CN101665241A - 蒸发器和具有该蒸发器的燃料重整器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种蒸发器(例如，小尺寸、高效率的蒸发器)和具有该蒸发器的燃料重整器。所述蒸发器具有多级结构(例如，四级盘结构)，其中所述各个盘被填充有鳍片结构。排放气体通过的第一盘和第三盘和水通过的第二盘和第四盘可交替地彼此堆叠在一起。此外，所述第一盘和第三盘通过穿透所述第二盘和第四盘中的一个的第一管道而彼此相连，所述第二盘和第四盘通过穿透所述第一盘和第三盘中的一个的第二管道而彼此相连。

Description

蒸发器和具有该蒸发器的燃料重整器

技术领域

本发明涉及一种蒸发器和包括该蒸发器的燃料重整器。

背景技术

燃料重整器是一种重整燃料并产生富氢气体的设备。燃料重整器可用于燃料电池(其为一种能够通过氢气和氧气的电化学反应直接产生电能的清洁能源产生设备)等。

燃料重整器大体上包括热源和重整反应器。热源向重整反应器供应必要的热，而重整反应器重整燃料并产生富氢气体。重整反应器能够采用蒸汽重整方案、自动热重整方案、部分氧化方案或者其组合来产生富氢气体。

此外，燃料重整器能够进一步包括蒸发器以改善燃料效率和设备性能。在该情况下，蒸发器蒸发从外部流入蒸发器中的液相燃料，并将其(即由液相燃料蒸发的气相流体)供应到重整反应器。

也就是说，当液相燃料或水采用蒸汽重整方案流入重整反应器中时，燃料重整器的性能由于不均匀的重整反应而显著降低。为了减小或防止该问题，蒸发器可包括与燃料重整器的体积相比相对较长的通道，以蒸发从外部流入的液相燃料和/或水。

因此，蒸发器由于长通道结构而具有大体积。在蒸发器具有小体积的情况下，蒸发器由于长的多次折叠通道而具有复杂的结构，使得其难以制造。因此希望开发一种蒸发器的结构，其能够较小并易于制造，并且为燃料重整器提供高效率。

发明内容

本发明实施例的一方面致力于一种蒸发器，其尽管具有小体积，但能够具有大的输出性能。

本发明实施例的另一方面致力于一种具有该蒸发器的燃料重整器，所述蒸发器尽管具有小体积，但能够具有大的输出性能。

本发明实施例提供一种燃料重整器的蒸发器。该蒸发器包括第一级、第二级、第一鳍片结构和第二鳍片结构。所述第一级具有第一腔、第一级第一开口和第一级第二开口。所述第一级第一开口和所述第一级第二开口用于允许所述第一流体进入和离开所述第一腔。所述第二级与所述第一级一起堆叠为级堆，并具有第二腔、第二级第一开口和第二级第二开口。所述第二级第一开口和所述第二级第二开口用于允许第二流体进入和离开所述第二腔。所述第一鳍片结构位于所述第一腔中，并用于增大与所述第一腔内的第一流体的流动的热交换表面积，所述第二鳍片结构位于所述第二腔中，并用于增大与所述第二腔内的第二流体的流动的热交换表面积。

在蒸发器的一个实施例中，所述第一鳍片结构基本接触所述第一腔的内表面，和/或所述第二鳍片结构基本接触所述第二腔的内表面。

在蒸发器的一个实施例中，所述第一鳍片结构被配置为在第一流体的流动过程中在所述第一腔内形成湍流，所述第二鳍片结构被配置为在第二流体的流动过程中在所述第二腔内形成湍流。

在一个实施例中，所述蒸发器进一步包括第三级、第一管道和第三鳍片结构。所述第三级具有第三腔、第三级第一开口和第三级第二开口。所述第三级第一开口和所述第三级第二开口用于允许所述第一流体进入和离开所述第三腔，所述第一管道穿透所述第二级并将所述第一腔连接到所述第三腔，所述第三鳍片结构位于所述第三腔中并用于增大与所述第三腔内的第一流体的流动的热交换表面积。这里，所述第一鳍片结构可基本接触所述第一腔的内表面，所述第二鳍片结构可基本接触所述第二腔的内表面，所述第三鳍片结构可基本接触所述第三腔的内表面。所述第一管道可具有位于所述第一级第一开口处的第一端，和位于所述第三级第二开口处的第二端。

另外，所述蒸发器可进一步包括第四级，其具有第四腔、第四级第一开口和第四级第二开口，所述第四级第一开口和所述第四级第二开口用于允许所述第二流体进入和离开所述第四腔；第二管道穿透所述第三级并用于将所述第二腔连接到所述第四腔；和第四鳍片结构，其位于所述第四腔中并用于增大与所述第四腔内的第二流体的流动的热交换表面积。这里，所述第一鳍片结构可基本接触所述第一腔的内表面，所述第二鳍片结构可基本接触所述第二腔的内表面，所述第三鳍片结构可基本接触所述第三腔的内表面，所述第四鳍片结构可基本接触所述第四腔的内表面。所述第一管道可具有位于所述第一级第一开口处的第一端，和位于所述第三级第一开口处的第二端，所述第二管道可具有位于所述第二级第二开口处的第一端，和位于所述第四级第一开口处的第二端。所述第一流体可包括来自热源的排放气体，所述第二流体可包括燃料和水中的至少之一。第一、第二、第三和第四鳍片结构中的每一个均可包括：多个第一鳍片，其呈具有第一波长周期的第一波纹图案并沿第一方向延伸；和多个第二鳍片，其呈基本等同于第一波纹图案的第二波纹图案，并以偏离第一波长周期半个波长周期的第二波长周期交替并交叉地延伸在相邻的第一鳍片之间。第一、第二、第三和第四鳍片结构中的每一个均可为金属制的。所述第四鳍片结构和所述第二鳍片结构可被配置为，通过从所述第三鳍片结构和所述第一鳍片结构传递到所述第四鳍片结构和所述第二鳍片结构的热能，将所述第二流体从液相改变为气相。

本发明的另一实施例提供一种燃料重整器的蒸发器。该蒸发器包括第一级、第一鳍片结构、第二级、第二鳍片结构、第三级、第三鳍片结构、第一管道、第四级、第四鳍片结构和第二管道。所述第一级具有用于允许第一流体进入所述第一级的第一入口和用于允许所述第一流体离开所述第一级的第一出口。所述第一鳍片结构位于所述第一级中。所述第二级具有用于允许第二流体进入所述第二级的第二入口和用于允许所述第二流体离开所述第二级的第二出口。所述第二鳍片结构位于所述第二级中。所述第三级具有用于允许第一流体进入所述第三级的第三入口和用于允许所述第一流体离开所述第三级的第三出口，所述第二级位于所述第一级和所述第三极之间。所述第三鳍片结构位于所述第三级中。所述第一管道穿透所述第二级并用于将所述第一级连接到所述第三级。所述第四级具有用于允许第二流体进入所述第四级的第四入口和用于允许所述第二流体离开所述第四级的第四出口。所述第四鳍片结构位于所述第四级中。所述第二管道穿透所述第三级并用于将所述第二级连接到所述第四级。

在蒸发器的一个实施例中，所述第一鳍片结构基本接触所述第一级的内表面，所述第二鳍片结构基本接触所述第二级的内表面，所述第三鳍片结构基本接触所述第三级的内表面，所述第四鳍片结构基本接触所述第四级的内表面。

在蒸发器的一个实施例中，所述第一级、所述第二级、所述第三级和所述第四级一起堆叠为级堆。

在一个实施例中，所述蒸发器为四级蒸发器。

在蒸发器的一个实施例中，所述第二鳍片结构具有被所述第一管道穿透的第一通孔，所述第三鳍片结构具有被所述第二管道穿透的第二通孔，所述第四鳍片结构具有被用于将来自热源的第一流体供应到所述第三级的所述第三管道穿透的第三通孔。

在一个实施例中，所述蒸发器进一步包括用于将来自热源的第一流体供应到第三级的第三管道，以及用于将气相第二流体供应到重整反应器的第四管道。这里，所述第一管道可具有位于所述第一入口处的第一端和位于所述第三出口处的第二端，所述第二管道可具有位于所述第二出口处的第一端和位于所述第四入口处的第二端，所述第三管道可具有位于所述第三入口处的第一端和位于所述热源处的第二端，所述第四管道可具有位于所述第四出口处的第一端和位于所述重整反应器处的第二端。

另外，所述蒸发器可具有多个第一管道、和/或多个第四管道。所述第二鳍片结构可具有被所述多个第一管道分别穿透的多个通孔，所述第三鳍片结构可具有被所述第二管道穿透的第二通孔，所述第四鳍片结构可具有被用于将来自热源的所述第一流体供应到所述第三级的第三管道穿透的第三通孔。

在蒸发器的一个实施例中，所述第一流体包括来自热源的排放气体，所述第二流体包括燃料和水中的至少之一。

在蒸发器的一个实施例中，所述第一、第二、第三和第四鳍片结构的每一个均包括：多个第一鳍片，其呈具有第一波长周期并沿第一方向延伸的第一波纹图案；和多个第二鳍片，其呈等同于第一波纹图案的第二波纹图案，并以偏离第一波长周期半个波长周期的第二波长周期交替并交叉地延伸在相邻的第一鳍片之间。

在蒸发器的一个实施例中，所述第一、第二、第三和第四鳍片结构的每一个均为金属制的。

在蒸发器的一个实施例中，所述第四鳍片结构和所述第二鳍片结构被配置为，通过从所述第三鳍片结构和所述第一鳍片结构传递到所述第四鳍片结构和所述第二鳍片结构的热能，将所述第二流体从液相改变为气相。

本发明的另一实施例提供一种燃料重整器。该燃料重整器包括重整反应器、蒸发器和热源。所述蒸发器用于将第二流体提供给所述重整反应器。所述热源用于将第一流体提供给所述蒸发器。所述蒸发器包括：第一级，该第一级具有用于允许所述第一流体进入所述第一级的第一入口和用于允许所述第一流体离开所述第一级的第一出口；位于所述第一级中的第一鳍片结构；第二级，其与所述第一级一起堆叠为级堆，并具有用于允许所述第二流体进入所述第二级的第二入口和用于允许所述第二流体离开所述第二级的第二出口；和位于所述第二级中的第二鳍片结构。

在重整器的一个实施例中，所述热源被所述重整反应器所围绕，并被配置为将热供应到重整反应器，所述第一流体包括来自热源的排放气体，所述第二流体包括燃料和水中的至少之一。

在一个实施例中，所述重整器进一步包括：第一管道，其具有位于所述蒸发器处的第一端和位于在所述热源处的第二端；和第二管道，其具有位于所述蒸发器处的第一端和位于所述重整反应器处的第二端。

在一个实施例中，所述重整器进一步包括一氧化碳去除器，以从所述重整反应器接纳重整燃料。

在重整器的一个实施例中，所述蒸发器进一步包括第三级，其具有用于允许第一流体进入所述第三级的第三入口和用于允许所述第一流体离开所述第三级的第三出口，所述第二级位于所述第一级与所述第三级之间；位于所述第三级中的第三鳍片结构；第一管道，其穿透所述第二级并用于将所述第一级连接到所述第三级；第四级，其具有用于允许第二流体进入所述第四级的第四入口和用于允许所述第二流体离开所述第四级的第四出口；位于所述第四级中的第四鳍片结构；和第二管道，其穿透所述第三级以将所述第二级连接到所述第四级。这里，所述燃料重整器可进一步包括用于将来自所述热源的第一流体供应到所述第三级的第三管道，以及用于将气相第二流体供应到所述重整反应器的第四管道。

在所述重整器的一个实施例中，所述第一鳍片结构基本接触所述第一级的内表面，所述第二鳍片结构基本接触所述第二级的内表面。

通过考虑以下详细的描述，本领域技术人员将更为全面地理解蒸发器和具有该蒸发器的燃料重整器。将参照附图，并首先简要描述这些附图。

附图说明

附图和申请文件共同图示说明本发明的示例性实施例，附图和说明书共同用于阐释本发明的原理。

图1为根据本发明实施例的蒸发器的示意性剖视图；

图2为根据本发明另一实施例的蒸发器的示意性透视图；

图3A为图2的蒸发器的示意性分解透视图，鳍片结构从该图中省略；

图3B为图3A的第一盖板的示意性剖视图；

图4为阐释提供在图2的蒸发器中的鳍片结构的示意性透视图；

图5为根据本发明实施例的燃料重整器的示意性透视图；

图6为图示说明能够被采用作为图5的燃料重整器主体的结构的示意性剖视图；以及

图7为图示说明能够被采用作为图5的燃料重整器的主体的另一结构的示意性剖视图。

具体实施方式

在以下详细说明中，仅通过举例说明而示出和描述本发明的某些示例性实施例。如本领域技术人员能够认识到的那样，本发明可以以许多不同形式实施，且不应被解释为限制于本文提出的实施例。此外，在本申请的上下文中，当元件被提及为在另一元件“上”时，其能够直接位于该另一元件上，或者利用插入于它们之间的一个或多个中间元件而间接地位于该另一元件上。整个申请文件中，相同的附图标记表示相同的元件。

在以下描述中，术语“气相”指一种流体状态，其中分子因它们之间的距离间隔和弱联结力而自由运动，使得流体不会具有设定(或预定)的形式和体积并趋向于充满容器。气相流体的密度比液相或固相流体小，并因压力的增大或减小而能够容易地改变其体积。此外，气相流体能够被容易地压缩或热膨胀。

图1为根据本发明实施例的蒸发器100的示意性剖视图。

参照图1，蒸发器100具有四级盘结构，其中第一盘110、第二盘120、第三盘130和第四盘彼此堆叠在一起。

第一盘110具有第一腔112、用于连通流体的第一孔114、和填充第一腔112的第一鳍片结构210。第二盘120具有第二腔122、用于连通流体的第二孔124、和填充第二腔122的第二鳍片结构220。第三盘130具有第三腔132、用于连通流体的第三孔134、和填充第三腔132的第三鳍片结构230。第四盘140具有第四腔142、用于连通流体的第四孔144、和填充第四腔142的第四鳍片结构240。

第三腔132通过第一管道150与第一腔112连通，使得流体能够在第三腔132与第一腔112之间流动。第二腔122通过第二管道160与第四腔142连通，使得流体能够在第二腔122与第四腔142之间流动。第三盘130和第一盘110分别具有连接到第一管道150的两个端部的另一孔。第二盘120和第四盘140分别具有连接到第二管道160的两个端部的另一孔。

第三管道170可被连接到第三盘130的第三孔134。第四管道180可被连接到第四盘140的第四孔144。

在本实施例中，第一管道150被提供为穿透第二盘120，第二管道160被提供为穿透第三盘130，第三管道170被提供为穿透第四盘140。这种穿透结构仅为用于减小(或最小化)蒸发器尺寸的示例。例如，上述每个管道可被提供在蒸发器外部，而不穿透盘。并且，考虑到在重力方向上被连接到蒸发器100的重整器，第三管道170和第四管道140被安装为在重力方向上(y方向)突出。

第一至第四鳍片结构210、220、230和240中的每一个在第一流体或第二流体的流动过程中均具有增大的热交换表面积。各个鳍片结构可由被提供具有多个鳍片(或波纹)的片形金属构件形成。也就是说，在一个实施例中，各个鳍片结构可具有如下形状：沿一个方向延伸的为第一波纹图案的多个第一鳍片和为相同波纹图案的以与第一鳍片的波纹图案周期相差半周期被交叉布置的多个第二鳍片彼此交替布置。(见图4)。也就是说，在一个实施例中，第一、第二、第三和第四鳍片结构210、220、230和240中的每一个均包括：多个第一鳍片，其为具有第一波长周期并沿第一方向延伸的第一波纹图案；和多个第二鳍片，其为基本等同于第一波纹图案的第二波纹图案，并以偏离第一波长周期半个波长周期的第二波长周期在相邻的第一鳍片之间交替和交叉延伸。这样，流体能够均匀地分布在各个鳍片结构中以形成湍流，并实现高湍流流动。因此热交换表面可极大地增大。

各个鳍片结构被安装为填充各个盘。也就是说，在一个实施例中，第一、第二、第三和第四鳍片结构210、220、230和240中的至少之一基本接触其各自的腔112、122、132或142的内表面。在一个实施例中，第一、第二、第三和第四鳍片结构210、220、230和240中的每一个均基本接触其各自的腔112、122、132或142的内表面。因此，当具有热能的第一流体流过第三盘130和第一盘110时，第一流体的热能被有效地传递到第三盘130和第一盘110。第三盘130和第一盘110的热能被传递到第二盘120和第四盘140。当第二流体流过第二盘120和第四盘140时，第二流体被第二盘120和第四盘140的热能加热或蒸发。

下文中，将参照说明性示例更为详细地描述本发明实施例的蒸发器的构造。

图2为根据本发明另一实施例的蒸发器300的示意性透视图。图3A为图2的蒸发器300的示意性分解透视图，鳍片结构从该图中省略。图3B为沿图3A的第一盖板的线III-III截取的示意性剖视图。

参照图2和图3A，蒸发器300包括第一至第四盖板(或级)310、320、330和340、辅助板341b、三个第一管道350a、350b和350c、第二管道360、以及第一至第四鳍片结构。(见图4的410、420、430和440)

第一盖板310具有：第一周界壁311，其形成具有敞开的第一表面(见图3B)的第一内部空间(或腔)312；和第一孔314，其用于连通流体。这里，如果第一盖板310为盘(或具有基本平坦的盘形)，则第一表面为盘的彼此相对的两个圆形表面中的一个(或者为位于盘的顶端和底端处的两个圆形表面之一)。第一盖板310的第一表面被第二盖板320的上表面321a覆盖。

类似地，第二盖板320具有：第二周界壁，其形成具有敞开的第二表面的第二内部空间(或腔)；和第二孔324，其用于连通流体。第二盖板320的第二表面被第三盖板330的上表面331a覆盖。第三盖板330具有：第三周界壁，其形成具有敞开的第三表面的第三内部空间(或腔)；和至少一个孔，其用于连通流体。第三盖板330的第三表面被第四盖板340的上表面341a覆盖。第四盖板340具有：第四周界壁，其形成具有敞开的第四表面的第四内部空间(或腔)；和至少一个孔，其用于连通流体。第四盖板340的第四表面被辅助板341b覆盖。

辅助板341b和第四至第一盖板340、330、320和310的边缘可通过焊接等被彼此相连。根据以上所示和所述构造，本实施例的蒸发器300可具有与图1所示的蒸发器的结构类似的四级盘结构。

三个第一管道350a、350b和350c穿透第二盖板320，以将第三盖板330的第三内部空间连接到第一盖板310的第一内部空间312，以连通流体。为此，各个第一管道350a、350b和350c的端部被分别连接到第二盖板320的另外三个孔326a、326b和326c。各个第一管道350a、350b和350c的另一端被分别连接到第三盖板330的另外三个孔。相应的第一管道的端部和第二盖板320之间的连接，和/或相应的第一管道的另一端部和第三盖板330的连接可具有螺纹连接结构。在本实施例中，三个第一管道仅为一个实施例，因此本发明不限于此。例如，可使用一个、两个、或四个或更多个第一管道。

第二管道360穿透第三盖板330，以将第二盖板320的第二内部空间连接到第四盖板340的第四内部空间，以连通流体。为此，第二管道360的一端被连接到第三盖板330的第三孔334。第二管道360的另一端被连接到第四盖板340的第四孔348。在一个实施例中，第二管道的一端和第三盖板330之间的连接，和/或第二管道360的另一端与第四盖板340之间的连接具有螺纹连接结构。

辅助板341b包括多个孔344a、344b和346。在这些孔344a、344b和346中，一个孔346可与第三管道370相连，该第三管道370穿透第四盖板340，并引导进入第三盖板330的第三内部空间的第一流体。第三管道370的一端被连接到第四盖板340的另一孔343。辅助板341b的其它孔344a和344b可分别与两个第四管道380a和380b相连，以引导第二流体的排放。在本实施例中，两个第四管道仅为一个实施例，因此本发明不限于此。例如，可使用一个或三个或更多个管道。

更详细而言，蒸发器300包括第一盖板(或级)310、第二盖板(或级)320、第三盖板(或级)330和第四盖板(或级)340。第一级310具有用于允许第一流体进入第一级的第一入口，和用于允许第一流体离开第一级310的第一孔(或出口)314。第一鳍片结构(见图4的410)位于第一级310的腔312中。第二级320具有用于允许第二流体进入第二级320的第二孔(或入口)324，和用于允许第二流体离开第二级320的第二出口。第二鳍片结构(见图4的420)位于第二级320的腔中。第三级330具有用于允许第一流体进入第三级330的第三入口，和用于允许第一流体离开第三级330的第三出口，其中第二级320位于第一级310与第三级330之间。第三鳍片结构(见图4的430)位于第三级330的腔中。第一管道350a、350b和350c穿透第二级320并用于将第一级310连接到第三级330。第四级340具有用于允许第二流体进入第四级的第四入口，和用于允许第二流体离开第四级的第四出口(或孔)344a和344b。第四鳍片结构(见图4的440)位于第四级340的腔中，第二管道360穿透第三级330并用于将第二级320连接到第四级340。

根据上述构造，第一流体通过第三管道370和第四盖板(或第四级)340的孔343被引入第三内部空间(或第三腔)，将热能传递到第三鳍片结构(见图4的430)并通过第一管道326a、326b和326c流入第一内部空间(或第一腔)312中。然后，第一流体将热能传递到第一鳍片结构(见图4的410)，并通过第一盖板(或第一级)310的第一孔314被排放到外部。

液相第二流体通过第二盖板(或第二级)320的第二孔324被引入第二内部空间(或第二腔)，并在经过第二鳍片结构(见图4的420)之后通过第二管道360流入第四内部空间(或第四腔)。然后，经由第四鳍片结构(见图4的440)，液相第二流体通过辅助板341b的孔344a和344b以及第四管道380a和380b被排放到外部。这里，液相第二流体被从第三鳍片结构和第一鳍片结构传递到第二鳍片结构和第四鳍片结构的热能蒸发。

图4为阐释提供在图2的蒸发器中的鳍片结构的示意性透视图

参照图4，第一至第四鳍片结构410、420、430和440被填充在提供在第一至第四盖板310、320、330和340中的各个内部空间中。这里，第一至第四鳍片结构410、420、430和440的填充指的是这样的构造：鳍片结构被紧密粘附到相应盖板上，且各个鳍片结构的鳍片基本均匀地分布在各个内部空间中。也就是说，在一个实施例中，第一鳍片结构410基本接触盖板(或第一级)310的内表面，第二鳍片结构420基本接触第二盖板(或第二级)320的内表面，第三鳍片结构430基本接触第三盖板(或第三级)330的内表面，和/或第四鳍片结构440基本接触第四盖板(或第四级)340的内表面。第二鳍片结构420可具有使三个第一管道穿透的三个孔422a、422b和422c。第三鳍片结构430可具有使第二管道穿透的孔432。第四鳍片结构440可具有使第三管道穿透的孔。

本实施例的鳍片结构具有基本上相同的结构。第四鳍片结构440的一部分被放大，以更详细地阐释鳍片结构的构造。

参照放大部分，第四鳍片结构440具有第一鳍片设置和第二鳍片设置。第一鳍片设置具有沿第一方向延伸的多个第一鳍片442，第二鳍片设置具有沿第一方向以相差半个周期交替和交叉延伸在相邻的第一鳍片之间的多个第二鳍片444。也就是说，在一个实施例中，第四鳍片结构440包括：多个第一鳍片442，其呈具有第一波长周期的第一波纹图案，并沿第一方向延伸；和多个第二鳍片444，其呈基本等同于第一波纹图案的第二波纹图案，并以偏离第一波长周期半个波长周期的第二波长周期交替和交叉地延伸在相邻的第一鳍片之间。这里，第一鳍片442和第二鳍片444可由片形或带形构件形成。另外，第一鳍片442和第二鳍片444可由具有高的热传导性质的材料形成。在本实施例中，第四鳍片结构440可不仅形成为多个第一鳍片442和多个第二鳍片444的单层结构，还可以形成为这些鳍片复数个堆叠在一起的多层结构。

第一至第三鳍片结构410、420和430与第四鳍片结构440具有基本相同的结构，不同之处在于孔的有/无或孔的位置。在本实施例中，鳍片结构可通过冲压工序冲压单一金属板并对其钎焊而被制造。

根据以上描述的蒸发器的构造，由于产生了穿过各个鳍片结构的流体的有效湍流流动，流体能够均匀地分布在各个鳍片结构和各个板的内部空间中，因而各个盘之间的热交换区域被显著增大。换言之，每个盘均具有高的热传导效率。蒸发器的热传导效率因而能够被提高。而且，蒸发器可被制成得较小(或被最小化)。

图5为根据本发明实施例的燃料重整器的示意性透视图。

参照图5，燃料重整器包括蒸发器300和圆柱形主体500。蒸发器300的结构和功能已参照附图2至4在上文中阐释，因而其详细描述不再提供。

这里，在一个实施例中，圆柱形主体500燃烧通过第一连接管道512供应的第一燃料以产生热，将具有热能的第一流体供应到蒸发器300，接纳来自蒸发器300的气相第二流体，通过重整第二燃料产生重整物，并通过第二连接管道514排放重整物。

在本实施例中，为了便于阐释，第二燃料通过蒸发器300被供应到主体500。然而，这仅为示例，本发明并不限于此。例如，本实施例的燃料重整器可以这样的方式实施：使得气相第二燃料不被引入蒸发器300，而是被直接供应到主体500。第二燃料包括碳氢基材料，例如液化石油气(LPG)、天然气、甲醇、乙醇或之类的材料。

在本实施例中，为了便于说明，用于传递第一流体的第三管道370和用于传递第二流体的第四管道380a和380b被例示为暴露在蒸发器300与主体500之间。然而，这仅为示例，本发明不限于此。例如，本实施例的燃料重整器可被实施为，使得通过减小管道的长度而将蒸发器300直接连接到主体500，而不暴露这些管道。

图6为阐释能够被采用作为图5的燃料重整器的主体500a的构造的示意性剖视图。

参照图6，燃料重整器的主体500a包括热源550和重整反应器600。主体550a具有双圆柱形结构，其中为第一圆柱形结构形式的热源550被为第二圆柱形结构形式的重整反应器600所围绕。

热源550可包括第一圆柱形主体560、提供在第一圆柱形主体560的内部空间562中的氧化催化剂570、和点燃器572。第一开口部分564被提供在第一圆柱形主体560的一侧上，第二开口部分566被提供在其另一侧。第一燃料和空气通过第一开口部分564被供应到内部空间562，并在氧化催化剂570的表面上被氧化。此时产生的反应热的一部分被供应到重整反应器600，其另一部分通过第二开口部分566与空气一同被排放。点燃器572点燃在热源550的初始操作时刻被供应到内部空间的第一燃料。第二开口部分566可被连接到第三管道370的一端。(见图5)

重整反应器600包括围绕相同轴线上的第一圆柱形主体560的第二圆柱形主体610，和提供在第二圆柱形主体610的内部空间612中的重整催化剂620。重整催化剂620可包括颗粒型催化剂。在该情况下，重整催化剂620可被网状构件622环绕，以减少(或防止分散)催化剂。两个第三开口部分614被提供在第二圆柱形主体610的一侧，第二开口部分566位于第三开口部分之间，第四开口部分616被提供在第二圆柱形主体610的另一侧。

本实施例的蒸发器300供应的蒸汽以及通过蒸发器300或另一管道供应的气相第二燃料通过第三开口部分614被供应到内部空间612，其中第二燃料在经过催化剂620的同时通过来自热源550的热执行重整反应。由重整反应产生的重整物通过第四开口部分616排放。这里，重整反应可通过蒸汽重整、自动热重整和/或局部氧化而被实施为包括重整反应。

图7为阐释能够被采用作为图5的燃料重整器的主体500b的另一结构的示意性剖视图。

参照图7，燃料重整器的主体500b包括热源650、重整反应器700和一氧化碳去除器750。主体500b具有三圆柱形结构，其中为第一圆柱形结构形式的热源650被位于相同轴线上的为第二圆柱形结构形式的重整反应器700围绕，为第二圆柱形结构形式的重整反应器700被位于相同轴线上的为第三圆柱形结构形式的一氧化碳去除器750围绕。

热源650包括第一圆柱形主体660和用于将火焰发射到第一圆柱形主体660的内部空间662的燃烧器670。第一开口部分664被提供在第一圆柱形主体660的一侧，第二开口部分666被提供在其另一侧。空气通过第一开口部分664被供应到内部空间662。由燃烧器670的火焰产生的热能的一部分被供应到重整反应器700和一氧化碳去除器750，热能的另一部分通过第二开口部分666与空气一同排放。第二开口部分666可被连接到第三管道370的一端(见图5)。

重整反应器700包括围绕位于相同轴线上的第一圆柱形主体660的第二圆柱形主体710，以及提供在第二圆柱形主体710的内部空间712中的重整催化剂720。重整催化剂720可具有蜂房或螺旋结构的支架以及涂覆在该支架上的催化剂层722。两个第三开口部分714被提供在第二圆柱形主体710的一侧。第三开口部分714可被分别连接到第四管道380a和380b的一端(见图5)。

一氧化碳去除器750包括围绕位于相同轴线上的第一圆柱形主体660和第二圆柱形主体710的第三圆柱形主体760，以及提供在第三圆柱形主体760的内部空间762中的催化剂770。催化剂770可包括变换催化剂和/或优选氧化(PROX)催化剂。变换催化剂通过低温和/或高温的水气变换反应来去除包含在重整物中的一氧化碳。PROX催化剂通过优先的CO氧化反应来去除包含在重整物中的一氧化碳。

第三圆柱形主体710的内部空间762通过连接通道764被连接到第二圆柱形主体710的内部空间712，使得它们能够彼此连通流体。第四开口部分766被提供在第三圆柱形主体710的一侧。从其中去除一氧化碳的重整物通过第四开口部分766被从内部空间762排放到外部。

由本实施例的蒸发器300供应的蒸汽以及通过蒸发器300或另一管道供应的气相第二燃料通过第三开口部分714被供应到重整反应器700的内部空间712，其中第二燃料在经过催化剂720的同时被来自热源650的热重整。然后，重整反应产生的重整物通过连接通道764流入一氧化碳去除器750的内部空间762中，通过催化剂770从重整物去除部分一氧化碳。去除部分一氧化碳的重整物通过第四开口部分766被排放到外部。

在本实施例中，为了便于阐释，描述了具有圆柱形结构的主体的燃料重整器。然而，这仅为示例，本发明不限于此。例如，根据本发明实施例的燃料重整器可被实施为也能够用于蒸发器100和300的具有不同种类和形式的主体。

如上所述，在本发明实施例的燃料重整器中使用的蒸发器中，流入第三和第一盘的第三和第一腔的排放气体以及流入第二和第四盘的第二和第四腔的第二流体(例如水)被均匀分布，以增大排放气体与流体之间的热交换表面积，使其可以提高热传导效率。此外，产生的重整物的脉动(或流速差)通过第二流体的更有效的蒸发而被保持在约±0.2L/min以下。该值与现有燃料重整器的约±0.65L/min相比相对较小，意味着在燃料重整器中能够产生重整物的更为均匀的流速。

采用本发明的实施例，可提高输出，同时减小蒸发器的体积。特别是，用于执行彼此热交换的多个盘相交叠，鳍片结构被安装在相应的盘中，因而接触相应的盘内的流体的面积(表面积)可增大而无需增大背压，从而可以提高热交换效率，以增加流体的蒸发量，和/或以均匀方式蒸发流体。此外，蒸发器具有简单的结构，因此其能够易于制造，并能批量生产。而且，在具有蒸发器的燃料重整器中的重整反应的脉动被保持得较低，从而使其可以提高重整器的性能稳定性和可靠性。此外，具有蒸发器的燃料重整器可被制造得较小(或被最小化)，燃料重整器的加热时间可被缩短。

换言之，传统蒸发器具有多级(例如，八级)的大体积，以将液相流体蒸发为气相流体。然而，大蒸发器增大了重整器的总体尺寸和加热蒸发器所需的时间。

相反，依上所述，本发明实施例提供一种具有内部鳍片结构的蒸发器，以增大蒸发器与流经内部鳍片结构的流体流动的热交换表面积。在一个实施例中，蒸发器为四级蒸发器，具有第一、第二、第三和第四级，其中每级均容纳鳍片结构。第四和第二级通过穿透第三级的第二管道而彼此相连，第三和第一级通过穿透第二级的第一管道而彼此相连。第四和第二级的鳍片结构被配置为通过从第一和第三级的鳍片传递的热能将燃料和水从液相蒸发为气相。这里，第一和第三级的热能源于加热器的排放气体、经过第一和第三级的鳍片结构的排放气体。这样，第一、第二、第三和第四级的鳍片结构增大排放气体与燃料和水之间的热交换表面积，以提高热传导效率，同时不会增大蒸发器的总尺寸。

尽管结合某些示例性实施例描述了本发明，但应理解的是本发明并不限于所公开的实施例，相反，本发明旨在覆盖包含在所附权利要求及其等同物的范围内的各种修改和等同设置。

Claims (35)

1、一种燃料重整器的蒸发器，包括：

第一级，其具有第一腔、第一级第一开口和第一级第二开口，所述第一级第一开口和所述第一级第二开口用于允许第一流体进入和离开所述第一腔；

与所述第一级一起堆叠为级堆的第二级，所述第二级具有第二腔、第二级第一开口和第二级第二开口，所述第二级第一开口和所述第二级第二开口用于允许第二流体进入和离开所述第二腔；

第一鳍片结构，其位于所述第一腔中，并用于增大与所述第一腔内的所述第一流体的流动的热交换表面积；和

第二鳍片结构，其位于所述第二腔中，并用于增大与所述第二腔内的所述第二流体的流动的热交换表面积。

2、如权利要求1所述的燃料重整器的蒸发器，其中所述第一鳍片结构接触所述第一腔的内表面。

3、如权利要求2所述的燃料重整器的蒸发器，其中所述第二鳍片结构接触所述第二腔的内表面。

4、如权利要求1所述的燃料重整器的蒸发器，其中：

所述第一鳍片结构被配置为在所述第一流体的流动过程中在所述第一腔内形成湍流，和

所述第二鳍片结构被配置为在所述第二流体的流动过程中在所述第二腔内形成湍流。

5、如权利要求1所述的燃料重整器的蒸发器，进一步包括：

第三级，其具有第三腔、第三级第一开口和第三级第二开口，所述第三级第一开口和所述第三级第二开口用于允许所述第一流体进入和离开所述第三腔；

第一管道，其穿透所述第二级并将所述第一腔连接到所述第三腔；和

第三鳍片结构，其位于所述第三腔中并用于增大与所述第三腔内的所述第一流体的流动的热交换表面积。

6、如权利要求5所述的燃料重整器的蒸发器，其中：

所述第一鳍片结构接触所述第一腔的内表面，

所述第二鳍片结构接触所述第二腔的内表面，和

所述第三鳍片结构接触所述第三腔的内表面。

7、如权利要求5所述的燃料重整器的蒸发器，其中所述第一管道具有位于所述第一级第一开口处的第一端，和位于所述第三级第二开口处的第二端。

8、如权利要求5所述的燃料重整器的蒸发器，进一步包括第四级，其具有第四腔、第四级第一开口和第四级第二开口，所述第四级第一开口和所述第四级第二开口用于允许所述第二流体进入和离开所述第四腔；

第二管道，其穿透所述第三级并用于将所述第二腔连接到所述第四腔；和

第四鳍片结构，其位于所述第四腔中并用于增大与所述第四腔内的所述第二流体的流动的热交换表面积。

9、如权利要求8所述的燃料重整器的蒸发器，其中：

所述第一鳍片结构接触所述第一腔的内表面，

所述第二鳍片结构接触所述第二腔的内表面，

所述第三鳍片结构接触所述第三腔的内表面，和

所述第四鳍片结构接触所述第四腔的内表面。

10、如权利要求8所述的燃料重整器的蒸发器，其中：

所述第一管道具有位于所述第一级第一开口处的第一端，和位于所述第三级第二开口处的第二端，和

所述第二管道具有位于所述第二级第二开口处的第一端，和位于所述第四级第一开口处的第二端。

11、如权利要求10所述的燃料重整器的蒸发器，其中：

所述第一流体包括来自热源的排放气体，和

所述第二流体包括燃料和水中的至少之一。

12、如权利要求8所述的燃料重整器的蒸发器，其中所述第一鳍片结构、所述第二鳍片结构、所述第三鳍片结构和所述第四鳍片结构中的每一个均包括：

多个第一鳍片，其呈具有第一波长周期的第一波纹图案并沿第一方向延伸；和

多个第二鳍片，其呈等同于所述第一波纹图案的第二波纹图案，并以偏离所述第一波长周期半个波长周期的第二波长周期交替并交叉地延伸在相邻的第一鳍片之间。

13、如权利要求8所述的燃料重整器的蒸发器，其中所述第一鳍片结构、所述第二鳍片结构、所述第三鳍片结构和所述第四鳍片结构中的每一个均为金属制的。

14、如权利要求8所述的燃料重整器的蒸发器，其中所述第四鳍片结构和所述第二鳍片结构被配置为，通过从所述第三鳍片结构和所述第一鳍片结构传递到所述第四鳍片结构和所述第二鳍片结构的热能，将所述第二流体从液相改变为气相。

15、一种燃料重整器的蒸发器，包括：

第一级，其具有用于允许第一流体进入所述第一级的第一入口和用于允许所述第一流体离开所述第一级的第一出口；

位于所述第一级中的第一鳍片结构；

第二级，其具有用于允许第二流体进入所述第二级的第二入口和用于允许所述第二流体离开所述第二级的第二出口；

位于所述第二级中的第二鳍片结构；

第三级，其具有用于允许所述第一流体进入所述第三级的第三入口和用于允许所述第一流体离开所述第三级的第三出口，所述第二级位于所述第一级与所述第三级之间；

位于所述第三级中的第三鳍片结构；

第一管道，其穿透所述第二级并用于将所述第一级连接到所述第三级；

第四级，其具有用于允许所述第二流体进入所述第四级的第四入口和用于允许所述第二流体离开所述第四级的第四出口；

位于所述第四级中的第四鳍片结构；以及

第二管道，其穿透所述第三级并用于将所述第二级连接到所述第四级。

16、如权利要求15所述的燃料重整器的蒸发器，其中：

所述第一鳍片结构接触所述第一级的内表面，

所述第二鳍片结构接触所述第二级的内表面，

所述第三鳍片结构接触所述第三级的内表面，和

所述第四鳍片结构接触所述第四级的内表面。

17、如权利要求15所述的燃料重整器的蒸发器，其中所述第一级、所述第二级、所述第三级和所述第四级被一起堆叠为级堆。

18、如权利要求15所述的燃料重整器的蒸发器，其中所述燃料重整器的蒸发器包括四级蒸发器。

19、如权利要求15所述的燃料重整器的蒸发器，其中：

所述第二鳍片结构具有被所述第一管道穿透的第一通孔；

所述第三鳍片结构具有被所述第二管道穿透的第二通孔；和

所述第四鳍片结构具有被用于将来自热源的所述第一流体供应到所述第三级的第三管道穿透的第三通孔。

20、如权利要求15所述的燃料重整器的蒸发器，进一步包括：

用于将来自热源的所述第一流体供应到所述第三级的第三管道，和

用于将气相的所述第二流体供应到重整反应器的第四管道。

21、如权利要求20所述的燃料重整器的蒸发器，其中：

所述第一管道具有位于所述第一入口处的第一端和位于所述第三出口处的第二端，

所述第二管道具有位于所述第二出口处的第一端和位于所述第四入口处的第二端，

所述第三管道具有位于所述第三入口处的第一端和位于所述热源处的第二端，和

所述第四管道具有位于所述第四出口处的第一端和位于所述重整反应器处的第二端。

22、如权利要求21所述的燃料重整器的蒸发器，其中所述第一管道包括多个第一管道。

23、如权利要求22所述的燃料重整器的蒸发器，其中所述第四管道包括多个第四管道。

24、如权利要求23所述的燃料重整器的蒸发器，其中：

所述第二鳍片结构具有被所述多个第一管道分别穿透的多个通孔，

所述第三鳍片结构具有被所述第二管道穿透的第二通孔，和

所述第四鳍片结构具有被用于将来自热源的所述第一流体供应到所述第三级的所述第三管道穿透的第三通孔。

25、如权利要求15所述的燃料重整器的蒸发器，其中：

所述第一流体包括来自热源的排放气体，并且

所述第二流体包括燃料或水中的至少之一。

26、如权利要求15所述的燃料重整器的蒸发器，其中所述第一鳍片结构、所述第二鳍片结构、所述第三鳍片结构和所述第四鳍片结构中的每一个均包括：

多个第一鳍片，其呈具有第一波长周期并沿第一方向延伸的第一波纹图案；和

多个第二鳍片，其呈等同于第一波纹图案的第二波纹图案，并以偏离第一波长周期半个波长周期的第二波长周期交替并交叉地延伸在相邻的第一鳍片之间。

27、如权利要求15所述的燃料重整器的蒸发器，其中所述第一鳍片结构、所述第二鳍片结构、所述第三鳍片结构和所述第四鳍片结构中的每一个均为金属制的。

28、如权利要求15所述的燃料重整器的蒸发器，其中所述第四鳍片结构和所述第二鳍片结构被配置为，通过从所述第三鳍片结构和所述第一鳍片结构传递到所述第四鳍片结构和所述第二鳍片结构的热能，将所述第二流体从液相改变为气相。

29、一种燃料重整器包括：

重整反应器；

蒸发器，其用于将第二流体提供给所述重整反应器；和

热源，其用于将第一流体提供给所述蒸发器；

所述蒸发器包括：

第一级，其具有用于允许所述第一流体进入所述第一级的第一入口和用于允许所述第一流体离开所述第一级的第一出口；

位于所述第一级中的第一鳍片结构；

第二级，其与所述第一级一起堆叠为级堆，并具有用于允许所述第二流体进入所述第二级的第二入口和用于允许所述第二流体离开所述第二级的第二出口；和

位于所述第二级中的第二鳍片结构。

30、如权利要求29所述的燃料重整器，其中：

所述热源被所述重整反应器围绕，并被配置为将热供应到所述重整反应器，

所述第一流体包括来自热源的排放气体，和

所述第二流体包括燃料和水中的至少之一。

31、如权利要求29所述的燃料重整器，进一步包括：

第一管道，其具有位于所述蒸发器处的第一端和位于所述热源处的第二端；和

第二管道，其具有位于所述蒸发器处的第一端和位于所述重整反应器处的第二端。

32、如权利要求29所述的燃料重整器，进一步包括一氧化碳去除器，以从所述重整反应器接纳重整燃料。

33、如权利要求29所述的燃料重整器，其中所述蒸发器进一步包括：

第三级，其具有用于允许所述第一流体进入所述第三级的第三入口和用于允许所述第一流体离开所述第三级的第三出口，所述第二级位于所述第一级与所述第三级之间；

位于所述第三级中的第三鳍片结构；

第一管道，其穿透所述第二级并用于将所述第一级连接到所述第三级；

第四级，其具有用于允许所述第二流体进入所述第四级的第四入口和用于允许所述第二流体离开所述第四级的第四出口；

位于所述第四级中的第四鳍片结构；和

第二管道，其穿透所述第三级以将所述第二级连接到所述第四级。

34、如权利要求33所述的燃料重整器，进一步包括：

第三管道，其用于将来自所述热源的所述第一流体供应到所述第三级；以及

第四管道，其用于将气相的所述第二流体供应到所述重整反应器。

35、如权利要求29所述的燃料重整器，其中：

所述第一鳍片结构接触所述第一级的内表面；和

所述第二鳍片结构接触所述第二级的内表面。

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