专利名称：用于重整器燃料电池系统燃料汽化的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括一个重整器的燃料电池系统，所述重整器由组分包含氢的液体燃料产生在燃料电池中使用的富氢气。更具体的，本发明涉及在燃料加入到重整器之前的燃料汽化。
背景技术：
近年来已经发现了在用于产生电能的燃料电池的兴趣方面的显著增加。一个兴趣比较高的方面在用于机动车的动力系统设计中。如公知的，典型的燃料电池结合氢和氧以产生电，产生的电然后可以被用于驱动一个可以用于提供机动车动力的电动机。
更近年来，已经有了多种使用被称作重整器的燃料电池系统的建议。重整器是化学处理器，其接收输入的含烃或基于烃的原料流并将其与水反应以提供一个含有丰富氢气的输出流。这种氢气，在被进一步处理以除去对燃料电池有害的成分之后，所述有害成分最显著的是一氧化碳，然后被提供到燃料电池的阳极。大气被提供到燃料电池的阴极。空气中的氧和阳极气体中的氢反应以提供水并产生电，产生的电可以用于驱动一个例如电动机的负载。
重整器必须接收蒸汽形态的燃料和水。因此，如果要消除与某些纯氢燃料电池结合的高压容器的缺点，一些输送容器中液体形态燃料的装置必须与用于在其加入重整器之前汽化水和燃料的装置一起提供，所述容器可比作汽油或柴油燃料箱。虽然对于许多非-车辆的应用，将水和燃料汽化的问题可能可以被相对简单地解决，下面的问题变得更加困难，其期望由燃料电池产生的电可以对电载荷改变作出快速响应。在上下文的车辆中，这意味着燃料电池必须快速响应由车辆驾驶员通过改变传统气动踏板的燃料电池当量位置而发出的命令改变。
已经确定燃料电池对命令改变的响应速度依赖于汽化器中水和燃料的质量，所述汽化器将汽化水和燃料喂给到重整器。汽化器中燃料和水的质量越大，响应时间越长。因此，已经确定为了在燃料电池系统中更有效地驱动载荷，其需要快速响应状态改变，汽化器中燃料和水的质量被保持在绝对极小值。为了满足这个需要，非常期望汽化器侧的燃料和水具有尽可能小的量。
在车辆应用中，也非常期望整个汽化器就容量而言尺寸和重量尽可能小。体积和重量是非常不利的，因为重量减小了车辆的整体燃料效率，并且体积减小了车辆的载重能力，所述车辆载重能力达到了这样的一个点，其不能实际提供一种可以与今天实际使用的传统驱动车辆竞争的车辆。也期望获得非常短的系统启动时间。
本发明旨在克服一个或多个上述的问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种新型和改良的重整器类型燃料电池系统，并且更具体的是一种用于在包含燃料电池系统的重整器中使用的改良的燃料汽化器。
本发明的另一个主要目的是提供一种将在燃料电池系统中使用的液体燃料和/或水(在下文中共同称作液体燃料)汽化的新型和改良的方法。
根据本发明的一个方面，包含一个包括燃料电池的燃料电池系统，所述燃料电池具有一个汽化燃料入口、一个被汽化液体燃料源和一个将所述燃料电池和所述源互连的燃料汽化器，本发明包括一种将在燃料汽化器中的燃料汽化的方法，其包括以下步骤(a)将要被汽化的液体燃料引入到一个用于燃料汽化器燃料流通道的燃料入口中；(b)使加热流体通过至少一个与燃料流通道形成热交换关系的热流体流通道，以加热并汽化燃料流通道中的燃料；以及(c)控制燃料在其从入口到达燃料以蒸汽排出的出口时的压力下降，如此以至压力下降的大多数在任何液体燃料被实际汽化之前在靠近入口处发生。
在一个优选实施方案中，压力下降的大多数至少约70％并且更优选为约95％。
根据本发明的另一个方面，提供一种燃料电池系统。所述燃料电池系统包括一个用于为燃料电池存储液体燃料的燃料储存器，和一个用于消耗燃料并从那里产生电的燃料电池。一个用于接收汽化状态燃料的燃料重整器连接到燃料电池用于往那里提供在其中消耗的燃料，并且所述系统进一步包括一个在燃料储存器和燃料重整器之间插入的燃料汽化器，用于从燃料储存器接收液体燃料并将液体燃料汽化成蒸汽状态用于输送到燃料重整器。燃料汽化器包括一个热交换器，其具有一个热流体入口、一个热流体出口和一个将入口和出口互连的芯部。所述芯部具有在热流体入口和热流体出口之间延伸的交替热流体通道，并且与液体/汽化燃料通道形成热交换关系。每个热流体通道包括沿其长度延伸的一个或多个肋片，并且两个隔板连接到并夹住(多个)肋片。所述热交换器进一步包括一个液体燃料入口和汽化燃料出口。液体/汽化燃料通道在液体燃料入口和汽化燃料出口之间延伸并包括两个邻接板，其每一个具有在那里的细长槽。所述槽对角于液体/汽化燃料通道中燃料流的平均方向延伸，在一个板中的槽和另一个板中的槽十字形交叉以由此形成流体连通。隔板连接到并夹住邻接板。在一个实施方案中，所述槽具有关于穿过燃料汽化器的燃料流平均方向从液体燃料到汽化燃料出口逐步递减的角度。
在优选实施方案中，液体/汽化燃料通道包括一个可以在入口附近提供高压力下降的曲径以及一个在曲径和汽化燃料出口之间延伸的低压力下降区域。
在一个实施方案中，曲径包括数个交叉的相对短且窄的槽，槽以液压顺序连接并且与液体燃料入口形成流体连通；和一个相对长的总管，其大致横向于燃料流的平均方向，并且包括数个以均匀间隔延伸到交叉细长槽的其余部分的小孔槽。
优选实施方案也设想每个液体燃料通道包括数个液压隔离的通道，它们从液体燃料入口延伸到汽化燃料出口，同时每个通道具有基本相等的流阻。
在另一个方面，与前面一样本发明包括一个燃料储存器、燃料电池、燃料重整器和燃料汽化器。在这个实施方案中，燃料汽化器包括一个热流体入口、热流体出口和将入口和出口互连的芯部。所述芯部具有在热流体入口和热流体出口之间延伸的交替热流体通道，其与液体/汽化燃料通道形成热交换。每个热流体通道包括延伸达其长度的一个或多个肋片，和两个连接到并将(多个)肋片夹住的隔板。热交换器进一步包括一个液体燃料入口和一个汽化燃料出口，具有在这两者之间延伸的液体/汽化燃料通道，并且其包括两个邻接的板，每个具有在其中的细长槽，所述槽对角于液体/汽化燃料通道中的燃料流平均方向延伸，在一个板中的槽与另一个板中的槽十字形交叉以与其形成流体连通。隔板被连接到并夹住邻接板，并且所述槽具有从液体燃料入口到汽化燃料出口逐步递增的宽度。
在每一前述中，用于热液体通道的隔板和用于邻接板的隔板是同一个，为两者所共有。
仍然根据本发明的另一个方面，具有一种通常如上面所述的燃料系统，并且其包括一个燃料汽化器，其具有一个与加热热交换介质通道形成热交换的燃料通道结构，其由至少一个在其中具有数个燃料流区域的燃料通道片、处于或靠近所述片一端的入口以将液体燃料输送到燃料流区域、和一个处于或靠近所述片相对端的出口所限定。出口包括一个在所述片中的扩大的开口，其被连接到燃料流区域并用作离开燃料流区域的汽化燃料的收集总管。一对隔板夹住所述至少一个板以封闭燃料流区域和扩大的开口。至少一个分隔片包括在扩大开口中的一系列的凸起、间隔凹坑，并且接触和连接到其它的隔板。
仍然根据本发明的另一个方面，提供一种如上面所述的燃料电池系统。燃料汽化器包括与加热热交换介质结构交替的堆叠燃料通道结构以限定加热介质通道。每个燃料通道结构包括至少一个燃料通道片，其具有一个在其中的燃料通道并且夹在两个隔板之间，并且每个加热介质结构包括一个在两个第二个板之间的肋片。第二个板延伸超出燃料通道板的相对末端，并且具有超出相对末端的成一直线、扩大开口，其用作入口和出口总管与加热介质通道形成流体连通。第二隔板关于扩大的开口互相密封，除了在与加热介质通道建立流体连通的位置处。
仍然根据本发明的另一个方面，提供一种汽化器，其包括数个燃料流结构，每一个包括两个夹在第一分隔片之间的邻接燃料流片。燃料流片具有以对于燃料流平均方向逐渐减小的角度延伸穿过燃料流结构的细长槽，具有从燃料流片的一端到另一端增加的宽度。在一个燃料流片中的槽与在另一个燃料流片中的槽十字形交叉。汽化器进一步包括数个加热介质流结构，其包括一个夹在两个第二隔板之间的肋片，每个第二分隔片延伸超出燃料流片的末端并具有在其中的第一成一直线开口，其在超出燃料流片末端的位置处互相对齐成一直线。燃料流结构和加热介质结构设置在一个交替连接的堆叠中，堆叠中的燃料流结构互相排成一行并且堆叠中的加热介质结构互相排成一行。一个对燃料流结构的共同燃料入口设置在燃料流片一侧上靠近一端。从燃料流结构在燃料流片靠近另一末端的一侧上还提供一个共同的燃料出口。第二对齐成一直线的扩大开口设置在燃料流片中处于另一端，其与一些槽交叉并且连接到共同的燃料出口。一个共同的加热介质入口设置在堆叠的另一端并且与在那的第一扩大开口形成流体连通。在所述一侧的共同的加热介质出口与在那的第一扩大开口形成流体连通。
本发明众多的其它目的和优势从以下意图和附图的描述将变得更加明显。
图1示意性图解了一个使用重整器类型的典型的燃料电池系统，本发明的燃料汽化器可以与所述的重整器一起使用；图2是一个根据本发明制成的燃料汽化器的透视图；图3是在本发明中使用的一个燃料流结构和热气体结构的一个实施方案的分解图；图4是在图3中图解的燃料流板的一个的平面图；图5是在图3中图解的另一个燃料流板的平面图；图6是互相叠加的图4和5的燃料流板的平面图；图7是类似于图4的一个视图，但显示了一个燃料流板的修改实施方案；图8显示了图7实施方案的第二燃料流板；图9显示了互相叠加的图7和8的燃料流板；图10仍然显示了一个燃料流板的另一实施方案；图11显示了根据图10实施方案的第二燃料流板；图12显示了互相叠加的图10和11的燃料流板；图13仍然图解了一个燃料流板的另一实施方案；图14显示了在图13的实施例中使用的第二燃料流板；图15显示了互相叠加的图13和14的燃料流板；图16仍然显示了燃料流板的另一实施方案；图17显示了根据图16实施方案的另一个燃料流板；图18显示了互相叠加的图16和17的燃料流板；图19是隔板108末端的局部视图，并且具体是包括要连接到出口总管57的开口134的隔板108的末端；以及图20是一个近似沿着图19中线20-20获得的局部、放大、截面图。
包含的图4-18是等比例视图。
具体实施例方式
本发明的示例性实施方案将在这里在计划用于车辆的环境中描述，并且所述车辆使用甲醇作为与水结合的含氢液体以产生在燃料电池中使用的富氢气体。甲醇是优选的燃料，因为其易于重整为阳极气体。然而，应该理解本发明可以有效应用在非-车辆的应用中，特别是需要对载荷改变作出快速响应的应用。汽化器也可以有效应用在其它重整器类型的燃料电池系统中，它们使用不同于甲醇的液体燃料，例如乙醇、汽油、柴油等。因此，除了在附上的权利要求中清楚描述的范围以外，本发明不应该被认为局限于车辆系统或者甲醇类型系统。
现在转向图1，包含可以与本发明一起使用的重整器的一种类型的燃料电池系统在图1中图解。这个系统明确地计划用于车辆中，但是也可以有利地在其它环境中使用。
所述系统包括一个燃料电池10，其具有在线12上的一种阳极气体输入流。所述阳极气体典型地为氢、二氧化碳和水蒸气。
所述燃料电池还包括一个通向燃料电池阴极侧的输入管线14，并且富氧流通过其被接收。在通常情况中，所述流为空气。
所述燃料电池也包括一个公知的冷却回路，一般指示为16。
阴极排出物在管线18上放出，其最终通向水箱或者容器20。就是说，在燃料电池10中化学反应的产物、水被提供到水箱20用于在以后的重整处理中的再使用。
除了水箱20以外，所述系统包括一个燃料存储器24，在示出的系统中，燃料存储器24包含甲醇。泵26在启动期间通过蓄电池电源或者在运行期间通过燃料电池10产生的电能驱动，以期望的比率计量水和甲醇到根据本发明制成的燃料汽化器28的共同入口或者分开的入口。(在此公开了一个共同的入口并且其是优选的，但本发明也考虑分开入口的使用。)水/甲醇混合物被汽化并且在管线30上放出到重整器和催化燃烧器32的入口。而所述重整器和催化燃烧器32将重整产品(氢、水、一氧化碳和二氧化碳)在管线34上放出到气体净化反应器36，在那气体的一氧化碳含量被减小到不会损害燃料电池10的点。气体净化反应器36放出到输入管线12到达燃料电池10的阴极。
在重整器和催化燃烧器32中产生的热的被称作尾气(tail gas)的在管线37上放出到汽化器28，以用作将其中的甲醇和水汽化的热源。
所述系统也包括一个排出管线38，在其上放出废气。废气通过一个压缩机/膨胀器44膨胀并且作为废气放出。也可以提供一个用于热气体的回流管线46。
由燃料电池10产生的电能在运行期间被应用于驱动系统中的泵、马达等，也用于为由系统驱动的载荷提供电能。为了启动，可以使用蓄电池电源。在车辆动力系统的情况中，载荷典型地为连接到车辆牵引系统的电动机。
现在转向图2，图解了根据本发明制成的燃料汽化器28的一个优选形式。该燃料汽化器包括一个芯部50，其由将在下文中更详细描述的一系列板、在所述板边缘上的杆和/或凸缘、间隔件和肋片组成。这些元件限定了一个通过所述汽化器的燃料/水流通道和加热热交换介质流通道。加热热交换介质典型地为热气体，但也可以使用加热的液体。到燃料/水流通道的液体燃料入口由一个总管54和一个被连接到该总管的相对较小直径的管56提供。一个类似的总管57支持一个大直径的管58，大直径管58用作汽化燃料的出口。管56和58的尺寸差别是由于这样的事实，燃料和水混合物以液体进入管56，并且因此具有比通过出口管58离开的蒸汽形式的燃料相对更大的密度。因此，为了避免大的压力下降，由于在出口管58处更大的体积流量，出口管58具有更大的横截面区域。
芯部50具有相对的末端60和62。末端60是用于加热介质的入口端并且包括一个输入总管(header)64。一个热气体输入管65延伸到总管64。末端62是用于加热介质的输出端并且包括一个热气体输出管67从其延伸的输出总管66。总管64被连接以从重整器和催化燃烧器32(图1)接收热气体，并将其通过热气流体流通道输送，所述热气流体流通道与也是数个通道形式的热气流体流通道形成热交换关系。
芯部50是前述元件的堆叠，所述元件限定了交替燃料/水流通道结构68和热气流体流通道结构69。应该注意到用于热气体的输入和输出总管64、66可选择地可以是棱锥形外壳(未示出)，棱锥形外壳在它们的顶点具有圆形开口(未示出)和相对的、开放基底(未示出)，开放基底与芯部50中的热气流体流通道(未示出)形成流体连通。
现在转向图3，构成限定结构68的甲醇/水流通道的典型的燃料侧组合件，和构成限定结构69的热气体流通道的典型的热气体侧组合件以分解图示出。燃料侧组合件包括两个板70、72，它们被互相叠加。板70包括一个上游端74和一个下游端76。
板70包括数个在末端74和76中间的成角度的细长槽78。邻近末端74是一系列的槽，它们限定了曲径(maze)的一部分80，所述曲径为了可以看见的目的一般指示为82。一个扩大的开口84邻近相对末端76提供。另外，额外的扩大开口86、88为了可以看见的目的设置为刚刚超出末端74、76。板70也包括一个绕其整个外围的实心部分或边界90，以及一个将所述扩大开口86与曲径82隔离的实心部分92，和一个将所述扩大开口88与所述扩大开口84隔离的实心部分94。
板72也包括成角度的细长槽96、也限定曲径82部分的一系列的槽98、一个扩大开口100和额外的开口102、104，它们设置为超过由扩大开口100和曲径82限定的板72的末端。板72也包括实心边界90和实心部分92和94。配置是这样的，板70和72可以互相叠加，通过将它们的边缘90和实心部分92、94对准成一直线并互相接触由此使扩大开口88与扩大开口104对准，并使扩大开口86与扩大开口102对准。另外，成角度槽78、96然后将互相十字形交叉。其它的扩大开口84、100也互相成一直线，就象组成曲径的槽80、98那样。
本发明设想所述槽可以被形成为如图所示的贯通槽或者仅仅是无孔板中的沟槽，并且具有没有完全延伸穿过相关板的面对的开口侧。所述沟槽可以如期望的蚀刻、机加工或者压印在板中。在这种情况中，所述板将是无孔的并且因此在所述板之间的分隔片常常可以省略。
图3中还显示了两个隔板106、108。板106包括一个向下翻的外围凸边110，同时板108包括一个向上翻的外围凸边112，其适于邻接凸边110并在那通过例如适合的粘合密封，适合的粘合例如铜焊。然而，如果需要，也可以应用例如熔焊或者软焊的其它的冶金、不透水粘合。
板106和110在它们的相对末端还包括扩大开口116。扩大开口114和116分别与扩大开口86、102和88、104对准。隔板106与凸缘110相对的边缘118通过前述的任一种冶金粘合被密封和粘合到板72的边缘90，同时隔板108(未示出)的边缘将被密封和粘合到板70(未示出)的边缘90，它是堆叠中邻接最下层的板。
由于隔板106和108上啮合凸缘110、112的存在，在开口114、116之间将有一个间隙延伸，其用作热气体或加热流体介质的通道。为了促进极好的热交换，一个湍流器或者肋片120设置在其中并且设置在开口114、116之间。肋片120优选是一个传统的切开并偏置的肋片，并且如果需要可以在一个或多个区域中制成，其可以或可以不包括在邻接区域之间的小间隙。就是说，肋片120可以被制成如在Reinke等人的共同转让的、未审结的申请中一般描述的那样，在提交的申请号＿(代理人卷号655.00936)并且标题为“用于重整器燃料电池系统将燃料汽化的方法和设备”，其全文在此结合引作参考。
注意到板70、72包括两个有孔的接头122，它们可以在制造过程中应用以获得板70和72之间在它们互相叠加时的准确对准。另外，每个板70、72、106、108的一边124包括一个邻接曲径82位置的小接头126。接头126包括互相对准的小孔，并且当板互相组装时为曲径82确定一个共同的总管或入口。
邻接扩大开口84、10的一侧是一个类似但更大的接头130，其限定了扩大开口84的横向延伸。板106、108中的接头130包括圆形开口134，它们与板70、72中扩大开口84、100的延伸对准，并且当板互相组装时形成一个密封输出总管。明确地，因而限定的总管是燃料输入总管54和燃料输出总管57，并且上述总管为所有的燃料流通道68所共有并且分别连接到管56和58，如连同图2的描述在先描述的。
因此将理解每个燃料流结构68由互相叠加并粘合在一起的两个板70、72构成，并且被夹在一个隔板106和一个隔板108之间。也将理解每个热气体结构69由夹在两个隔板106和108之间的肋片120制成。同时用于燃料流结构68的隔板106、108可以从那些用于热气体结构69的区分开来，优选它们如图解的为两者共享或所共有以最小化体积和最小化使用材料的量。通过使隔板106、108为燃料流结构和热气体结构所共有，形成燃料汽化器所需材料的体积、重量和成本全都被最小化。
也注意到如本文中描述的包括隔板106、108和肋片120的热气体流通道结构69可以应用在包括不同类型片或板的所有实施方案中，所述片或板如在本文中所述的可以用于燃料流结构68中。
现在转向图4-6，板70、72将更详细地描述。燃料流通过燃料流结构68的平均方向由箭头136指示并且将典型地大致平行于板70、72的延伸方向。燃料流的“平均”方向，意味着燃料流结构68中在任意给定点处的燃料流将在依赖于槽78方向的具体方向中前进。尽管如此，平均燃料流或者整体燃料流方向为从输入总管56到输出总管57。如可以在图5中看出的，线138、140和142显示了槽78在不同的以线138、140和142为中心的行中。这些行具有关于由箭头136表示的燃料流平均方向渐减的角度，所述行从输入总管56朝着输出总管57逐渐移动。
另外可以看出槽78在从输入总管56朝着输出总管57移动的同时逐渐更宽。例如，邻接输入总管56并刚好在曲径82下游的槽144明显比邻接输出总管57以146示出的槽更窄。这个结构的目的是提供穿过汽化器燃料流当其从液态转换成蒸汽状态时的渐增的容积，在液态时其被引入输入总管56中，在蒸汽状态时期离开输出总管57。此外，可以看出槽78逐渐变细，在它们的上游端148处它们比在它们的下游端处要窄。这个结构的目的类似于提供当燃料从液态转换成蒸汽或气态时燃料的膨胀。
在图3-6中图解的实施方案中，在每行138、140、142中的槽78具有不同的长度。通常，但不总是，相对短的细长槽150与相对长的细长槽152交替。当然，当一个槽靠近每个板70、72的边缘时，每个行中依次的槽长度在某种程度上将由使边界90保持在每个板中的需要所支配。
在图4和5中将观察到板72中最下游的槽78将以稍微的弓形边界部分154终止，其限定了扩大开口104的一侧，然而在板70中，在扩大开口84和槽78之间的边界部分156是锯齿形的。另外，应该理解板70(图5)中的最下游板146延伸超出板72中的边界部分154(图4)，并因此建立了槽78和对准扩大开口84、100之间的液体通道，并因此到达输出总管57。期望提供边界部分154、156以消除在槽78并接入扩大开口84、100时每个板实心部分的末端松动。
曲径82确定为高流阻曲径，这样从输入总管56到输出总管57的压力下降的大多数，至少50％直接邻近输入总管56发生。优选结构为这样以至整体压力下降的至少70％在此处发生，并且甚至更优选，整体压力下降的80-95％在这个位置发生。已经确定通过使大多数压力下降直接邻近输入总管56发生，输入液体燃料/水混合物在各行槽之间的分布明显更均匀，由此避免了在燃料流结构一侧上的燃料缺乏加上在燃料流结构另一侧上的过剩。这个促进了汽化过程的最大效率。
如在图4和5中看出的，曲径82由数个不同长度并且在数行中的细长槽160组成，图解了四个这种行。槽160通常横向于燃料流136的平均方向。靠近每个板70和72侧面的是额外的细长槽162，它们具有图中图解的比例长度，并且通常平行于燃料流136的平均方向。如图6中看出的，槽160和162互相重叠并因而确立了互相的流体连通。
在图4-6中图解的实施方案中，第一和第二相对细长槽164形成了槽160组的部分并且朝向相对窄小孔槽166，它们在燃料流的平均方向中延伸到最上游的槽78。可以看出具有两个小孔槽166的组，一组四个的小孔槽166在另一组小孔槽166的下游，在前的数目为四并且后者数目为二。小孔槽166在每个板70和72的宽度上均匀隔开，并且在产生曲径82中期望的相对高压力下降中非常有效。
除了提供燃料通过每个燃料流结构68的均匀流动以外，如刚刚描述的，由于其高流阻以及在先提及的伴随的相对高的压力下降，曲径82促进从一个燃料流部分68到下一个燃料流部分的在整个堆叠50的均匀流动。
各个元件具有在图4中以毫米示出的尺寸，它们表示在用于图5中示出的板70的燃料流结构中的相应位置。
包含的图7-9显示了燃料流结构68的一个变化实施方案。在这个实施方案中，在与在先描述相同的大致构造形状上采用的燃料流板与在图4-6中示出结构的唯一区别在于，槽78从每个板70、72的一边延伸到另一边。就是说，一个单个的长槽78代替了在图4-6实施方案中示出的交替长和短槽150、152。再一次的，燃料流136平均方向的角度在其从输入总管56逐渐移动到输出总管57时递减。并且再一次的，槽78逐渐变细，在它们的上游端比它们的下游端更窄。此外，再一次的，上游槽78比下游槽78更窄。
现在转向图10-12，图解了板70、72的包含的另一个实施方案。在这个实施方案中，其通常类似于包含的图7-9中图解的，以获得汽化燃料分布的更好的均匀性，槽78和前面一样成角度、逐渐变细并且具有渐增的宽度，并且通过实心分隔部分176被分隔成三个通道170、172和174，所述实心分隔部分包括各个板70和72的无孔部分。在这个实施方案中，通道170、172和174以及在其它实施方案中应用的通道优选具有相同的长度和相同的液压结构以促进穿过所有通道的均匀流动。此外，边界部分154是直的而不是弓形的。另外，限定输入和输出总管56和57的接头126和130分别在所述板的相对侧上。
作为另一个差别，曲径82被形成为三个相同但分开的曲径177、178、179，每一个用于每个通道170、172、174。每个曲径177、178、179包括多行相对短但无论如何细长的槽180。板70中的槽180被对角定向远离输出接头130，同时在板72中的槽180以相对的角度被对角形成，通常在输出接头130的方向中。一个单个的总管槽182通过在每个板70、72中的短行槽184与输入总管126连通，并且通常横向于燃料流136的平均方向。总管槽182也与曲径177、178、179的上游端形成流体连通并用作其每一个的共同的总管。槽180的下游端一小组的横断槽186终止，这些小组横断槽186流入每个通道170、172和174的中心。再一次的，曲径177、178和179是可以承受高压的，并且提供在前述范围中的从输入总管56到输出总管57的压力下降的大多数。
图10-12的实施方案在由与曲径82连接的通道170、172、174提供的管道化以及其特别配置中是非常优选的，所述特别配置提供了输入燃料/水混合物到任一给定燃料流结构68中的每个通道以及到堆叠50中所有通道的极好的分配。这个极好的分配通过使用三个分别的曲径177、178、179被进一步增强，每个曲径用于每个通道170、172、174，由一个共同的总管槽180喂入。此外，通道之间的隔离用来使外侧作用力对燃料流结构68中燃料分配的影响最小化。例如，如果燃料电池系统被应用在车辆中，加速、减速或者拐弯力，其通常趋于使燃料，特别是液体状态的燃料移动到燃料流通道的一侧或另一侧，由于通过实心部分176提供的隔离通道170、172、174的存在不会具有太大的影响。
再一次的，槽78具有从输入总管56到输出总管57在燃料流平均方向中递减的角度。如由前述的实施方案，槽是直的并且从输入总管56到输出总管57逐渐变宽。另外，槽78是锥形的，以便在它们的上游端比它们的下游端更窄。
图13-15图解了本发明的另一个实施方案，其中燃料流板70、72也设置有数个槽78。在这个实施方案中，槽以恒定的角度从输入总管56到达输出总管57。每个板包含扩大开口86、88、102、104的那些部分为了清楚已经被省略了。即使槽78与燃料流136平均方向的角度恒定并且不是锥形的，槽78从输入总管56到输出总管57逐渐变宽。
曲径82也是简化了的结构。每个板70、72包括一个细长的、上游槽187，其互相成一直线并且从输入总管56横向延伸越过基本上每个板70、72的整个宽度。一系列的小孔槽188在板70中的燃料流平均方向中从槽187以均匀的间隔延伸，以与上游槽78和板72的上游端在两者重叠时形成流体连通。因而，不像在前的实施方案，在图13-15中图解的实施方案中仅有一行小孔槽88。并且再一次的，在图13-15实施方案中的槽78是直的。
图16-18图解了板70、72的另一个实施方案。并且再一次的，所述板包括扩大开口86、88、114、116的那些部分为了清楚已经被省略了。和在前的实施方案一样，如果使用圆锥形集管的替换形式，这个实施方案可以被制得而不需要这样的开口。可替换的，虽然没有示出，可以包括扩大开口86、88、102、104并且组合集管如前所述。
在图16-18图解的实施方案中，提供实心部分176以将燃料流通道分隔成三个通道170、172和174，以与图10-12包含的描述相同的方式。然而，槽78在图16-18图解的实施方案中不是直的。相反的，它们是人字形的或者V-形的。然而，图16-18的实施方案保留了前述实施方案的许多特征。例如，每个V-形槽78的每条腿的角度在其从输入总管56移动到输出总管57时逐步递减。类似的，每个槽78的宽度在其从输入总管56移动到输出总管57时也逐步递增。如果期望，每个人字形或者V-形的槽78的每条腿在其下游端可以比起上游端更窄。
曲径82也是简化了的曲径，虽然其比图13-15实施方案的相关描述稍微更复杂一些。板70包括数个细长槽190和一个细长槽192，所述细长槽190在其上游侧上定向在燃料流136的平均方向中，所述细长槽192在其下游侧上横向于燃料流136的平均方向。板72包括两行细长槽194，它们被定向为与板70中的槽190在两者组合时交叉。也包括一个细长槽196，其与槽192成一直线并之一起供应分配总管。当然，槽196横向于燃料流136的平均方向。
板70也包括一个小孔槽(orifice slot)198，其中心定向以供应通道172，同时板72中的槽196包括两个侧部小孔槽200，它们被定向为供应通道170、174。再一次的，曲径82被配置为从输入总管56到输出总管57的大多数压力下降，并且在前述的范围中。
如果期望例如在图2中图解的集管方案，图16-18的实施方案也可以配备扩大开口86、88、102、104。可替换的，这种扩大开口可以被省略并且使用在前提到的锥形集管。
本发明可以用于任意公开的实施方案的令人满意的特征在图19和20中图解。明确地，一系列的凹坑202邻近隔板106中的扩大开口116并且被如此设置以至可以收容在燃料流板70、72中的扩大开口84、100中，所述凹坑是细长的。一对隔开的凹坑204可以邻近开口134设置，并且一个单个的凹坑206可以设置在凹坑202队列的相对端。所有这些凹坑趋于这样设置以至可以收容在板70、72的扩大开口84、100中。凹坑以一个足以等于板70和72组合厚度的距离从板106延伸。因此，如在图20中图解的，它们将与板108邻接并且如果使用铜焊将在装配操作期间铜焊接到其上。可替换的，凹坑202、204或者206或者它们所有可以形成在隔板106、108中并且互相成一直线，以便在装配操作期间邻接并铜焊接到一起。当然，在应用铜焊时，各个板将提供包层，或者铜焊箔可以作为替换方案使用以铜焊各个元件的包层。通常，期望使用铜焊箔，因为铜焊箔可以被成形为与在各个板中相应的槽、开口等，因而最小化为了成本目的所需的铜焊材料量，并减小由过量铜焊金属造成的堵塞的机会。
因而，板106、108沿着细长开口84、100的整个长度被粘合在一起以提供这个区域中的耐压力。
重要地，细长凹坑202具有第二作用。它们可以全部使它们的拉长方向位于由线208、210、212、214和216图解的不同角度，如图19中图解的。这些角度位于选定组的角度，其在燃料流136与燃料流的平均方向以基本锐角相交穿过每个燃料流结构68。所述角度通常指向由开口134提供的出口，其连接到输出集管57。因而，凹坑202另外起流动导向器的作用以将汽化燃料指向燃料输出总管57。
本领域技术人员可以获得各种替换方案。例如，隔板上的凸缘110、112可以省略，有利地在相同位置将凸缘110、112替换成杆。可替换的，如果期望，可以应用额外的板，其具有一个大的细长中心开口并且总厚度等于凸缘110、112的组合高度。然而，凸缘隔板的使用是优选的，因为其与在装配期间必须处理的相比减少了单独部件的数目和库存需求。
在本发明中，在热气体和燃料之间存在逆向流动。可以使用其它的流动方式，例如顺流或者顺流逆流组合流动。然而，逆向流动是优选的，因为其通过最小化燃料流结构68和热气体结构69中的温度差异使热应力最小化。
槽从输入总管56到输出总管的递减角度的使用减小了燃料流结构区域中的流阻，所述区域使用了具有对平均流动方向逐步递减的角度的槽。这个用作一个保证使大多数压力下将发生在曲径82中的方法，以获得通过每个燃料流结构68和从一个燃料流结构68到堆叠中另一个的期望的均匀流动。
非常期望槽78占据的区域可以尽可能的大。这暴露了更多的直接与燃料热交换的分隔片106、108，并且因而提供了比通过将槽互相隔开的肋条发生的热交换更有效的热交换。
槽78的十字形交叉图案提供了在每个燃料流结构68中所有流动方向中的大量的紊流。这种紊流最小化边界层形成并因而基本提高了热交换效率。
在每个燃料流结构中使用多个通道的那些实施方案最小化了燃料缺乏问题，其可能如前述的由外力造成。根据本发明制成的包括这种通道的汽化器以所有方向中的极好效率运行，因而提供了大量的灵活性和设置。多个通道也被认为提高了汽化器的运行稳定性，其否则可能由于那些外力被破坏。
使用交替长和短槽、或者任意类别中断槽的实施方案保证了燃料流从入口56到出口57的更多改变，并因而使边界层成形最小化以提高效率。板70、72可以被形成厚度为毫米分数的片或板。这样，在任意给定的时间点汽化器中的燃料质量被最小化，并且因此提高了对载荷改变的响应。就是说，响应时间基本上减小了。
理想地，曲径82在输入液体燃料/水混合物仍然处于液态时提供了必需的压力下降。不期望获得具有使汽化发生在曲径中的足够长度的曲径，因为这样可能增加从输入总管56到输出总管的总体压力下降到不期望的高水平。因而，曲径的具体形状并不特别重要，只要其可以提供必要的高流阻以获得必要的压力下降，并且长度足够短，曲径中的燃料/水混合物的汽化将不会发生或是最小的。
使用扩大开口86、88、102、104、114、116的热气体总管提供了超过前述锥形-成形总管的成本优势。在燃料输出总管中由扩大开口84、100限定的凹坑的使用不仅仅保持了在装配期间，例如在铜焊周期期间隔板106、108之间的间隔，它们也在汽化器响应热气和燃料之间压力差异的操作期间防止了膨胀或者铸板凹陷效应。
片或板的厚度被选择随着期望的压力下降而变。当然，薄片将比厚片更加便宜。薄的燃料流片也减小了汽化器的总体燃料装料或者容量以提高瞬时灵敏度，即对载荷改变的响应。此外，使用越薄的片允许每个特殊槽的总体区域可以比另外的情况更加大，同时仍然保持期望的压力下降特征。更大的槽对装配和运行期间的堵塞更加不敏感。
如在前面一般提到的，包含的图4-18是成比例视图，图解了各个元件的尺寸和/或角度。此外，燃料流板70、72的厚度可以在约0.1毫米到约0.5毫米的范围中，并且更优选的在本发明的一个实施方案中约0.2毫米。当然，根据燃料流需求和响应需求，厚度可以根据需要改变。
权利要求
1.在一个包括燃料电池的燃料电池系统中，所述燃料电池系统包括一个汽化燃料入口、一个要被汽化的液体燃料的源和一个将燃料电池和该源互连的燃料汽化器，一种在燃料汽化器中将燃料汽化的方法，包括(a)将要被汽化的液体燃料引入到该燃料汽化器的一燃料流通道的一个燃料入口中；(b)使被加热的流体通过至少一个与所述燃料流通道形成热交换关系的热流体流动通道以加热和汽化其中的燃料；以及(c)当燃料从所述入口通过到达燃料以蒸汽排出的出口处时，如此控制燃料的压力下降以至压力下降的大多数在任何液体燃料被实际汽化之前在靠近所述入口处发生。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述的大多数为至少约70％。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述的大多数为至少约95％。
4.如权利要求1所述的方法，其中具有数个所述的燃料流通道，它们平行连接并且具有基本相等的燃料流阻。
5.如权利要求4所述的方法，其中每个所述的燃料流通道长度基本相等并且液压构形基本相同。
6.如权利要求1所述的方法，其中步骤(c)通过(c1)在所述燃料流通道中在直接邻近所述入口处提供一个高流阻曲径，和(c2)使从所述曲径到所述出口的其余部分的所述燃料流通道具有低流阻而被执行。
7.如权利要求6所述的方法，其中步骤(c2)通过产生所述其余部分使其由十字形交叉槽构成而完成，十字形交槽叉对于穿过所述燃料汽化器的燃料流平均方向的角度从邻接所述曲径的点到所述出口逐步递减。
8.如权利要求7所述的方法，其中步骤(c2)进一步通过使所述槽的宽度从所述点到所述出口逐步增加而完成。
9.如权利要求7所述的方法，其中步骤(c2)进一步通过使至少一些所述槽的宽度从最接近所述入口的槽上游端到最接近所述出口的槽下游端增加而实现。
10.如权利要求9所述的方法，其中存在数个所述的燃料流通道，所述燃料流通道平行连接并具有基本相等的燃料流阻，并且其中所述的大多数为至少约80％。
11.如权利要求10所述的方法，其中步骤(c1)通过产生所述曲径使其包括数个互连的相对短并且窄的槽和一个相对长的总管槽而完成，所述数个互连的相对短并且窄的槽以液压顺序连接并且与所述入口形成流体连通，所述相对长的总管槽大致横向于所述燃料流的平均方向，并且其包括以均匀间隔延伸到所述十字形交叉细长槽构成的其余部分的数个小孔槽。
12.如权利要求11所述的方法，其中步骤(c1)进一步通过在所述燃料流通道中在所述窄槽下游并在所述第一指定小孔槽上游包括另外的一些所述小孔槽而完成。
13.一种燃料电池系统，包括一个用于为燃料电池存储液体燃料的燃料存储器；一个用于消耗燃料并从那里产生电的燃料电池；一个用于接收汽化状态燃料的燃料重整器，并且其连接到燃料电池用于为其提供在其中消耗的燃料；以及一个设置在燃料存储器和燃料重整器之间的燃料汽化器，用于从燃料存储器接收液体燃料并将液体燃料汽化成汽化状态用以输送到燃料重整器，并且包括一个热交换器，所述热交换器具有一个热流体入口、一个热流体出口和一个将所述入口和所述出口互连的芯部，所述芯部具有在所述热流体入口和所述热流体出口之间延伸的并且与液体/汽化燃料通道形成热交换的交替的热流体通道，所述热流体通道每一个都包括一个或数个延伸达其长度的肋片，以及两个结合到并夹住所述(数个)肋片的隔板，所述热交换器进一步包括一个液体燃料入口和一个汽化燃料出口，所述液体/汽化燃料通道在所述液体燃料入口和所述汽化燃料出口之间延伸并且包括两个邻接的板，每一个邻接的板具有在其中的细长槽或沟，并且所述细长槽或沟相对于所述液体/汽化燃料通道中燃料流的平均方向对角延伸，在一个板中的槽或沟与另一个板中的槽或沟十字形交叉以与其形成流体连通，所述槽或沟具有关于穿过所述燃料汽化器的燃料流平均方向从所述液体燃料入口到所述汽化燃料出口逐步递减的角度。
14.如权利要求13所述的燃料电池系统，其中所述槽或沟的横截面面积从所述液体燃料入口到所述汽化燃料出口逐步递增。
15.如权利要求13所述的燃料电池系统，其中至少一些所述槽或沟在它们靠近所述液体燃料入口的末端比在它们靠近所述汽化燃料出口的末端更窄。
16.如权利要求15所述的燃料电池系统，其中至少一些所述槽或沟是锥形的。
17.如权利要求16所述的燃料电池系统，其中所述槽或沟是大致直的。
18.如权利要求16所述的燃料电池系统，其中所述槽或沟是不直的。
19.如权利要求18所述的燃料电池系统，其中所述槽或沟是V-形的。
20.如权利要求16所述的燃料电池系统，其中所述槽或沟成行排列并且包括与相对短的槽或沟交替的相对长的槽或沟。
21.如权利要求13所述的燃料电池系统，其中所述液体/汽化燃料通道包括一个曲径，所述曲径可以在邻近所述入口处提供高的压力下降，并且可以提供一个在所述曲径和所述汽化燃料出口之间延伸的低压力下降区域。
22.如权利要求21所述的燃料电池系统，其中所述曲径被构造形成为在所述液体燃料入口和所述汽化燃料出口之间产生压力下降的大多数。
23.如权利要求22所述的燃料电池系统，其中所述的大多数为至少约70％。
24.如权利要求23所述的燃料电池系统，其中所述的大多数为至少约95％或更多。
25.如权利要求23所述的燃料电池系统，其中所述曲径包括数个交叉的相对短且窄的槽或沟，所述数个交叉的相对短且窄的槽或沟以液压顺序连接并且与所述的液体燃料入口形成流体连通；和一个大致横向于燃料流的所述平均方向的相对长的总管，并且所述总管包括以均匀间隔延伸到十字形交叉细长槽的所述其余部分的数个小孔槽或沟。
26.如权利要求25所述的燃料电池系统，包括在所述流体流通道中在所述窄槽或沟下游并在所述第一次指定的小孔槽或沟上游的另外的一些所述小孔槽或沟。
27.如权利要求13所述的燃料电池系统，其中每个所述液体/燃料通道包括数个从所数液体燃料入口延伸到所述汽化燃料出口的液压隔离通道，每个通道具有基本相等的燃料流阻。
28.如权利要求27所述的燃料电池系统，其中每个所述通道具有基本相同的长度和基本相同的液压构形。
29.一种燃料电池系统，包括一个为燃料电池存储液体燃料的燃料存储器；一个用于消耗燃料并从那里产生电的燃料电池；一个用于接收汽化状态燃料的燃料重整器，并且其连接到燃料电池用于为其提供在其中消耗的燃料；以及一个设置在燃料存储器和燃料重整器之间的燃料汽化器，用于从燃料存储器接收液体燃料并将液体燃料汽化成汽化状态用以输送到燃料重整器，并且包括一个热交换器，该热交换器具有一个热流体入口、一个热流体出口和一个将所述热流体入口和所述出口互连的芯部，所述芯部具有在所述热流体入口和所述热流体出口之间延伸并且与液体/汽化燃料通道形成热交换的交替的热流体通道，所述热流体通道每一个都包括一个或数个延伸达其长度的肋片，以及两个结合到并夹住所述(数个)肋片的隔板，所述热交换器进一步包括一个液体燃料入口和一个汽化燃料出口，所述液体/汽化燃料通道在所述液体燃料入口和所述汽化燃料出口之间延伸并且包括两个邻接的板，每一个邻接的板具有在其中的细长流动通道，并且所述细长流动通道相对于所述液体/汽化燃料通道中燃料流的平均方向对角延伸，在一个板中的流动通道与另一个板中的流动通道十字形交叉以与其形成流体连通，所述流动通道具有从所述液体燃料入口到所述汽化燃料出口逐步递增的宽度。
30.如权利要求29所述的燃料电池系统，其中所述的流动通道具有关于通过所述燃料汽化器的燃料流的平均方向从所述液体燃料入口到所述汽化燃料出口逐步递减的角度。
31.如权利要求29所述的燃料电池系统，其中所述的流动通道由槽或沟限定。
32.如权利要求29所述的燃料电池系统，其中所述的流动通道由槽限定。
33.如权利要求32所述的燃料电池系统，其中所述至少一些槽是锥形的。
34.如权利要求32所述的燃料电池系统，其中所述的槽是大致直的。
35.如权利要求32所述的燃料电池系统，其中所述的槽是不直的。
36.如权利要求35所述的燃料电池系统，其中所述的槽是V-形的。
37.如权利要求32所述的燃料电池系统，其中所述的槽成行排列并且包括与相对短的槽交替的相对长的槽。
38.如权利要求29所述的燃料电池系统，其中所述液体/汽化燃料通道包括一个曲径，该曲径可以在邻近所述入口处提供高的压力下降，并且可以提供一个在所述曲径和所述汽化燃料出口之间延伸的低压力下降区域。
39.如权利要求38所述的燃料电池系统，其中所述曲径被构造形成为在所述液体燃料入口和所述汽化燃料出口之间产生压力下降的大多数。
40.如权利要求38所述的燃料电池系统，其中所述的大多数为至少约70％。
41.如权利要求39所述的燃料电池系统，其中所述的大多数为至少约95％或更多。
42.如权利要求38所述的燃料电池系统，其中所述曲径包括数个交叉的相对短且窄的槽或沟，其以液压顺序连接并且与所述入口形成流体连通；和一个大致横向于所述燃料流的平均方向的相对长的总管，并且该总管包括以均匀间隔延伸到所述十字形交叉细长槽的其余部分的数个小孔槽。
43.如权利要求42所述的燃料电池系统，包括在所述燃料流通道中在所述窄槽下游并在所述第一次指定的小孔槽上游的另外的一些所述小孔槽。
44.如权利要求29所述的燃料电池系统，其中每个所述液体/燃料通道包括数个从所数液体燃料入口延伸到所述汽化燃料出口的液压隔离通道，每个通道具有基本相等的燃料流阻。
45.如权利要求43所述的燃料电池系统，其中每个所述液压隔离通道具有基本相同的长度和基本相同的液压构形。
46.一种燃料电池系统，包括一个用于为燃料电池存储液体燃料的燃料存储器；一个用于消耗燃料并从其上产生电的燃料电池；一个用于接收汽化状态燃料的燃料重整器，并且其连接到燃料电池用于为其提供在其中消耗的燃料；以及一个设置在燃料存储器和燃料重整器之间的燃料汽化器，用于从燃料存储器接收液体燃料并将液体燃料汽化成汽化状态用以输送到燃料重整器，并且包括一个热交换器，该热交换器具有一个热流体入口、一个热流体出口和一个将所述入口和所述出口互连的芯部，所述芯部具有在所述热流体入口和所述热流体出口之间延伸并且与液体/汽化燃料通道形成热交换的交替的热流体通道，所述热流体通道每一个都包括一个或多个延伸达其长度的肋片，以及两个结合到并夹住所述(数个)肋片的隔板，所述热交换器进一步包括一个液体燃料入口和一个汽化燃料出口，所述液体/汽化燃料通道在所述液体燃料入口和所述汽化燃料出口之间延伸并且包括两个邻接的板，每一个板具有在其中并且相对于所述液体/汽化燃料通道中燃料流的平均方向对角延伸的细长槽，在一个板中的槽与另一个板中的槽十字形交叉以与其形成流体连通，并且所述液体/汽化燃料通道还包括结合到并夹住所述邻接的板的隔板，所述槽具有从所述液体燃料入口到所述汽化燃料出口逐步递增的宽度。
47.一种燃料电池系统，包括一个燃料电池；一个用于所述燃料电池的液体燃料源；以及一个设置在所述燃料电池和所述源之间的燃料汽化器，用于汽化从所述源接收的液体燃料并提供汽化燃料到所述的燃料电池，所述汽化器包括一个与用于加热热交换介质的通道形成热交换关系的燃料通道结构，其被下列部件限定在其中具有数个燃料流区域的至少一个燃料通道片，一个处于或靠近所述片一端连接以输送液体燃料到所述燃料流区域的入口，一个处于或靠近所述片相对端的出口，并且包括一个在片中连接到所述燃料流区域并用作使汽化燃料离开所述燃料流区域的收集总管的扩大开口，一对夹住所述至少一个片以封闭所述燃料流区域和所述扩大开口的隔板，至少一个所述隔板在所述扩大开口中包括一系列的凸起间隔凹坑，并接触和结合到另一个所述隔板。
48.如权利要求47所述的燃料电池系统，其中所述的凹坑是细长的。
49.如权利要求47所述的燃料电池系统，其中所述出口包括一个与所述扩大开口形成流体连通的燃料出口通道，并且所述凹坑是细长的并定向在所述扩大开口中以将汽化燃料流从所述流动区域引向所述的燃料出口通道。
50.如权利要求49所述的燃料电池系统，其中所述凹坑相对于通过所述燃料流区域的汽化燃料流的平均方向的角度不同。
51.如权利要求47所述的燃料电池系统，其中所述凹坑仅设置在所述的隔板中的一个上。
52.如权利要求47所述的燃料电池系统，其中存在堆叠设置的数个所述的燃料通道结构和数个所述的热交换介质通道，所述燃料通道与所述热交换介质通道交替。
53.如权利要求52所述的燃料电池系统，其中所述的凹坑是细长的。
54.如权利要求52所述的燃料电池系统，其中所述出口包括一个与所述扩大开口形成流体连通的燃料出口通道，并且所述凹坑是细长的并定向在所述扩大开口中以将汽化燃料流从所述流动区域引向所述的燃料出口通道。
55.如权利要求54所述的燃料电池系统，其中所述凹坑相对于通过所述燃料流区域的汽化燃料流的平均方向的角度不同。
56.如权利要求55所述的燃料电池系统，其中所述凹坑仅设置在所述的隔板中的一个上。
57.一种燃料电池系统，包括一个燃料电池；一个用于所述燃料电池的液体燃料源；以及一个设置在所述燃料电池和所述源之间的燃料汽化器，用于汽化从所述源接收的液体燃料并提供汽化燃料到所述的燃料电池，所述汽化器包括一个燃料通道结构与限定加热介质通道的加热介质结构交替的堆叠，每个所述燃料通道结构包括至少一个燃料通道片，所述燃料通道片在其中具有一个燃料流区域并且被夹在两个第一隔板之间，每个所述加热介质结构包括一个设置在两个第二隔板之间的肋片，所述第二隔板延伸超出所述燃料通道板的相对末端，并且在所述相对末端外具有成一直线的扩大开口用作与所述加热介质通道形成流体连通的输入和输出总管，所述第二隔板除了在与所述加热介质通道建立所述流体连通的位置以外互相关于所述扩大开口密封。
58.如权利要求57所述的燃料电池系统，其中至少一些所述第二隔板也用作所述的第一隔板。
59.如权利要求57所述的燃料电池系统，其中每个所述燃料通道片包括一个出口，而该出口包括在所述相对端中的一个处并连接到该通道片的所述燃料流区域的扩大开口，并且该扩大开口用作为燃料流区域的一个输出总管，所述两个第一隔板的至少一个在所述燃料流动片的所述扩大开口中包括一系列的间隔开的凸起的凹坑，其接触并结合到所述第一分隔片中的另一个。
60.如权利要求59所述的燃料电池系统，其中所述的凹坑是细长的。
61.如权利要求59所述的燃料电池系统，其中所述出口包括一个与所述扩大开口形成流体连通的燃料出口通道，并且所述凹坑是细长的并定向在所述扩大开口中以将汽化燃料流从所述流动区域引向所述的燃料出口通道。
62.如权利要求61所述的燃料电池系统，其中所述凹坑相对于通过所述燃料流区域的汽化燃料流的平均方向的角度不同。
63.如权利要求59所述的燃料电池系统，其中所述凹坑仅设置在所述的隔板中的一个上。
64.一种汽化器，包括数个燃料流结构，每个包括两个夹在第一分隔片之间的邻接燃料流片，所述燃料流片具有在其中的细长槽，所述细长槽以相对于通过所述燃料流结构的燃料流的平均方向逐渐递减的角度延伸，并且具有从燃料流片一端到另一端递增的宽度，在一个燃料流片中的槽与在另一个燃料流片中的槽形成十字形交叉关系；数个加热介质流动结构，包括一个夹在两个第二分隔片之间的肋片，每个第二分隔片延伸超出所述燃料流片的所述末端，并在超出所述燃料流片末端的位置处具有在其中的互相对齐成一直线的第一扩大开口，所述燃料流结构和所述加热介质结构以交替的关系设置在一个堆叠中，堆叠中的燃料流结构互相对齐成一直线并且堆叠中的加热介质结构互相对齐成一直线，一个到所述燃料流结构的共同的燃料入口，其在所述燃料流片一侧上靠近所述一个末端；一个从所述燃料流结构来的共同的燃料出口，其在所述燃料流片一侧上靠近所述另一末端；在所述燃料流片中在所述另一端的第二对齐成一直线的扩大开口，其与一些所述槽交叉并连接到所述的共同燃料出口；在每个所述燃料流片中在所述一端的高流阻曲径，其与其它的所述槽交叉并连接到所述的共同燃料入口，一个在所述数个燃料流结构一端处的共同加热介质入口，其与在那里的所述第一扩大开口形成流体连通；以及一个在所述数个燃料流结构一端处的共同加热介质出口，其与在那里的所述第一扩大开口形成流体连通，所述加热介质出口与所述加热介质入口间隔开。
65.如权利要求64所述的汽化器，其中所述的共同燃料入口和所述的共同燃料出口分别在所述堆叠两侧上邻近所述一个和另一末端。
66.如权利要求64所述的汽化器，其中至少一些所述第二分隔片还包括所述第一分隔片。
67.如权利要求66所述的汽化器，其中至少一些所述第二分隔片具有一系列设置在其中的凹坑，这些凹坑定位设置为延伸进入所述的第二扩大开口并邻接另一个所述隔板并且结合到其上。
68.如权利要求67所述的汽化器，其中在所述另一端的所述凹坑是细长的并且被定向为将汽化燃料朝向所述的共同燃料出口引导。
69.如权利要求64所述的汽化器，进一步包括在所述第二扩大开口中的流动导向器，用于将汽化燃料从所述一些槽引向所述的共同燃料出口。
70.如权利要求64所述的汽化器，其中一些所述槽相对长而另一些所述槽相对短。
71.如权利要求70所述的汽化器，其中所述槽成行排列，并且在每行中的所述相对长的槽与在每行中的所述相对短的槽交替。
72.如权利要求64所述的汽化器，其中所述燃料流片每一个具有数个由所述槽限定的分离通道。
73.如权利要求64所述的汽化器，其中所述的槽是直的。
74.如权利要求64所述的汽化器，其中所述的槽是不直的。
75.如权利要求64所述的汽化器，其中所述的槽是大致V-形的。
76.如权利要求64所述的汽化器，包括一个在所述两个邻接燃料流片中并且位于所述槽和所述共同燃料入口之间的曲径。
77.如权利要求76所述的汽化器，其中所述曲径包括数个在所述燃料流片中以液压顺序连接并且与所述共同燃料入口形成流体连通的交叉的相对短且窄的槽，和一个大致横向于所述燃料流的平均方向的相对长的总管，并且该相对长的总管包括以均匀间隔延伸到所述其它十字形交叉细长槽的数个小孔槽。
78.如权利要求77所述的汽化器，进一步包括在所述短且窄的槽下游并在所述第一指定小孔槽上游的另外的一些所述小孔。
79.一种燃料电池系统，包括一个用于为燃料电池存储液体燃料的燃料存储器；一个用于消耗燃料并从其上产生电的燃料电池；一个用于接收汽化状态燃料的燃料重整器，其连接到燃料电池用于为其提供在其中消耗的燃料；以及一个设置在燃料存储器和燃料重整器之间的燃料汽化器，用于从燃料存储器接收液体燃料并将液体燃料汽化成汽化状态用以输送到燃料重整器，并且包括一个热交换器，该热交换器具有一个热流体入口、一个热流体出口和一个将所述入口和所述出口互连的芯部，所述芯部具有在所述热流体入口和所述热流体出口之间延伸并且与液体/汽化燃料通道形成热交换的交替的热流体通道，所述热流体通道每一个都包括一个或数个延伸达其长度的肋片，以及两个结合到并夹住所述(数个)肋片的隔板，所述热交换器进一步包括一个液体燃料入口和一个汽化燃料出口，所述液体/汽化燃料通道在所述液体燃料入口和所述汽化燃料出口之间延伸并且包括两个邻接的板，每一个邻接的板具有在其中并且相对于所述液体/汽化燃料通道中燃料流的平均方向对角延伸的细长槽，在一个板中的槽与另一个板中的槽十字形交叉以与其形成流体连通，并且包括结合到并夹住所述的邻接板的隔板，所述槽具有关于通过所述燃料汽化器的燃料流的平均方向从所述液体燃料入口到所述汽化燃料出口逐步递减的角度。
80.一种汽化器，包括数个流体流结构，每个包括两个夹在第一分隔片之间的邻接的流体流片，所述流体流片具有在其中且对角于通过所述流体流结构的流体流的平均方向延伸的细长槽，并且所述细长槽具有从流体流片的一端到另一端增加的宽度，在一个流体流片中的槽与另一个流体流片中的槽十字形交叉；数个加热介质流结构，其包括一个夹在两个第二分隔片之间的肋片，每个第二分隔片延伸超出所述流体流片的所述末端，并在超出所述流体流片末端的位置处具有在其中的互相对齐成一直线的第一扩大开口，所述流体流结构和所述加热介质结构以交替的关系设置在一个堆叠中，堆叠中的流体流结构互相对齐成一直线并且堆叠中的加热介质结构互相对齐成一直线，一个为所述流体流结构所共有的流体入口，其在所述流体流片的一侧上靠近所述一个末端；一个从所述流体流结构来的共同的流体出口，其在所述流体流片的一侧上靠近所述另一末端；在所述流体流片中在所述另一端的第二对齐成一直线的扩大开口，其与一些所述槽交叉并连接到所述的共同流体出口；在每个所述流体流片中在所述一端的高流阻曲径，其与其它的所述槽交叉并连接到所述的共同流体入口，一个在所述数个流体流结构一端处的共同加热介质入口，其与在那里的所述第一扩大开口形成流体连通；以及一个在所述数个流体流结构一端处的共同加热介质出口，其与在那里的所述第一扩大开口形成流体连通，所述加热介质出口与所述加热介质入口间隔开。
81.如权利要求80所述的汽化器，其中所述的共同流体入口和所述的共同流体出口分别在所述堆叠两侧上邻近所述一个和另一个末端。
82.如权利要求80所述的汽化器，其中至少一些所述第二分隔片还包括所述第一分隔片。
83.如权利要求82所述的汽化器，其中至少一些所述第二分隔片具有一系列设置在其中的凹坑，它们设置为延伸进入所述的第二扩大开口并邻接另一个所述隔板并且结合到其上。
84.如权利要求83所述的汽化器，其中在所述另一端的所述凹坑是细长的并且被定向为将汽化流体朝向所述的共同流体出口引导。
85.一种汽化器，包括至少一个流体流动结构，其具有一个入口、一个出口、数个相对低流阻的流体流动通道，所述流体流动通道以液压平行连接并且位于所述入口和所述出口之间；数个高流阻曲径，对于每个所述的流体流动通道有一个曲径且位于其上游；一个将所述曲径连接到所述入口的共同总管；所述出口在所述流动通道的下游端被连接到所述流动通道上；以及至少一个加热介质流结构，其与所述流体流动结构和曲径以及其中的流动通道形成热交换关系。
86.如权利要求85所述的汽化器，其中所述的流动通道每个都由十字形交叉的槽或沟限定。
87.如权利要求85所述的汽化器，其中所述的曲径每个都由十字形交叉的槽或沟限定。
88.如权利要求87所述的汽化器，其中所述的流动通道每个也都由十字形交叉的槽或沟限定。
89.如权利要求88所述的汽化器，其中所述的(数个)流体流动结构包括两个具有一个交界面的邻接的板，并且所述十字形交叉的槽或沟处于所述的交界面处。
90.如权利要求89所述的汽化器，其中所述的共同总管由两个对齐成一直线的槽或沟限定，所述在每个所述板的所述交界面处有一个槽或沟。
91.如权利要求90所述的汽化器，其中存在数个所述的流体流动结构，其与数个所述加热介质流结构以交替的方式设置在一个堆叠中，所述入口和所述出口为堆叠中的每个液体流动结构所共有。
全文摘要
公开了一种汽化器、一种包括所述汽化器的燃料电池系统，以及一种在燃料电池系统中汽化燃料的方法。所述燃料电池系统包括一个用于存储液体燃料的燃料存储器(24)，和一个用于消耗燃料并从那里产生电能的燃料电池(10)。燃料汽化器(28)设在燃料存储器(24)和燃料电池(10)之间，用于接收液态燃料和将其汽化并将其最终输送到燃料电池(10)。燃料汽化器(28)包括一个热交换器，其包括一个热流体入口(65)、一个热流体出口(67)和一个将入口(65)和出口(68)互相连接的芯部(50)。所述芯部(50)具有交替的燃料流动结构(68)和热流体结构(69)，燃料流结构(68，69)具有一个入口(56)和一个出口(58)。
文档编号F28F13/00GK1652851SQ03810536
公开日2005年8月10日 申请日期2003年5月13日 优先权日2002年5月14日
发明者M·J·赖因克, J·瓦特莱, M·G·沃斯, M·魏瑟尔, B·莫策特, S·图姆, D·C·格拉内茨克 申请人:穆丹制造公司