CN100369310C - 燃料电池系统及其重整器 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池系统包括：通过氢气和氧气的反应产生电能的叠层；借助热能通过化学催化反应从燃料产生氢气的重整器；提供燃料给重整器的燃料供应组件；和提供空气给重整器和叠层的空气供应组件。该重整器包括多个分别具有通道并被堆叠的反应器。

Description

燃料电池系统及其重整器
技术领域
本申请涉及一种燃料电池系统，尤其地涉及一种燃料电池系统的重整器。
背景技术
燃料电池是通过氧气和包含在羟族材料，例如甲醇、乙醇和天然气中的氢的电化学产生电能的用于产生电力的系统。
近年来，已经开发了聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)。PEMFC具有良好的输出特性、低工作温度和快速启动和响应特性。PEMFC可以作为交通工具、家庭和建筑物、以及电子设备的电源。因此，PEMFC用途广泛。
PEMFC由叠层、重整器、燃料箱和燃料泵组成。叠层形成多个燃料电池单元的集合体。燃料泵将燃料箱中的燃料提供给重整器。重整器重整燃料生成氢气，并将氢气提供给叠层。
重整器通过热能引起的化学催化反应将燃料生成氢气。重整器具有产生热量的热源组件、用于吸收热能并从燃料中产生氢气的重整反应器以及执行降低包含在氢气中的一氧化碳浓度的一氧化碳降低组件。
然而，在传统的燃料电池系统的所述重整器中，热源组件、重整反应器、和一氧化碳降低组件以容器的形式形成，且通过管道互连。因此，不直接执行反应器之间的热交换导致效率低的热交换。
更进一步，由于反应器在空间上是相互分离的，所以整个的燃料电池系统不能作得紧凑，以及由于管道的连接结构复杂，降低了系统的总体性能。
发明内容
提供一种重整器和具有该重整器的燃料电池，该重整器可以用简单的结构提高整个系统性能和效率。
根据本发明的一个方面，燃料电池系统的所述重整器包括多个分别具有通道且被堆叠的反应器。
反应器的通道可以部分形成于一个路径。
反应器可以用热导体形成。
反应器可以以平板形式形成。
反应器包括：第一反应器，通过燃料和空气的氧化催化反应产生热能；第二反应器，通过第一反应器产生的热来汽化燃料；第三反应器，通过重整催化第二反应器汽化的燃料产生氢气；第四反应器，实现初步降低包含在氢气中的一氧化碳浓度；和第五反应器，实现二次降低包含在氢气中的一氧化碳浓度。
第一反应器设置在中央，第三和第四反应器堆叠在第一反应器的上面，第二和第五反应器堆叠在第一反应器的下面。
重整器还包括和第四反应器组合的盖。
第一反应器包括：第一主体；第一通道，形成于第一主体的上表面且具有始端和终端；入口，形成于第一通道始端；出口，形成于第一通道终端；和第一和第二通道口，形成于出口区域。
第二反应器包括：第二主体；形成于第二主体的上表面且具有始端和终端的第二通道；形成于第二通道始端的入口；和第一通道口连通的第三通道口；和形成于第二通道终端和第二通道口连通的第一凹槽。
第三反应器包括：第三主体；第三通道，形成于第三主体上表面且具有始端和终端；第四通道口，形成于第三通道始端和第二通道口连通；第二凹槽，形成于第三通道终端；以及第四通道口，和第一通道口连通。
第四反应器包括：第四主体；第四通道，形成于第四主体上表面且具有始端和终端；第七通道口，形成于第四通道始端和第四通道口连通；和第六通道口，形成于第四通道终端且和第二凹槽连通。
第五反应器包括：第五主体；第五通道，形成于第五主体的上表面且具有始端和终端；入口，形成于第五通道始端；和出口，形成于第五通道终端。
反应器包括：热能发生器，通过燃料和空气的氧化催化反应产生热能；和氢气发生器，通过分别吸收热能发生器的燃料和吸收热能发生器产生的热来产生氢气。
另一方面，燃料电池系统包括：叠层，通过氢气和氧气反应产生电能；重整器，通过热能的化学催化反应从燃料中产生氢气；燃料供应组件，给重整器供应燃料；和空气供应组件，给重整器和叠层供应空气，其中重整器包括具有通道并被堆叠的多个反应器。
附图说明
图1是本发明第一典型实施例的燃料电池系统的简图。
图2是图1中的叠层的分解透视图。
图3是根据本发明的第一典型实施例的重整器的分解透视图。
图4是图3的中重整器的组合透视图。
图5是根据本发明的第二典型实施例的重整器的分解透视图。
图6和7是根据本发明的第二实施例的示出其变化的分解示意图。
具体实施方式
现将详细参照本发明的实施例，其中的例子在附图中说明，本说明书中相同的附图标记表示相同的元件。
参照图1所示第一典型实施例，在燃料电池系统100中采用聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)方法，通过重整包含氢的燃料产生氢气和通过氢气和氧化性气体的电化学反应产生电能。
在燃料电池系统100中，产生电能的燃料包含氢气的液体或气体燃料例如甲醇、乙醇或天然气。在下述典型实施例中，采用的燃料是液体形式的，以及混合燃料可以理解为液体燃料和水的混合。
更进一步，在燃料电池系统100中，和氢气反应的氧化性气体可以是储存在单独储存箱中的氧气，或者也可以仅仅是包含氧气的空气。在下面的典型实施例中采用包含氧气的空气。
根据本发明的燃料电池系统100包括通过氢气和氧气的电化学反应产生电能的叠层10、从燃料中产生氢气并提供给叠层10的重整器30、给重整器30供应燃料的燃料供应组件50、以及分别给重整器30和叠层10供应空气的氧气供应组件70。
图2是图1中的叠层的分解透视图，本发明的叠层具有通过连续安装多个发电机11聚集形成的发电机。
发电机11通过在中央的膜电极组件(MEA)12和在其两侧的隔板16(也认为是双极板)形成一个燃料电池单元。
膜电极组件12具有进行氢气和氧气的电化学反应的预定区域的活性区域17，且它具有在一个表面上的阳极、在另一个表面上的阴极和插入在两电极之间的电解质层。
阳极实现氢气的氧化反应以将氢气转换为氢离子(质子)和电子。阴极实现用特定温度使氢离子和氧气产生水和热的还原反应。电解质层将阳极产生的氢离子迁移到阴极以交换离子。
隔板16作为将氢气和氧气提供给MEA12两侧的供应器，而且还起到串联连接阳极和阴极的导体的作用。
另外，单独的压合板13、13’可以安装于叠层10的最外层以将多个发电机11压在一起，使其之间更紧密接触。然而，在本发明的典型实施例中叠层10中，可使得用设置于发电机11最外层的隔板16代替压合板13、13’，在这种情况下压合板不包括在结构中。当采用压合板13、13’时，它们除了具有将多个发电机11紧压在一起的功能还具有上述隔板16的功能，如图2中的典型实施例所示。
压合板13、13’中之一的压合板13包括：第一注入构件13a，用于将氢气提供给发电机11；和第二注入构件13b，用于将空气提供给发电机11。另一个压合板13’包括：第一排出构件13c，用于将在发电机11中反应后残余的氢气排出；和第二排出构件13d，用于将在发电机11中氢气和氧气化合反应产生的水，以及和氢气反应后残余的空气排出。第二注入构件13b可以通过第六供应管86连接到和空气供应组件70。
在这一实施例中，重整器30将含氢的燃料由热能通过化学催化反应产生氢气，并降低氢气中一氧化碳的浓度。参照图3和图4将在后面进一步描述重整器30的结构。
再次参照图1，用于给重整器30提供燃料的燃料供应组件50包括储存液体燃料的第一箱51、储存水的第二箱53、以及燃料泵55，与第一箱51和第二箱53相连，用于分别排出第一箱51和第二箱53中的液体燃料和水。
空气供应组件70包括用预定泵吸力实现空气的吸入和分别给发电机11的叠层10和重整器30提供空气的空气泵71。在这一实施例中，如图所示，空气供应组件70具有一个结构，使得通过一个空气泵71将空气供应给叠层10和重整器30，但不限于此。例如，可以提供一对空气泵来分别和叠层10和重整器30连接。
当本发明的系统100将重整器30产生的氢气提供给叠层10、并通过泵71将空气提供给叠层10时，叠层10通过氢和氧的电化学反应产生预定量的电能、水和热。
可以通过单独提供的微型计算机型的普通控制单元(未示出)控制燃料电池系统100的驱动，例如，燃料供应组件50、空气供应组件70等等的运行。
重整器30的结构将在下面详细描述。
图3是根据本发明第一典型实施例的重整器的分解透视图。图4是图3中重整器的组合透视图。
参照附图，在该典型实施例中，重整器30包括多个堆叠的反应器31、32、33、34、35，其通过燃料和空气的氧化催化反应产生热能，将混合燃料由热能通过多种催化反应产生氢气，并降低氢气中的一氧化碳浓度。
更详细地，重整器30包括：第一反应器31，用于产生热能；第二反应器32，通过热能汽化混和燃料；第三反应器33，通过蒸汽重整(SR)催化反应从汽化的混和燃料产生氢气；第四反应器34，通过氢气的水汽转换(WGS)催化反应来实现初步降低包含在氢气中的一氧化碳浓度；以及第五反应器35，通过氢气和空气的CO优先氧化(PROX)催化反应来实现二次降低氢气中的一氧化碳浓度。
在该典型实施例中，构成重整器30使得第一反应器31设置于中央，第三反应器33和第四反应器34依次堆叠于第一反应器31的上面，第二反应器32和第五反应器35依次堆叠于第一反应器31的下面。每个反应器具有允许燃料、空气、氢气等流动的通道和用于彼此连接每个通道的机构。下面结合出每个反应器的具体解释。
另外，盖36可以设置于远离重整器30的第四反应器34的一侧。第一到第五反应器31、32、33、34、35可以是具有预定长度和宽度的四边形板的形状，且可以由具有热导性的金属构成，例如铝、铜和钢。
第一反应器31是加热元件，其产生重整燃料所需的热能和预热整个重整器30。第一反应器31通过氧化催化反应实现燃料和空气的燃烧。
第一反应器31包括四边形板的形状的第一主体31p。第一流动通道31a形成于第一主体31p以能够使燃料和空气流动。第一流动通道31a具有始端和终端，形成于第一主体31p的上表面。另外，催化剂层(未示出)形成于第一流动通道31a的内表面，用于促进燃料和空气的氧化反应。
另外，第一入口31b形成于第一主体31p以给第一流动通道31a提供燃料和空气。第一出口31c也形成于第一主体31p以通过第一流动通道31a排出燃料和空气燃烧产生的燃烧气体。第一入口31b形成于第一流动通道31a的始端，第一出口31c形成于第一流动通道31a的终端。另外，第一通道口31d和第二通道口31e形成于第一出口31c区域。
第一入口31b可以通过第一供应管81连接到燃料供应组件50的第一箱51且通过第二供应管82连接到氧气供应组件70的空气泵71(见图1)。
第二反应器32从燃料供应组件50接收混合燃料的供应，以及第二反应器32从第一反应器31接收热能来汽化混合燃料。
第二反应器32包括四边形板的形状的第二主体32p。第二流动通道32a形成于第二主体32p使得混合燃料流动。第二流动通道32a具有始端和终端，并形成于第二组体32p的上表面。催化剂层(未示出)形成于第二流动通道32a的内表面，用于加速混合燃料的汽化。
另外，第二入口32b形成于第二主体32p以给第二流动通道32a提供混合燃料。第二入口32b形成于第二流动通道32a的始端。另外，与第一反应器31的第一通道口31d相连通的第三通道口32c形成于第二主体32p，且与第二通道口32e相连通的第一凹槽32d形成于第二流动通道32a的终端。
第二入口32b可以通过第三供应管83与燃料供应组件50的第一箱51和第二箱52连通(见图1)。
第三反应器33通过蒸气重整催化反应从反应器32中的汽化混合燃料产成氢气。
第三反应器33包括四边形板的形状的第三主体33p。第三流动通道33a形成于第三主体33p以能够使汽化的混和燃料流动。第三流动通道33a具有始端和终端，并形成于第三主体33p的一表面。另外，催化剂层(未示出)形成于第三流动通道33a的内表面，用于加速汽化的混和燃料的重整反应。
为了能够从第二反应器32接收汽化混合燃料，第三主体33p具有：第四通道口33b，形成于第三流动通道33a的始端，用于与第一反应器31的第二通道口31e相连通的；第二凹槽33c，形成于第三流动通道33a的终端；以及第五通道口33d，与第一反应器31的第一通道口31d相连通。
第四反应器34通过第三反应器33产生氢气的水-气转换催化反应产生附加的氢气，并初步降低氢气中一氧化碳的浓度。
第四反应器34包括四边形板的形状的第四主体34p。第四流动通道34a形成于第四主体34p使得氢气能过流动。第四流动通道34a具有始端和终端，并形成于第四主体34p的上表面上。而且，催化剂层(未示出)形成于第四流动通道34a，用于加速水-气转换反应。
另外，第四反应器34具有：第六通道口34b，形成于第四流动通道34a的始端，与第三反应器33的第二凹槽33c连通；和第七通道口34c，形成于第四流动通道34a的终端，与第三反应器33的第五通道口33d连通。
第五反应器35通过在空气和第四反应器34中产生的氢气的CO优先氧化(PROX)催化反应实现氢气中所含的一氧化碳浓度的二次降低。
第五反应器35包括四边形板的形状的第五主体35p。第五流动通道35a形成于第五主体35p以能使第四反应器34产生的氢气流动。第五流动通道35a具有始端和终端，并形成于第五主体35p的上表面上。催化剂层(未示出)形成于第五流动通道35a，用于加速上述的优先CO氧化反应。
另外，第五主体35p具有：第三入口35b，用于提供空气给第五流动通道35a；和第二出口35c，用于通过第五流动通道35a排出一氧化碳浓度降低的氢气。第三入口35b形成于第五流动通道35a的始端，以及第二出口35c形成于第五流动通道35a的终端。
第三入口35b可以通过第四供应管73连接于空气供应组件70的空气泵71。第二出口35c可以通过第五供应管85连接于叠层10的第一注入构件13a(见图1)。
当堆叠反应器31、32、33、34、35时，第一通道口31d、第三通道口32c、第五通道口33d、第七通道口34c和第三入口35b是互相连通设置的。另外，设置第二通道口31e、第四通道口33b和第一凹槽32d相互连通。第六通道34b和第二凹槽33c也彼此连通设置。这种设置使得反应器31、32、33、34、35部分地连接它们自己的通道成为一个路径(从第二反应器到第五反应器)。在这一实施例中，通过通道口或形成于每一个反应器上的凹槽形成路径，但它的结构不限于以上。
将描述依据具有上述结构的该典型实施例的燃料电池系统的操作。
操作燃料泵55使得通过第一供应管81将第一箱51中储存的液体燃料提供给第一反应器31。同时，操作空气泵71使得通过第二供应管82将空气提供给第一反应器31的第一入口31b。
接着，燃料和空气通过第一反应器31的第一流动通道31a流动来实现燃料和空气的氧化反应。因此，第一反应器31由通过燃料和空气的氧化反应燃烧燃料和空气在预定的温度范围产生热能。
因此，在第一反应器31中产生的热能传输到第二反应器32、第三反应器33、第四反应器34和第五反应器35来预热整个重整器30。
用这种方式完成重整器30的预热后，操作燃料泵55使得通过第三供应管83将储存在第一箱51中的燃料和储存在第二箱53中的水供应给第二反应器32的入口32b。
接着上述的操作，当通过第二反应器32的第二流动通道32a流动时，燃料和水的混和燃料被汽化。汽化的混合燃料依次通过第二反应器32的第一凹槽32d、第一反应器31的第二通道口31e，和第三反应器33的第四通道口33b从而流动通过第三反应器33的第三流动通道33a。
结果，第三反应器33通过蒸气重整催化反应从混合燃料生成氢气。然而，在这一过程中，对于第三反应器33难于完全实现重整催化反应使得产生含少量一氧化碳的氢气作为二次生产材料。
接着，通过第三反应器33的第二凹槽33c和第四反应器34的第六通道口34b将氢气提供给第四反应器34。氢气沿第四反应器34的第四流动通道34a流动。
结果，第四反应器34通过氢气的水-气转换催化反应产生额外的氢气，并实现氢气中所含的一氧化碳的浓度的初步降低。
随后，将氢气提供给第五反应器35。即，氢气经由第四反应34的第七通道口34c、第三反应器33的第五通道口33d、第一反应器31的第一通道口31d、和第二反应器32的第三通道口32c流入第五反应器35的第五流动通道35a。
同时，操作空气泵71使得通过第四供应管84将空气注入第五反应器35。结果，第五反应器35通过优先CO氧化催化反应实现了氢气中所含的一氧化碳浓度的二次降低。一氧化碳浓度降低的氢气通过第五反应器35的第二出口35c排出。
接着，通过第五供应感85将氢气提供给叠层10的第一注入构件13a。同时，操作空气泵71使得通过第六供应管86将空气供应给叠层10的第二注入构件13b。
因此，通过发电机11的隔板16将氢气提供给MEAs12的阳极。另外，通过发电机11的隔板16将空气提供给MEAs12的阴极。
因此，通过在阳极的氢气氧化反应氢气分解为电子和质子(氢离子)。另外，质子通过MEAs12的电解质层迁移到阴极，以及由于电子不能通过电解质层，所以它们通过隔板16或单独的端子(未示出)迁移到MEAs12的邻近阴极。在这一操作中电子的流动产生电流。另外，在阴极通过空气中含有的氧气和通过电解质层迁移到阴极的氢离子的还原反应产生预定温度的水和热。
因此，通过上述过程的描述，本发明的燃料电池系统100提供的预定输出功率的电能，用于一种设备，例如，笔记本、诸如PDA的便携式电子设备或移动通讯终端装置。
图5是根据本发明第二典型实施例的重整器的分解透视图。重整器40包括如上述实施例中重整器堆叠的多个反应器，。
在这一实施例中，重整器40具有相应于上述实施例中第一反应器的热能发生器42，和相应于上述实施例中第三反应器的氢气发生器44。
热能发生器42和氢气发生器44以上述发应器相同的方式堆叠形成重整器40。在这一实施例中，氢气发生器44设置于热能发生器42的上面，以及和氢气发生器44组装的盖46设置于氢气发生器44上面。
另外，热能发生器42和氢气发生器44是和上述实施例中反应器相同的方式的板状，以及它们的每一个分别具有主体42p、44p，其中形成通道42a、44a。
主体42p、44p在始端具有入口42b、44b，和在终端具有出口42c、44c。
另外，催化剂层(未示出)形成于热能发生器42的通道42a上用于加速燃料和空气的氧化反应，以及催化剂层(未示出)形成于氢气发生器44的通道上用于加速混合燃料的重整反应。
当热能发生器42通过它的入口42b接收燃料和空气时，具有上述结构的重整器40由通过氧化反应燃烧它们在预定温度范围内产生热能。当混合燃料流经氢气发生器44时，维持温度范围来直接蒸发以立即蒸发提供给氢气发生器44的水和燃料的混和燃料。
如果氢气发生器44通过它的入口44a接收水和燃料的混和燃料，当氢气发生器44通过热能发生器42产生的热能蒸发混合燃料时，通过蒸气重整催化反应氢气发生器44从混合燃料中产生氢气。通过氢气产生器44的出口44c将氢气提供给叠层。可选择地，重整器40可以具有反应器48、49，适合于实现氢气中所含的一氧化碳浓度的降低，相应于上述实施例中第四反应器或第五反应器，如图6、7所示。
即，在这一实施例中，尽管通过堆叠热能发生器和氢气发生器形成重整器，但是重整器的元件被减到最小。因此，它提供了更多的结构的优点。
如上所述，本发明的燃料电池系统具有通过一种结构，使得通过堆叠每个反应器改善了重整器的效率和整个系统的性能。
另外，由于本发明能够简化重整器的结构，整个系统可以被制备得更加紧凑，因此也就提高了重整器的性能。
尽管结合特定的典型实施例描述了本发明，但是本领域技术人员可以理解本发明不限于所公开的实施例，而是，相反，其旨在覆盖在其所附得权利要求及其同等物的精神和范围内所包括的各种变形。

Claims (22)

1.一种燃料电池系统的重整器，所述重整器包括多个反应器，每个所述反应器具有各自的通道并且堆叠在一起，其中第一反应器设置于中央，第三反应器和第四反应器堆叠在所述第一反应器的上面，第二反应器和第五反应器堆叠在所述第一反应器的下面，其中所述第一反应器适于通过燃料和空气的氧化催化反应产生热能，以便通过该热能预热反应器的叠层；所述第二反应器适于用所述第一反应器产生的热能汽化燃料；所述第三反应器适于通过所述第二反应器中汽化的燃料的重整催化反应产生氢气；所述第四反应器适于实现氢气中所含的一氧化碳的浓度的初步降低；以及所述第五反应器适于实现氢气中所含的一氧化碳的浓度的二次降低。
2.根据权利要求1的燃料电池系统的所述重整器，其中所述反应器各自的通道部分地形成一条路径。
3.根据权利要求1的燃料电池系统的所述重整器，其中所述反应器用热导体形成。
4.根据权利要求1的燃料电池系统的所述重整器，其中所述反应器以板形式形成。
5.根据权利要求1的燃料电池系统的所述重整器，还包括和所述第四反应器组合的盖。
6.根据权利要求1的燃料电池系统的所述重整器，其中所述第一反应器包括：
第一主体；
第一通道，形成于所述第一主体上表面并且具有第一通道始端和第一通道终端；
入口，形成于所述第一通道的始端；
出口，形成于所述第一通道的终端；和
第一通道口和第二通道口，形成于所述出口区域。
7.根据权利要求6的燃料电池系统的所述重整器，其中所述第二反应器包括：
第二主体；
第二通道，形成于所述第二主体的上表面并且具有第二通道的始端和第二通道的终端；
入口，形成于所述第二通道的始端；
第三通道口，和所述第一通道口相连通；和
第一凹槽，形成于所述第二通道的终端和所述第二通道口相连通。
8.根据权利要求6的燃料电池系统的所述重整器，其中所述第三反应器包括：
第三主体；
第三通道，形成于所述第三主体的上表面并且具有第三通道的始端和第三通道的终端；
第四通道口，形成于所述第三通道的始端和所述第二通道口相连；
第二凹槽，形成于所述第三通道的终端；和
第五通道口，和所述第一通道口相连通。
9.根据权利要求8的燃料电池系统的所述重整器，其中第四反应器包括：
第四主体；
第四通道，形成于所述第四主体的上表面并且具有第四通道的始端和第四通道的终端；
第七通道口，形成于所述第四通道的始端和所述第五通道口相连通；和
第六通道口，形成于所述第四通道的终端和所述第二凹槽相连通。
10.根据权利要求1的燃料电池系统的所述重整器，其中第五反应器包括：
第五主体；
第五通道，形成于所述第五主体的上面并且具有第五通道的始端和第五通道的终端；
入口，形成于所述第五通道的始端；和
出口，形成于所述第五通道的终端。
11.一种燃料电池系统，包括：
叠层，用于通过氢气和氧气的反应产生电能；
重整器，用于由热能通过化学催化反应从燃料产生氢气；
燃料供应组件，用于给所述重整器供应燃料；和
空气供应组件，用于给所述重整器和所述叠层供应空气，
其中所述重整器包括多个反应器，每个所述反应器具有各自的通道并堆叠在一起，其中第一反应器设置于中央，第三反应器和第四反应器堆叠在所述第一反应器的上面，第二反应器和第五反应器堆叠在所述第一反应器的下面，其中所述第一反应器适于通过燃料和空气的氧化催化反应产生热能，以便通过该热能预热反应器的叠层；所述第二反应器适于用所述第一反应器产生的热能汽化燃料；所述第三反应器适于通过所述第二反应器中汽化的燃料的重整催化反应产生氢气；所述第四反应器适于实现氢气中所含的一氧化碳的浓度的初步降低；以及所述第五反应器适于实现氢气中所含的一氧化碳的浓度的二次降低。
12.根据权利要求11的所述燃料电池系统，其中所述反应器各个通道部分地形成一条路径。
13.根据权利要求12的所述燃料电池系统，其中所述反应器具有各自的通道口以形成所述路径。
14.根据权利要求11的所述燃料电池系统，其中所述反应器以板形式形成。
15.根据权利要求11的所述燃料电池系统，其中所述反应器由热导体材料制成并且包括形成有通道的主体。
16.根据权利要求15的所述燃料电池系统，其中所述主体由选自于铝.铜和钢组成的组的一种制成。
17.一种用于燃料电池系统的重整方法，包括：
构成反应器的叠层，使得第一反应器设置于中央，第三反应器和第四反应器依次相邻地堆叠于所述第一反应器的上面，第二反应器和第五反应器依次相邻地堆叠于所述第一反应器的下面，其中所述第一反应器适于通过燃料和空气的氧化催化反应产生热能，以便通过该热能预热反应器的叠层；所述第二反应器适于用所述第一反应器产生的热能汽化燃料；所述第三反应器适于通过所述第二反应器中汽化的燃料的重整催化反应产生氢气；所述第四反应器适于实现氢气中所含的一氧化碳的浓度的初步降低；以及所述第五反应器适于实现氢气中所含的一氧化碳的浓度的二次降低；
提供燃料和空气给所述第一反应器和引导燃料和空气通过第一反应器产生热能；
通过位于该第二和第三反应器之间该叠层的中央的该第一反应器产生的所述热能预热所述反应器的叠层；
预热之后，引导燃料和水的混合物通过所述第二反应器，在所述第二反应器内汽化，且将汽化的燃料和水的混合物输送到所述第三反应器；
引导汽化的燃料和水的混合物通过所述第三反应器，从汽化的燃料和水的混合物中生成包含一氧化碳的氢气并将包含一氧化碳的氢气提供给所述第四反应器；
引导所述包含一氧化碳的氢气通过所述第四反应器，实现氢气中所含的一氧化碳的浓度的初步降低，并将具有初始降低的一氧化碳浓度的氢气提供给所述第五反应器；和
注入空气到所述第五反应器，引导所述具有降低了一氧化碳浓度的氢气和空气通过所述第五反应器，实现氢气中所含的一氧化碳的浓度的二次降低，并排出具有进一步降低的一氧化碳浓度的氢气。
18.根据权利要求17的所述方法，其中预热还包括所述第一反应器产生的所述热能传输给所述第二反应器、所述第三反应器、所述第四反应器和所述第五反应器。
19.根据权利要求17的所述方法，其中从第二反应器汽化的燃料和水的混合物通过第三反应器的蒸气重整反应产生包含一氧化碳的氢气。
20.根据权利要求17的所述方法，其中实现初步降低是通过含一氧化碳的氢气的水-气转换催化反应。
21.根据权利要求17的所述方法，其中实现二次降低是通过空气和初始降低的一氧化碳浓度的氢气的优先一氧化碳氧化催化反应。
22.根据权利要求17的所述方法，还包括：
在所述第一反应器通道的内表面形成第一反应器通道催化层来加速燃料和空气的氧化反应；
在所述第二反应器通道的内表面形成第二反应器通道催化层来加速燃料和水的混合物的汽化；
在所述第三反应器通道的内表面形成第三反应器催化层来加速汽化的燃料和水混合物的重整反应；
在所述第四反应器的流动通道形成第四反应器催化层来加速水-气转换反应；和
在所述第五反应器通道上形成第五反应器催化层来加速通过优先一氧化碳氧化反应的一氧化碳的浓度的二次降低。
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