反应器的制作方法

专利名称：反应器的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种反应器，所述反应器使未反应的物质进行反应以生成至少两种产物并将至少一种产物从所述至少两种产物中分离和去除。
背景技术：
常规地，由燃料和水蒸气生成氢的燃料重整器是已知的(例如参见JP-A-2003-119002)。在JP-A-2003-119002中描述的常规技术包括通过以多层方式堆叠例如燃料重整催化剂层和可渗透氢的膜形成的结构，所述燃料重整催化剂层通过燃料的蒸汽重整来产生氢，氢通过所述可渗透氢的膜从具有作为主成份的通过蒸汽重整所生成的氢的气体选择性地渗透。根据该常规技术，甲醇(Me-OH)用作重整的燃料，由钯合金支撑的可渗透氢的膜设置成面朝气体通路，包括作为主成分的氢的气体流过所述气体通路。用于在气体通路中产生的反应的反应式由以下化学反应式I来表示:化学反应式1:MeOH — H2+C0当氢通过氢分离膜分离时，上述反应进入非平衡状态。相应地，所生成的氢的量可以增加。因此，上述反应的温度可以降低，重整温度可以下降。然而，根据在JP-A-2003-119002中描述的上述常规技术，可渗透氢的膜用作将氢从重整所生成的气体(重整气体)分离出来的装置。于是，给定膜的强度，则从重整气体分离出的氢的流量不会增加，另外，在所述膜的上游侧和下游侧之间的压差(差压)难以保证。因此，为了以它们的期 望的量来保证从重整气体分离出的氢的流量和在所述膜的上游侧和下游侧之间的差压，必须增加可渗透氢的膜的面积因而整个燃料重整器的尺寸增加。另外，根据JP-A-2003-119002的常规技术，由于可渗透氢的膜固定于框架体中，因此需要在可渗透氢的膜和框架体之间设置密封。上述常规技术的燃料重整器具有通过将可渗透氢的膜、燃料重整催化剂层等以多层方式堆叠而获得的结构。因此，密封长度变长。于是，需要将大量劳动花费在密封中，生产成本也变高。进而，作为昂贵的贵重金属的钯合金用作可渗透氢的膜的材料。因此，生产成本甚至更高。

发明内容
本申请的目的之一在于，提供一种可以减小尺寸和降低生产成本的反应器。为了实现本申请的目的，提供了一种反应器，包括反应部分和去除部分。反应部分配置成借助于未反应物质的反应而产生至少两种产物。去除部分配置成选择性地吸留来自至少两种产物的至少一种产物，以便分离和去除该至少一种产物。去除部分包括吸收剂和冷却单元。吸收剂在选择性地吸留所述至少一种产物时释放热量。冷却单元配置成去除由吸收剂所释放的热量。


本公开的上述及其它目的、特征和优点将从参照附图的以下详细说明变得更加清楚，其中:图1是示出根据一实施例的燃料供给系统的整体结构的图；图2是示出根据该实施例的重整器的示意图；和图3是示出根据该实施例的第一重整部分的部分透明的透视图。
具体实施例方式下面参照图1至图3对实施例进行描述。在本实施例中，本发明的反应器应用于燃料供给系统10。该燃料供给系统10应用于车辆，并将燃料供给至作为能量输出单元的发动机(内燃机)EG，所述能量输出单元输出用于车辆行驶的驱动力(机械能)。燃料供给系统10包括作为液体燃料贮存器的高压箱I，用于贮存加压和液化的高压液体燃料。燃料的分子包括至少一个氢原子，该燃料用作贮存在该高压箱I中的燃料。通过使用分子包括至少一个氢原子的燃料作为燃料，可以通过燃料的重整而产生易燃的氢气。燃料可以是易燃的，以便其可以作为发动机EG中的燃料燃烧，而且即使在常温(大约15摄氏度至25摄氏度)下也可以在高压下被容易地液化，从而降低其生产成本。因此，在本实施例中，氨(NH3)用作分子包含三个氢原子和一个氮原子的燃料，其易燃，并且甚至在常温下也可以在1.5MPa或更低的压强下液化。除此之外，二甲醚、含有酒精的燃料等可以用作具有等同特性的燃料。而且，可以采用含有氢的燃料；分子 中含有硫(S)、氧(O)、氮(N)和卤素中的至少一种原子的燃料；以及在分子之间产生氢键的燃料。汽化器2的燃料流入口连接至高压箱I的燃料流出口。汽化器2是用于使从高压箱I流出的液相状态的燃料(液体燃料)汽化的汽化装置。由汽化器2所汽化的处于气相状态的燃料(气体燃料)流出汽化器2的燃料流出口。从汽化器2流出的气体燃料流分支成两个流。一条分支的气体燃料流入燃料喷射阀(喷射器)，所述燃料喷射阀将气体燃料喷射和供给至发动机EG的燃烧室中。另一个分支的气体燃料流入重整器3中，重整器3将气体燃料重整以生成氢气。重整器3是用于在催化剂的影响下将气体燃料加热至重整温度和用于引起重整反应以产生氢气的重整装置(反应器)。在本实施例中，氨作为含有氢的燃料被用作燃料。于是，该燃料被加热至300摄氏度至700摄氏度的范围，重整反应由此在催化剂的作用下开始以产生氢气。如图2所示，重整器3包括两个重整部分3a、3b。重整部分3a、3b分别包括:燃料通路形成构件31a、31b，其限定燃料通路310a、310b，作为用作未反应的物质的燃料的氨流过燃料通路310a、310b ;反应部分32a、32b，所述反应部分32a、32b对氨进行重整以生成氢和氮两种产物；和去除部分33a、33b，所述去除部分去除在反应部分32a、32b中生成的氮。相应地，去除部分33a、33b分别设置用于反应部分32a、32b。反应部分32a、32b分别包括用于重整氨以产生氢的催化剂320a、320b。反应部分32a、32b分别被设置于燃料通路310a、310b中。为此，重整部分3a、3b分别被配置成使得流过燃料通路310a、310b的氨与反应部分32a、32b中的催化剂320a、320b接触。在反应部分32a、32b中产生的氢和氮分别被排放至燃料通路310a、310b中。可以对催化剂320a、320b进行加热或冷却的反应部分侧热交换器34a、34b分别为反应部分32a、32b而设置。这些反应部分侧热交换器34a、34b将在下文中被更详细地描述。去除部分33a、33b分别通过选择性地仅仅将在反应部分32a、32b中生成的氢和氮中的氮吸留来分离和去除氮。具体地，去除部分33a、33b分别包括吸收剂330a、330b，所述吸收剂330a、330b借助于氮的物理吸附或氮的固定反应来选择性地吸留氮。通过使用例如沸石或活性炭作为吸收剂330a、330b，氮可以被通过氮的物理吸附被选择性地吸留。通过使用例如钥作为吸收剂330a、330b，氮可以基于钥的络合反应而被选择性地吸留。这些吸收剂330a、330b在选择性地吸留氮时释放热量。去除部分33a、33b分别被设置在燃料通路310a、310b中。因此，重整部分3a、3b的吸收剂330a、330b分别与从反应部分32a、32b释放到燃料通路310a、310b中的氢和氮接触。可以对吸收剂330a、330b进行加热或冷却的去除部分侧热交换器35a、35b分别为去除部分33a、33b设置。下文将对这些去除部分侧热交换器35a、35b进行描述。电气型三通阀36连接至两个重整部分3a、3b的燃料入口侧。电气型三通阀36是通路切换装置，所述通路切换装置的操作由从控制装置(未示出)输出的控制电压控制。具体地，电气型三通阀36包括用作入口、第一出口和第二出口的三个阀。电气型三通阀36的入口连接至汽化器2的排放侧。电气型三通阀36的第一出口连接至两个重整部分3a、3b中的一个重整部分(下文被称为第一重整部分3a)的燃料入口侧。电气型三通阀36的第二出口连接至两个重整部分3a、3b中的另一个重整部分(下文被称为第二重整部分3b)的燃料入口侧。电气型三通阀36的第一出口是开放的，阀36的第二出口是关闭的，以使得流出汽化器2的燃料仅仅进入第一重整部分3a。另一方面，通过关闭电气型三通阀36的第一出口和通过打开阀36的第二出口，流出汽化器2的燃料仅仅进入第二重整部分3b。
第一电气型四通阀37连接至两个重整部分3a、3b的排放侧。第一电气型四通阀37是通路切换装置，所述通路切换装置的操作由从控制装置输出的控制电压控制。第一电气型四通阀37具备在第一回路和第二回路之间切换的功能，第一回路连接在第一重整部分3a的排放侧和发动机EG的燃料入口侧(具体是喷射器)之间且同时连接在第二重整部分3b的排放侧和排气口(未示出)之间，第二回路连接在第一重整部分3a的排放侧和排气口之间且同时连接在第二重整部分3b的排放侧和发动机EG的燃料入口侧之间。用于加热的热介质或用于冷却的热介质(此后简称为热介质)可以流过反应部分侧热交换器34a、34b和去除部分侧热交换器35a、35b。在本实施例中，发动机EG的排出气作为用于加热的热介质被采用，空气被用作用于冷却的热介质。重整器3包括第一热介质回路391和第二热介质回路392，第一热介质回路391将第一重整部分3a中的反应部分侧热交换器34a (下文中被称为第一反应部分侧热交换器34a)的热介质排放侧和在第二重整部分3b中的去除部分侧热交换器35b的热介质入口侧相连，第二热介质回路392将第二重整部分3b中的反应部分侧热交换器34b (下文中被称为第二反应部分侧热交换器34b)的热介质排放侧和第一重整部分3a中的去除部分侧热交换器35a的热介质入口侧相连。第二电气型四通阀38沿着第一热介质回路391连接至第一反应部分侧热交换器34a的热介质入口侧，且沿着第二热介质回路392连接至第二反应部分侧热交换器34b的热介质入口侧。第二电气型四通阀38是流路切换装置，流路切换装置的操作由从控制装置输出的控制电压控制。第二电气型四通阀38具备在第一回路和第二回路之间切换的功能，所述第一回路连接在第一热介质回路391的第一反应部分侧热交换器34a的热介质入口侧和发动机EG的排出气出口侧之间，且同时连接在第二热介质回路392的第二反应部分侧热交换器34b的热介质入口侧和空气流入口(未示出)之间，所述第二回路连接在第一热介质回路391的第一反应部分侧热交换器34a的热介质入口侧和空气流入口之间并且同时连接在第二热介质回路392的第二反应部分侧热交换器34b的热介质入口侧和发动机EG的排出气出口侧之间。·相应地,通过控制第二电气型四通阀38,沿着第一热介质回路391和第二热介质回路392循环的热介质可以在排出气和空气之间切换。通过第一热介质回路391循环的排出气和空气之中的热介质和通过第二热介质回路392循环的排出气和空气之中的热介质彼此不同。借助于排出气通过反应部分侧热交换器34a、34b的循环，催化剂320a、320b可以由在反应部分侧热交换器34a、34b处的排出气的热量加热。因此，在排出气通过热交换器34a、34b循环的情况下，反应部分侧热交换器34a、34b用作对催化剂320a、320b进行加热的加热单元。另一方面，借助于空气通过反应部分侧热交换器34a、34b的循环，空气在反应部分侧热交换器34a、34b处吸收催化剂320a、320b的热量以便冷却催化剂320a、320b。相应地，在空气通过热交换器34a、34b循环的情况下，反应部分侧热交换器34a、34b用作对催化剂320a、320b进行冷却的冷却单元。借助于排出气通过去除部分侧热交换器35a、35b的循环，吸收剂330a、330b可以通过在去除部分侧热交换器35a、35b处的排出气的热量被加热。相应地，在排出气通过热交换器35a、35b循环的情况下，去除部分侧热交换器35a、35b用作对吸收剂330a、330b进行加热的加热单元。另一方面，借助于空气通过去除部分侧热交换器35a、35b的循环，空气在去除部分侧热交换器35a、35b处吸收吸收剂330a、330b的热量，以便冷却吸收剂330a、330b。相应地，在空气通过热交换器35a、35b循环的情况下，去除部分侧热交换器35a、35b用作对吸收剂330a、330b进行冷却的冷却单元。重整器3的重整部分3a、3b配置成执行吸留模式和解吸模式这两种模式。吸留模式是这样的模式:其中吸收剂330a、330b在去除部分33a、33b处选择性地吸留氮且吸收剂330a、330b所释放的热量由空气循环所通过的去除部分侧热交换器35a、35b去除。解吸模式是这样的模式:其中在去除部分33a、33b处，热量被排出气循环通过的去除部分侧热交换器35a、35b给予吸收剂330a、330b，氮从吸收剂330a、330b解吸。重整器3的重整部分3a、3b配置成使得在吸留模式中，在反应部分32a、32b处，热量由排出气所流过的反应部分侧热交换器34a、34b给予催化剂320a、320b，以便对氨进行重整而产生氢和氮。重整器3的重整部分3a、3b配置成在解吸模式中通过空气所流过的反应部分侧热交换器34a、34b对催化剂320a、320b进行冷却。在本实施例中，第二去除部分侧热交换器35b沿着第一热介质回路391连接至第一反应部分侧热交换器34a的在热介质流动方向上的下游侧。相应地,当排出气流过第一热介质回路391时，S卩，当解吸模式在第二重整部分3b处执行时，在第二去除部分侧热交换器35b处，吸收剂330b由在第一反应部分侧热交换器34a处加热催化剂320a之后的排气热量所加热。类似地，在本实施例中，第一去除部分侧热交换器35a沿着第二热介质回路392连接至第二反应部分侧热交换器34b的在热介质的流动方向上的下游侧。相应地，当排出气流过第二热介质回路392时，即当解吸模式在第一重整部分3a处执行时，在第一去除部分侧热交换器35a处，吸收剂330a由在第二反应部分侧热交换器34b处加热催化剂320b之后的排气热量所加热。重整器3配置成使得在吸留模式和解吸模式之中的彼此不同的模式在第一重整部分3a和第二重整部分3b之间执行。更具体地，重整器3配置成使得当吸留模式在第一重整部分3a处执行时，解吸模式在第二重整部分3b处执行，且当解吸模式在第一重整部分3a处执行时，吸留模式在第二重整部分3b处执行。在重整部分3a、3b处执行的模式之间的切换由控制装置通过控制电气型三通阀36、第一电气型四通阀37和第二电气型四通阀38的操作来执行。第一电气型四通阀37和第二电气型四通阀38的操作与电气型三通阀36的操作同步。具体地，为了在电气型三通阀36处切换至使从汽化器2流出的氨流入第一重整部分3a的回路，该回路在第一电气型四通阀37处被切换至同时连接在第一重整部分3a的出口侧和发动机EG的燃料入口侧之间和第二重整部分3b的出口侧和排气口之间的第一回路；且该回路在第二 电气型四通阀38处被切换至同时连接在第一热介质回路391的第一反应部分侧热交换器34a的热介质入口侧和发动机EG的排出气出口侧之间且在第二热介质回路392的第二反应部分侧热交换器34b的热介质入口侧和空气流入口之间的第一回路。另一方面，为了在电气型三通阀36处切换至使从汽化器2流出的氨流入到第二重整部分3b的回路，该回路在第一电气型四通阀37处切换至同时连接在第一重整部分3a的出口侧和排气口之间且在第二重整部分3b的出口侧和发动机EG的燃料入口侧之间的第二回路中；且该回路在第二电气型四通阀38处切换至同时连接在第一热介质回路391的第一反应部分侧热交换器34a的热介质入口侧和空气流入口之间且在第二热介质回路392的第二反应部分侧热交换器34b的热介质入口侧和发动机EG的排出气出口侧之间的第二回路中。在本实施例中，控制装置配置成使得当吸留模式在这两个重整部分3a、3b中的一个重整部分3a处执行且解吸模式在另一个重整部分3b处执行时，在吸收剂330b中吸留的氮已经在所述另一重整部分3b处完全解吸之后，重整部分3a、3b的模式被切换至与它们原本的模式不同的模式。更具体地，为重整部分3a、3b分别提供检测燃料通路310a、310b中的氮浓度的氮浓度传感器39a、39b。通过由这些氮浓度传感器39a、39b检测燃料通路310a、310b中的氮浓度，可以评估被吸留到吸收剂330a、330b中的氮是否已经被完全解吸。
例如，当吸留模式在第一重整部分3a处执行且解吸模式在第二重整部分3b处执行时，在第二重整部分3b的燃料通路310b中的氮浓度由氮浓度传感器39b检测；且如果控制装置基于该检测的结果确定吸留到第二重整部分3b的吸收剂330b中的氮已经都被解吸，则控制装置切换电气型三通阀36、第一电气型四通阀37和第二电气型四通阀38以便在第一重整部分3a处执行解吸模式和在第二重整部分3b处执行吸留模式。氮在吸收剂330a、330b中的吸留速度和解吸速度不必相同。然而，通过控制在去除部分侧热交换器35a、35b处输入吸收剂330a、330b中的热量，可以控制氮的吸留速度和解吸速度。接下来，将描述重整部分3a、3b的详细配置。因为第一重整部分3a和第二重整部分3b具有类似的配置，所以在下面的描述中将对第一重整部分3a进行解释，而对第二重整部分3b的解释将被省略。如图3所示，第一重整部分3a具有三重管(treble pipe)结构。更具体地，第一重整部分3a包括外管41、内管42和中间管43，外管41限定了排出气和空气中的一种热介质所流过的第一热介质通路410，内管42位于外管41的内侧，限定了排出气和空气中的另一热介质所流过的第二热介质通路420，中间管43位于外管41和内管42之间，限定燃料通路 310a。催化剂320a设置在内管42的外壁表面上，即设置在与燃料通路310a相对的管42的表面上，由此形成反应部分32a。催化剂320a配置成能够通过内管42的外壁表面与在第二热介质通路420中流过的热介质进行热交换。相应地，内管42的外壁表面用作反应部分侧热交换器34a。吸收剂330a设置在中间管43的内壁表面上，即设置在与燃料通路310a相对的管43的表面上，由此形成去除部分33a。吸收剂330a配置成能够通过中间管43的内壁表面与在第一热介质通路410中流 过的热介质进行热交换。相应地，中间管43的内壁表面用作去除部分侧热交换器35a。如上所述，氮在去除部分33a、33b处被选择性地吸留到吸收剂330a、330b中；同时，由吸收剂330a、330b释放的热量由去除部分侧热交换器35a、35b去除。因此，氮可以在不使用可渗透膜的情况下被分离和去除。因此，因为可渗透膜不被使用，所以不论是在燃料的大流量或高压的情况下，去除部分33a、33b不会损坏，且可以确保分离去除功能。换句话说，因为没有使用可渗透膜，所以不必为了确保分离去除功能而增加整个重整器3的尺寸。另外，因为没有使用可渗透膜，所以在可渗透膜和框架体之间的密封不是必要的，从而避免了密封的麻烦，由此可以降低生产成本。在本实施吸收剂330a、330b置于燃料通路310a、310b中以与氮直接接触。于是，因为不必提供吸收剂330a、330b与系统外部(外界)之间的接触部分，所以可以进行可靠的密封。进而，常规的可渗透膜通常由贵重金属制成。通过使用替代该可渗透膜的吸收剂330a、330b，氮可以被分离和去除。相应地，生产成本可以被进一步降低。于是，重整器3可以减小尺寸且其生产成本可以降低。在本实施例中，沿着第一热介质回路391和第二热介质回路392，反应部分侧热交换器34a、34b布置在去除部分侧热交换器35a、35b的在热介质的流动方向上的上游侧上。相应地，在去除部分侧热交换器35a、35b处，在解吸模式中，吸收剂330a、330b由加热催化剂320a、320b之后的排气热进行加热。因此，在反应部分侧热交换器34a、34b处，催化剂320a、320b首先被发动机EG的排出气的热量(排气热)进行加热。结果，催化剂320a、320b可以被充分地加热。然后，在加热催化剂320a、320b之后，吸收剂330a、330b在去除部分侧热交换器35a、35b处被排气热加热。因此，可以有效地使用发动机EG的排气热。另外，在本实施例中，在第一重整部分3a处和第二重整部分3b处执行吸留模式和解吸模式中的彼此不同的模式。相应地，解吸模式可以在第一重整部分3a和第二重整部分3b中的任一个处执行而不会失败。因此，氮可以恒定地从第一重整部分3a和第二重整部分3b中的任一个解吸以被供给至发动机EG。通过将供给至反应部分侧热交换器34a、34b和去除部分侧热交换器35a、35b的热介质在排出气和空气之间切换，在第一重整部分3a和第二重整部分3b处执行的模式可以在吸留模式和解吸模式之间被切换。相应地，在第一重整部分3a处和第二重整部分3b处执行的模式可以使用简化的配置被切换。在本实施例中，第一重整部分3a和第二重整部分3b配置成具有三重管结构。相应地，通过将供给至第一热介质通路410和第二热介质通路420的热介质在排出气和空气之间进行切换，在第一重整部分3a和第二重整部分3b处执行的模式可以被在吸留模式和解吸模式之间切换。于是，可以容易地和可靠地实现以下配置:其中在第一重整部分3a处和第二重整部分3b处执行的模式可以在吸留模式和解吸模式之间进行切换。下面将描述上述实施例的修改。本申请不限于上述实施例，且在不背离本发明的保护范围的情况下可以进行如下各种修改:(I)在上述实施例中，去除部分侧热交换器35a、35b作为对吸收剂330a、330b进行冷却的冷却单元和对吸收剂330a、330b进行加热的加热单元使用。示出了吸收剂330a、330b通过切换流过去除部分侧热交换器35a、35b的热介质而被冷却或加热。然而，除此之夕卜，不同的热交换器(例如用于冷却的热交换器和用于加热的热交换器)可以分别被用作冷却单元和加热单元。类似地，反应部分侧热交换器34a、34b作为对催化剂320a、320b进行冷却的冷却单元和对催化剂320a、320b进行加热的加热单元而使用。示例了催化剂320a、320b通过切换流过反应部分侧热交换器34a、34b的热介质而被冷却或加热。然而，不同的热交换器可以分别被用于冷却单元和加热单元。(2)在上述实施例中，示例了重整器3配置成使得在第一重整部分3a和第二重整部分3b处执行吸留模式和解吸模式中的彼此不同的模式。然而，与此不同，重整器3可以被配置成使得在第一重整部分3a和第二重整部分3b处执行彼此相同的模式。(3)在上述实施例中，示例了重整器3被配置成包括两个重整部分(即第一重整部分3a和第二重整部分3b)。然而，与此不同，可以提供一个重整部分或三个重整部分或更多个重整部分。总之，上述实施例的反应器3可以被描述如下:反应器3包括反应部分32a、32b和去除部分33a、33b。反应部分32a、32b配置成借助于未反应的物质的反应生成至少两种产物。去除部分33a、33b配置成从所述至少两种产物中选择性地吸留至少一种产 物以便分离和去除所述至少一种产物。去除部分33a、33b包括吸收剂330a、330b和冷却单元35a、35b。吸收剂330a、330b在选择性地吸留所述至少一种产物时释放热量。冷却单元35a、35b配置成去除由吸收剂330a、330b所释放的热量。相应地，在去除部分33a、33b处，至少一种产物被选择性地吸留到吸收剂330a、330b中，同时，由吸收剂330a、330b所释放的热量由冷却单元35a、35b去除。因此，可以在不使用可渗透膜的情况下分离和去除至少一种产物。因此，因为没有使用可渗透膜，所以尽管未反应的物质具有大流量或高压，去除部分33a、33b不被损坏，且分离去除功能可以得到保证。换而言之，因为没有使用可渗透膜，所以不需要为了确保分离去除功能而增加整个反应器的尺寸。另外，因为没有使用可渗透膜，可渗透膜和框架体之间的密封变得不必要，从而避免了密封的麻烦，由此可以降低生产成本。进而，常规的可渗透膜通常由贵重金属制成。可以通过使用替代该可渗透膜的吸收剂330a、330b来分离和去除至少一种产物。相应地，可以进一步降低生产成本。于是，反应器可以被缩小尺寸，其生产成本可以被降低。
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从至少两种产物选择性地吸留至少一种产物意味着，N (N:等于或大于I且等于或小于(M-1)的整数)种产物被从M(M:大于等于2的整数)种产物中选择性地吸留。反应部分32a、32b可以包括至少两个小的反应部分32a、32b。去除部分33a、33b可以为所述至少两个小的反应部分32a、32b中的每一个提供，且包括:吸收剂330a、330b，所述吸收剂330a、330b在选择性地吸留所述至少一种产物时释放热量和在将被吸留的所述至少一种产物进行解吸时吸收热量；冷却单元35a、35b，所述冷却单元35a、35b去除由吸收剂330a、330b所释放的热量；和加热单元35a、35b，所述加热单元35a、35b配置成将热量给予吸收剂330a、330b。去除部分33a、33b可以配置成能够执行:吸留模式，其中吸收剂330a,330b选择性地吸留所述至少一种产物，冷却单元35a、35b去除由吸收剂330a、330b所释放的热量；或解吸模式，其中加热单元35a、35b将热量给予吸收剂330a、330b，且所述至少一种产物从吸收剂330a、330b解吸。相应地，可以在分别为小的反应部分32a、32b提供的去除部分33a、33b中的每一个处执行吸留模式或解吸模式。因此，可以在期望的时间执行至少一种产物的吸留和解吸。反应器3可以适用于燃料供给系统10，燃料供给系统10将燃料供给至能量输出单元EG，能量输出单元EG通过氢或燃料的氧化来输出能量，该燃料的分子包括至少一个氢原子。所述至少两个小的反应部分32a、32b中的每一个可以配置成使燃料反应以生成氢和除氢以外的产物。在解吸模式中，加热单元35a、35b可以通过在能量输出单元EG中的氢或燃料氧化时产生的热量来加热吸收剂330a、330b。所述至少两个小的反应部分32a、32b中的每一个可以包括将燃料重整以生成氢的催化剂320a、320b。在吸留模式中，催化剂320a、320b可以通过在能量输出单元EG中的氢或燃料氧化时产生的热量而被加热。在解吸模式中，加热单元35a、35b可以通过加热催化剂320a、320b之后的排气热对吸收剂330a、330b进行加热。相应地，催化剂320a、320b首先通过在能量输出单元EG处氧化燃料或氢时产生的热量被加热。因此，催化剂320a、320b可以被充分地加热。因为吸收剂330a、330b被加热催化剂320a、320b之后的排气热加热，所以可以有效地利用在能量输出单元EG处氧化燃料或氢时所产生的热量。
所述至少两个小的反应部分32a、32b可以包括两个小的反应部分32a、32b。去除部分33a、33b可以是两个去除部分33a、33b中的一个，两个去除部分33a、33b中的每个为这两个小的反应部分32a、32b中的对应的一个所提供。这两个去除部分33a、33b包括一个去除部分33a和另一个去除部分33b。吸留模式在所述一个去除部分33a处进行，而解吸模式在所述另一个去除部分33b处进行，或者，吸留模式在所述另一个去除部分33b处进行，而解吸模式在所述一个去除部分33a处进行。这两个小的反应部分32a、32b中的每一个可以包括第一热交换器34a、34b，所述第一热交换器34a、34b配置成通过催化剂320a、320b与热介质之间的热交换来加热或冷却催化剂320a、320b。这两个去除部分33a、33b中的每一个可以包括第二热交换器35a、35b，所述第二热交换器35a、35b配置成通过吸收剂330a、330b和热介质之间的热交换来加热或冷却吸收剂330a、330b。用于加热的热介质或用于冷却的热介质可以作为热介质被供给至第一热交换器34a、34b和第二热交换器35a、35b。通过将供给至第一热交换器34a、34b和第二热交换器35a、35b的热介质在用于加热的热介质和用于冷却的热介质之间交替地切换，在所述一个去除部分33a和所述另一个去除部分33b处执行的模式在吸留模式和解吸模式之间切换。相应地，吸留模式和解吸模式之中的彼此不同的模式分别在至少一个去除部分33a处和另一个去除部分33b处执行。因此，解吸模式可以在所述一个去除部分33a和所述另一个去除部分33b中的任一个处确定地执行。为此，从所述一个去除部分33a和所述另一个去除部分33b中的任一个，至少一种产物可以被稳定地解吸以被供给至能量输出单元EG0通过将供给至第一热交换器34a、34b和第二热交换器35a、35b的热介质在用于加热的热介质和用于冷却的热介质之间切换，在一个去除部分33a和所述另一个去除部分33b处执行的所述模式可以在吸留模式和解吸模式之间切换。相应地，在一个去除部分33a和所述另一个去除部分33b处执行的所述模式可以通过使用简单的配置而被切换。两个小的反应部分32a、32b中的每一个可以包括:外管41，所述外管41限定用于加热的热介质和用于冷却的 热介质中的一个所流过的第一热介质通路410 ;内管42，所述内管42布置在外管41的内部，限定所述用于加热的热介质和用于冷却的热介质中的另一个所流过的第二热介质通路420 ;和中间管43，所述中间管43布置在外管41和内管42之间且燃料从中流过。催化剂320a、320b可以设置在内管42的外壁表面上。吸收剂330a、330b可以设置在中间管43的内壁表面上。相应地，由于至少两个小的反应部分32a、32b具有三重管结构，通过将供给至第一热介质通路410和第二热介质通路420的热介质在用于加热的热介质和用于冷却的热介质之间切换，在一个去除部分33a和所述另一个去除部分33b处执行的模式可以在吸留模式和解吸模式之间切换。于是，可以容易地和可靠地实现以下配置，其中在一个去除部分33a和所述另一个去除部分33b处执行的模式可以在吸留模式和解吸模式之间切换。反应部分32a、32b可以被配置成借助于分子包含至少一个氮原子的未反应的物质的反应生成氮和除氮以外的产物。去除部分33a、33b可以基于氮的物理吸附或氮的固定反应来选择性地吸留氮。 所述未反应的物质可以是氨。反应部分32a、32b可以包括将氨重整以生成氢的催化剂 320a、320b。
尽管已经参照实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明不限于这些实施例和结构。本发明意图覆盖各种修改和等同的布置。另外，尽管已经给出了多种组合和配置，但是包括更多的元件、更少的元件或仅仅包括单一元件的其它的组合和配置也在本发明的精神和 保护范围内。
权利要求
1.一种反应器(3),包括: 反应部分(32a、32b)，所述反应部分配置成借助于未反应的物质的反应而产生至少两种产物；和 去除部分(33a、33b)，所述去除部分配置成从所述至少两种产物选择性地吸留至少一种产物，以便分离和去除该至少一种产物，所述去除部分(33a、33b)包括: 吸收剂(330a、330b)，所述吸收剂在选择性地吸留所述至少一种产物时释放热量；和 冷却单元(35a、35b)，所述冷却单元配置成去除由吸收剂(330a、330b)所释放的热量。
2.根据权利要求1所述的反应器(3)，其中: 所述反应部分(32a、32b)包括至少两个小的反应部分(32a、32b)； 所述去除部分(33a、33b)针对于所述至少两个小的反应部分(32a、32b)中的每一个而提供且包括: 所述吸收剂(330a、330b)，其在选择性地吸留所述至少一种产物时释放热量和在对所吸留的至少一种产物进行解吸时吸收热量； 所述冷却单元(35a、35b)，其去除由吸收剂(330a、330b)所释放的热量；和 加热单元(35a、35b)，其配置成将热量给予吸收剂(330a、330b);和 所述去除部分(33a、33b)配置成能够执行: 吸留模式，在所述吸留模式中，吸收剂(330a、330b)选择性地吸留所述至少一种产物，所述冷却单元(35a、35b)去除由吸收剂(330a、330b)所释放的热量；或 解吸模式，在所述解吸模式中，所述加热单元(35a、35b)将热量给予所述吸收剂(330a、330b)，所述至少一种产物从吸收剂(330a、330b)被解吸。
3.根据权利要求2所述的反应器(3)，其中: 所述反应器(3)适用于燃料供给系统(10)，所述燃料供给系统(10)将燃料供给至能量输出单元(EG)，所述能量输出单元(EG)通过氢或燃料的氧化输出能量，所述燃料的分子包括至少一个氢原子； 所述至少两个小的反应部分(32a、32b)中的每一个配置成使燃料反应以生成氢和除去氢之外的产物；和 在解吸模式中，所述加热单元(35a、35b)通过在能量输出单元(EG)中氢或燃料氧化时产生的热量来加热吸收剂(330a、330b)。
4.根据权利要求3所述的反应器(3)，其中: 所述至少两个小的反应部分(32a、32b)中的每一个包括将燃料重整以生成氢的催化剂(320a,320b)； 在所述吸留模式中，所述催化剂(320a、320b)由在能量输出单元(EG)中的氢或燃料氧化时所产生的热量加热；和 在所述解吸模式中，所述加热单元(35a、35b)由在加热催化剂(320a、320b)之后排出的热量对吸收剂(330a、330b)进行加热。
5.根据权利要求4所述的反应器(3)，其中: 所述至少两个小的反应部分(32a、32b)包括两个小的反应部分(32a、32b)； 所述去除部分(33a、33b)是两个去除部分(33a、33b)中的一个，所述两个去除部分(33a、33b)中的每一个针对于所述两个小的反应部分(32a、32b)中的对应的一个所提供，所述两个去除部分(33a、33b)包括一个去除部分(33a)和另一个去除部分(33b)； 所述吸留模式在所述一个去除部分(33a)处执行而解吸模式在所述另一个去除部分(33b)处执行，或者所述吸留模式在所述另一个去除部分(33b)处执行而解吸模式在所述一个去除部分(33a)处执行； 所述两个小的反应部分(32a、32b)中的每一个包括第一热交换器(34a、34b)，所述第一热交换器(34a、34b)配置成通过催化剂(320a、320b)和热介质之间的热交换来加热或冷却催化剂(320a、320b)； 所述两个去除部分(33a、33b)中的每一个包括第二热交换器(35a、35b)，所述第二热交换器(35a、35b)配置成通过吸收剂(330a、330b)和热介质之间的热交换来加热或冷却吸收剂(330a、330b)； 用于加热的热介质或用于冷却的热介质被作为热介质供给至第一热交换器(34a、34b)和第二热交换器(35a、35b);和 通过将供给至第一热交换器(34a、34b)和第二热交换器(35a、35b)的热介质在用于加热的热介质和用于冷却的热介质之间交替地切换，在所述一个去除部分(33a)和所述另一个去除部分(33b)处执行的模式在所述吸留模式和解吸模式之间被切换。
6.根据权利要求5所述的反应器(3)，其中: 所述两个小的反应部分(32a、32b)中的每一个包括: 外管(41)，所述外管限定所述用于加热的热介质和所述用于冷却的热介质中的一个所流过的第一热介质通路(410)； 内管(42)，所述内管布置在所述外管(41)的内部，并限定所述用于加热的热介质和所述用于冷却的热介质中的另一个所流过的第二热介质通路(420);和 中间管(43)，所述中间管布置在外管(41)和内管(42)之间，燃料流过所述中间管(43)； 所述催化剂(320a、320b)设置在内管(42)的外壁表面上；和 所述吸收剂(330a、330b)设置在中间管(43)的内壁表面上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的反应器(3)，其中: 所述反应部分(32a、32b)配置成借助于分子中包含至少一个氮原子的未反应的物质的反应生成氮和除氮以外的产物；和 所述去除部分(33a、33b)基于氮的物理吸附或氮的固定反应来选择性地吸留氮。
8.根据权利要求7所述的反应器(3)，其中: 所述未反应的物质是氨；和所述反应部分(32a、32b)包括将氨进行重整以生成氢的催化剂(320a、320b)。
全文摘要
一种反应器(3)，包括反应部分(32a、32b)和去除部分(33a、33b)。反应部分(32a、32b)配置成借助于未反应的物质的反应而产生至少两种产物。所述去除部分(33a、33b)配置成从所述至少两种产物选择性地吸留至少一种产物，以便分离和去除该至少一种产物。所述去除部分(33a、33b)包括吸收剂(330a、330b)和冷却单元(35a、35b)。所述吸收剂(330a、330b)在选择性地吸留所述至少一种产物时释放热量。所述冷却单元(35a、35b)配置成去除由吸收剂(330a、330b)所释放的热量。
文档编号C01B3/56GK103086323SQ20121042540
公开日2013年5月8日 申请日期2012年10月30日 优先权日2011年10月31日
发明者布施卓哉, 桑山和利, 中川忠纮 申请人:株式会社电装