改进的CPOX燃料重整器和SOFC系统的制作方法

文档序号:15105432发布日期:2018-08-04 16:46阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种燃料重整器模块,包括:

燃料反应器主体,所述燃料反应器主体围有中空燃料室,其中,所述中空燃料室由以下界定:沿着室纵向轴线设置的周边壁,附接至所述周边壁并设置成封住所述燃料室的顶端的顶壁,以及附接至所述周边壁并设置成封住所述燃料室的底端的反应器防护基壁,

其中,所述反应器防护基壁包括面朝所述中空燃料室里的基壁顶表面以及面朝所述中空燃料室外的大致平行且相对的基壁底表面,以及从所述基壁顶表面至所述基壁底表面延伸穿过所述反应器防护基壁的多个大致相同的基壁燃料通道,并且

其中,每个基壁燃料通道均具有沿其纵向长度大致恒定的截面面积,且轴向中心为通道纵向轴线,所述通道纵向轴线大致与所述室纵向轴线平行;以及

催化主体,所述催化主体包括固体无孔陶瓷基底,所述固体无孔陶瓷基底由催化主体顶表面和大致平行且相对的催化主体底表面界定,

其中,所述催化主体顶表面设置成在接合面范围内与所述基壁底表面基本相对;

其中,所述催化主体包括多个大致相同的催化剂燃料通道,每个催化剂燃料通道从所述催化主体顶表面延伸至所述催化主体底表面,其中所述多个催化剂燃料通道中的每个均具有沿其纵向长度大致恒定的截面面积以及涂覆在每个催化剂燃料通道的内侧表面上的催化剂层,并且

其中,所述多个基壁燃料通道中的每个均与所述多个催化剂燃料通道中的一个纵向对齐,使得所述多个基壁燃料通道中的每个与所述多个催化剂燃料通道中的一个的纵向轴线大致共轴。

2.根据权利要求1所述的燃料重整器模块,其中,所述多个基壁燃料通道中每个的所述截面面积与所述多个催化剂燃料通道中每个的所述截面面积的比小于0.9。

3.根据权利要求1所述的燃料重整器模块,其中,所述多个基壁燃料通道中每个的所述截面面积与所述多个催化剂燃料通道中每个的所述截面面积的比在0.6至0.9之间。

4.根据权利要求1所述的燃料重整器模块,其中,所述多个基壁燃料通道中的每个均具有直径在0.65至2.6mm范围内的圆形截面,并且所述多个催化剂燃料通道中的每个均具有边尺寸在等于所述基壁燃料通道的直径至最高达所述基壁燃料通道的直径的1.26倍范围内的方形截面。

5.根据权利要求1所述的燃料重整器模块,其中,所述多个基壁燃料通道中的每个均具有直径在0.65至2.6mm范围内的圆形截面,其中纵向长度在所述直径的10倍和20倍之间。

6.根据权利要求5所述的燃料重整器模块,其中,所述多个催化燃料通道中的每个均具有边尺寸在0.65至2.6mm范围内的方形截面,其中纵向长度在所述边尺寸的5倍至40倍之间。

7.根据权利要求3所述的燃料重整器模块,其中,所述多个基壁燃料通道布置成阵列模式,其中,所述阵列模式具有固体材料区域和孔模式区域,其中,所述固体材料区域与孔模式区域的比具有0.75至0.9的范围。

8.根据权利要求1所述的燃料重整器模块:

其中,所述燃料反应器主体的一部分暴露于环境空气;

其中,所述燃料反应器主体由导热系数大于100W/m°K的材料形成;并且

其中,所述燃料反应器主体形成为提供从所述反应器防护基壁的所述底表面延伸至所述燃料反应器主体暴露于环境空气的所述部分的大致连续的导热路径。

9.根据权利要求8所述的燃料重整器,其中,所述燃料反应器主体暴露于环境空气的所述部分包括从所述周边壁径向延伸出的盘状散热凸缘。

10.根据权利要求9所述的燃料重整器模块,还包括与系统控制器通信的设置在所述散热凸缘的表面上的包括的温度传感元件。

11.根据权利要求10所述的燃料重整器模块,还包括空气移动装置,所述空气移动装置可操作以通过使所述散热凸缘的表面上方的环境空气流动来冷却所述散热凸缘。

12.一种燃料重整方法,包括:

将气态烃化合物流送入由燃料反应器主体围在内的中空燃料室;

通过反应器防护基壁将所述气态烃化合物流送出所述中空燃料室,所述反应器防护基壁由所述燃料反应器主体形成,并形成为包括穿过其的多个大致相同的基壁燃料通道;

将所述气态烃化合物流从所述多个基壁燃料通道中的每个接收入多个催化剂燃料通道,其中,每个催化剂燃料通道穿过无孔催化主体,其中,所述多个基壁燃料通道中的每个均与所述多个催化剂燃料通道中的一个的纵向轴线大致共轴;

其中,所述多个催化剂燃料通道中的每个均在其内侧表面上涂覆有催化层,所述催化层适用于通过催化部分氧化(CPOX)对所述气态烃化合物进行重整,并且其中,CPOX反应放出热辐射;

其中,所述反应器防护基壁包括面朝所述中空燃料室的顶表面以及背朝所述中空燃料室的大致平行且相对的底表面,且所述催化主体包括定位成在接合面范围内与所述反应器防护基壁的所述底表面相对的顶表面以及大致平行且相对的底表面;

其中,所述燃料反应器主体的一部分暴露于环境空气;

其中,所述燃料反应器主体由导热系数大于100W/m°K的材料形成,并提供从所述反应器防护基壁底表面延伸至所述燃料反应器主体暴露于环境空气的所述部分的大致连续的导热路径;

通过所述CPOX反应在所述催化剂燃料通道的每个内对所述气态烃化合物进行重整;以及

吸收所述CPOX反应放出到所述反应器防护基壁底表面以及所述多个基壁燃料通道中任一个的内侧表面上的所述热辐射,其中,所吸收的所述热辐射通过所述燃料反应器主体热传导至所述燃料反应器主体暴露于环境空气的部分。

13.根据权利要求12所述的方法,还包括监测所述燃料反应器主体暴露于环境空气的所述部分的温度。

14.根据权利要求13所述的方法,还包括操作空气移动装置以引导环境空气流过所述燃料反应器主体暴露于环境空气的所述部分的表面。

15.根据权利要求14所述的方法,还包括将所述燃料反应器主体配置为具有足够的热质量以及足够的热能散发表面面积,以使所述燃料反应器主体维持在低于250℃的稳态操作温度。

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