专利名称：蒸汽发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种产生蒸汽的方法以及一种适用于该方法的蒸汽发 生装置。本发明也提供该方法和蒸汽发生装置在燃料电池系统中的应 用以及按照该方法或通过使用该蒸汽发生装置来产生燃料电池系统中 的蒸汽。
将参照燃料电池系统描述和说明本发明，这些是本发明的优选实 施方式。然而，认为本发明的基本原理可更普遍地应用，因此本发明 可用于除燃料电池系统之外的其它系统。
背景技术：
在纯理论形式的反应中，燃料电池从氢和氧生成电，生成蒸汽形
式的水作为副产品。然而，烃燃料如天然气或高分子(c2+)烃通常用
作氢的来源并且空气用作氧的来源。
在输送给燃料电池之前，如今通常会使用燃料重整器将烃燃料处
理成更小或更大的程度。因此，在质子交换膜(PEM)燃料电池中， 想要通过与水(蒸汽)的反应对烃燃料进行大致完全的重整从而产生 富氢蒸汽以输送给燃料电池。相反地，在固体氧化物燃料电池(SOFC ) 系统中，有可能在燃料电池自身(在燃料电池的阳极侧)中使用催化 剂以实现烃(通常是甲烷)的重整。这种方式的所谓内部重整在平衡 燃料电池中发生的放热发电反应与吸热重整反应方面的运行效率具有 优势。然而，在这种情况下，应当控制燃料电池的燃料成分和电池中 的内部重整程度从而避免燃料电池的过度冷却。在实践中，将燃料电 池设计成实施内部重整时，输送给它的燃料在燃料重整器中进行预处 理从而将燃料的烃含量操纵成根据电池的运行特性所需的。此处，重 整器通常称作蒸汽预重整器。
烃重整发生在有蒸汽的情况下，进入重整器的气流中蒸汽与碳的比例是重整反应中最关键的变量之一。而且，进入燃料电池的燃料流 中的蒸汽的存在可以阻止碳沉积在用于实现内部重整的催化剂上。因 此蒸汽与碳的比例的精确控制是重要的考虑因素。
在合适的速率/压力下输送要处理的蒸汽和燃料对燃料重整器的 有效、高效运行来说也很重要。非均匀的烃流速将导致改变燃料的用 途而且这可能对系统的燃料电池组有害。如果使用蒸汽喷管(喷射器) 输送烃燃料，那么进入喷管的蒸汽流速的变化将立即改变燃料摄入率/ 流速。如果例如用压气机输送天然气，那么蒸汽流速的变化将改变系 统的背压并且这将改变进入系统的燃料流速。
在传统系统中，蒸汽总是在压力作用下从蒸汽发生器输送到重整
器。所需的蒸汽流速按照普通工业标准非常低(通常是每2kW燃料电 池系统至多约为lkg/hr)，而且因为这个，该蒸汽发生器通常包括许 多供有水且受热的小径管道。这种产生蒸汽的方法通常称作流动沸腾。
在通常使用时，用这种方式产生的蒸汽可能引起用于产生蒸汽的 管道中的压力和流量波动(或脉冲)，并且经常有逆流。已经通报了蒸 汽发生中与小管道(200jun-3mm)和微管道(<200fim )有关的这些 影响。在小管道的情况下，产生蒸汽所带来的振荡特征以及逆流的出 现都被认为是由气泡的各种晶核形成机理引起的，这是主要因素。更 具体地，认为小管道中的流动沸腾通常有三种流动模式独立气泡流、 受约束气泡流和环状-活奉流(参见Experimental Thermal and Fluid Science 26(2002)第389-407页的S.G. Kandlikar的与小管道和微管道 中的流动沸腾相关的基础刊物)。尽管认为表面张力效应是非常重要的 (参见所引用的S.G. Kandlikar的文章)，但微管道中的流动沸腾的运 行机理了解得更少。
不考虑发生压力波动和逆流的原因，当按照描述的方法产生蒸汽 时，这些影响可能在燃料电池系统中带来问题。除了上述的用于输送 燃料的蒸汽喷管中的燃料的不稳定输送之外，与蒸汽生产有关的压力 脉沖可能贯穿整个燃料电池系统并且由此有害地影响部件。例如，在 燃料电池系统中，可能受到与蒸汽发生相关的压力脉冲直到下游，直到用于燃烧(阳极)来自燃料电池的废气的燃烧器，并且此处，脉冲 可能引起燃烧器运行连贯性的问题。
与本背景相对地，需要提供一种以稳定的方式且以比现有蒸汽发 生器更均匀的流速产生蒸汽的方法。这种方法不应当有上述缺陷。
发明内容
因此，本发明提供一种通过加热包括多个蒸汽发生管的蒸汽发生 器中的水产生蒸汽的方法，其中，经由各自的供水管以恒速向每个蒸 汽发生管供水，并且其中，每个供水管中设有足够的压降从而防止在 多个蒸汽发生管中发生逆流。
根据本发明，通过供入管道的水的流动沸腾，在蒸汽发生器的多 个管道中产生蒸汽。这通常会引起压力和流量波动，包括与供水方向 相反的逆流。通常，这将妨碍水向蒸汽发生器的供给，由此引起蒸汽 输出的波动。 一个蒸汽发生管中的逆流也影响邻近管道中的蒸汽发生 (假设通道相互之间不是物理隔离)。根据本发明，通过以特殊方式向 蒸汽发生器供水，使逆流最小化，或者优选为完全消除。
特别地，才艮据本发明，经由各自的供水管向每个蒸汽发生管供水 并且这些供水管设计成在它们的长度方向上(从进口到出口)呈现特 定压降。已经发现，如果该压降有足够大(相对于蒸汽发生器中的压 降)，就能最小化并可能防止蒸汽发生管中的逆流。在本文中，供水管 的压降是管的进口与出口之间的差值。同样地，蒸汽发生器中的压降 是发生器的进口与出口之间的差值。为了更精确，认为每个供水管中 的压降(APsupp,y)与蒸汽发生器中的压降(APge,at。r )在特定比值 也就是APsup—: APgenerat。r时可以获得降低逆流的益处。认为当比值 太低时，每个供水管中的压降不足以防止蒸汽发生管中的逆流。作为 通用指南，认为该比值APsupp,y:厶Pge附at。r应当是在1:2到1:5之间，
优选为约1:3，以最小化或消除逆流。
蒸汽发生管和每个供水管中的压降取决于这些部件的设计/结构。 通常，根据所用的蒸汽发生器的设计(和压降特性)确定每个供水管 中所需的压降。这样，蒸汽发生器的选择有助于而不是反作用于推动供水管的设计(以获得所需的压降)。这些部件中的压降以及压降随流 速的变化可通过使用适当定位的压力传感器由实验确定，并且本领域 技术人员很熟悉怎样做。迷可以根据本发明所用到的特定部件的已知 特性计算压降。例如，可以根据毛细管的尺寸计算毛细管的压降。当 然需要校正以获得最佳性能。
原则上，可以通过使用适当定位的节流阀或其它合适的节流装置 获得每个供水管中的压降。所使用的节流阀是本领域公知的。然而应 当注意到，节流阀的压降与流速成平方关系并且在低流速时难以获得 所需的压降。
然而，优选地，每个供水管中的压降与流速成线性关系。在这种 情况下，将促进蒸汽发生器的变小，因为在低流速时供水管中的相关 压降将高于使用如节流阀等装置所看到的压降，该压降与流速成平方 关系。还优选地，蒸汽发生器中的压降与流速成线性关系。在这种情 况下，比值APsupp,y:厶Pgenerat。r将保持基本恒定，不用考虑流速的变化， 这样，只要在第一位置适当采用该比值，就可能在蒸汽发生的整个运 行参数范围内消除逆流。
本发明可以在任何内径的蒸汽发生管中实施，在这些管道中产生 蒸汽时将引起压力和流量波动。这样，蒸汽发生管通常是内径小于
5mm的管道。这些管道可以是内径为200nm-3mm的小管道和/或内径 小于200jim的微管道。这些管道采取的正确形式可以随着蒸汽发生器 的不同设计发生变化，下文将描述。
对内径约直到5mm的蒸汽发生管而言，可以通过经由具有比蒸 汽发生管小(得多)的内径的供水管将水输入每个蒸汽发生管(的进 口 )来获得每个供水管中的压降。优选地，使用毛细管向每个蒸汽发 生管供水。应当注意，这样4吏用毛细管特别有利，因为它具有与流速 成线性的压降(低雷诺数)。毛细管有利于提供在低流速时比其它流量 控制装置更足够的压降，该装置在压降与流速之间呈现平方关系。
所用到的毛细管的尺寸(长度和内径)将取决于每个供水管所需 的压降，并且这又取决于与蒸汽发生器运行相关的压降。本领域技术人员将知道毛细管的尺寸怎样影响与通过这些毛细管的液流相关的压 降。
根据本发明，以恒速(但可调整)向每个供水管供水也很重要， 从而最小化蒸汽发生中的波动。根据本发明，可以使用流量控制阀实 现这个。通常，单一阀控制水向每个供水管的混合流。该阀通常设在 主供水管中，每个供水管都是从该主供水管分支出来的。优选地，每 个供水管之间不存在供水压差。流量控制阀确保水的均勾供给，并且， 它不受到由蒸汽发生器的蒸汽发生管中的逆流引起的背压的影响，这 很重要。供水管中提供的压降有助于确保供水保持恒定。
优选地，在蒸汽发生器运行期间，蒸汽发生器的供水管处于基本 恒定的温度，因为温度波动可能影响供水管中的压降。为了这个目的， 优选地，供水管与下游蒸汽发生器绝热。可以在每个供水管的出口与 每个蒸汽发生管的进口之间设置适当的绝热接头和/或使用适当定位 的绝热层来实现这个。
本发明所使用的蒸汽发生器包括多个蒸汽发生管。这些管道的数 目可以根据蒸汽发生器的整体设计并且根据抵消产生蒸汽时的压力波
动所需的影响进行变化。原则上，蒸汽发生器可包括2个蒸汽发生管， 但也可以使用多于2个的管道，因为，更多数目的管道将引起产生的 蒸汽中的压力波动的更有效抵消。这样，蒸汽发生器通常包括至少3 个，优选为至少5个，更优选为至少IO个蒸汽发生管。其它因素如所 需流速、可承受的最大压降以及成本等也可能影响实践本发明所用到 的蒸汽发生器的设计。蒸汽发生管通常是小管道和/或微管道，如所述。
在本发明的一个实施例中，该多个蒸汽发生管采取不连续管的形 式(限定微管道和/或小管道)。通常，这些管道是同轴布置。有了这 种布置，就可能使用单一热源向所有管道供热以产生蒸汽。而且，该 布置受益于制造和/或安装方面。
在该实施例中，蒸汽发生管的长度直径比通常在250:1到750:1 之间，例如，约500:1。从成本(和装配)方面来看，最小化该比值 是有益的。从技术上来说，使用的理想比值可能取决于蒸汽发生器的规格，如系统能承受的最大压降、进入蒸汽发生器的热通量、最大承 受压力和流量波动。
在另一个实施例中，蒸汽发生管可以由接合在一起形成层板的板 或薄片的表面限定出。在这种情况下，这些板或薄片中的至少一者在 其(主)表面上进行蚀刻、雕刻或机加工，从而那些表面与其它板/ 薄片的互补(主)表面的接合形成贯穿层板内部长度(或宽度)的蒸 汽发生管，这些管道的进口和出口设在层板的一边或两边，优选为对 立边。对用于燃料电池系统而言，层板应当是紧凑的。例如，层板可
由10-15cmx5-10cmxl-2mm的(耐热不锈钢)板/薄片制成。通常， 这些管道具有小和微管道的上述特定尺寸。这种层板装置的制造在本 领域是公知的。
蒸汽发生管在层板中可以采用各种外形。在最简单的形式中，层 板可包括多个贯穿层板内部的平行(笔直)的蒸汽发生管。然而，其 它设计也是可能的，并且蒸汽发生管的外形有助于最小化生产过程中 蒸汽发生器中的压力波动。
在本发明的一个实施例中，蒸汽发生器可包括多个成组布置的这 种层板。使用高温气流实现对蒸汽发生器的加热。在这种组中，通常 通过有肋片的板或薄片将组中的相邻层板结构分离，这些板或薄片适 于允许热气流过组以进行传热。燃料电池的排气流或燃料电池的已燃 废气(运行时)中的废热可以在这方面使用。
不考虑所用的蒸汽发生器的设计，在这些多个蒸汽发生管中，单 个管道可以相同或不同。不是所有管道都相同时，有益于减小压力脉 冲。同样，使用蒸汽发生器时，不同的管道受到不同的加热作用也是 有益的。
认为使用多个蒸汽发生管可以平衡与单个管道相关的压力脉冲输 出，从而抑制了整体压力波动。在不希望被理论束绰的情况下，认为 当使用多个蒸汽发生管时， 一个管道的出口处的蒸汽压力的最小值或 最大值不可能与另一个管道的出口处的蒸汽压力的最小值或最大值一 致。因此，认为与一个蒸汽发生管相关的压力波动可以减少或抵消与另 一个蒸汽发生管相关的蒸汽波动。
根据本发明的一个实施例，蒸汽发生器将蒸汽(从每个蒸汽发生 管)输入蒸汽接收器，其包括从那伸出的蒸汽出口并且适于分散或平 衡输入容器的蒸汽的压力波动从而在蒸汽出口处提供均匀的蒸汽压 力。根据本发明的该实施例，通过使用构造成分散从单个蒸汽接收管 输入容器的蒸汽的压力脉冲的蒸汽接收器，可以最小化且优选为消除 与压力波动相关的潜在有害影响，从而在容器的蒸汽出口处可以看到 减小的压力脉沖优选为没有压力脉冲。
认为本发明所使用的蒸汽接收器的形式对减小蒸汽发生器的蒸汽 输出中的压力波动有重大影响。更具体地，容器的大小和/或形状是/ 都是这样的，由此调节了从蒸汽发生管输入容器的蒸汽中的任何压力 波动，从而蒸汽出口处的蒸汽压力是均勻和稳定的。蒸汽出口的位置 在这方面也很重要。因此，容器的蒸汽出口通常远离蒸汽管将蒸汽输
入蒸汽接收器的位置。在本文中，术语"远离"意味着蒸汽出口在与输 入容器的蒸汽相关的压力波动不大的位置从蒸汽接收器伸出。
蒸汽接收腔优选为具有比蒸汽发生管的总容积大数个数量级(例
如，至少25倍，优选为至少IOO倍)的内容积。这有助于吸收和平衡 蒸汽从蒸汽接收管输入容器的振荡特性。当使用大量蒸汽发生管时， 可以减小蒸汽接收腔的有效容积，反之亦然。这是因为，使用大量蒸 汽发生管会引起抑制压力脉沖的增加，从而为了获得进一步抑制的蒸 汽接收器的有效容积不需要那么大。蒸汽接收器所需的有效容积可以 由实验确定和优化。容器的容积比惯用沸腾炉系统中期望出现的普通 顶部或端部空间大得多。
优选地，蒸汽发生管和蒸汽接收器的内表面是光滑和干净的。而 且，蒸汽接收器的内表面是圆形的而没有尖角或锐角。在蒸汽接收器 中使用特殊设计的内表面以吸收压力波动。这又能使蒸汽接收器的容 积减小。
蒸汽接收管(的出口 )通常通过管道接收板连接蒸汽接收器，该 板优选为形成容器壁的一部分。至少在内部蒸汽接触表面上的任何和所有缝隙都是压力密闭且光滑的。
在使用时，向蒸汽发生管供热，从而在通过管道泵水时其由此蒸 发形成蒸汽。可以通过多种方式向管道供热。例如，在管道是同轴的 情况下，它们可以贯穿受热的材料块。可选地，这些管道可以绕在受 热部件例如热管或电加热器上，或者它们可以直接暴露向加热器或者 绕在加热器壳体上。受热空气还可用于加热蒸汽发生器，并且蒸汽发 生器可适于确保与空气流的密切接触从而促进传热。优选地，布置热 源和管道以最小化热损失。在压力作用下向管道供水。应当使用纯净 水以最小化沉积和腐蚀问题。
在用于固体氧化物燃料电池系统的蒸汽发生器中，通常在约l至
约5bar例如约3bar的压力以及约600'C的温度下将蒸汽输入蒸汽接 收器。通常所需的蒸汽供给率约直到lkg/hr，例如约直到500g/hr， 并且蒸汽发生器可以由此设计和运行。应当由此了解，这意味着蒸汽 发生器运行所用到的水的容积较小。可以通过改变一个或多个管道的 供水率，优选为同时改变所有管道的供水率来操纵蒸汽产生率。蒸汽 发生器的运行特性将根据使用的领域发生变化。因此，对其它应用而 言，压力和温度条件会与上述那些有不同。
蒸汽发生器的部件必须由适当材料制成以承受在运行过程中可能 遇到的高温和高压。本领域技术人员对用于实施本发明的材料的类型 很熟悉。
本发明还提供一种适于实施本发明所述方法的蒸汽发生装置，该 装置包括
包括多个蒸汽发生管的蒸汽发生器，
与各个蒸汽发生管连通以向蒸汽发生管供水的供水管，
其中，每个供水管都包括在供水管中提供压降的装置从而防止在 蒸汽发生器的运行期间在多个蒸汽发生管中发生逆流。
从上文关于本发明的方法的描述可以明显看出蒸汽发生装置的实 施例。在一个优选实施例中，通过毛细管获得每个供水管中的压降。 可以使用上游流量控制阀将水输入每个供水管从而提供恒定的(但可调整的)水流速。
蒸汽发生装置还包括蒸汽接收器，其适于从蒸汽发生器的蒸汽发 生管接收蒸汽并且这有助于分散蒸汽压力脉冲中的波动。这方面的实 施例上文也做了描述。
本发明还提供一种燃料电池系统，其中，根据本文所述方法产生 蒸汽。本发明又提供一种燃料电池系统，其包括本文所述的蒸汽发生 装置。通常，燃料电池系统会利用蒸汽对烃燃料进行燃料处理从而产 生输给燃料电池阳极的燃料流。在一个实施例中，将蒸汽供给喷管， 该喷管用于根据通过喷管的蒸汽流速输送烃燃料。优选地，燃料电池
为固体氧化物燃料电池(SOFC )。
在本发明的又一个实施例中，提供的一种蒸汽发生器包括 蒸汽接收器；
与蒸汽接收器连通且适于将蒸汽输入蒸汽接收器的多个蒸汽发生
管；和
从蒸汽接收器伸出的蒸汽出口 ，
其中，通过多个蒸汽发生管，蒸汽发生器适于平衡输入容器的蒸 汽的压力中的波动，从而在蒸汽出口处提供均勻蒸汽压力。 从在前描述可以明显看出本发明的这个方面的实施例。
在下列非限制性的附图中说明本发明的实施例，其中 图1示出本发明的一个实施例的蒸汽发生的简图； 图2示出用于实施本发明的蒸汽发生器组的分解视图； 图3示出本发明的另一种蒸汽发生装置的特征的工程图。
具体实施例方式
图l是简图，示出了包括蒸汽发生器(2)的蒸汽发生装置(1)。 蒸汽发生器包括两个层状蒸汽发生单元(3)，该单元包括多个贯穿单 元(3)内部的蒸汽发生管(未示出)。每个单元包括向每个蒸汽发生 管供水的进口 (4)和蒸汽出口 (5)。该蒸汽发生器包括出口 (6)，单 个单元产生的蒸汽经由该出口进行输送。如果想要抑制蒸汽中产生的压力波动，如本文所述，该出口 (6)可将蒸汽送入蒸汽接收器(未示 出)。作为可选地，单个蒸汽发生管的出口可将蒸汽直接供入蒸汽接收 器而不经由蒸汽发生器的单一出口。这在平衡蒸汽生产中的波动影响 方面有优势。
如果产生的蒸汽(也就是蒸汽发生器的输出)处于稳速和匀速， 就可以不必使用蒸汽接收器。在这种情况下，蒸汽发生器的输出可以 直接用于燃料电池系统的下游部件。
单元(3)可以设置成层叠的形式(参照图2)。
经由各自的供水管(7)向每个蒸汽发生管供给水，每个供水管都 有毛细管(8)从而在每个供水管(7)中提供压降。要求该压降相对 于蒸汽发生器(2)中的压降有足够大，以防止在蒸汽发生器(2)运 行时在供水管(7)中发车逆流。
供水管(7)又从水源(9)接收水并且使用设在主供水管(11) 中的流量控制阀(10)以恒速计量该水源。单个供水管(7)从该主供 水管(11)分支出来。每个供水管(7)中的流速要恒定，这很重要。
图2是用于实施本发明的蒸汽发生器组(12)的分解视图。该组 (12)包括耐高温钢板(13)，在其主表面上进行蚀刻/雕刻/机加工以 形成多个蒸汽发生管(A)。在板的一边(E)设有每个蒸汽发生管的 进口 ( 14 )。在板(13 )的一边也设有蒸汽发生管的出口 (未详细示出)。 每个蒸汽发生管的进口 (14)和出口可设在板(13)的同一边或不同 边。由适当的钎焊材料制成的薄片(15)能使其它板(16)的主表面 接合在板(13)上。该板(16)的互补主表面是光滑的。这个结果将 是层板(13、 16)，其中，.蒸汽发生管贯穿层板的内部。 一旦已经形成 层板(13、 16)，该钎焊材料不会妨碍蒸汽发生管。
组(12 )还包括波紋板形式的导热部件(17 )，该部件通过其边缘 由侧件(18)在其上、下表面接合相邻板(19)，使用由适当的钎焊材 料制成的薄片(20)实现接合。导热部件(17)设计成允许空气穿过 该组由此允许热传递到包括板(13)的层板上。使用适当的钎焊薄片 (22)将附加端板(21)接合在组(12)的上、下端。这些端板有助于组的结构刚性。
根据它们的预定用途和将遇到的状况，包括产生的蒸汽的温度和 用于加热组的蒸汽的温度和成分，来选择构造组所用到的材料。通常，
可以用耐热合金制成蒸汽发生器(13、 16)和导热部件(17)，例如， INCONNEL标号的合金。蒸汽发生器(13、 16 )可以由INCONNEL600 制成，导热部件(17)可以由INCONNEL625制成。
图3是本发明的另一种蒸汽发生器的工程图。该蒸汽发生器适用 于定额为约lkw的燃料电池系统。图的A视图示出纵视图，视图B 和C是各端视图。该图示出了蒸汽发生器(23),其包括由两个圆柱 形腔(24a、 24b)形成的蒸汽接收器(24)，这些腔的内部由U形管 接头(25)连通。这种设计提供了与单一的具有相同内径的更长容器 的内容积相同的小型容器。使用两个相互连通的腔(24a、 24b)特别 有益于燃料电池应用范围，这里，部件所占用的空间有助于主要设计 特征。当然也可以有其它"^殳计的容器，只要有想要的容器功能。图中 示出了主要尺寸(单位为mm )。蒸汽接收器(24 )的总容积约为855cm3， 并且这将适合1 kW发电固体氧化物燃料电池系统。
蒸汽发生器(23 )还包括多个蒸汽发生管(26 )。在所示实施例中， 有5个这样的蒸汽发生管并且它们围绕并平行公共轴集中在一起。这 些管道由合金600管制成并且具有约1.5至1.7mm的内径，0.7-0.9mm 的壁厚。在所示实施例中，管道(26)的长度通常为8卯mm。尽管未 示出，在每个管道(26)的端部连接有毛细管(内径为170pm)向管 道输送水。该连接可以通过任何合适的(缩减)配合或通过例如钎焊 实现。所用的毛细管是市场上可买到的。
蒸汽接收器(24)还包括蒸汽出口 (27)，该出口从远离蒸汽发生 管(26)进入蒸汽接收器(24)的位置处的容器(24)伸出。
蒸汽接收器(24)由合金600制成并且通过焊接端盖制造成适合 于容纳蒸汽发生管(26)、接头(25)和蒸汽出口 (27)的端部。通过 焊接将这些部件连在一起。在焊接之前，所有部件都进行了超声清洗 和/或用适当的清洁剂进行了清洗。所有焊接和焊接准备都是按照AS1554,1-1991 GP进行，并且由持有执照的操作者承担。焊接时采用吹 氩清扫。所有内表面都是光滑的，没有毛边、阻力和焊熔金属飞溅， 这很重要。
在使用时，水在压力作用下经由毛细管并且输入蒸汽发生管(26 )。 这些管道围绕向管道(26)供热的加热管(未示出)布置。这引起水 的过度加热，由此水在压力作用下(约3-4bar和700。C)流入蒸汽接 收器(24)。每个管道(26)产生的蒸汽很可能以脉冲形式流入蒸汽接 收器(24)。然而，在这些容器(24)中，认为这些脉冲可以相互抵消 由此在蒸汽出口 (27)处提供均匀的蒸汽压力。这样，通过蒸汽出口 (27)可以用到均匀蒸汽流。这可以由系统内压力的高速数据记录得 到确认。
本发明的蒸汽发生器可以用于任何想要产生均匀和稳定的蒸汽供 应的系统中。蒸汽发生器可以用于传统地由流动沸腾产生蒸汽且看到 压力波动和/或逆流问题的设备中。认为蒸汽发生器在燃料电池系统中 尤其有用，该系统需要的蒸汽流速较小，通常至多为lkg/hr。这通常 意味着定额为约1KW的燃料电池系统。从这得出，根据本发明，本 发明还提供蒸汽发生器在燃料电池系统中的使用以及包含这种蒸汽发 生器的燃料电池系统。
在燃料电池系统范围内，本发明的蒸汽发生器可以用于为各种系 统和元部件提供蒸汽。例如，蒸汽发生器可以用于向蒸汽预重整器提 供蒸汽，该预重整器用于处理用作燃料电池的原始燃料的高分子烃燃 料。在这种情况下，通常在不高于约550。C的温度下进行蒸汽重整。 优选地，在这个范围内，蒸汽发生器操作成在其输出输入预重整器之 前不会对其进行大量冷却或加热。
在另 一个实施例中，根据本发明产生的蒸汽可以用于输送蒸汽到 喷管(喷射器或喷射泵),该喷管用于输送气态(烃)燃料以产生燃料 /蒸汽混合物。该混合物可以输入蒸汽重整器或输入设在下游的燃料电 池。此处可参考申请人的国际专利申请号PCT/2005/001107 (WO2006/010212 )，其内容并入本文作为参考。在本说明书及随后的权利要求书中，除非内容要求，所有文字"包
括，，(comprise )、 变形"包括，，(comprises )和"包括，，(comprising ) 应当理解成意味着所述整体或步骤或整体或步骤的集合的内含物，而 不是任何其它整体或步骤或整体或步骤的集合的排除物。
本说明书对任何在先技术的引用不是且不应当看成是对那些在先 技术构成澳大利亚的>^知常识的 一部分的承认或任何形式的建议。
权利要求
1.一种通过加热包括多个蒸汽发生管的蒸汽发生器中的水产生蒸汽的方法，其中，经由各自的供水管以恒定速率向每个蒸汽发生管供水，并且其中，经过每个供水管提供足够的压降，从而防止在多个蒸汽发生管中发生逆流。
2. 如权利要求l所述的方法，其中，经过每个供水管的压降与流 动速率成线性关系。
3. 如权利要求l所述的方法，其中，蒸汽发生器中的压降与流动 速率成线性关系。
4. 如权利要求1所述的方法，其中，每个供水管中的压降(△Psupply)与经过蒸汽发生器的压降(厶Pgenerat。r )的比值在1:2到1:5之间。
5. 如权利要求l所述的方法，其中，通过经由毛细管向每个蒸汽 发生管输水来提供经过每个供水管的压降。
6，如权利要求l所述的方法，其中，使用流量控制阀以恒定速率 向每个供水管供水。
7. 如权利要求6所述的方法，其中， 一个单一阀控制流向每个供 水管的水流。
8. 如权利要求l所蜂的方法，其中，蒸汽发生器将蒸汽输入蒸汽 接收容器，其包括从该处伸出的蒸汽出口，并且适于分散或平衡输入 容器的蒸汽的压力波动，从而在蒸汽出口处提供均匀的蒸汽压力。
9. 一种蒸汽发生系统，包括 包括多个蒸汽发生管的蒸汽发生器；和与各个蒸汽发生管连通以向蒸汽发生管供水的供水管， 其中，每个供水管都包括经过每个供水管提供压降的装置，从而 防止在蒸汽发生器的运行期间在多个蒸汽发生管中发生逆流。
10. 如权利要求9所述的系统，其中，使用毛细管提供经过每个 供水管的压降。
11. 如权利要求9所述的系统，其中，蒸汽发生器将蒸汽输入蒸 汽接收容器，其包括从该处伸出的蒸汽出口，并且适于分散或平衡输 入容器的蒸汽的压力波动，从而在蒸汽出口处提供均匀的蒸汽压力。
12. —种蒸汽发生器，包括 蒸汽接收容器；与蒸汽接收容器连通且it于将蒸汽输入蒸汽接收容器的多个蒸汽 发生管；和从蒸汽接收容器延伸的蒸汽出口 ，其中，蒸汽接收容器适于平衡通过多个蒸汽发生管输入容器的蒸 汽压力的波动，从而在蒸汽出口处提供均匀蒸汽压力。
13. —种用权利要求1所述的方法产生蒸汽的燃料电池系统。
14. 一种包括如权利要求9所述的蒸汽发生系统或如权刮要求12 所述的蒸汽发生器的燃料电池系统。
15. —种如权利要求9所述的蒸汽发生系统或如权利要求12所述 的蒸汽发生器在燃料电池系统中产生蒸汽的用途。
16. 如权利要求15所述的用途，其中，产生的蒸汽输入文氏喷管 (venturi )，该喷管用于输送气态燃料以产生燃料/蒸汽混合物。
17. 如权利要求16所述的用途，其中，将该燃料/蒸汽混合物输 给蒸汽重整装置或输给燃料电池。
全文摘要
一种通过加热包括多个蒸汽发生管的蒸汽发生器中的水产生蒸汽的方法，其中，经由各自的供水管以恒速向每个蒸汽发生管供水，并且其中，每个供水管中设有足够的压降从而防止在多个蒸汽发生管中发生逆流。
文档编号F22B7/00GK101310146SQ200680030235
公开日2008年11月19日 申请日期2006年7月18日 优先权日2005年7月19日
发明者B·帕里斯, D·M·泽里, G·J·门廷克, K·艾哈迈德, M·凯, N·V·奥尔, R·J·佩恩 申请人:塞拉米克燃料电池有限公司