(yōu)先氧化反應(yīng)中，重組產(chǎn)品中存在的一氧化碳在與氧氣或水(蒸汽)催化反應(yīng)時(shí)被消耗掉。
不論所利用的具體轉(zhuǎn)化工藝方法如何，重大熱應(yīng)力都會(huì)作用在燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器上，這會(huì)對(duì)耐久性產(chǎn)生不利影響。為此，這種反應(yīng)器的設(shè)計(jì)人員在這些裝置的機(jī)械設(shè)計(jì)上都在尋求降低熱應(yīng)力。
為了克服燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器中的熱應(yīng)力問題，在設(shè)計(jì)上，一直以來使用的是兩種方法。首先，通過使反應(yīng)器各個(gè)部件產(chǎn)生熱膨脹來降低熱應(yīng)力，另一個(gè)途徑就是增加反應(yīng)器結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)使用材料的強(qiáng)度，使最大工作應(yīng)力不超過最大設(shè)計(jì)強(qiáng)度。
一種人們都很熟知的應(yīng)用范圍很廣的熱交換器由鍋爐和其他高溫?zé)峤粨Q器組成，這種交換器稱之為“管束式”結(jié)構(gòu)熱交換器，又叫“殼管式”熱交換器。1998年，G.F.Hewitt在其所著《熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè)》中，就這種熱交換器進(jìn)行了介紹(參閱3.1.2.節(jié)和4.2.3節(jié))。這種熱交換器的種類很多，其中包括一種固定管板式或固定頭式。在這種熱交換器中，使用了一個(gè)外部金屬殼，它可以呈各種形狀，如圓筒形。在這個(gè)金屬殼內(nèi)，安裝了兩個(gè)彼此以定距離間隔的管板，管板上布置了若干個(gè)管子。
在每一端，裝有端蓋或完整的端頭或槽形蓋，用作流體歧管。采用這種熱交換器時(shí)，在工作期間，殼和管的熱膨脹系數(shù)會(huì)在二者之間形成一種差異運(yùn)動(dòng)。這種差異運(yùn)動(dòng)如果過大則會(huì)造成管子在管板內(nèi)松動(dòng)。通常，人們解決這種差異運(yùn)動(dòng)問題的方法就是使用一種殼膨脹波紋管。
美國(guó)1995年1月17日向工業(yè)技術(shù)研究所頒布的專利(專利號(hào)5,382,271)介紹了一種制氫用緊湊形管殼式結(jié)構(gòu)熱交換器，即在水變換反應(yīng)過程中使用了一種催化劑，目的是降低外流氣體中的一氧化碳濃度。在圓筒形殼體的相對(duì)兩端附近安裝了兩個(gè)管板，而兩個(gè)管板之間又布置了第一套和第二套隔板。為數(shù)眾多的管子在兩個(gè)管板之間延伸并穿過兩套隔板。在上管板的直接下方布置有一個(gè)多孔金屬層板，而催化劑材料就布置在這個(gè)層板的下方。
在下管板的下面提供有一個(gè)排氣室和一個(gè)排氣出口?？扇夹詺怏w經(jīng)由上端的進(jìn)氣口流入殼體。在殼體的一側(cè)設(shè)有一個(gè)注入口，就布置在上管板的下方。對(duì)于某些類型的碳?xì)浠衔飦碚f，蒸汽重組階段所使用的催化劑放在中部，而在末段使用的另一種催化劑則放在下管板的正上方，這是用于水一氣變換反應(yīng)。
采用這種裝置時(shí)，可燃性氣體進(jìn)入上管板上方殼體內(nèi)形成的上交換室，經(jīng)過燃燒后，高溫排放氣體流經(jīng)熱交換管，進(jìn)入底部的排氣室。廢氣流經(jīng)熱交換管的同時(shí)，廢氣的熱量被傳輸?shù)蕉嗫捉饘賹雍痛呋瘎┲?。這種熱交換同時(shí)也降低了排放氣體的溫度。采用這種人們已知的氫氣產(chǎn)生器結(jié)構(gòu)，由于熱交換管很顯然是剛性固定在管板上，而管板又剛性安裝在殼體上，如果熱交換管的膨脹速率與殼體不同，就會(huì)存在熱膨脹的問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的其中一個(gè)方面，該反應(yīng)器是一個(gè)燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，包括用來與燃料進(jìn)行催化或非催化反應(yīng)之前對(duì)氣態(tài)流體進(jìn)行預(yù)熱的管殼式熱交換器。該熱交換器包括主殼體構(gòu)件，而該主殼體構(gòu)件具有主端、副端和一個(gè)延伸在這兩個(gè)端部之間的側(cè)壁，形成了位于殼體構(gòu)件內(nèi)部的一個(gè)熱交換室。進(jìn)氣口用來將氣態(tài)流體引入熱交換室，第一管板固定在主端附近的主殼體構(gòu)件上，并封閉了熱交換室的一端，第二管板裝置與主殼體構(gòu)件相分開，位于副端附近。第二管板裝置形成熱交換室的另一端，與上面所述的交換室的一端相對(duì)。眾多熱交換管從第一管板延伸到第二管板裝置，并剛性連接到第一管板和第二管板裝置上。這些熱交換管為氣體混合物經(jīng)由熱交換室流入管子內(nèi)部提供了通道。在主殼體構(gòu)件的副端區(qū)域內(nèi)，至少由主殼體構(gòu)件和第二管板裝置二者之一構(gòu)成了一個(gè)或多個(gè)排出口，從而在燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器工作期間，為流經(jīng)熱交換室殼體一側(cè)的氣體流體提供了至少一個(gè)排出口。
另外，反應(yīng)器最好還可以包括外殼體，該殼體可以有第一端和第二端以及延伸在這兩個(gè)端部之間的外殼壁。外殼體在第二端封閉，在主殼體構(gòu)件和第二管板裝置周圍延伸，并設(shè)置一個(gè)燃料進(jìn)口。這樣在外殼體壁和主殼體構(gòu)件側(cè)壁之間形成燃料通道，該通道從燃料進(jìn)口處延伸到一個(gè)或多個(gè)輸出孔口處。
另外，第二管板裝置最好包括副殼體構(gòu)件，該構(gòu)件有外圍側(cè)壁，副殼體構(gòu)件的第一端位于主殼體構(gòu)件的第二端附近。
副殼體構(gòu)件的第一端和主殼體構(gòu)件的副端形成一個(gè)不連通的結(jié)合部，這樣，當(dāng)熱交換管出現(xiàn)熱膨脹時(shí)，第二管板裝置就可以相對(duì)于主殼體構(gòu)件自由移動(dòng)。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，即燃料轉(zhuǎn)化成熱氣體混合物的方法，該方法包括提供一個(gè)殼體式熱交換器，形成了熱交換室，同時(shí)在熱交換室內(nèi)安裝了若干個(gè)熱交換管，這樣每個(gè)熱交換管都可以穿過上述熱交換室，這些熱交換管為熱氣體混合物的流動(dòng)提供了通道。與燃料產(chǎn)生反應(yīng)的氣體流體被引入熱交換室，并流經(jīng)該交換室，因此，使得氣體流體與流經(jīng)熱交換管的熱氣體混合物進(jìn)行熱交換而得到加熱。經(jīng)過加熱的氣體流體從交換室中排出，并與燃料混合，成為一種該燃料和該氣體流體的混合物。這種初始混合物也可選擇在催化劑中進(jìn)行反應(yīng)處理，以產(chǎn)生熱氣體混合物。
在本發(fā)明的一些最佳實(shí)施方式中，反應(yīng)器包括燃燒器，在這個(gè)燃燒器中，燃料經(jīng)歷了與一種含氫氣體的催化或非催化燃燒反應(yīng)過程，因而，產(chǎn)生一種燃燒氣體的熱的氣體混合物，從中可以提取可用熱量。
在本發(fā)明的其他最佳實(shí)施方式中，反應(yīng)器可以由一個(gè)燃料重組器組成，在這種燃料重組器中，含氫燃料經(jīng)歷了一個(gè)與氣體流體進(jìn)行燃料制氫轉(zhuǎn)化的反應(yīng)過程，生產(chǎn)出一種含氫的熱的氣體混合物，這種氣體混合物可以應(yīng)用于燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)中。
燃料轉(zhuǎn)化反應(yīng)最好也可以由一個(gè)蒸汽重組反應(yīng)、催化或非催化部分氧化、或自熱重組反應(yīng)法組成，如上所述，自熱重組反應(yīng)法更可取。與含氫燃料反應(yīng)的氣態(tài)流體也可以含水或水蒸氣和/或一種氧化劑，諸如分子氧(以下簡(jiǎn)稱“氧”)，這取決于所使用的燃料轉(zhuǎn)化反應(yīng)方法。除了非催化部分氧化方法外，氣態(tài)流體和含氫燃料都是在使用合適催化劑的情況下進(jìn)行反應(yīng)。
還有另外一個(gè)方面，本發(fā)明在燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器中使用了一個(gè)管殼式熱交換器，用來在與燃料進(jìn)行反應(yīng)之前加熱氣態(tài)流體和冷卻反應(yīng)期間產(chǎn)生的氣體混合物，所述熱交換器包括(a)第一熱交換器區(qū)，包括(i)第一主殼體構(gòu)件，該構(gòu)件由主端、副端和在所述兩端之間延伸的側(cè)壁組成，并構(gòu)成了位于第一殼體構(gòu)件內(nèi)的第一熱交換室；(ii)第一管板，該管板固定在所述主端附近的所述主殼體構(gòu)件上，并在第一熱交換室的一端封閉所述第一熱交換室；(iii)第二管板裝置，該管板裝置與所述主殼體構(gòu)件分開，并位于所述副端的附近，所述第二管板裝置構(gòu)成了所述第一交換室的另一端，它與所述第一熱交換室一端相對(duì)；(iv)若干個(gè)熱交換管，這些熱交換管從所述第一管板處延伸到所述第二管板裝置并剛性連接到第一管板和第二管板裝置上，所述熱交換管為所述氣體混合物經(jīng)由所述第一熱交換室流入熱交換管提供了通道；(v)在所述主殼體構(gòu)件的所述副端區(qū)域內(nèi)形成一個(gè)或多個(gè)排出孔口，在所述燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器工作期間，為流經(jīng)所述第一熱交換室殼體一側(cè)上的氣態(tài)流體提供了至少一個(gè)出口；(b)第二熱交換區(qū)，包括(i)第二主殼體構(gòu)件，它由主端、副端和在所述兩端之間延伸的側(cè)壁組成，形成了與第一熱交換室相通的第二熱交換室，第二殼體構(gòu)件與第一殼體構(gòu)件同中心，第一殼體構(gòu)件主端位于第二殼體構(gòu)件副端附近；(ii)安裝在第二殼體構(gòu)件內(nèi)的若干熱交換管，這些熱交換管與第一熱交換區(qū)的熱交換管相通；(iii)設(shè)在第二殼體構(gòu)件側(cè)壁上的注入口，用來引導(dǎo)氣態(tài)流體進(jìn)入第二熱交換室；(iv)在第二殼體構(gòu)件副端區(qū)域內(nèi)形成的一個(gè)或多個(gè)輸出孔口，為氣體從第二熱交換室流向第一熱交換室提供了至少一個(gè)輸出口。


下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施方式作了進(jìn)一步的詳細(xì)描述，更清楚地介紹了本發(fā)明的特性和優(yōu)點(diǎn)。
圖1是燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器最佳實(shí)施方式的軸向截面圖，該反應(yīng)器包括根據(jù)本發(fā)明制作的燃料重組器；圖2是圖1所示燃料重組器一側(cè)和頂部的透視圖，該圖示出了外殼體被部分剖開，以便展示內(nèi)殼體的詳細(xì)情況；圖3是沿圖2的111-111線截取的截面圖，該圖示出了兩個(gè)內(nèi)殼體之間不連通的結(jié)合處；圖4a和圖4b是沿圖1的IV-IV線截取的水平截面圖；圖5是燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器的供替換的實(shí)施例的軸向截面圖，該反應(yīng)器包括燃料重組器，其中燃料未被燃料重組器本身來加熱；圖6是類似圖3的截面詳圖，但示出了主內(nèi)殼體內(nèi)形成的另一種形式的輸出孔口；圖7是類似圖3的截面詳圖，但示出的是另一個(gè)實(shí)施例，其中輸出孔口在副內(nèi)殼體內(nèi)形成；圖8是類似圖3的截面詳圖，但示出的是更進(jìn)一步的實(shí)施例其中輸出孔口在主內(nèi)殼體內(nèi)形成，而副內(nèi)殼體采用一個(gè)加長(zhǎng)套管來構(gòu)成；圖9是圖8的實(shí)施例的另一種截面圖，但示出的是兩個(gè)內(nèi)殼體在不同位置或初始位置的情況；圖10是類似于圖3的更詳細(xì)的截面圖，其中輸出孔口是在副內(nèi)殼體形成，主內(nèi)殼體是通過加長(zhǎng)套管來構(gòu)成；圖11是類似于圖3的更詳細(xì)的截面圖，介紹了另一種實(shí)施方法，其中在主內(nèi)殼體和副內(nèi)殼體之間形成一個(gè)單個(gè)的連續(xù)的輸出孔口；圖12是類似于圖2的透視圖，但介紹了外殼體上可供替換形式的突起部分；圖13是沿圖12XII-XII線所取的截面圖，該圖說明了在凹凸周圍使用環(huán)形波紋狀的情況；圖14是燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器的又一個(gè)替代實(shí)施例的軸向截面圖，該反應(yīng)器包括燃料重組器，其中略去了第二催化劑床；圖15是一種單殼體燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器的軸向截面圖，它是按照本發(fā)明的又一個(gè)替換實(shí)施方法完成的；
圖16是按本發(fā)明提出的整體燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器的軸向截面圖；圖17是按照本發(fā)明另一種實(shí)施方法實(shí)現(xiàn)的整體燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器的軸向截面圖；圖18是類似于圖6的更詳細(xì)的截面圖，介紹了圖17所示燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器第一熱交換區(qū)主內(nèi)壁內(nèi)形成的不連續(xù)輸出孔口；圖19是按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方法實(shí)現(xiàn)的整體燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器軸向截面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的最佳燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器按燃料重組器介紹如下。然而，應(yīng)該清楚下面所描述的任何一種最佳結(jié)構(gòu)同樣適合于作為催化或非催化燃燒器使用，只要稍作改裝即可。
圖1示出了本發(fā)明的第一個(gè)最佳燃料重組器10的具體結(jié)構(gòu)，它用來通過自熱重組工藝將含氫燃料轉(zhuǎn)化為氫氣體，采用這種方法，含水蒸氣和氧氣的氣體流體或含氧氣體，如空氣，經(jīng)歷了與含氫燃料的催化反應(yīng)。在含氫燃料包含一種碳?xì)浠衔锏那闆r下，在燃料重組器10內(nèi)則會(huì)出現(xiàn)下列催化反應(yīng)(1)部分氧化方法(放熱)，(2)蒸汽重組作用法(吸熱)。如上所述，自熱重組作用法的兩個(gè)步驟都會(huì)在燃料重組器10中發(fā)生，不會(huì)出現(xiàn)空間分離，而且最好在同一個(gè)催化劑床或結(jié)構(gòu)內(nèi)同時(shí)發(fā)生。
該最佳實(shí)施方式所示出的燃料重組器10包括外殼體12，它含有第一端14和第二端16。殼體由圓筒形內(nèi)表面18和圓筒形外表面20組成，這兩個(gè)表面延伸到第一端和第二端之間。第二端由固定在外殼體的圓筒形主體上的頂蓋構(gòu)件22封閉。如圖2和圖4a所示，在外殼體內(nèi)有向內(nèi)伸的突部，成縱向延伸肋條24的形式，這些肋條的用途將在后面介紹。肋條的底端與外殼體的底部或第一端14彼此定距離隔開。
圖12和13示出了燃料重組器10的另一種可供選擇的結(jié)構(gòu)形式。這種實(shí)施方式除了外殼體12設(shè)有內(nèi)伸突部外，其余與圖2所示相同，這些內(nèi)伸突部的形狀為圓形凹窩25，其用途同肋條24。如圖12所示，凹窩25可以按縱向延伸成排排列，當(dāng)然也可以采用其他布置形式。雖然所示凹窩是圓形的，顯然，其他形狀如橢圓或長(zhǎng)方形也行。為了使主內(nèi)殼體30能夠相對(duì)于外殼體12進(jìn)行熱膨脹，每個(gè)凹窩最好周圍布置一個(gè)或者兩個(gè)環(huán)形瓦楞塊31，當(dāng)其膨脹時(shí)，內(nèi)殼體30將凹窩的內(nèi)端向外推，當(dāng)然其他形式的布置也行。同樣，在圖2實(shí)施方式中，用于相同的目的，肋條24的周圍也可以布置一到兩個(gè)瓦楞塊33。
另外一種選擇結(jié)構(gòu)就是在主內(nèi)殼體30上設(shè)置肋條或凹窩(同時(shí)也可在副內(nèi)殼體40上布置肋條或凹窩，下面將要介紹)。在這種情況下，肋條或凹窩向外突起與外殼體12的內(nèi)表面相嚙合。
圖4b示出了使用瓦楞塊33的另一種可供替換的實(shí)施方式。在圖4b中，外殼體12上有向內(nèi)伸的肋條24’，但高度降低了，這樣，在燃料重組器10達(dá)到工作溫度前，主內(nèi)殼體30就不會(huì)與一些或全部肋條24相接觸。隨著燃料重組器溫度的升高以及內(nèi)殼體開始向外膨脹，主內(nèi)殼體30就至少會(huì)與一部分肋條24’相接觸，從而使內(nèi)殼體30在外殼體12內(nèi)處在中央位置，如圖4a所示。當(dāng)然，這種形式的布置也可適用于肋條24被凹窩25所取代的形式的燃料重組器。
含氫燃料用的第一進(jìn)口26位于第一端部14附近的外殼體內(nèi)。這種進(jìn)口是通過一個(gè)合適的軟管或硬管(圖中未示)連接到一個(gè)含氫燃料供應(yīng)端，含氫燃料可以是眾多適合制氫用燃料中的任何一種。例如，含氫燃料可以是一種碳?xì)淙剂?，這種碳?xì)淙剂峡蛇x自一種或多種石油餾分，如汽油、石腦油、煤油、柴油等，天然氣或其一種或多種成分，包括甲烷、乙烷、丙烷等。
當(dāng)然，含氫燃料也可以包括一種或多種醇，諸如甲醇和乙醇。最佳碳?xì)淙剂鲜瞧秃图淄椤Ａ鹘?jīng)進(jìn)口26的燃料流量是可以通過任何合適的方法控制，例如通過一個(gè)節(jié)流閥或控制閥來控制，以滿足燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的載荷需求。
伸入外殼體的是具有主端32和副端34的主內(nèi)殼體30。外表面36延伸到主端和副端之間。主內(nèi)殼體30剛性固定在外殼體第一端14處的外殼體12上。兩個(gè)殼體在這個(gè)位置可以通過焊接或銅焊固定。內(nèi)殼體30伸入外殼體敞開的第一端14，并突出很長(zhǎng)一段距離進(jìn)入外殼體。燃料通道38在內(nèi)殼體的外表面36和外殼體的內(nèi)表面18之間形成，從進(jìn)入口26處縱向延伸到主內(nèi)殼體的副端34。當(dāng)外殼體上形成了上述肋條24時(shí)，燃料通道38包括若干個(gè)獨(dú)立的子通道38a，如圖4a所示。因?yàn)槔邨l不是一直向下伸到進(jìn)入口26的高度，所以這些子通道的底端就彼此相通，燃料從而可以完全圍繞內(nèi)殼體流動(dòng)，然后向上流過所有的子通道。肋條的位置和形狀可以與圖2所示不同。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，肋條或凹窩的布置應(yīng)盡最大可能地使在殼體周圍形成均勻的流量分配。
最佳燃料重組器10還包含副內(nèi)殼體40，該殼體的第一端42位于主內(nèi)殼體副端34的附近。副內(nèi)殼體40還有與第一端42彼此等距離相隔開的第二端44，并遠(yuǎn)離外殼體的頂端或第二端16。副內(nèi)殼體40同內(nèi)殼體30一樣，呈圓筒形，且外徑相同。副內(nèi)殼體40同主內(nèi)殼體30相比在高度上實(shí)際上要比后者低。在主內(nèi)殼體30和副內(nèi)殼體40之間或者這兩個(gè)殼體中任何一個(gè)上可形成至少一個(gè)和最好若干個(gè)輸出孔口46，用來為氣體流出主內(nèi)殼體提供通道。
如上所述，氣態(tài)流體最好是一種水蒸氣和空氣的混合物，氣態(tài)流體中空氣和水蒸氣的相對(duì)濃度最好是通過外部手段可以調(diào)節(jié)的，使燃料重組器可以在各種條件下工作。例如，在燃料重組器啟動(dòng)期間，氣態(tài)流體可以完全是或主要是空氣，使得含氫燃料能夠催化燃燒，并迅速加熱燃料重組器和催化劑，使之達(dá)到預(yù)定溫度。一旦溫度達(dá)到足夠程度，氣態(tài)流體中的水蒸氣的濃度就會(huì)增加，從而增加了燃料重組器的氫產(chǎn)量。
氣態(tài)流體通過主端32附近的主內(nèi)殼體30一側(cè)的第二注入口48流入主內(nèi)殼體。注入口48是通過千合適的軟管或硬管(圖中未示)接到提供氣態(tài)流體的源端或供應(yīng)口。例如，水蒸氣和空氣的混合物就可以通過一個(gè)合適的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的鍋爐來提供。盡管可以將外殼體12從圖1和圖2所示位置向下延伸，這樣就可以與內(nèi)殼體主端32鄰近，但最好還是將外殼體安裝在注入口48的正上方。這樣就可以簡(jiǎn)化燃料重組器的結(jié)構(gòu)，有助于降低熱應(yīng)力。另外，采用這樣的結(jié)構(gòu)，就可以不再需要將注入口48穿過兩個(gè)殼體的殼壁。因?yàn)榻?jīng)由注入口48輸送的氣體流量同輸送到燃料重組器的燃料數(shù)量成正比，因此最好在燃料重組器外部提供一種裝置來控制氣態(tài)流體的成分。
圖2所示的孔口46在圓周方向上伸長(zhǎng)，但在軸向方向較短。從下面介紹中可以看出，由于燃料重組器內(nèi)安裝的熱交換管的縱向熱膨脹之緣故，這些排出孔口在尺寸上能夠變大且能夠相互連通。圖2的孔口46在主內(nèi)殼體30的副端34以城堡形結(jié)構(gòu)形式形成。然而，這些孔口也可以在殼體30的副端34處采用扇形皺褶或其它形狀形成。
在副內(nèi)殼體40和外殼體12之間還形成另外一個(gè)通道52，該通道從第一端42延伸到副內(nèi)殼體的第二端44。因?yàn)闅怏w從出口46流出，正好與在孔口外邊的燃料相混合，因此在燃料重組器使用期間，燃料和氣體的混合物流經(jīng)這個(gè)通道52。也可將通道52看作是通道38的延伸部分。從圖2可以看出，肋條24可一直延伸到副內(nèi)殼體40的位置，這樣通道52就還可以由另外若干個(gè)垂直延伸的子通道組成，如圖1和圖2所示?？梢钥闯?，肋條24(圖12和圖13實(shí)施例中的凹窩25)的作用就是將兩個(gè)內(nèi)殼體正確地置于外殼體內(nèi)的中心位置，并使內(nèi)殼體保持在正確位置，以增加整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。
如圖1所示，而且從圖3可以更清楚地看出，主內(nèi)殼體的副端34和副內(nèi)殼體的第一端42在54處形成一個(gè)不連通的結(jié)合部。因?yàn)閮蓚€(gè)內(nèi)殼體在這個(gè)接合部位是不連通的，副內(nèi)殼體40在上述熱交換管50出現(xiàn)縱向熱膨脹時(shí)可相對(duì)于主內(nèi)殼30自由移動(dòng)。因此，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)就能夠承受熱交換管的熱膨脹，且不增加金屬部件的規(guī)格，也不需要使用特殊材料。另外，按照本發(fā)明，這種結(jié)構(gòu)屬于緊湊形，可提供燃料和/或氣體的整體預(yù)熱，從而在改善能源效率方面有益。反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)適合于緊湊、整體結(jié)構(gòu)形式，在這種結(jié)構(gòu)中燃料轉(zhuǎn)化和一氧化碳脫除反應(yīng)都可以進(jìn)行。
第一管板58固定在主內(nèi)殼體30上，與主端32接近，這個(gè)管板封閉了主內(nèi)殼體。為了安裝固定和密封的目的，該管板最好采用環(huán)形法蘭60來構(gòu)成。雖然圖中所示的第一管板58呈圓形，但它也可以是任何合適的形狀，如卵形、橢圓形、矩形、六角形或任何其它多面體形狀，這取決于主內(nèi)殼體30的形狀。該管板上有若干個(gè)孔，用來安裝同等數(shù)量的熱交換管50的端部，使這些熱交換管剛性固定在該管板上。熱交換管50和管板58上的孔最好是，但不是必須的，圓形的。管板58也可以被看作是燃料重組器的底座。管板的四周通過任何合適的常用方法固定到內(nèi)殼體30的內(nèi)表面上，如銅焊和焊接。
如圖1所示，主內(nèi)殼體30上可以布置成向內(nèi)伸的環(huán)形“唇部”59，或其它向內(nèi)伸的缺口，如凹窩，以便將第一管板58正確地固定在相對(duì)于主內(nèi)殼30的主端32上，并形成可一種下腔室，用來放置催化劑62。在下腔室內(nèi)，催化劑62和第一管板58之間應(yīng)形成一定的空間，確保來自熱交換管50的重組產(chǎn)品能夠均勻流入催化劑室。
此外，在該空間內(nèi)也可以裝入水或者蒸汽注入或者攪拌裝置，為在催化劑室62中發(fā)生的反應(yīng)提供水。這一點(diǎn)將在下面結(jié)合圖1給予更全面的介紹。
燃料重組器還包括第二管板64，該管板牢牢地與副內(nèi)殼體40相連接，并密封了副內(nèi)殼體的內(nèi)部。同樣，最佳管板64具有能夠銅焊或電焊到鄰接第一端部42的內(nèi)殼體40的內(nèi)表面上的環(huán)形法蘭66。第二管板也有若干個(gè)孔，最好是圓形的，用來與熱交換管50的鄰接端部連接，這種管板能夠剛性連接到熱交換管的端部。在所示的最佳實(shí)施例中，內(nèi)殼體40帶有向內(nèi)突出的環(huán)形邊緣70。該邊緣有助于正確地將管板64定位，它還能夠固定和支持用于燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)的第一催化劑72。如圖1所示，第一催化劑最好布置在副內(nèi)殼體40內(nèi)，且也在外殼體12第二端16區(qū)域內(nèi)。該催化劑72最好是一種自熱重組催化劑，在放置時(shí)應(yīng)與燃料和包含水蒸氣和空氣的氣體流體的混合物相接觸，從而產(chǎn)生熱氣體混合物。
如上所述的多個(gè)熱交換管50，為了示意清楚圖1中只示出了其中幾個(gè)，自第一管板58延伸到第二管板64處。這些熱交換管形成了上述熱氣體混合物的流通通道，從第一催化劑72流經(jīng)第二管板64，然后再流經(jīng)第一管板58，再經(jīng)過催化劑62，后者在下文中有時(shí)稱之為第二催化劑。
第二催化劑62最好是一種可在“一氧化碳脫除”中使用的合適的催化劑，如上所述，包括水-氣變換反應(yīng)(3)和/或優(yōu)先氧化反應(yīng)(4)。如下所述(3)水-氣變換反應(yīng)(放熱).(4)優(yōu)先氧化(放熱)。第二催化劑最好是一種變換反應(yīng)催化劑，而且是一種高溫變換反應(yīng)催化劑。如果水-氣變換反應(yīng)是第二催化反應(yīng)，那么水或蒸汽就可以在正好低于管板58和高于催化劑62處被引入燃料重組器內(nèi)。這種可能性在圖1中通過短進(jìn)水管190表示，即以虛線和W標(biāo)志的箭頭所示。盡管在圖1未示出，值得欣賞的是，最好在管板58和催化劑62之間的底腔室內(nèi)設(shè)置一個(gè)混合裝置?；旌涎b置固定在進(jìn)水管190的端部，以確保注入的水或蒸汽均勻地分布在催化劑62內(nèi)用于反應(yīng)的重組產(chǎn)品內(nèi)?；旌涎b置可有效地縮短管板58和催化劑62之間空間的長(zhǎng)度，另外，為取得所注入蒸汽或水的合理流量混合和分配，這也是需要的。
如圖所示，主內(nèi)殼體30最好在其主端32處打開以便使重組物的流出。另外，在內(nèi)殼體的底端32處形成了一個(gè)用于重組物的較小的出口，該出口可以連接到一個(gè)或者多個(gè)反應(yīng)器上，在反應(yīng)器內(nèi)，重組物中一氧化碳的含量進(jìn)一步降到一個(gè)可以接受的程度，根據(jù)所使用燃料電池的型號(hào)，該含量可以低于50ppm。例如，當(dāng)采用第二催化劑62進(jìn)行的一氧化碳脫除反應(yīng)包括高溫變換反應(yīng)時(shí)，重組物則最好再接受燃料重組器10下游的一次或多次變換反應(yīng)，包括至少一次低溫變換反應(yīng)，和/或重組物可以接受燃料重組器10下游的優(yōu)先氧化反應(yīng)。在脫除一氧化碳之后，根據(jù)需要，所形成的氫氣產(chǎn)物就可以通過管路送到燃料電池。
催化劑材料62或72可以被支撐在各種類型的結(jié)構(gòu)上。支架結(jié)構(gòu)可以由一個(gè)或多個(gè)抗腐蝕和耐熱材料組成，如陶瓷或耐火材料，其結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能促進(jìn)燃料重組器內(nèi)流動(dòng)氣體和催化劑材料之間的接觸。支架材料包括氧化鎂、氧化鋁、硅和氧化鋯以及這些材料的混合物，而且支架結(jié)構(gòu)的形式可以做成珠狀或格柵，例如擠壓陶瓷整體格柵。作為替換方式，催化劑支架或催化劑本身可以是瓦楞狀、扎制金屬薄片，用來機(jī)械地組裝到內(nèi)殼體部分內(nèi)。例如，瓦楞薄片可以呈斜長(zhǎng)、盤旋狀形狀，如湍流增強(qiáng)器。凡使用金屬薄片處，都是按照眾所周知的方式安裝，所以不會(huì)振動(dòng)，但在催化劑高溫工作條件下允許熱膨脹。按照一種可替代的布置方式，一部分或全部第一催化劑可以放置在熱交換管50內(nèi)，如催化劑材料可以被支撐在熱交換管50的內(nèi)表面上和/或熱交換管50內(nèi)的湍流增強(qiáng)器上。不論催化劑材料或支架結(jié)構(gòu)采用什么形式，催化劑材料的布置都不應(yīng)過分地限制燃料/氣體混合物流經(jīng)燃料重組器。催化劑的這種布置(以及如圖所示方式)可以使燃料重組器結(jié)構(gòu)相當(dāng)緊湊，大大降低了總體長(zhǎng)度的要求。
最好在熱交換管50上還安裝若干擋板，例如示例的擋板75、76和77。如圖1、圖4a、圖4b和圖5所示，這些擋板的邊緣最好緊靠?jī)?nèi)殼體，但不與內(nèi)殼體相連，且剛性連接到至少一個(gè)最好若干個(gè)熱交換管上。將擋板與熱交換管相連接的一個(gè)原因就是使裝配過程更為簡(jiǎn)單。擋板最好不要與內(nèi)殼體相連接，以便熱交換管50可以相對(duì)于內(nèi)殼體縱向膨脹。
擋板75、76和77上制有開口，最好為圓形，熱交換管50伸過這些開口。最下方的擋板75是環(huán)形的且在其中有個(gè)大的中央開口80。最外邊的熱交換管50’在其底端附近伸過擋板75。最上邊的擋板77也是環(huán)形的，也有一個(gè)大的中央開口82，最外邊的熱交換管50’在其頂端附近伸過擋板77。最上邊的擋板77和最下邊的擋板75的直徑最好這樣設(shè)計(jì)，即實(shí)際上沒有氣體流經(jīng)擋板75、77和主內(nèi)殼體30之間的間隙。該間隙最好不要超過1毫米。能夠覺察到，擋板75、77和主內(nèi)殼體30之間的間隙在圖紙上被夸大了。
擋板76位于下?lián)醢?5和上擋板77之間，若干個(gè)位于中央的熱交換管50穿過這個(gè)擋板，盡管圖1只示出了一個(gè)。與最下面的擋板75和最上面的擋板77相反，擋板76沒有設(shè)置用作氣體通道的大的中央開口。相反，擋板76的直徑特點(diǎn)是，擋板76邊緣和主內(nèi)殼體30之間有大的間隙，從而使氣體在擋板76邊緣周圍流動(dòng)。這樣，擋板75、76和77的作用就是迫使流動(dòng)氣體蜿蜒流動(dòng)，加強(qiáng)熱交換處理，建立一個(gè)良好的環(huán)形流向分配，用來通過排出孔口46進(jìn)行噴射。如圖1所示，曲線箭頭通過上擋板77中央開口82，氣體流過上擋板77后，徑向流出，并流向出氣口46。隨著其流過開口46，氣體就與軸向流動(dòng)的含氫燃料均勻混合，在進(jìn)入催化劑床72之前，為混合流體的良好的徑向流量分配作準(zhǔn)備。
很容易看出，在熱交換器內(nèi)不止三個(gè)擋板，且如圖所示擋板不必要是圓形或者環(huán)形的形狀。當(dāng)然，在保持充分的流分布的同時(shí)，擋板能夠具有增強(qiáng)熱交換出里的構(gòu)造。
向上流動(dòng)的蒸汽和空氣是由流經(jīng)熱交換管50的向下流動(dòng)的重組物來加熱的。作為這種交換的結(jié)果，重組物在其向下流經(jīng)熱交換管的同時(shí)就被冷卻了。由于重組物的溫度要大大高于蒸汽和空氣混合物的溫度，熱交換管的熱膨脹時(shí)間就比內(nèi)殼體30的膨脹時(shí)間要長(zhǎng)得多。然而，因?yàn)楦眱?nèi)殼體40可以相對(duì)于主內(nèi)殼體30自由運(yùn)動(dòng)，能夠容納熱交換管50的膨脹量，這樣，就不會(huì)形成熱應(yīng)力，否則熱應(yīng)力會(huì)破壞熱交換管和一個(gè)或兩個(gè)頂板之間的連接部分或頂板和內(nèi)殼體之間的連接部分。另外，由于熱交換管的熱膨脹作用，輸出孔口46在燃料重組器工作期間尺寸是變化的，而且這些輸出孔口的尺寸事實(shí)上隨著熱交換管50長(zhǎng)度的增加而增大，從而減少了流量阻力，使得氣體流出主內(nèi)殼體的流量保持恒定或增加。其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)重組器達(dá)到最佳工作溫度時(shí)能夠進(jìn)行快速重組處理。應(yīng)該注意的是，流經(jīng)燃料重組器的氣體在其溫度上升時(shí)密度小，孔口尺寸的加大可以給予部分補(bǔ)償。
如圖所示，在最佳實(shí)施例的燃料重組器中，有一個(gè)含氫燃料混合物輸送裝置，它適合輸送含氫燃料和氣體(包含蒸汽和空氣)的混合物至第一催化劑72。盡管這種含氫燃料混合物輸送裝置可以采用各種形式，在圖1和圖2所示最佳實(shí)施例中，這種裝置包括上述外殼體構(gòu)件12，該構(gòu)件延伸到主殼體和副殼體構(gòu)件周圍，且剛性連接到主殼體構(gòu)件上。容易看出，例如，輸入的含氫燃料能夠通過除了圖1和圖2所示的設(shè)備進(jìn)行加熱，例如通過與流經(jīng)熱交換室100的蒸汽和空氣的熱混合物進(jìn)行熱交換形式的加熱。在圖5所示的另一種可替換的結(jié)構(gòu)中，燃料可簡(jiǎn)單地直接引入上熱交換室102，在這里，它可以與流出輸出孔口46的蒸汽和空氣的熱混合物混合。上熱交換室102可以被看作是與第一催化劑72鄰接的封閉的混合交換室。雖然在圖5的燃料重組器內(nèi)，燃料沒有被預(yù)熱，但它在系統(tǒng)別處得到預(yù)熱。圖5所示燃料重組器就安全而言可以說是最佳配置方案，因?yàn)槿剂虾秃鯕怏w在到達(dá)催化劑72前立即得到結(jié)合。
副內(nèi)殼體40和第二管板64的結(jié)合可以被看作是第二管板裝置，它與主殼體構(gòu)件30是分開的，而且位于副端34的附近。這個(gè)第二管板裝置構(gòu)成了熱交換室100的一端。如圖所示，含有副殼體構(gòu)件40的第二管板裝置的一端與主殼體構(gòu)件的副端34鄰接。
如果需要，湍流增強(qiáng)器(其本身結(jié)構(gòu)已為人們所熟知)，可以插入通道52以確保燃料和蒸汽及空氣的良好混合。容易理解的是，這個(gè)湍流增強(qiáng)器是環(huán)形的，在副內(nèi)殼體40周圍延伸。
制作這些燃料重組器的金屬板必須具有足夠高的熔點(diǎn)、高溫強(qiáng)度和抗氧化性，這樣才可獲得所需的耐用性?？捎脕碇谱鬟@種重組器的典型材料包括奧氏體或鐵素體不銹鋼、因科鎳合金(tu)和其它鎳或合金鋼材料。金屬板材的規(guī)格取決于重組器系統(tǒng)的特定設(shè)計(jì)型號(hào)，但是一般在0.5mm到4mm的范圍內(nèi)，適應(yīng)低等到中等壽命要求，或規(guī)格可以在這個(gè)范圍上增加一倍以適應(yīng)較大或延長(zhǎng)壽命應(yīng)用要求(如固定式動(dòng)力裝置)。本發(fā)明的燃料重組器的尺寸取決于其應(yīng)用目的，容易理解的是，在保持所要求的耐用性的同時(shí)，人們一般都希望重組器的重量更低些且空間更小。
為了初次啟動(dòng)圖示燃料重組器，可以使用一個(gè)單獨(dú)的蒸發(fā)器(圖中未示)來對(duì)諸如汽油的燃料進(jìn)行加熱和蒸發(fā)，這樣初始放熱自熱重組反應(yīng)就可以開始了。一旦這個(gè)反應(yīng)開始，由于自熱重組反應(yīng)過程時(shí)產(chǎn)生的熱量，在催化劑72處系統(tǒng)的溫度就會(huì)迅速升高。
另外，也可以使用來自熱交換室100的氣體來對(duì)最初使用的小量燃料加熱，從而達(dá)到混合物的溫度，該溫度應(yīng)足以啟動(dòng)或促使自熱重組反應(yīng)開始。如果需要，可以使用催化或非催化燃燒器來加熱氣體流體，至少可用于燃料重組器的冷啟動(dòng)。
圖5示出的是另外一種燃料重組器110，它也與燃料重組器10不同之處在于外殼體112實(shí)際上要比燃料重組器10內(nèi)的外殼體12短。外殼體112在第一端或底端114處終結(jié)，此位置正好在孔口46的下方。外殼體由一個(gè)上頂蓋構(gòu)件122來封閉，其不同于第一個(gè)最佳實(shí)施例中的頂蓋構(gòu)件，該構(gòu)件帶有用于含氫燃料流入燃料重組的中央入口126，器。正如上面已經(jīng)介紹的那樣，燃料因此而直接流入上交換室102，燃料在流經(jīng)第一催化劑72之前立即在這里與氣體混合。對(duì)于某些應(yīng)用來講，燃料可以不經(jīng)過加熱進(jìn)入熱交換室102或者在別處通過一個(gè)合適的常用的加熱設(shè)備(圖中未示)進(jìn)行預(yù)加熱。
伸入外殼體112的是主殼體130，其在結(jié)構(gòu)上與第一實(shí)施方式中的主內(nèi)殼30相同。主殼體130有一個(gè)延伸在主端32和副端34之間的外表面136。主殼體130通過電焊或銅焊剛性固定在第一端114處的外殼體112上。在本實(shí)施例中，主殼體130伸入外殼體的部分很短。燃料重組器110另外還有位于外殼體112內(nèi)的副殼體140。該副殼體在其結(jié)構(gòu)上與第一實(shí)施例的副殼體40相同。在副殼體140和外殼體112之間有一個(gè)通道，在最佳實(shí)施例中，蒸汽和空氣的混合物向上流過該通道進(jìn)入混合室102。在本實(shí)施方式中，在主殼體130的副端34和副殼體140的第一端或底端42之間的54處也有一個(gè)不連通的結(jié)合部。
本領(lǐng)域技術(shù)人員容易明白，在主內(nèi)殼體30與副內(nèi)殼體40相匯區(qū)內(nèi)形成的排出孔可以呈多種形式，圖6至圖10示出了其中一些可供選擇的形式。如圖6所示，在主內(nèi)殼體30內(nèi)可以設(shè)若干個(gè)排出孔150，其位置在副端34下方附近。這些排出孔可以為如圖所示的矩形或者其它形狀，如圓形或橢圓形。這些排出孔最好沿內(nèi)殼體30周圍均勻分布，而且最好尺寸相同或相似。容易理解的是，在本實(shí)施方式中，還提供了一個(gè)對(duì)接接合部或非連續(xù)接合部54，而且如圖6至圖10所示那樣，可以單獨(dú)應(yīng)用或與其它孔口一同使用。
在圖7所示的另一個(gè)實(shí)施方式中，在副內(nèi)殼體40周圍形成有許多排出孔152，而且與其第一端42處間隔距離較近。圖示排出孔為圓形，當(dāng)然其它形狀也可以，如方形、矩形和橢圓形等。排出孔152最好沿副內(nèi)殼體周圍均勻分布。在主內(nèi)殼體30內(nèi)可以有也可以沒有排出孔170。同樣，在54處設(shè)有對(duì)接或斷續(xù)連接部。
關(guān)于圖8和圖9所示的實(shí)施例，本個(gè)實(shí)施例與圖6所示的實(shí)施例相似之處在于主內(nèi)殼體30上布置有許多矩形排出孔150，其位置距副端34較近。然而，在本實(shí)施例中，上內(nèi)殼體或副內(nèi)殼體40上帶有一個(gè)短套管伸出端154。
該套管伸出端在主內(nèi)殼體副端34鄰接的端部處沿內(nèi)殼體40周圍延伸。套管延伸端154與內(nèi)殼體40的主外周側(cè)壁156呈同軸線。容易理解的是，該外周邊側(cè)壁156具有第一預(yù)定直徑，而套管延伸端154則具有與第一預(yù)定直徑不同的第二預(yù)定直徑，事實(shí)上，第二預(yù)定直徑比圖8和圖9所示實(shí)施例中的第一預(yù)定直徑小。套管延伸端154有一個(gè)位于排出孔150區(qū)域的自由端158?？梢钥闯觯缟鲜鰧?shí)施方式一樣，在燃料重組器使用期間，第二殼體構(gòu)件40在圖9所示第一或初始位置和圖8所示第二位置之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)。正如這些圖所示，在第千位置，排出孔50被套管延伸端150部分遮擋。然而，隨著燃料重組器的加熱和管束的膨脹，內(nèi)殼體40從主內(nèi)殼體30處移開一小部分距離，這樣，如圖8所示，排出孔150至少是充分地或全部地打開以供氣體流出內(nèi)殼體30。在本實(shí)施例中，也有一個(gè)不連通的結(jié)合部160，但是該結(jié)合部則是位于內(nèi)殼體30第二端34和外周側(cè)壁156之間。在本實(shí)施例中，套管延伸端154的外徑比內(nèi)殼體30的內(nèi)徑略小一點(diǎn)。
關(guān)于圖10所示的差異，該實(shí)施例與圖7所示的實(shí)施例的相似之處在于排出孔152沿副內(nèi)殼體40周圍布置，而且其間隔距其第一端42要稍近一點(diǎn)。主內(nèi)殼體30’有一個(gè)在殼體副端34處與其側(cè)壁相連接的同軸套管延伸端151?？梢钥闯觯鲀?nèi)殼體30’有一個(gè)外徑D1而副內(nèi)殼體有一個(gè)內(nèi)徑D2。套管延伸端151有一個(gè)外徑D3，測(cè)量到外表面153，它與主內(nèi)殼體30’的外徑D1不同，也與副內(nèi)殼體40的內(nèi)徑D2不同。在圖10的最佳實(shí)施例中，直徑D3小于直徑D1和D2。套管延伸端151在排出孔152區(qū)域有一個(gè)自由端155。如圖10所示，這些排出孔被套管延伸端151部分遮擋，但是隨著燃料重組器的加熱，這些排出孔口被遮擋的面積變小或被全部打開以供氣體通過。
可以看出，這些可供替換的結(jié)構(gòu)的差異是存在的。例如，可以制作一個(gè)內(nèi)徑大于相對(duì)的內(nèi)殼體外徑的套管延伸端151或154，而不是在相對(duì)的內(nèi)殼體內(nèi)使用圖9的套管延伸端154或圖10的套管延伸端151，這樣相對(duì)的殼體的端部就進(jìn)入套管延伸端151或154內(nèi)。另外，也可以在兩個(gè)套管延伸端內(nèi)和相對(duì)的內(nèi)殼體內(nèi)提供孔口。但燃料重組器處于冷態(tài)時(shí)，套管延伸端的排出孔和相對(duì)的內(nèi)殼體就只是部分對(duì)準(zhǔn)，隨著燃料重組器加熱，這些排出孔則逐漸彼此對(duì)準(zhǔn)。盡管對(duì)于排出孔可以采用其他結(jié)構(gòu)形式，但一般來講，這些排出孔都位于對(duì)接或斷續(xù)連接部54和160附近。
如圖11所示，也可以這樣制作燃料重組器，即在主內(nèi)殼體和副內(nèi)殼體之間布置一個(gè)連續(xù)的孔口161。在這種結(jié)構(gòu)中，熱交換管50的長(zhǎng)度之長(zhǎng)，足以在主內(nèi)殼體和副內(nèi)殼體之間形成一個(gè)開口161，該開口(間隙)161會(huì)隨著熱交換管50的縱向膨脹而加大。
本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，可以按照本發(fā)明制作一個(gè)燃料重組器，其中，一個(gè)催化劑完全不用，重組器只包含第一催化劑72或第二催化劑62。圖14給出了這種燃料重組器210的一個(gè)示例。燃料重組器210的大多數(shù)部件與上述最佳實(shí)施例中燃料重組器10的部件相同，都標(biāo)有相同的標(biāo)記。燃料重組器210與燃料重組器10的不同之處在于，第二催化劑62在燃料重組器210中未被采用。例如，在需要在重組器210下游方向進(jìn)行全部一氧化碳脫除反應(yīng)處理的情況下，可以使用最佳燃料重組器210。
盡管圖14所示的最佳實(shí)施例適合作為燃料重組器使用，但它也可作為一個(gè)催化燃燒器使用，產(chǎn)生熱量以供燃料電池系統(tǒng)其它部分應(yīng)用，如加熱燃料轉(zhuǎn)化反應(yīng)用的水蒸氣。燃燒器產(chǎn)生的熱量最好在燃燒器順流方向回收。在這種實(shí)施例中，含氫燃料最好可以部分或全部是燃料電池陽極廢氣，它會(huì)與含氧氣體形成催化反應(yīng)以產(chǎn)生熱燃燒氣體。燃燒氣體中包含的部分熱量被輸送到輸入燃料和氣體中，附加熱量最好經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)熱交換器回收，而后者可以是獨(dú)立裝置也可以與燃燒器集成在一起。如上所述，這里所介紹的其它最佳燃料重組器同樣也可以改裝成催化燃燒器。
如前所述，這里所介紹的最佳燃料重組器也可以通過不使用重組器結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)催化劑而改裝成非催化燃燒器。在按照本發(fā)明的非催化燃燒器中，含氫燃料同上述催化燃燒器一樣采用燃燒器上交換室(如圖1中的交換室102)內(nèi)含氧氣體燃燒。然后，熱的燃燒氣體在通過熱交換管50時(shí)被進(jìn)入的燃料和氣體部分冷卻。這些部分冷卻的燃燒氣體隨后流出燃燒器，而后通過一個(gè)或多個(gè)附加熱交換器進(jìn)一步冷卻，這些附加熱交換器可以是獨(dú)立裝置也可以與燃燒器集成為一體。
圖15示出了本發(fā)明的另一個(gè)最佳燃料重組器300。如上所述，該重組器也特別適合作為一個(gè)催化或非催化燃燒器使用。燃料重組器300的大部分部件都與上述最佳燃料重組器10的部件相似，并用相同的標(biāo)記。
燃料重組器300與圖所示的重組器的不同之處在于它采用一個(gè)單殼體設(shè)計(jì)，其外殼體312延伸至重組器300的第一端314和第二端316之間。燃料重組器300僅有一個(gè)進(jìn)入口，含氫燃料和氣體均通過該進(jìn)入口被引入熱交換室100。作為替代方式，含氫燃料和氣體也可以通過獨(dú)立的進(jìn)入口(圖中未示)被引入，包括如圖5所示的布置形式，即燃料可以通過頂蓋構(gòu)件22進(jìn)入。
在燃料重組器300中，含氫燃料和氣體在熱交換室100內(nèi)混合，圍繞并穿過擋板75、76和77流入環(huán)形通道352。環(huán)形通道使熱交換室100與上腔室102相通。最好采用自熱重組反應(yīng)法使經(jīng)過混合的燃料和氣體在流經(jīng)催化劑72時(shí)進(jìn)行反應(yīng)，以產(chǎn)生氫氣和一氧化碳。
熱重組產(chǎn)品流經(jīng)熱交換管50，將部分熱量帶到流經(jīng)熱交換室100的燃料和氣體流體中。
環(huán)形通道352是在外殼體312和內(nèi)殼體340之間形成的，而內(nèi)殼體340又固定在第二管板64上。由于內(nèi)殼體340和外殼體312之間沒有采用固定連接，因而形成一個(gè)斷續(xù)接合，熱交換管的軸向膨脹引起了內(nèi)殼體340相對(duì)于外殼體312的相對(duì)軸向移動(dòng)，從而防止了熱應(yīng)力的發(fā)生。
雖然所示燃料重組器300是一個(gè)帶有兩個(gè)催化劑72和62的重組器，但重組器300也可以用作只使用一個(gè)催化劑的燃料重組器，或如上所述，可以用作催化或非催化燃燒器。容易理解的是，燃料重組器300可以提供有肋條24、凹窩25等等，使內(nèi)殼體340處于外殼體312內(nèi)中央位置，其實(shí)施例如前所述，參考其它最佳實(shí)施例。
本發(fā)明技術(shù)范圍還包括整體燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，按照本發(fā)明，其中，兩個(gè)或更多的單個(gè)反應(yīng)器被端到端地接合到一起，形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。這種整體結(jié)構(gòu)最好是通過焊接或銅焊各個(gè)反應(yīng)器的外殼體來形成。圖16示出了一種最佳形式的整體反應(yīng)器，包括一個(gè)燃料重組器400。在這個(gè)燃料重組器中，類似于圖1所示只有一個(gè)催化劑72的反應(yīng)器402和類似于圖5所示有一對(duì)催化劑72’和62的反應(yīng)器端對(duì)端地連接在一起。在這個(gè)具體最佳實(shí)施例中，反應(yīng)器402的催化劑72包括一個(gè)用來將含氫燃料轉(zhuǎn)換成氫氣的燃料轉(zhuǎn)化催化劑，最好是自熱重組催化劑。反應(yīng)器404的催化劑72’和62最好分別包括高溫和低溫變換反應(yīng)催化劑。在這個(gè)反應(yīng)器400中，催化劑72中產(chǎn)生的熱重組產(chǎn)品流經(jīng)反應(yīng)器402的熱交換管50進(jìn)入混合室406，在這里與反應(yīng)器404熱交換室100內(nèi)預(yù)熱蒸汽相結(jié)合。脫除了一氧化碳的重組產(chǎn)品從催化劑72’處流經(jīng)反應(yīng)器404的熱交換管50，在這里與交換室100的蒸汽進(jìn)行熱交換而得到冷卻，而后進(jìn)入催化劑62室，用于低溫變換反應(yīng)。
同樣，也可以提供一個(gè)包括優(yōu)先氧化反應(yīng)催化劑的整體系統(tǒng)，。
圖17示出了另一種整體式燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器500。如下詳細(xì)所述，反應(yīng)器500設(shè)計(jì)成可使重組產(chǎn)品在第一催化劑72和第二催化劑62之間避免過度冷卻現(xiàn)象，在某些情況下，這種現(xiàn)象在圖1和圖5所示的熱交換器10和110中可能會(huì)發(fā)生。通過入口48進(jìn)入的氣體混合物的溫度為上游系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工作條件的函數(shù)。同樣的，氣體混合物的溫度可以隨工作條件的不同而略有變化。例如，在一個(gè)特定自熱重組反應(yīng)系統(tǒng)中，在滿負(fù)荷工況下經(jīng)入口48進(jìn)入的氣體混合物的溫度可能大約180℃，但在部分負(fù)荷工況下則可能會(huì)降到大約160℃。另一方面，第二催化劑62的工作溫度可能需要大約230℃。這樣，尤其是在部分負(fù)荷工況下，流經(jīng)催化劑72和催化劑62之間的重組物就有可能受到流過熱交換室100的氣體混合物的過度冷卻。如果如圖1所示由于水的冷卻作用在經(jīng)過熱交換管190時(shí)補(bǔ)充水時(shí)，這個(gè)問題會(huì)變得很復(fù)雜。在目前技術(shù)的反應(yīng)器中重組產(chǎn)品的過度冷卻問題一直是通過使用一個(gè)旁通管路和閥門來解決，采用旁通管路和閥門時(shí)，部分氣體混合物在部分負(fù)荷工況下繞過交換腔室100。但是，閥門和管路以及燃料重組器的復(fù)雜性和閥門承受高溫環(huán)境等都會(huì)使閥門的耐用性和可靠性受到限制。
反應(yīng)器500采用一種整體結(jié)構(gòu)避免了過度冷卻現(xiàn)象的發(fā)生，這種整體結(jié)構(gòu)包括一個(gè)第一熱交換部分502和第二熱交換器部分504，第一熱交換部分又包括第一和第二催化劑72和62，氣體混合物被引入第二熱交換部分504并被來自第二催化劑62的重組產(chǎn)品加熱。下面將詳細(xì)介紹反應(yīng)器500的結(jié)構(gòu)和工作原理。
反應(yīng)器500的第一熱交換器部分502在結(jié)構(gòu)上類似于圖5所示的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器110，其部件相同，并采用相同的標(biāo)記。第一熱交換器部分502包括最好是自熱重組催化劑的第一催化劑72和最好包括一氧化碳脫除催化劑的第二催化劑72，例如變換反應(yīng)催化劑。
第二熱交換器部分504也在結(jié)構(gòu)上與圖5所示燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器相似，熱交換管50伸至管板58和管板64之間，且熱交換管50上使用了擋板75、76和77。第二熱交換部分504擁有一個(gè)帶外表面536的主殼體530，并在管板58附近的有一個(gè)進(jìn)口48，氣體混合物經(jīng)過該進(jìn)口進(jìn)入熱交換室506，被通過熱交換管50從第二催化劑62處過來的重組產(chǎn)品加熱。根據(jù)下面所述，第二熱交換部分的主殼體530可以包含第一熱交換部分502的主殼體130的延伸部分。
在圖17所示的熱交換器500中，通過進(jìn)口48進(jìn)入第二熱交換部分504的氣體混合物由燃料、空氣和蒸汽組成。相應(yīng)地，熱交換器500又進(jìn)一步與熱交換器10和110不同之處在于它沒有一個(gè)獨(dú)立的燃料入口。然而容易理解的是，熱交換器500也可以使用一個(gè)獨(dú)立的燃料進(jìn)口，其與熱交換器10的外殼體12中進(jìn)口26或熱交換器110的頂蓋構(gòu)件122中的進(jìn)口126相似。當(dāng)熱交換器提供有一個(gè)類似燃料進(jìn)口26的燃料進(jìn)口時(shí)，不難看出外殼體112將會(huì)向下延伸，如圖1所示。
外殼體部分512環(huán)繞著第一熱交換器部分502的下部和第二熱交換器部分504的上部。外殼體部分512的上端508剛性固定在第一熱交換器部分502的主殼體30上，其下端510固定在第二熱交換器部分504的主殼體530上。在其上下端508和510之間，外殼體部分512與主殼體130和530的外端面136和536等距離隔開，從而形成環(huán)形通道552以供燃料、蒸汽和空氣氣體混合物從第二熱交換部分的熱交換室506流向第一熱交換部分502的熱交換室100。氣體混合物經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)孔口546進(jìn)入環(huán)形通道552，這些孔口位于第二熱交換器部分504的最近的管板64的外殼體530上(或外殼體530和130之間)，而后，氣體混合物經(jīng)由第一熱交換器部分502的外殼體130上的一個(gè)或多個(gè)孔口548流出環(huán)形通道552。
孔口546和548以及第一熱交換器部分502大約管板64處的開口550的結(jié)構(gòu)詳細(xì)介紹如下。開口546，548和550可以是殼體130和530上的分散開口形式，也可以在結(jié)構(gòu)上類似于斷續(xù)連接部分54的斷續(xù)連接形式。凡提供有斷續(xù)連接的，可以看出，該接合部分的結(jié)構(gòu)如同圖1和圖5至圖10中任何一種形式，包括圖中所示的孔口。
例如，圖18示出了一種實(shí)施例，該例中開口550由許多分散的孔口552組成，而且沒有非連續(xù)接合部。但是，最好提供一種如圖1和圖5至圖10所示的非連續(xù)接合處，以便調(diào)節(jié)第一熱交換器部分502熱交換管50的縱向熱膨脹。
另外，至少應(yīng)有一個(gè)開口548可以采用殼體130上所形成的分散孔口形式，如圖18所示，或者一個(gè)單獨(dú)的連續(xù)開口548采用非連續(xù)接合的形式，這樣開口548上方的殼體130部分就與開口548下方的殼體部分不連通。開口548形成的這種非連續(xù)性接合處就屬于圖1和圖5至圖10中任一一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)了。
在第一熱交換部分502的殼體130和第二熱交換部分504的殼體530之間至少應(yīng)有一個(gè)開口546。開口546可以如圖18所示采用許多分散孔口的形式，這樣殼體530就會(huì)形成殼體130的一個(gè)整體延伸，且不會(huì)形成非連續(xù)性接合處。
作為選擇，可以提供一個(gè)單一的連續(xù)開口546，這樣殼體130和殼體530就彼此分開，且提供有一個(gè)不連通的接合處。開口546形成的不連通的接合處可以是圖1和圖5至圖10中任何一種結(jié)構(gòu)形式。
最好是在一個(gè)或幾個(gè)開口546、548和550處提供一種不連通的接合方式，以便調(diào)節(jié)熱交換器500的熱膨脹。更可取的是，至少在開口550處提供一個(gè)不連通的接合部，以便調(diào)節(jié)第一熱交換器部分502熱交換管50的熱膨脹，這種熱膨脹是因第一催化劑72產(chǎn)生的較高溫度重組產(chǎn)品引起的。凡在開口550處提供有一個(gè)不連通的接合部的，開口546和開口548最好各有若干個(gè)等距離間隔的孔口。在這種情況下，在開口546或開口548處增加一個(gè)不連通接合處并不是很重要，因?yàn)榇┻^第二催化劑62的溫度差一般較小。另外，最好在開口546和開口548處都提供不連通接合處，同時(shí)可取消開口550處的不連通接合處。凡在開口546或開口548處提供有不連通接合處的，這些不連通接合處最好都應(yīng)預(yù)先等距離間隔，如圖11所示，因?yàn)榻雍喜课坏拈_口面積會(huì)由于第一熱交換部分502中熱交換管50的熱膨脹而減小。在這種情況下，有必要提供帶槽的孔，以避免氣體流動(dòng)受阻或提供一個(gè)預(yù)先確定的可接受的最小間隙。
圖19給出了整體式燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器600的另一種示例，該反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)和工作原理上與圖17所示的反應(yīng)器500相似，所使用的部件相同，并采用相同的部件標(biāo)記。燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器600包括一個(gè)含第一和第二催化劑72、62的第一熱交換部分602，并且除了下述的不同之處除外，它與反應(yīng)器500的第一熱交換部分502相似。反應(yīng)器600還包括一個(gè)第二熱交換部分604，除了下述的不同之處除外，其與反應(yīng)器500的熱交換部分504相似。
在反應(yīng)器600中，外殼體部分512沒有了；而且至少第一熱交換部分502提供有一個(gè)主殼體630，該主殼體至少在距離其主端632最近處的直徑加大了。主殼體630套裝在副內(nèi)殼體640上。副內(nèi)殼體640有個(gè)第一端642和一個(gè)第二端644。第一端642則位于第二熱交換器部分604主殼體530的至少一個(gè)開口546附近；第二端644則剛性固定在第一熱交換部分602管板58的法蘭60上。主殼體630的主端632又剛性固定在開口546下方第二熱交換部分604的主殼體530上，這樣就形成了一個(gè)通道652，供氣體在第一和第二熱交換部分602和604的熱交換室506和100之間流動(dòng)?？梢钥闯?，環(huán)形孔口654是在主殼體630和主殼體530的第二端644之間形成的。熱交換器600的兩個(gè)開口546和550中的一個(gè)或者二者都采用上述不連通接合部的形式，參閱圖17。至少開口550應(yīng)最好采用一個(gè)不連通的接合形式。
本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，在所示例的和所述燃料重組器上可進(jìn)行各種改裝或變動(dòng)均不違背本發(fā)明的精神和范圍。此外，所有上述改裝和變動(dòng)都屬于所附權(quán)利要求范圍，被認(rèn)為是包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一個(gè)燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器中，一種管殼式熱交換器，用于在氣體與燃料反應(yīng)之前加熱氣體且將反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體混合物冷卻，所述熱交換器包括具有主端、副端和在所述兩個(gè)端部之間延伸的側(cè)壁并在殼體構(gòu)件內(nèi)形成熱交換室的主殼體構(gòu)件；用于引導(dǎo)所述氣體進(jìn)入所述熱交換室的注入口；在所述主端附近固定在所述主殼體構(gòu)件上并在交換室一端封閉所述熱交換室的第一管板；與所述主殼體構(gòu)件相分離并位于所述副端附近的第二管板裝置，該第二管板裝置構(gòu)成了與交換室所述一端相對(duì)的所述交換室的另一端；自所述第一管板延伸至所述第二管板裝置并剛性固定在第一管板和第二管板裝置上的若干個(gè)熱交換管，所述熱交換管為所述氣體混合物通過熱交換室在熱交換管內(nèi)流動(dòng)提供了通道；其特征在于在聽述主殼體構(gòu)件的所述副端區(qū)域內(nèi)形成了一個(gè)或多個(gè)排出孔口，為在所述燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器工作期間，在其殼體一側(cè)上的流經(jīng)所述熱交換室的所述氣體流體提供了至少一個(gè)出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其中在所述主殼體構(gòu)件和所述第二管板裝置中至少一個(gè)上形成所述一個(gè)或多個(gè)排出孔口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其中所述一個(gè)或多個(gè)排出孔口是在所述主殼體構(gòu)件和所述第二管板裝置之間形成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中所述的任意一種燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，包括具有第一端和第二端的外殼體和在所述第一和第二端之間延伸的外殼壁，所述外殼在所述第二端處封閉，在聽述主殼體構(gòu)件和所述第二管板裝置周圍延伸，所述外殼還具有用于所述燃料的注入口，其特征在于燃料通道是在主殼體構(gòu)件的所述外殼壁和側(cè)壁之間構(gòu)成并從所述燃料注入口延伸至所述一個(gè)或多個(gè)排出孔口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于所述第二管板裝置包括一個(gè)帶有外周側(cè)壁的副殼體構(gòu)件，其一端位于主殼體構(gòu)件的所述副端附近，并與所述副端一起，構(gòu)成一個(gè)不連通的接合處，且其特征在于所述第二管板裝置在所述熱交換管出現(xiàn)熱膨脹時(shí)能相對(duì)于所述主殼體構(gòu)件自由移動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于在所述不連通接合處形成一個(gè)間隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于所述一個(gè)或多個(gè)排出孔口都包括所述間隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，進(jìn)步包括用于加快燃料和氣體的反應(yīng)的第一催化劑，所述催化劑安裝在具有外周側(cè)壁的副殼體構(gòu)件上，所述外周側(cè)壁的端部位于主殼體構(gòu)件的所述副端附近，而且與所述副端一起構(gòu)成一個(gè)不連通的接合處，所述催化劑的布置適合所述燃料和所述氣體流過以產(chǎn)生所述氣體混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于第一催化劑包括自熱重組催化劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于第一催化劑包括種部分氧化催化劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于第一催化劑包括蒸汽重組反應(yīng)催化劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于第一催化劑包括燃燒催化劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，進(jìn)一步包括第二催化劑，該催化劑布置在所述主端附近和所述熱交換室外部的所述主殼體構(gòu)件里。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于第二催化劑是水一氣變換反應(yīng)催化劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于第二催化劑是優(yōu)先氧化催化劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于所述一個(gè)或多個(gè)排出孔口是在所述主殼體構(gòu)件的所述副端處構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于所述第二管板裝置包括副殼體構(gòu)件，該副殼體構(gòu)件有一個(gè)帶第一預(yù)定直徑的外周側(cè)壁和一個(gè)同軸套管伸出端，從其最近一端的所述外周側(cè)壁延伸到所述副端；該副殼體構(gòu)件還有一個(gè)第二預(yù)定直徑，該直徑不同于所述第一預(yù)定直徑，其中所述套管伸出端有一個(gè)自由端，位于所述一個(gè)或多個(gè)排出孔口區(qū)域，這些排出孔口在所述主殼體構(gòu)件的副端處或其附近形成，其中在所述燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器使用期間所述副殼體構(gòu)件在第一位置和第二位置之間相對(duì)移動(dòng)，其中第一位置是指一個(gè)或多個(gè)孔口被所述套管伸出端部分遮擋，第二位置是指所述一個(gè)或多個(gè)孔口至少充分打開以供所述氣體流通。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于所述第二管板裝置包括具有第一內(nèi)徑的外周側(cè)壁的副殼體構(gòu)件，所述主殼體構(gòu)件有主外部直徑和同軸套管伸出端，在其副端處從其側(cè)壁延伸，所述套管伸出端帶有與主外徑和第一內(nèi)徑均不同的外徑，所述套管伸出端有位于在所述第二管板裝置周圍形成的所述一個(gè)或多個(gè)排出孔口區(qū)域的自由端，其中，在所述燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器使用期間，所述副殼體構(gòu)件在第一位置和第二位置之間相對(duì)移動(dòng)，其中，第一位置是指一個(gè)或多個(gè)孔口被所述套管伸出端部分遮擋，第二位置是指所述一個(gè)或多個(gè)孔口至少充分打開以供所述氣體流通。
19.一種用于燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器的熱交換器，所述熱交換器包括帶有第一與第二端和在所述第一與第二端之間延伸的內(nèi)外表面的外殼體，所述第二端是封閉的；在所述第一端附近的外殼體上的第一燃料進(jìn)入口；一個(gè)具有主端、副端和在主副端之間延伸的外表面的主內(nèi)殼體，所述主內(nèi)殼體延伸入所述外殼體并與外殼體相連接；在所述內(nèi)殼體的外表面與所述外殼體的內(nèi)表面之間形成的燃料通道，該燃料通道自所述第一注入口縱向延伸至所述內(nèi)殼體的所述副端；帶有第一端和第二端的副內(nèi)殼體，該第一端位于所述主內(nèi)殼體的副端附近，該第二端與副內(nèi)殼體的第一端等距離相隔；在所述主內(nèi)殼體和所述副內(nèi)殼體二者中至少其中之一內(nèi)形成的一個(gè)或多個(gè)排出孔口，這些排除孔口在所述主內(nèi)殼體的所述副端區(qū)域內(nèi)，以便為氣體流出所述主內(nèi)殼體提供通道；在所述副內(nèi)殼體和所述外殼體之間形成的并自副內(nèi)殼體的所述第一端延伸至所述第二端的另一個(gè)通道，在所述熱交換器使用期間流經(jīng)所述另一個(gè)通道的所述燃料和氣體混合物；固定在所述主端附近所述主內(nèi)殼體內(nèi)的并封閉所述主內(nèi)殼體的第一管板；固定連接到所述副內(nèi)殼體并封閉所述副內(nèi)殼體的第二管板；自所述第一管板延伸至所述第二管板并連接到兩個(gè)管板上的若干個(gè)熱交換管，所述熱交換管構(gòu)成熱氣體混合物流經(jīng)所述第二管板然后再流經(jīng)第一管板的通道，所述熱氣體混合物在所述熱交換器使用期間在所述熱交換管內(nèi)得到冷卻。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的熱交換器，其特征在于所述主內(nèi)殼體的所述副端和所述副內(nèi)殼體的所述第一端形成一個(gè)不連通的接合處，所述副內(nèi)殼體在所述熱交換管熱膨脹時(shí)可相對(duì)于所述主內(nèi)殼體自由移動(dòng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的熱交換器，包括用于所述氣體的第二注入口，該注入口在所述主端附近的所述主內(nèi)殼體一側(cè)。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的熱交換器，其特征在于擋板安裝在所述第一管板和第二管板之間的所述主內(nèi)殼體內(nèi)。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的熱交換器，其特征在于所述一個(gè)或多個(gè)排出孔口在所述熱交換器使用期間其有效尺寸會(huì)發(fā)生變化。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的熱交換器，其特征在于所述外殼體帶有突部，這些突部圍繞外殼體等距離隔開并向內(nèi)突出與主內(nèi)殼體的所述外端面嚙合。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的熱交換器，其特征在于催化劑安裝在所述第二端區(qū)域內(nèi)的所述外殼體內(nèi)并布置成可以與所述燃料和氣體有效接觸，以產(chǎn)生所述熱氣體混合物。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的熱交換器，包括所述催化劑，該催化劑是一種含氫燃料的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)催化劑，以產(chǎn)生含氫的熱氣體混合物，所述催化劑安裝在所述第二端區(qū)域內(nèi)的所述外殼體內(nèi)，能夠通過與所述燃料和氣體混合物有效接觸而產(chǎn)生所述熱氣體混合物。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的熱交換器，其特征在于所述熱氣體混合物是溫度至少為500℃的含氫重組產(chǎn)品。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的熱交換器，包括所述催化劑，該催化劑是一種含氫燃料的自熱重組反應(yīng)催化劑，以產(chǎn)生含氫的熱氣體混合物，所述催化劑安裝在所述第二端區(qū)域內(nèi)的所述外殼體內(nèi)，能夠通過與所述燃料和氣體混合物有效接觸而產(chǎn)生所屬熱氣體混合物。
29.根據(jù)權(quán)利要求25至28中的任意一種熱交換器，其特征在于所述主殼體有一個(gè)含催化劑部分，該部分位于主內(nèi)殼體的所述主端，一個(gè)進(jìn)一步催化劑安裝在所述含催化劑部分內(nèi)，所述主內(nèi)殼體有一個(gè)排出孔口，以便含氫重組產(chǎn)品從主內(nèi)殼體流出。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的熱交換器，其特征在于所述進(jìn)一步催化劑包括用于一氧化碳脫除反應(yīng)的催化劑，有效接至所述熱交換管形成的所述通道的下游端部，所述一氧化碳脫除催化劑可從水-氣體變換反應(yīng)催化劑和優(yōu)先氧化催化劑中選擇。
31.一種用于使用催化反應(yīng)法將含氫燃料轉(zhuǎn)換成氫氣的燃料重組器，所述燃料重組器包括具有主端和副端以及在這兩個(gè)端部之間延伸的側(cè)壁的主殼體構(gòu)件；具有位于主殼體構(gòu)件的所述副端附近的第一端的副殼體構(gòu)件，一個(gè)或多個(gè)排出孔口由所述主殼體構(gòu)件副端區(qū)內(nèi)的主殼體構(gòu)件和副殼體構(gòu)件中至少一個(gè)形成，以便為氣體流經(jīng)所述主殼體構(gòu)件提供至少一個(gè)排出孔口；位于所述第一殼體構(gòu)件上的注入口，該注入口用來將所述氣體引入由所述主殼體構(gòu)件形成的熱交換室；固定在所述主殼體構(gòu)件上并在交換室的第一端封閉所述熱交換室的第管板；與所述副殼體構(gòu)件固定連接并形成熱交換室第二端的第二管板，該第二管板與交換室所述第一端相對(duì)；自所述第一管板延伸至所述第二管板并剛性固定在兩個(gè)管板上的若干個(gè)熱交換管，所述熱交換管為熱氣體混合物通過熱交換室流至所述通道下游提供了通道；燃料轉(zhuǎn)換發(fā)應(yīng)的第一催化劑，該催化劑位于所述第二管板附近和所述熱交換室的外邊，適合從所述含氫燃料和所述氣體中產(chǎn)生所述熱氣體混合物，在燃料重組器使用期間，通過與流經(jīng)所述熱交換室的氣體的熱交換接觸使所述熱氣體混合物被冷卻到所期望的溫度；在所述熱交換室外側(cè)用于第二催化反應(yīng)的第二催化劑，其被連接到所述通道的下游端，從而在所述燃料重組器使用期間，使被冷卻的氣體混合物與所述第二催化劑有效接觸；含氫燃料混合物輸送裝置，用于輸送所述含氫燃料和所述氣體流氣的混合物，所述氣體流體從所述一個(gè)或多個(gè)排出孔口流向所述第一催化劑處。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的燃料重組器，其特征在于所述氣體流體是一種蒸汽和空氣的混合物，所述輸送裝置包括延伸在所述主副殼體構(gòu)件周圍并剛性連接至所述主殼體構(gòu)件上的外殼體構(gòu)件。
33.根據(jù)權(quán)利要求31或32所述的燃料重組器，其特征在于所述副殼體構(gòu)件的所述第一端和所述主殼體構(gòu)件的所述副端構(gòu)成一個(gè)不連通的接合處，所述至少一個(gè)排出孔口的尺寸可變，并取決于燃料重組器在所述熱交換室內(nèi)的工作溫度。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的燃料重組器，其特征在于含氫燃料注入口在緊靠所述主端部的所述外殼體構(gòu)件的一端，所述外殼體構(gòu)件和所述主殼體構(gòu)件之間形成燃料通道，并從所述燃料注入口延伸至所述一個(gè)或多個(gè)排出孔口。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的燃料重組器，其特征在于所述外殼體構(gòu)件和所述副殼體構(gòu)件之間形成一個(gè)或多個(gè)進(jìn)一步通道，所述進(jìn)一步通道使得含所述氫燃料和所述氣體流體的所述混合物從與所述一個(gè)或多個(gè)排出孔口鄰接的區(qū)域流到與所述第一催化劑鄰接的封閉混合室。
36.根據(jù)權(quán)利要求31至35中所述的任意一種燃料重組器，包括一個(gè)或多個(gè)安裝在所述熱交換管上并位于所述熱交換室內(nèi)的擋板，所述一個(gè)或多個(gè)擋板使用時(shí)可使所述氣體通過所述熱交換室沿一條蜿蜒的通路流動(dòng)。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的燃料重組器，包括若干個(gè)所述擋板，其中一個(gè)擋板位于所述排出孔口附近并帶有一個(gè)中央開口，所述氣體通過該開口按徑向朝外方向流向所述排出孔口。
38.根據(jù)權(quán)利要求32或34所述的燃料重組器，其特征在于所述外殼體構(gòu)件包括一個(gè)帶有突部的側(cè)壁，這些突部沿外殼體等距離隔開，并向內(nèi)突出與主殼體構(gòu)件的所述側(cè)壁相嚙合。
39.根據(jù)權(quán)利要求32至37所述的任意一種燃料重組器，其特征在于所述主殼體構(gòu)件處形成若干個(gè)所述排出孔口，所述第二催化劑包括一氧化碳脫除催化劑。
40.根據(jù)權(quán)利要求31至37所述的任意一種燃料重組器，其特征在于所述第二催化劑是能夠降低所述被冷卻氣體混合物中一氧化碳的濃度的一氧化碳脫除催化劑。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的燃料重組器，其特征在于所述一氧化碳脫除催化劑進(jìn)一步增加了氫的產(chǎn)量。
42.一種將燃料轉(zhuǎn)換為熱氣體混合物的方法，包括提供一個(gè)熱交換殼體裝置，該裝置設(shè)置了一種熱交換室并在其內(nèi)安裝了許多熱交換管，每個(gè)管子都伸入所述熱交換室，所述熱交換管為熱氣體混合物的流動(dòng)提供了通道；將氣體流體引入所述熱交換室，所述氣體流體流經(jīng)所述交換室，從而使所述氣體流體通過與流經(jīng)所述交換管的熱氣體混合物進(jìn)行熱交換而得到加熱；從所述交換室中收回被加熱的氣體流體，然后使所述被加熱的氣體流體與燃料混合而提供所述燃料和所述氣體流體的初步混合物；使所述初步混合物經(jīng)過反應(yīng)以產(chǎn)生熱氣體混合物；將所述熱氣體混合物流經(jīng)所述通道，從而部分冷卻熱氣體混合物至較低的溫度。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于所述燃料包括含氫燃料，其中這種燃料和氣體混合物的反應(yīng)是一種能夠在氣體混合物種產(chǎn)生氫氣催化燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于所述初始混合物與能夠產(chǎn)生催化燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)的第一催化劑接觸，其中含氫氣體混合物從第一催化劑流出。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于第一催化劑包括自熱重組催化劑。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于該氣體流體包含水和氧氣。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述氣體流體包含空氣和蒸汽的混合物。
48.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于該第一催化劑包括部分氧化催化劑。
49.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于該第一催化劑包括蒸汽重組催化劑。
50.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于所述熱氣體混合物經(jīng)所述通道流至第二催化劑，所述方法又進(jìn)一步包括使所述部分冷卻的氣體混合物與所述第二催化劑接觸，從而降低了所述部分冷卻的氣體混合物中一氧化碳的濃度。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于該第二催化劑是水一氣體變換反應(yīng)催化劑。
52.根據(jù)權(quán)利要求50所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于該第二催化劑是優(yōu)先氧化催化劑。
53.根據(jù)權(quán)利要求43所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于所述含氫燃料是從包含石油餾分、天然氣或天然氣成分、乙醇的族類中的一個(gè)或多個(gè)中選取的。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于所述含氫燃料是從包含汽油、煤油、柴油、石腦油、甲烷和丙烷的族類中選取的。
55.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于所述殼式熱交換裝置包括主殼體構(gòu)件，它帶有兩個(gè)互為相對(duì)的端部和固定在所述兩端之一端附近的第一管板；副殼體構(gòu)件，帶有一個(gè)位于所述兩端之另一端附近的第一端和固定連接在第一端的第二管板，所述若干個(gè)熱交換管自所述第一管板延伸至所述第二管板并連接在兩個(gè)管板上，其中所述加熱后的氣體流體通過一個(gè)或多個(gè)孔口自所述熱交換室排出，一個(gè)或多個(gè)孔口是在所述主殼體構(gòu)件兩端之另一端區(qū)域內(nèi)由所述主殼體構(gòu)件和副殼體構(gòu)件至少其中一個(gè)形成。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于所述殼式熱交換裝置包括外殼體構(gòu)件，它封閉了至少相當(dāng)一部分所述主殼體構(gòu)件和副殼體構(gòu)件；燃料通道，該通道在所述外殼體構(gòu)件和所述主殼體構(gòu)件之間形成，并自所述外殼體構(gòu)件燃料注入口縱向延伸至主殼體構(gòu)件兩端之所述另一端，其中所述方法包括使所述燃料流過燃料通道來對(duì)燃料加熱，從而在流經(jīng)熱交換室的所述燃料和所述氣體流體之間提供熱交換。
57.根據(jù)權(quán)利要求55或56所述的方法，其特征在于所述燃料包括含氫燃料，其中該燃料和該氣體混合物的反應(yīng)是一種催化燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)，這種反應(yīng)會(huì)在氣體混合物中產(chǎn)生氫氣，其中所述初步混合物與能夠起催化燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)作用的第一催化劑接觸，其中含氫氣的氣體混合物自第一催化劑處流出，其中所述第一催化劑布置在所述副殼體構(gòu)件內(nèi)而第二催化劑布置在所述主殼體構(gòu)件內(nèi)所述兩端之一端附近。
58.根據(jù)權(quán)利要求55至57中所述的任意一種方法，其特征在于該副殼體構(gòu)件的所述第一端和該主殼體構(gòu)件的兩端的所述另一端構(gòu)成一個(gè)不連通的接合處，而且其中所述熱氣體混合物流經(jīng)所述通道的步驟引起所述熱交換管產(chǎn)生熱膨脹，造成所述副殼體構(gòu)件會(huì)相對(duì)于所述主殼體構(gòu)件移動(dòng)。
59.一種使用催化反應(yīng)將含氫燃料轉(zhuǎn)換成氫氣的方法，所述方法包括提供一個(gè)帶有第一端和第二端的外殼體，所述第二端封閉；具有兩個(gè)互為相對(duì)端部的內(nèi)殼體裝置，該裝置在第一端處進(jìn)入外殼體并與所述外殼體相連接，在所述外殼體和內(nèi)殼體裝置之間形成的通道，該通道從含氫燃料注入口延伸至所述內(nèi)殼體裝置的所述兩端之一端；使氣體流體流經(jīng)聽述內(nèi)殼體裝置形成的交換室以加熱所述氣體流體，然后再使所述氣體流體通過內(nèi)殼體裝置一側(cè)形成的一個(gè)或多個(gè)孔口，于是被加熱的氣體進(jìn)入所述通道；使含氫燃料同時(shí)流經(jīng)所述注入口和所述通道，從而使所述含氫燃料通過與被加熱氣體流體的熱交換而初步加熱，然后與被加熱氣體流體混合，提供一種所述燃料和所述氣體流體的混合物；使所述混合物與催化材料相接觸，通過催化反應(yīng)法產(chǎn)生氫氣。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于所述氣體流體含有水和氧。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的方法，其特征在于所述氣體流體是一種空氣和蒸汽的混合物。
62.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于所述內(nèi)殼體裝置包括帶有兩個(gè)互為相對(duì)的端部的主內(nèi)殼體構(gòu)件和一端位于主內(nèi)殼體構(gòu)件所述兩端之一端附近的副內(nèi)殼體構(gòu)件，所述一個(gè)或多個(gè)孔口在聽述主內(nèi)殼體構(gòu)件一端處由所述主內(nèi)殼體構(gòu)件和副內(nèi)殼體構(gòu)件中至少一個(gè)構(gòu)成，若干個(gè)熱交換管安裝在所述主內(nèi)殼體構(gòu)件內(nèi)，所述氣體流體的加熱是使熱重組產(chǎn)品流經(jīng)熱交換管在交換室內(nèi)進(jìn)行熱交換而實(shí)現(xiàn)；所述重組產(chǎn)品包含氫氣，且是通過對(duì)所述燃料和氣體混合物的催化燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)而產(chǎn)生的。
63.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于所述催化反應(yīng)法包括一個(gè)應(yīng)用第一催化劑用來產(chǎn)生一種燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)的第一催化反應(yīng)，布置在所述內(nèi)殼體裝置的所述端；和一個(gè)應(yīng)用第二催化劑的第二催化反應(yīng)，布置在所述內(nèi)殼體裝置的相對(duì)一端，所述第一催化反應(yīng)產(chǎn)生一種重組產(chǎn)品，該重組產(chǎn)品通過熱交換管流經(jīng)所述交換室并用來加熱所述氣體流體，所述第二催化反應(yīng)用來降低所述重組產(chǎn)品中一氧化碳的濃度。
64.根據(jù)權(quán)利要求59至63中所述的任意一種方法，其特征在于所述催化材料分為能夠產(chǎn)生燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)的第一體催化材料和第二體催化材料，每一體均安裝在所述內(nèi)殼體裝置的相對(duì)端部的各自一端，所述第一體產(chǎn)生所述重組產(chǎn)品，所述第二體降低所述重組產(chǎn)品中一氧化碳的濃度。
65.根據(jù)權(quán)利要求64所述的方法，其特征在于所述第一體催化材料為能夠?qū)⑺龊瑲淙剂限D(zhuǎn)換為氫氣的自熱重組催化材料。
66.根據(jù)權(quán)利要求64所述的方法，其特征在于所述第二體催化材料為一氧化碳脫除催化劑。
67.根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其特征在于所述副內(nèi)殼體構(gòu)件的所述一端和所述主內(nèi)殼體構(gòu)件的鄰接一端構(gòu)成一個(gè)不連通的接合處，在所述熱重組產(chǎn)品通過熱交換管時(shí)由于熱交換管的熱膨脹作用，所述副內(nèi)殼體構(gòu)件則會(huì)相對(duì)于所述主殼體構(gòu)件移動(dòng)。
68.根據(jù)權(quán)利要求59所述的一種方法，其特征在于該氣體流體經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)孔口徑向流出，在孔口處進(jìn)入通道并與燃料結(jié)合，所述氣體流體和燃料在混合室內(nèi)均勻混合，從而使混合物均勻分布到催化材料中。
69.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于該燃料和該氣體流體一起經(jīng)過注入口被引入。
70.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，包括帶有第一和第二端和外殼壁的外殼體，外殼壁伸入所述第一和第二端之間，外殼體的第二端位于第二管板裝置附近并由端蓋構(gòu)件封閉，該端蓋構(gòu)件有一個(gè)燃料注入口，注入口與混合室相通，用來混合燃料和氣體流體，混合室位于端蓋構(gòu)件和第二管板裝置之間。
71.在一個(gè)燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器中，一種在氣體流體與燃料反應(yīng)之前用來加熱氣體流體且用來冷卻反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的氣體混合物的管殼式熱交換器，所述熱交換器包括(a)第一熱交換區(qū)，包括(i)第一主殼體構(gòu)件，該構(gòu)件具有主端和副端和一個(gè)在所述兩端之間延伸的側(cè)壁，并構(gòu)成了位于第一殼體構(gòu)件內(nèi)的第一熱交換室；(ii)第一管板，該管板固定在所述主端附近的所述主殼體構(gòu)件上，并在第一交換室的一端封閉所述第一熱交換室；(iii)第二管板裝置，該管板裝置與所述主殼體構(gòu)件隔開，并位于所述副端附近，所述第二管板裝置構(gòu)成了所述第一交換室的另一端，它與第一熱交換室的所述一端相對(duì)；(iv)若干個(gè)熱交換管，這些熱交換管從所述第一管板處延伸到所述第二管板裝置并與第一管板和第二管板裝置剛性連接，所述熱交換管為所述氣體混合物經(jīng)由所述第一熱交換室流入熱交換管提供了通道；(v)在所述主殼體構(gòu)件的所述副端區(qū)域內(nèi)形成的一個(gè)或多個(gè)孔口，為流經(jīng)所述燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器殼體一側(cè)上第一熱交換室的氣體提供了至少一個(gè)排出口；(b)第二熱交換區(qū)，包括(i)第二主殼體構(gòu)件，它有主、副端和在所述兩端之間延伸的側(cè)壁，形成了與第一熱交換室相通的第二熱交換室，第二殼體構(gòu)件通過位于第二殼體構(gòu)件副端附近的第一殼體構(gòu)件主端與第一殼體構(gòu)件同中心；(ii)安裝在第二殼體構(gòu)件內(nèi)的若干熱交換管，這些熱交換管與第一熱交換區(qū)的熱交換管相通；(iii)設(shè)在第二殼體構(gòu)件側(cè)壁上的注入口，用來引導(dǎo)該氣體流體進(jìn)入第二熱交換室；(iv)在第二殼體構(gòu)件副端區(qū)域內(nèi)形成的一個(gè)或多個(gè)排出口，為該氣體流體從第二熱交換室流向第一熱交換室提供了至少一個(gè)出口。
72.根據(jù)權(quán)利要求71所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于第一熱交換器部分進(jìn)一步包括由一個(gè)或多個(gè)注入孔口，這些注入孔口位于第一殼體構(gòu)件的主端區(qū)域，為該氣體流體從第二熱交換室進(jìn)入第一熱交換室提供了至少一個(gè)入口。
73.根據(jù)權(quán)利要求72所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，進(jìn)一步包括帶有第一端和第二端的外殼體部分，所述第一端和第二端環(huán)繞第二殼體構(gòu)件的副端和第一殼體構(gòu)件的主端，形成了一個(gè)流通通路，供氣體流體自第二熱交換室流向第一熱交換室，外殼體部分的第一端和第二端分別剛性固定在第一和第二殼體構(gòu)件的側(cè)壁上，所述通路位于外殼體部分和殼體構(gòu)件之間。
74.根據(jù)權(quán)利要求73所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于在該第二殼體構(gòu)件副端區(qū)域內(nèi)形成的一個(gè)或多個(gè)排出孔口位于第一和第二殼體構(gòu)件之間。
75.根據(jù)權(quán)利要求74所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于第二殼體構(gòu)件副端區(qū)域內(nèi)形成的一個(gè)或多個(gè)排出孔口在第一和第二殼體構(gòu)件之間包括一個(gè)不聯(lián)通的接合處。
76.根據(jù)權(quán)利要求72所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于該第一殼體構(gòu)件主端的直徑要大于第二殼體構(gòu)件副端的直徑，其中第二殼體構(gòu)件的副端裝入第一殼體構(gòu)件的主端，第一殼體構(gòu)件的主端剛性固定在第二殼體構(gòu)件的側(cè)壁上，這樣在第一和第二殼體構(gòu)件之間就形成了一個(gè)通路，供氣體流體從第二熱交換室流向第一熱交換室。
77.根據(jù)權(quán)利要求76所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于該一個(gè)或多個(gè)注入孔口包含位于第一和第二殼體構(gòu)件之間的連續(xù)的環(huán)形間隙。
78.根據(jù)權(quán)利要求76所述的燃料轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其特征在于該一個(gè)或多個(gè)注入孔口包含一個(gè)在第一殼體構(gòu)件主端附近的側(cè)壁上形成的不連通的接合處。
全文摘要
一種轉(zhuǎn)換反應(yīng)器(10)包括具有第一端(14)和第二端(16)的外殼(12)，主內(nèi)殼體(30)內(nèi)表面(16)伸入該外殼(12)，具有主和副端(34)的主內(nèi)可體(30)形成了熱交換室(100)，副內(nèi)殼體(40)具有與主內(nèi)殼體(30)的副端(34)鄰接的第一端(42)。在兩個(gè)內(nèi)殼(30，40)之間形成了一個(gè)或者多個(gè)用于氣體流體流出熱交換室(100)的排出孔口(46)。還具有若干個(gè)在第一(58)和第二管板(64)之間伸出熱交換室(100)的熱交換管(50)。在將第二管板(64)連接到副內(nèi)殼體(40)的同時(shí)，將第一管板(58)安置在主內(nèi)殼體(30)上。內(nèi)殼體(30，40)的鄰接端(42，34)形成一個(gè)不連接的結(jié)合處且當(dāng)熱交換管(50)熱膨脹時(shí)副內(nèi)殼體能夠相對(duì)于主內(nèi)殼體自由移動(dòng)。
文檔編號(hào)F28F9/02GK1742187SQ200380109121
公開日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者容曉陽, 布萊恩·E.·奇德爾 申請(qǐng)人:達(dá)納加拿大公司