专利名称：燃料重整器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料重整器，更具体地，涉及一种通过燃料的氧化反应产生热能的燃料重整器。
背景技术：
众所周知，燃料电池构成一种使用燃料产生电能的系统。
在燃料电池中，聚合物电解质膜燃料电池(polymer electrolyte membranefuel cell)具有优良的输出特性、低的操作温度、快速启动和响应的特性。另外，聚合物电解质膜燃料电池有利于具有广泛的使用范围，包括运用在车辆的移动电源中，运用在住宅或者建筑物中的分布式电源中，以及运用在电子仪器的小型电源中。
使用聚合物电解质膜燃料电池的燃料电池系统包括称为堆的燃料电池主体(以下为了方便，称为“堆”)；燃料重整器，该重整器重整燃料以生成含氢的重整气体，并将该重整气体提供给燃料电池主体；向堆提供氧化剂气体的氧化剂气体提供单元。
因此，聚合物电解质膜燃料电池系统通过重整气体和氧化剂气体之间的电化学反应来产生电能，所述重整气体来自堆中的燃料重整器，所述氧化剂气体由氧化剂气体提供单元提供。
燃料电池重整器包括热源单元，其使用通过氧化催化剂氧化燃料的方法来产生热能；重整反应单元，其使用所述热能使燃料发生重整反应来生成重整气体。
这时，热源可通过氧化诸如甲醇和乙醇的液体燃料或诸如LPG和LNG的气体燃料的方法来产生热能。特别地，使用液体燃料的热源通过燃料的氧化反应，可以在预定的温度范围中产生热能，在使用氧化催化剂的条件下，甚至在室温下产生热能。
另一方面，在常规的燃料重整器所包含的热源使用氧化气体燃料的方法时，由于所述热源不能在室温下使用氧化催化剂来发生气体燃料的氧化反应，因此需要一个附加的预热器将氧化催化剂预热到一预定的温度，使气体燃料能够发生氧化反应。
另外，在常规的燃料重整器所包含的热源使用点火和燃烧液体燃料的方法时，由于燃料重整器的能量效率随热源的位置而变化，则热源被火焰氧化，因此热源的耐用性被损坏，而不得不频繁替换新热源，进而降低燃料重整器的使用寿命。
发明内容
本发明提供了一种燃料重整器，其能在燃料电池系统开始驱动时，通过点燃和燃烧燃料来预热氧化催化剂，并使用预热过的氧化催化剂发生氧化反应来产生热能。
根据本发明的一方面，提供有一种燃料重整器，其包括第一管；置于所述第一管中的第二管；主热源，其包括填充在所述第二管中的氧化催化剂，并使用所述氧化催化剂使燃料发生氧化反应以产生具有预定温度范围的热能；辅助热源，其包括与所述第二管相连接的点火器，该点火器点燃和燃烧所述气体燃料，并因此将所述氧化催化剂预热到反应启动温度范围；以及重整反应单元，其包括填充在所述第二管和所述第一管之间的空间中的重整催化剂，并使用所述重整催化剂和所述主热源产生的热能，使所述燃料发生重整反应生成含氢的重整气体。
在本发明的上述方面中，所述燃料重整器进一步包括一氧化碳减少单元，其构造用来在所述第一管和所述第二管之间的空间中填充水煤气变换催化剂以降低所述重整气体中含有的一氧化碳的浓度。
另外，所述燃料重整器进一步包括置于所述第一管和所述第二管之间的隔板，该隔板将所述第一管和所述第二管之间的空间分为一个填充有重整催化剂的区域和一个填充有水煤气变换催化剂的区域。
另外，所述隔板具有网状外形。
另外，所述氧化催化剂的反应启动温度范围是从150℃到300℃。
另外，所述由主热源产生的热能的温度范围是从600℃到700℃。
根据本发明的另一方面，提供有一种燃料重整器，其包括包含多个反应衬底的反应堆体，所述反应衬底通过包含有一种燃料的第一反应物的氧化反应产生热能，并通过包含有所述燃料的第二反应物的重整反应生成重整气体；和置于所述的反应堆体中的预热单元，其点燃和燃烧第一反应物以便预热所述反应堆体。
在本发明的上述方面中，所述预热单元包括封装所述反应堆体的外壳；置于所述外壳中的燃烧器，其用于在所述反应堆体的外部点燃和燃烧第一反应物。
根据本发明的另一方面，提供有一种燃料重整器，其包括一个或者多个第一反应衬底，其包括用于允许包含有一种燃料的第一反应物流动的第一沟道，在其中氧化催化剂层形成在所述第一沟道的表面上；一个或者多个第二反应衬底，其包括用于允许包含有所述燃料的第二反应物流动的第二沟道，在其中一个重整催化剂层形成在所述的第二沟道的表面上；通过粘合所述第一反应衬底和第二反应衬底构成的反应堆体；预热单元，其置于所述反应堆体中，以点燃和燃烧所述第一反应物，以便将所述氧化催化剂层预热到一反应启动温度范围。
在本发明的上述方面中，所述反应堆体包括通过将所述第一反应衬底和第二反应衬底相粘合构成的一个或者多个单元体。
另外，所述反应堆体包括与所述单元体的第二反应衬底相粘合的盖板。
另外，所述反应堆体由顺序相互粘合的所述单元体构成。
另外，所述反应堆体包括与置于所述的反应堆体顶部的第二反应衬底相粘合的盖板。
另外，所述预热单元包括封装所述反应堆体的外壳；燃烧器，其置于所述外壳中，用于在所述反应堆体的外部点燃和燃烧第一反应物。
另外，所述外壳包括第一部分，其呈喇叭形并且位于所述反应堆体一端；第二部分，其呈喇叭形并且位于所述反应堆体另一端；第三部分，其与所述反应堆体的两端以外的部分相粘合。
另外，所述反应堆体包括通道，该通道通过使用所述第一沟道和第二反应衬底的粘合表面构成，以允许第一反应物流过，并且所述通道包括形成在所述反应堆体一端处的多个注入孔，和形成在所述的反应堆体另一端处与所述注入孔相连接的多个排放孔。
另外，所述预热单元包括封装所述反应堆体的外壳；以及燃烧器单元，其置于所述外壳中，用于点燃和燃烧第一反应物，从而将火焰喷入到所述注入孔中。
另外，所述外壳包括第一部分，其呈喇叭形并且位于所述注入孔侧；第二部分，其呈喇叭形并且位于所述排放孔侧；第三部分，其与所述反应堆体的两端以外的部分相粘合。
另外，所述燃烧器置于所述第一部分中。
另外，在所述外壳中，在第一部分中形成有一个注入孔，其用于将第一反应物注入第一部分，在第二部分中形成有一个排放孔，其用于排放由所述燃烧器燃烧第一反应物生成的燃烧气体和由所述氧化催化剂层氧化第一反应物生成的反应气体。
另外，所述氧化催化剂层的反应启动温度范围是从150℃到300℃。
另外，通过第一反应物的氧化反应，所述第一反应衬底可产生的热能的温度范围是从600℃到700℃。
图1是描述根据本发明的第一实施例的燃料重整器的透视图。
图2是图1所示的燃料重整器的剖视图。
图3是根据本发明的第二实施例的燃料重整器的剖视图。
图4是描述根据本发明的第三实施例的燃料重整器的透视图。
图5是图4所示的燃料重整器的反应堆体的分解透视图。
图6是其中结合有图4所示的反应堆体的结构的透视图。
图7是图6所示的反应堆体的纵向剖视图。
图8是图4所示的燃料重整器的横向剖视图。
具体实施例方式
在下文的描述中，通过举例，展示和说明了本发明的特定的示例性的实施例。本领域技术人员应该认识到的是，所描述的示例性的实施例可以各种方式进行改造，但均不得超出本发明的精神和范围。因此，附图和说明实质上应被认为是例证性的，而并非意在限制。
图1是描述根据本发明的第一实施例的燃料重整器的透视图。图2是图1所示的燃料重整器的剖视图。
参照图1和图2，根据本发明的实施例的燃料重整器100具有一种结构，该结构用于燃烧诸如LPG或LNG的气体燃料或丁烷气以产生热能，并使用所产生的热能使燃料气体发生重整反应从而生成含氢的重整气体。
燃料重整器100运用于使用了聚合物电解质膜燃料电池的燃料电池系统中，所述燃料电池系统通过重整气体的氧化反应和氧化剂气体的还原反应来产生电能。因此，燃料重整器100具有向聚合物电解质膜燃料电池系统中的堆提供重整气体的功能。
燃料重整器100包括主热源10，其在一个预定的温度范围中通过使用氧化催化剂11使气体燃料发生氧化反应来产生热能；辅助热源20，其用于将主热源10中的氧化催化剂11预热到反应启动温度范围内；重整反应单元30，其使用主热源10产生的热能通过重整催化剂31使气体燃料发生重整反应来生成含氢的重整气体。
燃料重整器100包括同心双管形的重整器主体50。重整器主体50包括第一管51和位于第一管51中的第二管52。
第一管51为圆筒形，其具有预定的截面积并且端部基本封闭。第二管52为圆筒形，其所具有的截面积小于第一管51的截面积并且端部基本封闭。第一管51和第二管52沿着第一管51的轴向(同心轴向)布置，这样第二管52的外表面与第一管51的内表面分开一个预定的间距。
在根据本实施例的燃料重整器100中，主热源10用于产生重整反应单元30中的重整反应所需的热能，并将产生的热能提供给重整反应单元30。主热源10产生热能用来使重整反应单元30中的重整反应的温度保持在所需的从大约600℃到大约700℃的温度范围中。
主热源10通过在第二管52的内部空间中填充氧化催化剂11来进行构造，并使用氧化催化剂11使气体燃料和空气之间发生氧化反应，以产生上述温度范围的热能。
氧化催化剂11用来加速气体燃料和空气之间的氧化反应。在氧化催化剂11的结构中，诸如铂(Pt)和钌(Ru)的催化材料包含在由氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)或二氧化钛(TiO2)制成的丸形载体中。
在主热源10中，第二管52的一端布置有第一注入孔13，通过第一注入孔13，气体燃料和空气被注入第二管中。
另外，在主热源10中，第二管52的另一端布置有第一排放孔15，其用于排放燃烧气体，所述燃烧气体通过燃烧空气和气体燃料时发生的燃料和空气之间的氧化反应生成。
根据本实施例，辅助热源20用于在燃料重整器100开始驱动时，将主热源10中的氧化催化剂11预热到反应启动温度范围。
辅助热源20通过点燃和燃烧气体燃料和空气来产生热能，将主热源10中的氧化催化剂11预热到用于启动反应的从大约150℃到大约300℃的温度范围内。
当燃料重整器100开始驱动时，因为在室温下主热源10中的氧化催化剂11不能产生气体燃料和空气之间的氧化反应，辅助热源20预热主热源10中的氧化催化剂11，以便向主热源10中的氧化催化剂11提供热能，来维持气体燃料和空气可以开始发生氧化反应的温度范围。
在这个实施例中，辅助热源20包括与第二管52的一端相连接的点火器21。点火器21具有的功能是点燃和燃烧在第二管52中的气体燃料和空气。
点火器21包括用于将气体燃料和空气点燃的常规点火塞(未显示)。
另外，在辅助热源20中，在点火器21处形成有用于将气体燃料和空气注入第二管52中的第二注入孔23。当在第二管52中的气体燃料和空气被点燃和燃烧时，所生成的燃烧气体通过上文所述的主热源10的第一排放孔15排放出去。
在本实施例中，重整反应单元30通过在第一管51和第二管52之间的空间中填充重整催化剂31来进行构造，因此，含氢的重整气体通过使用重整催化剂31使气体燃料发生重整反应来生成。
这里，重整反应单元30具有一种结构，该结构通过一种诸如蒸汽重整反应、部分氧化反应、自动热反应或者使用热能的燃料和水之间的蒸汽重整反应的催化反应，从燃料中生成含氢的重整气体。
在重整反应单元30中，在重整催化剂31的结构中，诸如铜(Cu)、镍(Ni)、铂(Pt)的催化材料包含在由氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)或二氧化钛(TiO2)制成的丸形载体中。
另外，在重整反应单元30中，在第一管51的一端形成有第三注入孔33，其用于将气体燃料和水注入到第一管51和第二管52之间的空间中。
另外，在重整反应单元30中，第一管51的另一端形成有第二排放孔35，其用于排放生成的重整气体，所述重整气体通过使用重整催化剂31使气体燃料和水蒸汽之间发生重整反应，在第一管51和第二管52之间的空间中生成。
这时，第二排放孔35可通过常规管线与上文提到的形成聚合物电解质膜燃料电池的堆(未显示)相连接。
在本实施例中，重整反应单元30通过使用重整催化剂31使气体燃料和水蒸汽之间发生重整反应，生成了含氢的重整气体，但是本发明并不限于此。重整反应单元30可通过诸如甲醇和乙醇的液体燃料和水蒸汽之间的重整反应来生成重整气体。
现在，将详细说明根据本发明的实施例的燃料重整器100的驱动方法。
首先，当燃料重整器100开始被驱动时，气体燃料和空气通过辅助热源单元20，换句话说是点火器21，的第二注入孔23被提供到第二管52中。
在这种情况下，点火器21的点火塞(未显示)点燃空气和注入到第二管52中的气体燃料。这样，辅助热源产生预定的热能，并将热能提供给主热源10的氧化催化剂11。因此，主热源10的氧化催化剂11被预热到从大约150℃到大约300℃的反应启动温度范围内。
接着，当燃料重整器100被正常驱动，通过点火器21的第二注入孔23向第二管52提供气体燃料和空气的供给被一个常规阀门(未显示)的操作所终止。
当燃料重整器100被正常驱动，气体燃料和空气通过主热源10的第一注入孔被供给到第二管中。然后，主热源10通过使用预热过的氧化催化剂11使气体燃料和空气之间发生氧化反应，来产生热能以便保持重整反应单元30中的重整反应所需的从大约600℃到大约700℃的预定温度范围。因此，保持前述的温度范围的热能通过第二管52提供给重整反应单元30的重整催化剂31。
经过了上述的流程后，气体燃料和水通过重整反应单元30的第三注入孔33，被提供到第一管51和第二管52之间的空间中。接着，重整反应单元30吸收由主热源10产生的热能，在在重整催化剂31的作用下产生气体燃料和水之间的蒸汽重整反应，进而生成含氢的重整气体。
因此，重整气体从重整反应单元30的第二排放孔35中被排放出来并提供给堆，于是在堆中发生反应从而输出预定的电能，所述反应指的是包含在重整气体中的氢的氧化反应和分开提供的空气的还原反应。
图3是根据本发明的第二实施例的燃料重整器的剖视图。
参照图3，根据本实施例的燃料重整器200进一步包括一氧化碳减少单元550，其用于减少由重整反应单元130生成的重整气体中所含的一氧化碳的浓度。
与前述的实施例相似，燃料重整器200包括主热源110和辅助热源120，并且主热源110和辅助热源120具有的结构和前述实施例中主热源和辅助热源相同，因此省略具体的描述。
在本实施例中，当第一管151和第二管152之间的空间被分为第一区域A和第二区域B时，重整反应单元130通过在第一区域A中填充重整催化剂131来进行构造。
第一区域A和第二区域B被网状的隔板180分开。隔板180呈环形，并包括多个孔181，第二管152从隔板180的中央部分穿过。隔板180除了具有以下功能，即，将第一管151和第二管152之间的空间分为第一区域A和第二区域B，还具有以下功能，即，允许重整反应单元130生成的重整气体经过前述的孔181流入到将在下文将要描述的一氧化碳减少单元170中。
另外，在根据本实施例的重整反应单元130中，第一管151的一端形成有注入孔113，其用于将气体燃料和空气注入第一区域A中。
在本实施例中，一氧化碳减少单元170通过在第一管151和第二管152之间的第二区域B中填充水煤气变换催化剂171来进行构造。
水煤气变换催化剂171加速包含在重整气体中的一氧化碳的水煤气变换反应，以降低一氧化碳的浓度，在水煤气变换催化剂171的结构中，将诸如铜(Cu)、锌(Zn)、铁(Fe)和铬(Cr)的催化材料包含在由氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)或二氧化钛(TiO2)形成的丸形载体中。
在一氧化碳减少单元170中，第一管151的另一端形成有排放孔173，其用于将一氧化碳浓度已被降低的重整气体从第二区域B中排放出来。排放孔173可以通过常规管线连接到与前述的形成聚合物电解质膜燃料电池的堆(未显示)。
在驱动根据本发明的实施例的燃料重整器200的方法中，与前述的实施例相似，重整反应单元130生成重整气体，此时，生成的重整气体经过隔板180上的孔181提供给一氧化碳减少单元170，也就是在第一管151和第二管152之间的第二区域B。
因此，在一氧化碳减少单元170中，通过使用水煤气变换催化剂171使包含在重整气体中的一氧化碳发生水煤气变换反应生成额外的氢，同时一氧化碳的浓度降低。降低了一氧化碳的浓度的重整气体通过一氧化碳减少单元170的排放孔173排放出来，并提供给堆。
因为根据本实施例的燃料重整器200的其它部分和操作与根据前述的第一实施例的燃料重整器100的相应部分和操作相同，因此省略了其中的具体描述。
图4是描述根据本发明的第三实施例的燃料重整器的透视图。
参照图4，燃料重整器300通过气体燃料和空气(下文中称为“第一反应物”)之间的氧化反应来产生具有预定温度范围的热能。燃料重整器300包括反应堆体310，在反应堆体310中通过使用所产生的热能使气体燃料和水(下文中称为“第二反应物”)发生反应生成了重整气体。
图5是图4所示的燃料重整器的反应堆体310的分解透视图。图6是结合其中具有图4所示的反应堆体的结构的透视图。图7是图4所示的反应堆体的纵向剖视图。
参照图5到7，根据第三实施例的反应堆体310包括第一反应衬底311，其提供第一沟道311a用于允许第一反应物在其表面上流动；和第二反应衬底312，其提供第二沟道312a用于允许第二反应物在其表面上流动。
这里，第一反应衬底311和第二反应衬底312为具有预定宽度和长度的矩形板，并且由具有导热性的金属制成，例如由铝、不锈钢、铜、镍和铁制成。
第一反应衬底311被用来通过第一反应物的氧化反应产生热能以保持从大约600℃到大约700℃的预定的温度范围(反应物的重整反应所需的温度范围)，并将产生的热能提供给第二反应衬底312。
第一反应衬底311包括其上表面上的多个第一沟道311a。第一沟道311a可以通过使用从第一反应衬底311上表面突出的多个肋形成。
这样，第一沟道311a为槽形，并从第一反应衬底311的一端连接到另一端。于是，在第一沟道311a的表面上形成常规氧化催化剂层311b，其用于加速第一反应物的氧化反应。
第二反应衬底312用于接收来自第一反应衬底311的热能，并使用所产生的热能使第二反应物发生重整反应来生成含氢的重整气体。
第二反应衬底312粘附在第一反应衬底311上，在第二反应衬底312的上表面上具有第二沟道312a。第二沟道312a可以通过使用从第二反应衬底312上表面突出的多个肋形成。
第二沟道312a为槽形，并与位于对角线方向上的一对歧管312c相连接。
于是，在第二沟道312a的表面上形成有常规重整催化剂层312b，其用于加速第二反应物的重整反应。
在第三个实施例中，通过将第二反应衬底312的下表面粘合到第一反应衬底311的上表面，形成了单元体319。通过将单元体319顺序相互粘合可形成反应堆体310。然后，盖板318被粘合到位于反应堆体310顶部的第二反应衬底312的上表面。
可选地，反应堆体310可以包括单一单元体319。这样，盖板318被粘合到第二反应衬底312的上表面上，也就是单元体319的上表面上。
这里，第一反应衬底311和第二反应衬底312以及盖板318通过诸如螺钉和螺母的常规连接部件或者通过诸如焊接和铜焊的常规连接方法进行相互之间的粘合。
因此，在反应堆体310中，第一反应衬底311和第二反应衬底312相互粘合形成了第一通道313，该通道由第一反应衬底311的第一沟道311a和第二反应衬底312的粘合表面构成用于允许第一反应物流动。
这样，由于第一沟道311a从第一反应衬底311的一端连接到另一端，第一通道313包括多个注入孔313a，即，位于反应堆体310的一端的开口，和多个排放孔313b(参照图8)，即，位于反应堆体310的另一端的开口。
另外，在反应堆体310中，第一反应衬底311的下表面粘合到第二反应衬底312的上表面，并且盖板318粘合到位于反应堆体310顶部的第二反应衬底的上表面，以形成第二通道315，该通道由第二沟道312a和盖板318的粘合表面构成，以允许第二反应物流动。
当具有上述结构的燃料重整器300开始驱动时，由于第一反应衬底311的氧化催化剂层311b不能在室温下氧化第一反应物，氧化催化剂层311b需要被预热到第一反应物能开始氧化反应的温度范围内。
如图4所示，燃料重整器300包括预热单元350，其用于通过点燃和燃烧第一反应物来预热反应堆体310。
图8是图4的横向剖视图。参照图8，当燃料重整器300开始驱动时，预热单元350点燃和燃烧第一反应物，并将燃烧第一反应物产生的热能提供给第一反应衬底311，进而将第一反应衬底311的氧化催化剂层311b预热到启动反应的从大约150℃到大约300℃的温度范围内。
具体而言，预热单元350包括用于封装反应堆体310和燃烧器357的外壳351，其中燃烧器357位于外壳351中，并用于在反应堆体310外部点燃和燃烧第一反应物。
在本实施例中，外壳351用于封装反应堆体310，且该外壳由常规的绝热材料制成，以防止热能从外壳351释放出去。
在外壳351中，在反应堆310一端形成有喇叭状的第一部分351a，在反应堆体310的另一端形成有喇叭状的第二部分315b，第三部分351c粘合到反应堆体310除两个末端外的地方。
由于第一部分351a与第三部分351c的一侧结合在一起，第一部分351a的外形的截面从第三部分351c的一侧开始减少，这样，预定的内部空间形成于反应堆体310的一端，此处形成有第一通道313的注入孔313a。
接着，由于第三部分351c的另一端形成有第二部分351b，第二部分351b的外形的截面从第三部分351c的另一侧开始减少，这样，预定的内部空间形成于反应堆体310的另一端，此处形成有第一通道313的排放孔313b。
第一部分351a具有喇叭状外形，以便于第一反应物通过下文将要描述的第一注入孔353，沿着第一部分351a截面增长的方向进行扩散，而注入到第一部分351a的内部空间，并使第一反应物注入到第一通道313的注入孔313a中。
另外，第二部分具有喇叭状外形，以便于，通过收集第一反应物的燃烧气体和反应气体，经过将在下文进一步介绍的第一排放孔355，容易地排放第一反应物的燃烧气体和反应气体，其中，通过使用下文将要描述的燃烧器357燃烧第一反应物而生成第一反应物的燃烧气体，通过第一通道313的注入孔313a将燃烧气体注入到第一通道313中，并通过第一通道313的排放孔313b将燃烧气体排放出去；其中第一反应物的反应气体经过第一通道313的注入孔313a而被注入到第一通道313中，并被氧化催化剂层311b氧化，再通过第一通道313的排放孔313b将反应气体排放出去。
在前述的外壳351中，第一部分351a中形成有第一注入孔353，其用于将第一反应物注入到第一部分351a的内部空间中。
然后，在第一部分351a的尖端处形成第一注入孔353。另外，第二部分351b中形成有第一排放孔355，其用于排放由燃烧器357燃烧第一反应物生成的燃烧气体和由第一反应衬底311的氧化催化剂层311b氧化第一反应物生成的反应气体。第一排放孔355形成于第二部分351b的尖端中。
如前所述，燃烧器375包括点火器358，点火器358置于第一部分351a中，并与第一注入孔353相连接，用于点燃和燃烧通过第一注入孔353注入到第一部分351的内部空间中的第一反应物。
点火器358带有用于点燃第一反应物的点火塞(未显示)，该点火塞为一常规点火塞，其由附加控制器(未显示)进行控制产生火焰。
在图8中，指向不明的参考号59a代表第二注入孔，其用于将第二反应物注入到反应堆体310的第二通道315中，指向不明的参考号59b代表第二排放孔，其用于排放重整气体，其中所述重整气体在第二反应物经过第二通道315时使用重整催化剂层312b发生重整反应生成。
这样，前述的第二注入孔359a和第二排放孔359b与如图2所示的第二反应衬底312的歧管312c相连接。
下文中将详细描述一种驱动具有前述结构的燃料重整器300的方法。
当燃料重整器300开始被驱动时，第一反应物通过外壳351的第一注入孔353被注入到第一部分351a的内部空间。
点火器358的点火塞(未显示)产生火焰以点燃被注入到第一部分351a的内部空间中的第一反应物。然后，第一反应物在第一部分351a的内部空间中燃烧，以产生预定的热能。
因此，通过燃烧第一反应物产生的高温燃烧气体经第一通道313的注入孔313a注入第一通道313，沿着第一通道313流动，并经第一通道313的排放孔313b排放出去，从而将热能提供给第一反应衬底311的氧化催化剂层311b。
第一反应衬底311的氧化催化剂层311b被预热到从大约150℃到大约300℃的反应启动温度范围内，在该温度范围内第一反应物的氧化反应可以开始。
然后，通过第一通道313的排放孔313b排放的燃烧气体被收集到第二部分351b的内部空间中，并通过第一排放孔355排出外壳351。
随后，当燃料重整器300被正常驱动时，由于第一反应物被连续不断地通过外壳351的第一注入孔353提供到第一部分351a的内部空间中，点火塞由控制器控制着不开动。
当燃料重整器300被正常驱动时，第一反应物通过第一通道313的注入孔313a从第一部分351a的内部空间中被注入到第一通道313中。然后，在第一反应衬底311中，沿着第一通道313流动的第一反应物被氧化催化剂层311b氧化，从而产生热能以保持第二反应物的重整反应所需的从大约600℃到大约700℃的预定温度范围。
在这时，由于第一反应衬底311与第二反应衬底312相粘合，热能通过第一反应衬底311传送到第二反应衬底312，进而热能被提供给第二反应衬底312的重整催化剂层312b。
被氧化催化剂层311b氧化的第一反应物的反应气体经第一通道313的排放孔313b排放，收集在第二部分351b的内部空间中，并通过第一排放孔355排出外壳351。
经过了前述的流程后，第二反应物经第二注入孔359a向反应堆体310的第二通道315供给。然后，当第二反应衬底312吸收在第一反应衬底311中产生的热能时，使用重整催化剂层312b使第二反应物发生重整反应从而生成含氢的重整气体。
因此，由于重整气体通过第二排放孔359b被排放到堆中，在堆中发生了在重整气体中所含的氢的氧化反应和分开供给的空气的还原反应，从而输出预定的电能。
如上所述，根据本发明的实施例，由于燃料重整器包括辅助热源，该辅助热源通过在燃料重整器开始被驱动时点燃和燃烧燃料来预热氧化催化剂，在燃料重整器被正常驱动时，燃料重整器可以使用氧化催化剂使燃料发生氧化反应来产生热能。
因此，由于在燃料重整器开始被驱动时通过点燃和燃烧燃料预热了氧化催化剂，燃料重整器的开始驱动时间减少了，燃料重整器的能量效率得到提高，辅助热源的防火的耐用性得到改进，进而燃料重整器的使用寿命得到延长。
虽然本发明所描述的相关内容目前被认为是实用的、示例性的实施例，但是应该了解的是，本发明并不限于公开的实施例，相反地，本发明旨在涵盖包括在附带的权利要求书的精神和范围内的各种改造和等效安排。
权利要求
1.一种燃料重整器，其包括第一管；置于所述第一管中的第二管；主热源，其包含填充在所述第二管中的氧化催化剂，所述主热源使用所述氧化催化剂使燃料发生氧化反应从而适于产生具有预定温度范围的热能；辅助热源，其包含点火器，所述点火器连接到所述第二管，从而点燃和燃烧气态燃料，进而将所述氧化催化剂预热到反应启动温度范围之中；重整反应单元，其包括重整催化剂，所述重整催化剂被填充在所述第二管和所述第一管之间的空间中，所述重整反应单元使用所述重整催化剂并使用所述主热源产生的所述热能，使所述燃料发生重整反应，从而适于生成含氢的重整气体。
2.如权利要求1所述的燃料重整器，进一步包括一氧化碳减少单元，其通过在所述第一管和所述第二管之间的空间中填充水煤气变换催化剂来降低所述重整气体中所含一氧化碳的浓度来进行构造。
3.如权利要求2所述的燃料重整器，进一步包括置于所述第一管和所述第二管之间的隔板，所述隔板将所述第一管和所述第二管之间的空间分为一个填充有所述重整催化剂的区域和一个填充有所述水煤气变换催化剂的区域。
4.如权利要求3所述的燃料重整器，其中所述隔板具有网状外形。
5.如权利要求1所述的燃料重整器，其中所述氧化催化剂的所述反应启动温度范围是从150℃到300℃。
6.如权利要求5所述的燃料重整器，其中由所述主热源产生的热能所具有的温度范围是从600℃到700℃。
7.一种燃料重整器，包括反应堆体，其包括多个反应衬底，其中所述反应衬底通过包含有燃料的第一反应物的氧化反应产生热能，并通过包含有所述燃料的第二反应物的重整反应产生重整气体；和预热单元，其置于所述反应堆体中，用于点燃和燃烧所述第一反应物以便预热所述反应堆体。
8.如权利要求7所述的燃料重整器，其中所述预热单元包括封装所述反应堆体的外壳；燃烧器，其置于所述外壳中，用于在所述反应堆体的外部点燃和燃烧所述第一反应物。
9.一种燃料重整器，包括一个或者多个第一反应衬底，其包括用于允许包含有燃料的第一反应物流动的第一沟道，并且在所述第一反应衬底中，在所述第一沟道的表面上形成有氧化催化剂层；一个或者多个第二反应衬底，其包括用于允许包含有所述燃料的第二反应物流动的第二沟道，并且在所述第二反应衬底中，在所述第二沟道的表面上形成有重整催化剂层；通过粘合所述第一反应衬底和所述第二反应衬底构成的反应堆体；预热单元，其置于所述反应堆体中，用于点燃和燃烧所述第一反应物，以便将所述氧化催化剂层预热到一个反应启动温度范围。
10.如权利要求9所述的燃料重整器，其中所述反应堆体包括一个或者多个单元体，其通过将所述第一反应衬底和所述第二反应衬底相粘合构成。
11.如权利要求10所述的燃料重整器，其中所述反应堆体包括盖板，其与所述单元体的所述第二反应衬底相粘合。
12.如权利要求10所述的燃料重整器，其中所述反应堆体由顺序相互粘合的所述单元体构成。
13.如权利要求12所述的燃料重整器，其中所述反应堆体包括盖板，其被粘合到置于所述反应堆体顶部的所述第二反应衬底。
14.如权利要求9所述的燃料重整器，其中所述预热单元包括封装所述反应堆体的外壳；和燃烧器，其置于所述外壳中，用于在所述反应堆体的外部点燃和燃烧第一反应物。
15.如权利要求14所述的燃料重整器，其中所述外壳包括第一部分，其呈喇叭形并且位于所述反应堆体一端；第二部分，其呈喇叭形并且位于所述反应堆体另一端；第三部分，其与所述反应堆体的所述两个端以外的部分相粘合。
16.如权利要求9所述的燃料重整器，其中所述反应堆体包括通道，所述通道通过所述第一沟道和所述第二反应衬底的所述被粘合的表面构成，以允许所述第一反应物流过；其中所述通道包括多个注入孔，所述注入孔是形成在所述反应堆体一端处的开口；和多个排放孔，所述排放孔是形成在所述的反应堆体另一端处并与所述注入孔相连接的开口。
17.如权利要求16所述的燃料重整器，其中所述预热单元包括封装所述反应堆体的外壳；和燃烧器，其置于所述外壳中，用于点燃和燃烧所述第一反应物，将火焰喷入所述注入孔中。
18.如权利要求17所述的燃料重整器，其中所述外壳包括第一部分，其呈喇叭形并且位于所述注入孔侧；第二部分，其呈喇叭形并且位于所述排放孔侧；第三部分，其与所述反应堆体的所述两个端以外的部分相粘合。
19.如权利要求15所述的燃料重整器，其中所述燃烧器置于所述第一部分中。
20.如权利要求15所述的燃料重整器，其中在所述外壳中，在所述第一部分中形成有一个注入孔，其用于将所述第一反应物注入所述第一部分，在所述第二部分中形成有一个排放孔，其用于排放由所述燃烧器燃烧所述第一反应物生成的燃烧气体和由所述氧化催化剂层氧化所述第一反应物生成的反应气体。
21.如权利要求9所述的燃料重整器，其中所述氧化催化剂层的反应启动温度范围是从150℃到300℃。
22.如权利要求9所述的燃料重整器，其中所述第一反应衬底通过所述第一反应物的氧化反应产生温度范围从600℃到700℃的热能。
全文摘要
本发明公开一种燃料重整器，其包括第一管；置于所述第一管中的第二管；主热源，其包含填充在所述第二管中的氧化催化剂，所述主热源使用所述氧化催化剂使燃料发生氧化反应，从而适于产生具有预定温度范围的热能；辅助热源，其包括与所述第二管相连接的点火器，用以点燃和燃烧所述的气体燃料，并将所述氧化催化剂预热到反应启动温度范围；重整反应单元，其包括重整催化剂，所述重整催化剂填充在所述第二管和所述第一管之间的空间中，所述重整反应单元使用所述重整催化剂和所述主热源产生的热能，使所述燃料发生重整反应生成含氢的重整气体。
文档编号H01M8/04GK1941483SQ20061012789
公开日2007年4月4日 申请日期2006年9月27日 优先权日2005年9月27日
发明者李圣哲, 金周龙, 李赞镐, 徐东明, 金镇圹, 安镇九, 韩万锡, 李勇杰, 李东郁, 戈罗宾斯凯·利奥尼德 申请人:三星Sdi株式会社