CN100446324C - 燃料电池系统的重整器 - Google Patents

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CN100446324C CNB2005101243711A CN200510124371A CN100446324C CN 100446324 C CN100446324 C CN 100446324C CN B2005101243711 A CNB2005101243711 A CN B2005101243711A CN 200510124371 A CN200510124371 A CN 200510124371A CN 100446324 C CN100446324 C CN 100446324C
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

一种燃料电池系统的重整器，包括：产生热的热源单元；重整反应单元，用于通过利用热的燃料重整反应从燃料产生包含氢的重整气体；一氧化碳降低单元，连接到重整反应单元来降低所述重整气体中包含的一氧化碳的浓度；置于所述重整反应单元和一氧化碳降低单元外部的热处理单元，以调整供应给所述重整反应单元和热处理单元的热能。

Description

燃料电池系统的重整器
技术领域
本发明涉及燃料电池系统，具体地说，涉及一种具有改进的热传输结构的重整器。
背景技术
众所周知，燃料电池是把碳氢化合物燃料中包含的氧和氢的化学反应能量直接转换为电能的发电系统。
燃料电池可以分为聚合物电解液膜燃料电池和直接氧化膜燃料电池。
聚合物电解液膜燃料电池最近已经发展为具有优良输出特性、低运行温度和快速启动和响应特性。因此，聚合物电解液膜燃料电池具有广泛的应用，包括车辆移动电源、家庭或其它建筑的分布式电源和电子设备的小尺寸电源。
聚合物电解液膜燃料电池系统包括燃料电池主体(下文中称为堆)、重整燃料以产生氢并把氢供应给堆的重整器、以及把氧供应给堆的空气泵或扇。堆通过从重整器供应的氢和由驱动空气泵或扇供应的氧之间的电化学反应产生电能。
在常规燃料电池系统中，重整器包括通过利用与催化剂的发热和吸热反应在预定温度范围内提供热能的热源单元、利用热能通过重整反应从燃料产生重整气体(例如富氢气体)的重整反应单元、以及降低重整气体中包含的一氧化碳浓度的一氧化碳降低单元。
然而，在常规重整器中，热源单元和重整反应单元被以分布式的方式放置，以把从热源单元产生的热量传输到重整反应单元中(也就是分别提供热源单元和重整反应单元)。因此，在常规重整器中，没有直接进行热源单元和重整反应单元之间的热能交换，所以存在热传输效率的问题。特别地，由于热源单元从重整反应单元的外面把热能传输到重整反应单元中，热能没有被完全传输到重整反应单元中，而是被部分释放到外面。因此，存在整个重整器的反应效率和热效率降低的问题。另外，在常规重整器中，由于热源单元和重整反应单元是被以分布式方式放置的，因此存在整个系统不紧凑的问题。
另外，在常规重整器中，只有当热能在对应于重整反应单元和一氧化碳降低单元的特定温度的温度范围内时，才能够获得最优的运行效率。然而，不易控制到重整反应单元和一氧化碳降低单元的热能传输，所以存在难以得到最佳的整个重整器运行效率的问题。
发明内容
本发明的一个实施例提供一种燃料电池系统的重整器，可以用简单结构改进反应效率和热效率，并且可以容易地控制所述重整器的整个运行要求的热能，以最大化运行效率。
本发明的一个实施例提供一种燃料电池系统的重整器，包括：产生热的热源单元；重整反应单元，通过利用所述热的燃料重整反应从燃料产生包含氢的重整气体；通道部件，连接到所述重整反应单元，并具有传输所述燃料和重整气体的通道，其中所述通道被一体地形成在所述通道部件中，所述重整反应单元包括围绕所述热源的围绕区域(例如腔)和具有容纳重整催化剂的预定内部空间的反应器主体，其中所述反应器主体包括把所述燃料注入所述反应器主体的燃料注入孔和把所述重整气体排出所述反应器主体的重整气体出口，所述通道部件被形成卷形，以卷绕反应器主体的外表面所述通道部件包括传输所述燃料的第一通道和置于该第一通道中心来传输所述重整气体的第二通道。
所述第一通道可以包括置于该第一通道的一端的燃料入口和置于该第一通道的另一端的燃料出口，其中所述燃料出口被连接到所述反应器主体的燃料注入孔上。
另外，所述第二通道可以包括置于该第二通道的一端的重整气体入口和置于该第二通道的另一端的重整气体出口，其中所述重整气体入口可以被连接到所述反应器主体的重整气体出口上。
另外，所述重整器可以进一步包括一氧化碳降低单元，连接到所述第二通道的重整气体出口，以降低所述重整气体中包含的一氧化碳的浓度。
根据本发明的另一个实施例，提供一种燃料电池系统的重整器，包括：产生热的热源单元；重整反应单元，通过利用所述热的燃料重整反应从燃料产生包含氢的重整气体；一氧化碳降低单元，连接到所述重整反应单元，以降低所述重整气体中包含的一氧化碳的浓度；热处理单元，置于所述重整反应单元和一氧化碳降低单元外部，以调整供应给所述重整反应单元和一氧化碳降低单元的热能，所述重整反应单元包括具有容纳第一催化剂的第一内部空间的第一反应器主体，并且所述第一反应器主体包括把所述燃料注入进所述第一内部空间的第一注入孔、把所述重整气体从所述第一内部空间排出的第一出口和围绕所述热源单元的围绕区域(例如腔)，所述热源单元包括置于所述围绕区域中来通过点燃和燃烧预定量的燃料来产生所述热的燃烧器主体，该燃烧器主体具有多个喷嘴孔，所述一氧化碳降低单元包括具有容纳第二催化剂的第二内部空间的第二反应器主体，并且所述第二反应器主体包括把所述重整气体注入所述第二内部空间的第二注入孔和把所述重整气体从所述第二内部空间排出的第二出口，所述热处理单元包括具有密封空间的外壳，该外壳整个容纳所述燃烧器主体、第一反应器主体和第二反应器主体，把所述热从所述围绕区域流通到该密封空间中，所述热处理单元包括：第一通道部件，具有卷形，以卷绕所述第一反应器主体的外表面，并且适于流通所述燃料；第二通道部件，连接到所述第一通道部件上并且具有通道，所述通道具有卷形，以卷绕所述第二反应器主体的外表面，并且适于流通所述燃料和重整气体，其中所述通道被一体地形成在所述第二通道部件中。
所述外壳可以包括从包含绝热陶瓷、不锈钢、锆及其组合物的组中选择的材料。
另外，所述第一通道部件可以包括第一通道，其一端连接到所述第一反应器主体的第一注入孔，另一端连接到所述第二通道部件。
另外，所述第二通道部件可以包括传输所述燃料的第二通道和置于该第二通道的中心来传输所述重整气体的第三通道。
进一步，所述第二通道可以包括置于该第二通道一端的第一入口和置于该第二通道另一端的第一出口，并且其中所述第一出口被连接到所述第一通道的另一端。
更进一步，所述第三通道可以包括置于所述第三通道的一端的第二通道入口和置于所述第三通道的另一端的第二通道出口，其中所述第二通道入口可以被连接到所述第一反应器主体的第一出口上，并且所述第二通道出口可以被连接到所述第二反应器主体的第二注入孔上。
根据本发明的又一个实施例，提供一种燃料电池系统的重整器，该重整器包括：适于产生热的热源单元；重整反应单元，适于通过利用所述热的燃料重整反应从燃料产生包含氢的重整气体，该重整反应单元具有适于围绕所述热源单元的围绕区域；和热处理单元，置于所述重整反应单元外部，以调整供应给所述重整反应单元的热能，并且具有适于传输所述燃料和重整气体的多个通道，其中至少一个通道被形成为卷形，以卷绕所述重整反应单元的外表面，所述多个通道包括：适于传输所述燃料的通道；和置于该适于传输燃料的通道的中心并传输所述重整气体的另一通道。
所述热处理单元可以包括具有密封空间的外壳，该外壳适于整个容纳所述热源单元和重整反应单元，以将所述热从所述热源单元流通到该密封空间。
另外，该重整器可进一步包括一氧化碳降低单元，该一氧化碳降低单元被连接到所述重整反应单元，以降低所述重整气体中包含的一氧化碳的浓度。
进一步，所述适于传输燃料的通道包括：第一通道，具有卷形，以卷绕所述重整反应单元的外表面，并且适于流通所述燃料；第二通道，具有卷形，以卷绕所述一氧化碳降低单元的外表面，并且适于流通所述燃料；和所述传输重整气体的通道包括：第三通道，置于该第二通道的中心，以传输所述重整气体。
更进一步，所述第一通道被连接到所述重整反应单元的注入孔和第二通道上；并且所述第三通道被连接到所述重整反应单元的出口和所述一氧化碳降低单元的注入孔上。
附图说明
附图与说明书一起示出本发明的示例性实施例，并且与说明书一起用来解释本发明的原理。
图1为显示根据本发明实施例的燃料电池系统的结构的示意性框图。
图2为显示根据本发明第一实施例的重整器的结构的示意性透视图。
图3为图2的横截面图。
图4为显示根据本发明第二实施例的重整器的结构的示意性横截面图。
图5为显示根据本发明第三实施例的重整器的结构的示意性横截面图。
图6为显示根据本发明第四实施例的重整器的结构的示意性透视图。
图7为图6的横截面图。
具体实施方式
在以下的详细说明中，经由图示显示和说明了本发明的某些实施例。本领域技术人员将会认识到，在不背离本发明的精神或范围的情况下，多种方式都可以用来修改这些说明的实施例。因此，附图和说明应被看作本质上是说明性的，而非限制性的。
图1为示出根据本发明一个实施例的燃料电池系统100的整体结构的示意性框图。
参见图1，燃料电池系统100通过重整燃料产生包含氢的重整气体，并且通过重整气体的氧化反应和氧化剂气体的还原反应产生电能。
用作燃料的燃料类型可以包括包含氢的液体或气体燃料，例如甲醇、乙醇、液态石油气(LPG)、液化天然气(LNG)或汽油。
用于燃料电池系统100的氧化剂气体可以是储存在独立储存罐中的氧。可替代地，包含氧的空气可以用作氧化剂气体。下文中，使用后者作为例子。
燃料电池系统100包括：通过氢和氧反应产生电能的堆10、通过重整燃料产生重整气体并把重整气体供应给堆10的重整器20、把燃料供应给重整器20的燃料供应单元50和把氧供应给堆10的氧供应单元70。
堆10包括连接到重整器20和氧供应单元70上的发电器11。发电器从重整器20接收重整气体并从氧供应单元70接收氧，以通过氢和氧的反应产生电能。发电器11被装备在电池单元中。就是说，多个发电器11被彼此相邻地堆叠，从而形成堆10。
一个发电器11构成燃料电池的最小单元，其中膜组件12被置于隔板16(称为双极板)之间。
堆10可以被构造为任何合适的聚合物电解液膜燃料电池的堆。
在本实施例中，重整器20通过利用热的燃料催化剂反应，例如蒸汽重整反应、部分氧化反应和/或自热反应，从燃料产生包含氢的重整气体，并且降低重整气体中包含的一氧化碳浓度。下面将参照图2、图3和图4说明重整器20的结构。
把燃料供应给重整器20的燃料供应单元50包括用于储存燃料的燃料罐51和用于排出储存在燃料罐51中的燃料的燃料泵53。
氧供应单元70包括抽吸空气并把空气以预定抽吸压力供应给堆10的发电器11的空气泵71。这里，氧供应单元70不限于包括前述的空气泵71，可替代地，氧供应单元70可以包括具有合适结构的扇。
参见图2和图3，根据本实施例的重整器20包括利用热通过燃料的重整反应产生包含氢的重整气体的重整反应单元23，以及置于重整反应单元23中用于产生热的热源单元27。
在本实施例中，重整反应单元23包括具有内部空间的反应器主体24，以及包含在反应器主体24的内部空间中用于促进燃料重整反应的重整催化剂26。
反应器主体24具有封闭的圆柱体结构，它的两端被封闭起来以形成内部空间。如下所述，反应器主体24具有容纳热源单元27的安装部分25。安装部分25具有围绕区域(例如腔)25a，围绕区域25a通过沿从反应器主体24的一端向反应器主体24的另一端的方向使反应器主体24凹进预定深度而形成。
这里，围绕区域25a是用于容纳热源单元27的空间。围绕区域25a可以称为反应器主体24的内部区域。
在反应器主体24的一端，设置了用于把燃料注入反应器主体24的内部空间的燃料注入孔24a。在反应器主体24的另一端，设置了重整气体出口24b，用于从反应器主体24的内部空间排出通过燃料重整反应产生的重整气体。这里，反应器主体24可以由例如铝、铜和/或铁的导热金属制成，以易于接收(传导)从热源单元27产生的热。
重整催化剂26被包含在反应器主体24的内部空间中。重整催化剂26具有其中例如铂(Pt)和/或钌(Ru)的催化剂材料被包含在由氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)和/或二氧化钛(TiO2)制成的小球状载体中的结构。可替代地，重整催化剂26具有其中催化剂材料被包含在具有多个平行通孔，即小室的陶瓷或金属容器中的蜂巢结构。
在重整反应单元23中，由于使用重整催化剂26的燃料重整反应是吸热反应，根据本实施例的重整器20包括热源单元27，以产生用于重整反应单元23的重整反应的热。热源单元27具有把预定量的燃料与空气一起点燃并燃烧来产生热的结构。
更具体地，热源单元27包括安装在反应器主体24的安装部分25中的燃烧器主体28。燃烧器主体28基本为管状，且被置于安装部分25的围绕区域25a中。燃烧器主体28可以用以虚线表示的支持托架60安装在反应器主体24中。在一个实施例中，燃烧器主体28被安装在反应器主体24中，且与形成反应器主体24的围绕区域25a的内壁分开，并被该内壁围绕。
用于点燃燃料和空气的通用点火塞28b被置于燃烧器主体28中。用于把在燃料和空气的燃烧期间产生的高温燃烧气体喷射到反应器主体24的围绕区域25a的多个喷嘴孔28a被置于燃烧器主体28中。这里，由燃料和空气的燃烧产生的热具有取决于燃料类型的不同温度。例如，在液态燃料情形，例如甲醇或乙醇，温度在从大约200℃到350℃的范围内，而在例如LPG或LNG的气体燃料情形下，温度在从大约750℃到800℃的范围内。下文中，将说明其中热源单元27通过燃烧气体燃料和空气产生热的例子。
根据本发明，重整器20包括通道部件30。通道部件30具有把从热源单元27产生的热和重整气体的热传输给被供应到重整反应单元23的燃料的功能。这里，所使用的燃料是储存在燃料供应单元50的燃料罐51中的液体燃料。
在本实施例中，通道部件30包括传输燃料和重整气体的通道，其中通道被一体地形成在通道部件30中。通道部件30被连接到重整反应单元23的反应器主体24上，并且在通道部件30以卷形卷绕在反应器主体24的外表面处具有双管线结构。
更具体地，通道部件30包括传输燃料的第一通道31和传输从重整反应单元23排出的重整气体的第二通道32。这里，第二通道32被置于第一通道31的中心。
第一通道31包括置于第一通道31的一端的第一入口31a和置于第一通道31的另一端的第一出口31b。这里，第一入口31a通过管线被连接到燃料供应单元50的燃料罐51上。第一出口31b被连接到反应器主体24的燃料注入孔24a上。
第二通道32包括置于第二通道32的一端的第二入口32a和置于第二通道32的另一端的第二出口32b。这里，第二入口32a被连接到反应器主体24的重整气体出口24b。第二出口32b通过管线被连接到堆10(图1)的发电器11(图1)。
通过使用上述结构，在运行根据本发明的重整器20时，供应例如LPG或LNG的气体燃料以及空气。
在此状态，气体燃料和空气由点火塞28b点燃。然后，燃料和空气在燃烧器主体28中燃烧，从而在预定温度范围产生热和燃烧气体。这里，燃烧气体通过燃烧器主体28的喷嘴孔28a被喷射到反应器主体24的围绕区域25a上。
热被供应给反应器主体24和反应器主体24中的重整催化剂26。这里，由于根据本实施例的通道部件30以卷形卷绕在反应器主体24的外表面上，通道部件30的第一通道31被传输的热加热到预定温度。
在此过程的另一部分中，通过驱动燃料泵53，储存在燃料罐51中的燃料经第一通道31供应给重整反应单元23的反应器主体24。燃料以螺旋形方向沿第一通道31流动，并且接收传输到第一通道31的热。通过这么做，燃料被在预定温度预先加热，并被通过反应器主体24的燃料注入孔24a供应给反应器主体24的内部空间。
结果，在重整反应单元23中，通过利用热和重整催化剂26的燃料重整反应产生了包含氢的重整气体。重整气体被通过反应器主体24的重整气体出口24b排出，并被通过通道部件30的第二通道32供应给堆10的发电器11。这里，由于通道部件30具有双管线结构，重整气体以螺旋形方向沿第二通道32流动，以被在相对较低温度流过第一通道31的燃料冷却，因而重整气体可以被维持在对应于堆10特定运行温度的温度范围内。
同时，通过驱动空气泵71，空气被供应给堆10的发电器11。
然后，堆10的发电器11通过重整气体的氧化反应和空气中包含的氧的还原反应输出预定量的电能。
图4为显示根据本发明第二实施例的重整器的结构的示意性横截面图。
参见图4，根据本实施例的重整器20A具有与前述实施例基本相同的结构，但是为了最大化从热源单元27产生的热能的热能效率，包括了一个附加结构，用于通过重整反应单元23的围绕区域(例如腔)25a沿重整反应单元23的外部流通热能。
因此，根据第二实施例的重整器20A包括用于容纳热源单元27和重整反应单元23的外壳22。外壳22具有容纳重整反应单元23的密封空间(由图4中的A表示)。这里，在一个实施例中，外壳22的内壁与重整反应单元23的外壁分开预定距离。通过这么做，形成把由热源单元27产生的热从反应器主体24的围绕区域25a流通到反应器主体24外部的流动路线。另外，外壳22具有排出在密封空间A中流通的燃烧气体的出口(未示出)。
在本实施例中，外壳22可以用例如不锈钢、陶瓷和/或锆的绝热金属和/或具有低导热率的非金属材料制成。可替代地，外壳22可以具有在外壳22内壁上的独立绝热层(未示出)。
另外，根据本实施例的重整器20A包括沿上述热能流动路线的通道部件30。通道部件30与第一实施例中的基本相同。就是说，通道部件30具有第一实施例的第一通道31和第二通道32的双管线结构，因此不再提供其详细说明。
在根据本实施例的重整器20A运行期间，从热源单元27产生的部分热被通过形成围绕区域25a的内壁传输到反应器主体24和反应器主体24中的重整催化剂26。剩余热通过围绕区域25a流通到外壳22的密封空间A。由于通道部件30以卷形卷绕在反应器主体24的外表面上，通道部件30的第一通道31被从反应器主体24传输来的热能和在密封空间A中流通的热能在预定温度加热。
因此，通过驱动燃料泵53(图1)，储存在燃料罐51(图1)中的燃料通过通道部件30的第一通道31被供应给重整反应单元23的反应器主体24。这里，在燃料沿第一通道31流动期间，由从第一通道31传输来的热在预定温度预先加热的燃料被供应给反应器主体24的内部空间。
通过这么做，重整反应单元23通过利用催化剂26的燃料重整反应产生包含氢的重整气体。重整气体被通过通道部件30的第二通道32供应给堆10(图1)的发电器11(图1)。这里，由于通道部件30具有双管线结构，重整气体以螺旋形方向沿第二通道32流动，以被以相对较低温度流过第一通道31的燃料冷却，因而重整气体可以被维持在对应于堆10特定运行温度的温度范围内。
图5为显示根据本发明第三实施例的重整器的结构的示意性横截面图。
参见图5，除了具有用于降低从重整反应单元23中产生的重整气体中包含的一氧化碳浓度的一氧化碳降低单元29之外，根据第三实施例的重整器20B具有与前述实施例基本相同的结构。
一氧化碳降低单元29被连接到重整反应单元23和堆10(图1)两者上。更具体地，一氧化碳降低单元29被连接到通道部件30的第二通道32上，所以连接到第二通道32的第二出口32b上的一氧化碳降低单元29接收从重整反应单元23的反应器主体24排出的重整气体。然后连接到堆10的一氧化碳降低单元29把包含降低浓度的一氧化碳的重整气体供应给堆10。
一氧化碳降低单元29可以包括水气变换(WGS)反应部分(未示出)，用于降低一氧化碳浓度，并且通过重整气体中包含的一氧化碳的水气变换反应产生氢。可替代地，一氧化碳降低单元29可以具有优先氧化反应部分(未示出)，用于通过重整气体中包含的一氧化碳与氧的优先一氧化碳氧化(PROX)反应降低一氧化碳浓度。
在本实施例中，一氧化碳降低单元29可以与水气变换反应部分或优先氧化反应部分一起构造。可替代地，一氧化碳降低单元29可以与水气变换反应部分和优先氧化反应部分一起构造。
在根据第三实施例的重整器20B运行期间，从重整反应单元23产生的重整气体被通过通道部件30的第二通道32供应给一氧化碳降低单元29，然后一氧化碳降低单元29通过水气变换催化剂反应和/或优先氧化反应降低重整气体中包含的一氧化碳的浓度，并把重整气体供应给堆10。
图6为显示根据本发明第四实施例的重整器结构的示意性透视图，而图7为图6的横截面图。
参见图6和图7，根据第四实施例的重整器120包括：重整反应单元123，用于通过利用热的燃料重整反应从燃料产生包含氢的重整气体；产生热的热源单元127；一氧化碳降低单元129，用于通过一氧化碳的催化剂反应降低重整气体中包含的一氧化碳浓度，并把重整气体供应给堆10(图1)的发电器11(图1)；热处理单元140，用于调整供应给一氧化碳降低单元129的热能。
重整反应单元123包括具有内部空间的第一反应器主体124，以及包含在第一反应器主体124的内部空间中促进燃料重整反应的重整催化剂126。
这里，第一反应器主体124具有封闭的圆柱体结构，它的两端被封闭起来以形成内部空间。第一反应器主体124具有容纳热源单元127的安装部分125。安装部分125具有围绕区域(例如腔)125a，围绕区域125a通过沿从第一反应器主体124的一端向第一反应器主体124的另一端的方向使第一反应器主体124凹进预定深度形成。围绕区域(例如腔)125a是用于容纳热源单元127的空间。围绕区域125a可以称为第一反应器主体124的内部区域。在第一反应器主体124的一端，设置了用于把燃料注入进第一反应器主体124的内部空间的第一注入孔124a。在第一反应器主体124的另一端设置第一出口124b，用于从第一反应器主体124的内部空间排出通过燃料重整反应产生的重整气体。
热源单元127具有把气体燃料与空气一起点燃并燃烧的结构。热源单元127具有安装在第一反应器主体124的安装部分125中的燃烧器主体128。燃烧器主体128基本为具有多个喷嘴孔128a的管状，且被置于安装部分125的围绕区域125a中。
由于重整反应单元123和热源单元127具有与第一实施例基本相同的结构，因此不再提供其详细说明。
一氧化碳降低单元129被连接到第一反应器主体124和堆10(图1)两者上。一氧化碳降低单元129接收从第一反应器主体124排出的重整气体，并把包含降低了浓度的一氧化碳的重整气体供应给堆10。
一氧化碳降低单元129包括具有内部空间的第二反应器主体129a和包含在该内部空间中的催化剂129b。催化剂129b被用来促进重整气体中包含的一氧化碳的催化剂反应，例如水气变换(WGS)反应和/或优先一氧化碳氧化(PROX)反应。
第二反应器主体129a具有封闭的圆柱体结构，它的两端被封闭起来以形成内部空间。第二反应器主体129a具有：第二注入孔129c，用于把从第一反应器主体124排出的重整气体注入内部空间中；第二出口129d，用于排出被催化剂129b降低一氧化碳浓度的重整气体。这里，第二出口129d被通过管线连接到堆10(图1)的发电器11(图1)上。
在第四实施例中，热处理单元140具有外壳122，用于通过第一反应器主体124的围绕区域125a以及第一反应器主体124和第二反应器主体129a的外部流通从热源单元127产生的热。
外壳122具有完全容纳热源单元127、第一反应器主体124和第二反应器主体129a的密封空间(由图7中的B表示)。这里，在一个实施例中，外壳122的内壁与第一反应器主体124的外壁和第二反应器主体129a的外壁分开预定距离。另外，外壳122可以用例如不锈钢、陶瓷和或锆的绝热金属和/或具有低导热率的非金属材料制成。
从热源单元127产生的热被通过外壳122的密封空间B以及第一反应器主体124和第二反应器主体129a的外部从第一反应器主体124的围绕区域125a流通。
另外，根据第四实施例的热处理单元140进一步包括第一通道141和第二通道142，以把燃料流通到第一反应器主体124和第二反应器主体129a的外表面，并且把从第一反应器主体124排出的重整气体流通到第二反应器主体129a的外表面。
第一通道部件141具有传输从燃料供应单元50(图1)的燃料罐51(图1)供应的燃料的路径。第一通道部件141被放置与第一反应器主体124的外表面接触，并被构造为以卷形卷绕在第一反应器主体124外表面上的管子。也就是说，第一通道部件141具有沿关于第一反应器主体124外表面的螺旋形方向传输燃料的路径。第一通道部件141包括具有单管形状的第一通道143，其一端被连接到第一反应器主体124的第一注入孔124a上，而另一端被连接到第二通道部件142上。
第二通道部件142包括用于传输燃料和重整气体的通道，其中通道被一体地形成在第二通道部件142中。第二通道部件142被放置与第二反应器主体129a的外表面接触并具有双管线结构，其中第二通道部件以卷形卷绕在第二反应器主体129a的外表面上。
第二通道部件142包括传输燃料的第二通道144和传输从第一反应器主体124排出的重整气体的第三通道145，其中第三通道145被置于第二通道144的中心。
第二通道144具有置于第二通道144一端的第一入口144a和置于第二通道144另一端的第一出口144b。这里，第一入口144a通过管线被连接到燃料供应单元50(图1)的燃料罐51(图1)上。第一出口144b被连接到第一通道143的另一端上。
第三通道145具有置于第三通道145一端的第二入口145a和置于第三通道145另一端的第二出口145b。这里，第二入口145a被连接到第一反应器主体124的第一出口124b，而第二出口145b被连接到第二反应器主体129a的第二注入孔129c。
在根据第四实施例的重整器120运行期间，一部分从热源单元127产生的热能被通过第一反应器主体124的围绕区域125a供应给第一反应器主体124和第一反应器主体124中的重整催化剂126。剩余部分的热能被从围绕区域125a流通到外壳122的密封空间B。
在此过程中，由于第一通道部件141的第一通道143以卷形卷绕在第一反应器主体124的外表面上，第一通道143被供应给第一反应器主体124的热能和流通到外壳122的密封空间B的热能在预定温度加热。另外，由于第二通道部件142的第二通道144卷绕在第二反应器主体129a的外表面上，第二通道部件142被流通到外壳122的密封空间B的热能在预定温度加热。
此后，在燃料供应单元50(图1)已经把燃料供应给第二通道144时，燃料以螺旋形方向沿第二通道144并以螺旋形方向沿第一通道143流动。由于第一通道143和第二通道144被维持在加热状态，燃料被传输的热能在预定温度预先加热，并且预先加热的燃料被供应给第一反应器主体124的内部空间。结果，重整反应单元123通过利用热和重整催化剂126的燃料重整反应产生包含氢的重整气体。
重整气体被通过第一反应器主体124的第一出口124b排出，流过第二通道部件142的第三通道145，并且通过第二反应器主体129a的第二注入孔129c流进第二反应器主体129a的内部空间。这里，由于根据本实施例的第二通道部件142具有双管线结构，重整气体以螺旋形方向沿第三通道145流动，以被在相对较低温度流过第二通道144的燃料冷却，因而重整气体可以被维持在对应于堆10特定运行温度的温度范围内。
通过这么做，一氧化碳降低单元129通过水气变换催化剂反应和/或一氧化碳的优先氧化反应降低重整气体中包含的一氧化碳浓度，并通过第二反应器主体129a的第二出口129d排出重整气体，以把重整气体供应给堆10(图1)的发电器11(图1)。
将以一个通过点燃和燃烧气体燃料和空气产生热的热源单元127的例子，更详细地说明根据第四实施例的重整器120的运行。在此例子中，热源单元127产生在从大约750℃到800℃范围内的热能。部分热能被传输给重整反应单元123，而另外一部分热能由热处理单元140传输到供应给重整单元123的燃料。
因此，燃料可以被维持在对应于重整反应单元123的特定运行温度的温度的预热状态，也就是在从大约450℃到500℃的范围内。然后，重整反应单元123通过使用重整催化剂126的燃料重整反应产生维持在从大约600℃到700℃温度范围内的重整气体。另外，从重整反应单元123排出并由热处理单元140维持在大约200℃温度的重整气体被供应给一氧化碳降低单元129。大约200℃的温度对应于一氧化碳降低单元129的特定运行温度。
另外，一氧化碳降低单元129通过水气变换催化剂反应和/或优先氧化反应降低重整气体中包含的一氧化碳浓度，并把重整气体供应给堆10(图1)  。
根据本发明，由重整器的热源单元产生的热能被通过密封空间从重整反应单元流通到其外部，因此可以迅速传输重整反应单元的反应所需要的热能。结果，可以改进反应效率和整个重整器的热效率。
另外，根据本发明，重整器具有重整反应单元包围热源单元的结构，因此可以实现尺寸紧凑的系统。
进一步，根据本发明，重整器具有能够供应在对应于重整反应单元和一氧化碳降低单元运行温度的温度范围内的热能的热处理单元，因此可以最大化整个重整器的运行效率。
尽管连同某些实施例说明了本发明，本领域技术人员应该理解，本发明不受限于这些公开的实施例，但是正相反，覆盖了包括在附加权利要求及其等同的精神和范围内的各种修改。

Claims (15)

1、一种燃料电池系统的重整器，该重整器包括：
适于产生热的热源单元；
重整反应单元，适于通过利用所述热的燃料重整反应从燃料产生包含氢的重整气体；和
通道部件，连接到所述重整反应单元，并具有适于传输所述燃料和重整气体的多个通道，其中所述通道被一体地形成在所述通道部件中，
所述重整反应单元包括：
适于围绕所述热源单元的围绕区域；和
具有容纳重整催化剂的预定内部空间的反应器主体；并且
所述反应器主体包括：
适于把所述燃料注入所述反应器主体的燃料注入孔；和
适于把所述重整气体排出所述反应器主体的重整气体出口，
所述通道部件被形成卷形，以卷绕所述反应器主体的外表面，
所述通道部件包括：
适于传输所述燃料的第一通道；和
置于该第一通道的中心并传输所述重整气体的第二通道。
2、如权利要求1所述的重整器，其中
所述第一通道包括：
置于该第一通道的一端的燃料入口；和
置于该第一通道的另一端的燃料出口；并且
所述燃料出口被连接到所述反应器主体的燃料注入孔上。
3、如权利要求2所述的重整器，其中
所述第二通道包括：
置于该第二通道的一端的重整气体入口；和
置于该第二通道的另一端的重整气体出口；并且
所述重整气体入口被连接到所述反应器主体的重整气体出口上。
4、如权利要求3所述的重整器，进一步包括一氧化碳降低单元，该一氧化碳降低单元连接到所述第二通道的重整气体出口，以降低所述重整气体中包含的一氧化碳的浓度。
5、一种燃料电池系统的重整器，该重整器包括：
适于产生热的热源单元；
重整反应单元，适于通过利用所述热的燃料重整反应从燃料产生包含氢的重整气体；
一氧化碳降低单元，连接到所述重整反应单元，以降低所述重整气体中包含的一氧化碳的浓度；和
热处理单元，置于所述重整反应单元和一氧化碳降低单元外部，以调整供应给所述重整反应单元和一氧化碳降低单元的热能，
所述重整反应单元包括具有容纳第一催化剂的第一内部空间的第一反应器主体；并且
所述第一反应器主体包括：
适于把所述燃料注入所述第一内部空间的第一注入孔；
适于把所述重整气体从所述第一内部空间排出的第一出口；和
适于围绕所述热源单元的围绕区域，
所述热源单元包括燃烧器主体，该燃烧器主体置于所述围绕区域中，以通过点燃和燃烧预定量的燃料产生所述热，该燃烧器主体具有多个喷嘴孔，
所述一氧化碳降低单元包括具有容纳第二催化剂的第二内部空间的第二反应器主体；并且
所述第二反应器主体包括：
适于把所述重整气体注入所述第二内部空间的第二注入孔；和
适于把所述重整气体从所述第二内部空间排出的第二出口，
所述热处理单元包括具有密封空间的外壳，该外壳适于整个容纳所述燃烧器主体、第一反应器主体和第二反应器主体，以将所述热从所述围绕区域流通到该密封空间，
所述热处理单元包括：
第一通道部件，具有卷形，以卷绕所述第一反应器主体的外表面，并适于流通所述燃料；和
第二通道部件，连接到所述第一通道部件上并且具有多个通道，所述通道具有卷形，以卷绕所述第二反应器主体的外表面上，并适于流通所述燃料和重整气体；并且
所述通道被一体地形成在所述第二通道部件。
6、如权利要求5所述的重整器，其中所述外壳包括从包含绝热陶瓷、不锈钢、锆及其组合物的组中选择的材料。
7、如权利要求5所述的重整器，其中所述第一通道部件包括第一通道，该第一通道的一端连接到所述第一反应器主体的第一注入孔，另一端连接到所述第二通道部件。
8、如权利要求7所述的重整器，其中所述第二通道部件包括：
适于传输所述燃料的第二通道；和
置于该第二通道的中心并传输所述重整气体的第三通道。
9、如权利要求8所述的重整器，其中
所述第二通道包括：
置于该第二通道的一端的第一入口；和
置于该第二通道另一端的第一出口；并且
所述第一出口被连接到所述第一通道的另一端。
10、如权利要求9所述的重整器，其中
所述第三通道包括：
置于该第三通道一端的第二通道入口；和
置于该第三通道另一端的第二通道出口；
所述第二通道入口被连接到所述第一反应器主体的第一出口上；并且
所述第二通道出口被连接到所述第二反应器主体的第二注入孔上。
11、一种燃料电池系统的重整器，该重整器包括：
适于产生热的热源单元；
重整反应单元，适于通过利用所述热的燃料重整反应从燃料产生包含氢的重整气体，该重整反应单元具有适于围绕所述热源单元的围绕区域；和
热处理单元，置于所述重整反应单元外部，以调整供应给所述重整反应单元的热能，并且具有适于传输所述燃料和重整气体的多个通道，其中至少一个通道被形成为卷形，以卷绕所述重整反应单元的外表面，
所述多个通道包括：
适于传输所述燃料的通道；和
置于该适于传输燃料的通道的中心并传输所述重整气体的另一通道。
12、如权利要求11所述的重整器，其中所述热处理单元包括具有密封空间的外壳，该外壳适于整个容纳所述热源单元和重整反应单元，以将所述热从所述热源单元流通到该密封空间。
13、如权利要求11所述的重整器，进一步包括一氧化碳降低单元，该一氧化碳降低单元被连接到所述重整反应单元，以降低所述重整气体中包含的一氧化碳的浓度。
14、如权利要求13所述的重整器，其中
所述适于传输燃料的通道包括：
第一通道，具有卷形，以卷绕所述重整反应单元的外表面，并且适于流通所述燃料；
第二通道，具有卷形，以卷绕所述一氧化碳降低单元的外表面，并且适于流通所述燃料；和
所述传输重整气体的通道包括：
第三通道，置于该第二通道的中心，以传输所述重整气体。
15、如权利要求14所述的重整器，其中
所述第一通道被连接到所述重整反应单元的注入孔和第二通道上；并且
所述第三通道被连接到所述重整反应单元的出口和所述一氧化碳降低单元的注入孔上。
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