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Für diese
Anmeldung wird die Priorität
der koreanischen Patentanmeldung Nr. 2005-77861, angemeldet am 24.
August 2005 beim koreanischen Patentamt, beansprucht, deren Offenbarung
durch Bezugnahme hier eingeschlossen ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen dünnen Mikroreformer, der in
einer Brennstoffzelle verwendet wird, und insbesondere einen verbesserten dünnen Mikroreformer
mit einer Brennstoff-Ladevorrichtung, die zwischen einem Reformer-Abschnitt, der
durch Absorbieren von Wärme
reagiert, und einem CO-Entferner,
der durch Emittieren von Wärme reagiert,
angeordnet ist, um den Reformer-Abschnitt und den CO-Entferner abzuteilen.
Der Reformer ermöglicht
eine effektive Reformierungs-Reaktion auf einer einzigen Lage eines
Substrats, das Senken des Innendrucks in dem CO-Entferner und das
Eintreten von Außenluft
mittels einer kleinen Pumpe.
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Der
aktuelle Anstieg in der Verwendung von Mobiltelefonen, PDAs, Digitalkameras,
Laptops und anderen kleinen, tragbaren, elektronischen Vorrichtungen – und insbesondere
der Beginn der DMB-Übertragung
für Mobiltelefone – hat zu
einem Bedürfnis
nach effektiveren Energievorsorgungen für tragbare, kompakte Endgeräte geführt. Wiederaufladbare
Lithium-Ionen-Batterien, die heute in breitem Umfang verwendet werden,
liefern nur Energie für
2 Stunden DMB-Sehen. Obwohl Anstrengungen unternommen werden, die
Leistung derselben zu verbessern, wird die Brennstoffzelle als Alternativlösung für das oben
genannte Problem betrachtet.
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Verfahren
solcher Brennstoffzellen schließen Direktmethanol-Brennstoffzellen,
die Methanol an Brennstoffelektroden liefern, sowie RHFC-Brennstoffzellen
(RHFC) ein, die Wasserstoff aus Methanol extrahieren, um dieses
an Brennstoffelektroden zu liefern. In RHFC-Brennstoffzellen wird
wie bei einer Polymerelektrodenmembran (PEM) Wasserstoff als Brennstoff
verwendet, und sie weisen den Vorteil auf, dass sie leistungsstark
sind, eine hohe verfügbare Leistungskapazität pro Mengeneinheit
aufweisen und dass keine anderen Nebenprodukte als Wasser entstehen.
Jedoch muss zu dem System ein Reformer hinzugefügt werden, wodurch die Vorrichtung
für Miniaturisierung
ungeeignet ist.
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Um
aus einer solchen Brennstoffzelle eine hohe Leistungsabgabe zu erhalten,
wird ein Reformer verwendet, um flüssigen Brennstoff in Wasserstoffgas-Brennstoff umzuwandeln.
Diese Art Reformer umfasst einen Verdampfer zum Umwandeln von flüssigem Methanol
in eine gasförmige
Form, einen Reformer-Abschnitt,
der Methanol-Brennstoff in Wasserstoff durch katalytische Umwandlung
bei einer Temperatur zwischen 250°C
und 290°C
umwandelt, und einen CO-Entferner
(oder einen PROX), der das Nebenprodukt Kohlenmonoxid entfernt.
Technologie ist erforderlich, um den Reformer-Abschnitt (der reagiert,
um Wärme
zu absorbieren) bei einer Temperatur zwischen 250°C und 290°C und den
CO-Entferner bei
einer Temperatur zwischen 170°C
und 200°C zu
halten, um die optimale Reaktionseffizienz zu erzeugen.
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Jedoch
wird Silizium, welches günstige
Wärmeleiteigenschaften
aufweist, als Substratmaterial verwendet und muss in einem Bereich
angewendet werden, der isoliert wurde, um eine Wärmeableitung nach außen zu verhindern.
Somit ist es schwierig, dass die Temperatur auf einem Substrat in
zwei getrennten Abschnitten jeweils beibehalten wird, und eine Gestaltung,
die dies ermöglicht,
wird benötigt.
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Wie
in 1 dargestellt, ist
ein herkömmlicher
kompakter Reformer 250 in dem japanischen Patent Nr. 2004-288573
offenbart, welches hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Dieser
herkömmliche
kompakte Reformer 250 umfasst eine Wärmeisolierungs-Baugruppe 258 und
einen Brennstoff-Verbrennungsverdampfer 251, einen Brennstoff-Verdampfungserzeuger 255,
einen Brenner 252, einen CO- Entferner 257, einen weiteren
Brenner 254, einen Reformer-Abschnitt 256 und
noch einen weiteren Brenner 253, die aufeinanderfolgend
in der Wärmeisolierungs-Baugruppe 258 gestapelt sind.
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Wärmeisolierte
Träger 261 und 262 sind
unter dem Brennstoff-Verbrennungsverdampfer 251 eingebaut,
um den Brennstoff-Verbrennungsverdampfer 251 zu
stützen.
Der Brennstoff-Verbrennungsverdampfer 251 ist
von den Innenwänden
der Wärmeisolierungs-Baugruppe 258 getrennt.
Dementsprechend ist es schwierig, diesen herkömmlichen Reformer aufgrund
seiner Mehrschicht-Struktur kompakt zu gestalten.
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Ein
anderer herkömmlicher
kompakter Reformer ist in 2 dargestellt
und in dem japanischen Patent Nr. 2003-45459 offenbart, welches
hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Dieser herkömmliche
Reformer umfasst ein erstes Substrat 352, welches eine
flache Abdeckung bildet, ein zweites Substrat 354, welches
auf seiner einen Seite Strömungswege 354a bildet
und in dem eine katalytische Schicht 354b gebildet ist,
und ein drittes Substrat 356, welches einen wärmeisolierenden
Hohlraum 356b mit einer darin gebildeten Spiegelfläche 356a aufweist.
Ein Reformer-Abschnitt wird durch den Strömungsweg 354a des
zweiten Substrats 354 gebildet und weist die katalytische
Schicht 354b auf, die Wasserstoffgas und CO2 aus
Methanol und Wasser erzeugt, und ein Dünnfilm-Heizer 358 ist unter der katalytischen
Schicht 354b entlang dem Reformer-Abschnitt gebildet.
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Obwohl
durch das Vorsehen des Heizers 358 in den Strömungswegen
des oben genannten herkömmlichen
Reformers die Wärmeeffizienz
gesteigert wird, ist die Struktur komplex und somit schwierig herzustellen,
und die katalytische Schicht 354b ist auf einen Abschnitt
begrenzt, wodurch die Reformierungs-Effizienz gesenkt wird.
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Ein
weiterer herkömmlicher
kompakter Reformer 400 ist in 3 dargestellt und in dem japanischen
Patent Nr. 2004-066008 offenbart, welches hier durch Bezugnahme
eingeschlossen ist. Diese herkömmliche
Technologie sieht einen im hohen Maß wärmeleitenden Wärmeleitungsabschnitt 413 aus Aluminium
(für sehr
effiziente Wärmeleitung)
zwischen zwei Substraten 411 und 412 und eine
reaktive katalytische Schicht 416 in dem feinen Strömungsweg 414,
der in der Innenfläche
des Hauptsubstrats 411 gebildet ist, vor.
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Eine
katalytische Verbrennungsschicht 417 wird in einem feinen
Strömungsweg 415,
der in der Innenfläche
des Verbrennungssubstrats 412 gebildet ist, vorgesehen,
und ein Dünnfilm-Heizer 423 ist
auf der Außenfläche des
Verbrennungssubstrats 412 vorgesehen.
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Brennbarer
Brennstoff, der in dem Strömungsweg 415 geliefert
wird, wird durch eine Verbrennungsreaktion auf der katalytischen
Verbrennungsschicht 417 verbrannt. Die durch die Verbrennung
erzeugte Wärmeenergie
und die Energie des Heizens des Dünnfilm-Heizers 423 werden
zusammengefasst, um das Innere des Strömungswegs 414 zu heizen.
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Dementsprechend
wird der Verlust an Wärmeenergie,
die zu der in den Strömungswegen 414 und 415 der
Substrate 411 und 412 eingebauten reaktiven katalytischen
Schicht 416 geliefert wird, reduziert.
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Bei
den oben beschriebenen herkömmlichen Strukturen
sind jedoch mindestens 3 Dünnfilme gestapelt, wobei ein
großer
Reformer gebildet wird. Des Weiteren muss, um Luft in den CO-Entferner
zu liefern, der einen hohen Innendruck aufweist, eine große Luftpumpe
verwendet werden, um Druckluft zu liefern. Somit ist die Miniaturisierung
von für
den Reformer erforderlichen Bestandteilen problematisch.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Demgemäß betrifft
die vorliegende Erfindung einen dünnen Reformer, mit dem ein
oder mehrere der Probleme aufgrund Beschränkungen und Nachteilen im Stand
der Technik im Wesentlichen vermieden werden.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen dünnen Reformer vorzusehen, der
insgesamt dünn
gebildet ist, so dass er in geeigneter Weise in einer Brennstoffzelle
etc. verwendet werden kann.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten
dünnen
Reformer vorzusehen, welcher einen Abfall des Innendrucks des CO-Entferners
bewirkt, so dass eine Luftpumpe geringer Größe verwendet werden kann, wodurch
die gesamte Vorrichtung miniaturisiert wird.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden teilweise in der
folgenden Beschreibung dargelegt und teilweise dem Fachmann beim Studium
des Nachfolgenden oder aus der praktischen Anwendung der Erfindung
offenbar. Die Ziele und andere Vorteile der Erfindung können durch
die Struktur realisiert und erhalten werden, die insbesondere in
der schriftlichen Beschreibung und den Ansprüchen sowie in den beigefügten Zeichnungsfiguren
dargelegt ist.
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Um
diese Ziele und andere Vorteile wie hier ausgiebig beschrieben zu
erzielen, ist ein in einer Brennstoffzelle verwendeter dünner Reformer
vorgesehen, welcher aufweist: ein Substrat, in welchem ein Strömungsweg
gebildet ist; einen Brennstoff-Füllabschnitt
zum Füllen
des Strömungswegs
mit Brennstoff; einen Reformer-Abschnitt, um auf einer Seite des
Brennstoff-Füllabschnitts
in dem Substrat einen Strömungsweg
zu bilden, um den Brennstoff in Wasserstoffgas durch eine wärmeabsorbierende
Reaktion zu reformieren; einen CO-Entferner zum Bilden eines Strömungswegs
auf einer gegenüberliegenden Seite
des Brennstoff-Füllabschnitts
in dem Substrat, um in dem Wasserstoffgas enthaltenes CO-Gas aus dem
Wasserstoffgas durch eine wärmestrahlende Reaktion
zu entfernen; und eine Abdeckung zum Abdecken eines oberen Abschnitts
des Substrats und Abdichten der Strömungswege zu einer Außenseite, wobei
der Brennstoff-Füllabschnitt
die wärmeabsorbierende
Reaktion des Reformer-Abschnitts
und die wärmestrahlende
Reaktion des CO-Entferners abteilt und eine reformierende Reaktion
bewirkt.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass sowohl die vorstehende allgemeine
Beschreibung als auch die nachfolgende genaue Beschreibung der vorliegenden
Erfindung beispielhaft und erklärend
sind und vorgesehen sind, um eine weitere Erklärung der Erfindung wie beansprucht
zu bieten.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
beigefügten
Zeichnungen, welche eingeschlossen sind, um ein weiteres Verständnis der
Erfindung vorzusehen, und in dieser Anmeldung eingeschlossen sind
und einen Teil derselben bilden, stellen die Ausführungsformen(en)
der Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die
Grundlagen der Erfindung zu erklären.
In den Zeichnungsfiguren ist:
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1 eine
Schnittansicht eines Reformers gemäß dem Stand der Technik;
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2 eine
Schnittansicht eines alternativ strukturierten Reformers gemäß dem Stand
der Technik;
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3 eine
Schnittansicht eines Reformers mit einer noch anderen Struktur gemäß dem Stand der
Technik;
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4 eine
perspektivische Explosionsansicht eines dünnen Reformers gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 eine
Darstellung einer Struktur eines dünnen Reformers gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, wobei 5a eine Draufsicht
ist, 5b eine Schnittansicht entlang
einer Linie A-A in 5a ist und 5c eine Schnittansicht entlang der Linie
B-B in 5a ist;
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6 eine
Darstellung einer Struktur eines dünnen Reformers gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei 6(a) eine
Draufsicht ist, 6(b) eine Schnittansicht
entlang einer Linie C-C
in 6(a) ist und 6(c) eine
Schnittansicht entlang einer Linie D-D in 6(a) ist;
und
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7 eine
Draufsicht, welche ein Heizelement eines dünnen Reformers gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt, das eine elektrisch schaltbare Widerstands-Leiterbahn
auf der Bodenfläche
des Substrats bildet.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Es
wird nun genauer Bezug genommen auf die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungsfiguren
dargestellt sind.
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Wie
in 4 dargestellt, weist ein dünner Reformer 1 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Substrat 10 mit einem darin
gebildeten Strömungsweg
auf. Das Substrat 10 kann aus Silizium, Metall, Glas, Keramik
und wärmeresistentem
Kunststoff sein, und vertiefte Strömungswege sind durch Ätzen in
eine Seite des Substrats 10 gebildet.
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Das
heißt,
dass Ätzen
auf einer Seite des Substrats 10 durchgeführt wird,
wobei eine gewünschte
Anordnung von beabsichtigten Strömungswegen
gebildet wird.
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Ein
Brennstoff-Füllabschnitt 20 ist
vorgesehen, um die Innenseiten der Strömungswege des Substrats 10 mit
Brennstoff zu füllen.
Der Brennstoff-Füllabschnitt 20 ist,
wie in 4 und 5 dargestellt, an einem annähernd zentralen
Ort des Substrats 10 gebildet. Der Strömungsweg 22 des Brennstoff-Füllabschnitts 20 ist
gebildet, um von einem Rand des Substrats 10 zum gegenüberliegenden Rand
des Substrats 10 durch eine Vielzahl von abteilenden Wänden 24,
die sich ebenfalls von einer Seite zur anderen des Substrats 10 erstrecken,
zu verlaufen. Nachdem er sich derart in einer Richtung erstreckt,
ist der Strömungsweg 22 gebildet,
um in entgegengesetzter Richtung zu verlaufen.
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Um
flüssigen
Brennstoff (Methanol) in den Brennstoff-Füllabschnitt 20 zu
füllen,
ist ein Brennstoff-Füllloch 110 in
der Abdeckung 100, welche die Oberseite des Substrats 10 abdeckt,
gebildet, so dass der flüssige
Brennstoff in den Brennstoff-Füllabschnitt 20 gefüllt werden
kann.
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An
dem Ausgangsende des Brennstoff-Füllabschnitts 20 ist
ein Verdampfer 30 zum Erhitzen des flüssigen Brennstoffes und Umwandeln
desselben in eine gasförmige
Form gebildet. Der Verdampfer 30 verdampft flüssigen Brennstoff,
so dass dieser in einem für
das Reformieren optimalen Zustand ist. Eine Vielzahl abteilender
Wände 34 zum
Bilden eines Serpentinen-Strömungswegs 32 des
Verdampfers 30 müssen
keine darin gebildeten Katalysatoren aufweisen.
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Der
Verdampfer 30 weist jedoch, da er eine Wärmequelle
ist, ein Heizelement 36 auf, das in einer elektrisch schaltbaren
Widerstands-Leiterbahn auf der Bodenfläche gebildet ist, um den Verdampfer 30 auf
der Oberseite des Substrats 10 durch das Substrat 10 zu
heizen.
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Ebenfalls
ist bei dem erfindungsgemäßen Reformer
ein Strömungsweg 42,
durch welchen der Brennstoff fließt, in dem Substrat 10 an
dem stromabwärts
gelegenen Ende des Verdampfers 30 gebildet, und ein Reformer-Abschnitt 40 ist
gebildet, um den Brennstoff durch wärmeabsorbierende Reaktion in Wasserstoffgas
zu reformieren. Der Reformer-Abschnitt 40 ist zu einer
Seite des Substrats 10 geneigt und an dem stromabwärts gelegenen
Ende des Verdampfers 30 gebildet, und der Strömungsweg 42 ist mit
dem Strömungsweg 32 des
Verdampfers 30 verbunden. Abteilende Wände 44 sind gebildet,
um den Strömungsweg 42 des
Reformer-Abschnitts 40 in
der gleichen Serpentinenform wie den Strömungsweg 32 des Verdampfers 30 zu
bilden.
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Somit
sind die Strömungswege 32 und 42 des
Verdampfers 30 und des Reformer-Abschnitts 40 in einer Serpentinen-Zickzack-Form
entlang der gesamten Länge
des Strömungswegs 22 des
Brennstoff-Füllabschnitts 20 an
dessen einer Seite gebildet, sie sind mit einer Vielzahl von abteilenden
Wänden 34 und 44 gebildet
und weisen einen Katalysator 46 zum Reformieren des Brennstoffs
in dem Strömungsweg 42 des
Verdampfers 40 in gasförmigen Wasserstoff
auf. Wasserstoff wird zu einer Fülle
von reformiertem Gas durch katalytische Reaktion des Brennstoffs
in dem Reformer-Abschnitt 40 umgewandelt. Als Katalysator 46 des
Reformer-Abschnitts 40 wird Cu/ZnO oder Cu/ZnO/Al2O3 verwendet. Der
Katalysator 46 kann an den abteilenden Wänden 44, welche
den Strömungsweg 42 bilden,
befestigt sein.
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Der
Reformer-Abschnitt 40 reformiert Methanol oder andere Kohlenwasserstoff-Brennstoffe durch
katalytische Umwandlung, welche von Wärmeabsorption begleitet wird,
in Wasserstoffgas. Eine Wärmequelle,
die für
diesen Vorgang erforderlich ist, ist in Form eines Heizelements 48 gestaltet,
das auf dem Boden des Substrats 10 gebildet ist. Das Heizelement 48 des
Reformer-Abschnitts 40 ist in einer Leiterbahn eines elektrisch
schaltbaren Widerstands auf der Bodenfläche des Substrats 10 gebildet
und teilt den Reformer-Abschnitt 40 auf der Oberfläche des
Substrats 10 durch das Substrat 10. Das Heizelement 48 des
Reformer-Abschnitts 40 kann
einstückig
in einer einzelnen elektrisch schaltbaren Widerstands-Leiterbahn
mit dem Heizelement 36 des Verdampfers 30 gebildet
sein.
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Gleichermaßen ist
das Heizelement 48 des Reformer-Abschnitts 40 auf
der Unterseite des Substrats 10 gebildet und hält den Reformer-Abschnitt 40 durch
das Substrat 10 auf einer vorbestimmten Temperatur, vorzugsweise
zwischen 250 und 290°C.
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Ebenfalls
ist an dem stromabwärts
gelegenen Ende des Reformer-Abschnitts 40 des Substrats 10 bei
der vorliegenden Erfindung ein CO-Entferner 60 gebildet,
der CO aus dem durch den Reformer-Abschnitt 40 erzeugten
reformierten Gas entfernt.
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Der
CO-Entferner 60 bildet einen Strömungsweg an dem gegenüberliegenden
Ende des Brennstoffs-Füllabschnitts 20 in
dem Substrat 10 und entfernt in dem Wasserstoffgas enthaltenes
CO durch Wärme
emittierende Reaktion.
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Der
Reformer-Abschnitt 40 liefert reformiertes Gas einschließlich Wasserstoffgas,
Kohlenmonoxid und Kohlendioxid an den CO-Entferner 60,
welcher durch einen engeren Verbindungsabschnitt 50 an
dem Ende des Strömungswegs
beliefert wird. Der Verbindungsabschnitt 50 erstreckt sich
entlang des Rands des Substrats 10, und ein verbreiterter
Strömungsweg-Abschnitt 54 mit
einem größeren Strömungsweg
als der des Verbindungsabschnitts 50 ist an dem Eingang
des CO-Entferners 60 vorgesehen.
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Das
reformierte Gas einschließlich
Wasserstoffgas, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid strömt zuerst
durch den engeren Verbindungsabschnitt 50 und wird dann
in den breiteren Strömungsweg-Abschnitt 54 entladen,
was zu einer Druckminderung führt, wenn
es zu dem CO-Entferner 60 fließt.
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Der
CO-Entferner 60 bildet einen Strömungsweg 62 durch
eine Vielzahl von abteilenden Wänden 64 des
Verdampfers 30 und des Reformer-Abschnitts 40.
An dem Eingangsende des Strömungswegs 62 oder
dem breiteren Strömungsweg-Abschnitt 54 ist
ein Lufteingangsloch 112 in der Abdeckung 100,
welche die Oberfläche
des Substrats 10 abdeckt, gebildet.
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Ein
Katalysator 66 zum Entfernen des durch den Reformer-Abschnitt 40 erzeugten
CO-Gases ist in dem Strömungsweg 62 aufgetragen.
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Bei
dem reformierten Gas, das in den CO-Entferner 60 eintritt
und mit Sauerstoff reagiert, um CO zu entfernen, kann der in dem
CO-Entferner 60 verwendete Katalysator aus Pt, Pt/Ru und Cu/CeO/Al2O3 sein.
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Der
CO-Entferner 60 wandelt CO (das für Menschen schädlich ist)
in CO2 (das für Menschen nicht schädlich ist)
durch katalytische Umwandlung, die von einer Wärme emittierenden Reaktion
begleitet wird. Eine für
diesen Vorgang erforderliche Wärmequelle
ist ein Heizelement 68 für den CO-Entferner 60,
wobei die Heizquelle auf der Bodenfläche des Substrats 10 gebildet
ist.
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Das
Heizelement 68 des CO-Entferners 60 ist auf dem
Boden des Substrats 10 in Form einer elektrisch schaltbaren
Widerstands-Leiterbahn gebildet und heizt den CO-Entferner 60 auf
dem Substrat 10 durch das Substrat 10.
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Das
Heizelement 68 des CO-Entferners 60 ist als elektrisch
schaltbare Widerstands-Leiterbahn gebildet und hält den CO-Entferner 60 bei
einer vorbestimmten Temperatur von vorzugsweise 170 bis 200°C mittels
einer angemessenen Stromzufuhr und deren Steuerung.
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Ebenfalls
Teil der vorliegenden Erfindung ist die Abdeckung 100,
welche die Oberfläche
des Substrats 10 abdeckt und die innen liegenden Strömungswege 22, 32, 42 und 62 nach
außen
abdichtet. Für
die Abdeckung 100 können
die gleichen Materialien wie für
das Substrat 10 verwendet werden, zum Beispiel Silizium,
Metall, Glas, Keramik und wärmebeständiger Kunststoff,
und können
fest eingebaut werden, indem sie auf die Oberfläche des Substrats 10 gebunden
werden.
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In
der Abdeckung 100 können
vertiefte Strömungswege
gebildet sein, die den Strömungswegen 22, 32, 42 und 62 des
Brennstoff-Füllabschnitts 20, des
Verdampfers 30, des Reform-Abschnitts 40 und des
CO-Entferners 60 entsprechen, so dass das Innenvolumen
der von dem Substrat 10 und der Abdeckung 100 gebildeten
Strömungswege
vergrößert werden
kann.
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Wenn
die Abdeckung 100 fest mit dem Substrat 10 verbunden
ist, bildet sie eine Auslassöffnung 114 für reformiertes
Gas in der Nähe
des Ausgangs des Strömungswegs 62 des
CO-Entferners 60. Das heißt, reformiertes Gas einschließlich Wasserstoffgas
und CO2 strömt von dem CO-Entferner 60 zur Außenseite
des Substrats 10.
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Demgemäß bildet
die Abdeckung 100 das Brennstoff-Füllloch 110 in dem
Brennstoff-Füllabschnitt 20,
das Lufteingangsloch in dem breiteren Strömungsweg-Abschnitt 54 am
Eingang des CO-Entferners 60 und die Auslassöffnung 114 für reformiertes
Gas am Ausgangsende des CO-Entferners 60, so dass flüssiger Brennstoff
in reformiertes Gas einschließlich
Wasserstoff und CO2 reformiert wird, das
ausströmt.
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In
den dünnen
Reformer 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung wird flüssiger
Brennstoff durch das Brennstoff-Füllloch 110 gefüllt, um
durch den Brennstoff-Füllabschnitt 20 in
den von dem Substrat 10 und der Abdeckung 100 gebildeten
inneren Strömungsweg 22 zu
strömen.
Da dieser flüssige
Brennstoff durch den im Groben mittleren Abschnitt des Substrats 10 fließt, teilt
dieser den Reformer-Abschnitt 40, der
auf einer Seite des Substrats 10 vorgesehen ist, und den
CO-Entferner 60,
der auf der anderen Seite vorgesehen ist, ab.
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Der
flüssige
Brennstoff, der durch den Brennstoff-Füllabschnitt 20 strömt, tritt
in den Verdampfer 30 ein und wird bei der für das Reformieren notwendigen
Temperatur, 250 bis 290°C,
verdampft.
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Dann
tritt der verdampfte Brennstoff in den Reformer-Abschnitt 40,
der an dem stromabwärts
gelegenen Ende des Verdampfers 30 gebildet ist, ein und
wird einer katalytischen Umwandlung, welche von Wärmeabsorption
begleitet wird, bei einer Temperatur von 250 bis 290°C unterzogen,
wobei reformiertes Gas einschließlich Wasserstoffgas, CO und CO2 erzeugt wird.
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Das
reformierte Gas strömt
durch den engen Verbindungsabschnitt 50 des Strömungswegs
und fließt
stromabwärts
zu dem CO-Entferner 60. Während dieses Vorgangs strömt reformiertes
Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck durch den engen Verbindungsabschnitt 50 und
wird druckgemindert, wenn es in den plötzlich breiteren Strömungsweg-Abschnitt 54 des
CO-Entferners 60 eintritt, so dass der Druck des Gases
in dem breiteren Strömungsweg-Abschnitt 54 wesentlich
niedriger ist als in dem Reformer-Abschnitt 40.
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Dann
strömt
das reformierte Gas durch das Lufteingangsloch der Abdeckung 100 über dem
breiteren Strömungsweg-Abschnitt 54,
wobei es durch den CO-Entferner 60 strömt, während Luft
eintritt.
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Wärmestrahlung
tritt in dem CO-Entferner 60 bei einer Temperatur von 170
bis 200°C
auf, gemeinsam mit einer katalytischen Umwandlung einer selektiven
Oxidation, wodurch CO in dem reformierten Gas in CO2 umgewandelt
wird, so dass es für
Menschen nicht schädlich
ist.
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An
diesem Punkt wird reformiertes Gas mit Wasserstoffgas und CO2 erzeugt, während es durch den CO-Entferner 60 strömt, und
das reformierte Gas strömt
durch die Auslassöffnung 114 für reformiertes Gas
in der Abdeckung 100 aus.
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Der
Brennstoff-Füllabschnitt 20,
durch welchen in dem oben genannten Vorgang flüssiger Methanol-Brennstoff
bei Raumtemperatur eingefüllt wird,
ist bei der vorliegenden Erfindung in der Mitte des Reformer-Abschnitts 40 und
des CO-Entferners 60 gebildet.
Da ein separater Heizer oder Katalysatorheizer nicht eingebaut ist,
wird die Wärme
von 250 bis 290°C,
die von dem Reformer-Abschnitt 40 geleitet wird, und die
Wärme von
170 bis 200°C,
die von dem CO-Entferner 60 geleitet wird, von dem flüssigen Brennstoff
absorbiert. Somit kann der Brennstoff-Füllabschnitt 20 klar
die Temperaturen des Reformer-Abschnitts 40 und des CO-Entferners 60 teilen.
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Luft,
die für
die Oxidation in dem CO-Entferner 60 erforderlich ist,
muss von außen
geliefert werden; und in diesem Fall kann eine Pumpe (nicht dargestellt)
zum Liefern von Luft durch das Lufteingangsloch 112 in
der Abdeckung 100 eine kompakte Pumpe mit geringer Leistung
sein. Das heißt,
da sich das reformierte Gas von dem Reformer-Abschnitt 40 durch
den Verbindungsabschnitt 50 mit einem Bereich mit schmalem
Querschnitt zu dem breiten Strömungsweg-Abschnitt 54 des
CO-Entferners 60 bewegt, dass der Abfall des Innendrucks
in dem breiten Strömungsweg-Abschnitt 54 bewirkt,
dass der Druck in dem breiten Strömungsweg-Abschnitt 54 wesentlich
geringer ist als der Druck in dem Reformer-Abschnitt 40,
so dass Luft von außen
leicht durch das Lufteingangsloch 112 eintreten kann.
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Demgemäß kann eine
Pumpe, die Luft durch das Lufteingangsloch 112 liefert,
im Vergleich zu jener im Stand der Technik kleiner sein.
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6 stellt
die Struktur eines dünnen
Reformers 1' gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung dar.
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Der
dünne Reformer 1' gemäß der alternativen
Ausführungsformen
hat, wenn er mit dem in 5 dargestellten dünnen Reformer
verglichen wird, breitere Strömungswege 42 und 62 des
Reformer-Abschnitts 40 und des CO-Entferners 60.
Ebenfalls sind die Katalysatoren 46' und 66' des Reformer-Abschnitts 40 und
des CO-Entferners 60 nicht durch Beschichtung etc. auf
den abteilenden Wänden 44 und 64 der
Strömungswege 42 und 62 gebildet,
sondern mit Partikeln gefüllt,
zwischen denen der Brennstoff und die Gase fließen.
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Insbesondere
können
Partikel aus Cu/ZnO oder Cu/ZnO/Al2O3 als Katalysator 46' in dem Reformer-Abschnitt 40 in
den Strömungsweg 42 des
Reformer-Abschnitts 40 gefüllt sein.
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Hier
können
die Partikel aus einer Größe gebildet
sein, die verhindert, dass sie durch den Verdampfer 30 am
Anfang des Reformer-Abschnitts 40 oder dem Verbindungsabschnitt 50 am
Ende des Reformer-Abschnitts 40 austreten.
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Ebenfalls
kann der in dem CO-Entferner 60 verwendete Katalysator 66' die Form von
Partikeln aus Pt, Pt/Ru und Cu/CeO/Al2O3 annehmen.
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Die
Katalysatorpartikel 66' in
dem CO-Entferner können
eine Größe aufweisen,
die verhindert, dass sie aus dem breiten Strömungsweg-Abschnitt 54 am
Eingang des CO-Entferners 60 oder dem Austrittsloch 114 für reformiertes
Gas am Ausgang des CO-Entferners 60 austreten.
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Ebenfalls
können
in der Abdeckung 100, die an das Substrat 10 gebunden
ist und dieses abdeckt, vertiefte Strömungswege gebildet sein, die
den Strömungswegen 22, 32, 42 und 62 des
Brennstoff-Füllabschnitts 20,
des Verdampfers 30, des Reformers 40 und des CO-Entferners 60 entsprechen,
so dass das Innenvolumen der Strömungswege 22, 32, 42 und 62,
die durch das Substrat 10 und die Abdeckung 100 gebildet
sind, vergrößert ist.
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In
dem dünnen
Reformer 1' gemäß der alternativen
Ausführungsform
der Erfindung wird das heiße
und unter hohem Druck stehende reformierte Gas von dem engen Verbindungsabschnitt 50,
welcher den Reformer-Abschnitt 40 und den CO-Entferner 60 verbindet,
zu dem breiten Strömungsweg-Abschnitt 54 weitergeleitet,
um wirksam den Druck zu reduzieren. Somit muss die Leistung der
Pumpe, welche Luft in das Lufteingangsloch 112 liefert,
bei dieser Ausführungsform
nicht groß sein
und diese kann eine kompakte Pumpe sein.
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Verglichen
mit dem dünnen
Reformer 1, der in 4 und 5 dargestellt
ist, ist der dünne
Reformer 1' gemäß der alternativen
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung im Wesentlichen gleich hinsichtlich der Materialien
des Substrats 10 und der Positionen des Brennstoff-Füllabschnitts 20,
des Verdampfers 30, des Reformer-Abschnitts 40,
des CO-Entferners 60 und der Heizelemente, so dass die beiden
Reformer gleiche Funktionen aufweisen.
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Obwohl
sich der dünne
Reformer 1' gemäß der alternativen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung von dem in 4 und 5 dargestellten dünnen Reformer 1 unterscheidet,
ermöglichen
die Partikel mehr Spielraum in der Anordnung oder Gestaltungen der
Katalysatoren 46' und 66' und somit eine
einfachere Herstellung desselben.
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Der
dünne Reformer
gemäß der vorliegenden
Erfindung sieht einen Brennstoff-Füllabschnitt zwischen
einem Reformer-Abschnitt und einem CO-Entferner auf einem einzelnen
Substrat vor, um Wärme
zwischen dem Reformer-Abschnitt und dem CO-Entferner zu blockieren,
wodurch zwei separate Temperaturbereiche erzeugt werden und die
Reaktionseffizienz für
den jeweiligen Bereich gesteigert wird.
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Ebenfalls
ermöglichen
das Substrat, in welchem Strömungswege
gebildet sind, und eine Abdeckung, welche die Strömungswege
abdeckt, ein Einfüllen,
Verdampfen und Reformieren von Brennstoff sowie CO-Entfernung, die
aufeinanderfolgend auf einer einzelnen Fläche des Substrats durchgeführt werden,
wodurch ein flaches Profil des Reformers möglich wird.
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Des
Weiteren bewegt sich das reformierte Gas, das von dem reformierenden
Abschnitt zu dem CO-Entferner strömt, von einem Bereich des Strömungswegs
mit schmalen Querschnitt zu einem breiten Strömungsweg-Abschnitt mit größerem Querschnittsbereich,
so dass der Innendruck des CO-Entferners in dem breiten Strömungsweg-Abschnitt
reduziert wird, was die Verwendung einer Luftpumpe geringer Größe ermöglicht.
Das für
den Reformer erforderliche Gesamtvolumen kann somit reduziert werden.
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Es
ist für
einen Fachmann klar, dass an der vorliegenden Erfindung verschiedene
Modifikationen und Änderungen
vorgenommen werden können.
Es ist somit beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung die Modifikationen
und Änderungen
dieser Erfindung abdeckt, sofern sie in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche und
ihrer Äquivalente
fallen.