專利名稱：燃料重整設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于燃料電池系統(tǒng)的燃料重整設(shè)備。
背景技術(shù)：
眾所公知的，燃料電池系統(tǒng)用于使用燃料來產(chǎn)生電能。
在燃料電池中，聚合物電解質(zhì)膜燃料電池具有極好的輸出特性，工作溫度低，啟動和反應(yīng)速度快的特點。因此，聚合物電解質(zhì)膜燃料電池的這些優(yōu)點使其具有廣泛的應(yīng)用，包括用于車輛的移動電源，用于住宅或建筑物的分布式電源，以及用于電子設(shè)備的小型電源。
將使用聚合物電解質(zhì)膜燃料電池的燃料電池系統(tǒng)構(gòu)造成具有燃料電池主體(下文稱為“電池堆”)；燃料重整器，其重整燃料以產(chǎn)生重整含氫氣體并將該重整氣體提供給燃料電池主體；以及氧化氣體供應(yīng)單元，其向電池堆供應(yīng)氧化氣體。
因此，通過重整氣體與供應(yīng)給電池堆的氧化氣體之間的電化學(xué)反應(yīng)，聚合物電解質(zhì)膜燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生電能。
可以將燃料重整器構(gòu)造成具有通過直接燃燒燃料產(chǎn)生熱能的熱源，以及通過使用該熱能進行燃料重整反應(yīng)來產(chǎn)生重整氣體的重整反應(yīng)單元。
在現(xiàn)有的燃料重整器中，在燃料于熱源中燃燒時產(chǎn)生的相對高溫的燃燒氣體按原狀地排出。這會導(dǎo)致燃燒氣體的熱量損失并因此增加啟動時間。結(jié)果，系統(tǒng)的熱效率和執(zhí)行效率變差。
此外，由于通過熱源出口排出的高溫燃燒氣體局部地接觸燃料重整器外殼上對應(yīng)于熱源出口的部位，外殼可能損壞或者燃燒氣體的熱能可能通過該外殼局部部位排放到外部，因此使絕熱性能變差。
如上所述，在現(xiàn)有的燃料重整器中，從熱源產(chǎn)生的熱能通過外殼局部部位排放出去，并由此增加啟動時間。這會導(dǎo)致燃料系統(tǒng)熱效率和執(zhí)行效率變差。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的燃料重整設(shè)備。
本發(fā)明的另一目的是提供一種燃料重整設(shè)備，將其構(gòu)造為向重整反應(yīng)單元附加地提供燃燒氣體的熱能。
本發(fā)明的又一目的是提供一種燃料重整設(shè)備，將其構(gòu)造為改善對從熱源產(chǎn)生的熱能的絕熱性能。
在本發(fā)明的示例性實施例中，將一種燃料重整設(shè)備構(gòu)造成，具有主體，其包括第一管和置于第一管內(nèi)部的第二管；熱源，其安裝在第二管中并適于通過燃燒第二管中的燃料產(chǎn)生熱能；重整反應(yīng)單元，其通過向在第一管和第二管之間限定的空間中填加重整催化劑而形成，并適于通過燃料重整反應(yīng)產(chǎn)生含氫的重整氣體；外殼，其包圍該主體，并允許從熱源產(chǎn)生的燃燒氣體沿著重整反應(yīng)單元的外圍流動。
可以在外殼和第一管之間形成燃燒氣體流動的流動路徑。
外殼可以具有至少一個排出口，用于排放沿上述流動路徑流動的燃燒氣體。
外殼可由絕熱材料制成。
熱源可以帶有連接于第二管的第一端并將燃料與空氣一起點燃并燃燒的點火器。
熱源可以包括形成于該點火器上第一注入口，用于將燃料和空氣注入到第二管中；以及形成于第二管第二端上的第一排出口，用于將燃燒氣體排放到第一管與外殼之間限定的空間中。
熱源可設(shè)置為，在填充在第二管中的氧化催化劑作用下，通過燃料與空氣的氧化反應(yīng)產(chǎn)熱源。
熱源可以包括形成在第二管第一端上的第一注入口，用于向第二管中注入燃料和空氣；以及形成于第二管的第二端上的第一排出口，用于將燃燒氣體排放到第一管與外殼之間限定的空間中。
重整反應(yīng)單元可以包括形成于第一管第一端上的第二注入口，用于向第一管與第二管之間限定的空間中注入燃料；以及形成于第一管第二端上的第二排出口，用于排放重整氣體。
在本發(fā)明的另一示例性實施例中，將一種燃料重整設(shè)備構(gòu)造為，具有熱源，其通過燃燒燃料產(chǎn)生熱能；重整反應(yīng)單元，其適于通過使用該熱能進行燃料重整反應(yīng)來產(chǎn)生含氫的重整氣體；主絕熱構(gòu)件，其包圍該熱源和重整反應(yīng)單元，以防止從熱源產(chǎn)生的熱量散發(fā)到外部；以及輔助絕熱構(gòu)件，其安裝在主絕熱構(gòu)件的局部部位上，其中該局部部位與從熱源產(chǎn)生的燃燒氣體局部地接觸。
該主絕熱構(gòu)件可以外殼的形式提供。
該輔助絕熱構(gòu)件可以具有至少一個附于主絕熱構(gòu)件的局部部位上的絕熱板。
主絕熱構(gòu)件和輔助絕熱構(gòu)件可以由從包括不銹鋼、鋯、鋁和陶瓷的組中選擇的材料制成。
主絕熱構(gòu)件可以具有形成在該局部部位附近的容納部，并且輔助絕熱構(gòu)件由填充在該容納部中的絕熱材料制成。
絕熱材料可以是玻璃纖維。
在本發(fā)明的再一實施例中，將一種燃料重整設(shè)備構(gòu)造為，具有主體，包括第一管和置于第一管中的第二管；熱源，其安裝在第二管中并適于通過燃燒第二管內(nèi)的燃料產(chǎn)生熱能；重整反應(yīng)單元，其通過向第一管和第二管之間限定的空間中填加重整催化劑而形成，并適于通過燃料的重整反應(yīng)產(chǎn)生含氫的重整氣體；主絕熱構(gòu)件，其包圍主體，以允許從熱源產(chǎn)生的燃燒氣體沿重整反應(yīng)單元的外圍流動；以及輔助絕熱構(gòu)件，其安裝在主絕熱構(gòu)件的局部部位上，其中該局部部位與從熱源產(chǎn)生的燃燒氣體局部地接觸。
該主絕熱構(gòu)件可以外殼的形式提供，該外殼具有比第一管的橫截面面積大的橫截面面積，并且在第一管和外殼之間形成一流動路徑。
該輔助絕熱構(gòu)件可以具有至少一個附于主絕熱板構(gòu)件局部部位上的絕熱板。
該主絕熱構(gòu)件可以具有形成在該局部部位附近的容納部，并且輔助絕熱構(gòu)件由填充在該容納部中的絕熱材料制成。
所述熱源可以具有連接于第二管的第一端并在第二管中將燃料與空氣一起點燃并燃燒的點火器；形成于該點火器上的第一注入口，用于將燃料和空氣注入到第二管中；以及形成于第二管第二端上的第一排出口，用于將燃燒氣體排放到第一管與外殼之間限定的空間中。
輔助絕熱構(gòu)件可以具有至少一個附于主絕熱板構(gòu)件的內(nèi)壁上的絕熱板，其中所述內(nèi)壁對應(yīng)于第一排出口。
主絕熱元件構(gòu)件可以具有對應(yīng)于第一排出口的容納部，并且輔助絕熱構(gòu)件由填充在該容納部中的絕熱材料制成。
將熱源構(gòu)造為，在填充在第二管中的氧化催化劑作用下，通過燃料與空氣的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能。
熱源可以具有形成于第二管第一端上的第一注入口，用于向第二管中注入燃料和空氣；以及形成于第二管第二端上的第一排出口，用于將燃燒氣體排放到第一管與外殼之間限定的空間中。
重整反應(yīng)單元可以具有形成于第一管第一端上的第二注入口，用于向第一管與第二管之間限定的空間中注入燃料；以及形成于第一管第二端上的第二排出口，用于排放重整氣體。


通過參考隨后的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖(圖中相同的參考標(biāo)記代表相同或相似的組件)，可對本發(fā)明作更好的理解，因而對本發(fā)明更全面的認(rèn)識及許多附帶的優(yōu)點也將更佳明顯，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的實施例的燃料重整設(shè)備的裝配視圖；
圖2為圖1的燃料重整設(shè)備的橫截面圖，此時燃料重整設(shè)備已經(jīng)組裝好；圖3為圖1的燃料重整設(shè)備的修改實施例的橫截面圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的另一實施例的燃料重整設(shè)備的裝配圖；圖5為圖4的燃料重整設(shè)備的橫截面圖，此時燃料重整設(shè)備已經(jīng)組裝好；圖6為圖5的燃料重整設(shè)備修改實施例的橫截面圖；圖7為圖5的燃料重整設(shè)備另一修改實施例的橫截面圖；以及圖8為圖5的燃料重整設(shè)備另一修改實施例的橫截面圖。
具體實施例方式
結(jié)合附圖將對本發(fā)明作更全面的描述，其中示出了本發(fā)明的示例性實施例。然而，本發(fā)明可以有許多不同形式的修改，且不應(yīng)理解為僅限于本文所述的實施方式；相反，提供這些實施例是為了使公開內(nèi)容更加完全和完備，且向本領(lǐng)域技術(shù)人員更完全地傳達(dá)本發(fā)明的構(gòu)思。如有可能，相同的標(biāo)號將用于所有附圖以代表相同或相似的部件。
圖1為根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的實施例的燃料重整設(shè)備的裝配圖，圖2為圖1的燃料重整設(shè)備的橫截面圖，其中的燃料重整設(shè)備已經(jīng)組裝好。
參見圖1和圖2，將根據(jù)本發(fā)明原理的實施例的燃料重整設(shè)備100構(gòu)造為，通過將燃料與氧化氣體一起燃燒產(chǎn)生熱能并使用該熱能執(zhí)行氣態(tài)燃料的重整反應(yīng)，來產(chǎn)生含氫的重整氣體。
燃料重整設(shè)備100用于聚合物電解質(zhì)膜燃料電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過重整氣體的氧化反應(yīng)和氧化氣體的還原反應(yīng)來產(chǎn)生電能。因此，將從燃料重整設(shè)備100處產(chǎn)生的重整氣體提供給聚合物電解質(zhì)膜燃料電池系統(tǒng)的電池堆。
用在燃料重整設(shè)備100中的燃料可以是含氫的液體燃料，例如甲醇、乙醇、液化石油氣(LPG)、液化天然氣(LNG)或汽油，或者是含氫的氣態(tài)燃料。
此外，存儲在存儲單元中的氧或含氧的周圍空氣可用作氧化氣體。在本實施例中，以使用含氧的周圍空氣作為氧化氣體的情況進行示例。
將燃料重整系統(tǒng)100構(gòu)造為具有熱源10，用于通過將燃料與大氣空氣一起燃燒來產(chǎn)生熱能；以及重整反應(yīng)單元30，用于通過使用由熱源10所產(chǎn)生熱能的燃料重整反應(yīng)來產(chǎn)生含氫的重整氣體。
將燃料重整設(shè)備100構(gòu)造為還包括具有同心雙管結(jié)構(gòu)的主體50。也就是說，主體50包括第一管51和置于第一管51中的第二管52。
第一管51是圓柱形的，且具有兩個封閉的相反端以及一定的橫截面面積。第二管51也是圓柱形的，且具有比第一管51的橫截面面積小的橫截面面積以及兩個封閉相反端。第一管51和第二管52同軸放置，使得第二管52的外圍與第一管51的內(nèi)圍距離一定的間隔。
在燃料重整設(shè)備100中，熱源10的功能是燃燒燃料并將通過燃燒燃料產(chǎn)生的熱量提供給重整反應(yīng)單元30。熱源10具有連接到第二管52的第一端的點火器11。該點火器11的功能是，將第二管52中的氣態(tài)燃料與空氣一起點燃。
點火器11具有用于點燃?xì)鈶B(tài)燃料和大氣空氣的點火塞(未示出)。該點火器11具有用于向第二管52中注入燃料和大氣空氣的第一注入口13a。
此外，在熱源10中，在第二管52的第二端形成第一排出口13b，用于將在第二管52中燃燒燃料和空氣期間產(chǎn)生的燃燒氣體排放。
在本實施例中，通過用重整催化劑31填充第一管51和第二管52之間的空間來構(gòu)建重整反應(yīng)單元30，相應(yīng)地，通過使用重整催化劑31進行氣態(tài)燃料的重整反應(yīng)來產(chǎn)生含氫的重整氣體。
重整催化劑31可以包含，由氧化鋁(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)或二氧化鈦(TiO2)制成的球型(pellet)載體，以及裝在該球型載體中的催化材料，如銅(Cu)、鎳(Ni)或鉑(Pt)。
此外，在第一管51的第一端上形成第三注入口33a，用于向第一管51和第二管52之間的空間注入燃料。在第一管51的第二端上形成用于排放重整氣體的第二排出口33b，其中該重整氣體是通過燃料與重整催化劑31之間的重整反應(yīng)而在第一管51和第二管52之間的空間中產(chǎn)生的。
燃料重整設(shè)備100進一步包括包圍主體50的外殼70。該外殼70允許通過熱源10的第一排出口13b排放的相對高溫的燃燒氣體沿重整反應(yīng)單元30的外圍流動。也就是說，該外殼70的功能是向重整反應(yīng)單元30附加地提供燃燒氣體的熱能。
此外，外殼10也起到絕熱箱的作用，其可以阻止作用在主體50上的熱能散失到外部。
外殼70形成為圓筒的管狀，提供用于容納主體50的內(nèi)部空間。外殼70具有敞開的第一端76和封閉的第二端78。外殼70包括用于密封該敞開的第一端76的密封蓋71。這里，密封蓋71形成為平的環(huán)形盤的形狀，使得容納在外殼70中的主體50的一端可以通過密封蓋71的中心孔72伸出外殼70。
這里，外殼70環(huán)繞第一管51同軸放置，使得第一管51的外圍與外殼70的內(nèi)圍間隔開。也就是說，外殼70的橫截面面積比第一管51的橫截面面積大。
這樣，在外殼70和重整反應(yīng)單元30之間限定出流動路徑73，通過熱源10的第一排出口13b排放的燃燒氣體可以沿流動路徑73流動，同時與重整反應(yīng)單元30的外圍接觸。
在這一點上，為了防止由熱源10產(chǎn)生的并作用于主體50上的熱能通過外殼70散失，外殼70可用諸如不銹鋼、鋯或鋁之類的金屬絕熱材料或諸如陶瓷之類的非金屬絕熱材料制成。
此外，在外殼70敞開的第一端附近，帶有一個或更多用于排放沿流動路徑73環(huán)流的燃燒氣體的排出口75。4個排出口75可形成于外殼70第一端附近的部位，并且相鄰兩個之間有90°的間隔。
現(xiàn)在將對上述根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的本實施例的燃料重整設(shè)備的操作作詳細(xì)描述。
首先，將燃料和大氣空氣通過點火器11的第一注入口13a提供到第二管52中。
在這種狀態(tài)下，當(dāng)操作點火塞(未示出)時，將燃料和空氣噴入第二管52中并被熱源10中的點火塞點燃。隨后，燃料和空氣在第二管52中燃燒而產(chǎn)生熱能。
在這一點上，由于重整反應(yīng)單元30形成于熱源10的外部，所以通過第二管52將熱能提供給重整反應(yīng)單元30的重整催化劑31。
在上述過程中，在第二管52中通過燃燒燃料和空氣產(chǎn)生的相對高溫的燃燒氣體，通過熱源10的第一排出口13b排放。
隨后，如圖2中箭頭所指，燃燒氣體沿在第一管51和外殼70之間限定的流動路徑73環(huán)流，同時接觸重整反應(yīng)單元30的外圍。結(jié)果，燃燒氣體的熱能可附加地施加在重整反應(yīng)單元30上。
相應(yīng)地，由于重整反應(yīng)單元30接收燃燒氣體的熱能以及直接從熱源10提供的熱能，所以重整反應(yīng)單元30可以在重整反應(yīng)所需的反應(yīng)啟動溫度范圍內(nèi)保持在重整反應(yīng)單元30的整個區(qū)域中均勻一致的溫度分布。在這一點上，沿流動路徑73環(huán)流的燃燒氣體通過外殼70的排出口75排放到外部。
在這種狀態(tài)下，通過重整反應(yīng)單元30的第三注入口33a，將燃料提供到在第一管51和第二管52之間限定的空間中。隨后，在重整催化劑31的作用下在重整反應(yīng)單元30中進行燃料的重整反應(yīng)，由此產(chǎn)生重整氣體。
這里，通過重整反應(yīng)單元30的第二排出口33b排放重整氣體，并隨后提供給聚合物電解質(zhì)膜燃料電池系統(tǒng)的電池堆。包含在重整氣體中氫的氧化反應(yīng)和單獨提供的大氣空氣的還原反應(yīng)在電池堆中進行，以輸出電能。
圖3為圖1的燃料重整設(shè)備的修改實施例的橫截面圖。
參見圖3，本修改實施例的燃料重整設(shè)備200與前述圖2實施例相同，只是熱源110是通過向第二管152中填充氧化催化劑115形成的。
也就是說，將熱源110構(gòu)造為，通過氧化劑115與燃料和大氣空氣之間的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能。因此，在熱源110中，在第二管152的第一端設(shè)有第一注入口113a，通過該第一注入口向第二管152中注入燃料和空氣。在第二管152的第二端進一步設(shè)有第一排出口113b，通過該第一排出口排放在氧化劑115作用下而燃燒燃料和空氣期間產(chǎn)生的燃燒氣體。
氧化劑115可以包含，由氧化鋁(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)或二氧化鈦(TiO2)制成的球型載體，以及裝在該球型載體中的催化材料，如鉑(Pt)或釕(Ru)。
當(dāng)操作燃料重整設(shè)備200時，通過熱源110的第一注入口113a，將燃料和大氣空氣提供給第二管152。隨后，在氧化催化劑115作用下，通過燃料和大氣空氣的氧化反應(yīng)而在熱源110中產(chǎn)生熱能。此外，在由于氧化催化劑115作用而燃燒燃料和大氣空氣期間產(chǎn)生的燃燒氣體，通過熱源110的第一排出口113b排放。
由于根據(jù)本修改實施例的燃料重整設(shè)備200的其它部分及其操作與前述圖2中實施例的相同，在此省略對燃料重整設(shè)備200的詳細(xì)描述。
圖4為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的燃料重整設(shè)備的裝配圖，圖5是圖4的燃料重整設(shè)備的截面圖，其中該燃料重整系統(tǒng)已經(jīng)組裝好。
由于本實施例中燃料重整設(shè)備的結(jié)構(gòu)與前述圖1和2的實施例相同，所以僅在下文中描述與前述實施例不同的結(jié)構(gòu)和操作。
在本實施例的燃料重整設(shè)備300中，外殼370用作絕熱箱，用于阻止從熱源310而來的施加于主體350的熱能散失到外部。為了方便，將外殼370稱為“主絕熱構(gòu)件”。
在熱源310中燃燒燃料期間產(chǎn)生的燃燒氣體通過熱源310的第一排出口313b排放，隨后沿在第一管351和主絕熱構(gòu)件370之間限定的流動路徑373環(huán)流。
在上述過程中，由于通過熱源310的第一排出口313b排放的燃燒氣體，局部地與主絕熱構(gòu)件370的一端(圖4和5中的部位A)接觸，該端對應(yīng)于第一排出口313b，所以部位A的溫度局部地增加，由此熱能通過部位A散失。結(jié)果，燃料重整設(shè)備300的總體絕熱性能變差。
因此，在本實施例中，在主絕熱構(gòu)件370的部位A上設(shè)置提供輔助絕熱構(gòu)件390。該輔助絕熱構(gòu)件390阻止燃燒氣體的熱能通過部位A局部地散失。
輔助絕熱構(gòu)件390包括附在主絕熱構(gòu)件370一端(部位A)的內(nèi)壁上的絕熱板391。絕熱板391形成為與部位A相對應(yīng)的形狀，并用與主絕熱構(gòu)件370相同的材料制成。
也就是說，當(dāng)主絕熱構(gòu)件370形成為具有圓形截面的圓柱體形狀時，絕熱板391形成為與主絕熱構(gòu)件370一端的形狀相對應(yīng)的盤形。
參見圖4和5，盡管在部位A上只提供了一個絕熱板391，但本發(fā)明并不限制于此。例如，可以在部位A上安裝多個絕熱板391。
當(dāng)主絕熱構(gòu)件370用金屬絕熱材料制成時，絕熱板391通過焊接工藝附在部位A上。當(dāng)主絕熱構(gòu)件370由非金屬絕熱材料制成時，絕熱板391通過粘合物質(zhì)附在部位A上。
現(xiàn)在將對根據(jù)本發(fā)明的燃料重整設(shè)備300的操作進行詳細(xì)描述。
首先，通過點火器311的第一注入口313a向第二管352提供燃料和大氣空氣。
在這種狀態(tài)下，當(dāng)操作點火塞(未示出)時，將燃料和大氣空氣噴入第二管352中，并被熱源310中的點火塞點燃。隨后，燃料和大氣空氣在第二管352中燃燒而產(chǎn)生熱能。
這里，由于重整反應(yīng)單元330形成在熱源310的外部，所以通過第二管352將熱能提供給重整反應(yīng)單元330的重整催化劑331。
在上述過程中，通過在第二管352中燃燒燃料和大氣空氣產(chǎn)生的相對高溫的燃燒氣體，通過熱源310的第一排出口313b排放。
隨后，如圖5中箭頭所指，燃燒氣體沿著在第一管351和主絕熱構(gòu)件370之間限定的流動路徑373環(huán)流，同時與重整反應(yīng)單元330的外圍接觸。結(jié)果，燃燒氣體的熱能附加地施加于重整反應(yīng)單元330。
相應(yīng)的，由于重整反應(yīng)單元330接收燃燒氣體的熱能以及直接從熱源310提供的熱能，所以重整反應(yīng)單元330可以在重整反應(yīng)所需的反應(yīng)啟動溫度范圍內(nèi)保持在重整反應(yīng)單元330的整個區(qū)域中均勻一致的溫度分布。這里，沿流動路徑373環(huán)流的燃燒氣體，通過主絕熱構(gòu)件370的排出口375排放到外部。
由熱源310施加于重整反應(yīng)單元330和流動路徑373的熱能，不通過主絕熱構(gòu)件370向外部散放。
在上述過程中，從熱源310產(chǎn)生的高溫燃燒氣體通過第一排出口313b局部地導(dǎo)向主絕熱構(gòu)件370的一端(部位A)。這里，由于絕熱板391安裝在主絕熱構(gòu)件370的部位A上，所以可以通過絕熱板391來阻止局部地作用在主絕熱構(gòu)件370的部位A上的燃燒氣體通過部位A而散失熱能。
因此，燃燒氣體保持其熱能，并沿著在第一管351和主絕熱構(gòu)件370之間限定的流動路徑373環(huán)流，由此附加地向重整反應(yīng)單元330施加熱能。
在這種狀態(tài)下，通過重整反應(yīng)單元330的第一注入口333a，向在第一管351和第二管352之間限定的空間提供燃料。隨后，在重整反應(yīng)單元30中重整催化劑31的作用下進行燃料的重整反應(yīng)，由此產(chǎn)生含氫的重整氣體。
這里，通過重整反應(yīng)單元330的第二排出口333b排放重整氣體，并隨后提供給聚合物電解質(zhì)膜燃料電池系統(tǒng)的電池堆。包含在重整反應(yīng)氣中氫的氧化反應(yīng)和單獨提供的大氣空氣的還原反應(yīng)在電池堆中進行，以輸出預(yù)定的電能。
圖6為圖5的燃料重整設(shè)備的修改實施例的橫截面圖。
參見圖6，在根據(jù)本修改實施例的燃料重整設(shè)備400中，輔助絕熱構(gòu)件490包括絕熱材料491，其填埋在主絕熱構(gòu)件470的部位A附近。
也就是說，在主絕熱構(gòu)件470的部位A附近提供容納空間471，并用絕熱材料填充。該容納空間471是在部位A的內(nèi)壁和與部位A內(nèi)壁間隔開的隔板473之間限定的。該絕熱材料可以是玻璃纖維。
由于根據(jù)本修改實施例的燃料重整設(shè)備400的其它部分及其操作與前述圖4和5中實施例的相同，因而在此省略其詳細(xì)描述。
圖7和圖8為圖5的燃料重整設(shè)備的另一修改實施例的橫截面圖。
參見圖7和8，在根據(jù)這些修改實施例的燃料重整設(shè)備500、600中，在熱源510、610的第二管552、652中填充氧化催化劑515、516。
將熱源510、610構(gòu)造為，在氧化催化劑515、516作用下，通過燃料與大氣空氣的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能。
在熱源510、610中，第二管552、652的第一端形成第一注入口513a、613a，用于向第二管552、652中注入燃料和大氣空氣。在第二管552、652的第二端形成第一排出口513b、613b，用于將在氧化催化劑515和615作用下燃燒燃料和大氣空氣期間產(chǎn)生的燃燒氣體排放。
氧化劑515、615可以包含，由氧化鋁(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)或二氧化鈦(TiO2)制成的球型載體，以及裝在該球型載體中的催化材料，如鉑(Pt)或釕(Ru)。
因此，當(dāng)操作燃料重整設(shè)備500、600時，通過熱源510、610的第一注入口513a和613a，將燃料和大氣空氣提供給第二管552、652。隨后，在氧化催化劑515、615作用下，通過燃料和大氣空氣的氧化反應(yīng)在熱源510、610中產(chǎn)生熱能。此外，在氧化催化劑515、615作用下燃燒燃料和大氣空氣期間產(chǎn)生的燃燒氣體，通過熱源510、610的第一排出口513b、613b排放。
參見圖7，燃料重整設(shè)備500中的輔助絕熱構(gòu)件390具有附在主絕熱構(gòu)件570一端壁578(部位A)的內(nèi)壁上的絕熱板591。該絕熱板591形成為與部位A的形狀相對應(yīng)的形狀，并用與主絕熱構(gòu)件570相同的材料制成。
也就是說，當(dāng)主絕熱構(gòu)件570形成為具有圓形截面的圓柱體形狀時，絕熱板591形成為與主絕熱構(gòu)件570一端的形狀相對應(yīng)的盤形。
參見圖8，在根據(jù)本修改實施例的燃料重整設(shè)備600中，輔助絕熱構(gòu)件690包括絕熱材料691，其填埋在主絕熱構(gòu)件670的部位A附近。
也就是說，在主絕熱構(gòu)件670的部位A附近提供容納空間671，并用絕熱材料填充。該容納空間671是在部位A的內(nèi)壁和與部位A內(nèi)壁間隔開的隔板673之間限定的。該絕熱材料可以是玻璃纖維。
由于根據(jù)本修改實施例的燃料重整設(shè)備500、600的其它部分及其操作與前述圖2中實施例的相同，因而在此省略其詳細(xì)描述。
根據(jù)本發(fā)明，由于燃料重整設(shè)備進一步包括包圍主體的外殼，所以該外殼允許通過熱源的第一排出口排放的相對高溫的燃燒氣體沿著重整反應(yīng)單元的外圍環(huán)流。結(jié)果，燃燒氣體的熱能附加地施加于重整反應(yīng)單元。
相應(yīng)的，由于重整反應(yīng)單元接收燃燒氣體的熱能以及直接從熱源提供的熱能，所以它可以在重整反應(yīng)所需的反應(yīng)啟動溫度范圍內(nèi)保持在整個區(qū)域中均勻一致的溫度分布。結(jié)果，可以進一步地提高燃料電池系統(tǒng)的熱效率和執(zhí)行效率。
此外，由于輔助絕熱構(gòu)件附加地安裝在主絕熱構(gòu)件的局部部位，其局部地接觸從熱源排放的燃燒氣體，所以可以阻止通過主絕熱構(gòu)件的局部部位向外部散失熱能，由此減少熱能損失并防止主絕熱構(gòu)件局部損壞。
盡管已在上文對本發(fā)明的示例性實施例做了詳細(xì)描述，但應(yīng)清楚地理解為，對本文教示的基本發(fā)明構(gòu)思的許多變形及/或修改仍在隨附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種燃料重整設(shè)備，包括主體，其包括第一管和置于第一管內(nèi)部的第二管；熱源，其安裝在所述第二管內(nèi)并適于通過燃燒所述第二管內(nèi)的燃料產(chǎn)生熱能；重整反應(yīng)單元，其通過用重整催化劑填充在所述第一管和第二管之間限定的空間而形成，并且所述重整反應(yīng)單元適于通過燃料的重整反應(yīng)來產(chǎn)生含氫的重整氣體；和外殼，其裝有所述主體，并允許從所述熱源產(chǎn)生的燃燒氣體沿著所述重整反應(yīng)單元的外圍流動。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料重整設(shè)備，其中在所述外殼和所述第一管之間限定出一流動路徑，且所述燃燒氣體沿該流動路徑流動。
3.如權(quán)利要求2所述的燃料重整設(shè)備，其中所述外殼帶有至少一個用于排放沿所述流動路徑流動的燃燒氣體的排出口。
4.如權(quán)利要求2所述的燃料重整設(shè)備，其中所述外殼由絕熱材料制成。
5.如權(quán)利要求1所述的燃料重整設(shè)備，其中所述熱源包括連接到所述第二管的第一端并將燃料與空氣一起點燃并燃燒的點火器。
6.如權(quán)利要求5所述的燃料重整設(shè)備，其中所述熱源包括形成在所述點火器上的第一注入口，用于向所述第二管中注入燃料和空氣；以及形成在所述第二管第二端上的第一排出口，用于將所述燃燒氣體排放到在所述第一管和所述外殼之間限定的空間中。
7.如權(quán)利要求1所述的燃料重整設(shè)備，其中所述熱源被構(gòu)造為，在填充在所述第二管中的氧化催化劑的作用下，通過燃料和空氣的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能。
8.如權(quán)利要求7所述的燃料重整設(shè)備，其中所述熱源包括形成在所述第二管第一端上的第一注入口，用于向所述第二管注入燃料和空氣；以及形成在所述第二管第二端上的第一排出口，用于將所述燃燒氣體排放到在所述第一管和所述外殼之間限定的空間中。
9.如權(quán)利要求1所述的燃料重整設(shè)備，其中所述重整反應(yīng)單元包括形成在所述第一管第一端上的第二注入口，用于向在所述第一管和第二管之間限定的空間中注入燃料；以及形成在所述第一管第二端上的第二排出口，用于排放所述重整氣體。
10.一種燃料重整設(shè)備，包括熱源，其通過燃燒燃料而產(chǎn)生熱能；重整反應(yīng)單元，其適于通過使用所述熱能進行燃料重整反應(yīng)來產(chǎn)生含氫的重整氣體；主絕熱構(gòu)件，其包圍所述熱源和所述重整反應(yīng)單元，以阻止從所述熱源產(chǎn)生的熱能散發(fā)到外部；和輔助絕熱構(gòu)件，其安裝在所述主絕熱構(gòu)件的局部部位上，其中該局部部位與從所述熱源產(chǎn)生的燃燒氣體局部地接觸。
11.如權(quán)利要求10所述的燃料重整設(shè)備，其中所述主絕熱構(gòu)件以外殼的形式提供。
12.如權(quán)利要求10所述的燃料重整設(shè)備，其中所述輔助絕熱構(gòu)件包括至少一個附在所述主絕熱構(gòu)件的局部部位上的絕熱板。
13.如權(quán)利要求12所述的燃料重整設(shè)備，其中所述主絕熱構(gòu)件和所述輔助絕熱構(gòu)件由從包括不銹鋼、鋯、鋁和陶瓷的組中選擇的材料制成。
14.如權(quán)利要求10所述的燃料重整設(shè)備，其中所述主絕熱構(gòu)件包括形成在所述局部部位附近的容納部，并且所述輔助絕熱構(gòu)件由填充在所述容納部中的絕熱材料制成。
15.如權(quán)利要求14所述的燃料重整設(shè)備，其中所述絕熱材料為玻璃纖維。
16.一種燃料重整設(shè)備，包括主體，其包括第一管和置于第一管中的第二管；熱源，其安裝在所述第二管內(nèi)并適于通過燃燒所述第二管內(nèi)的燃料產(chǎn)生熱能；重整反應(yīng)單元，其通過向在所述第一管和第二管之間限定的空間中填充重整催化劑而形成，并適于通過燃料的重整反應(yīng)產(chǎn)生含氫的重整氣體；主絕熱構(gòu)件，其包圍所述主體，以允許從所述熱源產(chǎn)生的燃燒氣體沿著所述重整反應(yīng)單元的外圍流動；和輔助絕熱構(gòu)件，其安裝在所述主絕熱構(gòu)件的局部部位上，其中該局部部位與從所述熱源產(chǎn)生的燃燒氣體局部地接觸。
17.如權(quán)利要求16所述的燃料重整設(shè)備，其中所述主絕熱構(gòu)件以外殼的形式提供，該外殼具有比所述第一管的橫截面面積大的橫截面面積，并且在所述第一管和所述外殼之間形成一流動路徑。
18.如權(quán)利要求17所述的燃料重整設(shè)備，其中所述輔助絕熱構(gòu)件包括至少一個附在所述主絕熱構(gòu)件的局部部位上的絕熱板。
19.如權(quán)利要求16所述的燃料重整設(shè)備，其中所述主絕熱構(gòu)件包括形成在所述局部部位附近的容納部，并且所述輔助絕熱構(gòu)件由填充在所述容納部中的絕熱材料制成。
20.如權(quán)利要求16所述的燃料重整設(shè)備，其中所述熱源包括連接到所述第二管的第一端并在所述第二管內(nèi)將燃料與空氣一起點燃并燃燒的點火器；形成在所述點火器上的第一注入口，用于向所述第二管中注入燃料和空氣；以及形成在所述第二管第二端上的第一排出口，用于將所述燃燒氣體排放到所述第一管和所述外殼之間限定的空間中。
21.如權(quán)利要求20所述的燃料重整設(shè)備，其中所述輔助絕熱構(gòu)件包括至少一個附于所述主絕熱構(gòu)件的內(nèi)壁上的絕熱板，其中所述內(nèi)壁對應(yīng)于所述第一排出口。
22.如權(quán)利要求20所述的燃料重整設(shè)備，其中所述主絕熱構(gòu)件包括形成為與所述第一排出口對應(yīng)的容納部，并且所述輔助絕熱構(gòu)件由填充在所述容納部中的絕熱材料制成。
23.如權(quán)利要求16所述的燃料重整設(shè)備，其中所述熱源被構(gòu)造為，在填充在所述第二管中的氧化催化劑作用下，通過燃料和空氣的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能。
24.如權(quán)利要求23所述的燃料重整設(shè)備，其中所述熱源包括形成在所述第二管第一端上的第一注入口，用于向所述第二管注入燃料和空氣；以及形成在所述第二管第二端上的第一排出口，用于將所述燃燒氣體排放到所述第一管和所述外殼之間限定的空間中。
25.如權(quán)利要求16所述的燃料重整設(shè)備，其中所述重整反應(yīng)單元包括形成在所述第一管第一端上的第二注入口，用于向在所述第一管和第二管之間限定的空間中注入燃料；以及形成在所述第一管第二端上的第二排出口，用于排放所述重整氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開了燃料重整設(shè)備，包括主體，其包括第一管和置于第一管內(nèi)的第二管；和熱源，其安裝在所述第二管中并通過燃燒所述第二管中的燃料來產(chǎn)生熱能。重整反應(yīng)單元適于通過在所述第一管和第二管之間限定的空間中填充重整催化劑而形成，并通過燃料的重整反應(yīng)產(chǎn)生含氫的重整氣體。外殼包圍著所述主體，并允許從所述熱源產(chǎn)生的燃燒氣體沿著所述重整反應(yīng)單元的外圍流動。
文檔編號H01M8/04GK1941485SQ200610141618
公開日2007年4月4日 申請日期2006年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月27日
發(fā)明者李圣哲, 金周龍, 李贊鎬, 徐東明, 金鎮(zhèn)壙, 安鎮(zhèn)九, 戈羅賓斯凱·利奧尼德 申請人:三星Sdi株式會社