CN1753225A - 重整器及具有该重整器的燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种燃料电池系统，包括用于从含氢燃料产生氢的重整器和至少一个用于通过氢和氧的电化学反应而产生电能的发电体。该重整器包括多个用于从含氢燃料产生氢的反应部分；多个向多个反应部分供应热能并具有催化剂的加热部分；和容纳多个反应部分和多个加热部分的主体。各个加热部分产生各个反应部分的反应所需的不同量的热能。

Description

重整器及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，且更具体地涉及一种其重整器具有改进的供热结构的燃料电池系统。
背景技术
众所周知，燃料电池是用于通过氧和包含在碳氢化合物材料例如甲醇、乙醇和天然气中的氢之间的电化学反应而产生电能的发电系统。
最近发展出的聚合电解质膜燃料电池(polymer electrolyte membrane fuel cell)(以下称为PEMFC)具有优异的输出特性、低工作温度和快速启动和响应特性。因此，PEMFC具有广泛应用范围，包括用作机动车的移动电源、家用或建筑用配电电源和电子设备的小型电源。
采用PEMFC方案的燃料电池系统主要包括堆体(stack)、重整器(reformer)、燃料箱和燃料泵。堆体构成具有多个单元电池的发电装置。燃料泵将存储在燃料箱中的燃料供应到重整器。然后，重整器重整燃料以产生供应给堆体的氢。
在常规燃料电池系统中，重整器使用热能，通过催化化学反应从含氢燃料产生氢。因此，重整器通常包括用于产生热能的热源部分、用于吸收热能并从燃料产生氢气的重整反应部分，和用于减少氢气中一氧化碳浓度的一氧化碳减少部分。
在常规重整器中，由于热源部分、重整反应部分和一氧化碳减少部分通过管道分布和连接，从供热的角度看，反应部分之间的热交换是低效率的。
此外，由于各个反应部分是分布式的，难以使整个燃料电池系统小型化。此外，用于互联各部分的管道的复杂结构使得制造复杂。
发明内容
本发明涉及一种具有简单结构的改进性能的重整器及使用该重整器的燃料电池系统。
根据本发明的一个实施例，提供了用于燃料电池系统的重整器，包括：多个用于从含氢燃料产生氢的反应部分；多个加热部分，向多个反应部分供应热能，每个加热部分都具有催化剂；和容纳多个反应部分和多个加热部分的主反应体。各个加热部分根据各个反应部分的反应需要而产生不同量的热能。
在本发明的一个实施例中，对于注入其中的不同量的燃料，各个加热部分具有基本上同样量的催化剂，因此产生不同量的热能。
在本发明的一个实施例中，多个反应部分可以包括用于通过催化重整反应从燃料产生氢气的重整反应部分，和至少一个一氧化碳减少部分，其与重整反应部分相继设置并减少包含在氢气中的一氧化碳的浓度。
在本发明的一个实施例中，加热部分对应于反应部分形成且每个加热部分具有用于注入燃料和氧的入口(inlet)。为了控制注入到不同加热部分的燃料的量，通过控制器控制到每个加热部分的燃料和/或空气的量。
在一个实施例中，入口的截面积是不同的，因此充当用于控制传送到每个加热部分的燃料和空气量的控制器。在一个实施例中，供应热能到重整反应部分的加热部分的入口的截面积大于供应热能到一氧化碳减少部分的加热部分的入口的截面积。
根据本发明的一个实施例，主反应体包括第一和第二反应容器(vessel)，其中第二反应容器设置在第一反应容器中。加热部分设置在第一反应容器内、第二反应容器外，且重整部分设置在第二反应容器内，以在加热部分和反应部分之间提供好的热传递。
更具体地，根据一个实施例，第一和第二反应容器包括同轴设置的第一和第二导管(conduit)，第二导管在第一导管中。第二导管的内部空间和第一导管与第二导管之间的空间可以分隔为多个彼此对应的空间。
根据本实施例，反应部分形成在第二导管中的分隔空间中，且加热部分形成在第一导管和第二导管之间的空间中的分隔空间中。
用于注入燃料和氧到加热部分的入口形成在第一导管中。如上所述，加热部分的不同入口的截面积可以不同，以向相应的反应部分提供或多或少的热能。例如，通向对应于重整反应部分的加热部分的入口的截面积可以大于加热部分向一氧化碳减少部分供应热能的入口的截面积。
第二导管的内部空间可以通过一个或多个穿孔的阻隔件(barrier)例如网眼阻隔件分隔成多个空间。第一和第二导管之间的空间可以通过一个或多个阻隔壁(barrier wall)分隔成多个空间。
根据某些实施例，第一导管由从包含陶瓷、不锈钢和铝的组中选择的至少一种材料制成，且第二导管由从包含不锈钢、铝、铜和铁的组中选择的材料制成。
一氧化碳减少部分可以包括用于通过氢气的催化水-气转换反应减少包含在氢气中的一氧化碳浓度的反应部分。此外，一氧化碳减少部分可以包括至少一个用于通过氢气和氧的催化优先的CO氧化(catalytic preferentialCO oxidation，PROX)反应减少包含在氢气中的一氧化碳浓度的反应部分。多个反应部分还可以包括设置于重整反应部分的前架(front stage)以蒸发燃料的蒸发部分。
多个反应部分和多个加热部分可以包括用于加速相应反应的丸状或蜂巢状催化剂。
根据本发明的另一实施例，提供了一种燃料电池系统，包括：用于从含氢燃料产生氢的重整器和至少一个用于通过氢和氧的电化学反应而产生电能的发电体。重整器包括多个用于从含氢燃料产生氢的反应部分；向多个反应部分供应热能的多个加热部分。每个反应部分和加热部分包括用于加速相应反应的催化剂。主反应体容纳多个反应部分和多个加热部分。各个加热部分根据支持各个反应部分的反应的需要而产生不同量的热能。
加热部分可以对应于反应部分形成，且每个加热部分具有用于注入燃料和氧的入口。为了从加热部分向相应的反应部分提供期望的热传递，到每个加热部分的燃料和氧的量可以通过使用一个或多个控制器而控制。在一个实施例中，控制器仅包括具有不同截面积的加热部分入口，凭此具有大的截面积的入口允许更多空气和燃料进入相应的加热部分，且因此比具有小截面积的入口的加热部分产生更多热。
燃料电池系统还可以包括用于向重整器供应燃料的燃料供应单元，和用于向重整器和发电体供应氧的氧供应单元。
燃料供应单元可以包括用于存储燃料的箱，和至少一个连接到该箱的燃料泵，以通过多条供应线向反应部分和加热部分供应燃料。根据一个实施例，控制器包括多个与加热部分关联的燃料泵。对于此实施例，每条供应线可以设置有具有与其他泵不同容量的燃料泵，使得能够控制供给特定加热部分或反应部分的燃料的量。作为选择，可以使用单个燃料泵，且供应线可以设置有燃料调整阀，作为用于控制供应到各个部分的燃料量的控制器。
氧供应单元可以包括至少一个空气泵，用于向重整器和发电体供应空气。作为选择，分立的空气泵可以连接到每个入口。在此实施例中，空气泵可以具有对应于相应的反应部分所需的热量的不同容量，这样充当控制器。作为选择，单个空气泵可以使用多条供应线，每个都具有流量调整阀，其中流量调整阀充当控制器。
附图说明
通过参照附图对于示范性实施例的详细描述，本发明的上述和其他特点和优点变得更为明显。
图1是示意性地示出根据本发明第一实施例的燃料电池系统的整个结构的方框图；
图2是示出图1所示的堆体的结构的分解透视图；
图3是示出根据本发明的第一实施例的重整器结构的透视图；
图4是示出图3所示的重整器的截面图；
图5是示出根据本发明第二实施例的燃料电池系统的一部分的示意图；
图6是示出根据本发明第三实施例的燃料电池系统的一部分的示意图；
图7是示出根据本发明第四实施例的燃料电池系统的重整器的结构的截面图；
图8是示出根据本发明第五实施例的燃料电池系统的重整器的结构的截面图；
图9是示出根据本发明第六实施例的燃料电池系统的重整器的结构的截面图；以及
图10是示出根据本发明第七实施例的燃料电池系统的重整器结构的截面图。
具体实施方式
此后，将参照附图详细描述本发明的示范性实施例，使得本发明可以被本领域的技术人员容易地实施。然而，本发明不局限于这些示范性实施例，而是可以实施为各种形式。
图1是示意性地示出根据本发明第一实施例的燃料电池系统的整个结构的方框图，图2是示出图1所示的堆体的结构的分解透视图。
参照图1，根据本发明的燃料电池系统100具有聚合物电极膜燃料电池(PEMFC)系统，该结构重整燃料以产生氢，并允许氢和氧化剂彼此发生电化学反应以产生电能。
用于在燃料电池系统100中产生电的燃料可以包括包含氢的液体或气体燃料例如甲醇、乙醇或天然气。然而，在下面的描述中示出了液体燃料的例子。
燃料电池系统100可以利用存储在额外的存储器件中的纯氧作为与氢反应所需的氧，或者可以利用空气作为氧源。在下面的描述中示出了后者。
燃料电池系统100主要包括用于通过氢和氧之间的电化学反应产生电能的堆体10、用于从燃料产生氢的重整器30、用于向重整器30供应燃料的燃料供应单元50、和用于向堆体10和重整器30供应氧的氧供应单元70。
堆体10具有其中多个发电体11依次设置的发电体组。发电体是用于产生电的单元燃料电池，并包括设置在膜电极组件(MEA)12的两表面的分隔件(separator)(在本领域中也称作“双极板(bipolar plate)”)16。
MEA 12具有活性区(active area)，氢和氧的电化学反应发生在该处。MEA 12包括形成在一个表面的阳极、形成在另一表面的阴极、和形成在两电极之间的电解质膜。
阳极通过氢的氧化反应将氢转化成氢离子(质子)和电子。阴极通过氢离子和氧的还原反应产生预定温度的热和水汽。电解质膜执行离子交换功能，将从阳极产生的氢离子移动到阴极。
分隔件16充当着将阳极和阴极彼此串连连接的导体，并通过形成在阳极和阴极表面的通道17将氢和氧供应到MEA 12。
堆体10的最外侧可以设置有额外的挤压板(pressing plate)13和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可以构建为使得位于多个发电体11最外侧的分隔件16代替示出的挤压板13和13’而充当挤压板。堆体10可以构建为使得挤压板13和13’除了具有使多个发电体11彼此紧密接触的功能之外，还具有分隔件16所特有的功能。
一个挤压板13设置有用于将从重整器30产生的氢供应到发电体11的第一入口13a，和用于将从氧供应单元70提供的空气供应到发电体11的第二入口13b。另一挤压板13’设置有用于从发电体11释放未反应的氢气的第一出口13c，和用于从发电体11释放包含由氢和氧之间的电化学反应所产生的水汽的未反应的空气的第二出口13d。
在本发明中，重整器30使用热能，通过催化的化学反应从燃料产生氢。在后面将参照图3和4详细描述重整器30的结构。
向重整器30供应燃料的燃料供应单元50包括用于存储液体燃料的第一箱51、用于存储水的第二箱53、和连接到第一和第二箱51和53并从相应的箱51和53释放液体燃料和水的燃料泵55。
第一和第二箱51和53通过第一和第二供应线91和93连接到重整器30。重整器30和堆体10的发电体11通过第五供应线95彼此连接。
氧供应单元70包括至少一个空气泵71，用于向重整器30和堆体10的发电体供应空气。空气泵71和重整器30通过第二和第四供应线92和94彼此连接。空气泵71和堆体10的发电体11通过第六供应线96彼此连接。
下面将参照附图详细描述根据本发明的重整器30的实施例。
图3是示出根据本发明的第一实施例的重整器结构的透视图，图4是示出图3所示的重整器的截面图。
参照图1到4，根据本实施例的重整器30包括多个反应部分35和多个加热部分37，作为限定内部空间的同轴、双导管主反应体31。
具体地，主反应体31具有包括第一导管32和第二导管33的圆柱结构，其中第二导管33具有小于第一导管32的截面积并设置在第一导管32中，以预定间隙与第一导管32分隔开。多个用于从燃料产生氢的反应部分35设置在第二导管33内部，且多个用于向反应部分35供应热能的加热部分设置在第一导管32与第二导管33之间的空间中。
具体地，第一导管32形成为具有预定截面积且两端基本上封闭的管形形状。第一导管32可以由具有相对小的热导率的绝热材料制成，例如，金属如不锈钢或锆，或者非金属如陶瓷。由于第一导管由这种绝热材料制成，可以阻止从加热部分37产生的热能通过第一导管32泄漏到外部。因此，可以最小化从加热部分37产生的热能的损失，因此总体上提高重整器30的反应效率和热效率。
第二导管33具有小于第一导管32的截面积，并具有管形形状，其中在一个末端形成反应器入口33a，在另一末端形成反应器出口33b，两个末端都是基本上敞开的。第二导管33设置在第一导管32内部，与第一导管32的内部圆周表面分隔开，且其两端通过第一导管32的两端从第一导管32抽出。第二导管33可以由具有热导率的铝、铜或铁制成。
应该注意，虽然在本实施例中描述的加热部分和反应部分是一对同轴管形导管，但是可以采用任何类似的结构，其中加热部分包括基本上包围形成反应部分的第二反应导管(reaction vessel)的第一反应导管。
反应器入口33a通过第三供应线93连接到燃料供应单元50的第一和第二箱51和53。反应器出口33b通过第五供应线95连接到堆体10的发电体11。
第二导管33的内部空间被阻隔件36分隔，且反应部分35分别设置在分隔的空间中。对本实施例，阻隔件36由具有多个孔(bore)的网眼材料形成。阻隔件36用于将从各个反应部分35产生的反应气体通过主反应体流通到反应器出口33b，同时基本上分隔第二导管33的内部空间。
在本实施例中，第二导管33的内部空间被阻隔件36分隔成三个空间。第一反应部分41、第二反应部分42和第三反应部分43从反应器入口33a到反应器出口33b依次形成。然而，本发明并不局限于此。因此，第二导管33的内部空间可以分隔成更多或更少个空间，且可以形成更多或更少个反应部分。
第一反应部分41是用于从燃料通过燃料的催化蒸汽重整(steamreforming，SR)反应产生氢气的重整反应部分41。第二反应部分42和第三反应部分43是充分减少包含在氢气中的一氧化碳浓度的一氧化碳减少部分。
靠近反应器入口33a设置的第一反应部分41供应有通过第三供应线93从第一和第二箱51和53供应的燃料和水。第一反应部分41引起催化蒸汽重整反应以从蒸汽燃料产生氢。第一反应部分41包括用于加速燃料的蒸汽重整反应的催化剂41a。对本实施例，催化剂41a具有丸形并填充对应于第一反应部分41的第二导管33的内部空间。通过在第一反应部分41中的催化剂41a而进行的催化重整反应是吸热反应，且反应温度在约300℃到600℃的范围内。
第二反应部分42与第一反应部分41相继设置，用于通过催化的水-气转化(WGS)反应初次减小包含在从第一反应部分41产生的氢气中的一氧化碳浓度。第二反应部分42包括用于加速氢气的水-气转化反应的催化剂42a。对本实施例，催化剂42a具有丸形并填充在对应于第二反应部分42的第二导管33的内部空间。通过第二反应部分中的催化剂42a而进行的水-气转化反应是放热反应，且反应温度在约200℃到300℃的范围内。
靠近反应器出口33b、与第二反应部分42相继设置的第三反应部分43用于通过优先CO氧化(PROX)催化反应进一步减小包含在氢气中的一氧化碳浓度。第三反应部分43包括加速优先CO氧化反应的催化剂43a。对本实施例，催化剂43a具有丸形并填充在对应于第三反应部分43的第二导管33的内部空间中。通过第三反应部分43中的催化剂43a而进行的优先CO氧化反应是放热反应，且反应温度在约150℃到200℃的范围内。第三反应部分43通过第四供应线94连接到氧供应单元70的空气泵71。
向反应部分35供应热能的加热部分37设置在第一导管32与第二导管33之间的空间中，并通过燃料与空气之间的催化氧化反应产生热能。第一导管32与第二导管33之间的空间被阻隔壁49分隔成多个独立的空间。阻隔壁49形成为与第一导管32的内部圆周表面和第二导管33的外部圆周表面接触的环形法兰(flange)形。
在本实施例中，阻隔壁49彼此分隔开以将第一导管32与第二导管33之间的空间分隔成三个独立空间。各个独立空间填充有用于加速燃料和空气的氧化反应的丸形催化剂37a，由此形成加热部分37。
加热部分37包括第一加热部分371，通过在包围第一反应部分41的、位于第一导管32与第二导管33之间的空间中的空间中填充催化剂37a而形成，第二加热部分372，通过在包围第二反应部分42的、位于第一导管32与第二导管33之间的空间中的空间中填充催化剂37a而形成，和第三加热部分373，通过在包围第三反应部分43的、位于第一导管32与第二导管33之间的空间中的空间中填充催化剂37a而形成。第一加热部分371、第二加热部分372和第三加热部分373通过第二导管33分别向第一反应部分41、第二反应部分42和第三反应部分43供应热能。
加热部分37还包括用于控制供应到各个加热部分的燃料和/或空气的量的控制器。对本实施例，控制器包括用于将燃料和空气注入到各个加热部分371、372和373的入口32a1、32a2和32a3，以及用于释放从加热部分371、372和373产生的反应气体的出口32b1、32b2和32b3。具体而言，第一入口32a1和第一出口32b1设置在第一加热部分371中。第二入口32a2和第二出口32b2设置在第二加热部分372中，且第三入口32a3和第三出口32b3设置在第三加热部分373中。
各个入口32a1、32a2和32a3与第一箱51通过第一供应线91彼此连接。入口32a1、32a2和32a3与空气泵71通过第二供应线92彼此连接。
在本实施例中，同样量的催化剂37a填充在各个加热部分371、372和373中，且不同量的燃料和空气供应到加热部分371、372和373，使得不同的加热部分371、372和373向各个反应部分35供应不同量的热能，以保持各个反应部分35处在期望的温度范围内。
为了在各个加热部分371、372和373填充基本上同样量的催化剂，各个加热部分371、372和373的空间可以形成为基本上相同的体积。为了向不同加热部分供应不同量的燃料和空气，可以调整流通燃料和空气的入口32a1、32a2和32a3的截面积以控制燃料和空气的量。这可以通过各种方法而完成，包括物理地改变实际入口的面积或通过在供应线中使用不同尺寸的流动孔(flow orifice)而有效地改变入口的面积。
对本实施例，第一入口32a1是最大的，第二入口32a2和第三入口32a3尺寸减小。在本实施例中，第一和第二供应线91和92连接到入口32a1、32a2和32a3，并具有对应于入口32a1、32a2和32a3的截面积。
当燃料和空气的供应压力恒定时，燃料和空气的量随着流通燃料和空气的截面积的增加而增加。在本实施例中，由于燃料泵55和空气泵71的泵压相对恒定且截面积按照第一入口32a1、第二入口32a2和第三入口32a3的顺序变小，相对大量的燃料和空气注入到第一加热部分371，依次减小量的燃料和空气注入到第二加热部分372和第三加热部分373。
当催化剂37a的量恒定时，随着燃料和空气量的增加，会产生更多热能。因此，第一加热部分371产生最大量的热能，第二加热部分372产生小于第一加热部分371的量的热能，且第三加热部分373产生小于第二加热部分372的量的热能。结果，第一反应部分41可以保持在对应于该部分期望的反应温度的300℃到600℃范围内的温度，第二反应部分42可以保持在对应于该部分期望的反应温度的200℃到300℃范围内的温度，且第三反应部分43可以保持在对应于该部分期望的反应温度的150℃到200℃范围内的温度。
即，具有上述结构的重整器30能通过在重整器中一体地形成多个反应部分35和多个加热部分37并调整供应到各个加热部分37的燃料的量而产生不同量的热能。因此，各个反应部分35可以保持在相应反应的期望反应温度。因此，可以简化重整器的结构并使整个燃料电池系统紧凑。此外，可以简化重整器的供热结构，因此最大化整个燃料电池系统的热效率和反应效率。
下面将详细描述根据本发明实施例的燃料电池系统的工作。
首先，燃料泵55通过第一供应线91将存储在第一箱51中的液体燃料供应到设置在第一导管32与第二导管33之间的第一加热部分371、第二加热部分372和第三加热部分373。同时，空气泵71通过第二供应线92将空气供应到各个加热部分371、372和373。然后，各个加热部分371、372和373利用催化剂37a通过燃料与空气之间的氧化反应而产生预定温度的热能。
由于燃料泵55和空气泵71每个都具有恒定的泵浦功率，且与加热部分371、3723和373相通的入口32a1、32a2和32a3具有不同的截面积，所以各个加热部分371、372和373被供以不同量的燃料和空气。由于各个加热部分371、372和373填充有同样量的催化剂37a，各个加热部分371、372和373在不同量的燃料和空气供应下产生不同量的热能。
即，随着入口32a1、32a2和32a3的截面积从第一入口32a1到第三入口32a3变小，使得量最大的燃料和空气注入第一加热部分371，量逐渐减小的燃料和空气注入到第二加热部分372和第三加热部分373。结果，第一加热部分371产生用于将第一反应部分41保持在重整催化反应所需的300℃到600℃范围内的温度的热能。第二加热部分372产生用于将第二反应部分42保持在水-气转化催化反应所需的200℃到300℃范围内的温度的热能。第三加热部分373产生用于将第三反应部分43保持在优先CO氧化催化反应所需的150℃到200℃范围内的温度的热能。
燃料泵51还将存储在第一箱51中的液体燃料和存储在第二箱53中的水通过第三供应线93供应到反应部分35。
然后，第一反应部分41通过蒸汽重整反应从燃料产生氢气。氢气包含作为蒸汽重整反应的副产品的一氧化碳。产生的氢气通过阻隔件36的孔36a供应到第二反应部分42。第二反应部分42通过水-气转化反应从氢气产生额外的氢，并减小包含在氢气中的一氧化碳的浓度。得到的氢气通过阻隔件36的孔36a供应到第三反应部分43。空气被空气泵71通过第四供应线94也供应到第三反应部分43。在第三反应部分43中，包含在氢气中的一氧化碳浓度通过氢气和空气的优先CO氧化反应进一步减小。
产生的氢通过第二导管33的反应器出口33b从第三反应部分43释放。在各个加热部分371、372和373中通过燃料与空气的氧化反应而产生的反应气体通过各个加热部分371、372和373的出口32b1、32b2和32b3释放。
随后，从反应器出口33b释放的氢通过第五供应线95供应到堆体10的发电体11。同时，空气通过第六供应线被空气泵71供应到堆体10的发电体11。然后，通过发电体11的分隔件16将氢供应到膜电极组件12的阳极。通过分隔件16将空气供应到膜电极组件12的阴极。
阳极通过氧化反应将氢气分解为电子和质子(氢离子)。然后，质子穿过电解质膜被移动到阴极，且电子穿过分隔件16或额外端子(未示出)被移动到相邻分隔件16，但不穿过电解质膜。电流通过电子的流动而产生，且热和水作为副产品产生。
此后，将详细描述根据本发明另一实施例的燃料电池系统。由于本发明的另一实施例具有与第一实施例相似的基本结构，将省略其详细描述，并仅详细描述不同的元件。在附图中，与第一实施例相同的元件用同样的标号表示，且不示出与描述不直接相关的元件。
图5是示出根据本发明第二实施例的燃料电池系统的一部分的示意图。
参照图5，在根据本实施例的燃料电池系统200中，使用与前面实施例相同的第一导管32和第二导管33以及催化剂装填。然而，为了控制提供到第一、第二和第三加热部分的燃料的量，使用具有不同容量的第一、第二和第三燃料泵55A、55B和55C将来自第一箱51的燃料供应到入口32a1、32a2和32a3，由此充当控制器。类似地，具有不同容量的第一、第二和第三空气泵71A、71B和71C供应空气到入口32a1、32a2和32a3。
对于这样的实施例，燃料泵55A、55B和55C可以是能够通过公知方法调整的隔膜泵(diaphragm pump)，从而以恒定速率控制到每个加热部分的燃料量。
对于这样的实施例，第一、第二和第三入口32a1、32a2和32a3可以是相同或不同尺寸。
根据本实施例，通过调整燃料泵55A、55B和55C以及空气泵71A、71B和71C的泵浦功率，各个加热部分371、372和373可以被供以不同量的燃料和空气。因此，各个加热部分371、372和373可以通过燃料与空气的氧化反应产生不同量的热能，并将热能供应到各个反应部分41、42和43。因此，各个反应部分41、42和43可以保持在各个反应的期望温度范围。
图6是示出根据本发明第三实施例的燃料电池系统的一部分的示意图。
参照图6，燃料电池系统300使用与前面实施例相同的第一导管32和第二导管33以及催化剂装载。然而，对本实施例，将入口32a1、32a2和32a3连接到第一箱51的第一供应线91设置有第一流量调整阀V1、V2和V3。将入口32a1、32a2和32a3连接到空气泵的第二供应线92设置有第二流量调整阀V4、V5和V6。第一流量调整阀V1、V2和V3和第二流量调整阀V4、V5和V6可以是节流阀(throttle valve)，且可以用来控制向使用单个燃料泵55和单个空气泵71的第一、第二和第三加热部分的燃料和空气的流动，每个泵都向各个加热部分371、372和373提供恒定的泵浦功率。
在本实施例中，供应到各个加热部分371、372和373的燃料和空气的流量可以通过第一流量调整阀V1、V2和V3以及第二流量调整阀V4、V5和V6而调整，这样不同量的热能可以供应到各个反应部分41、42和43。对本实施例，流量调整阀充当控制器。
与前面实施例一样，对于本实施例，第一、第二和第三入口32a1、32a2和32a3可以具有相同或不同的尺寸。
图7是示出根据本发明第四实施例的燃料电池系统的重整器的结构的截面图。
参照图7，使用与前面相同的基本第二导管(basic second conduit)33。然而，根据本实施例的重整器30A的各个反应部分35A，即第一反应部分41A、第二反应部分42A和第三反应部分43A，采用以蜂巢结构提供的催化剂。因此，各个反应部分35A具有这样的结构，其中催化剂材料41b、42b和43b承载在多个形成在陶瓷或金属承载单元(carrier cell)内表面上的平行穿透孔(penetrating hole)41c、42c和43c中。穿透孔41c、42c和43c构成用于通过燃料的通道，且通道的表面承载催化剂材料41b、42b和43b，用于加速反应部分35A的特定反应。
图8是示出根据本发明第五实施例的燃料电池系统的重整器的结构的截面图。
参照图8，采用与前面相同的基本第二导管33。然而，此处，重整器30B的反应部分35B包括第一反应部分41B和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43B从第二导管33的反应器入口33a向反应器出口33b依次设置。两个第三反应部分43B的每个都用于通过氢气和氧的优先CO氧化反应减少包含在从第一反应部分41B产生的氢气中的一氧化碳的浓度。
虽然在图中示出了两个第三反应部分43B，但本发明不局限于此，而是可以设置更多第三反应部分。
图9是示出根据本发明第六实施例的燃料电池系统的重整器的结构的截面图。
参照图9，采用与前面相同的基本第二导管33。然而，此处，根据本实施例的重整器30C的反应部分包括蒸发部分45、第一反应部分41、第二反应部分42和第三反应部分43。蒸发部分45、第一反应部分41、第二反应部分42和第三反应部分43从第二导管33的反应器入口33a到反应器出口33b依次设置。
蒸发部分45蒸发通过反应器入口33a供应的燃料，并向第一反应部分41供应燃料。蒸发部分45在约700℃或更高温度下蒸发燃料。
根据本实施例的加热部分37C包括对应于蒸发部分45的第四加热部分375，以及前面公开的分别对应于第一、第二和第三反应部分41、42和43的加热部分371、372和373。由于各个加热部分371、372、373和375包括同样量的催化剂37a和不同量的燃料和空气，所以各个加热部分371、372、373和375向蒸发部分45和各个反应部分41、42和43供应不同量的热能。
图10是示出根据本发明第七实施例的燃料电池系统的重整器结构的截面图。
参照图10，采用与前面所公开的相同的基本第二导管33。然而，此处，重整器30D的反应部分包括蒸发部分45、第一反应部分41和至少两个第三反应部分43。蒸发部分45、第一反应部分41和至少两个第三反应部分43从第二导管33的反应器入口33a到反应器出口33b依次设置。
虽然描述了本发明的示范性实施例，但本发明不局限于这些实施例，而是可以在不脱离本发明的权利要求、说明书和附图所述的范畴内以各种形式进行改进。因此，这些改进自然属于本发明的范畴。

Claims (27)

1、一种燃料电池系统的重整器，包括主反应体，所述主反应体包括：
多个反应部分，共同从第一部分燃料产生氢；
多个加热部分，基于第二部分燃料的氧化向所述多个反应部分供应热能，其中基于各个反应部分的能量需求通过各个加热部分产生的不同量的热能。
2、如权利要求1所述的重整器，还包括一个或多个适于控制提供到各个加热部分的燃料的量的控制器。
3、如权利要求2所述的重整器，其中每个加热部分对应于特定反应部分。
4、如权利要求3所述的重整器，其中所述控制器包括多个到加热部分的入口，其中所述入口具有不同截面积。
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重整反应部分和至少一个与所述重整反应部分相继设置的一氧化碳减少部分，且到对应于重整反应部分的加热部分的入口的截面积大于到对应于一氧化碳减少部分的加热部分的入口的截面积。
6、如权利要求1所述的重整器，其中所述加热部分包括分为多个加热部分的第一反应容器，所述反应部分包括分为多个反应部分的第二反应容器，且所述第二反应容器被包围在第一反应容器内。
7、如权利要求6所述的重整器，其中所述第一反应容器包括第一导管且所述第二反应容器包括第二导管，其中所述第二导管在第一导管中同轴排列。
8、如权利要求7所述的重整器，还包括多个适于控制供给到所述多个加热部分的燃料的量的控制器。
9、如权利要求8所述的重整器，其中所述控制器包括多个到所述加热部分的入口，其中所述入口具有不同截面积。
10、如权利要求9所述的重整器，其中所述多个反应部分包括重整反应部分和至少一个与所述重整反应部分相继设置的一氧化碳减少部分，且到对应于重整反应部分的加热部分的入口的截面积大于到对应于一氧化碳减少部分的加热部分的入口的截面积。
11、如权利要求6所述的重整器，其中所述第二反应容器被穿孔的阻隔件分隔为多个反应部分。
12、如权利要求6所述的重整器，其中所述第二反应容器被阻隔壁分隔为多个反应部分。
13、如权利要求6所述的重整器，其中所述第一反应容器包括从包含陶瓷、不锈钢和铝的组中选择的材料。
14、如权利要求6所述的重整器，其中所述第二反应容器包括从包含不锈钢、铝、铜和铁的组中选择的材料。
15、如权利要求1所述的重整器，其中所述多个反应部分和多个加热部分的每一个都包括用于加速相应反应的催化剂。
16、一种燃料电池系统，包括：
含氢燃料源；
至少一个发电体；和
重整器，从一部分含氢燃料产生氢，其中所述重整器包括多个反应部分，共同产生用于发电体的氢，和多个加热部分，基于第二部分含氢燃料的氧化向所述多个反应部分供应热能，其中基于各个反应部分的能量需求通过各个加热部分产生不同量的热能。
17、如权利要求16所述的燃料电池系统，还包括一个或多个适于控制供应到各个加热部分的燃料的量的控制器。
18、如权利要求17所述的燃料电池系统，其中每个加热部分对应于特定反应部分。
19、如权利要求18所述的燃料电池系统，其中所述控制器包括多个到所述加热部分的入口，其中所述入口具有不同截面积。
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重整反应部分和至少一个与所述重整反应部分相继设置的一氧化碳减少部分，且到对应于重整反应部分的加热部分的入口的截面积大于到对应于一氧化碳减少部分的加热部分的入口的截面积。
21、如权利要求18所述的燃料电池系统，其中所述控制器包括多个对应于所述多个加热部分的燃料泵。
22、如权利要求18所述的燃料电池系统，其中所述控制器包括多个对应于所述多个加热部分的空气泵。
23、如权利要求18所述的燃料电池系统，其中所述控制器包括多个对应于所述多个加热部分的燃料调整阀。
24、如权利要求18所述的燃料电池系统，其中所述控制器包括多个对应于所述多个加热部分的空气调整阀。
25、如权利要求16所述的燃料电池系统，其中所述加热部分包括分为多个加热部分的第一反应容器，且所述反应部分包括分为多个反应部分的第二反应容器，其中所述第二反应容器包围在所述第一反应容器内。
26、如权利要求25所述的燃料电池系统，其中所述第一反应容器包括第一导管，且所述第二反应容器包括第二导管，其中所述第二导管同轴地设置于第一导管内。
27、如权利要求26所述的燃料电池系统，还包括多个适于控制供应到所述多个加热部分的燃料的量的控制器。
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