与化学转化器和能量装置一起使用的小型汽化器制造方法及图纸

一种小型的汽化器（１０），其在小型能量系统的应用场合中例如采用化学重整器和燃料电池的系统中可有效地使得过程流体汽化。本发明专利技术的汽化器（１０）可使用加热介质例如由动力系统产生的热废气作为加热源，以便产生水蒸气或使得过程流体（例如液体化学品或燃料）蒸发。本发明专利技术的汽化器可选择性地构造，以便使过程流体汽化，由此用作小型的水蒸气发生器；或以便使过程流体蒸发，由此用作小型蒸发器或热交换器；或以便使过程流体蒸发并将该过程流体与另一介质混合。该蒸发器／混合器结构可用于重整器设备，其中液体化学品或燃料（例如汽油、柴油、甲醇等）需要首先蒸发并与水蒸气混合，该混合是在所形成的混合物引入到转化器（例如重整器或燃料电池）之前进行的。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请本申请要求享受2002年3月11日提交的名称为“MiniatureVaporizers for use with Chemical Converters and EnergyDevices”的美国专利申请No.10/095843，其内容通常引证在此引入。
技术介绍
水蒸气通常由主热源或废热产生，该水蒸气可随后用于各种工业和商用工程，例如燃料重整、水蒸气产生过程、和需要过程用水蒸气的多种其它的操作或过程。在商业上可获得的用于水蒸气发生的装置的外形尺寸和容量较大，这使其对于许多现今的能量技术而言是不适用的，这些能量技术需要以紧凑和低成本的方式输送过程用水蒸气。利用来自废气气流的热量产生水蒸气和/或热水的常规装置包括热回收锅炉，其可以采用或不采用辅助热，其中的一个例子是美国Donlee Technologies公司是系列No.HR-125到750-G的锅炉。最小的这种装置具有较大的尺寸，总长度大约5英尺、宽度大约4英尺、高度接近5英尺。该较小的锅炉装置的干重通常超过一吨。在该系列中的其它机组的重量、高度、宽度、长度是其的两倍或三倍，并超过三吨。这种常规锅炉的大尺寸和大重量对于现今的较小的燃料重整器和燃料电池系统而言是不适用的，这种燃料重整器和燃料电池系统的系统尺寸不比当前工艺水平的水蒸气发生器大多少，该水蒸气发生器明显小于上述锅炉。常规的热交换器可提供被加热的气体或液体，但是其没有设计成在各种商用过程中产生水蒸气。例如，常规装置是由Spirec N.A.，U.S.A.制造的螺旋板式热交换器，例如在美国专利3705618，3854530，和3823458中进行了描述，这些内容通过引证在此引入。上述专利中所描述的热交换器的缺点在于它们不能有效地产生水蒸气。因此在现有技术中存在着这样一种需要，即，使用适于现今的工艺过程、动力系统、和部件的装置来有效地产生水蒸气。因此，可有效地产生水蒸气并实现多个其它功能的改进的模块化装置代表了对现有技术的重大改进。
技术实现思路
本专利技术涉及相对较小或小型的汽化器，其在小型能量系统的应用场合中例如采用化学重整器和燃料电池的系统中可有效地使得过程流体汽化。本专利技术的汽化器可使用加热介质例如由动力系统产生的热废气作为加热源，以便产生水蒸气或使得过程流体(例如液体化学品或燃料)蒸发。本专利技术的汽化器可选择性地构造，以便使过程流体汽化，由此用作小型的水蒸气发生器；或以便使过程流体蒸发，由此用作小型蒸发器或热交换器；或以便使过程流体蒸发并将该过程流体与另一介质混合。该蒸发器/混合器结构可用于重整器设备，其中液体化学品或燃料(例如汽油、柴油、甲醇等)需要首先蒸发并与水蒸气混合，该混合是在所形成的混合物引入到转化器(例如重整器或燃料电池)之前进行的。本专利技术还描述了一种在单个一体装置中可实现汽化和混合的组合功能的装置。依据本专利技术的一个方面，适于与化学转化器一起使用的汽化器或蒸发器/混合器包括一个形成一腔的壳体以及设置在该腔内的束元件。该束元件包括与一个或多个热交换表面流体连通的导管，该热交换表面限定一不采用或没有挡板的受限流动容积。依据本专利技术的另一方面，该壳体构造成便于在使用中大致定向成处于垂直位置。在该位置，过程流体经设置在该壳体的底部处的入口被引入到该导管，并且该过程流体从位于该壳体的顶部处的出口离开该导管。依据本专利技术的再一方面，该束元件包括形成所述热交换表面的多薄片层，并且该多薄片层围绕该导管卷绕并设置成与该导管流体连通。该多薄片层沿选定的外边缘密封。依据本专利技术的再一方面，该多薄片层的一个或多个薄片包括表面部件，例如大致平行成排的凹陷或波纹。依据本专利技术的再一方面，该热交换表面包括多个薄片，所述薄片中的至少一个具有表面部件，其形成用于使薄片彼此间隔开以便形成流动通道的间隔件。依据本专利技术的再一方面，该束元件包括多个设置在该导管内的管，并且所述多个管中的至少一个管的壁和该导管形成该热交换表面。附图说明参照附图并结合本专利技术的特定实施例，可更好地理解本专利技术的这些和其它的目的、优点、和特征，在附图中图1A示出了本专利技术的汽化器的截面透视图；图1B示出了图1A所示的束元件的局部截取透视图，其示出了多薄片层和导管部件；图1C示出了图1B所示的束元件围绕导管卷绕时的透视图；图2A-2C示出了常规热交换器的透视图，其采用了挡板和形成在薄片上的不平行的表面部件；图3A示出了本专利技术的汽化器的替代实施例的透视图，其构造成同轴蒸发器/混合器；图3B示出了本专利技术的束元件的替代实施例的截面图；图3C示出了图1A-1C所示的束元件的截面图，其中多薄片层围绕导管卷绕；图4示出了本专利技术的汽化器的另一实施例的局部截取图，其构造成同轴蒸发器/混合器；图5示出了采用本专利技术的多个汽化器的电化学和联供系统的示意图；图6示出了本专利技术的汽化器的另一实施例的局部截取图；图7示出了采用多个汽化器的系统的示意图，其中汽化器依据本专利技术的教示彼此并联流体连接；图8示出了系统的另一实施例的示意图，其采用了依据本专利技术教示的多个汽化器；和图9示出了采用了依据本专利技术教示的多个汽化器的系统的另一实施例。具体实施例方式本专利技术描述一种相对较小或小型的汽化器，其尺寸确定成并构造成使得输入的过程流体(process fluid)例如液体介质汽化，以便由化学转化器或能量装置使用。该过程流体包括水、液体化学品、液体燃料、汽油、柴油、或甲醇。也可使用其它类型的流体。在本文中使用的术语“化学转化器”旨在包括任何适当的结构，其适于接受、处理、或消耗过程流体，其示例包括重整器、燃料电池、热控制堆栈、和使用多个转化器以便提供多种功能的混合式系统。在此使用的术语“汽化器”旨在包括任何适当的热交换结构，其适于或构造成便于在两个或多个流体或介质之间进行热交换和/或混合它们，同时将液体转化成蒸汽。本专利技术的汽化器可选择性地设计成并如此操作，即，使得在采用一个或多个化学转化器的现今的能量系统中的液体介质汽化。本专利技术的汽化器的应用或结构的示例包括使用由动力系统产生的废热作为热源以便产生水蒸气或使得液体化学品或燃料蒸发(蒸发器)，或者使用水蒸气作为热源以使得液体化学品或燃料蒸发。适当的汽化器的示例包括水蒸气发生器、热回收式水蒸气发生器(HRSG)、废热锅炉、蒸发器、蒸发器/混合器、和液体化学品或燃料蒸发器。汽化器的蒸发器/混合器结构可用于重整器设备，其中液体化学品或燃料需要首先蒸发并与水蒸气的加热介质混合，该混合是在被引入到化学转化器例如重整重整反应器之前进行的。依据可选择的实施形式，该汽化器可构造成便于在单个模块化装置中实现汽化和混合的组合功能。图1A示出了本专利技术的汽化器的一个实施例。所示的汽化器10包括限定一腔28的壳体12，该腔具有入口22和出口24。该壳体可具有任何选定的形状和尺寸，并且优选为是柱形的，其直径大约12英寸或更小。束元件14安装在腔28内。在此使用的术语“束元件”旨在包括任何适当的结构以便使得过程流体在该腔内与一个或多个热学介质在热方面相互影响。本专利技术的束元件可包括任何选定数量或布置的部件或零件，并优选为包括一个或多个热交换表面，其可具有任何选定的形状和尺寸。例如，束元件可包括导管和围绕该导管卷绕的多薄片层，这将在以下详细描述。多薄片层可包括形成热交换表面的至少两个薄本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适于与化学转化器一起使用的汽化器，其包括：形成一腔的壳体；和设置在该腔内的束元件，其中，该束元件包括与一个或多个热交换表面流体连通的导管，所述热交换表面限定一没有挡板的受限流动容积。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MS苏，
申请(专利权)人：兹特克公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]