[发明专利]用于燃料电池系统的蒸发器及燃料重整装置

说明书

技术领域

本发明的各个方面涉及一种燃料电池系统，更具体地，涉及一种用于燃 料电池系统的蒸发器(evaporator)，其产生用于蒸汽重整反应(reforming  reaction)的蒸汽。

背景技术

燃料电池形成发电系统以利用碳氢化合物(hydrocarbon)组燃料产生电 能。将这样的燃料电池分类为聚合物电解质膜燃料电池(polymer electrolyte  membrane fuel cell)和直接氧化物膜燃料电池(direct oxidation membrane fuel  cell)。直接氧化物膜燃料电池通常被称为直接甲醇式燃料电池(DMFC，direct  methanol fuel cell)。

聚合物电解质膜燃料电池具有优越的输出性能、低工作温度(operating  temperature)以及快速起动和响应性能。已经将聚合物电解质膜燃料电池广 泛用作用于交通工具的便携式能源(portable power source)、用于房屋和公 共建筑的分布式能源(distributed power source)以及用于电子器件的微型能 源。

采用聚合物电解质膜燃料电池的燃料电池系统包括燃料电池主体、燃料 重整器、燃料供给装置以及氧化剂(oxidizing agent)供给装置。燃料供给装 置包括燃料箱(fuel tank)和燃料泵(fuel bump)，并且燃料供给装置向燃料 重整器供给燃料。燃料重整器通过重整燃料产生氢气并且将该氢气供给燃料 电池主体。燃料电池主体通过诱发来自燃料重整器的氢气和氧化剂气体之间 的电化学反应产生电能。

燃料重整器可以根据燃料重整方案包括各种构成组分。对于蒸汽重整反 应，燃料重整器可以包括热源、重整反应部分以及蒸发器。热源产生热，重 整反应部分利用热能对燃料进行重整。蒸发器把水加热并且产生蒸汽从而向 用于蒸汽重整反应的重整反应部分提供蒸汽。

燃料电池系统的蒸发器通常具有管形(tubular shape)或者板形(plate  shape)。然而，在管形蒸发器中，因为截面流动面积是大的，所以水和蒸发 器之间的接触面积的增加与流体的量的增加不成比例。也就是，接触面积的 增量小于流体的量的增量。因此，管形的蒸发器具有低传热效率的缺点。同 时，如果板形蒸发器具有大的面积以增加水和蒸发器之间的接触面积，则蒸 发器的整个面积将增加。从而，由于蒸发器，燃料电池系统不能被减小尺寸。

发明内容

本发明的各个方面提供用于燃料电池系统的蒸发器，其在减小尺寸的同 时，通过增加水和蒸发器的接触面积提高传热效率。

本发明的各个方面提供蒸发器，其包括：具有中空的内部空间的本体， 流体流动通过该些中空的内部空间；以及将中空的内部空间分成多个空间的 多个单元隔挡件，该些单元隔挡件在多个空间之间传导热。根据本发明的各 个方面，空间包括燃料气体通过其流动的至少一个第一空间以及水通过其流 动的至少一个第二空间。根据本发明的各个方面，所述空间可以布置成多行 和多列。根据本发明的各个方面，单元隔挡件可将内部空间的截面分成格子 形状。

根据本发明的各个方面，该至少一个第一空间可以与该至少一个第二空 间邻近。

根据本发明的各个方面，该至少一个第一空间可以包括多个第一空间， 该至少一个第二空间可以包括多个第二空间。根据本发明的各个方面，当观 察本体的内部空间的截面时，第一空间和第二空间可以沿第一方向交替布 置。根据本发明的各个方面，当观察本体的内部空间的截面时，第一空间和 第二空间可以沿与第一方向交叉的第二方向交替布置。

根据本发明的各个方面，可以从在重整器中产生热的重整器的热源向第 一空间供给燃料气体。

根据本发明的各个方面，当观察本体的内部空间的截面时，第一空间可 以在与第一方向交叉的第二方向相邻地布置。根据本发明的各个方面，当观 察本体的内部空间的截面时，第二空间可以在第二方向相邻地布置。

根据本发明的各个方面，单元隔挡件可以包括沿第二方向形成并且在第 一方向彼此分隔开的第一单元隔挡件以及沿第一方向形成并且在第二方向 彼此分隔开的第二单元隔挡件。