[发明专利]燃料电池系统及重整器

说明书

技术领域

本发明涉及到一种燃料电池系统和用于燃料电池系统的重整器。更特 别的，本发明涉及到一种具有用于提供燃料和氧化气体的改良结构的燃料 电池系统和燃料电池系统的重整器。

背景技术

燃料电池是通过氢和与氢分别提供的氧化气体之间的化学反应产生电 能的发电系统，所述氢可是烃基燃料如甲醇、乙醇和天然气的一部分。

聚合物电解膜燃料电池(PEMFC)与其它类型的燃料电池相比通常显 示出优良的输出特性、较低的工作温度以及快速启动和响应特性。PEMFC 已经广泛的用作交通工具的便携式电源、房屋和公共建筑物的分布式电源 以及电子装置的微型电源。

PEMFC系统典型地包括层叠组件、重整器、燃料罐以及燃料泵。层 叠组件形成燃料电池主体，该主体通过氢和氧之间的反应产生电能，燃料 泵将储存在燃料罐中的燃料提供给重整器。通过重整燃料，重整器产生氢 气并将氢气提供给层叠组件。

在燃料电池系统中，由于重整器通过催化化学反应从燃料中产生氢 气，重整器包括用于产生热能的热源和利用热能通过重整反应产生氢气的 重整反应部分。利用氧化催化剂通过燃料和氧化气体之间的氧化反应，热 源产生热能。

在一个典型的重整器中，由于燃料和氧不均匀地分布在热源的氧化催 化剂上，氧化反应可能局部发生而不是在整个热源上发生。因此，由于燃 料和氧之间的不完全氧化反应在热源中存在温差。从而，由于热源中的温 差可降低整个重整器的性能和热效率。

另外，在典型重整器中，在燃料注射喷嘴的一端可能出现逆火 (backfire)，从而在重整器中引起额外的温度变化。

发明内容

一些实施方式提供一种具有均匀地将燃料提供给氧化催化剂并防止逆 火的燃料电池系统，以及用于上述系统的重整器。

一些实施方式提供一种燃料重整器以及包括上述重整器的燃料电池系 统。重整器使包括烃或烃基如甲醇、乙醇、甲烷、丙烷及类似物的燃料转 换成燃料电池使用的氢气。重整器的实施方式显示出在重整器中逆火的减 少和极大的温度均匀性。所述重整器包括壳体、热源和重整反应部分。在 一些实施方式中，所述壳体是大体上的圆柱体。所述热源包括设置在壳体 中的网孔、设置在网孔上的氧化催化剂以及至少一个燃料注射喷嘴。所述 燃料注射喷嘴包括带有设置在壳体内的第一开口端和第二端的管，该第二 端设置在壳体外，通过其提供燃料。在一些实施方式中，所述燃料注射喷 嘴大体上与壳体的纵向轴平行。在一些实施方式中，燃料注射喷嘴的第一 端的内径小于燃料注射喷嘴的第二端的内径。燃料注射喷嘴的一些实施方 式还包括在其表面上的多个喷嘴孔。至少一个重整管延伸穿过重整器的壳 体。在一些实施方式中多个重整管大体上对称地布置在中心燃料注射喷嘴 的周围。

一个实施方式提供一种用于燃料电池系统的重整器，该重整器包括壳 体、热源和重整反应部分。所述壳体形成外部形状。所述热源设置在壳体 中用以通过燃料和催化剂之间的氧化反应产生热能，并包括网孔、形成于 网孔表面上的氧化催化剂层以及将燃料提供给氧化催化剂层的至少一个燃 料注射喷嘴。所述重整反应部分设置在壳体中用以利用产生自热源的热能 从燃料中产生氢气。

所述至少一个燃料注射喷嘴可包括具有形成于管子外表面的多个喷嘴 孔的管子。至少一个燃料注射喷嘴可包括作为开口端的第一端，和可设置 在第一端的填料。填料可包括铝珠、石英珠和具有网孔结构的材料中的至 少一种。

所述至少一个燃料注射喷嘴还可包括与第一端相对的第二端，并且第 一端的内径可小于第二端的内径。所述至少一个燃料注射喷嘴还可包括邻 近第一端的可变部分并具有朝向第一端逐渐减小的内径。

所述重整反应部分还可包括至少一个穿过所述壳体并允许燃料通过它 流动的重整管。

所述至少一个燃料注射喷嘴可设置在所述壳体的中心部分，至少一个 重整管可布置在所述燃料注射喷嘴的周围。可选择的，至少一个重整管可 设置在所述壳体的中心部分，且至少一个燃料注射喷嘴可包括布置在重整 管周围的多个燃料注射喷嘴。