蒸發器和具有該蒸發器的燃料重整器的製作方法
2023-05-30 02:09:26 2
專利名稱：蒸發器和具有該蒸發器的燃料重整器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種蒸發器和包括該蒸發器的燃料重整器。
背景技術：
燃料重整器是一種重整燃料並產生富氫氣體的設備。燃料重整器可用於 燃料電池(其為一種能夠通過氫氣和氧氣的電化學反應直接產生電能的清潔 能源產生設備)等。
燃料重整器大體上包括熱源和重整反應器。熱源向重整反應器供應必要 的熱，而重整反應器重整燃料並產生富氫氣體。重整反應器能夠採用蒸汽重 整方案、自動熱重整方案、部分氧化方案或者其組合來產生富氫氣體。
此外，燃料重整器能夠進一步包括蒸發器以改善燃料效率和設備性能。 在該情況下，蒸發器蒸發從外部流入蒸發器中的液相燃料，並將其(即由液 相燃料蒸發的氣相流體)供應到重整反應器。
也就是說，當液相燃料或水採用蒸汽重整方案流入重整反應器中時，燃 料重整器的性能由於不均勻的重整反應而顯著降低。為了減小或防止該問 題，蒸發器可包括與燃料重整器的體積相比相對較長的通道，以蒸發從外部 流入的液相燃沐+和/或水。
因此，蒸發器由於長通道結構而具有大體積。在蒸發器具有小體積的情 況下，蒸發器由於長的多次摺疊通道而具有複雜的結構，使得其難以製造。 因此希望開發一種蒸發器的結構，其能夠較小並易於製造，並且為燃料重整 器提供高效率。
發明內容
本發明實施例的一方面致力於一種蒸發器，其儘管具有小體積，但能夠具有大的輸出性能。
本發明實施例的另一方面致力於一種具有該蒸發器的燃料重整器，所述 蒸發器儘管具有小體積，但能夠具有大的輸出性能。
本發明實施例提供一種燃料重整器的蒸發器。該蒸發器包括第一級、第 二級、第一鰭片結構和第二鰭片結構。所述第一級具有第一腔、第一級第一 開口和第一級第二開口 。所述第一級第一開口和所述第一級第二開口用於允
許所述第一流體進入和離開所述第一腔。所述第二級與所述第一級一起堆疊 為級堆，並具有第二腔、第二級第一開口和第二級第二開口。所述第二級第 一開口和所述第二級第二開口用於允許第二流體進入和離開所述第二腔。所 述第一鰭片結構位於所述第一腔中，並用於增大與所述第一腔內的第一流體 的流動的熱交換表面積，所述第二鰭片結構位於所述第二腔中，並用於增大 與所述第二腔內的第二流體的流動的熱交換表面積。
在蒸發器的一個實施例中，所述第一鰭片結構基本接觸所述第一腔的內 表面，和/或所述第二鰭片結構基本接觸所述第二腔的內表面。
在蒸發器的一個實施例中，所述第一鰭片結構被配置為在第一流體的流 動過程中在所述第一腔內形成瑞流，所述第二鰭片結構被配置為在第二流體 的流動過程中在所述第二腔內形成湍流。
在一個實施例中，所述蒸發器進一步包括第三級、第一管道和第三鰭片 結構。所迷第三級具有第三腔、第三級第一開口和第三級第二開口。所述第 三級第一開口和所述第三級第二開口用於允許所述第一流體進入和離開所 述第三腔，所述第一管道穿透所述第二級並將所述第一腔連接到所述第三 腔，所述第三鰭片結構位於所述第三腔中並用於增大與所述第三腔內的第一 流體的流動的熱交換表面積。這裡，所述第一鰭片結構可基本接觸所述第一 腔的內表面，所述第二鰭片結構可基本接觸所述第二腔的內表面，所述第三 鰭片結構可基本接觸所述第三腔的內表面。所述第一管道可具有位於所述第 一級第一開口處的第一端，和位於所述第三級第二開口處的第二端。
另外，所述蒸發器可進一步包括第四級，其具有第四腔、第四級第一開口和第四級笫二開口 ，所述第四級第一開口和所述第四級第二開口用於允許 所述第二流體進入和離開所述第四腔；第二管道穿透所述第三級並用於將所
述第二腔連接到所述第四腔；和第四鰭片結構，其位於所述第四腔中並用於
增大與所述笫四腔內的第二流體的流動的熱交換表面積。這裡，所述第一鰭
片結構可基本接觸所述第一腔的內表面，所述第二鰭片結構可基本接觸所述
第二腔的內表面，所述第三鰭片結構可基本接觸所述第三腔的內表面，所述
第四鰭片結構可基本接觸所述第四腔的內表面。所述第一管道可具有位於所
述第一級第一開口處的第一端，和位於所述第三級第一開口處的第二端，所
述第二管道可具有位於所述第二級第二開口處的第一端，和位於所述第四級
第一開口處的第二端。所述第一流體可包括來自熱源的排放氣體，所述第二
流體可包括燃料和水中的至少之一。第一、第二、第三和第四鰭片結構中的 每一個均可包括多個第一鰭片，其呈具有第一波長周期的第一波紋圖案並
沿第一方向延伸；和多個第二鰭片，其呈基本等同於第一波紋圖案的第二波 紋圖案，並以偏離第一波長周期半個波長周期的第二波長周期交替並交叉地 延伸在相鄰的第一鰭片之間。第一、第二、第三和第四鰭片結構中的每一個 均可為金屬制的。所述第四鰭片結構和所述第二鰭片結構可被配置為，通過 從所述第三鰭片結構和所迷第一鰭片結構傳遞到所述第四鰭片結構和所述 第二鰭片結構的熱能，將所述第二流體從液相改變為氣相。
本發明的另 一 實施例提供一種燃料重整器的蒸發器。該蒸發器包括第一 級、第一鰭片結構、第二級、第二鰭片結構、第三級、第三鰭片結構、第一 管道、第四級、第四鰭片結構和第二管道。所述第一級具有用於允許第一流 體進入所述第 一 級的第 一 入口和用於允許所述第 一 流體離開所述第 一 級的 第一出口。所述第一鰭片結構位於所述第一級中。所述第二級具有用於允許
第二流體進入所述第二級的第二入口和用於允許所述第二流體離開所述第 二級的第二出口。所述第二鰭片結構位於所述第二級中。所述第三級具有用 於允許第 一 流體進入所述第三級的第三入口和用於允許所述第 一 流體離開 所述第三級的第三出口，所述第二級位於所述第一級和所述笫三極之間。所述第三鰭片結構位於所述第三級中。所述第一管道穿透所迷第二級並用於將 所述第一級連接到所述第三級。所述第四級具有用於允許第二流體進入所述 第四級的第四入口和用於允許所述第二流體離開所述第四級的第四出口。所 述第四鰭片結構位於所述第四級中。所述第二管道穿透所迷第三級並用於將 所述第二級連接到所述第四級。
在蒸發器的一個實施例中，所述第一鰭片結構基本接觸所述第一級的內 表面，所述第二鰭片結構基本接觸所述第二級的內表面，所述第三鰭片結構 基本接觸所述第三級的內表面，所述第四鰭片結構基本接觸所述第四級的內 表面。
在蒸發器的一個實施例中，所述第一級、所述第二級、所述笫三級和所 述第四級一起堆疊為級堆。
在一個實施例中，所述蒸發器為四級蒸發器。
在蒸發器的一個實施例中，所述第二鰭片結構具有被所述第一管道穿透 的第一通孔，所述第三鰭片結構具有被所述第二管道穿透的第二通孔，所述 第四鰭片結構具有被用於將來自熱源的第 一 流體供應到所述第三級的所述 第三管道穿透的第三通孔。
在一個實施例中，所述蒸發器進一步包括用於將來自熱源的第一流體供 應到第三級的第三管道，以及用於將氣相第二流體供應到重整反應器的第四 管道。這裡，所述第一管道可具有位於所述第一入口處的第一端和位於所述 第三出口處的第二端，所述第二管道可具有位於所述第二出口處的第一端和 位於所述第四入口處的第二端，所迷第三管道可具有位於所述第三入口處的 第一端和位於所述熱源處的第二端，所述第四管道可具有位於所述第四出口 處的第一端和位於所述重整反應器處的第二端。
另外，所述蒸發器可具有多個第一管道、和/或多個第四管道。所迷第 二鰭片結構可具有被所述多個第一管道分別穿透的多個通孔，所述第三鰭片 結構可具有被所述第二管道穿透的第二通孔，所述第四鰭片結構可具有被用 於將來自熱源的所述第一流體供應到所述第三級的第三管道穿透的第三通
12孔。
在蒸發器的一個實施例中，所述第一流體包括來自熱源的排放氣體，所 述第二流體包括燃料和水中的至少之一 。
在蒸發器的一個實施例中，所述第一、第二、第三和第四鰭片結構的每
一個均包括多個第一鰭片，其呈具有第一波長周期並沿第一方向延伸的第 一波紋圖案；和多個第二鰭片，其呈等同於第一波紋圖案的第二波紋圖案， 並以偏離第一波長周期半個波長周期的第二波長周期交替並交叉地延伸在 相鄰的第一鰭片之間。
在蒸發器的一個實施例中，所述第一、第二、第三和第四鰭片結構的每 一個均為金屬制的。
在蒸發器的一個實施例中，所述第四鰭片結構和所述第二鰭片結構被配 置為，通過從所述第三鰭片結構和所述第一鰭片結構傳遞到所述第四鰭片結 構和所述第二鰭片結構的熱能，將所述第二流體從液相改變為氣相。
本發明的另一實施例提供一種燃料重整器。該燃料重整器包括重整反應 器、蒸發器和熱源。所述蒸發器用於將第二流體提供給所述重整反應器。所 述熱源用於將第一流體提供給所述蒸發器。所述蒸發器包括第一級，該第 一級具有用於允許所述第一流體進入所述第一級的第一入口和用於允許所 述第一流體離開所述第一級的第一出口；位於所述第一級中的第一鰭片結 構；第二級，其與所述第一級一起堆疊為級堆，並具有用於允許所述第二流 體進入所述第二級的第二入口和用於允許所述第二流體離開所述第二級的 第二出口；和位於所述第二級中的第二鰭片結構。
在重整器的一個實施例中，所述熱源被所述重整反應器所圍繞，並被配 置為將熱供應到重整反應器，所述第一流體包括來自熱源的排放氣體，所述 第二流體包括燃料和水中的至少之一。
在一個實施例中，所述重整器進一步包括第一管道，其具有位於所述 蒸發器處的第一端和位於在所述熱源處的第二端；和第二管道，其具有位於 所述蒸發器處的第一端和位於所述重整反應器處的第二端。在一個實施例中，所述重整器進一步包括一氧化碳去除器，以從所迷重 整反應器接納重整燃料。
在重整器的一個實施例中，所述蒸發器進一步包括第三級，其具有用於 允許第一流體進入所述第三級的第三入口和用於允許所述第一流體離開所 述第三級的第三出口，所迷第二級位於所述第一級與所述第三級之間；位於 所述第三級中的第三鰭片結構；第一管道，其穿透所述第二級並用於將所述 第一級連接到所述第三級；第四級，其具有用於允許第二流體進入所述第四 級的第四入口和用於允許所述第二流體離開所述第四級的第四出口 ；位於所 述第四級中的第四鰭片結構；和第二管道，其穿透所述第三級以將所述第二 級連接到所述第四級。這裡，所述燃料重整器可進一步包括用於將來自所述 熱源的第一流體供應到所述第三級的第三管道，以及用於將氣相第二流體供 應到所述重整反應器的第四管道。
在所述重整器的一個實施例中，所述第一鰭片結構基本接觸所述第一級 的內表面，所述第二鰭片結構基本接觸所述第二級的內表面。
通過考慮以下詳細的描述，本領域技術人員將更為全面地理解蒸發器和 具有該蒸發器的燃料重整器。將參照附圖，並首先筒要描述這些附圖。
附圖和申請文件共同圖示說明本發明的示例性實施例，附圖和說明書共 同用於闡釋本發明的原理。
圖1為根據本發明實施例的蒸發器的示意性剖視圖2為根據本發明另一實施例的蒸發器的示意性透視圖3A為圖2的蒸發器的示意性分解透視圖，鰭片結構從該圖中省略；
圖3B為圖3A的第一蓋板的示意性剖視圖4為闡釋提供在圖2的蒸發器中的鰭片結構的示意性透視圖5為根據本發明實施例的燃料重整器的示意性透視圖6為圖示說明能夠被採用作為圖5的燃料重整器主體的結構的示意性剖視圖；以及
圖7為圖示說明能夠被採用作為圖5的燃料重整器的主體的另一結構的
示意性剖視圖。
具體實施例方式
在以下詳細說明中，僅通過舉例說明而示出和描述本發明的某些示例性 實施例。如本領域技術人員能夠認識到的那樣，本發明可以以許多不同形式 實施，且不應被解釋為限制於本文提出的實施例。此外，在本申請的上下文 中，當元件被提及為在另一元件"上"時，其能夠直接位於該另一元件上， 或者利用插入於它們之間的 一 個或多個中間元件而間接地位於該另 一元件 上。整個申請文件中，相同的附圖標記表示相同的元件。
在以下描述中，術語"氣相"指一種流體狀態，其中分子因它們之間的 距離間隔和弱聯結力而自由運動，使得流體不會具有設定(或預定)的形式 和體積並趨向於充滿容器。氣相流體的密度比液相或固相流體小，並因壓力
的增大或減小而能夠容易地改變其體積。此外，氣相流體能夠被容易地壓縮 或熱膨脹。
圖1為根據本發明實施例的蒸發器100的示意性剖視圖。
參照圖1，蒸發器100具有四級盤結構，其中第一盤110、第二盤120、 第三盤130和第四盤,皮此堆疊在一起。
第一盤110具有第一腔112、用於連通流體的第一孔114、和填充第一 腔112的第一鰭片結構210。第二盤120具有第二腔122、用於連通流體的 第二孔124、和填充第二腔122的第二鰭片結構220。第三盤130具有第三 腔132、用於連通流體的第三孔134、和填充第三腔132的第三鰭片結構230。 第四盤140具有第四腔142、用於連通流體的第四孔144、和填充第四腔142 的第四鰭片結構240。
第三腔132通過第一管道150與第一腔112連通，使得流體能夠在第三 腔132與第一腔112之間流動。第二腔122通過第二管道160與第四腔142
15連通，使得流體能夠在第二腔122與第四腔142之間流動。第三盤130和第 一盤IIO分別具有連接到第一管道150的兩個端部的另一孔。第二盤120和 第四盤140分別具有連接到第二管道160的兩個端部的另一孔。
第三管道170可被連接到第三盤130的第三孔134。第四管道180可被 連接到第四盤140的第四孔144。
在本實施例中，第一管道150被提供為穿透第二盤120,第二管道160 被提供為穿透第三盤130,第三管道170被提供為穿透第四盤140。這種穿 透結構僅為用於減小(或最小化)蒸發器尺寸的示例。例如，上述每個管道 可被提供在蒸發器外部，而不穿透盤。並且，考慮到在重力方向上被連接到 蒸發器100的重整器，第三管道170和第四管道140被安裝為在重力方向上 (y方向)突出。
第一至第四鰭片結構210、 220、 230和240中的每一個在第一流體或第 二流體的流動過程中均具有增大的熱交換表面積。各個鰭片結構可由被提供 具有多個鰭片(或波紋)的片形金屬構件形成。也就是說，在一個實施例中， 各個鰭片結構可具有如下形狀沿一個方向延伸的為第一波紋圖案的多個第 一鰭片和為相同波紋圖案的以與第一鰭片的波紋圖案周期相差半周期被交 叉布置的多個第二鰭片彼此交替布置。(見圖4)。也就是說，在一個實施 例中，第一、第二、第三和第四鰭片結構210、 220、 230和240中的每一個 均包括多個第一鰭片，其為具有第一波長周期並沿第一方向延伸的第一波 紋圖案；和多個第二鰭片，其為基本等同於第一波紋圖案的第二波紋圖案， 並以偏離第一波長周期半個波長周期的第二波長周期在相鄰的第一鰭片之 間交替和交叉延伸。這樣，流體能夠均勻地分布在各個鰭片結構中以形成湍 流，並實現高湍流流動。因此熱交換表面可才及大地增大。
各個鰭片結構被安裝為填充各個盤。也就是說，在一個實施例中，第一、 第二、第三和第四鰭片結構210、 220、 230和240中的至少之一基本接觸其 各自的腔112、 122、 132或142的內表面。在一個實施例中，第一、第二、 第三和第四鰭片結構210、 220、 230和240中的每一個均基本接觸其各自的腔112、 122、 132或142的內表面。因此，當具有熱能的第一流體流過第三 盤130和第一盤110時，第一流體的熱能糹皮有效地傳遞到第三盤130和第一 盤110。第三盤130和第一盤110的熱能^皮傳遞到第二盤120和第四盤140。 當第二流體流過第二盤120和第四盤140時，第二流體#:第二盤120和第四 盤140的熱能加熱或蒸發。
下文中，將參照說明性示例更為詳細地描述本發明實施例的蒸發器的構造。
圖2為根據本發明另一實施例的蒸發器300的示意性透視圖。圖3A為 圖2的蒸發器300的示意性分解透視圖，鰭片結構從該圖中省略。圖3B為 沿圖3A的第一蓋板的線Ill-Ill截取的示意性剖視圖。
參照圖2和圖3A,蒸發器300包括第一至第四蓋板(或級)310、 320、 330和340、輔助^反341b、三個第一管道350a、 350b和350c、第二管道360、 以及第一至第四鰭片結構。(見圖4的410、 420、 430和440)
第一蓋板310具有第一周界壁311，其形成具有敞開的第一表面(見 圖3B)的第一內部空間(或腔)312;和第一孔314，其用於連通流體。這 裡，如果第一蓋板310為盤(或具有基本平坦的盤形)，則第一表面為盤的 彼此相對的兩個圓形表面中的一個(或者為位於盤的頂端和底端處的兩個圓 形表面之一)。第一蓋板310的第一表面被第二蓋板320的上表面321a覆。
類似地，第二蓋板320具有第二周界壁，其形成具有敞開的第二表面 的第二內部空間(或腔)；和第二孔324,其用於連通流體。第二蓋板320 的第二表面被第三蓋板330的上表面331a覆蓋。第三蓋板330具有第三 周界壁，其形成具有敞開的第三表面的第三內部空間(或腔)；和至少一個 孔，其用於連通流體。第三蓋板330的第三表面被第四蓋板340的上表面 341a覆蓋。第四蓋板340具有第四周界壁，其形成具有敞開的第四表面的 第四內部空間(或腔)；和至少一個孔，其用於連通流體。第四蓋板340的 第四表面被輔助板341b覆蓋。輔助板341b和第四至第一蓋板340、 330、 320和310的邊糹彖可通過焊接等被彼此相連。根據以上所示和所述構造，本實施例的蒸發器300可具有與圖1所示的蒸發器的結構類似的四級盤結構。
三個第一管道350a、 350b和350c穿透第二蓋板320，以將第三蓋板330的第三內部空間連接到第 一蓋板310的第 一 內部空間312，以連通流體。為此，各個第一管道350a、 350b和350c的端部被分別連接到第二蓋板320的另外三個孔326a、 326b和326c。各個第一管道350a、 350b和350c的另一端被分別連接到第三蓋板330的另外三個孔。相應的第一管道的端部和第二蓋板320之間的連接，和/或相應的第一管道的另一端部和第三蓋板330的連接可具有螺紋連接結構。在本實施例中，三個第一管道僅為一個實施例，因此本發明不限於此。例如，可使用一個、兩個、或四個或更多個第一管道。
第二管道360穿透第三蓋板330，以將第二蓋板320的第二內部空間連接到第四蓋板340的第四內部空間，以連通流體。為此，第二管道360的一端被連接到第三蓋板330的第三孔334。第二管道360的另一端被連接到第四蓋板340的第四孔348。在一個實施例中，第二管道的一端和第三蓋板330之間的連接，和/或第二管道360的另一端與第四蓋板340之間的連接具有螺紋連接結構。
輔助板341b包括多個孔344a、 344b和346。在這些孔344a、 344b和346中， 一個孔346可與第三管道370相連，該第三管道370穿透第四蓋板340，並引導進入第三蓋板330的第三內部空間的第一流體。第三管道370的一端被連接到第四蓋寺反340的另一孔343。輔助片反341b的其它孔344a和344b可分別與兩個第四管道380a和380b相連，以引導第二流體的排》文。在本實施例中，兩個第四管道^l為一個實施例，因此本發明不限於此。例如，可使用 一個或三個或更多個管道。
更詳細而言，蒸發器300包括第一蓋板(或級)310、第二蓋板(或級)320、第三蓋板(或級)330和第四蓋板(或級)340。第一級310具有用於允許第 一流體進入第一級的第一入口 ，和用於允許第 一流體離開第一級310
18的第一孔(或出口 ) 314。第一鰭片結構(見圖4的410)位於第一級310的腔312中。第二級320具有用於允許第二流體進入第二級320的第二孔(或入口) 324,和用於允許第二流體離開第二級320的第二出口。第二鰭片結構(見圖4的420)位於第二級320的腔中。第三級330具有用於允許第一流體進入第三級330的第三入口 ，和用於允許第一流體離開第三級330的第三出口，其中第二級320位於第一級310與第三級330之間。第三鰭片結構(見圖4的430)位於第三級330的腔中。第一管道350a、 350b和350c穿透第二級320並用於將第一級310連接到第三級330。第四級340具有用於允許第二流體進入第四級的第四入口 ，和用於允許第二流體離開第四級的第四出口 (或孔)344a和344b。第四鰭片結構(見圖4的440 )位於第四級340的腔中，第二管道360穿透第三級330並用於將第二級320連接到第四級340。
根據上述構造，第一流體通過第三管道370和第四蓋板(或第四級)340的孔343被引入第三內部空間(或第三腔)，將熱能傳遞到第三鰭片結構(見圖4的430)並通過第一管道326a、 326b和326c流入第一內部空間(或第一腔)312中。然後，第一流體將熱能傳遞到第一鰭片結構(見圖4的410)，並通過第一蓋板(或第一級)310的第一孔314被排放到外部。
液相第二流體通過第二蓋板(或第二級)320的第二孔324被引入第二內部空間(或第二腔)，並在經過第二鰭片結構(見圖4的420)之後通過第二管道360流入第四內部空間(或第四腔)。然後，經由第四鰭片結構(見圖4的440 ),液相第二流體通過輔助;f反341b的孔344a和344b以及第四管道380a和380b被排放到外部。這裡，液相第二流體被從第三鰭片結構和第一鰭片結構傳遞到第二鰭片結構和第四鰭片結構的熱能蒸發。
圖4為闡釋提供在圖2的蒸發器中的鰭片結構的示意性透視圖
參照圖4，第一至第四鰭片結構410、 420、 430和440被填充在提供在第一至第四蓋板310、 320、 330和340中的各個內部空間中。這裡，第一至第四鰭片結構410、 420、 430和440的填充指的是這樣的構造鰭片結構被緊密粘附到相應蓋板上，且各個鰭片結構的鰭片基本均勻地分布在各個內部 空間中。也就是說，在一個實施例中，第一鰭片結構410基本接觸蓋板(或
第一級)310的內表面，第二鰭片結構420基本接觸第二蓋板(或第二級) 320的內表面，第三鰭片結構430基本接觸第三蓋板(或第三級)330的內 表面，和/或第四鰭片結構440基本接觸第四蓋板(或第四級)340的內表面。 第二鰭片結構420可具有使三個第一管道穿透的三個孔422a、422b和422c。 第三鰭片結構430可具有使第二管道穿透的孔432。第四鰭片結構440可具 有使第三管道穿透的孔。
本實施例的鰭片結構具有基本上相同的結構。第四鰭片結構440的一部 分被放大，以更詳細地闡釋鰭片結構的構造。
參照放大部分，第四鰭片結構440具有第一鰭片設置和第二鰭片設置。 第一鰭片設置具有沿第一方向延伸的多個第一鰭片442,第二鰭片設置具有 沿第一方向以相差半個周期交替和交叉延伸在相鄰的第一鰭片之間的多個 第二鰭片444。也就是說，在一個實施例中，第四鰭片結構440包括:多個 第一鰭片442,其呈具有第一波長周期的第一波紋圖案，並沿第一方向延伸； 和多個第二鰭片444,其呈基本等同於第一波紋圖案的第二波紋圖案，並以 偏離第一波長周期半個波長周期的第二波長周期交替和交叉地延伸在相鄰 的第一鰭片之間。這裡，第一鰭片442和第二鰭片444可由片形或帶形構件 形成。另外，第一鰭片442和第二鰭片444可由具有高的熱傳導性質的材料 形成。在本實施例中，第四鰭片結構440可不僅形成為多個第一鰭片442和 多個第二鰭片444的單層結構，還可以形成為這些鰭片複數個堆疊在一起的 多層結構。
第一至第三鰭片結構410、 420和430與第四鰭片結構440具有基本相 同的結構，不同之處在於孔的有/無或孔的位置。在本實施例中，鰭片結構 可通過沖壓工序衝壓單一金屬板並對其釺焊而被製造。
根據以上描述的蒸發器的構造，由於產生了穿過各個鰭片結構的流體的 有效湍流流動，流體能夠均勻地分布在各個鰭片結構和各個板的內部空間中，因而各個盤之間的熱交換區域被顯著增大。換言之，每個盤均具有高的 熱傳導效率。蒸發器的熱傳導效率因而能夠被提高。而且，蒸發器可被製成 得較小(或被最小化)。
圖5為根據本發明實施例的燃料重整器的示意性透視圖。
參照圖5，燃料重整器包括蒸發器300和圓柱形主體500。蒸發器300 的結構和功能已參照附圖2至4在上文中闡釋，因而其詳細描述不再提供。
這裡，在一個實施例中，圓柱形主體500燃燒通過第一連接管道512供 應的第一燃料以產生熱，將具有熱能的第一流體供應到蒸發器300,接納來 自蒸發器300的氣相第二流體，通過重整第二燃料產生重整物，並通過第二 連接管道514排放重整物。
在本實施例中，為了便於闡釋，第二燃料通過蒸發器300被供應到主體 500。然而，這僅為示例，本發明並不限於此。例如，本實施例的燃料重整 器可以這樣的方式實施使得氣相第二燃料不被引入蒸發器300,而是被直 接供應到主體500。第二燃料包括碳氫基材料，例如液化石油氣(LPG)、 天然氣、甲醇、乙醇或之類的材料。
在本實施例中，為了便於說明，用於傳遞第一流體的第三管道370和用 於傳遞第二流體的第四管道380a和380b被例示為暴露在蒸發器300與主體 500之間。然而，這僅為示例，本發明不限於此。例如，本實施例的燃料重 整器可被實施為，使得通過減小管道的長度而將蒸發器300直接連接到主體 500,而不暴露這些管道。
圖6為闡釋能夠被採用作為圖5的燃料重整器的主體500a的構造的示 意性剖視圖。
參照圖6，燃料重整器的主體500a包括熱源550和重整反應器600。主 體550a具有雙圓柱形結構，其中為第 一 圓柱形結構形式的熱源550淨皮為第 二圓柱形結構形式的重整反應器600所圍繞。
熱源550可包括第一圓柱形主體560、提供在第一圓柱形主體560的內 部空間562中的氧化催化劑570、和點燃器572。第一開口部分564被提供在第一圓柱形主體560的一側上，第二開口部分566被提供在其另一側。第 一燃料和空氣通過第一開口部分564被供應到內部空間562，並在氧化催化 劑570的表面上#1氧化。此時產生的反應熱的一部分^皮供應到重整反應器 600,其另一部分通過第二開口部分566與空氣一同被排放。點燃器572點 燃在熱源550的初始操作時刻被供應到內部空間的第一燃料。第二開口部分 566可被連接到第三管道370的一端。(見圖5)
重整反應器600包括圍繞相同軸線上的第 一 圓柱形主體560的第二圓柱 形主體610,和提供在第二圓柱形主體610的內部空間612中的重整催化劑 620。重整催化劑620可包括顆粒型催化劑。在該情況下，重整催化劑620 可被網狀構件622環繞，以減少(或防止分散)催化劑。兩個第三開口部分 614^皮^是供在第二圓柱形主體610的一側，第二開口部分566位於第三開口 部分之間，第四開口部分616淨皮提供在第二圓柱形主體610的另一側。
本實施例的蒸發器300供應的蒸汽以及通過蒸發器300或另 一管道供應 的氣相第二燃料通過第三開口部分614被供應到內部空間612，其中第二燃 料在經過催化劑620的同時通過來自熱源550的熱扭zf亍重整反應。由重整反 應產生的重整物通過第四開口部分616排i丈。這裡，重整反應可通過蒸汽重 整、自動熱重整和/或局部氧化而^皮實施為包括重整反應。
圖7為闡釋能夠被採用作為圖5的燃料重整器的主體500b的另一結構 的示意性剖視圖。
參照圖7，燃料重整器的主體500b包括熱源650、重整反應器700和一 氧化碳去除器750。主體500b具有三圓柱形結構，其中為第一圓柱形結構 形式的熱源650被位於相同軸線上的為第二圓柱形結構形式的重整反應器 700圍繞，為第二圓柱形結構形式的重整反應器700被位於相同軸線上的為 第三圓柱形結構形式的一氧化碳去除器750圍繞。
熱源650包括笫 一 圓柱形主體660和用於將火焰發射到第 一 圓柱形主體 660的內部空間662的燃燒器670。第 一開口部分664被提供在第 一 圓柱形 主體660的一側，第二開口部分666被提供在其另一側。空氣通過第一開口部分664被供應到內部空間662。由燃燒器670的火焰產生的熱能的一部分 被供應到重整反應器700和一氧化碳去除器750,熱能的另一部分通過第二 開口部分666與空氣一同排放。第二開口部分666可被連接到第三管道370 的一端(見圖5)。
重整反應器700包括圍繞位於相同軸線上的第 一 圓柱形主體660的第二 圓柱形主體710,以及提供在第二圓柱形主體710的內部空間712中的重整 催化劑720。重整催化劑720可具有蜂房或螺旋結構的支架以及塗覆在該支 架上的催化劑層722。兩個第三開口部分714被提供在第二圓柱形主體710 的 一側。第三開口部分714可被分別連接到第四管道380a和3 80b的 一端(見 圖5)。
一氧化碳去除器750包括圍繞位於相同軸線上的第 一 圓柱形主體660和 第二圓柱形主體710的第三圓柱形主體760,以及淨是供在第三圓柱形主體760 的內部空間762中的催化劑770。催化劑770可包括變換催化劑和/或優選氧 化(PROX)催化劑。變換催化劑通過低溫和/或高溫的水氣變換反應來去除 包含在重整物中的一氧化碳。PROX催化劑通過優先的CO氧化反應來去除 包含在重整物中的一氧化碳。
第三圓柱形主體710的內部空間762通過連接通道764 #1連接到第二圓 柱形主體710的內部空間712, 4吏得它們能夠彼此連通流體。第四開口部分 766被提供在第三圓柱形主體710的 一側。從其中去除一氧化碳的重整物通 過第四開口部分766被從內部空間762排放到外部。
由本實施例的蒸發器3 00供應的蒸汽以及通過蒸發器300或另 一 管道供 應的氣相第二燃料通過第三開口部分714被供應到重整反應器700的內部空 間712,其中第二燃料在經過催化劑720的同時被來自熱源650的熱重整。 然後，重整反應產生的重整物通過連接通道764流入一氧化碳去除器750的 內部空間762中，通過催化劑770從重整物去除部分一氧化^碳。去除部分一 氧化^5友的重整物通過第四開口部分766 ^t排;改到外部。
在本實施例中，為了便於闡釋，描述了具有圓柱形結構的主體的燃料重整器。然而，這僅為示例，本發明不限於此。例如，根據本發明實施例的燃 料重整器可被實施為也能夠用於蒸發器100和300的具有不同種類和形式的主體。
如上所述，在本發明實施例的燃料重整器中使用的蒸發器中，流入第三 和第 一 盤的第三和第 一 腔的排放氣體以及流入第二和第四盤的第二和第四 腔的第二流體(例如水)被均勻分布，以增大排放氣體與流體之間的熱交換 表面積，使其可以提高熱傳導效率。此外，產生的重整物的脈動(或流速差) 通過第二流體的更有效的蒸發而被保持在約± 0.2L/min以下。該值與現有燃 料重整器的約土0.65L/min相比相對較小，意味著在燃料重整器中能夠產生 重整物的更為均勻的流速。
採用本發明的實施例，可提高輸出，同時減小蒸發器的體積。特別是， 用於執行彼此熱交換的多個盤相交疊，鰭片結構被安裝在相應的盤中，因而 接觸相應的盤內的流體的面積(表面積)可增大而無需增大背壓，從而可以 提高熱交換效率，以增加流體的蒸發量，和/或以均勻方式蒸發流體。此外， 蒸發器具有簡單的結構，因此其能夠易於製造，並能批量生產。而且，在具 有蒸發器的燃料重整器中的重整反應的脈動被保持得較低，從而使其可以提 高重整器的性能穩定性和可靠性。此外，具有蒸發器的燃料重整器可被製造 得較小(或被最小化)，燃料重整器的加熱時間可被縮短。
換言之，傳統蒸發器具有多級(例如，八級)的大體積，以將液相流體 蒸發為氣相流體。然而，大蒸發器增大了重整器的總體尺寸和加熱蒸發器所 需的時間。
相反，依上所述，本發明實施例提供一種具有內部鰭片結構的蒸發器， 以增大蒸發器與流經內部鰭片結構的流體流動的熱交換表面積。在一個實施 例中，蒸發器為四級蒸發器，具有第一、第二、第三和第四級，其中每級均 容納鰭片結構。第四和第二級通過穿透第三級的第二管道而彼此相連，第三 和第一級通過穿透第二級的第一管道而彼此相連。第四和第二級的鰭片結構 被配置為通過從第 一和第三級的鰭片傳遞的熱能將燃料和水從液相蒸發為氣相。這裡，第一和第三級的熱能源於加熱器的排放氣體、經過第一和第三 級的鰭片結構的排放氣體。這樣，第一、第二、第三和第四級的鰭片結構增 大排放氣體與燃料和水之間的熱交換表面積，以提高熱傳導效率，同時不會
增大蒸發器的總尺寸。
儘管結合某些示例性實施例描述了本發明，但應理解的是本發明並不限 於所公開的實施例，相反，本發明旨在覆蓋包含在所附權利要求及其等同物 的範圍內的各種修改和等同設置。
權利要求
1、一種燃料重整器的蒸發器，包括第一級，其具有第一腔、第一級第一開口和第一級第二開口，所述第一級第一開口和所述第一級第二開口用於允許第一流體進入和離開所述第一腔；與所述第一級一起堆疊為級堆的第二級，所述第二級具有第二腔、第二級第一開口和第二級第二開口，所述第二級第一開口和所述第二級第二開口用於允許第二流體進入和離開所述第二腔；第一鰭片結構，其位於所述第一腔中，並用於增大與所述第一腔內的所述第一流體的流動的熱交換表面積；和第二鰭片結構，其位於所述第二腔中，並用於增大與所述第二腔內的所述第二流體的流動的熱交換表面積。
2、 如權利要求1所述的燃料重整器的蒸發器，其中所述第一鰭片結構 接觸所述第一腔的內表面。
3、 如權利要求2所述的燃料重整器的蒸發器，其中所述第二鰭片結構 接觸所述第二腔的內表面。
4、 如權利要求1所述的燃料重整器的蒸發器，其中 所述第一鰭片結構被配置為在所述第一流體的流動過程中在所述第一腔內形成湍流，和所述第二鰭片結構被配置為在所述第二流體的流動過程中在所述第二 腔內形成湍流。
5、 如權利要求1所述的燃料重整器的蒸發器，進一步包括第三級，其具有第三腔、第三級第一開口和第三級第二開口，所述第三 級第 一開口和所述第三級第二開口用於允許所述第 一流體進入和離開所述 第三腔；第一管道，其穿透所述第二級並將所迷第一腔連接到所述第三腔；和第三鰭片結構，其位於所述第三腔中並用於增大與所述第三腔內的所述 第 一流體的流動的熱交換表面積。
6、 如權利要求5所述的燃料重整器的蒸發器，其中 所述第 一鰭片結構接觸所述第 一腔的內表面， 所述第二鰭片結構接觸所述第二腔的內表面，和 所述第三鰭片結構接觸所述第三腔的內表面。
7、 如權利要求5所述的燃料重整器的蒸發器，其中所迷第一管道具有 位於所述第一級第一開口處的第一端，和位於所述第三級第二開口處的第二端。
8、 如權利要求5所述的燃料重整器的蒸發器，進一步包括第四級，其 具有第四腔、第四級第一開口和第四級第二開口 ，所述第四級第一開口和所 述第四級第二開口用於允許所述第二流體進入和離開所述第四腔；第二管道，其穿透所述第三級並用於將所述第二腔連接到所述第四腔；和第四鰭片結構，其位於所述第四腔中並用於增大與所述第四腔內的所述 第二流體的流動的熱交換表面積。
9、 如權利要求8所述的燃料重整器的蒸發器，其中 所述第 一鰭片結構接觸所述第 一腔的內表面， 所述第二鰭片結構接觸所述第二腔的內表面， 所述第三鰭片結構接觸所述第三腔的內表面，和 所述第四鰭片結構接觸所述第四腔的內表面。
10、 如權利要求8所述的燃料重整器的蒸發器，其中 所述第一管道具有位於所述第一級第一開口處的第一端，和位於所述第三級第二開口處的第二端，和所述第二管道具有位於所述第二級第二開口處的第一端，和位於所述第 四級第一開口處的第二端。
11、 如權利要求IO所述的燃料重整器的蒸發器，其中所述第一流體包括來自熱源的排放氣體，和 所述第二流體包括燃料和水中的至少之一 。
12、 如權利要求8所述的燃料重整器的蒸發器，其中所述第一鰭片結構、 所述第二鰭片結構、所述第三鰭片結構和所述第四鰭片結構中的每一個均包括多個第一鰭片，其呈具有第一波長周期的第一波紋圖案並沿第一方向延 伸；和多個第二鰭片，其呈等同於所述第一波紋圖案的第二波紋圖案，並以偏離所述第 一波長周期半個波長周期的第二波長周期交替並交叉地延伸在相 鄰的第一鰭片之間。
13、 如權利要求8所述的燃料重整器的蒸發器，其中所述第一鰭片結構、 所述第二鰭片結構、所述第三鰭片結構和所述第四鰭片結構中的每一個均為 金屬制的。
14、 如權利要求8所述的燃料重整器的蒸發器，其中所述第四鰭片結構 和所述第二鰭片結構被配置為，通過從所述第三鰭片結構和所述第一鰭片結 構傳遞到所述第四鰭片結構和所述第二鰭片結構的熱能，將所述第二流體從 -液相改變為氣相。
15、 一種燃料重整器的蒸發器，包括第 一級，其具有用於允許第 一流體進入所述第 一級的第 一入口和用於允 許所述第一流體離開所述第一級的第一出口 ； 位於所述第一級中的第一鰭片結構；第二級，其具有用於允許第二流體進入所述第二級的第二入口和用於允 許所述第二流體離開所述第二級的第二出口； 位於所述第二級中的第二鰭片結構；第三級，其具有用於允許所述第 一流體進入所述第三級的第三入口和用 於允許所述第一流體離開所述第三級的第三出口，所述第二級位於所述笫一 級與所述第三級之間；位於所述笫三級中的第三鰭片結構；第一管道，其穿透所述第二級並用於將所述第一級連接到所述第三級； 第四級，其具有用於允許所述第二流體進入所述第四級的第四入口和用於允許所述第二流體離開所述第四級的第四出口 ； 位於所述第四級中的第四鰭片結構；以及第二管道，其穿透所述第三級並用於將所述第二級連接到所述第四級。
16、 如權利要求15所述的燃料重整器的蒸發器，其中 所述第一鰭片結構接觸所述第一級的內表面， 所述第二鰭片結構接觸所述第二級的內表面，所述第三鰭片結構接觸所述第三級的內表面，和 所述第四鰭片結構接觸所述第四級的內表面。
17、 如權利要求15所述的燃料重整器的蒸發器，其中所述第一級、所 述第二級、所述第三級和所述第四級淨支一起堆疊為級堆。
18、 如權利要求15所述的燃料重整器的蒸發器，其中所述燃料重整器 的蒸發器包括四級蒸發器。
19、 如權利要求15所述的燃料重整器的蒸發器，其中 所述第二鰭片結構具有被所述第一管道穿透的第一通孔； 所述第三鰭片結構具有被所述第二管道穿透的第二通孔；和所述第四鰭片結構具有被用於將來自熱源的所述第一流體供應到所述 第三級的第三管道穿透的第三通孔。
20、 如權利要求15所述的燃料重整器的蒸發器，進一步包括用於將來自熱源的所述第 一流體供應到所述第三級的第三管道，和 用於將氣相的所述第二流體供應到重整反應器的第四管道。
21、 如權利要求20所述的燃料重整器的蒸發器，其中 所述第一管道具有位於所述第一入口處的第一端和位於所述第三出口處的第二端，所述第二管道具有位於所述第二出口處的第一端和位於所述第四入口處的第二端，所迷第三管道具有位於所述第三入口處的第一端和位於所述熱源處的 第二端，和所述第四管道具有位於所述第四出口處的第 一端和位於所述重整反應 器處的第二端。
22、 如權利要求21所述的燃料重整器的蒸發器，其中所述第一管道包 括多個第一管道。
23、 如權利要求22所述的燃料重整器的蒸發器，其中所述第四管道包 括多個第四管道。
24、 如權利要求23所述的燃料重整器的蒸發器，其中 所述第二鰭片結構具有被所迷多個第一管道分別穿透的多個通孔， 所述第三鰭片結構具有被所述第二管道穿透的第二通孔，和所述第四鰭片結構具有被用於將來自熱源的所述第 一 流體供應到所述 第三級的所述第三管道穿透的第三通孔。
25、 如權利要求15所述的燃料重整器的蒸發器，其中 所述第一流體包括來自熱源的排放氣體，並且所述第二流體包括燃料或水中的至少之一 。
26、 如權利要求15所述的燃料重整器的蒸發器，其中所述第一鰭片結 構、所述第二鰭片結構、所述第三鰭片結構和所述第四鰭片結構中的每一個 均包括多個第一鰭片，其呈具有第一波長周期並沿第一方向延伸的第一波紋圖 案；和多個第二鰭片，其呈等同於第一波紋圖案的第二波紋圖案，並以偏離第 一波長周期半個波長周期的第二波長周期交替並交叉地延伸在相鄰的第一 鰭片之間。
27、 如權利要求15所述的燃料重整器的蒸發器，其中所述第一鰭片結 構、所述第二鰭片結構、所述第三鰭片結構和所述第四鰭片結構中的每一個均為金屬制的。
28、 如權利要求15所述的燃料重整器的蒸發器，其中所述第四鰭片結 構和所述第二鰭片結構被配置為，通過從所述第三鰭片結構和所述第一鰭片 結構傳遞到所述第四鰭片結構和所述第二鰭片結構的熱能，將所述第二流體 乂人-液^I改變為氣相。
29、 一種燃料重整器包括 重整反應器；蒸發器，其用於將第二流體提供給所述重整反應器；和 熱源，其用於將第一流體提供給所述蒸發器； 所述蒸發器包括第一級，其具有用於允許所述第一流體進入所述第一級的第 一入口 和用於允許所述第 一流體離開所述第 一級的第一 出口 ； 位於所述第一級中的第一鰭片結構；第二級，其與所述第一級一起堆疊為級堆，並具有用於允許所述第二流體進入所述第二級的第二入口和用於允許所述第二流體離開所述第二 級的第二出口；和位於所述第二級中的第二鰭片結構。
30、 如權利要求29所述的燃料重整器，其中所述熱源被所迷重整反應器圍繞，並被配置為將熱供應到所述重整反應乂6口 7所述第一流體包括來自熱源的排放氣體，和 所述第二流體包括燃料和水中的至少之一 。
31、 如權利要求29所述的燃料重整器，進一步包括第一管道，其具有位於所述蒸發器處的第一端和位於所述熱源處的第二 端；和第二管道，其具有位於所述蒸發器處的第一端和位於所述重整反應器處 的第二端。
32、 如權利要求29所迷的燃料重整器，進一步包括一氧化碳去除器， 以從所述重整反應器接納重整燃料。
33、 如權利要求29所述的燃料重整器，其中所述蒸發器進一步包括 第三級，其具有用於允許所述第一流體進入所述第三級的第三入口和用於允許所述第一流體離開所述第三級的第三出口 ，所述第二級位於所述第一 級與所述第三級之間；位於所述第三級中的第三鰭片結構；第一管道，其穿透所述第二級並用於將所述第一級連接到所述第三級； 第四級，其具有用於允許所述第二流體進入所述第四級的第四入口和用 於允許所述第二流體離開所述第四級的第四出口 ； 位於所述第四級中的第四鰭片結構；和第二管道，其穿透所述第三級以將所述第二級連接到所述第四級。
34、 如權利要求33所述的燃料重整器，進一步包括第三管道，其用於將來自所述熱源的所述第一流體供應到所述第三級；以及第四管道，其用於將氣相的所述第二流體供應到所迷重整反應器。
35、 如權利要求29所述的燃料重整器，其中 所述第一鰭片結構接觸所述第一級的內表面；和 所述第二鰭片結構接觸所述第二級的內表面。
全文摘要
本發明公開一種蒸發器(例如，小尺寸、高效率的蒸發器)和具有該蒸發器的燃料重整器。所述蒸發器具有多級結構(例如，四級盤結構)，其中所述各個盤被填充有鰭片結構。排放氣體通過的第一盤和第三盤和水通過的第二盤和第四盤可交替地彼此堆疊在一起。此外，所述第一盤和第三盤通過穿透所述第二盤和第四盤中的一個的第一管道而彼此相連，所述第二盤和第四盤通過穿透所述第一盤和第三盤中的一個的第二管道而彼此相連。
文檔編號C01B3/32GK101665241SQ20091017203
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月3日 優先權日2008年9月5日
發明者孫寅赫 申請人:三星Sdi株式會社