CN101471449B - 燃料电池系统及重整器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池系统和用于燃料电池系统的重整器，该燃料电池系统和重整器防止逆火并改善导热率。所述燃料电池系统包括：重整器，该重整器利用热能通过催化化学反应从含有氢的燃料中产生氢气；以及至少一个发电单元，该发电单元通过氢气和氧之间的电化学反应产生电能。所述重整器包括壳体、热源和重整反应部分。所述壳体形成外部形状。所述热源设置在壳体中，用以通过燃料和催化剂之间的氧化反应产生热能，并包括网孔、形成于网孔表面上的氧化催化剂层和至少一个给氧化催化剂层提供燃料的燃料注入喷嘴。所述重整反应部分设置在壳体中，用以利用产生自热源的热能从燃料中产生氢气。

Description

燃料电池系统及重整器
技术领域
本发明涉及到一种燃料电池系统和用于燃料电池系统的重整器。更特别的，本发明涉及到一种具有用于提供燃料和氧化气体的改良结构的燃料电池系统和燃料电池系统的重整器。
背景技术
燃料电池是通过氢和与氢分别提供的氧化气体之间的化学反应产生电能的发电系统，所述氢可是烃基燃料如甲醇、乙醇和天然气的一部分。
聚合物电解膜燃料电池(PEMFC)与其它类型的燃料电池相比通常显示出优良的输出特性、较低的工作温度以及快速启动和响应特性。PEMFC已经广泛的用作交通工具的便携式电源、房屋和公共建筑物的分布式电源以及电子装置的微型电源。
PEMFC系统典型地包括层叠组件、重整器、燃料罐以及燃料泵。层叠组件形成燃料电池主体，该主体通过氢和氧之间的反应产生电能，燃料泵将储存在燃料罐中的燃料提供给重整器。通过重整燃料，重整器产生氢气并将氢气提供给层叠组件。
在燃料电池系统中，由于重整器通过催化化学反应从燃料中产生氢气，重整器包括用于产生热能的热源和利用热能通过重整反应产生氢气的重整反应部分。利用氧化催化剂通过燃料和氧化气体之间的氧化反应，热源产生热能。
在一个典型的重整器中，由于燃料和氧不均匀地分布在热源的氧化催化剂上，氧化反应可能局部发生而不是在整个热源上发生。因此，由于燃料和氧之间的不完全氧化反应在热源中存在温差。从而，由于热源中的温差可降低整个重整器的性能和热效率。
另外，在典型重整器中，在燃料注射喷嘴的一端可能出现逆火(backfire)，从而在重整器中引起额外的温度变化。
发明内容
一些实施方式提供一种具有均匀地将燃料提供给氧化催化剂并防止逆火的燃料电池系统，以及用于上述系统的重整器。
一些实施方式提供一种燃料重整器以及包括上述重整器的燃料电池系统。重整器使包括烃或烃基如甲醇、乙醇、甲烷、丙烷及类似物的燃料转换成燃料电池使用的氢气。重整器的实施方式显示出在重整器中逆火的减少和极大的温度均匀性。所述重整器包括壳体、热源和重整反应部分。在一些实施方式中，所述壳体是大体上的圆柱体。所述热源包括设置在壳体中的网孔、设置在网孔上的氧化催化剂以及至少一个燃料注射喷嘴。所述燃料注射喷嘴包括带有设置在壳体内的第一开口端和第二端的管，该第二端设置在壳体外，通过其提供燃料。在一些实施方式中，所述燃料注射喷嘴大体上与壳体的纵向轴平行。在一些实施方式中，燃料注射喷嘴的第一端的内径小于燃料注射喷嘴的第二端的内径。燃料注射喷嘴的一些实施方式还包括在其表面上的多个喷嘴孔。至少一个重整管延伸穿过重整器的壳体。在一些实施方式中多个重整管大体上对称地布置在中心燃料注射喷嘴的周围。
一个实施方式提供一种用于燃料电池系统的重整器，该重整器包括壳体、热源和重整反应部分。所述壳体形成外部形状。所述热源设置在壳体中用以通过燃料和催化剂之间的氧化反应产生热能，并包括网孔、形成于网孔表面上的氧化催化剂层以及将燃料提供给氧化催化剂层的至少一个燃料注射喷嘴。所述重整反应部分设置在壳体中用以利用产生自热源的热能从燃料中产生氢气。
所述至少一个燃料注射喷嘴可包括具有形成于管子外表面的多个喷嘴孔的管子。至少一个燃料注射喷嘴可包括作为开口端的第一端，和可设置在第一端的填料。填料可包括铝珠、石英珠和具有网孔结构的材料中的至少一种。
所述至少一个燃料注射喷嘴还可包括与第一端相对的第二端，并且第一端的内径可小于第二端的内径。所述至少一个燃料注射喷嘴还可包括邻近第一端的可变部分并具有朝向第一端逐渐减小的内径。
所述重整反应部分还可包括至少一个穿过所述壳体并允许燃料通过它流动的重整管。
所述至少一个燃料注射喷嘴可设置在所述壳体的中心部分，至少一个重整管可布置在所述燃料注射喷嘴的周围。可选择的，至少一个重整管可设置在所述壳体的中心部分，且至少一个燃料注射喷嘴可包括布置在重整管周围的多个燃料注射喷嘴。
另一个实施方式提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括：重整器，该重整器利用热能通过催化化学反应从含有氢的燃料中产生氢气；以及至少一个发电单元，该发电单元通过氢气和氧之间的电化学反应产生电能。所述重整器包括壳体、热源和重整反应部分。所述壳体形成外部形状。所述热源设置在壳体中用以通过燃料和催化剂之间的氧化反应产生热能，并包括网孔、形成于网孔表面的氧化催化剂层以及至少一个给氧化催化剂层提供燃料的燃料注射喷嘴。所述重整反应部分设置在壳体中用以利用产生自热源的热能从燃料中产生氢气。
按照一个示例性实施方式，催化剂部分包括网孔和形成于网孔上的氧化催化剂层，从而燃料能够均匀地提供给氧化催化剂层。因此，在整个重整器中温度能够均匀分配。从而，改善了重整器的性能和热效率。
另外，所述燃料注入喷嘴包括朝向第一端内径逐渐减小的部分和设置在开口端的第一端中的填料。因此，能减少或防止燃料注入喷嘴的逆火。
此外，根据实施方式，所述热源和所述重整反应部分设置在同一个空间。因此，能减小重整器的尺寸，并能改善热效率。从而提高了重整器的性能。
一些实施方式提供用于燃料电池系统的重整器以及包括上述重整器的燃料电池系统，所述重整器包括：壳体；设置在壳体中的热源，热源包括网孔、设置在网孔表面上的氧化催化剂层、和至少一个燃料注射喷嘴，该燃料注射喷嘴设置为给氧化催化剂层提供燃料用以通过燃料和氧化剂之间的氧化反应产生热能；以及设置在壳体中的重整反应部分，该重整反映部分利用产生自热源的热能从燃料中产生氢气。
在一些实施方式中，所述至少一个燃料注射喷嘴包括管子，该管子包括设置在其外表面的多个喷嘴孔。在一些实施方式中，所述至少一个燃料注射喷嘴包括开口的第一端和设置在第一端的填料。在一些实施方式中，填料包括铝珠、石英珠和网孔中的至少一种。
在一些实施方式中，至少一个燃料注射喷嘴还包括相对于第一端的第二端，并且第一端的内径小于第二端的内径。在一些实施方式中，所述至少一个燃料注射喷嘴还包括邻近第一端的可变部分，该可变部分具有朝向第一端逐渐减小的内径。
在一些实施方式中，所述重整反应部分还包括至少一个穿过壳体并设置为燃料通过它流动的重整管。
在一些实施方式中，所述至少一个燃料注射喷嘴设置在所述壳体的中心部分，所述至少一个重整管布置在所述燃料注射喷嘴的周围。
在一些实施方式中，所述至少一个重整管设置在所述壳体的中心部分，所述至少一个燃料注射喷嘴包括布置在重整管周围的多个燃料注射喷嘴。
在一些实施方式中，燃料电池系统还包括：至少一个发电单元，该发电单元设置为通过氢气和氧之间的电化学反应产生电能。
附图说明
图1是根据一个实施方式的燃料电池系统的方框简图。
图2是图1所示的层叠组件分解透视图。
图3是用于根据第一实施方式的燃料电池系统的重整器的剖面透视图。
图4是图3的纵向横断面简图。
图5是图3的横向横断面图。
图6是用于根据第二实施方式的燃料电池系统的重整器的横向横断面图。
具体实施方式
在下文中，将参考说明实施方式的附图更详细的描述某些实施方式。技术人员会认识到，所描述的实施方式在不背离本发明的精神或范围下可以各种方式改动。
图1是根据实施方式的燃料电池100的方框简图。
参考图1，燃料电池系统100使用聚合体电解膜燃料电池(PEMFC)。因此，在燃料电池系统100中，氢由重整燃料产生，电能通过电化学反应氢和氧产生。
燃料电池系统100可使用包含氢的液体或气体燃料如甲醇、乙醇和天然气。下文中，作为示例将描述使用液体燃料如甲醇的燃料电池系统100。
在燃料电池系统100中，储存在分离罐中的氧气或含有氧的未被加工的空气可用作为与氢起反应的氧源。将描述使用未被加工的空气的实施方式。
根据本实施方式的燃料电池系统100包括：发电单元11，该发电单元11通过氧和氢之间的反应产生电能；重整器30，该重整器30利用热能通过催化反应从燃料中产生氢用以将氢提供给发电单元11；燃料源50，该燃料源50将燃料提供给重整器30；以及空气源70，该空气源70将空气提供给发电单元11和重整器30。
如图2所示，发电单元11包括至少一个单元电池，该单元电池是进行氢和氧之间的电化学反应的最小单位。每个单元电池包括膜电极组件(MEA)12和设置在MEA12的每个侧面的隔板(或两极板)16。
多个发电单元11连续叠加以形成层叠组件10。层叠组件10可是用在聚合体电解膜燃料电池(PEMFC)中的典型的层叠组件。因此，将省略对层叠组件10的结构的详细说明。
根据图1所示的本发明实施方式，重整器30通过化学反应如一连串重整反应、局部氧化重整反应或自供热重整反应产生氢。重整器30包括产生热能的热源35和利用热能通过燃料的重整反应产生氢的重整反应部分39。下面将参考图3和4更详细地描述热源35和重整反应部分39。
给重整器30提供燃料的燃料源50包括：燃料罐51，该燃料罐51用于储存燃料；以及燃料泵53，该燃料泵从燃料罐51中排放出燃料，将燃料供给重整器30。所述燃料罐51能够流体连接到热源35和重整反应部分39。
空气源70以预定的压力提供空气，并包括将空气提供给发电单元11和热源35的空气泵71。在本实施方式中，所述空气源70用一个空气泵71将空气提供给发电单元11和热源35，如图所示，但不限于此。因此，空气源可包括一对空气泵，各自分别将空气提供给电发生器和热源之一。另外，在一些实施方式中，所述空气源70不包括空气泵71。例如，在一些实施方式中，所述空气源71可包括一个风扇。
在下文中，将参考附图更详细地描述根据本实施方式的重整器30。
图3是用于根据第一实施方式的燃料电池系统的重整器30的剖面透视图，和图4是图3所示的重整器的纵向横断面图。
参考图3和4，本实施方式的重整器30包括：壳体31，该壳体31限定了重整器30的外部形状；热源35以及重整反应部分39。热源35通过催化氧化反应产生热能，重整反应部分39利用热能通过催化重整反应从燃料中产生氢。
重整反应部分39包括至少一个穿过壳体31并允许燃料通过它流动的重整管62。
所述壳体31具有大体上的圆柱形状。壳体31的第一端包括多个第一孔62a和第二孔61a。所述重整管62插入第一孔62a中，而将在稍后说明的燃料注射喷嘴61插入第二孔61a中。另外，所述壳体31的第二端包括多个第三孔62b，该第三孔62b与第一孔62a在一条直线上。重整管62也通过第三孔62b。
接近第一孔62a的重整管的端部可流体连接到燃料罐51上，接近第三孔62b的重整管的端部可流体连接到层叠组件10的发电单元11上。
所述燃料注射喷嘴61通常设置在所述重整器30的中心，多个重整管61以基本均匀的间距布置在燃料注射喷嘴61周围。然而，图示的结构是示例性的并且重整器30的结构不限于此。因此，如图6所示，所述重整管62通常也可以设置在所述重整器30的中心并且多个燃料注射喷嘴61可以布置在重整管62的周围。
参考图3、4和5，所述热源35包括：燃料注射喷嘴61，该燃料注射喷嘴61被构造成将燃料注入重整器30内部；以及催化剂部分65，该催化剂部分65设置在重整器30内。燃料注射喷嘴61包括开口管。燃料注射喷嘴61的第二端流体连接到燃料泵53，第一端是敞开的。接近所述燃料注射喷嘴61的开口端61b的可变部分61c具有从第二端到敞开的第一端61b逐渐减小的内径。从而，开口端61b的内径小于燃料注射喷嘴61中的燃料流进其中的那部分的内径。减小开口端61b的内径防止和/或减少火焰向后涌动的逆火。
如在图4中所见，填料63可设置在注入喷嘴的开口端61b。填料63包括铝珠、石英珠和具有网孔结构的材料中至少一种。填料63防止火焰向后涌动，也从开口端61b喷射排放的燃料。从而，能有效的减少和/或防止逆火。
如图3和5所示，多个喷嘴孔61d设置在燃料注射喷嘴61的圆周上。燃料通过喷嘴孔61d注入到重整器30的里面。喷嘴孔61d基本上均匀的设置在燃料注射喷嘴61的表面上。因此，燃料能被注入设置在重整器30里面的催化剂部分65中。
如图5所示，催化剂部分65包括：网孔65a，该网孔包括彼此交叉而形成网状结构的多根丝线；以及氧化催化剂层65b，该氧化催化剂层65b设置在网孔65a的表面上。
网孔65a包括三维网状结构，其中交叉的丝线形成格子。
下文中，将更详细的描述根据实施方式的燃料电池系统100的工作过程。
在燃料电池100工作中，储存在燃料罐51的燃料通过燃料泵53提供给重整器30的燃料注射喷嘴61。同时，通过空气泵71将空气提供给燃料注射喷嘴61。通过同时运行燃料泵53和空气泵71燃料和空气可同时提供给燃料注射喷嘴61。在一些实施方式中，通过顺序运行燃料泵53和空气泵71，燃料和空气可依次提供给燃料注射喷嘴61。
通过燃料注射喷嘴61的喷嘴孔61d，燃料和空气被注入重整器30的壳体31内。从而，燃料和空气能均匀地分布在其中的催化剂部分65上。燃料和空气接触氧化催化剂层65b，从而开始氧化反应。
在热源35中，氧化催化剂促进燃料和空气之间的燃烧反应。从而，由此产生的热能提供适于在重整反应部分39中重整反应的预定温度。由于燃料和空气能通过燃料注射喷嘴61的喷嘴孔61d均匀地提供给氧化催化剂层65b，在热源35中能均匀地进行燃料和空气之间的氧化反应。尤其是，催化剂部分包括网孔和形成于网孔表面上的氧化催化剂层，并因此燃料能均匀地提供给氧化催化剂层。
从而，在本实施方式中，在热源35中的热点，以及温度相当高于热源其它部分的温度的区域被减少或消除。因此，能减小热源35中的温差，从而将具有均匀的温度分布的热能提供给重整反应部分39。
在这种情况，通过运行燃料泵53将储存在燃料罐51中的燃料提供给重整管62。然后，重整反应部分39吸收由热源35产生的热能，并利用热能通过燃料的重整反应产生氢。
接下来，通过重整管62，氢被提供给层叠组件10的发电单元11。同时，空气由空气泵71提供给发电单元11。然后，发电单元11通过空气中的氧和氢之间的电化学反应输出预定量的电能。
虽然已经结合目前认为是实用的实施方式说明了某些实施方式，但应理解本发明不限于此，而是，相反，有意覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种改动和等价结构。

Claims (14)

1.一种用于燃料电池系统的重整器，包括：
壳体；
热源，该热源设置在壳体中，所述热源包括：网孔；氧化催化剂层，该氧化催化剂层设置在网孔表面上；以及至少一个燃料注入喷嘴，该燃料注入喷嘴被构造成给氧化催化剂层提供燃料以通过燃料和氧化剂之间的氧化反应产生热能；和
重整反应部分，该重整反应部分设置在壳体中，被构造成利用产生自热源的热能从燃料中产生氢，
其中所述至少一个燃料注入喷嘴包括管子，该管子包括设置在管子外表面上的多个喷嘴孔，且
其中所述至少一个燃料注入喷嘴包括开口的第一端和设置在第一端的填料。
2.如权利要求1所述的重整器，其中所述填料包括铝珠、石英珠和网孔中的至少一种。
3.如权利要求1所述的重整器，其中
所述至少一个燃料注入喷嘴还包括与第一端相对的第二端，并且第一端的内径小于第二端的内径。
4.如权利要求1所述的重整器，其中所述至少一个燃料注入喷嘴还包括可变部分，该可变部分邻近第一端，具有朝向第一端逐渐减小的内径。
5.如权利要求1所述的重整器，其中所述重整反应部分还包括至少一个穿过所述壳体并被构造成燃料通过其流动的重整管。
6.如权利要求5所述的重整器，其中
所述至少一个燃料注入喷嘴设置在壳体的中心部分，和
所述至少一个重整管布置在燃料注入喷嘴的周围。
7.如权利要求5所述的重整器，其中
所述至少一个重整管设置在壳体的中心部分，和
所述至少一个燃料注入喷嘴包括布置在重整管周围的多个燃料注入喷嘴。
8.一种燃料电池系统，包括：
重整器，该重整器被构造成利用热能通过催化化学反应从包含氢的燃料中产生氢气；和
至少一个发电单元，该发电单元被构造成通过氢气和氧之间的电化学反应产生电能，
其中所述重整器包括：
壳体；
热源，该热源设置在壳体中，所述热源包括：网孔；氧化催化剂层，该氧化催化剂层设置在网孔表面上；以及至少一个燃料注入喷嘴，该燃料注入喷嘴被设置成给氧化催化剂层提供燃料以通过燃料和氧化剂之间的氧化反应产生热能；和
重整反应部分，该重整反应部分设置在壳体中，设置成利用产生自热源的热能从燃料中产生氢气，
其中所述至少一个燃料注入喷嘴包括管子，该管子包括设置在管子外表面上的多个喷嘴孔，且
其中所述至少一个燃料注入喷嘴包括第一开口端和设置在该第一开口端的填料。
9.如权利要求8所述的燃料电池系统，其中所述填料包括铝珠、石英珠和网孔中的至少一种。
10.如权利要求8所述的燃料电池系统，其中
所述至少一个燃料注入喷嘴还包括相对于第一开口端的第二端，并且
所述第一开口端的内径小于所述第二端的内径。
11.如权利要求8所述的燃料电池系统，其中所述至少一个燃料注入喷嘴还包括可变部分，该可变部分邻近所述第一开口端，具有朝向第一开口端逐渐减小的内径。
12.如权利要求8所述的燃料电池系统，其中重整反应部分还包括至少一个穿过壳体并设置成燃料通过其流动的重整管。
13.如权利要求12所述的燃料电池系统，其中
所述至少一个燃料注入喷嘴设置在所述壳体的中心部分，和
所述至少一个重整管布置在所述燃料注入喷嘴的周围。
14.如权利要求12所述的燃料电池系统，其中
所述至少一个重整管设置在所述壳体的中心部分，和
所述至少一个燃料注入喷嘴包括布置在重整管周围的多个燃料注入喷嘴。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101152586B1 (ko) 2010-03-04 2012-06-01 삼성에스디아이 주식회사 연료 개질 장치
WO2012060838A1 (en) * 2010-11-05 2012-05-10 Midrex Technologies, Inc. Reformer tube apparatus having variable wall thickness and associated method of manufacture
CA2929886C (en) 2013-11-06 2019-03-05 WATT Fuel Cell Corp Integrated gaseous fuel cpox reformer and fuel cell systems, and methods of producing electricity
EP3065858A2 (en) 2013-11-06 2016-09-14 Watt Fuel Cell Corp. Liquid fuel cpox reformers and methods of cpox reforming
US10676354B2 (en) 2013-11-06 2020-06-09 Watt Fuel Cell Corp. Reformer with perovskite as structural component thereof
US10106406B2 (en) 2013-11-06 2018-10-23 Watt Fuel Cell Corp. Chemical reactor with manifold for management of a flow of gaseous reaction medium thereto
CA2929546C (en) 2013-11-06 2019-03-05 Watt Fuel Cell Corp. Gaseous fuel cpox reformers and methods of cpox reforming
EP3065855B1 (en) 2013-11-06 2022-06-29 Watt Fuel Cell Corp. Liquid fuel cpox reformer and fuel cell systems, and methods of producing electricity
CN109748241A (zh) * 2019-03-08 2019-05-14 西安交通大学 一种甲烷自热重整的高效重整器
TWI759922B (zh) 2020-10-23 2022-04-01 財團法人工業技術研究院 具燃燒重組功能之燃燒噴嘴
KR102316259B1 (ko) * 2020-12-30 2021-10-21 고등기술연구원연구조합 연료 개질 시스템 및 연료 개질 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1941483A (zh) * 2005-09-27 2007-04-04 三星Sdi株式会社 燃料重整器

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57192489A (en) 1981-05-23 1982-11-26 Babcock Hitachi Kk Hydrocarbon reforming furnace
JPH03218902A (ja) * 1990-01-23 1991-09-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水素原料改質装置の始動方法
US5861137A (en) 1996-10-30 1999-01-19 Edlund; David J. Steam reformer with internal hydrogen purification
BR9914560A (pt) * 1998-10-14 2001-06-26 Ida Tech Llc Reformador de vapor, e, processo para produzir hidrogênio que contenha concentrações de monóxido de carbono e de dióxido de carbono abaixo de um nìvel mìnimo definido
ES2640910T3 (es) * 2000-10-27 2017-11-07 Air Products And Chemicals, Inc. Sistemas y procesos para proporcionar hidrógeno a células de combustible
KR100429602B1 (ko) 2001-12-03 2004-05-03 (주)세티 연료전지용 연료개질기
CA2497441C (en) * 2002-09-05 2013-11-19 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Apparatus and process for production of high purity hydrogen
JP2005239525A (ja) 2004-02-27 2005-09-08 T Rad Co Ltd 水蒸気改質装置
KR100542217B1 (ko) 2004-06-07 2006-01-12 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 개질기
JP4477432B2 (ja) * 2004-06-29 2010-06-09 東洋エンジニアリング株式会社 改質器
US8133622B2 (en) 2004-09-08 2012-03-13 Samsung Sdi Co., Ltd. Heated reformer and fuel cell system having the same
KR101155924B1 (ko) * 2005-02-28 2012-06-20 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템, 개질기 및 버너
US20070000173A1 (en) * 2005-06-28 2007-01-04 Michael Boe Compact reforming reactor
KR100667953B1 (ko) * 2005-07-29 2007-01-11 삼성에스디아이 주식회사 개질기 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템
ITCE20050010A1 (it) * 2005-10-25 2007-04-26 Filippo Amodio Reattore catalitico per processi di reazione endotermici, in particolare di steam reforming degli idrocarburi leggeri
CN1960047A (zh) 2006-11-23 2007-05-09 上海交通大学 多孔金属支撑的低温固体氧化物燃料电池的制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1941483A (zh) * 2005-09-27 2007-04-04 三星Sdi株式会社 燃料重整器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开2005-239525A 2005.09.08

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CN101471449A (zh) 2009-07-01
US20090169932A1 (en) 2009-07-02
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