CN1716675A - 重整器和具有该重整器的燃料电池系统 - Google Patents

重整器和具有该重整器的燃料电池系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池系统，该系统包括：通过使用热能的催化化学反应从燃料产生氢气流的重整器；以及通过氢气流和氧之间的反应来产生电能的堆体。所述重整器包括：第一反应部分，其用于在启动燃料电池系统期间通过燃料的氧化反应而产生热能；第二反应部分，其与所述第一反应部分连通并且通过使用所述热能的重整反应而从所述燃料产生氢气流；以及，第三反应部分，该第三反应部分与所述第一和第二反应部分连通，并且通过包含在所述氢气流中的一氧化碳的氧化反应产生热能，由此减小氢气流中一氧化碳的浓度。

Description

重整器和具有该重整器的燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统，更具体而言，涉及一种具有改进的重整器(reformer)的燃料电池系统。
背景技术
众所周知，燃料电池是通过诸如甲醇、乙醇和天然气的碳氢化合物材料中所包含的氧和氢之间的电化学反应而产生电能的系统。
最近开发的聚合物电解质膜燃料电池(下文中称为PEMFC)具有极好的输出特性、较低的运行温度以及快速的启动和响应特性。因此，PEMFC具有较宽的应用范围，包括用作交通工具的移动电源、用作住宅或建筑物的分布式电源以及用作电子设备的小型电源。
采用PEMFC配置的燃料电池系统基本上需要堆体(stack)、重整器、燃料罐和燃料泵。堆体构成了具有多个单元电池的发电体组。燃料泵将燃料从燃料罐供应到重整器。然后，重整器重整燃料以产生供应到堆体的氢气。
由于重整器通过需要热能的催化化学反应从燃料产生氢气，所以重整器应该包括用于产生热能的热源部分和用于吸收热能并且从燃料产生氢气的重整反应部分。
在常规燃料电池系统的重整器中，由于热源部分和重整反应部分形成在分离的管道中并且热量通过管路(pipe)而分散，所以在各个部件之间的热交换并不直接进行，因此在传热方面不利。由于各个部件是分散的，也难于制造紧凑的燃料电池系统。
在常规的燃料电池系统中，由于可使用附加的预加热装置对供应到重整器中的燃料进行预加热，所以在预加热燃料时消耗大量能量，由此劣化了整个燃料电池系统的性能和热效率。
此外，常规的燃料电池系统通常具有多个一氧化碳减少部分，其通过从重整反应部分产生的氢气的水气转换(WGS)反应或者通过包含在氢气中的一氧化碳的优先CO氧化(PROX)反应来降低一氧化碳的浓度。
在常规的重整器中，由于分开设置重整反应部分和一氧化碳减少部分，并且从重整反应部分产生的氢气被供应到一氧化碳减少部分，所以难于制造紧凑的系统。在常规的重整器中，一氧化碳减少部分的优先CO氧化是吸热反应。因此，当通过吸热反应产生的热和从热源部分产生的热高于200℃时，氢由于热量而燃烧，由此劣化了重整器的效率。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于燃料电池系统的重整器，该重整器能够以简单的结构提高反应效率和热效率。
根据本发明的一个实施例，提供了一种重整器，其能够防止氢由于用于降低包含在氢气中的一氧化碳浓度的氧化反应所产生的过热而燃烧。
根据本发明的一实施例，提供了一种用于燃料电池系统的重整器，该重整器包括：第一反应部分，其用于在启动燃料电池系统时通过燃料的氧化反应而产生热能；第二反应部分，其与所述第一反应部分连通并且通过使用所述热能的重整反应而从所述燃料产生氢气；以及，第三反应部分，该第三反应部分与所述第一和第二反应部分连通，并且通过包含在所述氢气中的一氧化碳的氧化反应产生热能，并减小一氧化碳的浓度。
所述第一反应部分可以在所述燃料电池系统的正常运行时通过包含在所述氢气中的一氧化碳的氧化反应而产生热能，从而降低一氧化碳的浓度。
所述重整器可以构造为组件，该组件具有第一管道，截面积小于所述第一管道的截面积并且设置在所述第一管道的内部中心的第二管道，以及围绕所述第一管道的管状的外壳。
所述重整器组件可以具有这样的结构，即所述第一管道和所述第二管道之间的空间与所述第二管道的内部空间通过导管彼此连通，并且所述第一管道和所述壳体之间的空间与所述第二管道的内部空间彼此直接连通。
所述第一反应部分通常包括氧化催化剂，所述第二反应部分通常包括重整催化剂，所述第三反应部分通常包括氧化催化剂。
所述第二反应部分可以进一步包括水气转换催化剂，其通过氢气的催化水气转换反应而降低包含在氢气中的一氧化碳的浓度。
所述重整器可以进一步包括传热单元，其与所述第二反应部分接触并且预加热供应到所述第二反应部分的燃料。
所述传热单元可以包括通道构件，其以卷形环绕所述第一管道的外部圆周表面，并且与所述第一管道和所述第二管道之间的空间连通。
根据本发明的另一实施例，提供了一种燃料电池系统，其包括：重整器，该重整器通过使用热能的化学催化反应从燃料产生氢气；以及，堆体，该堆体通过氢气和氧之间的反应产生电能，其中所述重整器是以上描述的重整器。
所述燃料电池系统可以进一步包括将燃料供应到所述重整器的燃料供应单元，并且该燃料供应单元可以包括储存燃料的第一罐，储存水的第二罐，和连接到所述第一罐和所述第二罐的燃料泵。在这种情况下，所述第一罐和所述第二管道可以通过导管相连。可以在所述导管中设置启动燃料阀。
所述燃料电池系统可以进一步包括将氧供应到所述重整器和所述堆体的氧供应单元，并且所述氧供应单元可以包括用于向所述重整器和所述堆体提供空气的空气泵。
附图说明
通过参照附图对其示例性实施例的详细描述，本发明的以上和其他特征及优点将变得更加明了，附图中：
图1是示意性说明根据本发明一实施例的燃料电池系统的整体构造的框图；
图2是说明根据本发明一实施例的重整器的分解透视图；
图3是图2所示的重整器的部分分解透视图；
图4是图2所示的重整器的耦合剖面图；以及
图5是说明图1所示堆体的结构的分解透视图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例，从而使本领域技术人员能够很容易地将本发明付诸实践。然而，本发明并不限于所述示例性实施例，而可以以不同形式实施。
图1是示意性说明根据本发明一实施例的燃料电池系统的整体构造的框图。
参照图1，该燃料电池系统100具有聚合物电极膜燃料电池(PEMFC)配置，其重整燃料以产生氢并使氢和氧彼此电化学反应以产生电能。
用于在燃料电池系统100中产生电力的燃料可以包括含氢的液体或气体燃料，如甲醇、乙醇或天然气。然而，为了方便，在以下说明中示例了液体燃料。液体燃料和水的混合物定义为燃料混合物。
燃料电池系统100可以利用储存在附加储存装置中的纯氧来作为氧源用于与氢反应，或者可利用包含氧的空气。在以下描述中以后者为例。
燃料电池系统100包括通过氢和氧之间的反应产生电能的堆体10，用于从燃料产生氢气并将所产生的氢气供应到堆体10的重整器20，用于将燃料供应到重整器20的燃料供应单元50，以及用于将氧供应到堆体10和重整器20的氧供应单元70。
堆体10连接到重整器20和氧供应单元70并且用作燃料电池，该燃料电池被供应有来自重整器20的氢气以及来自氧供应单元70的空气，并且通过氢和氧之间的反应产生电能。以下将参照图5更详细地描述堆体10的结构。
在本实施例中，重整器20通过使用热能的催化化学反应而从燃料产生氢气，并且还减小氢气中的一氧化碳的浓度。以下将参照图2至4更详细地描述重整器20的结构。
燃料供应单元50包括用于储存燃料的第一罐51，用于储存水的第二罐53，以及连接到第一和第二罐51和53并将燃料和水供应到重整器的燃料泵55。
氧供应单元70包括用于向堆体10和重整器20供应空气的至少一个空气泵71，其具有预定的泵浦功率。然而，氧供应单元70不限于空气泵71，而可以包括常规的风扇。
图2是说明根据本发明一实施例的重整器的分解透视图，图3是图2所示的重整器的部分分解透视图，图4是图2所示的重整器的耦合剖面图。
参照图1至图4，重整器20包括在系统的启动期间通过燃料和空气的氧化反应产生热能的第一反应部分23，通过使用热能的重整反应从燃料混合物产生氢气的第二反应部分27，以及通过氢气中的一氧化碳与空气中的氧之间的氧化反应减小一氧化碳浓度的第三反应部分33。
在根据本实施例的重整器中，第一反应部分23和第二反应部分27彼此连通并且第一和第二反应部分23和27与第三反应部分33彼此连通。
重整器20形成为多管道设计的重整器组件30。重整器组件30包括第一管道21、设置在第一管道21中的第二管道22和围绕第一管道21的壳体34。
尽管第一和第二管道以及壳体可以具有多种不同的形状，但为了说明的方便起见，在本发明的该实施例中，第一管道21、第二管道22和壳体34被表示为管状。第一管道21具有预定的截面积并且其两端均基本关闭。第二管道22的截面积小于第一管道21的截面积，并且两端基本关闭。第二管道22设置在第一管道21的内部中心使得第二管道22的外部圆周表面与第一管道21的内部圆周表面彼此分隔预定距离。壳体34也形成为管状，其截面积大于第一管道21的截面积。壳体34的一端敞开而另一端关闭。第一管道21设置在壳体34的内部中心使得第一管道21的外部圆周表面与壳体34的内部圆周表面彼此分隔预定距离。
在具有上述结构的重整器20中，第一管道21与第二管道22之间的空间和第二管道22的内部空间通过以下描述的导管彼此连通。第一管道21与壳体34之间的空间和第二管道22的内部空间彼此直接连通。
根据本实施例的重整器20的第一反应部分23具有形成在第二管道22的内部空间中的氧化催化剂24，形成在第二管道22的一端的注入孔25a，以及形成在第二管道22的另一端的排放孔26a。
注入孔25a构成了在重整器20启动时将燃料和空气注入到第二管道22中的入口。排放孔26a构成了用于排放通过第一反应部分中23中的燃料和空气的氧化反应产生的燃烧气体的出口，并且与第一通道21和壳体34之间的空间直接连通。
具体而言，通过将具有注入孔25a的第一盖25耦合到第二通道22的一端并且将具有排放孔26a的第二盖26耦合到另一端来构造第一反应部分23。可以使用螺钉装配或者各种其他公知的耦合方法将第一和第二盖25、26耦合到第二管道22。第一反应部分入口导管91经由第一盖25的注入孔25a将空气和燃料供给到第一反应部分，并且经由第一导管81与第一罐51a连通，经由第四导管84与空气泵71连通。设置在第一导管81中的启动燃料阀99用于选择性地阻挡供应到第二管道的第一反应部分的燃料。为了到达第一反应部分，第一反应部分入口导管91经由第二连通孔36b穿过壳体34并经由穿透孔21a穿过第一管道21从而连接到注入孔25a。
在第二管道22的内部空间内的氧化催化剂24促成了燃料和空气的氧化以产生热量。氧化催化剂24可以设置为例如催化材料，比如铂(Pt)、钌(Ru)、或者这两者的组合，所述催化材料设置在由氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)或氧化钛(TiO2)制成的粒状载体上。
根据本实施例的第一反应部分23可以通过从第二反应部分27产生的氢气中的一氧化碳与空气的使用氧化催化剂24催化作用的氧化反应来产生热能，由此减小一氧化碳的浓度。
根据本实施例的第二反应部分27包括形成在第一管道21和第二管道22之间的空间中的重整催化剂28。在第一管道21的一端形成注入孔31a，并且在另一端形成排放孔32a。
注入孔31a构成了用于将燃料混合物注入到形成在第一管道21和第二管道22之间的空间中的第二反应部分27中的入口，排放孔32a构成了用于排放通过燃料混合物的重整反应产生的氢气的出口。
具体而言，可以通过将具有一个或多个注入孔31a的第三盖31耦合到第一管道21的一端并且将具有排放孔32a的第四盖32耦合到另一端来构造第二反应部分27。对于本实施例，第三盖31形成为具有耦合开口31b的环形，第二管道22的排放端穿过所述耦合开口31b，并且注入孔31a设置在耦合开口31b的周围。可以使用螺钉装配或者各种其他公知的耦合方法将第三和第四盖31、32耦合到第一管道21。注入孔31a经由第二导管82与第一和第二罐51和53连通，第二导管82将在以下进一步详细讨论。排放孔32a经由第三导管83连接到第一反应部分入口导管91。
使用从第一反应部分23产生的热能，重整催化剂28通过燃料混合物的蒸汽重整反应产生氢。重整催化剂28填充在第一管道21和第二管道22之间的空间中，并且可以设置为设置在由氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)或氧化钛(TiO2)制成的粒状载体上的诸如铜(Cu)、镍(Ni)、铂(Pt)或者其组合。
第二反应部分27可以进一步包括在第一管道21和第二管道22之间的空间中与重整催化剂28接连形成的水气转换催化剂29。通过由重整催化剂28产生的氢气的水气转换反应(WGS)，水气转换催化剂29用于减小包含在氢气中的一氧化碳的浓度。对于本实施例，水气转换催化剂29形成在第一管道21和第二管道22之间的空间中第四盖32的附近。示例性的水气转换催化剂29可以包括设置在由氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)或氧化钛(TiO2)制成的粒状载体上的铜(Cu)、锌(Zn)、铁(Fe)、铬(Cr)或者其组合。
根据本实施例的重整器20还包括传热单元37，用于使从第一反应部分23产生的热能的效率最大化。传热单元37包括一个或多个通道构件38，其能够提供从第一反应部分23产生的热能从而预加热供应到第二反应部分27的燃料混合物。
燃料混合物经由第二导管82传送到重整器20，第二导管82裂开以形成盘绕在第一管道21的外部圆周表面周围的通道构件38。在通道构件中预加热燃料混合物之后，燃料混合物经由形成在第三盖31中的注入孔31a穿透第一管道21并进入第二反应部分27。
根据本实施例的第三反应部分33占据了第一管道21和壳体34之间的空间并且通过第五盖36密封而与外部大气隔离。在第三反应部分33中，使用从空气泵71供应的空气中含有的氧来氧化一氧化碳。第三反应部分经由排放孔26a而与第一反应部分23直接连通。氧化催化剂35具有与第一反应部分23中的氧化催化剂24相同的总体结构和成分。
可以使用螺钉耦合或其他公知的耦合方法将第五盖36耦合到壳体34的一端。第一管道21的排放孔32a通过第一连通孔36a穿透第五盖36从而与第三导管83相连。类似地，在启动期间将空气和燃料供应到第一反应部分的第一反应部分入口导管91经由第二连通孔36b穿透第五盖。燃料混合物经由通道构件38供给到第二反应部分27，通道构件38经由第三连通孔36c穿透第五盖36。来自第三反应部分33的氢气流经由第五盖中的多个第四连通孔36d而排出第三反应部分33。
图5是说明图1所示的堆体结构的分解透视图。
参照图1和图5，燃料电池系统100的堆体10使得从重整器20供应的氢气和从空气泵71供应的空气中的氧彼此进行电化学反应从而产生预定容量的电能。
堆体10包括用于产生电能的单元发电体11。其中分离器(本领域中也称为“双极板”)16设置在膜电极组件(下文中，称为MEA)12的两个表面上。因此，在本实施例中，通过连续设置多个单元发电体11，堆体10可以形成为一组发电体11。
设置在分离器16之间的MEA 12具有形成在一个表面上的阳极电极，形成在另一表面上的阴极电极，以及形成在电极之间的电解质膜。阳极电极将氢分解为氢离子和电子。电解质膜将氢离子移动到阴极电极。阴极电极通过从阳极电极供应的电子和氢离子与空气中的氧的反应来产生水。
分离器16紧密地设置在MEA 12的两个表面上，并且将重整器20产生的氢气供应到MEA 12的阳极电极，将来自空气泵71的空气供应到阴极电极。此外，分离器用作将MEA 12的阳极电极和阴极电极彼此串联连接的导体。
堆体10的最外侧可以设置有附加的加压板13，用于使多个发电体11彼此紧密接触。根据本发明的堆体10也可以构造成使得位于发电体11的最外侧的分离器16用作加压板。
此外，加压板13包括用于将氢气供应到发电体11的第一注入孔13a，用于将空气供应到发电体11的第二注入孔13b，用于排放来自发电体11的未反应的氢气的第一排放孔13c，以及用于从发电体11排放未反应的空气以及通过氢和氧之间的电化学反应产生的水的第二排放孔13d。此处，第一注入孔13a和重整器20的壳体34的第四连通孔36d通过第五导管85相连。第二注入孔13b和空气泵71通过第六导管86相连。
现将详细描述根据本发明一实施例的重整器的装配和整个燃料电池系统的运行。
在装配根据本实施例的重整器20时，首先，将第一盖25耦合到第二管道22的一端并将第二管道22设置在第一管道21的内部空间中。根据本实施例，第二管道22设置在第一管道21的内部中心。
第一反应部分入口导管穿过第五盖36的第二连通孔36b和第一管道21的穿透开口21a，并且连接到第一盖25的注入孔25a。
接下来，第四盖32耦合到第一管道21的一端并且水气转换催化剂29和重整催化剂28被顺序填充到第一管道21和第二管道22之间的空间中。第三盖31耦合到第一管道21的另一端而第二管道22的排放端穿过第三盖31的耦合开口31b。
然后将氧化催化剂24填充在第二管道22的内部空间中，并将第二盖26耦合到第二管道22的另一端。
接着，将每个通道构件38的一端连接到第三盖31的相应的注入孔31a，并且通道构件38呈螺旋形缠绕在第一管道21的外部圆周表面周围。
然后将第一管道21插入到壳体34的内部空间中，并将氧化催化剂35填充到第一管道21和壳体34之间的空间中。
通道构件38的其他端穿过第五盖36的第三连通孔36c，第一管道21的排放孔32a穿过第五盖36的第一连通孔36a，而第五盖36耦合到壳体34的敞开端部，由此密封壳体34的内部空间。
在完成重整器20的装配之后，通过第二导管82将通道构件38的其他端连接到第一和第二罐51和53。然后将连接到堆体10的第一注入孔13a的第五导管85连接到第五盖36的第四连通孔36d。
现将描述应用本发明的重整器20的燃料电池系统100的运行。首先，燃料泵55通过第一导管81将储存在第一罐51中的燃料提供给第一反应部分23。在启动期间，通过操作启动燃料阀99来维持通过第一导管81的流动。
同时，空气泵71通过第四导管84将空气供应到第一反应部分23。来自第一导管81的燃料和来自第四导管的空气经由第一反应部分入口导管91汇合，然后被注入到第一反应部分23中。
在第一反应部分23中，燃料和空气在氧化催化剂24中被氧化，由此产生热量，该热量通过第二管道的壁传递并进入到第二反应部分中。燃料、空气和燃烧气体流继续通过第一反应部分23的排放孔26a并进入到第三反应部分33中，在第三反应部分33中会发生燃料气体的进一步氧化。第三反应部分33中发生的任何进一步的氧化以及纯粹经由第三反应部分33的热燃烧气体的通过进一步有助于加热第二反应部分27和通道构件38。
然后燃料泵55开始将储存在第一罐51中的燃料和储存在第二罐53中的水经由第二导管82和通道构件38供应到第二反应部分27，在通道构件38中燃料混合物在进入第二反应部分之前被预加热。
在进入第二反应部分27时，被预加热的燃料混合物吸收从第一反应部分23供应的热能同时穿过设置在第二反应部分27中的重整催化剂28。在此处，燃料混合物被转化为氢气流，该氢气流还包含作为副产品的一氧化碳。
接着，氢气流穿过水气转换催化剂29，在该处产生额外的氢并且通过水气转换反应消耗一部分一氧化碳，由此首次减小包含在氢气流中的一氧化碳的浓度。
尽管水气转换反应有助于减少氢气流中一氧化碳的量，但氢气流仍然包含少量的一氧化碳。在第二反应部分27中，在燃料混合物的蒸汽重整反应中部分地消耗第一反应部分23产生的热能，由此保持低于约100℃的温度。
接下来，氢气流通过第四盖32的排放孔32a从第二反应部分排放。然后，氢气流通过第三导管83供应到第一反应部分入口导管91。一旦获得了合适的温度，通过关闭启动燃料阀99来停止通过第一导管81的燃料的流动。然后，通过第四导管84从空气泵71供应的空气和氢气流结合并通过第一反应部分入口导管91进入第一反应部分。
在第一反应部分23中，剩余的一氧化碳的一部分穿过氧化催化剂24的同时被氧化。从第一反应部分23，结合的氢气流和空气经由第一反应部分的排放孔继续进入第三反应部分33。在第三反应部分33中，在氧化催化剂35上发生一氧化碳的进一步氧化。在第一反应部分23和第三反应部分33中，通过包含在氢气中的一氧化碳的优先CO氧化(PROX)再次降低了一氧化碳的浓度。
在氧化一氧化碳时，通过第一反应部分23和第三反应部分33产生热量，该热量通过第二反应部分23的重整反应并且还通过预加热经由通道构件38供给到第二反应部分23的燃料混合物而被部分地消耗。通过这种方法，第一反应部分23和第三反应部分33能够保持约100℃至200℃的温度范围，同时还减小了包含在氢气流中的一氧化碳的浓度。
接着，其中一氧化碳的浓度已减小了的氢气流通过第五导管85被供应到堆体10的第一注入孔13a。同时，空气泵71通过第六导管86将空气供应到堆体10的第二注入孔13b。
然后堆体10通过电力产生器11中氢和氧之间的电化学反应输出预定容量的电能。
根据以上描述的本发明，由于提供了具有简单结构的重整器，该结构能迅速传递燃料的各种反应所需的热能，所以能够提高热效率以及燃料电池系统的运行能力，并且还能够以紧凑的尺寸实现整个燃料电池系统。
根据本发明，由于提供了能够预加热供应到重整器的燃料的结构，所以能够提高热效率以及整个燃料电池系统的运行能力。
此外，根据本发明，通过在用于降低包含于氢气流中的一氧化碳浓度的氧化反应期间防止过热，避免了氢的燃烧，进一步提高了重整器的效率。
尽管已描述了本发明的示例性实施例，但本发明不限于所述实施例，在不偏离权利要求、详细的说明书以及本发明附图的范围的前提下，可以以多种形式修改本发明。因此，很自然这样的修改属于本发明的范围。

Claims (35)

1.一种燃料电池系统的重整器，该重整器包括：
第一反应部分，其适于在所述燃料电池系统的启动期间促进第一燃料流的氧化反应，由此产生热能；
第二反应部分，其与所述第一反应部分连通，并且适于使用所述热能来促进重整反应，由此从第二燃料流产生氢气流；以及
第三反应部分，其与所述第一反应部分和第二反应部分连通，并且适于促进包含在所述氢气流中的一氧化碳的氧化反应，由此减小所述氢气流中一氧化碳的浓度。
2.根据权利要求1所述的重整器，其中所述第一反应部分还适于在所述燃料电池系统的正常运行期间通过包含在所述氢气流中的一氧化碳的氧化反应产生热能，由此减小所述氢气流中一氧化碳的浓度。
3.根据权利要求2所述的重整器，其中所述重整器包括第一管道，第二管道和壳体，其中所述第二管道设置在所述第一管道的内部，所述第一管道设置在所述壳体的内部，并且所述第二管道形成了所述第一反应部分，所述第一管道和第二管道之间的空间形成了所述第二反应部分，所述第一管道和所述壳体之间的空间形成了所述第三反应部分。
4.根据权利要求3所述的重整器，其中所述第二反应部分经由导管与所述第一反应部分连通，所述第一反应部分与所述第三反应部分直接连通。
5.根据权利要求3所述的重整器，其中所述第一反应部分包括第一氧化催化剂，所述第二反应部分包括重整催化剂，所述第三反应部分包括第二氧化催化剂。
6.根据权利要求5所述的重整器，其中所述第二反应部分还包括水气转换催化剂。
7.根据权利要求3所述的重整器，还包括传热单元，其适于预加热供应到所述第二反应部分的所述第二燃料流。
8.根据权利要求7所述的重整器，其中所述传热单元包括盘管，其缠绕在所述第一管道的外部圆周表面周围，所述第二燃料流在进入所述第二反应部分之前通过该盘管。
9.一种燃料电池系统的重整器，该重整器包括：
第一管道；
设置在所述第一管道内部的第二管道；
围绕所述第一管道的壳体；
位于所述第二管道中、由此形成第一反应部分的第一氧化催化剂；
位于所述第一管道和第二管道之间、由此形成第二反应部分的重整催化剂；以及
位于所述第一管道和所述壳体之间、由此形成与所述第一反应部分连通的第三反应部分的第二氧化催化剂；以及
连接所述第一和第二反应部分的导管。
10.根据权利要求9所述的重整器，还包括第一盖和第二盖，所述第一盖限定了耦合到所述第二管道的第一端的第一反应部分注入孔，所述第二盖限定了耦合到所述第二管道的第二端的第一反应部分排放孔。
11.根据权利要求10所述的重整器，还包括第三盖和第四盖，所述第三盖限定了耦合到所述第一管道的第一端的至少一个第二反应部分注入孔，所述第四盖限定了耦合到所述第一管道的第二端的第二反应部分排放孔。
12.根据权利要求11所述的重整器，其中所述第三盖形成为环状，其限定了耦合到所述第二管道的耦合开口，多个第二反应部分注入孔形成在所述耦合开口周围。
13.根据权利要求11所述的重整器，还包括耦合到所述壳体的一端的第五盖。
14.根据权利要求12所述的重整器，其中所述第五盖具有与所述第四盖的第二反应部分排放孔连通的第一连通孔，与所述第一盖的第一反应部分注入孔连通的第二连通孔，与所述第二反应部分注入孔连通的第三连通孔，以及与所述第三反应部分连通的第四连通孔。
15.根据权利要求11所述的重整器，还包括传热单元，其适于将热能从所述第一反应部分和第三反应部分传送给供应到所述第二反应部分的燃料。
16.根据权利要求15所述的重整器，其中所述传热单元包括至少一个管状通道构件，该通道构件以卷形缠绕在所述第一管道的外部圆周表面周围并连接到所述第三盖的至少一个第二反应部分注入孔。
17.根据权利要求9所述的重整器，其中所述第二反应部分还包括水气转换催化剂。
18.根据权利要求17所述的重整器，其中所述水气转换催化剂设置在所述重整催化剂的下游侧。
19.一种燃料电池系统，该系统包括：
堆体，其适于通过氢气流和氧之间的反应而产生电能；以及
重整器，其适于从燃料产生所述氢气流，其中该重整器包括：
第一反应部分，其适于在所述燃料电池系统的启动期间促进所述燃料的第一部分的氧化反应，由此产生热能；
第二反应部分，其与所述第一反应部分连通，并且适于使用所述热能来促进重整反应，由此从所述燃料的第二部分产生所述氢气流；以及
第三反应部分，其与所述第一反应部分和第二反应部分连通，并且适于促进包含在所述氢气流中的一氧化碳的氧化反应，由此减小所述氢气流中一氧化碳的浓度。
20.根据权利要求19所述的燃料电池系统，其中所述重整器还包括第一管道，第二管道和壳体，其中所述第二管道设置在所述第一管道的内部，所述第一管道设置在所述壳体的内部，并且所述第二管道形成了所述第一反应部分，所述第一管道和第二管道之间的空间形成了所述第二反应部分，所述第一管道和所述壳体之间的空间形成了所述第三反应部分。
21.根据权利要求20所述的燃料电池系统，其中所述第二反应部分经由导管与所述第一反应部分连通，所述第一反应部分与所述第三反应部分直接连通。
22.根据权利要求20所述的燃料电池系统，其中所述第一反应部分包括氧化催化剂。
23.根据权利要求22所述的燃料电池系统，其中所述第二反应部分包括重整催化剂。
24.根据权利要求23所述的燃料电池系统，其中所述第二反应部分还包括水气转换催化剂。
25.根据权利要求24所述的燃料电池系统，其中所述水气转换催化剂位于所述重整催化剂的下游侧。
26.根据权利要求23所述的燃料电池系统，其中所述氧化催化剂是第一氧化催化剂，并且所述第三反应部分包括第二氧化催化剂。
27.根据权利要求20所述的燃料电池系统，其中所述重整器还包括第一盖和第二盖，所述第一盖限定了耦合到所述第二管道的第一端的第一反应部分注入孔，所述第二盖限定了耦合到所述第二管道的第二端的第一反应部分排放孔。
28.根据权利要求27所述的燃料电池系统，其中所述重整器还包括第三盖和第四盖，所述第三盖限定了耦合到所述第一管道的第一端的至少一个第二反应部分注入孔，所述第四盖限定了耦合到所述第一管道的第二端的第二反应部分排放孔。
29。根据权利要求28所述的燃料电池系统，其中所述重整器还包括耦合到所述壳体的一端的第五盖。
30.根据权利要求20所述的燃料电池系统，其中所述重整器还包括传热单元，其适于将热能从所述第一反应部分和第三反应部分传送给供应到所述第二反应部分的燃料。
31.根据权利要求30所述的燃料电池系统，其中所述传热单元包括至少一个管状通道构件，该通道构件以卷形缠绕在所述第一管道的外部圆周表面周围。
32.根据权利要求19所述的燃料电池系统，还包括适于将燃料供应到所述重整器的燃料供应单元，其中所述燃料供应单元包括：
燃料罐，其适于包含所述燃料；
水罐，其适于包含水；以及
燃料泵，其连接到所述燃料罐和所述水罐。
33.根据权利要求32所述的燃料电池系统，其中第一罐和所述第一反应部分通过导管相连。
34.根据权利要求33所述的燃料电池系统，还包括在所述导管中的阀。
35.根据权利要求19所述的燃料电池系统，还包括空气泵，其适于将氧供应给所述重整器和所述堆体。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109887629A (zh) * 2019-01-04 2019-06-14 武汉大学 一种高效核能发电装置

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100551053B1 (ko) * 2004-06-29 2006-02-09 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템의 개질기 및 이를 채용한 연료 전지시스템
KR101127688B1 (ko) * 2004-12-07 2012-03-23 에스케이이노베이션 주식회사 원통형 소형 개질 장치
KR100728124B1 (ko) * 2006-02-10 2007-06-13 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템의 개질기용 수성가스 전환 산화 촉매,그의 제조 방법 및 그를 포함하는 연료 전지 시스템
KR100778504B1 (ko) * 2006-02-14 2007-11-28 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템의 개질기용 일산화탄소 산화 촉매, 그의제조 방법 및 그를 포함하는 연료 전지 시스템
KR100814888B1 (ko) * 2007-04-13 2008-03-18 삼성에스디아이 주식회사 산화 반응기, 이를 포함하는 개질 장치 및 그 구동 방법
KR100823515B1 (ko) 2007-04-24 2008-04-21 삼성에스디아이 주식회사 연료 개질 장치 및 그 구동 방법
KR101040885B1 (ko) * 2009-05-28 2011-06-16 삼성에스디아이 주식회사 촉매 연소기 및 이를 구비한 연료 개질기
KR101223236B1 (ko) * 2010-11-17 2013-01-17 한국에너지기술연구원 무화염 스팀 개질기
KR101238886B1 (ko) * 2010-12-28 2013-03-04 주식회사 포스코 연료 전지 시스템 및 스택
US9102535B2 (en) 2011-12-27 2015-08-11 Korea Institute Of Energy Research Flameless steam reformer
KR101518204B1 (ko) * 2015-01-30 2015-05-11 주식회사 한중엔시에스 예열기가 병합된 연료전지용 다채널 직립형 개질기

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2670168B2 (ja) * 1990-03-14 1997-10-29 三菱重工業株式会社 水素原料改質装置
US6126908A (en) * 1996-08-26 2000-10-03 Arthur D. Little, Inc. Method and apparatus for converting hydrocarbon fuel into hydrogen gas and carbon dioxide
US6537352B2 (en) * 1996-10-30 2003-03-25 Idatech, Llc Hydrogen purification membranes, components and fuel processing systems containing the same
CN1127449C (zh) * 1998-07-08 2003-11-12 丰田自动车株式会社 燃料重整装置
DE19918997C2 (de) * 1999-04-27 2001-06-07 Xcellsis Gmbh Verfahren zum Betrieb einer Anlage zur Wasserdampfreformierung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere Methanol, sowie entsprechende Anlage
JP2001155756A (ja) * 1999-11-30 2001-06-08 Tokyo Gas Co Ltd 燃料電池用水蒸気改質反応器
JP2002208426A (ja) * 2001-01-11 2002-07-26 Tokyo Gas Co Ltd 燃料電池用改質装置
JP2003040605A (ja) * 2001-07-31 2003-02-13 Daikin Ind Ltd 改質装置及び燃料電池システム
JP2003288934A (ja) * 2002-01-23 2003-10-10 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池用燃料改質装置
JP2004059415A (ja) * 2002-06-03 2004-02-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料改質器及び燃料電池発電システム
JP2004018363A (ja) * 2002-06-20 2004-01-22 Nissan Motor Co Ltd 燃料改質装置
JP2004107175A (ja) * 2002-09-20 2004-04-08 Nissan Motor Co Ltd 水素製造装置
JP3706611B2 (ja) * 2002-11-21 2005-10-12 三洋電機株式会社 燃料電池用水素発生装置
JP4265239B2 (ja) * 2003-03-03 2009-05-20 日産自動車株式会社 燃料改質システム
US20040247960A1 (en) * 2003-03-31 2004-12-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel cell system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109887629A (zh) * 2019-01-04 2019-06-14 武汉大学 一种高效核能发电装置

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Publication number Publication date
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KR100551036B1 (ko) 2006-02-13

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