CN1747213A - 重整器和具有该重整器的燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

提供一种燃料电池系统，包括从含氢燃料中产生氢气的重整器；以及至少一个通过氢气和氧气的电化学反应产生电能的发电机。重整器包括主体，从含氢燃料中产生氢气的多个反应部分在其中整体地形成。热部分与主体接触设置，以便提供不同量的热能给多个反应部分。

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，特别是涉及一种具有改进重整器的燃料电池系统。

背景技术

众所周知，燃料电池是通过氧气和碳氢化合物材料例如，甲醇、乙醇和天然气中所包含的氢气之间的电化学反应产生电能的系统。

最近发展的聚合物电解质膜燃料电池(以后称作PEMFC)显示了良好的输出特性、低运行温度和快速启动及响应特性。因此，PEMFC具有宽广的应用范围，包括用于车辆的移动电源，用于住宅或者建筑物的配电电源和用于电子器件的小型电源。

使用PEMFC配置的燃料电池系统基本上包括：电堆(stack)、重整器、燃料罐和燃料泵。燃料泵将存储在燃料罐中的燃料提供给重整器，该重整器重整燃料来产生氢气。将氢气和氧气例如空气被输入电推，该电堆由具有多个干电池的发电装置组成。

在这种传统燃料电池系统中，重整器利用热能通过催化化学反应从含氢燃料中产生氢气。因此，重整器通常包括产生热能的热源、吸收热能和从燃料中产生氢气的重整反应器、以及一个或者多个减少氢气中一氧化碳浓度的一氧化碳减少反应器。

在这种传统重整器中，由于重整反应器和一氧化碳减少反应器彼此分离，热源应该分别单独地提供，以供应不同范围的热能到重整反应器和一氧化碳减少反应器。

因此，由于重整器的结构复杂，难以使整个燃料电池系统变的紧凑。此外，由于反应部分之间的热交换通过管道来完成，它的热传递性能效率低。

发明内容

本发明指向一种具有改进性能和简单结构的重整器，以及具有该重整器的燃料电池系统。

根据本发明的一个实施例，燃料电池系统的重整器包括：主体，其中提供多个反应部分以从含氢燃料中产生氢气；热部分，其设置得与主体接触并且提供不同量的热能给不同的反应部分。

多个反应部分可以包括从含氢燃料中产生氢气的重整反应部分，以及至少一个减少氢气中包含的一氧化碳的浓度的一氧化碳减少部分。

在发明的一个实施例中，主体具有其内部空间被分为多个空间的管形。重整器入口形成在主体的一个末端、并且重整器的出口形成在另一个末端。反应部分形成在被分割的空间中。

在发明的一个实施例中，热部分包括缠绕主体的外周表面的线圈形状的电阻丝。电阻丝可以以改变螺距在每一个不同的反应部分设置不同数量的绕组缠绕在主体的外周表面，以便给反应部分提供所预期的温度分布线图。

在发明的一个实施例中，相应于重整反应部分区域中的电阻丝的绕阻的数目比相应于一氧化碳减少部分区域中的数目大。

主体的内部空间可以包括一个或者多个分离不同反应部分的阻挡层。合适的阻挡层由网丝材料组成。

重整器可以进一步包括围绕主体的热绝缘套。热绝缘套可以包括内壁和围绕整个内壁的外壁，在发明的一个实施例中，通过预定间隙被分开的内壁和外壁保持在真空中。

用于构成内壁和外壁的合适材料包括陶瓷、不锈钢和铝。

在发明的另一个实施例中，主体可以为板形，其中形成用于燃料通过的通道。通道通常包括重整器入口和重整器出口，且可以被提供作为连续的一起形成蜿蜒形状的U形弯曲。

根据这个实施例，热部分可以包括带形成在热板的一个表面的电阻丝图案的、连接到主体的管道形成表面的热板。

为产生预期的温度分布线图，构置与一氧化碳减少部分相应的区域中的电阻丝图案，以提供比与重整反应部分相应的区域更少的热量。这可以通过在电阻丝中提供不同的间隙、宽度或者厚度来完成。

与一氧化碳减少部分相应的区域中的电阻丝图案的间隙，可以比与重整反应部分相应的区域中的间隙大。可以选择地，与一氧化碳减少部分相应的区域中的电阻丝图案的厚度或者宽度，可以比与重整反应部分相应的区域中的大。

在燃料被输送到重整反应部分之前，多个反应部分可以进一步包括蒸发燃料的汽化部分。

一氧化碳减少部分可以包括通过催化氢气的水-气变换反应来减少包含在氢气中的一氧化碳浓度的水-气变换反应部分。

一氧化碳减少部分可选择地或者附加地包括至少一个通过优选催化CO氧化反应来减少包含在氢气中一氧化碳浓度的CO氧化部分。

各自反应部分可以包括在已知设置中提供的催化剂，例如，球形催化剂或者蜂窝形催化利。

主体可以选自由不锈钢、铝、铜和铁构成组的材料制成。

根据本发明的实施例，提供的燃料电池系统包括：如上所描述的重整器，用于从含氢燃料中产生氢气；和至少一个发电机，用于通过氢气和氧气之间的电化学反应产生电能。

燃料电池系统可以进一步包括，燃料供应单元，用于提供燃料到重整器，以及氧气供应单元，用于提供氧气到重整器和发电机。氧气供应单元可以包括至少一个空气泵，用于提供空气到重整器和发电机。

附图说明

参考附图通过详细描述典型实施例，本发明的上述和其它特点和优点将变得更加显而易见。

图1是根据本发明的实施例示意性的示出燃料电池系统的整个结构的方框图；

图2是示出在图1中所示的电堆的分解透视图；

图3是示出根据本发明的第一实施例的重整器的分解透视图；

图4是示出图3的重整器的关联横截面视图；

图5是示出根据本发明第一实施例的第一变形例子的重整器的横截面视图；

图6是示出根据本发明的第一实施例的第二变形例子的重整器的横截面视图；

图7是示出根据本发明的第一实施例的第三变形例子的重整器的横截面视图；

图8是示出根据本发明的第一实施例的第四变形例子的重整器的横截面视图；

图9是示出根据本发明的第二实施例的重整器分解透视图；

图10是图9的重整器的关联横截面视图；

图11是示出根据本发明的第二实施例的第一变形例子的重整器的横截面视图；

图12是示出根据本发明的第二实施例的第二变形例子的重整器的横截面视图；

图13是示出根据本发明的第二实施例的第三变形例子的重整器的横截面视图；

图14是示出根据本发明的第二实施例的第四变形例子的重整器的横截面视图；

图15是示出根据本发明的第二实施例的第五变形例子的重整器的横截面视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例，使得本发明通过本领域技术人员能够很容易地实施。然而，本发明并不局限于实施例，而是可以以各种形式实施。

根据本发明的实施例，图1是示意性地示出整个燃料电池系统结构的方框图。

参考图1，根据本发明燃料电池系统100具有聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)配置，其中含氢燃料被重整以产生氢气，该氢气与氧气进行电化学反应来产生电能。

在燃料电池系统100中产生电能所使用的燃料可以包括包含氢气的任何液体燃料或气体燃料，例如，甲醇、乙醇或者天然气。然而，在下面的描述中用液体燃料作为例子。

燃料电池系统100可以利用存储在另外的存储装置中的纯氧作为与氢气反应的氧气，或者利用空气作为氧源。然而，在下面的描述中用后一种作为例子。

燃料电池系统100基本上包括至少一个通过氧气和氢气之间的电化学反应产生电能的电堆10，从燃料中产生氢气的重整器30，提供燃料到重整器30的燃料供应单元50，和提供氧气到电堆10和重整器30的氧气供应单元70。

图2是示出在图1中所示的电堆的分解透视图。电堆10具有发电机装置，其中多个发电机11以堆栈结构设置。

发电机为产生电的单元燃料电池，其中隔离板16(在本领域中也被称作“双极板”)设置在膜电极组件12(MEA)的两侧。

MEA12具有发生氧气和氢气的电化学反应的预定的活性区域。MEA12包括形成在一个表面上的阳极电极和形成在另一个表面上的阴极电极，以及形成在电极之间的电解质膜。

通过氢气的氧化反应，阳极电极将氢气转化为氢离子(质子)和电子。通过氢离子和氧气的还原反应，阴极电极产生热和预定温度的水蒸汽。电解质膜完成从阳极电极产生的氢离子迁移到阴极电极的离子交换功能。

隔离板16起作为串联连接阳极电极与毗邻的阴极电极的导体的作用，也通过形成在隔离板16的表面的通道17提供氢气和氧气到MEA12的两侧。

电堆10的最外侧可以设置附加的用于将多个发电机11彼此紧密接触的压板13和13’。可以选择地，根据本发明的电堆10可以这样构造，即使得位于多个发电机11的最外侧的隔离板16起压板的作用。

一个压板13设置有将从重整器30产生的氢气提供给发电机11的第一入口13a，以及将从氧气供应单元70供应的空气提供给发电机11的第二入口13b。另一压板13’设置有用于释放来自发电机11的未反应的氢气的第一出口13c，以及用于释放通过来自发电机11的氢气和氧气之间的偶联反应而产生的包含水蒸气的未反应的空气的第二出口13d。

在本发明中，重整器30利用热能通过催化剂化学反应从含氢燃料中产生氢气。参考图3和图4将对重整器30的结构进行详细描述。

燃料供应单元50用于提供燃料到重整器30，其包括用于存储液体燃料的燃料罐51，以及与燃料罐51相连接的并且从燃料罐51中释放液体燃料的燃料泵53。在本发明的范围内还可以设置提供水到重整器30的另外的罐(未示出)。这里，重整器30和燃料罐51通过第一供应管91彼此连接。重整器30和发电机11的第一入口13a通过第二供应管92彼此连接。

氧气供应单元70包括至少一个用于提供预定抽汲功率到重整器30和发电机的空气泵71。空气泵71和电堆10的第二入口13b通过第三供应管93彼此连接。空气泵71和重整器30通过第四供应管94彼此连接。

根据本发明重整器30的第一实施例将参考附图进行详细描述。

图3是分解透视图，示出根据本发明的第一实施例的重整器，图4是在图3中示出的重整器的横截面视图。

参考附图，根据本发明实施例的重整器30包括具有内部空间的管状主体31，多个形成在主体31的内部空间的分割区域中的多个反应部分35且其从燃料中产生氢气，以及与主体31的外周表面接触且其提供在各自反应部分35中发生反应所需热能的热部分37。也就是说，多个反应部分35与主体31整体地形成。

在本实施例中，主体31具有形成在一个末端的重整器入口32和形成在另一个末端的重整器出口33。重整器32和燃料供应单元50的燃料罐51通过第一供应管91连接。重整器出口33和第一入口13a通过第二供应管92连接。

主体31可以由例如不锈钢、铝、铜、铁或者类似材料形成。

主体31的内部空间用阻挡层36分隔，且反应部分35分别设置在分隔空间中。阻挡层36象具有多个孔36a的穿孔圆盘一样形成，上述多个孔36a允许反应气体连续地通过各自反应部分35到达重整器出口33，同时充分地分隔主体的内部空间31。值得注意的是当阻挡层36被描述为象穿孔圆盘一样时，也可以使用另外的设置例如网形。

在本发明的具体实施例中，主体31的内部空间通过阻挡层36被分隔为3个空间。第一反应部分41、第二反应部分42和第三反应部分43从重整器入口32到重整器出口33依次形成。然而，这个实施例意旨不在局限本发明。因此，主体的内部空间31可以分隔为更多或者更少的空间。

对于这个实施例，第一反应部分41为通过燃料的催化剂蒸汽重整(SR)反应从燃料中产生氢气的重整反应部分。第二反应部分42和第三反应部分43为一氧化碳减少部分，该一氧化碳减少部分充分地减少氢气中所含一氧化碳的浓度。

设置在重整器入口32的附近的第一反应部分41通过第一供应管91从燃料罐51中提供燃料。第一反应部分41蒸发该燃料并且使蒸汽重整催化反应从蒸发的燃料中产生氢气。第一反应部分41包括用于促进燃料的蒸汽转化反应的重整催化剂41a。催化剂41a为球形并且充满与第一反应部分41相应的主体31的内部空间。在第一反应部分41中发生的催化蒸汽重整反应为吸热反应，并且反应温度范围从大约300℃到600℃。

第二反应部分42连续地设置于第一反应部分41，并且通过催化水-气(WGS)转换反应来主要地减少从第一部分41中产生的氢气中所含的一氧化碳的浓度。第二反应部分42包括促进氢气的水-气转换反应的第二催化剂42a。第二催化剂42a为球形并且充满与第二反应部分42相应的主体31的内部空间。在第二反应部分42中用催化剂42a的水-气转化反应为吸热反应，并且反应温度范围从大约200℃到300℃。

第三反应部分43与第二反应部分42连续设置于在重整器出口33附近，并且用来辅助地减少通过优选催化剂CO氧化(PROX)反应氢气中所含的一氧化碳的浓度。第三反应部分43包括用于促进氢气和空气的优选CO氧化反应的第三催化剂43a。第三催化剂43a为球形并且充满与第三反应部分43相应的主体31的内部空间。在第三反应部分43中发生的优选的CO氧化反应为吸热反应，并且反应温度范围从大约150℃到200℃。

第三反应部分43通过第四供应管94连接到氧气供应单元70的空气泵71。

热部分37提供热能给反应部分35，并且设置成接触主体31的外周表面，且包括具有预定功率用于产生热能的电阻丝38。

在本实施例中，电阻丝38缠绕主体31的外周表面，且在主体的外周表面上设置具有不同数量的绕阻，使得多个反应部分35能保持用于各自反应部分35的相应反应所需的合适反应温度。这可以通过各种方法来实现例如通过调整绕组节距。

在本实施例中，围绕相应于第一反应部分41的外周表面的电阻丝38绕阻的数目比围绕相应于第二反应部分42的外周表面的电阻丝38的绕阻数目大。围绕相应于第二反应部分42的外周表面的电阻丝38绕阻的数目比围绕相应于第三反应部分43的外周表面的电阻丝38的绕阻数目大。

也就是说，由于第一反应部分41应该保持在最高温度，缠绕对应于第一反应部分41的外周表面的电阻丝38设置较密，因此，提高了电阻丝38的热传导率。由于第二反应部分42具有比第一反应部分41低的反应温度，电阻丝38缠绕相应于第二反应部分42的外周表面比电阻丝38缠绕相应于第一反应部分41的外周表面松。由于第三反应部分43具有比第二反应部分42低的反应温度，电阻丝38缠绕相应于第三反应部分43的外周表面比电阻丝38缠绕相应于第二反应部分42的外周表面松。

根据本实施例，由于电阻丝38缠绕主体31的外周表面具有相应于不同反应部分35的不同数目的绕阻，将不同温度范围的热能提供给各自反应部分35成为可能。

为了更有效地传递从电阻丝38产生的热能到主体31的内部，重整器30可以进一步包括减少从电阻丝38产生的热能泄漏的热绝缘套39。由于形成了热绝缘套39，有可能进一步提高重整器30的反应效率和热效率。

根据本实施例的热绝缘套39是以围绕包括电阻丝38整个主体31的圆柱形状形成。热绝缘套39包括围绕主体31的内壁39a以及围绕整个内壁39a同时通过预定间隙在除内壁39a之外的空间处支承内壁39a的外壁39b。。在内壁39a和外壁39b之间的空间优选保持在真空状态。

内壁39a和外壁39b由具有相对小的热传导率的热绝缘材料制成，例如，像不锈钢、锆或者铝这样的热绝缘材料或者象陶瓷材料这样的热绝缘非金属材料。

在这个过程中，通过热绝缘套39阻挡电阻丝38产生的热量向外部泄漏。也就是说，首先通过热绝缘套39的内壁空间39a阻挡电阻丝38产生的热量，然后其次通过外壁39b阻挡热量。这样有助于使热绝缘套39热能损失最小化，因此增强了整个重整器30的反应效率和热效率。

将在下面详细描述根据本发明的第一个实施例燃料电池系统的运行。

首先，缠绕主体31的外周表面的电阻丝38提供用来保持各自反应部分35在期望温度范围的具有热能的各自反应部分35。由于电阻丝38以不同数目的绕阻围绕各自反应部分35，第一反应部分41能保持在其300℃到600℃的反应温度，第二反应部分42能保持在其200℃到300℃的反应温度，第三反应部分43能保持在其150℃到200℃的反应温度。

在这种状态中，通过第一供应管91，燃料泵53提供存储在燃料罐51中的燃料到主体31的内部空间。然后，第一反应部分41吸收来自电阻丝38的热能，并利用该热能通过蒸汽重整反应从燃料中产生含二氧化碳的氢气。这时，对于第一反应部分41很难完全地进行蒸汽重整反应，并由此产生了一定量作为副产品的含一氧化碳的氢气。

随后，通过阻挡层36的孔36a将氢气提供给第二反应部分42。然后，第二反应部分42通过水-气变换反应产生附加的氢气，由此主要地减少了氢气中所含一氧化碳的浓度。

其次，通过阻挡层36的孔36a将氢气提供给第三反应部分43。空气泵71通过第四供应管94提供给第三反应部分43空气。然后，通过氢气和空气的氧化反应，第三反应部分43再次减少了氢气中所含一氧化碳的浓度。

燃料产生的氢气从第三反应部分43通过主体31的重整器30的出口33释放，且通过第二供应管92提供给电堆1O的发电机11。这时，空气泵71通过第三供应管93提供空气到发电机11。

然后，氢气通过发电机11的隔离板16提供给膜电极组件12的阳极电极。空气通过隔离板16提供给膜电极组件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到阴极电极，电子通过隔离板16移动到邻近的膜电极组件12的阴极电极，但是不通过电解质膜。这时，电子的流动使得电流流动，并且热和水也作为副产品产生。

也就是说，在上述所描述的重整器30中，在主体31上形成多个反应部分35，根据在反应部分上的绕阻的数目，电阻丝38提供不同量的热能给每个反应部分35。利用这种结构，有可能简化重整器结构和使整个燃料电池系统紧凑。这种结构也可提高整个燃料电池系统的效率成为可能。

下面描述第一实施例变形的例子。没有详细描述及示出实质上与第一实施例相同的变形例子的元件，但是仅详细描述及示出了不同于第一实施例的变形例子的元件。

根据本发明的第一实施例的变形例子，图5是示出重整器的横截面视图。

参考图5，根据本变形例子的重整器30A，包括主体31A，其确定了重整器入口32A和重整器出口33A，以及反应部分35A，其由用于促进重整反应的第一反应部分41A，通过WGS反应减少CO浓度的第二反应部分42A、和通过PROX反应用于减少CO的第三反应部分43A组成，并且每一个具有蜂窝形状的催化剂。因此，各个反应部分35A具有设置在多个平行穿孔41c、42c和43c中的催化剂材料41b、42b和43b的结构，也就是说，在陶瓷或者金属载体空间的内部表面上。穿孔41c、42c和43c形成通道，该通道用于通过燃料和形成在通道内部表面上专用于各自反应部分35A的反应所需的催化剂材料41b、42b和43b。

图6是横截面视图，示意性地示出本发明的第二个变形例子的重整器。

参考图6，重整器30B包括主体31B，其包括重整器入口32B以及重整器出口33B。用于促进重整反应的第一反应部分41B，以及也提供至少两个第三反应部分43B。第一反应部分41B和至少两个第三反应部分43从主体31B的重整器入口32B到重整器出口33B依次地设置。第三反应部分43B通过优选的CO氧化催化反应用来减少第一反应部分41B产生的氢气中所含一氧化碳的浓度。

尽管在图6中示出了两个第三反应部分43B，本发明不局限于此，并且可以设置更多个第三反应部分。

图7是横截面视图，示意性示出根据本发明的第一实施例中第三变形例子的重整器。

参考图7，根据本变形例子的重整器30C的反应部分包括汽化部分45C，用于促进重整反应的第一反应部分41C，通过WGS反应用于减少CO含量的第二反应部分42C，以及通过PROX反应部分用于减少CO含量的第三反应部分43C。汽化部分45C、第一反应部分41C、第二反应部分42C、第三反应部分43C从主体31C的重整器入口32C到重整器出口33C依次设置。

汽化部分45C蒸发通过重整器入口32C提供的燃料，并且提供已蒸发的燃料到第一反应部分41C。燃料的蒸发在大约700℃的温度下发生。利用电阻丝38C，提供热能给汽化部分45C将温度保持在大约700℃。

相应于汽化部分45C，电阻丝38C以最多绕阻围绕主体31C的外周表面。这里，绕阻数目小于第一反应部分41C、第二反应部分42C和第三反应部分43C的量级。

图8是横截面视图，示意性地示出根据本发明第一实施例的第四变形例子中的重整器。

参考图8，根据本变形例子中重整器30D的反应部分包括汽化部分45D，用于促进重整反应的第一反应部分41D，以及至少两个通过PROX反应用于减少CO含量的第三反应部分43D。汽化部分45D、第一反应部分41D、以及至少两个第三反应部分43D从主体31D的重整器入口32D到重整器出口33D依次设置。

在下文中，根据本发明第二实施例的重整器和根据其变形例子的重整器将进行详细描述。与第一实施例实质上相同的元件没有描述和示出，仅详细描述和示出不同于第一实施例的元件。

图9是分解透视图，示出根据本发明第二实施例的重整器，图10是在图9中所示的关联的重整器的横截面视图。

参考附图，根据本发明的实施例的重整器130包括反应板131，其限定了能使燃料流动的通道131c且在此发生催化剂反应。热部分137设置得与反应板131紧密连接。热部分137产生热能将该热能提供给反应板131。

在反应板131中，通道131c用于能使燃料流动，并且空气形成在主体131a的一个表面上。通道131c具有一系列的U形弯曲以弯曲形排列设置的通道的结构。通道131c还限定了重整器入口131f，在该入口燃料进入通道131c，以及重整器出口131g，燃料产生的氢气从该出口释放。

反应板131可以由具有良好热传导率的材料形成，例如金属。代表性的金属包括铝、铜、镍和铁。

在发明的实施例中，多个反应部分135在作为主体的反应板131上整体形成。

热部分137提供形成在反应板131上的反应部分135所需的热能。热部分137可以包括邻近设置在反应板131的主体131a的一个表面上的热板138，电阻丝图案139设置在其一个表面上。电阻丝图案139提供预定功率以便给各个反应部分135供应热能。

热板138与在其上形成通道131c的反应板131的表面紧密接触，因此形成燃料通过的通道。热板138，与反应板131一样，可以由具有良好热传导率的材料形成。实例包括金属如铝、铜、镍和铁。

热板138能与反应板131的主体131a以传统的连接方式连接(未示出)。两个板可以相互熔合在一起，例如焊接或者烧结，或者可以用例如螺母和螺钉紧固。然而，连接方式不局限于这样的方法且两个板可以以各种方式连接。

电阻丝图案139可以由具有良好导电率的材料形成，并能应用电能产生预定温度的热量。实例材料包括铜和镍。电阻丝图案139可以在热板138的一个表面上形成，例如，通过利用传统的沉积方法或者具有掩模的传统刻蚀方法形成。

这个实施例的电阻丝图案139包括与反应板131的流动通道131C类似的一起形成蜿蜓设置的U形弯曲。第一部分139a平行于另外一个设置且延伸至热板138的一个表面上。第二部分139b交替地连接第一部分139a的末端，由此形成蜿蜓形状。然而，电阻丝图案139不局限于这样的蜿蜒形状，可以包括各种其它形状。

此外，由于热板138和电阻丝图案139由导电材料形成，可在电阻丝图案139和热板138之间形成绝缘膜(未示出)。

在本实施例中，多个反应部分135整体形成在反应板131上。因此，相应于多个反应部分135的多个反应区域a、b和c形成在反应板131上。

多个反应区域a、b和c能分为设置在与通道131c的重整器入口131f邻近的反应板131的表面上的第一区域a，设置得与第一区域a连续的第二区域b，以及设置得与重整器出口131g相邻且与第二区域b连续的第三区域c。

类似于第一实施例，反应部分135的第一反应部分141、第二反应部分142和第三反应部分143，分别设置在第一区域a、第二区域b以及第三区域c。

促进反应部分141、142和143反应的催化剂分别以催化剂层141a、142a和143a的形式形成在通道131c的内表面。

重整催化剂层141a设置在相应于形成第一反应部分141的第一区域a的通道131c的内表面上。促进水-气变换反应的水-气变换催化剂层142a形成在相应于形成第二反应部分142的第二区域b的通道131c的内表面上。促进优选CO氧化反应的优选CO氧化催化剂层143a形成在相应于形成第三反应部分143的第三区域c的通道131c的内表面上。

与第一实施例类似，第一反应部分141的反应温度范围从300℃到600℃，第二反应部分142的反应温度范围从200℃到300℃，第三反应部分143的反应温度范围从150℃到200℃。

在本实施例中，电阻丝图案139的第一部分139a以不同的间隙设置，以使得其提供不同热能到反应部分141、142和143。电阻丝图案139的第一部分139a之间的间隙的减少增加了电阻丝图案139的通过的数目，由此产生了更多热能。

在本实施例中，相应于第一反应部分141在区域中形成的电阻丝图案139的第一部分139a具有的间隙d1小于相应于第二反应部分142在区域中的间隙d2。相应于第二反应部分142区域中的间隙d2小于相应于第三反应部分143在区域中的间隙d3。

也就是说，热部分137提供最大量热能给第一反应部分141，提供给第二反应部分142比第一反应部分141较少的热能，以及提供小于第二部分142的热能给第三反应部分143。

因此，第一反应部分141能保持在300℃到600℃的反应温度范围内，第二反应部分142能保持在200℃到300℃的反应温度范围内，第三反应部分143能保持在150℃到200℃的反应温度范围内。

对于上面所描述的重整器130，多个反应部分135形成在作为主体的反应板131上，加热部分137与反应板131整体地形成，电阻丝图案139以不同间隙设置，由此产生了不同量的热能。因此，对于各个反应，各个反应部分135能保持在预期的温度。

根据这样的实施例，可简化重整器结构和使整个燃料电池系统紧凑。也可提高整个燃料系统的效率。

图11是横截面视图，示出具有变形的热部分237的这个实施例的重整器。

参考图11，根据该变形例子的重整器230中，相应于各个反应部分135电阻丝图案239a的第一部分以不同厚度形成，由此提供不同量的热能给不同的反应部分135。对于给定宽度的电阻丝更小的厚度导致更高的电阻，并且因此输出更多热量。

特别地，相应于第一反应部分141在区域中的电阻丝图案239a的厚度t1，小于相应于第二反应部分142在区域中的厚度t2。相应于第二反应部分142在区域中电阻丝图案139a的厚度t2小于相应于第三反应部分143在区域中的厚度t3。

图12是横截面视图，示出具有另一个变形热部分337的这个实施例的重整器。

参考图12，根据本变形例子的重整器330中，相应于各个反应部分135的电阻丝图案339a的第一部分以不同宽度形成，由此提供不同量的热能给各个反应部分135。对于给定厚度的电阻丝的较小的宽度导致更高的电阻，并且因此输出更多的热量。

特别地，相应于第一反应部分141在区域中的电阻丝图案339a的宽度w1小于相应于第二反应部分142在区域中的宽度w2。相应于第二反应部分142在区域中电阻丝图案339a的宽度w2小于相应于第三反应部分143在区域中的宽度w3。

图13是横截面视图，示出第三变形的热部分430的重整器。

参考图13，公开了与图9-12类似的另一个实施例。根据该变形例子重整器430，包括如上面所描述的具有第一反应部分441的反应板431和至少两个第三反应部分443。至少两个第三反应部分443通过优选的催化氢气和氧气的CO氧化都起到减少从第一反应部分441产生的氢气中所含一氧化碳的浓度的作用。

根据变形例子热部分437具有通过使电阻丝图案以不同间隙、厚度或者宽度将不同量的热能提供给各个反应部分的结构，类似于第二实施例和其变形例子。电阻丝图案的结构已经在上面提到的实施例中描述过了，因此省略其描述。

尽管在图13中示出两个第三反应部分443，本发明不局限于此，可以包括多个第三部分。

图14是横截面视图，示出根据另一个如上所述的具有反应板531的重整器变形例子。

参考图14，根据本发明的变形例子的重整器530包括汽化部分545、第一反应部分541、第二反应部分542以及第三反应部分543。汽化部分545、第一反应部分541、第二反应部分542以及第三反应部分543从反应板531的重整器入口至重整器出口顺序设置。

汽化部分545蒸发通过重整器入口注入的燃料并将已蒸发的燃料提供到第一反应部分541。燃料的蒸发在大约700℃的温度发生。

汽化部分545提供热能用于保持电阻丝在大约700℃的温度，蒸发燃料以及提供已蒸发的燃料到第一反应部分541。

根据本发明变形例子热部分537具有通过变化电阻丝图案的间隙、厚度或者宽度来提供给各个反应部分不同温度热能的结构，类似于发明前面提到的实施例。大约700℃的热能提供给汽化部分545。电阻丝图案的结构已经在上面提到的实施例中进行了描述，因此这里就省略了描述。

图15是横截面视图，示出了本发明的另一个实施例的重整器。

参考图15，根据本变形例子的重整器630包括具有汽化部分645的板反应器631，第一反应部分641以及至少两个反应部分643。汽化部分645、第一反应部分641以及至少两个第三反应部分部分643顺序设置在反应板631的重整器入口至重整器出口。

尽管本发明已经描述了示范性的实施例，本发明并不局限于这些实施例，在不脱离本发明的附加权利要求、详细说明书以及附图的范围内可以进行各种变形。因此，各种变形都属于本发明的范围。

Claims (27)

1、一种燃料电池系统的重整器，包括：

在其中整体地形成从含氢燃料中产生氢气的多个反应部分的主体；以及

与主体接触设置并提供不同量的热能给多个反应部分中的每一个的热部分。

2、根据权利要求1的重整器，其中主体限定被分成多个空间的内部空间，多个空间限定多个反应部分，其中主体进一步在一个末端限定重整器入口以及在另一个末端限定重整器出口。

3、根据权利要求2的重整器，其中热部分包括以预定数目的绕阻围绕主体的外周表面的线圈形的电阻丝，其中相应于特定反应部分围绕主体的外周表面的绕阻数目不同于相应于其它反应部分的绕阻数目。

4、根据权利要求2的重整器，其中多个反应部分包括从含氢燃料中产生氢气的重整反应部分，以及至少一个减少氢气中所含一氧化碳浓度的一氧化碳减少部分，相应于重整反应部分的区域中的电阻丝的绕阻的数目大于相应于一氧化碳减少部分的绕阻的数目。

5、根据权利要求2的重整器，其中在主体的内部空间中的已分割的空间通过一个或多个阻挡层被分割。

6、根据权利要求2的重整器，还包括围绕主体的热绝缘套。

7、根据权利要求6的重整器，其中热绝缘套包括内壁和外壁，内壁和外壁空间彼此分离以形成绝缘空间，其中绝缘空间保持为真空。

8、根据权利要求7的重整器，其中热绝缘套的内壁和外壁选自由陶瓷、不锈钢、铝以及其化合物构成组的材料制成。

9、根据权利要求1的重整器，其中主体是具有限定重整器入口、重整器出口以及连接重整器入口和重整器出口的通道的表面的板形主体。

10、根据权利要求9的重整器，其中热部分包括具有限定在热板表面上形成的通道数目的电阻丝图案的连接到主体表面的热板。

11、根据权利要求10的重整器，其中多个反应部分包括从含氢燃料中产生氢气的重整反应部分，以及至少一个减少氢气中所含一氧化碳浓度的一氧化碳减少部分，电阻丝图案的设置使得提供给重整反应部分的热量大于提供给一氧化碳减少部分的热量。

12、根据权利要求11的重整器，其中电阻丝图案形成为蜿蜒形状。

13、根据权利要求11的重整器，其中相应于特定反应部分的电阻丝图案具有与其它反应部分的间隙、宽度或者厚度不同的间隙、宽度或者厚度。

14、根据权利要求13的重整器，其中相应于一氧化碳减少部分区域中的电阻丝图案的间隙大于相应于重整反应部分区域中的间隙。

15、根据权利要求13的重整器，其中相应于一氧化碳减少部分区域中的电阻丝的厚度或者宽度，大于相应于重整反应部分区域中的电阻丝图案的厚度或者宽度。

16、根据权利要求1的重整器，其中每一个反应部分包括选自由球形催化剂和蜂窝形催化剂组成的组。

17、根据权利要求1的重整器，其中主体选自由不锈钢、铝、铜以及铁构成组的材料制成。

18、一种燃料电池系统，包括：

至少一个发电机；以及

从含氢燃料中产生氢气的重整器，其中重整器包括：多个反应部分在其中整体地形成的主体；以及与主体接触设置并提供不同量的热能给多个反应部分中的每一个的热部分。

19、根据权利要求18的燃料电池系统，其中主体限定分割为多个空间的内部空间，多个空间限定多个反应部分，在主体的一个末端限定重整器入口以及在另一个末端限定重整器出口。

20、根据权利要求19的燃料电池系统，其中热部分包括以预定数目绕阻围绕主体的外周表面的线圈形的电阻丝，其中围绕特定反应部分的绕阻数目不同于围绕其它反应部分的绕阻数目。

21、根据权利要求18的燃料电池系统，其中主体是具有限定重整器入口、重整器出口以及连接重整器入口与重整器出口的通道的表面的板形主体。

22、根据权利要求21的燃料电池系统，其中热部分包括与限定通道的主体的表面连接的热板，其中热板包括在其表面上形成的电阻丝图案。

23、根据权利要求18的燃料电池系统，其中多个反应部分包括重整反应部分，以及至少一个一氧化碳减少部分，设置热部分使得提供给重整反应部分的热量大于提供给一氧化碳减少部分的热量。

24、根据权利要求22的燃料电池系统，其中相应于特定反应部分的电阻丝图案具有与相应于另一个反应部分的电阻丝图案的间隙、宽度或者厚度不同的间隙、宽度或者厚度。

25、根据权利要求22的燃料电池系统，其中电阻丝图案限定蜿蜒图案。

26、根据权利要求18的燃料电池系统，还包括提供给重整器燃料的燃料供应单元和提供给重整器和发电机氧气的氧气供应单元。

27、根据权利要求26的燃料电池系统，其中氧气供应单元包括至少一个提供给重整器和发电机空气的空气泵。

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