[发明专利]具有高耐久性的重整器

说明书

本申请要求于2009年12月24日提交到美国专利商标局的第61/290137号美国临时申请和于2010年5月18日提交到美国专利商标局的第12/782437号美国非临时申请的优先权和权益，这些申请的公开通过引用全部包含于此。

技术领域

本发明的实施例涉及一种具有高耐久性的重整器。

背景技术

近年来，由于对环境污染的关注，已经开发了诸如具有较高的能量效率的燃料电池等各种替代的和污染少的能源。

燃料电池是一种通过氢和氧的电化学反应直接将化学能转换为电能的装置(或一种能源)。根据电解质的种类，燃料电池被分为聚合物电解质燃料电池、固体氧化物燃料电池或熔融碳酸盐燃料电池。在聚合物电解质燃料电池中使用的氢通常通过从碳氢燃料(例如甲醇、液化石油气(LPG)、汽油等)重整的重整物来获得。由于难以储存和运输纯的氢，所以需要这种重整工艺。重整物可以是通过碳氢燃料的蒸汽重整反应获得的蒸汽式重整物。这里，在大多数使用蒸汽重整式重整物的燃料电池系统中，需要加热单元来为蒸汽重整反应供应热。

在重整工艺中，在从堆中产生电子之后，从堆的阳极排放重整物和其它剩余材料，这种排放物被称作阳极废气(anode off gas，AOG)。在相关领域中，利用附加的催化燃烧器和/或与大气气体混合来降低AOG中的其它排放的气体(例如H₂、CO和CH₄)的浓度，从而消耗AOG。

然而，随着世界范围的环境标准发展，期望并且需要在可以在室内环境中使用的燃料电池的制造过程中更积极地管理AOG。此外，考虑到AOG气体的主要成分之一是氢气(H₂)，并且为了符合大气污染的环境关注，急切地期望或需要从技术上开发出能够处理AOG并能提高重整器的效率的消耗AOG气体的方法。

为此，本发明的一个实施例提供一种重整器，通过使AOG回到重整器的加热单元来提高热效率，从而氧化或消耗AOG，以符合特定的环境关注。然而，由于重整物的氧化、加热单元燃料的氧化和/或AOG的氧化，重整器具有产生多个热点的典型的高温环境。因而，需要开发能够减轻或分散这些热点的设计。即，为了使重整器长时间操作而不劣化或损坏，应该通过使热点减轻或分散来使由反复的热膨胀和热收缩导致的热冲击降低或最小化，从而使由重整器上的热应力导致的劣化和损坏最小化。

然而，由于加热单元在高温环境下操作，所以分散或减轻热点的方法会难以满足对重整器的寿命的管理。因而，需要并期望更加积极的保护结构。

发明内容

本发明的实施例的一方面涉及一种重整器，该重整器具有能够保护其重整单元不被热膨胀破坏的结构，该结构在第一重整部分和第二重整部分之间具有流路部分(或连接器)流路部分具有沿与加热单元基本垂直的方向延伸的预变形部分。

本发明的实施例的一方面涉及一种重整器，该重整器具有能够保护重整单元不被热膨胀破坏的结构。

本发明的实施例的一方面涉及一种重整器结构，该结构通过在重整器的一部分中预先形成弯曲部分来保护重整单元防止由于热变形或扭曲导致的破坏和损坏，重整器中的阳极排放气体被引入到所述一部分中，并且在所述一部分中产生热变形。

本发明的实施例提供用于通过使产生热点的点适当地分散来降低或防止由于劣化而导致的燃烧器的压力增大的机制。这些适当地分散的点是将阳极排放气体引入和/或氧化到重整器的加热单元中的点。

本发明的实施例提供用于通过提高排放气体的燃烧效率来提高重整器的效率的机制。

具体地说，本发明的实施例提供一种耐热的重整器。所述重整器包括：加热单元；第一燃烧器，被构造为在加热单元的第一端接收并氧化加热单元燃料；第二燃烧器，被构造为在加热单元的另一端接收并氧化阳极废气；重整单元，包括围绕加热单元的第一重整部分、围绕第一重整部分的第二重整部分以及连接第一重整部分和第二重整部分以在它们之间提供流体连通的流路部分。这里，流路部分具有沿与加热单元的中心轴基本垂直的方向的预变形部分，预变形部分保护重整单元(尤其是流路部分)不被由加热单元(例如，由在第二燃烧器产生的热)引起的热膨胀扭曲。

在一个实施例中，流路部分的预变形部分包括弯曲部分。

在一个实施例中，流路部分的预变形部分包括流路部分的顶部弯曲板和流路部分的底部弯曲板。

在一个实施例中，弯曲部分具有凸起表面。