反应器的制作方法

专利名称：反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种结合具有不同作业温度的反应炉比如汽化器、重整器，CO去除器等的反应器，每一个反应炉都用于燃料电池装置。
背景技术：
近年来，人们已经开始将使用氢作为燃料的燃料电池作为具有 高换能效率的清洁能源用于汽车，便携设备等。所述燃料电池是通 过使燃料与空气中的氧产生电化学反应，直接从化学能变为电能的装置。尽管氢被列为用于燃料电池的燃料，但是由于在室温下为气体， 它存在处理和储存的问题。在使用液体燃料比如酒精和汽油的情况 下，汽化液体燃料的汽化器，通过使液体燃料与高温蒸汽反应提取 产生电能所需的氢的重整器，去除一氧化碳(它是重整反应的副产品)的C0去除器，(例如，参考JP-2002-356310A)。在装有汽化器、重整器和CO去除器的反应器中，为了在小型电 器设备中安装燃料电池，在汽化器与C0去除器的适当作业温度与 重整器的适当作业温度之间存在温度差，汽化器与CO去除器的适 当作业温度为大约20(TC或者更低，重整器的适当作业温度为大约 25(TC或者更高。因此，为了不使汽化器与CO去除器由于重整器热 量的扩散导致温度上升超过作业温度范围，这些相对低温的反应炉 需要与相对高温的反应炉，即重整器，隔开足够长的距离。然而， 这样长距离的分隔，对整个反应器而言已经成为最小化的限制。如 果由此原因使小型化安装变得不可能，那么热容量变得过大，而且
为改进能效而降低整个反应器的热损失是必要的。 发明内容本发明的一个优点是提供一种反应器，它抑制热损失并在适当 温度下引发化学反应。为了解决上述问题，按照本发明的第一方面，重整燃料的反应 器包括在预定温度引发反应的低温反应单元；与低温反应单元的 温度相比在较高温度引发反应的高温反应单元；使低温反应单元和 高温反应单元彼此连通的连通管，其中至少低温反应单元或者高温 反应单元中的一个设有凸面和凹面，每个面面向低温反应单元和高 温反应单元中另一个的对立面；所述凹面和对立面之间的长度大于 凸面和对立面之间的长度；并且连通管设置在所述凹面和对立面之 间。在按照本发明第一方面的反应器中，低温反应单元可以包括CO去除器或者汽化器。高温反应单元可以包括将燃料重整为氢的重整器。 低温反应单元或者高温反应单元可包括加热器。 反应器还包括容纳低温反应单元、高温反应单元和连通管的热绝缘包。低温反应单元或者高温反应单元可以由多层金属衬底形成。 当低温反应单元或者高温反应被加热时，为了使连通管的连接部分处因热膨胀引起的应力最小，优选地，低温反应单元、高温反应单元和连通管由相同的材料制成。低温反应单元包括C0去除器；高温反应单元包括将燃料重整为氢的重整器；和连通管包括将由重整器重整的气体流进CO去除器的管道。高温反应单元包括将易燃气体燃烧产生热量的燃烧室，连通管
包括使易燃气体从低温反应单元流进燃烧室的管道。 低温反应单元包括装配管。上述反应器可应用到装有燃烧电池的发电装置。按照本发明的第一方面，连通管的距离被加长。因此，从高温 反应单元到低温反应单元的热传递能够被抑制，低温反应单元和高 温反应单元之间的距离能够被縮短以使微型化成为可能。按照本发明的第二方面，重整燃料的反应器包括在预定温度 引发反应的低温反应单元；与低温反应单元的温度相比在较高温度 引发反应的高温反应单元；使低温反应单元和高温反应单元彼此连 通的连通管，其中的低温反应单元和高温反应单元中至少一个由多 层金属板制成。按照本发明的第二方面，低温反应单元和高温反应单元的至少 一个由金属板制成。因此，金属板在热传导方面比玻璃衬底更优越， 反应器能够被加工为薄件。于是，能够实现微型化，同时热容量变 小。结果，通过很小的热量在适当的温度就能引发化学反应。按照本发明的第三方面，重整燃料的反应器包括在预定温度 引发反应的低温反应单元；设置在低温反应单元内的流入槽；设置 为连接流入槽的流出槽；与低温反应单元的温度相比在较高温度引 发反应的高温反应单元；使低温反应单元和高温反应单元彼此连通 的连通管。按照本发明的第三方面，因为设置了流入槽和流出槽，于是它 们可以彼此连接，当流体流出流出槽时，被低温部分的热量加热的 流体加热流进流出槽的流体。因此，能够进行热交换，而且用于加 热流体的热量减少，所述流体己经在低温反应单元在流入槽内提前 被加热。由此，能够在适当温度引发化学反应。按照本发明，能够在适当温度引发化学反应。


图1是发电装置100的方块图。 图2是反应器10的透视图。图3是图2中沿ni-工n线剖开从箭头方向看的截面视图。 图4是图2中沿IV-IV线剖开从箭头方向看的截面视图。 图5是图2中沿V-V线剖开从箭头方向看的截面视图。 图6是图2中沿VI-VI线剖开从箭头方向看的截面视图。 图7是图2中沿VII-VII线剖开从箭头方向看的截面视图。
具体实施方式
在下述内容中，参照附图描述了实施本发明的最佳方式。然而， 虽然对下述实施例给出了许多实施本发明的从技术上优选的各种 限制，但是所述限制不将本发明的范围限定在下述实施例和图示的 例子内。(第一实施例)图1是发电装置100的方块图，按照本发明第一实施例的反应 器10应用在该发电装置上。发电装置100被安装在笔记本式个人 电脑、便携式电话、个人数字助理(PDA)、电子笔记本、手表、数 字照像机、数字录像机、竞赛设备、游戏机和其它电子设备中，并 且被用作操作电子设备的主机的能源。发电装置100包括燃料箱101，反应器10，和燃料电池102， 反应器与燃料箱101自由连接并且包括重整从燃料箱101供应的燃 料的反应炉，燃料电池102利用被反应器10重整的氢产生电能。 燃料箱101可以储存比如甲醇等的燃料和水，在两者彼此混合的状 态下或者在彼此分离的状态下，利用没有画出的微型泵供应燃料与 水的混合液体。可选择地，燃料和水可以在燃料箱内提前进行混合。图2是表示从下方看的反应器10的状况的视图。反应器10包 括高温反应单元11和布置在高温反应单元11对面的低温反应单元12，如同2所示。高温反应单元11是引起超过20(TC的反应的反应 单元。高温反应单元11包括重整器14、高温燃烧室16和高温加热 器18，重整器14通过重整在燃料箱101内的燃料引起产生氢的蒸 汽重整反应，高温燃烧室16加热重整器14到高温以加速重整器14 的重整反应，高温加热器18是用作迅速加热重整器14的辅助热源 的电热元件，即使在高温燃烧室16不能加热到高温，特别是在发 电装置100的启动时间的状态下。低温反应单元12是引起低于20(TC的反应的反应单元。低温反 应单元12包括汽化器13，它是提前将被供应到重整器14的燃料和 水汽化的反应炉，C0去除器15，它是去除在重整器14内重整的时 候作为副产品产生的二氧化碳的反应炉，低温燃烧室17，它被用作 在CO去除器15内的反应和汽化器13内的汽化反应所必须的相对 低温的热源，和低温加热器19，它是用作迅速加热汽化器13和CO 去除器15的辅助热源的电热元件，即使在低温燃烧室17不能执行 充分加热的状态下，特别是在发电装置100的启动时间。高温反应单元11和低温反应单元12的任一个都通过彼此粘贴 多个金属板形成，所述金属板比如由不锈钢(SUS304)制成，在不 锈钢上形成后面所述的流动通路。因此，高温加热器18被层叠到 重整器14的金属板上，在两者之间有绝缘膜，低温加热器19被层 叠到C0去除器15的金属板或者低温燃烧室17的金属板，在两者 之间有绝缘膜。汽化器13是汽化从燃料箱101供应的燃料和水的反应炉。重整 器14按照化学反应式(1)使从汽化器13供应的燃料与水的气体 混合物反应，以产生作为主产物的、含有氢气体和二氧化碳气体的 气体混合物，和产生作为副产物的一氧化碳。重整器14也部分地
引起按照化学反应式(2)的反应，以产生极少量的一氧化碳。CO去除器15有选择地按照化学反应式(3)氧化由重整器14产生的一氧化碳，以去除气体混合物内的一氧化碳。在下述内容中，在一 氧化碳的去除之后的富含氢的气体混合物被称为重整后气体。另外，尽管化学反应式(3)是放热反应，通过在反应开始时加热来提高反应速度是可能的。CH30H +H20 — 3H2 + C02 … (1)H2 + C02 — H20 + CO … (2)2C0 +02 —2C02 … (3)重整后的气体被从反应器10供应到燃料电池102的燃料电极 侧。利用设置在燃料电极上的催化剂，在重整后的气体内的氢气被 分离成氢离子和电子，如电化学反应式(4)所示。氢离子穿过燃 料电池102的电解膜，移动到氧电极侧。所述电子穿过外电路移动 到氧电极侧。在氧电极侧，如电化学反应式(5)所示，由已经穿 过电解膜的氢离子，穿过外电路从氧电极供应的电子，和从大气中 供应的氧气的化学反应产生水。从燃料电极和氧电极的电势差能够 获得电能。H2 — 2H+ +2e- ... (4)2H+ + 2e- +1/202 — H20 … (5)高温燃烧室16将氧混合进剩余的氢气中，并且将燃烧这些气体 以加热高温反应单元11到25(TC或更高的温度，比如在大约250°C 到40(TC的范围内，所述剩余的氢气是在供应给燃料电极侧的重整 后气体中没有执行上述电化学反应的气体(以后称为废气)。类似 于高温燃烧室16，低温燃烧室17将氧混进一部分废气中，并且燃 烧所述废气来加热低温反应单元12到低于20(TC的温度，比如大约 ll(TC到19(TC的范围内，该温度是低于高温燃烧室16的温度。高
温加热器18在一开始代替高温燃烧室16加热高温反应单元11，低温加热器19在一开始代替低温燃烧室17加热低温反应单元12。图2是表示反应器10的透视图。反应器10被容纳在热绝缘包 20内。在热绝缘包20的内侧面和外侧面之间形成间隙，在两个表 面之间具有没有画出的垫片。此外，热绝缘包20的内部空间保持 处于低压(0.03Pa或者更小)，目的是维持热绝缘效果，而且反应 器10向热绝缘包20外的热损失得到抑制。在热绝缘包20的内部 空间内存在少量气体。对于所述气体，稀有气体比如氩气和氦气是 优选的，它们在高温反应单元11和低温反应单元12的温度范围内 是惰性的，但是所述气体不必就是稀有气体。对于热绝缘包20的材料，能够使用比如金属板，象不锈钢(SUS 304)。此外，为了减少因为来自反应器10的辐射导致的热损失， 在热绝缘包20的内表面上设置防辐射膜。比如，金(Au)等能够 被用作防辐射膜。如图2所示，在反应器10内，高温反应单元11和低温反应单 元12设置在彼此分离的状态。另外，优选的是，类似于设置在热 绝缘包20的内表面上的膜的防辐射膜形成在高温反应单元11和低 温反应单元12的外围表面上。如图4-6，低温反应单元12包括三层，它们是设有汽化流动通 路41的上层金属衬底52，其为汽化器13，设有CO去除流动通路 43的中间层金属衬底54，其为C0去除器15，和设有燃烧室流动通 路44的下层金属衬底56，其为低温燃烧室17。低温反应单元12 具有将这些金属衬底52， 54， 56层叠的结构。此外，如果汽化流 动通路41被打开，设置用作顶盖的金属衬底来密封所述开口。如 果燃烧流动通路44被打开，设置用作底盖的金属衬底来密封所述 开口。对于每一个这些金属衬底，能够使用由不锈钢(SUS 304)制成的金属衬底。低温反应单元12还包括凸面12A和凹面12B，于是它们可以与 高温反应单元11的平对立面11A相对。与凹面12B相比，低温反 应单元12的凸面12A突出朝向高温反应单元11的对立面IIA。在 凸面12A的端边的四个角处，特别是每个金属衬底52和56的两个 位置，形成有槽(凹入部分)21， 22， 23和24。通过槽21， 22， 23， 24，每个凹面12B面向要与之对立的高温反应单元11的对立 面11A。被四个槽21， 22， 23， 24露出的每个凹面12B被做成与低 温反应单元12中的流动通路连通，而且被连接有连通管25， 26， 27和28，这些管分别是四个直线管。此外，通过所述槽21， 22， 23和24，侧面12C被暴露在侧面的凸面12A和凹面12B之间。四 个连通管25， 26， 27和28其它侧边的端部被连接到高温反应单元 11的对立面IIA端部的四个角。四个连通管25， 26， 27和28在高 温反应单元11的对立面IIA与低温反应单元12的凹面12B之间的 长度Ll是低温反应单元的槽21， 22， 23和24的纵向长度，即低 温反应单元12的凸面12A和凹面12B之间的长度L2加高温反应单 元11的对立面11A与低温反应单元12的凸面12A之间的长度L3 的和。长度Ll， L2和L3按照高温反应单元11的适当温度范围， 低温反应单元12的适当温度范围和它们的温度差进行设定。因此，由于连通管25， 26， 27和28在对立面11A上连通高温 反应单元ll，通过由槽21， 22， 23和24形成的每个凹面12B与低 温反应单元12连通，在高温反应单元11和低温反应单元12之间 的连通管25， 26， 27和28的长度L1必然大于高温反应单元11的 对立面11A与低温反应单元12的凸面12A之间的长度L3。此外， 四个连通管25， 26， 27和28的外径R与槽21， 22， 23和24的宽 度W和高度H相比，足够小。
另外，在由槽21， 22， 23和24包围的低温反应单元12的部分 中，形成低温反应单元12的流动通路。优选的是，制成连通管25和26的材料具有的热膨胀系数在下 层金属衬底56的材料的热膨胀系数的附近。具体地，优选的是， 连通管25和26由和制成金属衬底56的材料一样的材料制成，而 且连通管25和26与金属衬底56 —体形成。优选的是，制成连通 管27和28的材料具有的热膨胀系数在上层金属衬底52的材料的 热膨胀系数的附近。具体地，优选的是，连通管27和28由和制成 金属衬底52的材料一样的材料制成，而且连通管27和28与金属 衬底52—体形成。在具有如此结构的反应器10中，在高温反应单元11中与低温 反应单元12相对的主要平面是对立面IIA。在低温反应单元12中 与高温反应单元11相对的主要平面是凸面12A。在高温反应单元 ll和低温反应单元12之间的空间是被热绝缘包20分隔的空间的一 部分，而且低压热绝缘气体被填充在所述空间内，在热绝缘包20 中容纳高温反应单元11和低温反应单元12。因此，在对立面IIA，其为在高温反应单元11内与低温反应单 元12相对的主要平面，和凸面12A，其为低温反应单元12内与高 温反应单元11相对的主要平面，之间的热扩散相对较小。此外， 因为连通管25， 26， 27和28是固体，它们的热传导比热绝缘气体 的高。因此从高温反应单元11到低温单元12的热传递的主要路径 是四个连通管25， 26， 27和28。为了使整个反应器10的容积变小，优选的是尽可能地縮短对立 面IIA和凸面12A之间的长度L3。如果在低温反应单元12内没有 设置槽21， 22， 23和24，高温反应单元11和低温反应单元12之 间的连通管25， 26, 27和28的长度与对立面IIA和凸面12A之间
的长度一样。如果对立面IIA和凸面12A之间的长度在这样的结构内由于微型化的原因被縮短，高温反应单元11和低温反应单元12 之间的连通管25， 26， 27和28的长度也变短，而且高温反应单元 11的热量变得容易扩散到低温反应单元12。因此，难于维持高温 反应单元11和低温反应单元12之间的温度梯度在适当温度范围 内。相反，在本发明中，即使为了使反应器10小型化，将对立面 11AH和凸面12A之间的长度L3做的尽可能短，通过将长度L2变长 能够使高温反应的单元ll和低温反应单元12之间的连通管25，26， 27和28的长度足够长。因此，通过设定从高温反应单元11穿过连 通管25， 26， 27和28到低温反应单元12的热传递的路径长度(Ll) 足够地长，能够抑制从高温反应单元11到低温反应单元12的热传 递。于是，能够容易地保持高温反应单元11和低温反应单元12之 间的温度差。高温反应单元11，低温反应单元12和连通管25， 26, 27和28 由SUS304制成。热绝缘包20的尺寸被做成长度39mm，宽度19mm， 高度9.4mm。热绝缘包20与高温反应单元11之间的距离，和热绝 缘包20与低温反应单元12之间的距离各自为lmm。热绝缘包20的 内部压力设定为0. 03Pa。槽21， 22， 23和24的宽度W，高度H， 和长度L2分别被做成2. 8imn， 2. 8咖和3咖。从连通管25， 26， 27 和28到侧面12C的距离为2. 3mm。高温反应单元11和低温反应单 元12之间的连通管25， 26， 27和28的长度L1，外径R和内径分 别为6mm， 0. 5mm和0. 3mm。长度L3为3mm。因此，能够保持高温 反应单元11和低温反应单元12中的每个均为124°C。另外，槽21， 22， 23和24和连通管25， 26， 27和28的位置 被限定为四个角。例如，它们可以形成在高温反应单元11 一侧的
端面的中心部分。此外，不是在低温反应单元12上设置槽21， 22， 23和24及连通管25， 26， 27和28，它们可被设置在高温反应单 元11的一侧上，或者它们可被设置在两个单元上。此外，槽21， 22， 23和24的形状不限定为图2所示的矩形，所述形状可形成为柱形。作为流体(燃料和水，氧气(空气)，重整后的气体，废气，和 排气)从外部流入流出的流动通路的装配好的管30被设置在低温 反应单元12的上部。高温反应单元11和低温反应单元12能够通 过比如将形成有后面要描述的流动通路的不锈钢(SUS304)制的金 属板粘贴形成。此外，类似于高温反应单元11和低温反应单元12 的这些材料，比如像不锈钢(SUS304)的金属等，能被用作连通管 25， 26， 27和28以及装配管30的材料。图3是装配管30的水平截面图。如图3所示，装配管30由下 述元件组成，这些元件整体地形成为一个部件。这些元件是用于 从燃料箱101向汽化器13供应含水的燃料的液体燃料管道31,用 于向低温燃烧室17供应燃烧用的空气的空气供应管道32，用于向 CO去除器15供应去除CO用的空气(氧气)的空气供应管道33， 用于从燃料电池102向高温燃烧室16和低温燃烧室17供应废气的 废气供应管道34，用于从C0去除器35向燃料电池102供应重整后 的气体的重整气体输送管道35，用于排出当废气在每个高温燃烧室 16和低温燃烧室17内燃烧时产生的排气的排气管36。使装配管30 形成为下述尺寸。即，外径形成为1.3mmX0. 9ram。每个液体燃料管 道31，空气供应管道32，空气供应管道33，废气供应管道34，重 整气体输送管道35和排气管道36的内径为0. 3mmX0. 3mm。装配管 30穿过热绝缘包20，并且被连接到外部的燃料箱101，燃料电池装 置102，没有画出的气泵等。
通过集中在反应器10内流入和流出的流体的管道以在低温反 应单元12上提供管道，与单独设置的管道相比，所述管道暴露在 外部的面积减少，而且从装配管30向热绝缘包20的外部流出的热 量能够得到降低。此外，通过装配管，能够提高针对机械应力的刚 性，而且能够降低由热应力引起的变形。此外，通过不设置连接到热绝缘包外部的管道限制热量向热绝缘包20外部的流出为从低温 反应单元12的方式，其温度显著低于从高温反应单元11的高温反应单元ll的温度，能够进一歩降低热损失。在下面，描述反应器10的内部结构。图4是在沿着图2的切割线IV-IV水平切割高温反应单元11 和低温反应单元12时从箭头方向看的截面图。图5是在沿着图2 的切割线V-V水平切割高温反应单元11和低温反应单元12时从箭 头方向看的截面图。图6是在沿着图2的切割线VI-VI水平切割高 温反应单元11和低温反应单元12时从箭头方向看的截面图。图7 是在沿着图2的切割线VII-VII垂直切割高温反应单元11时从箭 头方向看的截面图。如图4-6所示，高温反应单元11在靠近低温反应单元12的部 分处设有重整器14，在相对的一侧设有高温燃烧室16。重整器14 和高温燃烧室16具有上层金属衬底51，中层金属衬底53和下层金 属衬底55，每个衬底均由比如不锈钢(SUS304)的金属制成。其上 侧敞开的槽形成在下层金属衬底55上。所述槽被用作重整器14的 重整流动通道42。 一个穿过中层金属衬底53的孔形成在该衬底的 厚度方向中。所述孔被用作重整器14的重整流动通道42。 一个其 下侧敞开的槽形成在上层金属衬底51上。所述槽被用作重整器14 的重整流动通道42。通过将上层金属衬底51，中层金属衬底53和 下层金属衬底55叠在一起，所述槽和孔彼此被重叠，而且形成互 相与上层金属衬底51，中层金属衬底53和下层金属衬底55连通的 重整流动通道42。在上层金属衬底51中，用于连通重整流动通道 42与连通管27的连通槽57形成在所述槽的一端，用于连通重整流 动通道42与连通管28的连通槽58形成在所述槽的另一端。此外， 如图4-7所示，燃烧流动通道45，其为高温燃烧室16，设置在远 离低温反应单元12的一端。通过形成在每个上层金属衬底51，中 层金属衬底53和下层金属衬底55中的通孔的重叠来形成燃烧流动 通道45。被用作连接通道50的槽形成在下层金属衬底5.5中，所述 连接通道50连通燃烧流动通道45的一端与燃烧流动通道45的连 通管25，被用作连接通道49的槽形成在下层金属衬底55中，连接 通道49连通燃烧流动通道45的另一端和连通管26。如图4所示，汽化流动通道41以迂回状态形成在金属衬底52 内。装配管30的液体燃料管道31通过金属衬底54和56被连接到 汽化流动通道41的一端，连通管27被连接到另一端。连通管27 的一端被连接到汽化流动通道41，其另一端被连接到重整流动通道 42。在上层金属衬底51，中层金属衬底53和下层金属衬底55内的 所述重整流动通道42形成为迂回状态。重整流动通道42的一端被 连接到上层金属衬底51内的连通管27，其另一端连接到连通管28。 作为化学反应式(1)或者(2)之一的重整反应的催化剂的重整催 化剂设置在重整流动通道42内。所述重整催化剂是比如铜/铅氧化 物系列的催化剂，而且通过由铝作为载体携带铜/铅氧化物来制成。连通管28的一端被连接到重整流动通道42，连通管28的另一 端被连接到连接流动通道46，到低温反应单元12的C0去除流动通 道43。连接流动通道46穿过金属衬底52，并且与中层的金属衬底 54连通以连接连通管28和C0去除流动通道43，连通管28被连到 低温反应单元12的上层金属衬底52， CO去除流动通道43形成在
金属衬底54内。如图5所示，CO去除流动通道43以迂回状态形成在金属衬底 54内。CO去除流动通道43的一端被连接到连接流动通道46和空 气供应管道33，其另一端被连接到重整气体输送管道35。作为化 学反应式(3)的氧化反应的催化剂的CO去除催化剂设置在CO去 除流动通道43内。所述CO去除催化剂是铂系列的催化剂，而且由铝携带铂或者铂与钌制成。如图6所示，除了以迂回状态形成的燃烧流动通道44，混合流 动通道47和排气流动通道48形成在低温反应单元12的下层金属 衬底56内。燃烧流动通道44的一端被连接到混合流动通道47，燃烧流动 通道44的另一端与排气管36相连。作为废气中的氢的氧化反应的 催化剂用的燃烧催化剂设置在燃烧流动通道44内。所述燃烧催化 剂由铝作为载体携带铂制成。混合流动通道47连接到废气供应管道34和空气供应管道32， 进一步连接到连通管26和燃烧流动通道44。混合流动通道47混合 废气与空气，而且混合流动通道47将混合后的气体以预定比率供 应给连通管26和燃烧流动通道44 (例如，连通管26:燃烧流动通 道=1.37: 1)。连通管26的一端连接到混合流动通道47，其另一端通过连通 管26连接到形成在高温反应单元11内的连接通道49。所述连接通 道49的一端连接到连通管26，其另一端连接到燃烧流动通道45。燃烧流动通道45如图7所示形成为迂回状态。燃烧流动通道 45的一端连接到连接通道49，其另一端连接到连接通道50。作为燃料的氧化反应的催化剂使用的燃烧催化剂设置在燃烧流动通道 45内。类似于燃烧流动通道44的催化剂的燃烧催化剂可以用作燃
烧催化剂。连接通道50的一端连接到燃烧流动通道45，其另一端连接到连通管25。连通管25的一端连接到连接通道50，其另一端连接到 排气流动通道48。形成在金属衬底56上的排气流动通道48设置在下层的外围， 于是排气流动通道48可以包围燃烧流动通道44。所述排气流动通 道48的一端连接到连通管25，其另一端与燃烧流动通道44 一起连 接到排气管36。因为流过排气流动通道48的排气是从高温燃烧室 16排出的气体，排气处于相对高的温度，而且排气还具有辅助加热 低温燃烧室17的功能。另外，液体燃料管道31穿过下层和中层以与上层连通。此外， 空气供应管道33和重整气体输送管道35穿过下层以与中层连通。在下述内容中，描述反应器10的操作。首先，给高温加热器 18和低温加热器19施加电压，将高温反应单元11和低温反应单元 12分别加热到设定温度，例如在25(TC到40(TC范围内的高温与在 ll(TC到19(TC范围内的低温。当高温反应单元11和低温反应单元12的温度已经上升到相应 的设定温度，从液体燃料管道31向汽化流动通道41供应燃烧和水。 当供应燃料和水时，汽化流动通道41加热燃料和水来使它们汽化。 汽化后的燃料和汽化后的水通过连通管27流进重整流动通道42。在重整流动通道42内，通过重整反应改变汽化后的燃料和汽化 的水成为由氢气，二氧化碳气体和少量一氧化碳组成的混合气体。 通过重整反应产生的混合气体通过连通管28和连接流动通道46流 进C0去除流动通道43。在CO去除流动通道43内，从空气供应管道33供应的氧与混合 气体混合，含在混合气体内的少量一氧化碳被有选择地氧化。其中
的一氧化碳已经被去除的混合气体(重整后的气体)从重整后气体 输送管道35被送到燃料电池102。在燃料电池102的燃料电极侧上用于电化学反应的被引入重整气体中的未反应的废气，从废气供应管道34被供应到混合流动通 道47。在混合流动通道47内，废气与从空气供应管道32供应的空 气混合。当流过连通管26和燃烧流动通道45上的连接通道49燃 烧时，废气与空气的混合气体在燃烧流动通道44内燃烧。高温燃 烧室16和低温燃烧室17在此时能够根据废气的流速进行控制，而 废气的流速能够借助燃烧流动通道44和45的流动通道的宽度和深 度进行设定。通过以包围连接通道50、连通管25和燃烧流动通道44的方式 设置在低温反应单元12的外围的排气流动通道48，燃烧流动通道 45的废气从排气管36被排放到外部。此时流过排气流动通道48的 高温排气能够用作低温反应单元12的热源。燃烧流动通道44的排气连同燃烧流动通道45的排气从排气管 36被排放到外部。当足够的热量通过燃烧流动通道45内的燃烧反应达到要求时， 高温加热器18停止工作，或者高温加热器18的加热被减少，以将 高温反应单元11的主热源变换为燃烧流动通道45。当用来加热低温反应单元12的足够热量通过燃烧流动通道44 的燃烧反应和流过排气流动通道48的高温排气达到要求时，低温 加热器19停止工作，或者低温加热器19的产热被降低，以将低温 反应单元12的主要热源变换为燃烧流动通道44。之后，通过给反 应器连续供应燃料、水和空气持续地产生电能。另外，燃料和氧可以只从液体燃料管道31供应到流动通道44 和燃烧流动通道45。 此外，通过组合燃料和废气可以使高温燃烧室16和低温燃烧室 17产生热量。在这种情况下，燃料或者废气可以按照内部流动通道结构从液体燃料管道31或者废气供应管道34以预定速率被分配到 燃烧流动通道44和45，而且所述空气可以从空气供应管道32被分 配到燃烧流动通道44和45。在上述实施例中，尽管使用甲醇作为燃料，但是燃料不限于甲 醇，含有醇的氢原子比如乙醇等、汽油等的化合物能够代替甲醇使 用。另外，当然燃烧催化剂和重整催化剂也能够适当地进行改变。本美国专利申请依据巴黎公约要求2005年6月9日提交的日本 专利申请No. 2005-169188的优先权，该申请是不正确翻译的改正 基础。工业实用性本发明能够为结合有反应装置的各种类型的反应器适当地利 用，所述反应装置比如汽化器、重整器、CO去除器等具有不同的作 业温度，每一种反应装置都用于燃料电池。所述反应器能够应用于 装有燃料电池的发电装置。
权利要求
1、一种重整燃料的反应器，包括在预定温度引发反应的低温反应单元；与低温反应单元的温度相比在较高温度引发反应的高温反应单元；使低温反应单元和高温反应单元彼此连通的连通管，其中至少低温反应单元或者高温反应单元中的一个设有凸面和凹面，每个面面向低温反应单元和高温反应单元中另一个的对立面；所述凹面和对立面之间的长度大于凸面和对立面之间的长度；并且连通管设置在所述凹面和对立面之间。
2、 如权利要求1所述的反应器，其中低温反应单元包括CO去 除器。
3、 如权利要求1所述的反应器，其中低温反应单元包括汽化器。
4、 如权利要求1所述的反应器，其中高温反应单元包括将燃料 重整为氢的重整器。
5、 如权利要求1所述的反应器，其中低温反应单元包括加热器。
6、 如权利要求1所述的反应器，其中高温反应单元包括加热器。
7、 如权利要求l所述的反应器，还包括容纳低温反应单元、高 温反应单元和连通管的热绝缘包。
8、 如权利要求1所述的反应器，其中低温反应单元由多层金属 衬底形成。
9、 如权利要求1所述的反应器，其中高温反应单元由多层金属 衬底形成。
10、 如权利要求1所述的反应器，其中低温反应单元、高温反 应单元和连通管由相同的材料制成。
11、 如权利要求1所述的反应器，其中低温反应单元包括co 去除器；高温反应单元包括将燃料重整为氢的重整器；连通管包括 将由重整器重整的气体流进CO去除器的管道。
12、 如权利要求1所述的反应器，其中高温反应单元包括燃烧 易燃气体产生热量的燃烧室，连通管包括使易燃气体从低温反应单 元流进燃烧室的管道。
13、 如权利要求1所述的反应器，其中低温反应单元包括装配管。
14、 一种装有如权利要求1所述的反应器的发电装置。
15、 一种重整燃料的反应器，包括 在预定温度引发反应的低温反应单元；与低温反应单元的温度相比在较高温度引发反应的高温反应单 元；以及使低温反应单元和高温反应单元彼此连通的连通管， 其中，低温反应单元和高温反应单元中的至少一个由多层金属 板形成。
16、 一种重整燃料的反应器，包括 在预定温度引发反应的低温反应单元； 设置在低温反应单元内的流入槽； 设置为连接流入槽的流出槽；与低温反应单元的温度相比在较高温度引发反应的高温反应单元；傲氐温反应单元和高温反应单元彼itkM的魏管。
全文摘要
本发明公开了一种重整燃料的反应器，包括在预定温度引发反应的低温反应单元；与低温反应单元的温度相比在较高温度引发反应的高温反应单元；使低温反应单元和高温反应单元彼此连通的连通管，其中至少低温反应单元或者高温反应单元中的一个设有凸面和凹面，每个面面向低温反应单元和高温反应单元中另一个的对立面；所述凹面和对立面之间的长度大于凸面和对立面之间的长度；和连通管设置在所述凹面和对立面之间。
文档编号B01J8/04GK101163542SQ20068001312
公开日2008年4月16日 申请日期2006年5月24日 优先权日2005年6月9日
发明者山本忠夫 申请人:卡西欧计算机株式会社