專利名稱：反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種反應(yīng)器，所述反應(yīng)器使未反應(yīng)的物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)以生成至少兩種產(chǎn)物并將至少一種產(chǎn)物從所述至少兩種產(chǎn)物中分離和去除。
背景技術(shù)：
常規(guī)地，由燃料和水蒸氣生成氫的燃料重整器是已知的(例如參見JP-A-2003-119002)。在JP-A-2003-119002中描述的常規(guī)技術(shù)包括通過以多層方式堆疊例如燃料重整催化劑層和可滲透氫的膜形成的結(jié)構(gòu)，所述燃料重整催化劑層通過燃料的蒸汽重整來產(chǎn)生氫，氫通過所述可滲透氫的膜從具有作為主成份的通過蒸汽重整所生成的氫的氣體選擇性地滲透。根據(jù)該常規(guī)技術(shù)，甲醇(Me-OH)用作重整的燃料，由鈀合金支撐的可滲透氫的膜設(shè)置成面朝氣體通路，包括作為主成分的氫的氣體流過所述氣體通路。用于在氣體通路中產(chǎn)生的反應(yīng)的反應(yīng)式由以下化學(xué)反應(yīng)式I來表示:化學(xué)反應(yīng)式1:MeOH — H2+C0當(dāng)氫通過氫分離膜分離時(shí)，上述反應(yīng)進(jìn)入非平衡狀態(tài)。相應(yīng)地，所生成的氫的量可以增加。因此，上述反應(yīng)的溫度可以降低，重整溫度可以下降。然而，根據(jù)在JP-A-2003-119002中描述的上述常規(guī)技術(shù)，可滲透氫的膜用作將氫從重整所生成的氣體(重整氣體)分離出來的裝置。于是，給定膜的強(qiáng)度，則從重整氣體分離出的氫的流量不會(huì)增加，另外，在所述膜的上游側(cè)和下游側(cè)之間的壓差(差壓)難以保證。因此，為了以它們的期 望的量來保證從重整氣體分離出的氫的流量和在所述膜的上游側(cè)和下游側(cè)之間的差壓，必須增加可滲透氫的膜的面積因而整個(gè)燃料重整器的尺寸增加。另外，根據(jù)JP-A-2003-119002的常規(guī)技術(shù)，由于可滲透氫的膜固定于框架體中，因此需要在可滲透氫的膜和框架體之間設(shè)置密封。上述常規(guī)技術(shù)的燃料重整器具有通過將可滲透氫的膜、燃料重整催化劑層等以多層方式堆疊而獲得的結(jié)構(gòu)。因此，密封長度變長。于是，需要將大量勞動(dòng)花費(fèi)在密封中，生產(chǎn)成本也變高。進(jìn)而，作為昂貴的貴重金屬的鈀合金用作可滲透氫的膜的材料。因此，生產(chǎn)成本甚至更高。

發(fā)明內(nèi)容
本申請的目的之一在于，提供一種可以減小尺寸和降低生產(chǎn)成本的反應(yīng)器。為了實(shí)現(xiàn)本申請的目的，提供了一種反應(yīng)器，包括反應(yīng)部分和去除部分。反應(yīng)部分配置成借助于未反應(yīng)物質(zhì)的反應(yīng)而產(chǎn)生至少兩種產(chǎn)物。去除部分配置成選擇性地吸留來自至少兩種產(chǎn)物的至少一種產(chǎn)物，以便分離和去除該至少一種產(chǎn)物。去除部分包括吸收劑和冷卻單元。吸收劑在選擇性地吸留所述至少一種產(chǎn)物時(shí)釋放熱量。冷卻單元配置成去除由吸收劑所釋放的熱量。


本公開的上述及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將從參照附圖的以下詳細(xì)說明變得更加清楚，其中:圖1是示出根據(jù)一實(shí)施例的燃料供給系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的圖；圖2是示出根據(jù)該實(shí)施例的重整器的示意圖；和圖3是示出根據(jù)該實(shí)施例的第一重整部分的部分透明的透視圖。
具體實(shí)施例方式下面參照圖1至圖3對實(shí)施例進(jìn)行描述。在本實(shí)施例中，本發(fā)明的反應(yīng)器應(yīng)用于燃料供給系統(tǒng)10。該燃料供給系統(tǒng)10應(yīng)用于車輛，并將燃料供給至作為能量輸出單元的發(fā)動(dòng)機(jī)(內(nèi)燃機(jī))EG，所述能量輸出單元輸出用于車輛行駛的驅(qū)動(dòng)力(機(jī)械能)。燃料供給系統(tǒng)10包括作為液體燃料貯存器的高壓箱I，用于貯存加壓和液化的高壓液體燃料。燃料的分子包括至少一個(gè)氫原子，該燃料用作貯存在該高壓箱I中的燃料。通過使用分子包括至少一個(gè)氫原子的燃料作為燃料，可以通過燃料的重整而產(chǎn)生易燃的氫氣。燃料可以是易燃的，以便其可以作為發(fā)動(dòng)機(jī)EG中的燃料燃燒，而且即使在常溫(大約15攝氏度至25攝氏度)下也可以在高壓下被容易地液化，從而降低其生產(chǎn)成本。因此，在本實(shí)施例中，氨(NH3)用作分子包含三個(gè)氫原子和一個(gè)氮原子的燃料，其易燃，并且甚至在常溫下也可以在1.5MPa或更低的壓強(qiáng)下液化。除此之外，二甲醚、含有酒精的燃料等可以用作具有等同特性的燃料。而且，可以采用含有氫的燃料；分子 中含有硫(S)、氧(O)、氮(N)和鹵素中的至少一種原子的燃料；以及在分子之間產(chǎn)生氫鍵的燃料。汽化器2的燃料流入口連接至高壓箱I的燃料流出口。汽化器2是用于使從高壓箱I流出的液相狀態(tài)的燃料(液體燃料)汽化的汽化裝置。由汽化器2所汽化的處于氣相狀態(tài)的燃料(氣體燃料)流出汽化器2的燃料流出口。從汽化器2流出的氣體燃料流分支成兩個(gè)流。一條分支的氣體燃料流入燃料噴射閥(噴射器)，所述燃料噴射閥將氣體燃料噴射和供給至發(fā)動(dòng)機(jī)EG的燃燒室中。另一個(gè)分支的氣體燃料流入重整器3中，重整器3將氣體燃料重整以生成氫氣。重整器3是用于在催化劑的影響下將氣體燃料加熱至重整溫度和用于引起重整反應(yīng)以產(chǎn)生氫氣的重整裝置(反應(yīng)器)。在本實(shí)施例中，氨作為含有氫的燃料被用作燃料。于是，該燃料被加熱至300攝氏度至700攝氏度的范圍，重整反應(yīng)由此在催化劑的作用下開始以產(chǎn)生氫氣。如圖2所示，重整器3包括兩個(gè)重整部分3a、3b。重整部分3a、3b分別包括:燃料通路形成構(gòu)件31a、31b，其限定燃料通路310a、310b，作為用作未反應(yīng)的物質(zhì)的燃料的氨流過燃料通路310a、310b ;反應(yīng)部分32a、32b，所述反應(yīng)部分32a、32b對氨進(jìn)行重整以生成氫和氮兩種產(chǎn)物；和去除部分33a、33b，所述去除部分去除在反應(yīng)部分32a、32b中生成的氮。相應(yīng)地，去除部分33a、33b分別設(shè)置用于反應(yīng)部分32a、32b。反應(yīng)部分32a、32b分別包括用于重整氨以產(chǎn)生氫的催化劑320a、320b。反應(yīng)部分32a、32b分別被設(shè)置于燃料通路310a、310b中。為此，重整部分3a、3b分別被配置成使得流過燃料通路310a、310b的氨與反應(yīng)部分32a、32b中的催化劑320a、320b接觸。在反應(yīng)部分32a、32b中產(chǎn)生的氫和氮分別被排放至燃料通路310a、310b中?？梢詫Υ呋瘎?20a、320b進(jìn)行加熱或冷卻的反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a、34b分別為反應(yīng)部分32a、32b而設(shè)置。這些反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a、34b將在下文中被更詳細(xì)地描述。去除部分33a、33b分別通過選擇性地僅僅將在反應(yīng)部分32a、32b中生成的氫和氮中的氮吸留來分離和去除氮。具體地，去除部分33a、33b分別包括吸收劑330a、330b，所述吸收劑330a、330b借助于氮的物理吸附或氮的固定反應(yīng)來選擇性地吸留氮。通過使用例如沸石或活性炭作為吸收劑330a、330b，氮可以被通過氮的物理吸附被選擇性地吸留。通過使用例如鑰作為吸收劑330a、330b，氮可以基于鑰的絡(luò)合反應(yīng)而被選擇性地吸留。這些吸收劑330a、330b在選擇性地吸留氮時(shí)釋放熱量。去除部分33a、33b分別被設(shè)置在燃料通路310a、310b中。因此，重整部分3a、3b的吸收劑330a、330b分別與從反應(yīng)部分32a、32b釋放到燃料通路310a、310b中的氫和氮接觸。可以對吸收劑330a、330b進(jìn)行加熱或冷卻的去除部分側(cè)熱交換器35a、35b分別為去除部分33a、33b設(shè)置。下文將對這些去除部分側(cè)熱交換器35a、35b進(jìn)行描述。電氣型三通閥36連接至兩個(gè)重整部分3a、3b的燃料入口側(cè)。電氣型三通閥36是通路切換裝置，所述通路切換裝置的操作由從控制裝置(未示出)輸出的控制電壓控制。具體地，電氣型三通閥36包括用作入口、第一出口和第二出口的三個(gè)閥。電氣型三通閥36的入口連接至汽化器2的排放側(cè)。電氣型三通閥36的第一出口連接至兩個(gè)重整部分3a、3b中的一個(gè)重整部分(下文被稱為第一重整部分3a)的燃料入口側(cè)。電氣型三通閥36的第二出口連接至兩個(gè)重整部分3a、3b中的另一個(gè)重整部分(下文被稱為第二重整部分3b)的燃料入口側(cè)。電氣型三通閥36的第一出口是開放的，閥36的第二出口是關(guān)閉的，以使得流出汽化器2的燃料僅僅進(jìn)入第一重整部分3a。另一方面，通過關(guān)閉電氣型三通閥36的第一出口和通過打開閥36的第二出口，流出汽化器2的燃料僅僅進(jìn)入第二重整部分3b。
第一電氣型四通閥37連接至兩個(gè)重整部分3a、3b的排放側(cè)。第一電氣型四通閥37是通路切換裝置，所述通路切換裝置的操作由從控制裝置輸出的控制電壓控制。第一電氣型四通閥37具備在第一回路和第二回路之間切換的功能，第一回路連接在第一重整部分3a的排放側(cè)和發(fā)動(dòng)機(jī)EG的燃料入口側(cè)(具體是噴射器)之間且同時(shí)連接在第二重整部分3b的排放側(cè)和排氣口(未示出)之間，第二回路連接在第一重整部分3a的排放側(cè)和排氣口之間且同時(shí)連接在第二重整部分3b的排放側(cè)和發(fā)動(dòng)機(jī)EG的燃料入口側(cè)之間。用于加熱的熱介質(zhì)或用于冷卻的熱介質(zhì)(此后簡稱為熱介質(zhì))可以流過反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a、34b和去除部分側(cè)熱交換器35a、35b。在本實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)EG的排出氣作為用于加熱的熱介質(zhì)被采用，空氣被用作用于冷卻的熱介質(zhì)。重整器3包括第一熱介質(zhì)回路391和第二熱介質(zhì)回路392，第一熱介質(zhì)回路391將第一重整部分3a中的反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a (下文中被稱為第一反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a)的熱介質(zhì)排放側(cè)和在第二重整部分3b中的去除部分側(cè)熱交換器35b的熱介質(zhì)入口側(cè)相連，第二熱介質(zhì)回路392將第二重整部分3b中的反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34b (下文中被稱為第二反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34b)的熱介質(zhì)排放側(cè)和第一重整部分3a中的去除部分側(cè)熱交換器35a的熱介質(zhì)入口側(cè)相連。第二電氣型四通閥38沿著第一熱介質(zhì)回路391連接至第一反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a的熱介質(zhì)入口側(cè)，且沿著第二熱介質(zhì)回路392連接至第二反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34b的熱介質(zhì)入口側(cè)。第二電氣型四通閥38是流路切換裝置，流路切換裝置的操作由從控制裝置輸出的控制電壓控制。第二電氣型四通閥38具備在第一回路和第二回路之間切換的功能，所述第一回路連接在第一熱介質(zhì)回路391的第一反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a的熱介質(zhì)入口側(cè)和發(fā)動(dòng)機(jī)EG的排出氣出口側(cè)之間，且同時(shí)連接在第二熱介質(zhì)回路392的第二反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34b的熱介質(zhì)入口側(cè)和空氣流入口(未示出)之間，所述第二回路連接在第一熱介質(zhì)回路391的第一反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a的熱介質(zhì)入口側(cè)和空氣流入口之間并且同時(shí)連接在第二熱介質(zhì)回路392的第二反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34b的熱介質(zhì)入口側(cè)和發(fā)動(dòng)機(jī)EG的排出氣出口側(cè)之間。·相應(yīng)地,通過控制第二電氣型四通閥38,沿著第一熱介質(zhì)回路391和第二熱介質(zhì)回路392循環(huán)的熱介質(zhì)可以在排出氣和空氣之間切換。通過第一熱介質(zhì)回路391循環(huán)的排出氣和空氣之中的熱介質(zhì)和通過第二熱介質(zhì)回路392循環(huán)的排出氣和空氣之中的熱介質(zhì)彼此不同。借助于排出氣通過反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a、34b的循環(huán)，催化劑320a、320b可以由在反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a、34b處的排出氣的熱量加熱。因此，在排出氣通過熱交換器34a、34b循環(huán)的情況下，反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a、34b用作對催化劑320a、320b進(jìn)行加熱的加熱單元。另一方面，借助于空氣通過反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a、34b的循環(huán)，空氣在反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a、34b處吸收催化劑320a、320b的熱量以便冷卻催化劑320a、320b。相應(yīng)地，在空氣通過熱交換器34a、34b循環(huán)的情況下，反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a、34b用作對催化劑320a、320b進(jìn)行冷卻的冷卻單元。借助于排出氣通過去除部分側(cè)熱交換器35a、35b的循環(huán)，吸收劑330a、330b可以通過在去除部分側(cè)熱交換器35a、35b處的排出氣的熱量被加熱。相應(yīng)地，在排出氣通過熱交換器35a、35b循環(huán)的情況下，去除部分側(cè)熱交換器35a、35b用作對吸收劑330a、330b進(jìn)行加熱的加熱單元。另一方面，借助于空氣通過去除部分側(cè)熱交換器35a、35b的循環(huán)，空氣在去除部分側(cè)熱交換器35a、35b處吸收吸收劑330a、330b的熱量，以便冷卻吸收劑330a、330b。相應(yīng)地，在空氣通過熱交換器35a、35b循環(huán)的情況下，去除部分側(cè)熱交換器35a、35b用作對吸收劑330a、330b進(jìn)行冷卻的冷卻單元。重整器3的重整部分3a、3b配置成執(zhí)行吸留模式和解吸模式這兩種模式。吸留模式是這樣的模式:其中吸收劑330a、330b在去除部分33a、33b處選擇性地吸留氮且吸收劑330a、330b所釋放的熱量由空氣循環(huán)所通過的去除部分側(cè)熱交換器35a、35b去除。解吸模式是這樣的模式:其中在去除部分33a、33b處，熱量被排出氣循環(huán)通過的去除部分側(cè)熱交換器35a、35b給予吸收劑330a、330b，氮從吸收劑330a、330b解吸。重整器3的重整部分3a、3b配置成使得在吸留模式中，在反應(yīng)部分32a、32b處，熱量由排出氣所流過的反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a、34b給予催化劑320a、320b，以便對氨進(jìn)行重整而產(chǎn)生氫和氮。重整器3的重整部分3a、3b配置成在解吸模式中通過空氣所流過的反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a、34b對催化劑320a、320b進(jìn)行冷卻。在本實(shí)施例中，第二去除部分側(cè)熱交換器35b沿著第一熱介質(zhì)回路391連接至第一反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a的在熱介質(zhì)流動(dòng)方向上的下游側(cè)。相應(yīng)地,當(dāng)排出氣流過第一熱介質(zhì)回路391時(shí)，S卩，當(dāng)解吸模式在第二重整部分3b處執(zhí)行時(shí)，在第二去除部分側(cè)熱交換器35b處，吸收劑330b由在第一反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a處加熱催化劑320a之后的排氣熱量所加熱。類似地，在本實(shí)施例中，第一去除部分側(cè)熱交換器35a沿著第二熱介質(zhì)回路392連接至第二反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34b的在熱介質(zhì)的流動(dòng)方向上的下游側(cè)。相應(yīng)地，當(dāng)排出氣流過第二熱介質(zhì)回路392時(shí)，即當(dāng)解吸模式在第一重整部分3a處執(zhí)行時(shí)，在第一去除部分側(cè)熱交換器35a處，吸收劑330a由在第二反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34b處加熱催化劑320b之后的排氣熱量所加熱。重整器3配置成使得在吸留模式和解吸模式之中的彼此不同的模式在第一重整部分3a和第二重整部分3b之間執(zhí)行。更具體地，重整器3配置成使得當(dāng)吸留模式在第一重整部分3a處執(zhí)行時(shí)，解吸模式在第二重整部分3b處執(zhí)行，且當(dāng)解吸模式在第一重整部分3a處執(zhí)行時(shí)，吸留模式在第二重整部分3b處執(zhí)行。在重整部分3a、3b處執(zhí)行的模式之間的切換由控制裝置通過控制電氣型三通閥36、第一電氣型四通閥37和第二電氣型四通閥38的操作來執(zhí)行。第一電氣型四通閥37和第二電氣型四通閥38的操作與電氣型三通閥36的操作同步。具體地，為了在電氣型三通閥36處切換至使從汽化器2流出的氨流入第一重整部分3a的回路，該回路在第一電氣型四通閥37處被切換至同時(shí)連接在第一重整部分3a的出口側(cè)和發(fā)動(dòng)機(jī)EG的燃料入口側(cè)之間和第二重整部分3b的出口側(cè)和排氣口之間的第一回路；且該回路在第二 電氣型四通閥38處被切換至同時(shí)連接在第一熱介質(zhì)回路391的第一反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a的熱介質(zhì)入口側(cè)和發(fā)動(dòng)機(jī)EG的排出氣出口側(cè)之間且在第二熱介質(zhì)回路392的第二反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34b的熱介質(zhì)入口側(cè)和空氣流入口之間的第一回路。另一方面，為了在電氣型三通閥36處切換至使從汽化器2流出的氨流入到第二重整部分3b的回路，該回路在第一電氣型四通閥37處切換至同時(shí)連接在第一重整部分3a的出口側(cè)和排氣口之間且在第二重整部分3b的出口側(cè)和發(fā)動(dòng)機(jī)EG的燃料入口側(cè)之間的第二回路中；且該回路在第二電氣型四通閥38處切換至同時(shí)連接在第一熱介質(zhì)回路391的第一反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a的熱介質(zhì)入口側(cè)和空氣流入口之間且在第二熱介質(zhì)回路392的第二反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34b的熱介質(zhì)入口側(cè)和發(fā)動(dòng)機(jī)EG的排出氣出口側(cè)之間的第二回路中。在本實(shí)施例中，控制裝置配置成使得當(dāng)吸留模式在這兩個(gè)重整部分3a、3b中的一個(gè)重整部分3a處執(zhí)行且解吸模式在另一個(gè)重整部分3b處執(zhí)行時(shí)，在吸收劑330b中吸留的氮已經(jīng)在所述另一重整部分3b處完全解吸之后，重整部分3a、3b的模式被切換至與它們原本的模式不同的模式。更具體地，為重整部分3a、3b分別提供檢測燃料通路310a、310b中的氮濃度的氮濃度傳感器39a、39b。通過由這些氮濃度傳感器39a、39b檢測燃料通路310a、310b中的氮濃度，可以評估被吸留到吸收劑330a、330b中的氮是否已經(jīng)被完全解吸。
例如，當(dāng)吸留模式在第一重整部分3a處執(zhí)行且解吸模式在第二重整部分3b處執(zhí)行時(shí)，在第二重整部分3b的燃料通路310b中的氮濃度由氮濃度傳感器39b檢測；且如果控制裝置基于該檢測的結(jié)果確定吸留到第二重整部分3b的吸收劑330b中的氮已經(jīng)都被解吸，則控制裝置切換電氣型三通閥36、第一電氣型四通閥37和第二電氣型四通閥38以便在第一重整部分3a處執(zhí)行解吸模式和在第二重整部分3b處執(zhí)行吸留模式。氮在吸收劑330a、330b中的吸留速度和解吸速度不必相同。然而，通過控制在去除部分側(cè)熱交換器35a、35b處輸入吸收劑330a、330b中的熱量，可以控制氮的吸留速度和解吸速度。接下來，將描述重整部分3a、3b的詳細(xì)配置。因?yàn)榈谝恢卣糠?a和第二重整部分3b具有類似的配置，所以在下面的描述中將對第一重整部分3a進(jìn)行解釋，而對第二重整部分3b的解釋將被省略。如圖3所示，第一重整部分3a具有三重管(treble pipe)結(jié)構(gòu)。更具體地，第一重整部分3a包括外管41、內(nèi)管42和中間管43，外管41限定了排出氣和空氣中的一種熱介質(zhì)所流過的第一熱介質(zhì)通路410，內(nèi)管42位于外管41的內(nèi)側(cè)，限定了排出氣和空氣中的另一熱介質(zhì)所流過的第二熱介質(zhì)通路420，中間管43位于外管41和內(nèi)管42之間，限定燃料通路 310a。催化劑320a設(shè)置在內(nèi)管42的外壁表面上，即設(shè)置在與燃料通路310a相對的管42的表面上，由此形成反應(yīng)部分32a。催化劑320a配置成能夠通過內(nèi)管42的外壁表面與在第二熱介質(zhì)通路420中流過的熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換。相應(yīng)地，內(nèi)管42的外壁表面用作反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a。吸收劑330a設(shè)置在中間管43的內(nèi)壁表面上，即設(shè)置在與燃料通路310a相對的管43的表面上，由此形成去除部分33a。吸收劑330a配置成能夠通過中間管43的內(nèi)壁表面與在第一熱介質(zhì)通路410中流 過的熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換。相應(yīng)地，中間管43的內(nèi)壁表面用作去除部分側(cè)熱交換器35a。如上所述，氮在去除部分33a、33b處被選擇性地吸留到吸收劑330a、330b中；同時(shí)，由吸收劑330a、330b釋放的熱量由去除部分側(cè)熱交換器35a、35b去除。因此，氮可以在不使用可滲透膜的情況下被分離和去除。因此，因?yàn)榭蓾B透膜不被使用，所以不論是在燃料的大流量或高壓的情況下，去除部分33a、33b不會(huì)損壞，且可以確保分離去除功能。換句話說，因?yàn)闆]有使用可滲透膜，所以不必為了確保分離去除功能而增加整個(gè)重整器3的尺寸。另外，因?yàn)闆]有使用可滲透膜，所以在可滲透膜和框架體之間的密封不是必要的，從而避免了密封的麻煩，由此可以降低生產(chǎn)成本。在本實(shí)施吸收劑330a、330b置于燃料通路310a、310b中以與氮直接接觸。于是，因?yàn)椴槐靥峁┪談?30a、330b與系統(tǒng)外部(外界)之間的接觸部分，所以可以進(jìn)行可靠的密封。進(jìn)而，常規(guī)的可滲透膜通常由貴重金屬制成。通過使用替代該可滲透膜的吸收劑330a、330b，氮可以被分離和去除。相應(yīng)地，生產(chǎn)成本可以被進(jìn)一步降低。于是，重整器3可以減小尺寸且其生產(chǎn)成本可以降低。在本實(shí)施例中，沿著第一熱介質(zhì)回路391和第二熱介質(zhì)回路392，反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a、34b布置在去除部分側(cè)熱交換器35a、35b的在熱介質(zhì)的流動(dòng)方向上的上游側(cè)上。相應(yīng)地，在去除部分側(cè)熱交換器35a、35b處，在解吸模式中，吸收劑330a、330b由加熱催化劑320a、320b之后的排氣熱進(jìn)行加熱。因此，在反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a、34b處，催化劑320a、320b首先被發(fā)動(dòng)機(jī)EG的排出氣的熱量(排氣熱)進(jìn)行加熱。結(jié)果，催化劑320a、320b可以被充分地加熱。然后，在加熱催化劑320a、320b之后，吸收劑330a、330b在去除部分側(cè)熱交換器35a、35b處被排氣熱加熱。因此，可以有效地使用發(fā)動(dòng)機(jī)EG的排氣熱。另外，在本實(shí)施例中，在第一重整部分3a處和第二重整部分3b處執(zhí)行吸留模式和解吸模式中的彼此不同的模式。相應(yīng)地，解吸模式可以在第一重整部分3a和第二重整部分3b中的任一個(gè)處執(zhí)行而不會(huì)失敗。因此，氮可以恒定地從第一重整部分3a和第二重整部分3b中的任一個(gè)解吸以被供給至發(fā)動(dòng)機(jī)EG。通過將供給至反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a、34b和去除部分側(cè)熱交換器35a、35b的熱介質(zhì)在排出氣和空氣之間切換，在第一重整部分3a和第二重整部分3b處執(zhí)行的模式可以在吸留模式和解吸模式之間被切換。相應(yīng)地，在第一重整部分3a處和第二重整部分3b處執(zhí)行的模式可以使用簡化的配置被切換。在本實(shí)施例中，第一重整部分3a和第二重整部分3b配置成具有三重管結(jié)構(gòu)。相應(yīng)地，通過將供給至第一熱介質(zhì)通路410和第二熱介質(zhì)通路420的熱介質(zhì)在排出氣和空氣之間進(jìn)行切換，在第一重整部分3a和第二重整部分3b處執(zhí)行的模式可以被在吸留模式和解吸模式之間切換。于是，可以容易地和可靠地實(shí)現(xiàn)以下配置:其中在第一重整部分3a處和第二重整部分3b處執(zhí)行的模式可以在吸留模式和解吸模式之間進(jìn)行切換。下面將描述上述實(shí)施例的修改。本申請不限于上述實(shí)施例，且在不背離本發(fā)明的保護(hù)范圍的情況下可以進(jìn)行如下各種修改:(I)在上述實(shí)施例中，去除部分側(cè)熱交換器35a、35b作為對吸收劑330a、330b進(jìn)行冷卻的冷卻單元和對吸收劑330a、330b進(jìn)行加熱的加熱單元使用。示出了吸收劑330a、330b通過切換流過去除部分側(cè)熱交換器35a、35b的熱介質(zhì)而被冷卻或加熱。然而，除此之夕卜，不同的熱交換器(例如用于冷卻的熱交換器和用于加熱的熱交換器)可以分別被用作冷卻單元和加熱單元。類似地，反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a、34b作為對催化劑320a、320b進(jìn)行冷卻的冷卻單元和對催化劑320a、320b進(jìn)行加熱的加熱單元而使用。示例了催化劑320a、320b通過切換流過反應(yīng)部分側(cè)熱交換器34a、34b的熱介質(zhì)而被冷卻或加熱。然而，不同的熱交換器可以分別被用于冷卻單元和加熱單元。(2)在上述實(shí)施例中，示例了重整器3配置成使得在第一重整部分3a和第二重整部分3b處執(zhí)行吸留模式和解吸模式中的彼此不同的模式。然而，與此不同，重整器3可以被配置成使得在第一重整部分3a和第二重整部分3b處執(zhí)行彼此相同的模式。(3)在上述實(shí)施例中，示例了重整器3被配置成包括兩個(gè)重整部分(即第一重整部分3a和第二重整部分3b)。然而，與此不同，可以提供一個(gè)重整部分或三個(gè)重整部分或更多個(gè)重整部分?？傊鲜鰧?shí)施例的反應(yīng)器3可以被描述如下:反應(yīng)器3包括反應(yīng)部分32a、32b和去除部分33a、33b。反應(yīng)部分32a、32b配置成借助于未反應(yīng)的物質(zhì)的反應(yīng)生成至少兩種產(chǎn)物。去除部分33a、33b配置成從所述至少兩種產(chǎn)物中選擇性地吸留至少一種產(chǎn) 物以便分離和去除所述至少一種產(chǎn)物。去除部分33a、33b包括吸收劑330a、330b和冷卻單元35a、35b。吸收劑330a、330b在選擇性地吸留所述至少一種產(chǎn)物時(shí)釋放熱量。冷卻單元35a、35b配置成去除由吸收劑330a、330b所釋放的熱量。相應(yīng)地，在去除部分33a、33b處，至少一種產(chǎn)物被選擇性地吸留到吸收劑330a、330b中，同時(shí)，由吸收劑330a、330b所釋放的熱量由冷卻單元35a、35b去除。因此，可以在不使用可滲透膜的情況下分離和去除至少一種產(chǎn)物。因此，因?yàn)闆]有使用可滲透膜，所以盡管未反應(yīng)的物質(zhì)具有大流量或高壓，去除部分33a、33b不被損壞，且分離去除功能可以得到保證。換而言之，因?yàn)闆]有使用可滲透膜，所以不需要為了確保分離去除功能而增加整個(gè)反應(yīng)器的尺寸。另外，因?yàn)闆]有使用可滲透膜，可滲透膜和框架體之間的密封變得不必要，從而避免了密封的麻煩，由此可以降低生產(chǎn)成本。進(jìn)而，常規(guī)的可滲透膜通常由貴重金屬制成?？梢酝ㄟ^使用替代該可滲透膜的吸收劑330a、330b來分離和去除至少一種產(chǎn)物。相應(yīng)地，可以進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。于是，反應(yīng)器可以被縮小尺寸，其生產(chǎn)成本可以被降低。
·
從至少兩種產(chǎn)物選擇性地吸留至少一種產(chǎn)物意味著，N (N:等于或大于I且等于或小于(M-1)的整數(shù))種產(chǎn)物被從M(M:大于等于2的整數(shù))種產(chǎn)物中選擇性地吸留。反應(yīng)部分32a、32b可以包括至少兩個(gè)小的反應(yīng)部分32a、32b。去除部分33a、33b可以為所述至少兩個(gè)小的反應(yīng)部分32a、32b中的每一個(gè)提供，且包括:吸收劑330a、330b，所述吸收劑330a、330b在選擇性地吸留所述至少一種產(chǎn)物時(shí)釋放熱量和在將被吸留的所述至少一種產(chǎn)物進(jìn)行解吸時(shí)吸收熱量；冷卻單元35a、35b，所述冷卻單元35a、35b去除由吸收劑330a、330b所釋放的熱量；和加熱單元35a、35b，所述加熱單元35a、35b配置成將熱量給予吸收劑330a、330b。去除部分33a、33b可以配置成能夠執(zhí)行:吸留模式，其中吸收劑330a,330b選擇性地吸留所述至少一種產(chǎn)物，冷卻單元35a、35b去除由吸收劑330a、330b所釋放的熱量；或解吸模式，其中加熱單元35a、35b將熱量給予吸收劑330a、330b，且所述至少一種產(chǎn)物從吸收劑330a、330b解吸。相應(yīng)地，可以在分別為小的反應(yīng)部分32a、32b提供的去除部分33a、33b中的每一個(gè)處執(zhí)行吸留模式或解吸模式。因此，可以在期望的時(shí)間執(zhí)行至少一種產(chǎn)物的吸留和解吸。反應(yīng)器3可以適用于燃料供給系統(tǒng)10，燃料供給系統(tǒng)10將燃料供給至能量輸出單元EG，能量輸出單元EG通過氫或燃料的氧化來輸出能量，該燃料的分子包括至少一個(gè)氫原子。所述至少兩個(gè)小的反應(yīng)部分32a、32b中的每一個(gè)可以配置成使燃料反應(yīng)以生成氫和除氫以外的產(chǎn)物。在解吸模式中，加熱單元35a、35b可以通過在能量輸出單元EG中的氫或燃料氧化時(shí)產(chǎn)生的熱量來加熱吸收劑330a、330b。所述至少兩個(gè)小的反應(yīng)部分32a、32b中的每一個(gè)可以包括將燃料重整以生成氫的催化劑320a、320b。在吸留模式中，催化劑320a、320b可以通過在能量輸出單元EG中的氫或燃料氧化時(shí)產(chǎn)生的熱量而被加熱。在解吸模式中，加熱單元35a、35b可以通過加熱催化劑320a、320b之后的排氣熱對吸收劑330a、330b進(jìn)行加熱。相應(yīng)地，催化劑320a、320b首先通過在能量輸出單元EG處氧化燃料或氫時(shí)產(chǎn)生的熱量被加熱。因此，催化劑320a、320b可以被充分地加熱。因?yàn)槲談?30a、330b被加熱催化劑320a、320b之后的排氣熱加熱，所以可以有效地利用在能量輸出單元EG處氧化燃料或氫時(shí)所產(chǎn)生的熱量。
所述至少兩個(gè)小的反應(yīng)部分32a、32b可以包括兩個(gè)小的反應(yīng)部分32a、32b。去除部分33a、33b可以是兩個(gè)去除部分33a、33b中的一個(gè)，兩個(gè)去除部分33a、33b中的每個(gè)為這兩個(gè)小的反應(yīng)部分32a、32b中的對應(yīng)的一個(gè)所提供。這兩個(gè)去除部分33a、33b包括一個(gè)去除部分33a和另一個(gè)去除部分33b。吸留模式在所述一個(gè)去除部分33a處進(jìn)行，而解吸模式在所述另一個(gè)去除部分33b處進(jìn)行，或者，吸留模式在所述另一個(gè)去除部分33b處進(jìn)行，而解吸模式在所述一個(gè)去除部分33a處進(jìn)行。這兩個(gè)小的反應(yīng)部分32a、32b中的每一個(gè)可以包括第一熱交換器34a、34b，所述第一熱交換器34a、34b配置成通過催化劑320a、320b與熱介質(zhì)之間的熱交換來加熱或冷卻催化劑320a、320b。這兩個(gè)去除部分33a、33b中的每一個(gè)可以包括第二熱交換器35a、35b，所述第二熱交換器35a、35b配置成通過吸收劑330a、330b和熱介質(zhì)之間的熱交換來加熱或冷卻吸收劑330a、330b。用于加熱的熱介質(zhì)或用于冷卻的熱介質(zhì)可以作為熱介質(zhì)被供給至第一熱交換器34a、34b和第二熱交換器35a、35b。通過將供給至第一熱交換器34a、34b和第二熱交換器35a、35b的熱介質(zhì)在用于加熱的熱介質(zhì)和用于冷卻的熱介質(zhì)之間交替地切換，在所述一個(gè)去除部分33a和所述另一個(gè)去除部分33b處執(zhí)行的模式在吸留模式和解吸模式之間切換。相應(yīng)地，吸留模式和解吸模式之中的彼此不同的模式分別在至少一個(gè)去除部分33a處和另一個(gè)去除部分33b處執(zhí)行。因此，解吸模式可以在所述一個(gè)去除部分33a和所述另一個(gè)去除部分33b中的任一個(gè)處確定地執(zhí)行。為此，從所述一個(gè)去除部分33a和所述另一個(gè)去除部分33b中的任一個(gè)，至少一種產(chǎn)物可以被穩(wěn)定地解吸以被供給至能量輸出單元EG0通過將供給至第一熱交換器34a、34b和第二熱交換器35a、35b的熱介質(zhì)在用于加熱的熱介質(zhì)和用于冷卻的熱介質(zhì)之間切換，在一個(gè)去除部分33a和所述另一個(gè)去除部分33b處執(zhí)行的所述模式可以在吸留模式和解吸模式之間切換。相應(yīng)地，在一個(gè)去除部分33a和所述另一個(gè)去除部分33b處執(zhí)行的所述模式可以通過使用簡單的配置而被切換。兩個(gè)小的反應(yīng)部分32a、32b中的每一個(gè)可以包括:外管41，所述外管41限定用于加熱的熱介質(zhì)和用于冷卻的 熱介質(zhì)中的一個(gè)所流過的第一熱介質(zhì)通路410 ;內(nèi)管42，所述內(nèi)管42布置在外管41的內(nèi)部，限定所述用于加熱的熱介質(zhì)和用于冷卻的熱介質(zhì)中的另一個(gè)所流過的第二熱介質(zhì)通路420 ;和中間管43，所述中間管43布置在外管41和內(nèi)管42之間且燃料從中流過。催化劑320a、320b可以設(shè)置在內(nèi)管42的外壁表面上。吸收劑330a、330b可以設(shè)置在中間管43的內(nèi)壁表面上。相應(yīng)地，由于至少兩個(gè)小的反應(yīng)部分32a、32b具有三重管結(jié)構(gòu)，通過將供給至第一熱介質(zhì)通路410和第二熱介質(zhì)通路420的熱介質(zhì)在用于加熱的熱介質(zhì)和用于冷卻的熱介質(zhì)之間切換，在一個(gè)去除部分33a和所述另一個(gè)去除部分33b處執(zhí)行的模式可以在吸留模式和解吸模式之間切換。于是，可以容易地和可靠地實(shí)現(xiàn)以下配置，其中在一個(gè)去除部分33a和所述另一個(gè)去除部分33b處執(zhí)行的模式可以在吸留模式和解吸模式之間切換。反應(yīng)部分32a、32b可以被配置成借助于分子包含至少一個(gè)氮原子的未反應(yīng)的物質(zhì)的反應(yīng)生成氮和除氮以外的產(chǎn)物。去除部分33a、33b可以基于氮的物理吸附或氮的固定反應(yīng)來選擇性地吸留氮。 所述未反應(yīng)的物質(zhì)可以是氨。反應(yīng)部分32a、32b可以包括將氨重整以生成氫的催化劑 320a、320b。
盡管已經(jīng)參照實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例和結(jié)構(gòu)。本發(fā)明意圖覆蓋各種修改和等同的布置。另外，盡管已經(jīng)給出了多種組合和配置，但是包括更多的元件、更少的元件或僅僅包括單一元件的其它的組合和配置也在本發(fā)明的精神和 保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種反應(yīng)器(3),包括: 反應(yīng)部分(32a、32b)，所述反應(yīng)部分配置成借助于未反應(yīng)的物質(zhì)的反應(yīng)而產(chǎn)生至少兩種產(chǎn)物；和 去除部分(33a、33b)，所述去除部分配置成從所述至少兩種產(chǎn)物選擇性地吸留至少一種產(chǎn)物，以便分離和去除該至少一種產(chǎn)物，所述去除部分(33a、33b)包括: 吸收劑(330a、330b)，所述吸收劑在選擇性地吸留所述至少一種產(chǎn)物時(shí)釋放熱量；和 冷卻單元(35a、35b)，所述冷卻單元配置成去除由吸收劑(330a、330b)所釋放的熱量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器(3)，其中: 所述反應(yīng)部分(32a、32b)包括至少兩個(gè)小的反應(yīng)部分(32a、32b)； 所述去除部分(33a、33b)針對于所述至少兩個(gè)小的反應(yīng)部分(32a、32b)中的每一個(gè)而提供且包括: 所述吸收劑(330a、330b)，其在選擇性地吸留所述至少一種產(chǎn)物時(shí)釋放熱量和在對所吸留的至少一種產(chǎn)物進(jìn)行解吸時(shí)吸收熱量； 所述冷卻單元(35a、35b)，其去除由吸收劑(330a、330b)所釋放的熱量；和 加熱單元(35a、35b)，其配置成將熱量給予吸收劑(330a、330b);和 所述去除部分(33a、33b)配置成能夠執(zhí)行: 吸留模式，在所述吸留模式中，吸收劑(330a、330b)選擇性地吸留所述至少一種產(chǎn)物，所述冷卻單元(35a、35b)去除由吸收劑(330a、330b)所釋放的熱量；或 解吸模式，在所述解吸模式中，所述加熱單元(35a、35b)將熱量給予所述吸收劑(330a、330b)，所述至少一種產(chǎn)物從吸收劑(330a、330b)被解吸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反應(yīng)器(3)，其中: 所述反應(yīng)器(3)適用于燃料供給系統(tǒng)(10)，所述燃料供給系統(tǒng)(10)將燃料供給至能量輸出單元(EG)，所述能量輸出單元(EG)通過氫或燃料的氧化輸出能量，所述燃料的分子包括至少一個(gè)氫原子； 所述至少兩個(gè)小的反應(yīng)部分(32a、32b)中的每一個(gè)配置成使燃料反應(yīng)以生成氫和除去氫之外的產(chǎn)物；和 在解吸模式中，所述加熱單元(35a、35b)通過在能量輸出單元(EG)中氫或燃料氧化時(shí)產(chǎn)生的熱量來加熱吸收劑(330a、330b)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的反應(yīng)器(3)，其中: 所述至少兩個(gè)小的反應(yīng)部分(32a、32b)中的每一個(gè)包括將燃料重整以生成氫的催化劑(320a,320b)； 在所述吸留模式中，所述催化劑(320a、320b)由在能量輸出單元(EG)中的氫或燃料氧化時(shí)所產(chǎn)生的熱量加熱；和 在所述解吸模式中，所述加熱單元(35a、35b)由在加熱催化劑(320a、320b)之后排出的熱量對吸收劑(330a、330b)進(jìn)行加熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的反應(yīng)器(3)，其中: 所述至少兩個(gè)小的反應(yīng)部分(32a、32b)包括兩個(gè)小的反應(yīng)部分(32a、32b)； 所述去除部分(33a、33b)是兩個(gè)去除部分(33a、33b)中的一個(gè)，所述兩個(gè)去除部分(33a、33b)中的每一個(gè)針對于所述兩個(gè)小的反應(yīng)部分(32a、32b)中的對應(yīng)的一個(gè)所提供，所述兩個(gè)去除部分(33a、33b)包括一個(gè)去除部分(33a)和另一個(gè)去除部分(33b)； 所述吸留模式在所述一個(gè)去除部分(33a)處執(zhí)行而解吸模式在所述另一個(gè)去除部分(33b)處執(zhí)行，或者所述吸留模式在所述另一個(gè)去除部分(33b)處執(zhí)行而解吸模式在所述一個(gè)去除部分(33a)處執(zhí)行； 所述兩個(gè)小的反應(yīng)部分(32a、32b)中的每一個(gè)包括第一熱交換器(34a、34b)，所述第一熱交換器(34a、34b)配置成通過催化劑(320a、320b)和熱介質(zhì)之間的熱交換來加熱或冷卻催化劑(320a、320b)； 所述兩個(gè)去除部分(33a、33b)中的每一個(gè)包括第二熱交換器(35a、35b)，所述第二熱交換器(35a、35b)配置成通過吸收劑(330a、330b)和熱介質(zhì)之間的熱交換來加熱或冷卻吸收劑(330a、330b)； 用于加熱的熱介質(zhì)或用于冷卻的熱介質(zhì)被作為熱介質(zhì)供給至第一熱交換器(34a、34b)和第二熱交換器(35a、35b);和 通過將供給至第一熱交換器(34a、34b)和第二熱交換器(35a、35b)的熱介質(zhì)在用于加熱的熱介質(zhì)和用于冷卻的熱介質(zhì)之間交替地切換，在所述一個(gè)去除部分(33a)和所述另一個(gè)去除部分(33b)處執(zhí)行的模式在所述吸留模式和解吸模式之間被切換。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的反應(yīng)器(3)，其中: 所述兩個(gè)小的反應(yīng)部分(32a、32b)中的每一個(gè)包括: 外管(41)，所述外管限定所述用于加熱的熱介質(zhì)和所述用于冷卻的熱介質(zhì)中的一個(gè)所流過的第一熱介質(zhì)通路(410)； 內(nèi)管(42)，所述內(nèi)管布置在所述外管(41)的內(nèi)部，并限定所述用于加熱的熱介質(zhì)和所述用于冷卻的熱介質(zhì)中的另一個(gè)所流過的第二熱介質(zhì)通路(420);和 中間管(43)，所述中間管布置在外管(41)和內(nèi)管(42)之間，燃料流過所述中間管(43)； 所述催化劑(320a、320b)設(shè)置在內(nèi)管(42)的外壁表面上；和 所述吸收劑(330a、330b)設(shè)置在中間管(43)的內(nèi)壁表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器(3)，其中: 所述反應(yīng)部分(32a、32b)配置成借助于分子中包含至少一個(gè)氮原子的未反應(yīng)的物質(zhì)的反應(yīng)生成氮和除氮以外的產(chǎn)物；和 所述去除部分(33a、33b)基于氮的物理吸附或氮的固定反應(yīng)來選擇性地吸留氮。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的反應(yīng)器(3)，其中: 所述未反應(yīng)的物質(zhì)是氨；和所述反應(yīng)部分(32a、32b)包括將氨進(jìn)行重整以生成氫的催化劑(320a、320b)。
全文摘要
一種反應(yīng)器(3)，包括反應(yīng)部分(32a、32b)和去除部分(33a、33b)。反應(yīng)部分(32a、32b)配置成借助于未反應(yīng)的物質(zhì)的反應(yīng)而產(chǎn)生至少兩種產(chǎn)物。所述去除部分(33a、33b)配置成從所述至少兩種產(chǎn)物選擇性地吸留至少一種產(chǎn)物，以便分離和去除該至少一種產(chǎn)物。所述去除部分(33a、33b)包括吸收劑(330a、330b)和冷卻單元(35a、35b)。所述吸收劑(330a、330b)在選擇性地吸留所述至少一種產(chǎn)物時(shí)釋放熱量。所述冷卻單元(35a、35b)配置成去除由吸收劑(330a、330b)所釋放的熱量。
文檔編號(hào)C01B3/56GK103086323SQ20121042540
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者布施卓哉, 桑山和利, 中川忠纮 申請人:株式會(huì)社電裝