TWI501462B - 可以防止產生積碳的重組器 - Google Patents

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Description

可以防止產生積碳的重組器
本發明是有關於一種可以防止產生積碳的重組器結構，尤指一種可於燃料通道導入氣態燃料，而由氣/液通道導入空氣及水，且使氣態燃料、空氣及水於混合區中混合，當混合時係使混合區之溫度大於150℃且小於300℃，如此，即可讓反應物於預熱過程充分混合均勻，並達到適當溫度，可避免局部溫度過熱與反應物比例不均勻的現象，而達到提升重組效能及避免產生積碳之功效者。
按，一般習用之重組器，通常係導入氣態燃料、空氣及水進行混合後，再輸出給反應器進行重組反應。
但是，習用之重組器著重於探討反應物的比例、反應溫度，然而於傳輸燃料供反應器使用時，常會在進行預熱反應之過程中產生積碳。然，探究其積碳之主要原因，則是因為無法於預熱之過程中得知何種狀況之下會造成積碳，因此，即使反應物的比例及反應溫度適當，積碳產生於預熱反應之過程中仍無法有效加以避免。然而由熱力學計算，天然氣等氣態燃料、蒸汽與空氣於重組反應比例下混合預熱，於125-150℃以下會產生積碳，天然氣單獨進料於300℃以上，則會產生裂解反應產生積碳。
本國專利I355370號揭露了一種氫氣產生器系統，含有一個重組 反應單元、一個水移轉反應(WGS)單元、一個降溫除水且能自我升溫之裝置和一個選擇性氧化(PrOX)反應單元。但是並未對預熱結構有所著墨。本國專利I349391號揭露了一種用於能夠重組燃料之燃料處理器的運作循環，其中該預熱狀態包含：向一氧化器提供空氣、水及該燃料；對該氧化器進行點火；及淨化一重組器之一反應器。亦未對預熱過程如何防止積碳產生有所闡述。而期刊文獻對於重組器多著重於空氣/水/燃料的比例、反應溫度、觸媒性能等。本國專利I346410號揭露了一種高溫式燃料電池系統之瞬間啟動、輔助電力及氣體預熱的裝置，將電池堆反應後的剩餘氣體導入後燃；外部亦設有連接熱交換器或整合式重組器的氣體通道，將使進入燃料電池堆的氣體升溫達到氣體預熱的效果。亦未對預熱過程如何防止積碳產生有所闡述。
有鑑於此，本案之發明人特針對前述習用發明問題深入探討，並藉由多年從事相關產業之研發與製造經驗，積極尋求解決之道，經過長期努力之研究與發展，終於成功的開發出本發明「可以防止產生積碳的重組器」，藉以改善習用之種種問題。
本發明之主要目的係在於，可於燃料通道導入氣態燃料，而由氣/液通道導入空氣及水，且使氣態燃料、空氣及水於混合區中混合，當混合時係使混合區之溫度大於150℃且小於300℃，如此，即可讓反應物於預熱過程充分混合均勻，並達到適當溫度，可避免局部溫度過熱與反應物比例不均勻的現象，而達到提升重組效能及避免產生積碳之功效。
為達上述之目的，本發明係一種可以防止產生積碳的重組器結構 ，其包含有：一腔體；一設於腔體中之通道單元，其包含有一燃料通道、一氣/液通道、及一連通設於燃料通道與氣/液通道間之混合區，而該混合區之溫度係大於150℃且小於300℃；以及一與混合區連通之反應器。
於本發明上述實施例中，該腔體係為一可產生適當溫之高溫爐。
於本發明上述實施例中，該腔體係進一步連接有一可調整及控制其內部所需預熱溫度之溫度調控單元。
於本發明上述實施例中，該燃料通道係為一中空管體，由混合區前端貫穿通入至混合區尾端，而該氣/液通道係為繞設於混合區外部之空心盤管，並於混合區尾端穿入混合區內。
於本發明上述實施例中，該燃料通道之流體及該氣/液通道之流體於混合區尾端混合，混合之流體溫度大於150℃，且該混合流體向混合區前端流動，並逐漸升溫，流出混合區前端時之溫度小於300℃。
於本發明上述實施例中，該燃料通道於混合區內之溫度係低於300℃，藉以可避免燃料發生裂解反應而產生積碳。
於本發明上述實施例中，該繞設於混合區外部之氣/液通道係為空心盤管，可避免混合區接觸局部高溫之電熱絲等加熱源，使混合區均勻受熱，進而避免燃料發生裂解反應而產生積碳。
於本發明上述實施例中，該燃料通道係可於預熱過程中導入天然氣、甲烷、乙烷等氣體燃料或是甲醇、乙醇、汽油、柴油等液體燃料並於燃料通道中經汽化成為氣態燃料。
於本發明上述實施例中，該氣/液通道係可於預熱過程中同時導入空氣及水。
1‧‧‧腔體
11‧‧‧溫度調控單元
2‧‧‧通道單元
21‧‧‧燃料通道
22‧‧‧氣/液通道
23‧‧‧混合區
3‧‧‧反應器
4‧‧‧氣態燃料
5‧‧‧空氣
6‧‧‧水
第1圖，係本發明之外觀示意圖。
第2圖，係本發明之方塊示意圖。
第3圖，係本發明之使用狀態示意圖。
請參閱『第1及第2圖』所示，係分別為本發明之外觀示意圖及本發明之方塊示意圖。如圖所示：本發明係一種可以防止產生積碳的重組器結構，其至少包含有一腔體1、一通道單元2以及一反應器3所構成。
上述所提之腔體1係可為高溫爐，且該腔體1係進一步連接有一溫度調控單元11。
該通道單元2係設於腔體1中，其包含有一燃料通道21、一氣/液通道22、及一連通設於燃料通道21與氣/液通道22間之混合區23，其中該燃料通道21係為一中空管體，且該燃料通道21係由混合區23前端貫穿通入至混合區23尾端，而該氣/液通道22係為繞設於混合區外部之空心盤管，而該混合區23之溫度係大於150℃且小於300℃。
該反應器3係與通道單元2之混合區23連通。如是，藉由上述之裝置構成一全新之重組器預熱結構。
請參閱『第3圖』所示，係本發明之使用狀態示意圖。如圖所示：當本發明於運用時，係可於腔體1中所設通道單元2之燃料通道21中導入為甲烷、乙烷、之甲醇、乙醇、汽油、柴油等液體燃料，使其於燃料通道21中經汽化成為氣態燃料4，且同時於通道單元2之氣/液通道22中導入空氣5及水6，使氣態燃料4、空氣5及水6於通道單元2之混合區23中進行充分之混合 ，並於充分混合後輸出至反應器3，而當氣態燃料4、空氣5及水6利用混合區23於進行混合之過程中，係同時以腔體1之溫度調控單元11控制該混合區23之環境溫度大於150℃且小於300℃，藉以讓該燃料通道21尾端貫穿通入混合區23內，且該燃料通道21之流體及該氣/液通道22之流體於混合區23尾端混合，混合之流體溫度大於150℃，且該混合流體向混合區前23端流動，並逐漸升溫，流出混合區23前端時之溫度小於300℃，該繞設於混合區外部之氣/液通道係為空心盤管，可避免混合區23接觸局部高溫之電熱絲等加熱源，使混合區23均勻受熱，形成不致於產生積碳之溫度環境條件；如此，可有效排除預熱時之積碳環境，而確實於預熱過程中達到具有避免積碳之功效。
綜上所述，本發明可以防止產生積碳的重組器結構可有效改善習用之種種缺點，可於燃料通道導入氣態燃料，而由氣/液通道導入空氣及水，且使氣態燃料、空氣及水於混合區中混合，當混合時係使混合區之溫度大於150℃且小於300℃，如此，即可讓反應物於預熱過程充分混合均勻，並達到適當溫度，可避免局部溫度過熱與反應物比例不均勻的現象，而達到提升重組效能及避免產生積碳之功效；進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合消費者使用之所需，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧腔體
11‧‧‧溫度調控單元
2‧‧‧通道單元
21‧‧‧燃料通道
22‧‧‧氣/液通道
23‧‧‧混合區
3‧‧‧反應器
4‧‧‧氣態燃料
5‧‧‧空氣
6‧‧‧水

Claims (8)

  1. 一種可以防止產生積碳的重組器結構，包括有：一腔體；一通道單元，係設於腔體中，其包含有一燃料通道、一與燃料通道連通之氣/液通道、及一連通設於燃料通道與氣/液通道間之混合區，其中該燃料通道係為一中空管體，由混合區前端穿入至混合區尾端，而該氣/液通道係為繞設於混合區外部之空心盤管，並於混合區尾端穿入混合區內，而該混合區之溫度係大於150℃且小於300℃；以及一反應器，係與通道單元之混合區連通。
  2. 依申請專利範圍第1項所述之可以防止產生積碳的重組器結構，其中，該腔體係為一可產生適當溫之高溫爐。
  3. 依申請專利範圍第1項所述之可以防止產生積碳的重組器結構，其中，該腔體係進一步連接有一可調整及控制其內部所需預熱溫度之溫度調控單元。
  4. 依申請專利範圍第1項所述之可以防止產生積碳的重組器結構，其中，該燃料通道之流體及該氣/液通道之流體於混合區尾端混合，混合之流體溫度大於150℃，且該混合流體向混合區前端流動，並逐漸升溫，流出混合區前端時之溫度小於300℃。
  5. 依申請專利範圍第1項所述之可以防止產生積碳的重組器結構，其中，該燃料通道於混合區內之溫度係低於300℃，藉以可避免燃料發生裂解反應而產生積碳。
  6. 依申請專利範圍第1項所述之可以防止產生積碳的重組器結構，其中，該繞設於混合區外部之氣/液通道係為空心盤管，可避免混合區接觸局部高溫之電熱絲等加熱源，使混合區均勻受熱，進而避免燃料發生裂解反應而產生積碳。
  7. 依申請專利範圍第1項所述之可以防止產生積碳的重組器結構，其中，該燃料通道係可於預熱過程中導入天然氣、甲烷、乙烷等氣體燃料或是甲醇、乙醇、汽油、柴油等液體燃料並於燃料通道中經汽化成為氣態燃料。
  8. 依申請專利範圍第1項所述之可以防止產生積碳的重組器結構，其中，該氣/液通道係可於預熱過程中同時導入空氣及水。
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