[发明专利]用于混合可重整燃料和含氧气体和/或蒸汽的装置和方法

说明书

本教导提供这样的装置和方法，其用于混合可重整燃料和/或蒸汽与含氧气体和/或蒸汽，以提供适于利用燃料电池单元和/或燃料电池系统的重整器和/或燃料电池堆进行重整的气态重整反应混合物。具体地，提供用于混合可重整燃料和含氧气体和/或蒸汽的流体混合设备，设备包括具有定位于入口和出口之间的喉部的管。管在喉部的下游包括一个或多个燃料入口。在喉部和出口之间，管的内壁的至少一部分包括螺旋混合结构。

技术领域

本教导涉及用于混合可重整燃料和含氧气体和/或蒸汽，以引入燃料电池单元的重整器和/或燃料电池堆的装置和方法。

背景技术

使气态可重整燃料和/或液态可重整燃料转换成富氢的含一氧化碳的气体混合物(通常被称为“合成气体”或“合成气”的产品)，可根据诸如蒸汽重整、干重整、自热重整以及催化部分氧化重整的这些公知燃料重整操作中的任意操作来进行。

由于燃料电池系统或简称为“燃料电池”的潜力，即用于将电化学可氧化的燃料(诸如氢、氢和一氧化碳的混合物(例如合成气等))电化学地转换成电的设备，改进的燃料重整器、燃料重整器部件和重整工艺的开发持续成为相当多的研究的焦点，从而对于包括主动力单元(MPU)和辅助动力单元(APU)的通常应用发挥着极大扩展的作用。燃料电池还可用于专门的应用，例如，作为用于电动车辆的车载发电设备、用于住宅用设备的备用电源和主电源、用于闲暇使用的主电源、在没有电网的位置的户外设备和其它耗电设备，以及替代便携电池包的更轻质、更高功率密度、独立于周围温度的物品。

因为大规模地、经济地制氢，所以氢的分配所需的基础设施和用于氢的储存(尤其是作为运输燃料)的实用方法广泛地被认为任重道远。诸多当前的研究和开发已经指向：改进燃料重整器和燃料电池组件二者，其中，燃料重整器作为电化学可氧化的燃料的源，尤其是氢和一氧化碳的混合物的源，燃料电池组件通常被称为燃料电池“堆”并作为将这些燃料转换成电的转换器；以及将燃料重整器与燃料电池集成于更紧凑、可靠和高效的设备中以用于生成电能。

考虑到这些，将可重整燃料和含氧气体和/或蒸汽的混合物高效地输送至燃料重整器和/或燃料电池堆，是需要发展的另一方面。例如，可重整燃料通常使用静态混合器而与空气混合，其中，可重整燃料通常仅在静态混合器之前添加至空气流，且形成的混合可重整燃料和空气流输送至燃料重整器。然而，例如由于压降的影响，导致这种混合器通常不能充分地混合在输送至重整器之前的成分。注入器喷嘴系统也可用于混合可重整燃料和空气；然而，这些系统通常无法提供可精确测量的连续流体流。

此外，虽然气态可重整燃料可稍微高效地被加压并与空气混合，但是液态可重整燃料的汽化以及随后与空气的混合，更具有挑战性。混合应该向重整器提供相当均质的组成物，即可重整燃料和空气的均匀混合物，使得可监测和适当地控制反应温度，并可将空气流和可重整燃料添加物的流速调节成保持高效的重整过程同时使焦化最小化，其中，焦化可能不利于重整催化剂和燃料电池堆。因此，需要改进用于将可重整燃料和含氧气体的混合流输送至燃料电池单元的重整器的装置和方法。

发明内容

根据前面所述，本教导提供如下的装置和方法，其用于混合可重整燃料与含氧气体和/或蒸汽，以提供适于利用燃料电池单元的重整器和/或燃料电池堆进行重整的气态重整反应混合物。对于“on–cell”重整而言，均匀的气体和空气混合是非常重要的，借此，重整催化剂包含在燃料电池堆的燃料电极中。本教导的装置和方法可提供大致均质混合的或均匀的气态重整反应混合物，以便燃料电池单元更高效地进行操作。具有期望的氧气-燃料比率的均匀气态重整反应混合物可使用反馈环路增加对燃料电池单元的操作的监视和控制。此外，本教导的流体混合设备和方法可利用经由设备的低的背压来提供流体混合，从而能够使用商业上可行的和经济的部件，诸如鼓风机来操作设备。