CN1716676A - 重整器、具有其的燃料电池系统和制造它们的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池系统的重整器和具有该重整器的燃料电池系统和制造它们的方法。一种燃料电池系统，包括：重整器，适于从含氢燃料产生氢；至少一个发电体，适于通过氢和氧的电化学反应产生电能；燃料供给单元，适于将所述燃料供给至所述重整器；和空气供给单元，适于将氧供给至所述重整器和所述至少一个发电体。所述重整器包括多个板，彼此堆叠，且形成至少一个通道，该通道适于允许从由燃料和气体构成的组选择的材料通过其流动；和至少一个催化剂层，涂布于所述至少一个通道的内部表面上。在所述重整器中，形成所述至少一个催化剂层来具有多个沟槽，所述沟槽在基本与所述至少一个通道的相同的方向上延伸。

Description

重整器、具有其的燃料电池系统和制造它们的方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统，且更具体地涉及一种燃料电池系统的板型重整器。
背景技术
燃料电池是直接将氧与在诸如甲醇、乙醇或天然气的碳氢化合物材料中所含的氢的化学反应能转化为电能的发电系统。
近来已经开发了一种聚合物电解质膜燃料电池(下文称为PEMFC)，其具有卓越的输出特性、低操作温度和快速启动和响应特性。PEMFC具有广泛的应用，包括车辆的移动电源、住宅和办公楼的分布电源以及电子设备的小型电源。
使用PEMFC方案的燃料电池系统包括堆体、重整器、燃料罐和燃料泵。堆体构成燃料电池的主体，且燃料泵将存储于燃料罐中的燃料提供给重整器。然后，重整器重整燃料来产生氢且将氢提供给堆体，该堆体通过氢和氧之间的电化学反应产生电能。
重整器是利用热能通过催化化学反应从包含氢的燃料来产生氢的装置。一般地，重整器包括产生热能的热源、利用热能从燃料产生氢气的重整反应器、和减少氢气中所含的一氧化碳的浓度的一氧化碳去除器。
在燃料电池系统传统的重整器中，热源、重整反应器和一氧化碳去除器每个形成为管(vessel)状且通过管路(pipe)连接和分开。因此，难于紧密地实现燃料电池系统和迅速地将从热源产生的热能传送至重整反应器，由此恶化整个燃料电池系统的反应效率和热效率。
发明内容
本发明的实施例提供了一种重整器，其用一种简单的结构可以减少尺寸和改善性能。依据另一实施例，提供了具有该重整器的燃料电池系统。
依据本发明的一实施例，提供有一种燃料电池系统的重整器，包括：多个板，彼此堆叠，且形成至少一个通道(passage)，该通道适于允许从由燃料和气体构成的组选择的材料通过其流动；和至少一个催化剂层，涂布于至少一个通道的内部表面上，其中形成至少一个催化剂层来具有多个沟槽，所述沟槽在基本与至少一个通道的相同的方向上延伸。这里，所述气体包括空气、氧气、氢气等。
至少一个通道可以包括：入口，适于允许从由燃料和气体构成的组选择的材料流入至少一个通道；出口，适于允许从由燃料和气体构成的组选择的材料从至少一个通道流出。催化剂层可以具有沟槽，所述沟槽在基本与至少一个通道的相同的方向上从入口至出口延伸。
催化剂层可以包括多个催化剂层，且至少一个通道可以包括多个通道，其中，多个催化剂层的每个都可以形成于多个通道相应的一个的整个内表面上。
多个板和至少一个催化剂层构成多个反应部分，且多个反应部分的每个都分别包括：多个板中具有沟道(channel)的板；多个板的盖板，接触具有沟道的板来形成通道；和催化剂层，形成于通道的内表面。这里，多个反应部分包括：热源，适于产生热能；重整反应器，适于从燃料产生氢气；和一氧化碳去除器，适于减少氢气中所含的一氧化碳的浓度。
另一方面，其中，至少一个催化剂层可以包括多个催化剂层，且至少一个通道可以包括多个通道，其中，多个板的盖板和多个板中的至少两个可以堆叠来形成多个通道，在所述多个板中的至少两个的每个的一个表面上形成有沟道，且多个催化剂层的每个都可以形成于相应的通道之一的内表面上来构成多个反应部分。
反应部分可以包括：热源，适于产生热能；和重整器，适于从燃料产生氢气。
多个板可以包括：第一板，具有第一沟道；第二板，接触第一板的一表面且具有第二沟道；和盖板，接触第二板的一表面。多个催化剂层可以包括：氧化催化剂层，形成于多个通道中的一个通道的整个内表面上，该通道由第一沟道和第二板形成；和重整催化剂层，形成于通道的另一个通道的整个表面上，该通道由第二沟道和盖板形成。
反应部分还可以包括至少一个适于减少氢气中所含的一氧化碳浓度的一氧化碳去除器。
多个板可以包括：第一板，具有第一沟道；第二板，接触第一板的一表面且具有第二沟道；第三板，接触第二板的一表面且具有第三沟道；第四板，接触第一板的另一表面且具有第四沟道；和盖板，接触第三板的一表面。这里，多个催化剂层可以包括：氧化催化剂层，形成于多个通道中的第一个通道的整个表面上，该通道由第一沟道和第二板形成；重整催化剂层，形成于多个通道中的第二个通道的整个表面上，该通道由第二沟道和第三板形成；水气转换催化剂层，形成于多个通道中的第三个通道的整个表面上，该通道由第三沟道和盖板形成；和优先CO氧化催化剂层，形成于多个通道中的第四个通道的整个表面上，该通道由第四沟道和第一板形成。
依据本发明的一实施例，提供有一种制造燃料电池系统的重整器，该方法包括：制备盖板和至少一个板，所述至少一个板具有形成于其一个表面上的沟道；堆叠并耦合该板和盖板来形成至少一个通道；和喷涂(wash coating)催化剂材料来在至少一个通道的内表面上形成至少一个催化剂层。
该板可以是从由不锈钢、铜、镍、铁和其组合构成的组选择的材料制成。
该方法还可以包括在堆叠和耦合至少一个板和盖板来形成至少一个通道之后和喷涂催化剂材料之前在至少一个通道中形成支撑层。
至少一个支撑层可以是从由氧化铝、氧化硅、氧化钛和其组合构成的组选择的材料制成。
在喷涂催化剂材料中，可以形成至少一个催化剂层来具有多个沟槽，所述沟槽基本在与从至少一个通道的入口至出口的相同的方向上延伸，通过利用具有预定气压的诸如空气的气体喷射催化剂材料至至少一个通道内。
依据本发明的一实施例，提供有一种燃料电池系统，包括：如上所述的重整器；至少一个发电体，适于通过氢和氧的电化学反应产生电能；燃料供给单元，适于将燃料供给至重整器；和空气供给单元，适于将氧供给至重整器和至少一个发电体。
附图说明
本发明的以上和其它特征将通过参考附图和对示范性实施例详细描述变得更加明显。
图1是示出依据本发明的实施例的燃料电池系统的整个结构的示意图；
图2是示出依据本发明的实施例的的重整器的结构的分解透视图；
图3是示出图2所示的重整器的耦合结构的横截面图；
图4是示出图1所示的堆体结构的分解透视图；
图5是示出依据本发明的实施例制造重整器的方法的流程图；
图6是示出依据本发明的实施例的重整器的第一改进实例的横截面图；
图7是示出依据本发明的实施例的重整器的第二改进实例的横截面图；
图8是示出图7所示的重整器的耦合结构的横截面图。
具体实施方式
下文，将参考附图详细地描述本发明的示范性实施例，使得本领域的技术人员可以将本发明容易地投入实践。但是，本发明不限于示范性实施例，且可以以各种形式实现。
图1是示出依据本发明的实施例的燃料电池系统的整个结构的示意图。
依据本发明的燃料电池系统100中所使用来产生电的燃料可以包括液体或气体含氢燃料，诸如甲醇、乙醇或天然气。但是，在以下描述中以液体燃料作为燃料的例子。
燃料电池系统100可以利用存储于附加存储装置中的纯氧来与燃料中所含的氢反应，或可以利用含氧的空气作为需要的氧源。但是，在以下描述中以后者作为例子。
参考图1，燃料电池系统100包括：重整器30，用于燃料产生氢；堆体10，用于通过氢和空气中所含的氧之间的电化学反应产生电能；燃料供给单元50，用于将燃料提供给重整器30；和氧供给单元70，用于将氧提供给堆体10和重整器30。
依据本实施例的燃料电池系统100使用聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)方案，其中重整器30产生氢且将氢供给至堆体10，堆体10通过氢和氧之间的电化学反应产生电能。
燃料供给单元50包括：第一罐51，用于存储燃料；第二罐53，用于存储水；和燃料泵55，连接到第一和第二罐51和53。氧供给单元70包括空气泵71，用于以预定的抽汲功率抽吸空气。
从含氢燃料产生氢的重整器30的结构将参考图1、2和3首先描述，而通过氢和氧之间的电化学反应产生电能的堆体10的结构将随后参考图1和图4描述。
图2是示出根据本发明实施例的重整器30的结构的分解透视图，且图3是示出图2所示的重整器30的耦合结构的横截面图。
依据本发明的重整器30通过催化化学反应利用热能从诸如蒸汽重整反应、部分氧化反应或自热反应(auto-thermal reaction)的反应来重整燃料以产生氢气，且通过利用诸如水气转换反应或优先CO氧化反应的催化反应，或诸如利用分开的膜的纯化工艺来降低氢气中所含的一氧化碳浓度。
依据本实施例的重整器30包括热源31、重整反应器32以及第一和第二一氧化碳去除器33和34。热源31产生催化化学反应所需的热能，重整反应器32吸收从热源31产生的热能，气化燃料且产生氢气。此外，第一一氧化碳去除器33通过水气转换反应(WGS)产生附加的氢气来减少氢气中所含的一氧化的碳浓度。第二一氧化碳去除器34通过空气和从第一一氧化碳去除器33中释放的氢气的优先CO氧化(PROX)催化反应来减少氢气中所含的一氧化碳的浓度。在重整器30的一个实施例中，第一一氧化碳去除器33是主要的一氧化碳浓度的去除器，而第二一氧化碳去除器34是辅助的一氧化碳浓度的去除器。
重整器30还可以包括气化部分(未示出)，其利用从热源31产生的热能气化燃料和水的混合物。该气化部分可以设置在热源31和重整反应器32之间，这属于本发明的范围。
依据本实施例，重整器30包括热源31、重整反应器32、第一一氧化碳去除器33、第二一氧化碳去除器34和盖35的堆叠结构。即，板31a、32a、33a、34a和36堆叠来形成通道31d、32d、33d和34d，且用于促进相应的反应的催化剂层31e、32e、33e和34e分别形成于通道31d、32d、33d和34d的内表面上。将通过说明多个板31a、32a、33a、34a和36的结构和说明在其上形成的催化剂层31e、32e、33e和34e来更加详细地描述各个反应部分31、32、33和34。
用于使燃料和空气流动的第一沟道31c形成于第一板31a的一表面上。液体燃料和空气流入的入口31f形成于第一沟道31c的一端或始端；而液体燃料和空气的燃烧气体流出的出口31g形成于第一沟道31c的另一端或末端。入口31f和第一罐51可以通过第一供给管线(line)81连接，且入口31f和空气泵71可以通过第二供给管线82连接。
用于使燃料和空气流动的第二沟道32c形成于第二板32a的顶表面上。来自第一和第二罐51和53的燃料和水的混合物(下文称为燃料混合物)流入的入口32f形成于第二沟道32c的始端；而从燃料混合物产生的氢流出的出口32g形成于第二沟道32c的末端。入口32f与第一和第二罐51和53可以通过第三供给管线83连接，且入口32f可以通过附加的管路(未示出)连接至第一板31a的出口31g。
用于使从反应重整器32产生的氢气流动的第三沟道33c形成于第三板33a的顶表面上。氢气流入的入口33f形成于第三沟道33c的始端；而其一氧化碳浓度已经被首次减少的氢气流出的出口33g形成于第三沟道33c的末端。入口33f通过附加的连接机构(未示出)，例如管路或穿通孔，可以连接至第二板32a的出口32g。
用于使氢气流动的第四沟道34c形成于第四板34a的顶表面上。氢气流入的入口34f形成于第四沟道34c的始端；而其一氧化碳浓度已经被再次减少的氢气流出的出口34g形成于第四沟道34c的末端。入口34f和空气泵71可以通过第四供给管线84连接，且入口34f通过附加的连接机构(未示出)，例如管路或穿通孔，可以连接至第三板33a的出口33g。后面将描述的出口34g和堆体10可以通过第五供给管线85连接。
各个沟道31c、32c、33c和34c形成于各自的板31a、32a、33a和34a中来具有平行的直的流动管线，在各个板31a、32a、33a、34a的顶表面上的相邻的流动管线之间具有预定的间隙。各个沟道31c、32c、33c和34c中每一个的相邻的流动管线在端部连接，使得流动管路一起界定蛇形流动沟道。当然，沟道31c、32c、33c和34c的布置不限于这一蛇形形状。
现更具体地参考图3，可以通过在第一板31a上依次堆叠第二板32a和第三板33a和在第一板31a下堆叠第四板34a来构建依据本实施例的重整器30。用作盖35的盖板36可以与第三板33a的顶表面耦合且设置于重整器30的最上侧。这里出于示范性的目的，盖板36显示为其中没有形成沟道的板，且本发明不因此被限制。
各个板31a、32a、33a和34a以及盖板36可以由诸如不锈钢、铜、镍、和/或铁的金属制成且具有大致矩形的板状。
在第一板31a和第二板32a之间，第一板31a的第一沟道31c和第二板32a的底部表面形成第一通道31d，用于输送液体燃料和空气。
用于支撑氧化催化剂层31e的支撑层31s形成于第一通道31d的内表面上。支撑层31s是支撑氧化催化剂层31e的承载体，且可以由氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)和/或氧化钛(TIO2)制成。用于促进燃料和空气的氧化反应的氧化催化剂层31e形成于支撑层31s上。
这里，支撑层31s可以在耦合第一板31a和第二板32a之后形成，或第二板32a和第一板31a可以在第一板31a的第一沟道31c的内表面上形成支撑层31s之后耦合。
在本实施例中，氧化催化剂层31e喷涂于包括第一通道31d的内表面上；即，氧化催化剂层31e可以涂布于支撑层31s上，来具有在基本与第一通道31d相同的方向上延伸的沟槽。这里，喷涂法是一种涂布方法，在第一通道31f的整个内表面上形成具有预定厚度的催化剂层31e，其通过利用诸如空气的气体采用预定的气压通过入口31f喷射形成催化剂层31e的催化剂材料，然后从出口31g排出催化剂材料。即，催化剂层31e可以在第一板31a和第二板32a彼此耦合时的状态形成于支撑层31s上。
以该方法，利用喷涂方法形成的催化剂层31e造成沟槽，所述沟槽基本在与从第一沟道31c的入口31f至第一沟道31c的出口31g的整个第一通道31d相同的方向上延伸。因此，如图3所示，催化剂层31e的表面是不平的且具有不均匀的形状。
在第二板32a和第三板33a之间，第二板32a的第二沟道32c和第三板33a的底部表面形成用于输送燃料的第二通道32d。
支撑层32s形成于第二通道32d的内表面上，且用于促进燃料的蒸汽重整反应的重整催化剂层形成于支撑层32s上。支撑层32s基本与形成于第一通道31d的内表面上的支撑层31s相同，将不再更详细地描述。
重整催化剂层32e可以喷涂于支撑层32s上来具有沟槽，所述沟槽基本在与从入口32f至出口32g的整个第二通道32d相同的方向上延伸。
在第三板33a和盖板36之间，第三板33a的第三沟道33c和盖板36的覆盖表面形成用于输送从第二通道32d释放的氢气的第三通道33d。
相似于上述的支撑层31s的支撑层33s形成于第三通道33d的内表面上，且用于促进燃料的水气转换反应的水气转换催化剂层33e形成于支撑层33s上。水气转换催化剂层33e可以喷涂于支撑层33s上来具有沟槽，所述沟槽基本在与从入口33f至出口33g的整个第三通道33d相同的方向上延伸。
在第四板34a和第一板31a之间，第四板34a的第四沟道34c和第一板31a的底部表面形成用于输送从第三通道33d释放的氢气的第四通道34d。
支撑层34s形成于第四通道34d的内表面上，且用于促进氢气和空气的优先CO氧化反应的优先CO氧化催化剂层34e形成于支撑层34s上。优先CO氧化催化剂层34e可以喷涂于支撑层34s上来具有沟槽，所述沟槽基本在与从入口34f至出口34g的整个第四通道34d相同的方向上延伸。
即，在本实施例中，当催化剂层31e、32e、33e和34e喷涂于各个通道31d、32d、33d和34d的内表面上时，催化剂层31e、32e、33e和34e的催化剂颗粒牢固地附着于支撑层31s、32s、33s和34s的各自的表面。因此，可以防止催化剂层31e、32e、33e和34e的催化剂颗粒从支撑层31s、32s、33s和34s脱离，即使当施加比较强的机械或热冲击时。因此，改进了催化剂层31e、32e、33e和34e的粘附稳定性和耐冲击性。
图4是示出图1所示的堆体结构的分解透视图。
参考图1和4，燃料电池系统100的堆体10具有发电体11，其被连续地堆叠且用于通过从重整器30产生的氢和空气中所含的氧的氧化还原反应产生电能。
每个发电体11是用于产生电的燃料电池的单元，其中在膜电极组件(MEA)12的两个表面上设置隔板16。
MEA 12具有预定的活性区，在那里发生氢和氧的电化学反应。MEA 12包括形成于一表面上的阳极电极、形成于另一表面上的阴极电极和在阳极和阴极电极之间形成的电解质膜。
阳极电极通过氢的氧化反应将氢转化为氢离子(质子)和电子。阴极电极通过氢离子和氧的还原反应产生预定温度的热和湿气。电解质膜执行离子交换功能，用于将从阳极电极产生的氢离子迁移至阴极电极。
隔板16充当将阳极电极和阴极电极彼此串联连接的导体，且也充当将MEA 12的氧化和还原反应所需的氢气和空气供给至阳极电极和阴极电极的通道。
更具体地，将氢气供给至阳极电极的氢气通道形成于和MEA 12的阳极电极紧密接触的隔板16的表面中，且将空气供给至阴极电极的空气通道形成于和阴极电极紧密接触的MEA 12的表面中。
堆体10的最外侧可以提供附加的压合板13和13’，用于使发电体11彼此紧密接触。依据本发明可以构建堆体10使得位于多个发电体11的最外侧的隔板16执行压合板13和13’的功能，而不需提供压合板13和13’。可以构建堆体10使得压合板13和13’具有除了将多个发电体11紧密接触的功能之外的隔板16特有的功能，其将在后更详细地描述。
一个压合板13提供有第一注入孔13a和第二注入孔13b，第一注入孔13a用于将氢气供给至隔板16的氢通道，而第二注入孔13b用于将空气供给至隔板16的空气通道。另一压合板13’提供有第一放出孔13c和第二放出孔13d，第一放出孔13c用于放出在MEA 12的阳极电极中未反应的氢气，而第二放出孔13d用于放出在MEA 12的阴极中通过氢和氧之间的耦联反应(coupling reaction)产生的含有湿气的未反应的空气。
第二注入孔13b和空气泵71可以通过第六供给管线86连接。第一放出孔13c可以通过附加的管路(未示出)连接至第一板31a的入口31f。
现将更加详细地描述依据本发明的实施例的燃料电池系统的运行。
首先，燃料泵55将存储于第一罐51中的燃料通过第一供给管线81供给至重整器30的第一通道31d。同时，空气泵71将空气通过第二供给管线82供给至第一通道31d。然后，当通过第一通道31d流动时，液体燃料和空气同氧化催化剂层31e导致氧化催化反应。因此，热源31通过燃料和空气的氧化催化反应产生预定温度的反应热。结果，从热源31产生的热能传送至重整反应器32和一氧化碳去除器33和34且预热整个重整器30。
之后，当完成重整器30的预热时，燃料泵55将存储于第一罐51中的燃料和存储于第二罐53中的水通过第三供给管线83供给至重整器30的第二通道32d。然后，当燃料和水流过第二通道32d时，由从热源31供给的热能气化。此时，重整反应器32利用重整催化剂层32e通过蒸汽重整反应从气化的燃料产生氢气。因为重整反应器32不能彻底执行蒸汽重整催化反应，所以重整反应器32产生含有作为副产品的一氧化碳的氢气。
之后，包含一氧化碳的氢气流过重整器30的第三通道33d。然后，第一一氧化碳去除器33利用水气转换催化剂层33e通过水气转换催化反应产生附加的氢气，首次减少氢气中所含的一氧化碳浓度。
随后，通过第三通道33d的氢气流过重整器30的第四通道34d。同时，空气泵71将空气通过第四供给管线84供给至第三通道34d。然后，第二一氧化碳去除器34利用优先CO氧化催化层34e通过优先CO氧化催化反应进一步减少氢气中所含的一氧化碳浓度，且释放氢气。
随后，将氢气通过第五供给管线85供给至堆体10的第一注入孔13a。同时，空气泵71将空气通过第六供给管线86供给至堆体10的第二注入孔13b。
然后，将氢气通过隔板16的氢气通道供给至MEA 12的阳极电极。将空气通过隔板16的空气通道供给至MEA 12的阴极电极。
阳极电极通过氧化反应将氢气分解成电子和质子(氢离子)。质子通过电解质膜迁移至阴极电极，且电子通过隔板16而不是通过电解质膜迁移至相邻MEA 12的阴极电极。电子的流动产生电流，且热和水也由堆体10作为副产品产生。
因为依据本实施例的燃料电池系统具有多个板的堆叠的结构，整个燃料电池系统可以是紧凑的。由此，可以简化制造工艺，由此进一步改善燃料电池系统的产率。
在依据本发明的燃料电池系统中，可以快速地传送燃料的各种反应所需的热能。因此，可以提高燃料电池系统的整个重整器的反应效率和热效率。
现在，将参考图5更加详细地描述依据本实施例的制造重整器30的制造方法。
图5是示出依据本发明的实施例的制造重整器30的方法的流程图。
首先，制备盖板36和其中形成沟道31c、32c、33c和34c的板31a、32a、33a和34a(S10)。板31a、32a、33a和34a可以由不锈钢、铜、镍、和/或铁制成。诸如各向异性蚀刻方法的多种方法可以用于在板31a、32a、33a和34a时形成沟道31c、32c、33c和34c。
随后，在第一板31a上或上方依次堆叠第二板32a、第三板33a和盖板36，且在第一板31a下或下方堆叠第四板34a。然后通过联轴器连接耦合板(S20)。
之后，在通道31d、32d、33d和34d的整个内表面上形成由氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)和/或氧化钛(TiO2)的支撑层31s、32s、33s和34s(S30)。
随后，使用喷涂方法在支撑层31s、32s、33s和34s上形成催化剂层31e、32e、33e和34e。
在本发明中，通过耦合多个板1a、32a、33a、34a和36且然后形成催化剂层31e、32e、33e和34e，可以在通道31d、32d、33d和34d的整个内表面上形成催化剂层31e、32e、33e和34e。因此，燃料或气体和催化剂层31e、32e、33e和34e之间的接触表面积可以被放大，由此提高燃料电池相同的整个反应效率。另外，通过利用喷涂方法形成催化剂层31e、32e、33e和34e，可以形成具有各自的沟槽的催化剂层31e、32e、33e和34e，所述沟槽分别在基本与通道31d、32d、33d和34d相同的方向上延伸。
将在以下描述本发明的第一实施例的改进实例。在改进实例中，将不再描述与图2和3的实施例所描述的基本相同的元件。
图6是示出依据本发明的第一改进实例的重整器结构的分解透视图。
参考图6，依据本改进实例的重整器30A通过在热源41上依次堆叠重整反应器42和盖45形成。具体地，重整器30A具有这样一种结构，使得第二板42a堆叠于第一板41a上，且盖板46堆叠于第二板42a上。
在第一板41a和第二板42a之间，第一板41a的第一沟道41c和第二板42a的底部表面形成第一通道41d。支撑层41s形成于第一通道41d的内表面上且氧化催化剂层41e形成于支撑层41s上。氧化催化剂层41e可以喷涂于支撑层41s上来具有沟槽，所述沟槽基本在与从整个第一通道41d的入口(未示出)至出口(未示出)的相同的方向上延伸。
在第二板42a和盖板46之间，第二板42a的第二沟道42c和盖板46的覆盖表面形成第二通道42d。支撑层42s形成于第二通道42d的内表面上，且重整催化剂层42e形成于支撑层42s上。重整催化剂层42e可以喷涂于支撑层42s上来具有沟槽，所述沟槽基本在与从整个第二通道42d的入口(未示出)至出口(未示出)的相同的方向上延伸。
即，在本改进实例中，通过最小化元件的数量和包括重整反应所必需的热源41和重整器42，可以进一步提高重整器30A的结构优势。
图7是示出依据本发明的实施例的重整器的第二改进实例的重整器结构的分解透视图。图8是图7所示的重整器的耦合的横截面图。
在本改进实例中，重整器包括热源131、重整反应器132、第一一氧化碳去除器133和第二一氧化碳去除器134。由于反应部分131、132、133和134除了在其中形成不同的催化剂层131e、132e、133e和134e之外具有相同的结构，所以在图7中反应部分131、132、133、和134显示为一个元件。
在各个反应部分131、132、133、和134中，支撑层131s、132s、133s和134s以及催化剂层131e、132e、133e和134e形成于通道131d、132d、133d和134d的各自的内表面上，通道131d、132d、133d和134d由其中形成有沟道的各个板131a、132a、133a和134a和盖板136形成。即，与其中依次堆叠其中形成有沟道的板的图2和3的实施例不同，各个反应部分131、132、133和134中每一个都独立地具有板131a、132a、133a和134a或盖板136。
依据第一和第二改进实例的重整器的制造方法与依据图5的制造重整器30的方法基本相同且将不再描述。
依据本发明的重整器可以不包括一氧化碳去除器且可以还包括附加的反应部分。该重整器可以包括与上述的板状反应部分一起的不同结构的反应部分，其属于本发明的范围。
虽然结合某些示范性实施例描述了本发明，本领域的技术人员应理解本发明不限于所公开的实施例，但是，相反，本发明旨在覆盖在权利要求和其等同方案的精神和范围内所包括的各种改进。

Claims (25)

1.一种燃料电池系统的重整器，包括：
多个板，彼此堆叠，且形成至少一个通道，所述通道适于允许从由燃料和气体构成的组选择的材料通过其流动；和
至少一个催化剂层，涂布于所述至少一个通道的内部表面上，
其中所述至少一个催化剂层形成来具有多个沟槽，所述沟槽在基本与所述至少一个通道的相同的方向上延伸。
2.如权利要求1所述的重整器，其中，所述至少一个通道包括：入口，适于允许从所述由燃料和气体构成的组选择的材料流入所述至少一个通道；出口，适于允许从所述由燃料和气体构成的组选择的材料从所述至少一个通道流出，以及
其中，所述至少一个催化剂层具有沟槽，所述沟槽在基本与所述至少一个通道的相同的方向上从所述入口至所述出口延伸。
3.如权利要求1所述的重整器，其中，所述至少一个催化剂层包括多个催化剂层，且所述至少一个通道包括多个通道，其中，所述多个催化剂层的每个都形成于所述多个通道中相应的一个的整个内表面上。
4.如权利要求1所述的重整器，其中，所述多个板和至少一个催化剂层构成多个反应部分，
其中，所述多个反应部分的每个都分别包括：所述多个板中具有沟道的板；所述多个板的盖板，接触所述具有沟道的板来形成通道；和催化剂层，形成于所述通道的内表面上。
5.如权利要求4所述的重整器，其中，所述多个反应部分包括：热源，适于产生热能；重整反应器，适于从所述燃料产生氢气；和一氧化碳去除器，适于减少所述氢气中所含的一氧化碳的浓度。
6.如权利要求1所述的重整器，其中，所述至少一个催化剂层包括多个催化剂层，且所述至少一个通道包括多个通道，其中，所述多个板的盖板和所述多个板中的至少两个堆叠来形成多个通道，在所述多个板中的至少两个中每个的一个表面上形成有沟道，且所述多个催化剂层的每个形成于所述通道相应的一个的内表面上来构成多个反应部分。
7.如权利要求6所述的重整器，其中，所述多个反应部分包括：热源，适于产生热能；和重整反应器，适于从燃料产生氢气。
8.如权利要求7所述的重整器，其中，所述多个板包括：
第一板，具有第一沟道；
第二板，接触所述第一板的一表面且具有第二沟道；和
盖板，接触所述第二板的一表面，且
其中，所述多个催化剂层包括：
氧化催化剂层，形成于所述多个通道中由所述第一沟道和第二板形成的一个通道的整个内表面上；和
重整催化剂层，形成于所述多个通道中由所述第二沟道和盖板形成的另一个通道的整个内表面上。
9.如权利要求7所述的重整器，其中，所述反应部分还包括至少一个一氧化碳去除器，适于减少所述氢气中所含的一氧化碳的浓度。
10.如权利要求9所述的重整器，其中，所述多个板包括：
第一板，具有第一沟道；
第二板，接触所述第一板的一表面且具有第二沟道；
第三板，接触所述第二板的一表面且具有第三沟道；
第四板，接触所述第一板的另一表面且具有第四沟道；和
盖板，接触所述第三板的一表面，且
其中，所述多个催化剂层包括：
氧化催化剂层，形成于所述多个通道中由所述第一沟道和第二板形成的第一个通道的整个表面上；
重整催化剂层，形成于所述多个通道中由所述第二沟道和第三板形成的第二个通道的整个表面上；
水气转换催化剂层，形成于所述多个通道中由所述第三沟道和盖板形成的第三个通道的整个表面上；和
优先CO氧化催化剂层，形成于所述多个通道中由所述第四沟道和第一板形成的第四个通道的整个表面上。
11.一种制造燃料电池系统的重整器的方法，所述方法包括：
制备盖板和至少一个板，所述至少一个板具有在其一表面上形成的沟道；
堆叠并耦合所述至少一个板和所述盖板来形成至少一个通道；和
喷涂催化剂材料来在所述至少一个通道的内表面上形成至少一个催化剂层。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述板是从由不锈钢、铜、镍、铁和其组合构成的组选择的材料制成。
13.如权利要求11所述的方法，还包括在所述堆叠和耦合至少一个板和盖板来形成至少一个通道之后和所述喷涂催化剂材料之前，在所述至少一个通道中形成至少一个支撑层。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述至少一个支撑层是从由氧化铝、氧化硅、氧化钛和其组合构成的组选择的材料制成。
15.如权利要求11所述的方法，其中，在所述喷涂催化剂材料中，通过采用预定空气压力喷射所述催化剂材料进入所述至少一个通道内，形成所述至少一个催化剂层来具有多个沟槽，所述沟槽基本在与从所述至少一个通道的入口至出口的相同的方向上延伸。
16.一种燃料电池系统，包括：
重整器，适于从含氢燃料产生氢；
至少一个发电体，适于通过氢和氧的电化学反应产生电能；
燃料供给单元，适于将所述燃料供给至所述重整器；和
空气供给单元，适于将氧供给至所述重整器和所述至少一个发电体，
其中所述重整器包括：多个板，彼此堆叠，且形成至少一个通道，所述通道适于允许从由燃料和气体构成的组选择的材料通过其流动；和至少一个催化剂层，涂布于所述至少一个通道的内部表面上，且
其中，所述至少一个催化剂层形成来具有多个沟槽，所述沟槽在基本与所述至少一个通道的相同的方向上延伸。
17.如权利要求16所述的燃料电池系统，其中，所述至少一个通道包括：入口，适于允许从所述由燃料和气体构成的组选择的材料流入所述至少一个通道；出口，适于允许从所述由燃料和气体构成的组选择的材料从所述至少一个通道流出，且
其中，所述至少一个催化剂层具有沟槽，所述沟槽在基本与所述至少一个通道的相同的方向上从所述入口至所述出口延伸。
18.如权利要求16所述的燃料电池系统，其中，所述至少一个催化剂层包括多个催化剂层，且所述至少一个通道包括多个通道，其中，所述多个催化剂层的每个都形成于所述多个通道中相应的一个的整个内表面上。
19.如权利要求16所述的燃料电池系统，其中，所述多个板和至少一个催化剂层构成多个反应部分，
其中，所述多个反应部分的每个都分别包括：所述多个板中具有沟道的板；所述多个板的盖板，接触所述具有沟道的板来形成通道；和催化剂层，形成于所述通道的内表面上。
20.如权利要求19所述的燃料电池系统，其中，所述多个反应部分包括：热源，适于产生热能；重整反应器，适于从所述燃料产生氢气；和一氧化碳去除器，适于减少所述氢气中所含的一氧化碳的浓度。
21.如权利要求16所述的燃料电池系统，其中，所述至少一个催化剂层包括多个催化剂层，且所述至少一个通道包括多个通道，其中，所述多个板的盖板和所述多个板中的至少两个堆叠来形成多个通道，在所述多个板的至少两个中每个的一个表面上形成有沟道，且所述多个催化剂层的每个形成于所述通道中相应的一个的内表面上来构成多个反应部分。
22.如权利要求21所述的燃料电池系统，其中，所述多个反应部分包括：热源，适于产生热能；和重整反应器，适于从燃料产生氢气。
23.如权利要求22所述的燃料电池系统，其中，所述多个板包括：
第一板，具有第一沟道；
第二板，接触所述第一板的一表面且具有第二沟道；和
盖板，接触所述第二板的一表面，且
其中，所述多个催化剂层包括：
氧化催化剂层，形成于所述多个通道中由所述第一沟道和第二板形成的一个通道的整个内表面上；和
重整催化剂层，形成于所述多个通道中由所述第二沟道和盖板形成的另一个通道的整个内表面上。
24.如权利要求22所述的燃料电池系统，其中，所述反应部分还包括至少一个一氧化碳去除器，适于减少所述氢气中所含的一氧化碳的浓度。
25.如权利要求24所述的燃料电池系统，其中，所述多个板包括：
第一板，具有第一沟道；
第二板，接触所述第一板的一表面且具有第二沟道；
第三板，接触所述第二板的一表面且具有第三沟道；
第四板，接触所述第一板的另一表面且具有第四沟道；和
盖板，接触所述第三板的一表面，且
其中，所述多个催化剂层包括：
氧化催化剂层，形成于所述多个通道中由所述第一沟道和第二板形成的第一个通道的整个表面上；
重整催化剂层，形成于所述多个通道中由所述第二沟道和第三板形成的第二个通道的整个表面上；
水气转换催化剂层，形成于所述多个通道中由所述第三沟道和盖板形成的第三个通道的整个表面上；和
优先CO氧化催化剂层，形成于所述多个通道中由所述第四沟道和第一板形成的第四个通道的整个表面上。
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