专利名称：具有高耐久性的重整器的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及一种具有高耐久性的重整器。
背景技术：
近年来，由于对环境污染的关注，已经开发了诸如具有较高的能量效率的燃料电 池等各种替代的和污染少的能源。燃料电池是一种通过氢和氧的电化学反应直接将化学能转换为电能的装置(或 一种能源)。根据电解质的种类，燃料电池被分为聚合物电解质燃料电池、固体氧化物燃料 电池或熔融碳酸盐燃料电池。在聚合物电解质燃料电池中使用的氢通常通过从碳氢燃料 (例如甲醇、液化石油气(LPG)、汽油等)重整的重整物来获得。由于难以储存和运输纯的 氢，所以需要这种重整工艺。重整物可以是通过碳氢燃料的蒸汽重整反应获得的蒸汽式重 整物。这里，在大多数使用蒸汽重整式重整物的燃料电池系统中，需要加热单元来为蒸汽重 整反应供应热。在重整工艺中，在从堆中产生电子之后，从堆的阳极排放重整物和其它剩余材料， 这种排放物被称作阳极废气(anode off gas，AOG)。在相关领域中，利用附加的催化燃烧 器和/或与大气气体混合来降低AOG中的其它排放的气体(例如H2、CO和CH4)的浓度，从 而消耗AOG。然而，随着世界范围的环境标准发展，期望并且需要在可以在室内环境中使用的 燃料电池的制造过程中更积极地管理A0G。此外，考虑到AOG气体的主要成分之一是氢气 (H2)，并且为了符合大气污染的环境关注，急切地期望或需要从技术上开发出能够处理AOG 并能提高重整器的效率的消耗AOG气体的方法。为此，本发明的一个实施例提供一种重整器，通过使AOG回到重整器的加热单元 来提高热效率，从而氧化或消耗A0G，以符合特定的环境关注。然而，由于重整物的氧化、加 热单元燃料的氧化和/或AOG的氧化，重整器具有产生多个热点的典型的高温环境。因而， 需要开发能够减轻或分散这些热点的设计。即，为了使重整器长时间操作而不劣化或损坏， 应该通过使热点减轻或分散来使由反复的热膨胀和热收缩导致的热冲击降低或最小化，从 而使由重整器上的热应力导致的劣化和损坏最小化。然而，由于加热单元在高温环境下操作，所以分散或减轻热点的方法会难以满足 对重整器的寿命的管理。因而，需要并期望更加积极的保护结构。
发明内容
本发明的实施例的一方面涉及一种重整器，该重整器具有能够保护其重整单元不被热膨胀破坏的结构，该结构在第一重整部分和第二重整部分之间具有流路部分(或连接 器)流路部分具有沿与加热单元基本垂直的方向延伸的预变形部分。本发明的实施例的一方面涉及一种重整器，该重整器具有能够保护重整单元不被 热膨胀破坏的结构。本发明的实施例的一方面涉及一种重整器结构，该结构通过在重整器的一部分中 预先形成弯曲部分来保护重整单元防止由于热变形或扭曲导致的破坏和损坏，重整器中的 阳极排放气体被引入到所述一部分中，并且在所述一部分中产生热变形。本发明的实施例提供用于通过使产生热点的点适当地分散来降低或防止由于劣 化而导致的燃烧器的压力增大的机制。这些适当地分散的点是将阳极排放气体引入和/或 氧化到重整器的加热单元中的点。本发明的实施例提供用于通过提高排放气体的燃烧效率来提高重整器的效率的 机制。具体地说，本发明的实施例提供一种耐热的重整器。所述重整器包括加热单元； 第一燃烧器，被构造为在加热单元的第一端接收并氧化加热单元燃料；第二燃烧器，被构造 为在加热单元的另一端接收并氧化阳极废气；重整单元，包括围绕加热单元的第一重整部 分、围绕第一重整部分的第二重整部分以及连接第一重整部分和第二重整部分以在它们之 间提供流体连通的流路部分。这里，流路部分具有沿与加热单元的中心轴基本垂直的方向 的预变形部分，预变形部分保护重整单元(尤其是流路部分)不被由加热单元(例如，由在 第二燃烧器产生的热)引起的热膨胀扭曲。在一个实施例中，流路部分的预变形部分包括弯曲部分。在一个实施例中，流路部分的预变形部分包括流路部分的顶部弯曲板和流路部分 的底部弯曲板。在一个实施例中，弯曲部分具有凸起表面。在一个实施例中，本发明的重整器具有包括沿与加热单元的中心轴基本垂直的方 向延伸的具有预变形部分的流路部分，其中，预变形部分包括具有限定围绕加热单元的中 心轴的同心圆的轮廓线的弯曲部分。在一个实施例中，本发明的重整器的第二燃烧器包括喷嘴，所述喷嘴被构造为将 阳极废气喷出到加热单元和流路部分中，流路部分包括沿与加热部分的中心轴基本垂直的 方向延伸的预变形部分并且流路部分与喷嘴的至少一部分叠置。在一个实施例中，本发明的重整器的第二燃烧器包括为将阳极废气沿与加热单元 的中心轴垂直的方向喷出的喷嘴。在一个实施例中，本发明的重整器的第一重整部分具有被构造为执行蒸汽重整反 应的空间。在一个实施例中，本发明的重整器的第二重整部分具有被构造为执行水煤气变换 (WGS)反应的第二空间。在一个实施例中，本发明的重整器具有包括沿与加热单元的中心轴基本垂直的方 向延伸的预变形部分，其中，流路部分在第二重整部分和第一重整部分两者的外侧。在一个实施例中，本发明的重整器具有包括沿与加热单元的中心轴基本垂直的方 向延伸的预变形部分，其中，流路部分在第二重整部分和第一重整部分的至少一个的外侧。
本发明的实施例提供一种重整器，所述重整器包括加热单元，沿第一轴延伸 ’第 一燃烧器，被构造为在加热单元的第一端接收并氧化加热单元燃料；第二燃烧器，被构造为 在加热单元的第二端接收并氧化阳极废气(AOG)。重整单元包括围绕加热单元的第一重整 部分、围绕第一重整部分的第二重整部分以及连接第一重整部分和第二重整部分以在它们 之间提供流体连通的流路部分。这里，流路部分包括沿与加热单元的第一轴相交的第二轴 延伸的预变形部分。在一个实施例中，流路部分的预变形部分具有弯曲部分。在一个实施例中，流路部分的变形部分的弯曲部分具有顶部弯曲板和流路部分的 底部弯曲板。在一个实施例中，流路部分的变形部分的弯曲部分具有凸起表面。在一个实施例中，弯曲部分具有限定围绕加热单元的第一轴的同心圆的轮廓线。这里，根据本发明的实施例的重整器能够通过在重整器的阳极排放气体被引入到 重整器的加热单元并被氧化的部分适当地分散产生热点的点来防止或阻止燃烧器的压力 由于劣化而增大。此外，在本发明的实施例中，根据在燃料电池操作时的热膨胀的速率差，在流路部 分中预先形成一组或预定的弯曲表面。弯曲表面在燃料电池不工作时随后恢复到其初始状 态，从而使高温环境下的热变形(或扭曲)最小化或减少热变形(或扭曲)。因此，根据本发明的实施例，通过提高重整器的效率和可靠性，能够以环境友好的 方式操作重整器并延长重整器的寿命。
附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例，并与说明书一起用于解释本发 明的原理。图1是示意性地示出依照本发明实施例的重整器的构造的纵向剖视图。图2是示意性地示出依照本发明实施例的重整器的构造的横向剖视图。图3是示出在具有双氧化结构的重整器中产生的裂纹的纵向剖视图。图4A是示出根据本发明实施例的流路部分的构造的纵向剖视图。图4B是示出流路部分的底部弯板的俯视图。图4C是具体示出底部弯板的弯曲部分的示意性底视图。图5是示出在根据本发明实施例的操作期间的流路部分的特征的纵向剖视图。图6是示出根据本发明的实施例的每一条线具有四个喷嘴的第二燃烧器的透视 图和纵向剖视图，所述喷嘴沿两条线水平布置。图7是示出根据本发明的实施例的每一条线具有六个喷嘴的第二燃烧器的透视 图和纵向剖视图，所述喷嘴总共沿两条线水平布置。
具体实施例方式在下文中，将参照附图描述本发明的实施例。如果没有特别限定或涉及，在本发明 的实施例中使用的表示方向的术语，例如“上、下、左和右”，是基于附图中显示的状态。图1示意性地示出了依照本发明实施例的重整器。参照图1，开发的重整器包括加热单元20 ；重整单元，由第一重整部分12、第二重整部分10和流路部分(或连接器)11 组成，流路部分11提供第一重整部分12和第二重整部分10之间的流体连通和连接。重整 器还包括第一燃烧器21和第二燃烧器22。在下文中，将更详细地描述上述组件。如图1所示，重整器使加热单元20在其中心，并且使加热单元20沿重整器的中心 轴(纵向中心轴)延伸。加热单元20具有中空的圆柱形形状或多边形形状。如图2所示， 围绕加热单元20的第一重整部分12设置在加热单元20的外部，围绕第一重整部分12的 第二重整部分10设置在第一重整部分12的外部。此外，第一重整部分12和第二重整部分 10通过流路部分11彼此连接，流路部分设置在第一重整部分和第二重整部分的底部上，以 提供第一重整部分和第二重整部分之间的流体连通。这里，流路部分11具有顶板Ila和底 板lib。流路部分11焊接到第一重整部分12和第二重整部分10的底部上，以将它们密封。 此外，流路部分11可设置在第二重整部分10和第一重整部分12的至少一个的外侧。提供根据本发明实施例的这样的一种热结构，S卩，在重整器的中心(中心轴)具有 最高的温度，并且温度从重整器的中心轴朝向外的方向降低，从而保持均勻的氧化温度。此外，接收并氧化加热单元燃料的第一燃烧器设置在加热单元20的第一端，接收 并氧化阳极废气(AOG)的第二燃烧器22设置在加热单元20的第二端。这里，加热单元燃 料包括一次燃料(例如液化石油气(LPG)等)，供应LPG来保持加热单元20的温度。AOG 是包含在通过例如由一个或多个燃料电池等组成的发电器中的氧化反应产生电之后从阳 极排放的作为主要组分的氢气的未燃烧气体。在一个实施例中，供应并氧化加热单元燃料 的第一燃烧器21设置在加热单元20的第一端(例如，顶部或顶端)处或第一端上，再次供 应并氧化AOG的第二燃烧器22设置在加热单元20的第二端(例如，底部或底端)处或第 二端上。如图6和图7所示，第二燃烧器22具有喷嘴以将AOG沿与加热单元20的中心轴 垂直的方向喷出。即，如图6所示，对于第二燃烧器22的喷嘴，多个喷嘴沿横向方向形成， 以增大或最大化AOG的混合效果或，并减少在第一氧化催化剂层处或第一氧化催化剂层附 近聚集的任何热点。重整器的基本反应如下。当将例如LPG等的加热单元燃料供应到加热单元20来 保持重整所需的温度时，燃料电池在第一重整部分12中通过从加热单元20传输的热而被 重整(例如，蒸汽重整SR)。即，第一重整部分12具有被构造为执行蒸汽重整反应的第一空 间。那时产生的重整物与一氧化碳一起被供应到发电器，所述一氧化碳通过流路部分11和 第二重整部分10中的催化剂层水煤气变换(WGQ反应而减少。这里，第二重整部分10具 有被构造为执行WGS反应的第二空间。重整器中产生的7LPM的重整物( 71% H2、25% CO2、 CH4)通过诸如堆的发电器产生电，然后，剩余重整物( 47% ^45^0^-1% CH4、其余为队)的产生量大约为4. 3LPM。即，依照本发明的实施例，具有大约5SLPM(标准 升每分钟)的产生量的氢气中的大约3SLPM的氢气被用于发电，剩下2SLPM的氢气作为剩 余气体，g卩，A0G。如上所述地产生的AOG通过第二燃烧器22被供应到加热单元20，然后， 被初步氧化并转化为热。执行评估热点以及AOG对周围装置的影响的测试操作。结果，如图3所示，第一重 整部分12的内周表面的底部由于在高温环境下的热膨胀而变形(扭曲)，因此，流路部分 11的顶板Ila和底板lib限制由热膨胀导致的变形。然后，顶板Ila和底板lib同时因为高温和/或与第一重整部分11的焊接(或焊接点)而变形(扭曲)，因此在变形过程中损 坏。变形强度受热强度(A0G中的氢气的量和浓度)、根据重整器操作(开-关)逻辑的热 冲击条件以及构成重整器的金属(例如SUS钢)的特性的影响。在本发明的一个实施例中，通过对热变形(扭曲)的结构性加强来解决上述问题。 即，如图4A所示，一组或预定的弯曲表面预先形成在构成流路部分11的顶板Ila和底板 lib上。如图5所示，在操作重整器时沿与中心轴垂直的方向传输的热膨胀应力被顶板Ila 和底板lib的材料的弹性以及形成的弯曲表面部分地吸收。然后，当重整器不工作时，如图 4A所示的重整器利用顶板Ila和底板lib的弹力以及第一重整部分12的底部的热收缩回 到其初始形状。其中，弯曲表面可具有凸起表面。形成在顶板Ila和底板lib上的弯曲部分的轮廓线由基于加热单元的中心轴的同 心圆形成(见图4B、图4C)，使得第一重整部分12、顶板Ila和底板lib沿同心圆的直径方 向均勻地受力，从而降低损坏的可能性或使损坏的可能性最小化。具体地说，图4B和图4C 示意性地示出了具有最内圆、最外圆和在最内圆与最外圆之间的中间圆的三个同心圆。这 里，最内圆被示出为与中间圆隔开距离dl，并与最外圆隔开距离d2。在一个实施例中，距离 d2大于或等于距离dl的值的两倍。考虑到前述内容并根据本发明的实施例，提供了一种用于燃料电池的耐用的重整 器，该重整器具有能够保护重整单元不被热膨胀破坏的结构。重整器包括加热单元；第一 燃烧器，被构造为在加热单元的第一端接收并氧化加热单元燃料；第二燃烧器，被构造为在 加热单元的第二端接收并氧化阳极废气；重整单元，具有围绕加热单元的第一重整部分、围 绕第一重整部分的第二重整部分以及在第二重整部分外侧的流路部分，流路部分连接第一 重整部分和第二重整部分以提供它们之间的流体连通。这里，流路部分具有沿与加热单元 的中心轴基本垂直的方向的预变形部分，并被预变形为对抗重整单元(尤其是流路部分) 的由加热单元(例如，由在第二燃烧器产生的热)引起的热膨胀而导致的扭曲的形状。此 外，流路部分可包括沿与加热单元的第一轴相交的第二轴延伸的预变形部分。虽然已经结合特定的示例性实施例描述了本发明，但是应该理解的是，本发明不 限于公开的实施例，相反，在不脱离权利要求及其等同物的精神的情况下，可通过在本发明 的范围内的各种具有高耐久性的重整器来实施本发明。
权利要求
1.一种重整器，所述重整器包括 加热单元；第一燃烧器，被构造为在加热单元的第一端接收并氧化加热单元燃料； 第二燃烧器，被构造为在加热单元的另一端接收并氧化阳极废气； 重整单元，包括围绕加热单元的第一重整部分、围绕第一重整部分的第二重整部分以 及连接第一重整部分和第二重整部分以在它们之间提供流体连通的流路部分， 其中，流路部分包括沿与加热单元的中心轴基本垂直的方向的预变形部分。
2.如权利要求1所述的重整器，其中，预变形部分包括弯曲部分。
3.如权利要求2所述的重整器，其中，弯曲部分包括流路部分的顶部弯曲板和流路部 分的底部弯曲板。
4.如权利要求2所述的重整器，其中，弯曲部分具有凸起表面。
5.如权利要求2所述的重整器，其中，弯曲部分具有限定围绕加热单元的中心轴的同 心圆的轮廓线。
6.如权利要求1所述的重整器，其中，第二燃烧器包括喷嘴，所述喷嘴被构造为将阳极 废气喷出到加热单元中，流路部分与喷嘴的至少一部分叠置。
7.如权利要求1所述的重整器，其中，第二燃烧器包括喷嘴，所述喷嘴被构造为将阳极 废气沿与加热单元的中心轴垂直的方向喷出。
8.如权利要求1所述的重整器，其中，第一重整部分具有被构造为执行蒸汽重整反应 的空间。
9.如权利要求1所述的重整器，其中，第二重整部分具有被构造为执行水煤气变换反 应的第二空间。
10.如权利要求1所述的重整器，其中，流路部分在第二重整部分和第一重整部分两者 的外侧。
11.如权利要求1所述的重整器，其中，流路部分在第二重整部分和第一重整部分的至 少一个的外侧。
12.—种重整器，所述重整器包括 加热单元，沿第一轴延伸；第一燃烧器，被构造为在加热单元的第一端接收并氧化加热单元燃料； 第二燃烧器，被构造为在加热单元的第二端接收并氧化阳极废气； 重整单元，包括围绕加热单元的第一重整部分、围绕第一重整部分的第二重整部分以 及连接第一重整部分和第二重整部分以在它们之间提供流体连通的流路部分，其中，流路 部分包括沿与加热单元的第一轴相交的第二轴延伸的预变形部分。
13.如权利要求12所述的重整器，其中，预变形部分包括弯曲部分。
14.如权利要求13所述的重整器，其中，弯曲部分包括流路部分的顶部弯曲板和流路 部分的底部弯曲板。
15.如权利要求13所述的重整器，其中，弯曲部分具有凸起表面。
16.如权利要求13所述的重整器，其中，弯曲部分具有限定围绕加热单元的第一轴的 同心圆的轮廓线。
全文摘要
本发明公开了一种具有高耐久性的重整器，所述重整器包括加热单元和重整单元。加热单元具有中空的圆柱形形状或多边形形状，以及在加热单元的两端的接收并氧化加热单元燃料和阳极废气(AOG)的第一燃烧器和第二燃烧器，重整单元包括被形成为围绕加热单元的外部的第一重整部分、被形成为围绕第一重整部分的外部的第二重整部分以及连接第一重整部分和第二重整部分以提供它们之间的流体连通的流路部分。流路部分包括沿与加热单元的中心轴基本垂直的方向延伸的预变形部分。
文档编号C01B3/34GK102110832SQ20101028160
公开日2011年6月29日 申请日期2010年9月13日 优先权日2009年12月24日
发明者孙寅赫 申请人:三星Sdi株式会社