用于重整型燃料电池系统的燃料蒸发器技术方案

可以避免大的热应力，在蒸发器中、尤其在适合用于重整型燃料燃料电池系统中的蒸发器中减小了燃料充量，并且具有这样的结构：该结构包括交替的燃料／水流动通道，借助只在邻近燃料／水流动通道电池（６８）中的区域的气体流动通道结构（６９）的那部分中设置传热增进装置如切开的且偏置的散热片（１２０），该通道限定出电池（６８）和热气体流动通道电池（６９），加热液态燃料／水，蒸发燃料／水，存在于燃料／水的混合物是两相材料，并且不在邻近燃料／水流动通道结构（６８）的这些部分的区域中，其中产生了蒸发过的燃料／水的混合物的过热。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于重整型燃料电池系统的燃料蒸发器
本专利技术涉及一种蒸发器，本专利技术尤其涉及一种使热的热量交换流体与完全蒸发成过热蒸汽的液体进行传热的蒸发器。
技术介绍
具有各种各样的蒸发器的许多申请。在最广意义上讲，蒸发器把液体转换成蒸汽或者液体和蒸汽的两相混合物，或者可以把蒸汽和液体的两相混合物转换成完全的、单相的蒸汽。在一些情况下，蒸发器也可以提供从固相到液相的转换，以提供蒸汽或者两相的液体/蒸汽的混合物。在一些蒸发器中，使要蒸发的材料与热表面产生接触，其中热表面借助非流体介质例如电加热元件或者借助辐射碰撞在加热表面上来加热。但是，在大多数的其它情况下，借助把要蒸发的材料放置到热传导分离器的一侧上并且把热的热交换流体放置在分离板的另一侧上来产生蒸发。热交换流体可以是加热过的气体或者简单地是一些液体或者气态流体，该气体借助化学反应来产生，而该液体或者气态流体在以前借助反应或者甚至借助加热元件或者类似装置来加热过。在一些情况下，热交换流体相对固定。但是，在许多情况下，希望热交换流体进行运动以产生紊流并且提高热交换系数。通常地说，希望热交换流体相对于要蒸发的液体逆流地运动从而使传热系数最大化。后面这种蒸发器的一个申请是在特殊型的燃料电池系统中。如公知的一样，燃料电池系统作为为机动车提供牵引力的、效率高的无污染装置吸引了相当大的注意。一些燃料电池系统使用相对较纯的氢作为燃料源来进行工作，而其它的电池系统利用富氢的燃料流。许多后面那种的燃料电池系统是所谓的重整型燃料系统，这就是说，它们供给有富氢的燃料，然后该燃料被重整成更加富氢的流，该流本身进入-->到该系统的燃料电池中。燃料包括甲醇、乙醇、汽油和类似燃料。在这些系统中，燃料是含氢的液体，在该液体到达系统重整装置(system reformer)中以重整成富氢的气体之前，该液体一定得进行蒸发。理想地适合用于重整型燃料电池系统中的燃料蒸发器的一个例子公开在2002年5月14日提交的、名称为“Method and apparatuss forVaporizing Fuel for a Reformer Fuel Cell System”的、MichaelJ.Reinke etal，Serial No.10/145,531(Attoney’s Docket No.655.00937)的、共同转让的申请中，这个申请的全部内容在这里引入以作参考。已发现，当重整型的燃料电池系统用于机动车中时，蒸发器中的燃料充量应该尽可能地小从而使该系统响应负载改变所需要的时间最小化。如所公知的一样，当他们踩在加速踏板上或者在经过其它机动车时把燃料供给来加速时，由内燃机推进的机动车的驾驶员期望立即响应。在由燃料电池系统所推进的机动车中，当驾驶员踩在如同加速踏板的燃料电池系统上时，期望类似响应。如所发生的一样，燃料蒸发器内的燃料充量越大，那么燃料电池系统对操纵者命令的响应就越慢。同时，在到达该系统的重整装置之前，燃料一定得完全蒸发。提高蒸发器的效力的一个方法是提高芯的长度，即提高安装处于热交换关系的燃料流动通道和加热过的流体介质通道的、热交换器的那部分长度。但是，当该长度增大时，作为结果，响应时间也增大，因为作为增大容积(容积增大伴随着长度增大)的结果是，蒸发器内的燃料充量增大了。因此，为了实现用于这些系统中的蒸发器的效率提高，因此可以采用相对较高的温度差来提高蒸发器内的传热速度，因此提高了液态燃料的蒸发速度。这本身提高了蒸发器对热疲劳的敏感性。由于热疲劳减小了蒸发器的使用寿命，因此希望消除热疲劳或者使热疲劳最小化，而不增加系统的响应时间，尤其在燃料电池用在机动车中时，更是如此。本专利技术是实现那个目的。
技术实现思路
-->本专利技术的主要目的是改善重整型燃料电池系统的响应时间而不会使燃料蒸发器的芯尺寸大小减小到这样的点：即这导致蒸发器的效果同量减小。本专利技术的另一主要目的是实现上述那些同时减小蒸发器内的热应力，从而提高它的使用寿命。专利技术的示例性实施例在蒸发器中可以实现上述目的，该蒸发器蒸发液态燃料以用在燃料电池系统中，该系统包括至少一个第一电池，该电池具有用于要蒸发的燃料的、细长的燃料流动通道，并且具有相对端，其中液态燃料入口处于一端上而气态燃料出口处于另一端上。此外，包括至少一个第二热流体电池，该第二热流体电池与第一电池处于热交换中并且具有细长的热流体流动通道，该流动通道具有进入端和相对的出口端。进入端邻近气态燃料出口端，该出口端邻近液态燃料入口，因此在燃料和热流体之间存在逆流流动。燃料流动通道邻近热流体流动通道并且分成用来加热液态燃料且设置成邻近液态燃料入口的第一加热区域、邻近气态燃料出口的且用来使蒸发燃料过热的第二加热区域及位于第一区域和第二区域之间的第三加热区域，在该第三加热区域中，燃料从液相的燃料变成气态燃料。传热增进装置(enhancement)设置在邻近第一和第三区域的热流体流动通道中，并且蒸发器的特征还在于，在邻近第二区域的热流体流动通道的那部分中基本上没有传热增进装置。在邻近第二区域的热流体流动通道中没有任何传热增进装置，可以使下面区域内的热应力最小化：在这些区域中，蒸发器的内部机构承受热流体的最高温度，并且借助冷却流体即燃料基本上不能冷却，因为燃料在第二区域内被过热。在第二区域附近没有传热增进装置，也使得辅助增进装置可以设置在第一和/或第三区域中以把这些区域内的传热效率提高到这样的点上：即蒸发器的芯的尺寸大小实际上可以被减小以提高与蒸发器一起使用的燃料电池系统内的响应时间，而不会减小传热效率和/或提高压力降。在本专利技术的一个实施例中，第二电池具有隔开的壁，这些壁限定出热流体流动通道，第二电池还包括垫片，这些垫片在隔开的壁之间-->进行延伸从而在这些壁之间保持分离。这些垫片设置在邻近第二区域的热流体流动通道的那部分中。在一个实施例中，邻近第一和第三区域的传热增进装置包括湍流发生器。优选地，湍流发生器结合到两个隔开的壁上。在一个实施例中，湍流发生器是散热片，更加优选的是，湍流发生器是高效散热片如切缝的且偏置的散热片(lanced and offset fin)。非常优选的实施例设想具有多个第一电池和多个第二电池，这些电池以交替的方式一起布置成一组，其中一些顶盖连接该组中的第一和第二电池的相应入口和出口。在这样的实施例中，优选的是，这些电池相互邻接并且在它们的邻接点上具有导热的分离片，该分离片限定出为两个流动通道共用的壁。本专利技术还设想了一般用途的蒸发器，该蒸发器包括：多个第一电池，每个电池具有要蒸发的液体的内部流动通道，并且使相对端部在一起，其中液体入口位于一个端部上，蒸汽出口位于另一个端部上；及内部迷宫结构，它供流体流在这些端部之间进行流动。还包括多个第二电池，每个第二电池具有内部流动通道，该通道由隔开的壁来限定出以供热流体用，并且具有相对的端部。热流体入口设置在热流体流动通道的一端上，同时热流体出口设置在热流体流动通道的另一端上。第一和第二电池以交替的方式并且与邻近一个电池处于热交换关系地布置成一组，其中具有液体入口的、第一电池的端部紧紧地靠近具有热流体出口的、第二电池的端部。具有蒸汽出口的、第一电池的端部紧紧地靠近具有热流体入口的、第二电池的端部，从而可以提供逆流流动。湍流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蒸发器，它包括：多个第一电池，每个第一电池具有用于要蒸发的液体的内部流动通道，并且具有相对端，液体入口处于所述这些端的一个处，蒸汽出口处于所述这些端的另一个处；及内部迷宫结构，它用于流体流在所述端部之间进行流动；多个第二 电池，每个第二电池具有内部流动通道，该通道由隔开的壁来限定用于供热流，每个第二电池并且具有相对的端部，热流体入口位于一个所述端部处，及热流体出口位于所述这些端部中的另一个处；所述第一和第二电池以交替的方式布置成一组并且与相邻的所述电 池处于热交换关系，其中具有液体入口的、第一电池的端部紧紧地邻近具有热流体出口的、第二电池的端部；具有蒸汽出口的、第一电池的端部紧紧地邻近具有热流体入口的、第二电池的端部，以提供要蒸发的所述液体和蒸发器内的所述热流体的逆流流动；及湍流 发生器位于每个第二电池内的所述热流体流动通道中，且在这些隔开的壁之间进行延伸并且结合到这些隔开的壁上，所述湍流发生器具有这样的一长度：该长度在具有所述热流体出口的相应第二电池的端部附近开始，并且在没有到达具有所述热流体入口的端部的位置上终止，使得所述热流体通道的特征在于，对于在邻近所述热流体入口的距离上没有湍流发生器。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-9-16 10/663,4091.一种蒸发器，它包括：多个第一电池，每个第一电池具有用于要蒸发的液体的内部流动通道，并且具有相对端，液体入口处于所述这些端的一个处，蒸汽出口处于所述这些端的另一个处；及内部迷宫结构，它用于流体流在所述端部之间进行流动；多个第二电池，每个第二电池具有内部流动通道，该通道由隔开的壁来限定用于供热流，每个第二电池并且具有相对的端部，热流体入口位于一个所述端部处，及热流体出口位于所述这些端部中的另一个处；所述第一和第二电池以交替的方式布置成一组并且与相邻的所述电池处于热交换关系，其中具有液体入口的、第一电池的端部紧紧地邻近具有热流体出口的、第二电池的端部；具有蒸汽出口的、第一电池的端部紧紧地邻近具有热流体入口的、第二电池的端部，以提供要蒸发的所述液体和蒸发器内的所述热流体的逆流流动；及湍流发生器位于每个第二电池内的所述热流体流动通道中，且在这些隔开的壁之间进行延伸并且结合到这些隔开的壁上，所述湍流发生器具有这样的一长度：该长度在具有所述热流体出口的相应第二电池的端部附近开始，并且在没有到达具有所述热流体入口的端部的位置上终止，使得所述热流体通道的特征在于，对于在邻近所述热流体入口的距离上没有湍流发生器。2.如权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述第一电池和所述第二电池的壁由板来形成。3.如权利要求2所述的蒸发器，其特征在于，所述迷宫结构由相互处流体连通的十字形缝或槽形成。4.如权利要求3所述的蒸发器，其特征在于，所述十字形槽或缝，设置在至少一些板中，所述第一电池由这些板来形成。5.如权利要求1所述的蒸发器，它还包括一些垫片，在邻近所述-->热流体入口的所述距离上，这些垫片位于所述第二电池壁之间，并且把每个所述第二电池的这些壁保持成隔开的关系。6.如权利要求5所述的蒸发器，其特征在于，所述垫片仍然允许在邻近所述热流体入口的所述距离中基本上没有传热增进装置。7.一种蒸发用于燃料电池系统中的液态燃料的蒸发器，包括：至少一个第一电池，该电池具有用于要蒸发的燃料的、细长的燃料流动通道，并且具有相对端，其中液态燃料入口处于一个所述端上，而气态燃料出口处于另一个所述端上；至少一个第二热流体电池，该第二热流体电池与所述第一电池处于热交换关系并且具有细长的热流体流动通道，该流动通道具有进入端和相对的出口端；所述进入端邻近所述气态燃料出口，所述出口端邻近所述液态燃料入口，从而在燃料和热流体之间存在逆流流动；所述燃料流动通道邻近所述热流体流动通道并且分成用来加热液态燃料且设置成邻近所述液态燃料入口的第一加热区域、邻近所述气态燃料出口且用来使蒸发的燃料过热的第二加热区域及位于所述第一区域和所述第二区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：MJ莱因克，J瓦伦萨，
申请(专利权)人：穆丹制造公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]