燃料重整装置和燃料电池系统制造方法及图纸

一种燃料重整装置，其包括：绝热容器、重整器、被构造成减少气体中的ＣＯ的ＣＯ处理单元、重整器加热单元、绝热元件和催化剂单元。该绝热容器具有开口。该重整器被提供在绝热容器中并且将燃料重整而得到含有Ｈ↓［２］和ＣＯ的气体。该重整器加热单元被构造成含有用于氢气燃烧反应的第一催化剂并且被构造成利用该燃烧反应将重整器加热。该绝热元件覆盖了绝热容器的开口。该催化剂单元被构造成提供在绝热容器中并且被构造成含有用于可燃气体燃烧反应的第二催化剂。

【技术实现步骤摘要】
燃料重整装置和燃料电池系统                   相关申请的交叉引用本申请基于并且要求了于2005年3月30日提交的在先日本专利申请No.2005-097970的优先权，该在先申请的整个内容在此引入作为参考。                       专利技术背景1.专利
本专利技术涉及了一种适用于微型化的燃料重整装置和燃料电池系统。2.相关技术的描述近年来，随着半导体技术的发展，各种电子器件例如手机、摄影机和计算机已经被微型化并且还对它们的可携带性作出了要求。作为满足这些要求的电源，传统上使用了可携带的一次电池和二次电池。然而从它们的功能的观点出发，一次电池和二次电池的使用时间有限，使用了这些电池的电子器件等的运行时间也受到限制。即是说，尽管如果使用了一次电池和放电结束，则可以通过更换电池来驱动电子器件，但一次电池的使用时间相对于它的重量而言仍然短，因此一次电池并不适用于便携式的器件。虽然二次电池可以在放电结束后重新充电，但电子器件的使用场所还是受到了限制，因为需要用于重新充电的电源并且要花费很多时间将电池重新充电。特别而言，引入了二次电池的电子器件的使用时间是有限的，因为即使电池的放电结束也不能更换电池。因此难以用常规的一次电池或二次电池来长时间地驱动各种小的器件，并且需要一种适用于更长时间地驱动的电池。作为该问题的一种解决方式，燃料电池近年来已经引起了公众的-->注意。燃料电池不仅具有能够仅仅通过提供燃料和氧化剂而发电的优点，而且还具有能够仅仅通过更换燃料而连续发电的优点。出于该原因，如果要实现便携式电子器件的微型化，据信燃料电池是一种极其有效的用于驱动便携式电子器件的系统。在常用的燃料电池领域中，已经开发了使用燃料电池的燃料电池系统。在燃料电池中，燃料通过内部装有重整催化剂的重整器进行重整以生成含有氢气的重整气体。燃料的例子包括水和轻质烃例如天然气和石脑油，以及水和醇例如甲醇。将重整气体供送到燃料电池的燃料电极，并且将空气供送到氧化剂电极。由于这种燃料电池系统与使用液体燃料例如甲醇的直接甲醇燃料电池等相比而具有更高的电压并且确保了更高的效率，因此可以期待其减少的尺寸和增强的性能。带有重整器的燃料电池系统使用包括水和可燃物质例如碳氢化物和醇的燃料。通过重整获得的气体(重整气体)含有作为副产物的约1％-2％的一氧化碳以及氢气。因此，对于将带有重整器的燃料电池系统用作便携式电子器件的电源而言，则需要充分的安全措施。该措施的一个例子披露于日本专利申请特开Nos.2002-93435和2003-45457中。日本专利申请特开No.2002-93435描述了通过将用于从燃料电池等中泄漏的氢气燃烧反应的贵金属催化剂提供到容纳燃料电池的壳体中而防止壳体中泄漏的氢气免于沉积，因为即使当燃料电池系统的通风机停机时，也可以通过该燃烧反应将壳体中泄漏的氢气转化成水。日本专利申请特开No.2003-45457披露了这样一种燃料电池系统：其中具有蒸发单元(30)和用于将重整器(6)加热的燃烧器(31)的重整装置(5)被由绝热材料形成并且底部具有圆柱形的泄漏气体收集单元(20)密封。日本专利申请特开No.2003-45457中披露的该燃料电池系统中的燃烧器(31)将从重整装置(5)中泄漏的气体燃烧。如果将带有重整器的燃料电池系统装在便携式器件上，则会由于尺寸和成本的限制而难以使用高精度流动速率的监控器和控制单元。这使得仅仅采用催化燃烧的热量难以准确地控制重整器的温度。一般-->而言，重整器是绝缘的以减少热损耗；并且由于催化燃烧量的轻微差异，重整器的温度容易极大地变化。控制重整器温度的方法的例子已经披露于日本专利No.2715500和日本专利申请特开No.11-86893中。日本专利No.2715500描述了以下内容：通过用甲醇重整装置的燃烧器将燃料电池的未反应的氢气燃烧而提供用于甲醇重整装置的催化层的最佳热量，并且当甲醇重整装置的催化层温度降低至特定的控制温度范围或者更低时用加热体将催化层加热。日本专利申请特开No.11-86893披露了通过在启动或瞬变响应的时候将重整装置的重整催化层加热而在启动或瞬变响应时提前生成富含氢气的气体，由此减少了从启动到发电的时间。顺便提及，已经需要非水二次电池例如锂离子二次电池以确保当由于过量充电或短路或者不正确的处理例如长时间置留于高温环境下而导致电池内压不正常升高时的安全性，并且以确保正常使用中的安全性。因此，非水二次电池包括通过电池内压驱动的安全阀或者防爆阀(例如日本专利申请特开Nos.5-314959和9-245759以及日本未审申请特开No.58-17332)。                        专利技术简述根据本专利技术的一个方面，提供了一种燃料重整装置，其包括：具有开口的绝热容器；提供在绝热容器中并且将燃料重整得到含有H2和CO的重整气体的重整器；减少重整气体中的CO的CO处理单元；包含用于氢气燃烧反应的第一催化剂、被构造成利用该燃烧反应将重整器加热的重整器加热单元；覆盖绝热容器的开口的绝热元件；和提供在绝热容器中并且包含用于可燃气体燃烧反应的第二催化剂的催化剂单元。-->根据本专利技术的另一方面，提供了一种燃料电池系统，其包括：具有开口的绝热容器；提供在绝热容器中并且将燃料重整得到含有H2和CO的重整气体的重整器；减少重整气体中的CO的CO处理单元；由CO处理单元提供重整气体的燃料电池；包含用于氢气燃烧反应的第一催化剂、被构造成利用该燃烧反应将重整器加热的重整器加热单元；覆盖绝热容器的开口的绝热元件；和提供在绝热容器中并且包含用于可燃气体燃烧反应的第二催化剂的催化剂单元。根据本专利技术的另一方面，提供了一种燃料电池系统，其包括：将燃料重整得到气体的重整器；包含至少一个通过使用该气体进行发电反应的电池的燃料电池；第一加热器，其包含有用于从燃料电池中放出的未使用气体燃烧反应的催化剂并且利用该燃烧反应将重整器加热；将重整器加热的第二加热器；基于重整器的温度对第二加热器的输出功率实施反馈控制的温度控制器；和根据下式(1)控制提供给第二加热器的功率的加热器功率控制单元：             Wout＝Wcnt1-ΔHcmb×(Fdsn-NI/nF)    (1)其中Wout是提供给第二加热器的功率(W)；Wcnt1是由温度控制器的反馈控制得到的第二加热器的输出功率(W)；ΔHcmb是气体的燃烧热(J/mol)；Fdsn是对所述至少一个电池的气体供送量(mol/s)；N是组成所述至少一个电池的电池数量；I是每个电池的电流(A)；n是发电反应中所涉及的电子的数量；F是法拉第常数。-->根据本专利技术的另一方面，提供了一种燃料电池系统，其包括：将燃料重整得到气体的重整器；包含至少一个通过使用该气体进行发电反应的电池的燃料电池；第一加热器，其包含有用于从燃料电池中放出的未使用气体燃烧反应的催化剂并且利用该燃烧反应将重整器加热；将重整器加热的第二加热器；控制重整器温度的温度控制器；和控制提供给第二加热器的功率以满足下式(2)的加热器功率控制单元：           Wout＝Q1+Q2-ΔHcmb×(Fdsn-NI/nF)    (2)其中Wout是提供给第二加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料重整装置，其包括：具有开口的绝热容器；提供在绝热容器中并且将燃料重整得到含有Ｈ↓［２］和ＣＯ的重整气体的重整器；减少重整气体中的ＣＯ的ＣＯ处理单元；包含用于氢气燃烧反应的第一催化剂、被构造成利用该燃烧 反应将重整器加热的重整器加热单元；覆盖绝热容器的开口的绝热元件；和提供在绝热容器中并且包含用于可燃气体燃烧反应的第二催化剂的催化剂单元。

【技术特征摘要】
JP 2005-3-30 2005-0979701.一种燃料重整装置，其包括：具有开口的绝热容器；提供在绝热容器中并且将燃料重整得到含有H2和CO的重整气体的重整器；减少重整气体中的CO的CO处理单元；包含用于氢气燃烧反应的第一催化剂、被构造成利用该燃烧反应将重整器加热的重整器加热单元；覆盖绝热容器的开口的绝热元件；和提供在绝热容器中并且包含用于可燃气体燃烧反应的第二催化剂的催化剂单元。2.根据权利要求1的燃料重整装置，其中该开口与绝热容器的纵向方向垂直，并且催化剂单元被提供在沿着绝热容器的纵向方向的内壁上。3.根据权利要求1的燃料重整装置，其进一步包括将氧气供送给重整器加热单元和催化剂单元的空气泵。4.根据权利要求1的燃料重整装置，其进一步包括利用催化剂单元的温度升高来探测可燃气体的探测单元。5.根据权利要求4的燃料重整装置，其进一步包括将燃料供送给重整器的燃料供给单元，并且其中探测单元被构造成当催化剂单元的温度升高量达到20℃或更多时则停止燃料供给单元。6.一种燃料电池系统，其包括：具有开口的绝热容器；提供在绝热容器中并且将燃料重整得到含有H2和CO的重整气体的重整器；减少重整气体中的CO的CO处理单元；由CO处理单元提供重整气体的燃料电池；包含用于氢气燃烧反应的第一催化剂、被构造成利用该燃烧反应-->将重整器加热的重整器加热单元；覆盖绝热容器的开口的绝热元件；和提供在绝热容器中并且包含用于可燃气体燃烧反应的第二催化剂的催化剂单元。7.根据权利要求6的燃料电池系统，其中该开口与绝热容器的纵向方向垂直，并且催化剂单元被提供在沿着绝热容器的纵向方向的内壁上。8.根据权利要求6的燃料电池系统，其进一步包括将氧气供送给重整器加热单元和催化剂单元的空气泵。9.根据权利要求6的燃料电池系统，其进一步包括利用催化剂单元的温度升高来探测可燃气体的探测单元。10.根据权利要求9的燃料电池系统，其进一步包括将燃料供送给重整器的燃料供给单元，并且其中探测单元被构造成当催化剂单元的温度升高量达到20℃或更多时则停止燃料供给单元。11.根据权利要求6的燃料电池系统，其进一步包括：容纳燃料电池的壳体；和提供在该壳体中并且包含用于可燃气体燃烧反应的第二催化剂的催化剂单元。12.一种燃料电池系统，其包括：将燃料重整得到气体的重整器；包含至少一个通过使用该气体进行发电反应的电池的燃料电池；第一加热器，其包含有用于从燃料电池中放出的未使用气体燃烧反应的催化剂并且利用该燃烧反应将重整器加热；将重整器加热的第二加热器；基于重整器的温度对第二加热器的输出功率实施反馈控制的温度控制器；和根据下式(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：五十崎义之，佐藤裕辅，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]