催化燃烧器和具有该催化燃烧器的燃料重整器

摘要

本发明提供了一种催化燃烧器和一种具有该催化燃烧器的燃料重整器。该催化燃烧器包括壳体，该壳体具有双层管形状的圆筒状第一反应部和围绕所述第一反应部的第二反应部。该壳体具有用于将第一燃料和氧化剂供给到第一反应部的第一开口和通过其将第二反应部中的废气排出的第二开口。第一开口位于第一反应部的第一侧，第二开口位于第二反应部的第一侧。第一反应部和第二反应部彼此相连，使得第一反应部和第二反应部在第一反应部和第二反应部的第二侧流体相通。催化剂设置在第一反应部中，网格层插入到第二反应部中。

权利要求

1.一种催化燃烧器，包括：

壳体，具有圆筒状第一反应部和围绕所述第一反应部的第二反应部，所述圆筒状第一反应部和所述第二反应部形成双层管形状，所述壳体具有用于将第一燃料和氧化剂供给到所述第一反应部的第一开口和用于将所述第二反应部中的废气排出的第二开口，所述第一开口位于所述第一反应部的第一侧，所述第二开口位于所述第二反应部的第一侧，所述第一反应部和所述第二反应部在所述第一反应部的第二侧和所述第二反应部的第二侧彼此相连，使得所述第一反应部中的流体流动的方向与所述第二反应部中的流体流动的方向相反；

催化剂层，在所述第一反应部中；

网格层，在所述第二反应部中，并通过所述第一反应部的热被加热。

2.根据权利要求1所述的催化燃烧器，其中，所述催化剂层位于所述第一反应部的后端部。

3.根据权利要求1所述的催化燃烧器，其中，所述催化剂层包括金属蜂窝状载体和与该载体结合的活性材料。

4.根据权利要求3所述的催化燃烧器，其中，所述催化剂层中的金属蜂窝状载体的单元密度为每平方英寸400个单元至600个单元。

5.根据权利要求3所述的催化燃烧器，所述催化燃烧器还包括分配部，所述分配部基于燃料的流动位于所述催化剂层的上游侧。

6.根据权利要求5所述的催化燃烧器，其中，所述分配部包括金属蜂窝状独石，所述金属蜂窝状独石被构造成使得流体在所述分配部中流动的空速比流体在所述催化剂层中流动的空速快。

7.根据权利要求6所述的催化燃烧器，其中，燃料和氧化剂在所述催化剂层中的空速在1000/hr和50,000/hr之间。

8.根据权利要求6所述的催化燃烧器，其中，所述分配部中的金属蜂窝状独石的单元密度比所述催化剂层中的金属蜂窝状载体的单元密度小。

9.根据权利要求6所述的催化燃烧器，其中，所述分配部中的金属蜂窝状独石的单元密度为每平方英寸100个单元至200个单元。

10.根据权利要求5所述的催化燃烧器，所述催化燃烧器还包括回火防止部，所述回火防止部根据流体的流动位于所述分配部的上游侧。

11.根据权利要求10所述的催化燃烧器，其中，所述回火防止部包括金属蜂窝状独石，所述回火防止部中的金属蜂窝状独石的单元密度与所述分配部中的金属蜂窝状独石的单元密度相同。

12.根据权利要求1所述的催化燃烧器，其中，所述催化剂层包括从由Pd、Pt、Co3O4、PdO、Cr2O3、Mn2O3、CuO、Fe2O3、V2O3、NiO、MoO3、TiO2和它们的组合组成的组中选择的材料。

13.根据权利要求1所述的催化燃烧器，其中，所述网格层包括金属蜂窝状独石。

14.根据权利要求13所述的催化燃烧器，其中，所述网格层具有两级结构。

15.根据权利要求13所述的催化燃烧器，其中，所述网格层中的金属蜂窝状独石的单元密度为每平方英寸50个单元至1000个单元。

16.根据权利要求1所述的催化燃烧器，所述催化燃烧器还包括燃料供给通路，所述燃料供给通路用于将第二燃料供给到所述第一反应部的下游侧或所述第二反应部的上游侧。

17.根据权利要求16所述的催化燃烧器，其中，所述燃料供给通路被构造成以所述第一燃料的供给量的1％至15％的量来供给所述第二燃料。

18.根据权利要求16所述的催化燃烧器，其中，所述第二燃料包括从燃料电池的阳极排出的含氢废气。

19.一种催化燃烧器，包括：

壳体，具有圆筒状第一反应部和围绕所述第一反应部的第二反应部，所述圆筒状第一反应部和所述第二反应部形成双层管形状，所述壳体具有用于将第一燃料和氧化剂供给到所述第一反应部的第一开口和用于将所述第二反应部中的废气排出的第二开口，所述第一开口位于所述第一反应部的第一侧，所述第二开口位于所述第二反应部的第一侧，所述第一反应部和所述第二反应部在所述第一反应部的第二侧和所述第二反应部的第二侧彼此相连，使得所述第一反应部中的流体流动的方向与所述第二反应部中的流体流动的方向相反；

第一催化剂层，在所述第一反应部中；

第二催化剂层，在所述第二反应部中。

20.根据权利要求19所述的催化燃烧器，其中，所述第二催化剂层包括网格层和与所述网格层结合的活性材料，所述第二催化剂层中的活性材料的活性材料量比所述第一催化剂层中的活性材料的活性材料量少。

21.根据权利要求20所述的催化燃烧器，其中，以每1立方厘米所述网格层0.01g至

0.4g的密度来涂覆所述第二催化剂层的活性材料。

22.根据权利要求19所述的催化燃烧器，所述催化燃烧器还包括燃料供给通路，所述燃料供给通路用于将第二燃料供给到所述第一反应部的下游侧或所述第二反应部的上游侧。

23.根据权利要求22所述的催化燃烧器，其中，所述燃料供给通路被构造成以所述第一燃料的供给量的1％至15％的量来供给所述第二燃料。

24.根据权利要求22所述的催化燃烧器，其中，所述第二燃料包括从燃料电池的阳极排出的含氢废气。

25.一种燃料重整器，包括催化燃烧器和重整反应部，所述重整反应部用于通过接收所述催化燃烧器产生的热能来产生重整物，其中，所述催化燃烧器包括：壳体，具有圆筒状第一反应部和围绕所述第一反应部的第二反应部，所述圆筒状第一反应部和所述第二反应部形成双层管形状，所述壳体具有用于将第一燃料和氧化剂供给到所述第一反应部的第一开口和用于将所述第二反应部中的废气排出的第二开口，所述第一开口位于所述第一反应部的第一侧，所述第二开口位于所述第二反应部的第一侧，所述第一反应部和所述第二反应部在所述第一反应部的第二侧和所述第二反应部的第二侧彼此相连，使得所述第一反应部中的流体流动的方向与所述第二反应部中的流体流动的方向相反；

催化剂层，在所述第一反应部中；

网格层，在所述第二反应部中，并通过所述第一反应部的热被加热。

26.根据权利要求25所述的燃料重整器，其中，所述催化燃烧器还包括燃料供给通路，所述燃料供给通路用于将第二燃料供给到所述第一反应部的下游侧或所述第二反应部的上游侧。

27.根据权利要求25所述的燃料重整器，其中，所述催化燃烧器还包括与所述网格层结合的活性材料。

28.根据权利要求27所述的燃料重整器，其中，所述催化燃烧器还包括燃料供给通路，所述燃料供给通路用于将第二燃料供给到所述第一反应部的下游侧或所述第二反应部的上游侧。

说明书

催化燃烧器和具有该催化燃烧器的燃料重整器

[0001] 本申请要求于2009年5月28日在韩国知识产权局提交的第10-2009-0046894号韩国专利申请的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用被包含于此。

技术领域

[0002] 以下描述涉及一种能够引起燃料的氧化并提高反应器的热效率的催化燃烧器和具有该催化燃烧器的燃料重整器。

背景技术

[0003] 燃烧器是通过氧化燃料来产生热和高温气体的装置。从燃烧器产生的热和高温气体可以用于重整器的重整反应、预热燃料或水等等。可以将燃烧器制造成使得喷射到燃烧室中的燃料直接燃烧，通过氧化催化剂使燃料燃烧，等等。这里，在本发明的实施例中，将通过氧化催化剂使燃料被氧化的装置称作催化燃烧器。

[0004] 催化燃烧器在比直燃型燃烧器(例如燃烧炉)的工作温度低的工作温度下使燃料通过接触催化剂而燃烧(或被氧化)。因此，为了提高效率，通常将催化燃烧器制造成具有比直接燃烧器的空速快的空速。另外，与直燃型燃烧器相比，催化燃烧器的操作更经济，并产生更少的氧化氮。

[0005] 另外，催化燃烧器使燃料以相对低的温度燃烧。然而，在催化燃烧器中，与直燃型燃烧器相比，难以使燃料完全燃烧。如果在催化燃烧器中燃烧氧化速率低，则从催化燃烧器产生的废气中包含大量的未燃烧的燃料、由未燃烧的燃料的部分氧化产生的一氧化碳和蒸汽。

发明内容

[0006] 本发明的实施例的一方面涉及一种通过利用双氧化结构能够引起燃料的完全氧化并提高反应器的热效率的催化燃烧器。

[0007] 本发明的实施例的另一方面涉及一种通过利用双氧化结构和双燃料结构能够引起燃料的完全氧化并提高反应器的热效率的催化燃烧器。

[0008] 本发明的实施例的又一方面涉及一种具有上述催化燃烧器的燃料重整器。 [0009] 根据本发明的实施例，提供了一种催化燃烧器。该催化燃烧器包括：壳体，具有圆筒状第一反应部和围绕所述第一反应部的第二反应部，所述圆筒状第一反应部和所述第二反应部形成双层管形状，所述壳体具有用于将第一燃料和氧化剂供给到所述第一反应部的第一开口和通过其将所述第二反应部中的废气排出的第二开口，所述第一开口位于所述第一反应部的第一侧，所述第二开口位于所述第二反应部的第一侧，所述第一反应部和所述第二反应部在所述第一反应部的第二侧和所述第二反应部的第二侧彼此相连，使得所述第一反应部中的流体流动的方向与所述第二反应部中的流体流动的方向相反；催化剂层，设置在所述第一反应部中；网格层，插入到所述第二反应部中。

[0010] 在一个实施例中，所述催化剂层设置在所述第一反应部的后端部，所述网格层被设置成与所述催化剂层相邻，使得所述网格层据此被来自所述第一反应部的热量加热。 [0011] 根据本发明的另一实施例，提供了一种催化燃烧器，该催化燃烧器包括：壳体，具有圆筒状第一反应部和围绕所述第一反应部的第二反应部，所述圆筒状第一反应部和所述第二反应部形成双层管形状，所述壳体具有用于将第一燃料和氧化剂供给到所述第一反应部的第一开口和通过其将所述第二反应部中的废气排出的第二开口，所述第一开口位于所述第一反应部的第一侧，所述第二开口位于所述第二反应部的第一侧，所述第一反应部和所述第二反应部在所述第一反应部的第二侧和所述第二反应部的第二侧彼此相连，使得所述第一反应部中的流体流动的方向与所述第二反应部中的流体流动的方向相反；第一催化剂层，设置在所述第一反应部中；第二催化剂层，设置在所述第二反应部中。 [0012] 在一个实施例中，所述催化剂层被设置在所述第一反应部的后端部。第二催化剂层可以包括网格层和与所述网格层结合的活性材料。此外，在所述第二催化剂层中使用的活性材料的活性材料量比所述第一催化剂层中的少。在一个实施例中，可以以每1cc所述网格层大约0.01g至大约0.4g的密度来涂覆所述第二催化剂层的活性材料。

[0013] 根据本发明的又一实施例，提供了一种催化燃烧器，该催化燃烧器包括：壳体，具有圆筒状第一反应部和围绕所述第一反应部的第二反应部，所述圆筒状第一反应部和所述第二反应部形成双层管形状，所述壳体具有用于将第一燃料和氧化剂供给到所述第一反应部的第一开口和通过其将所述第二反应部中的废气排出的第二开口，所述第一开口位于所述第一反应部的第一侧，所述第二开口位于所述第二反应部的第一侧，所述第一反应部和所述第二反应部在所述第一反应部的第二侧和所述第二反应部的第二侧彼此相连，使得所述第一反应部中的流体流动的方向与所述第二反应部中的流体流动的方向相反；第一催化剂层，设置在所述第一反应部中；网格层，设置到所述第二反应部中；燃料供给通路，用于将第二燃料供给到所述第一反应部的下游侧或所述第二反应部的上游侧。

[0014] 在一个实施例中，所述催化剂层设置在所述第一反应部的后端部，所述网格层被设置成与所述催化剂层相邻。在一个实施例中，所述燃料供给通路被构造成以所述第一燃料的供给量的大约1％至大约15％的量来供给所述第二燃料。所述第二燃料可以包括从燃料电池的阳极排出的含氢废气。

[0015] 根据本发明的再一实施例，提供了一种催化燃烧器，该催化燃烧器包括：壳体，具有圆筒状第一反应部和围绕所述第一反应部的第二反应部，所述圆筒状第一反应部和所述第二反应部形成双层管形状，所述壳体具有用于将第一燃料和氧化剂供给到所述第一反应部的第一开口和通过其将所述第二反应部中的废气排出的第二开口，所述第一开口位于所述第一反应部的第一侧，所述第二开口位于所述第二反应部的第一侧，所述第一反应部和所述第二反应部在所述第一反应部的第二侧和所述第二反应部的第二侧彼此相连，使得所述第一反应部中的流体流动的方向与所述第二反应部中的流体流动的方向相反；第一催化剂层，设置在所述第一反应部中；第二催化剂层，设置在所述第二反应部中；燃料供给通路，用于将第二燃料供给到所述第一反应部的下游侧或所述第二反应部的上游侧。 [0016] 在一个实施例中，所述第一催化剂层设置在所述第一反应部的后端部。所述第二催化剂层可以包括网格层和涂覆在所述网格层上的活性材料。此外，在一个实施例中，在所述第二催化剂层中使用的活性材料的量少于在所述第一催化剂层中使用的活性材料的量。在一个实施例中，所述活性材料可以以每1cc所述网格层大约0.01g至大约0.4g的密度来涂覆。在一个实施例中， 所述燃料供给通路被构造成以所述第一燃料的供给量的大约1％至大约15％的量来供给所述第二燃料。所述第二燃料可以包括从燃料电池的阳极排出的含氢废气。

[0017] 所述第一催化剂层可以包括在高温下具有耐久性的金属蜂窝状载体和与该载体结合的活性材料。在一个实施例中，所述第一催化剂层中的蜂窝状载体的单元密度可以为每平方英寸大约400个单元至大约600个单元。

[0018] 在一个实施例中，所述催化燃烧器还可以包括分配部，所述分配部根据燃料的流动设置在所述第一催化剂层的上游侧。所述分配部可以由在高温下具有耐久性的金属蜂窝状独石形成。所述分配部中的流体的空速可比所述第一催化剂层中的流体的空速快。在一个实施例中，所述第一催化剂层中的流体的空速可以为大约1000/hr至大约50,000/hr。在另一实施例中，所述分配部中的蜂窝状独石的单元密度比所述第一催化剂层中的蜂窝状载体的单元密度小。所述分配部中的蜂窝状独石的单元密度可以为每平方英寸大约100个单元至大约200个单元。

[0019] 所述催化燃烧器还可以包括回火防止部，所述回火防止部根据流体的流动设置在所述分配部的上游侧。所述回火防止部可以由在高温下具有耐久性的金属蜂窝状独石形成。所述回火防止部中的蜂窝状独石的单元密度可以与所述分配部中的蜂窝状独石的单元密度相同。

[0020] 所述第一催化剂层和/或所述第二催化剂层可以包括钯(Pd)、铂(Pt)、Co3O4、PdO、Cr2O3、Mn2O3、CuO、Fe2O3、V2O3、NiO、MoO3和/或TiO2。

[0021] 所述网格层可以由在高温下具有耐久性的金属蜂窝状独石形成。所述网格层可以被形成为两级结构。在一个实施例中，所述网格层中的蜂窝状独石的单元密度可以为每平方英寸大约50个单元至大约1000个单元。

[0022] 根据本发明的再一实施例，提供了一种燃料重整器，该燃料重整器包括：根据本发明实施例的催化燃烧器中的任何一种催化燃烧器；重整反应部，用于通过接收所述催化燃烧器产生的热能来产生重整物。

[0023] 根据本发明的实施例，燃料在催化燃烧器中被更完全地氧化。此外，所述催化燃烧器通过在双氧化结构中使用传导和对流而使得热梯度均匀，从而减小了热区。因此，能够显著提高所述催化燃烧器的热效率。此外，虽然可以仅在双氧化结构的前端使用氧化催化剂，即，使用少量的催化剂，但仍能够容易地引起燃料的完全氧化。此外，可以提高具有所述催化燃烧器的燃料 重整器的性能和效率。

[0024] 附图说明

[0025] 附图与说明书一起示出本发明的示例性实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。

[0026] 图1是根据本发明实施例的催化燃烧器的示意性透视图。

[0027] 图2是图1的催化燃烧器的示意性纵向剖视图。

[0028] 图3是根据本发明实施例的催化燃烧器的示意性剖视图。

[0029] 图4是根据本发明实施例的催化燃烧器的另一示意性剖视图。

[0030] 图5是根据本发明另一实施例的催化燃烧器的示意性剖视图。

[0031] 图6是根据本发明又一实施例的催化燃烧器的示意性透视图。

[0032] 图7是图6的催化燃烧器的示意性纵向剖视图。

[0033] 图8是用于描述图6的催化燃烧器的应用的燃料电池系统的示意性框图。 [0034] 具体实施方式

[0035] 在以下详细描述中，已经仅通过举例说明的方式仅示出并描述了本发明的特定示例性实施例。本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神或范围的所有情况下，所描述的实施例可以以各种不同的方式修改。因此，附图和描述被视为本质上示例性的，而不是限制性的。另外，当元件被称作“在”另一元件“上”时，该元件可以直接在另一元件上，或者可以在一个或多个中间元件设置在它们之间的情况下间接在另一元件上。另外，当元件被称作“连接到”另一元件时，该元件可以直接连接到另一元件，或者可以在一个或多个中间元件设置在它们之间的情况下间接连接到另一元件。在下文中，相同的标号表示相同的元件。在附图中，为了清晰起见，夸大了元件的厚度和尺寸。

[0036] 图1是根据本发明实施例的催化燃烧器的示意性透视图。图2是图1的催化燃烧器的示意性纵向剖视图。图3是根据本发明实施例的催化燃烧器的示意性剖视图。图3的剖视图可以对应于沿图2的I-I线截取的剖视图(或者是图1的催化燃烧器的对应的剖视图)。图4是根据本发明实施例的催化燃烧器的另一示意性剖视图。图4的剖视图可以对应于沿图2的II-II线截取的剖视图(或者是图1的催化燃烧器的对应的剖视图)。 [0037] 参照图1和图2，催化燃烧器100包括：壳体30，具有第一反应部10和第二反应部20；催化剂层50，设置在第一反应部10中；网格层60，设置在第二反应部20中，并通过第一反应部10的热被加热。

[0038] 壳体30包括双层管形状的第一壳体30a和第二壳体30b，在第一壳体30a中形成有第一反应部10，在第一壳体30a和第二壳体30b之间形成有第二反应部20，同时第二反应部20围绕第一反应部10。在如图所示的本发明的实施例中，管状或圆筒状壳体30的两端基本上是封闭的。

[0039] 壳体30具有至少一个第一开口31和至少一个第二开口33。第一开口31用作向第一反应部10供给燃料(或第一燃料)所通过的通道。第一开口31形成在沿圆筒状壳体30的长度方向的一侧。第二开口33用作将第二反应部20中的废气排放到壳体30的外部所通过的通道。第二开口33形成在沿圆筒状壳体30的长度方向的一侧。第一开口31和第二开口33可以在壳体30的一侧彼此相邻地设置。

[0040] 圆筒状壳体30具有通道35，通道35形成在沿壳体30的长度方向的另一侧。所述另一侧是与上述一侧相对的侧。通道35使第一反应部10和第二反应部20彼此连接，因而第一反应部10和第二反应部20流体连通。在第一反应部10和第二反应部20中产生的废气通过设置在第二反应部20的下游侧的第二开口33排放到催化燃烧器100的外部。 [0041] 换言之，第一开口31连接到第一反应部10的一端(例如，第一反应部10的按照催化燃烧器100中的流体流动的上游侧)，通道35的一端连接到第一反应部10的另一端(例如，第一反应部10的按照催化燃烧器100中的流体流动的下游侧)。通道35的另一端连接到第二反应部20的另一端(例如，第二反应部20的按照催化燃烧器100中的流体流动的上游侧)，第二开口33连接到第二反应部20的一端(例如，第二反应部20的按照催化燃烧器100中的流体流动的下游侧)。即，壳体30具有的第一反应部10和第二反应部20被布置成具有反向流动或U形流动结构，在反向流动或U形流动结构中，壳体30中的流体折返地流动。在本发明的实施例中，将该结构称作双氧化结构。

[0042] 催化剂层50设置在第一反应部10的后端部。换言之，当将第一反应部10大致分成位于燃料流动的上游侧的第一区域A1和位于燃料流动的下游侧的第二区域A2时，催化剂层50设置于第二区域A2中。

[0043] 如图3所示，催化剂层50可以包括金属或陶瓷蜂窝状载体52和与载体52结合的活性材料54。活性材料54可以包括铂、钯和/或另外的贵金属。例如，在一个实施例中，催化剂层50包括Pd、Pt、Co3O4、PdO、Cr2O3、Mn2O3、CuO、Fe2O3、V2O3、NiO、MoO3和/或TiO2。催化剂层50中的金属蜂窝状载体的单元密度为每平方英寸大约400个单元至大约600个单元。

[0044] 网格层60设置在第二反应部20的前端部(与设置催化剂层50的后端部相邻)，使得来自第一反应部10的未燃烧的燃料被充分地氧化。例如，网格层60可以由在高温下具有耐久性的金属蜂窝状独石(monolith)形成。网格层60中的金属蜂窝状独石的单元密度为每平方英寸大约50个单元至大约1000个单元。未燃烧的燃料在接触金属网格层60时被氧化，并在催化燃烧器100内在反应中被加热到大约150℃至大约400℃。通过采用被设置成与催化剂层50相邻的网格层60，燃料被氧化两次，因此可以引起燃料的完全氧化。 [0045] 此外，在实施例中，基于第二反应部20中的流体流动，可以将网格层60形成为第一级网格层61a和第二级网格层61b。通过采用具有两级结构的网格层61a和61b，在第一级网格层61a和第二级网格层61b之间的空间63中，在未燃烧的燃料的流动中形成湍流，使得穿过网格层60的全部未燃烧的燃料能够被更完全地氧化并接触网格层60。 [0046] 根据本发明实施例的催化燃烧器100还可以包括设置在第一反应部10的前端部的分配部70。根据燃料的流动，分配部70设置在催化剂层50的上游侧。分配部70适当地分配流到第一反应部10中的燃料，并将分配的燃料送到催化剂层50。通过采用分配部70，可以防止或减小由于集中在催化剂层50的一端(即，上游侧)的特定点上的燃料的氧化而产生大的热区(hot spot)。

[0047] 根据催化剂层50来构造分配部70。分配部70可以由在高温下具有耐久性的金属蜂窝状独石形成，如图4所示。即，在第一反应部10的内部，在分配部70中流动的流体的空速比催化剂层50中的流体的空速快。例如，催化剂层50中的空速可以在大约1000/hr和大约50,000/hr之间。换言之，分配部70的蜂窝状独石的单元密度被形成为小于催化剂层50的蜂窝状载体52的单元密度。例如，分配部70的蜂窝状独石的单元密度可以在每平方英寸大约100个单元和大约200个单元之间。

[0048] 再参照图2，根据本发明实施例的催化燃烧器100包括设置在第一反应 部10的前端部中的回火防止部80。回火防止部80设置在催化剂层50和/或分配部70的上游侧。回火防止部80防止或减少催化剂层50中产生的火花向第一开口31蔓延。

[0049] 回火防止部80可以由在高温下具有耐久性的金属蜂窝状独石形成。根据催化剂层50和/或分配部70来构造回火防止部80。例如，在一个实施例中，回火防止部80具有与分配部70相同的单元密度和/或剖面结构(或剖面形状)。沿着在第一反应部10的内部流动的流体的流动方向，回火防止部80的长度可以与分配部70的长度不同。 [0050] 在本发明的实施例中，可以通过多个第一开口单独地提供燃料和氧化剂。燃料包括烃类燃料，例如甲烷、丁烷和/或丙烷。氧化剂包括空气。

[0051] 根据上述构造，当第一燃料和氧化剂通过第一开口31流到第一反应部10中时，第一燃料经由回火防止部80和分配部70穿过催化剂层50的区域。在这种情况下，第一燃料在催化剂层50中被氧化，在催化剂层50中未被氧化的任何未燃烧的燃料在穿过网格层60的同时被二次氧化。

[0052] 因此，催化燃烧器100通过在双氧化结构中使用传导和对流而使得热梯度均匀，从而可以减小热区。此外，能够通过仅在双氧化结构的前级部分(即，第一反应部)中利用氧化催化剂来促进燃料的完全氧化，从而可以减少制造成本。

[0053] 图5是根据本发明另一实施例的催化燃烧器的示意性剖视图。图5的剖视图可以对应于沿图2的II-II线截取的剖视图(或图1的催化燃烧器的对应的剖视图)。 [0054] 参照图5，根据本发明实施例的催化燃烧器100a包括：壳体32，具有双层管形状的圆筒状第一反应部10a和围绕第一反应部10a的第二反应部20a；第一催化剂层(未示出)，设置在第一反应部10a中；分配部70a，在第一反应部10a中设置在第一催化剂层的上游侧；第二催化剂层60a，设置在第二反应部20a中。

[0055] 壳体32的第一反应部10a和第二反应部20a可以分别与图2所示的第一反应部10和第二反应部20基本上具有相同的结构和形状。

[0056] 第一催化剂层和分配部70a可以分别与图2所示的催化剂层50和分配部70基本上具有相同的结构和形状。

[0057] 第二催化剂层60a可以根据第二反应部20a中的流体流动被形成为第一 级网格层和第二级网格层，可以在第一级网格层和第二级网格层之间形成空间，如图2所示的结构一样。

[0058] 在实施例中，第二催化剂层60a具有网格层62和结合到网格层62的活性材料64。可以将一定量的(或者预定量的)活性材料64结合到网格层62。第二催化剂层60a中的活性材料的活性材料量比所述第一催化剂层中的活性材料的活性材料量少。例如，可以以每1cc(立方厘米)网格层62大约0.01g至大约0.4g的密度涂覆活性材料64。活性材料
64包括钯和/或铂。当以小于上述密度的密度涂覆活性材料时，由活性材料引起的燃料燃烧的效果不足。当以大于上述密度的密度涂覆活性材料时，增加了贵金属的用量，因此制造成本会增加。

[0059] 在本发明的实施例中，第二催化剂层60a使从第一反应部10a流出的任何适当的未燃烧的燃料被二次氧化。这里，未燃烧的燃料是穿过第一催化剂层而没有被第一催化剂层氧化的燃料。通过采用双氧化结构以及用于促进未燃烧的燃料氧化的少量活性材料，与参照图2描述的实施例(即，在第二反应部20中仅设置网格层60的实施例)相比，燃料能够被更有效地氧化。

[0060] 图6是根据本发明又一实施例的催化燃烧器的示意性透视图。图7是图6的催化燃烧器的示意性纵向剖视图。

[0061] 参照图6和图7，催化燃烧器300包括：壳体130，具有第一反应部110、第二反应部120、用于使第一燃料流入第一反应部110的第一开口131、用于将废气从第二反应部120排出的第二开口133；催化剂层150，设置在第一反应部110中；网格层160，设置在第二反应部120中；燃料供给通路190，用于在第一反应部110和第二反应部120之间供给第二燃料。

[0062] 壳体130被形成为具有两个封闭端的圆筒形状。壳体130包括双层管形状的第一壳体和第二壳体，在第一壳体中形成有圆筒状第一反应部110，第二壳体具有第二反应部120，第二反应部120形成在第一壳体和第二壳体之间，同时第二反应部120围绕第一反应部110。当以双层管形状形成的第一反应部110和第二反应部120的长度方向沿重力方向彼此基本上平行时，第一反应部110和第二反应部120彼此相连，使得第一反应部110和第二反应部120通过位于第一反应部110和第二反应部120下面的通道135流体相通。 [0063] 在图6和图7的实施例中，壳体130中的第一反应部110和第二反应部120的结构和形状与图2所示的第一反应部10和第二反应部20的结构和形 状基本相同。作为参考，在图7中，第一个点P1表示第一反应部110的上游侧或一端，第二个点P2表示第一反应部110的下游侧或另一端。在图7中，第三个点P3表示第二反应部120的上游侧或另一端，第四个点P4表示第二反应部120的下游侧或一端。

[0064] 与第一反应部110的上游侧相比，更靠近下游侧来设置催化剂层150。催化剂层150的结构和形状可以与图2所示的催化剂层50的结构和形状基本相同。

[0065] 网格层160的结构和形状可以与图2所示的网格层60的结构和形状基本相同。网格层160可以具有两级结构的第一网格层161a和第二网格层161b。在这种情况下，第一网格层161a和第二网格层161b可以与图3和图4示出的具有两级结构的网格层61a和61b具有基本相同的结构和形状。

[0066] 根据本发明实施例的催化燃烧器300还可以包括设置在第一反应部110中的分配部170。分配部170的结构和形状可以与图2示出的分配部70的结构和形状基本相同。 [0067] 在根据本发明实施例的催化燃烧器300中，沿III-III线截取的剖视图可以与图3示出的剖视图基本相同。在根据本发明实施例的催化燃烧器300中，沿IV-IV线截取的剖视图可以与图4示出的剖视图基本相同。

[0068] 根据本发明实施例的催化燃烧器300还可以包括设置在第一反应部110中的回火防止部180。回火防止部180的结构和形状可以与图2示出的回火防止部80的结构和形状基本相同。

[0069] 燃料供给通路190将第二燃料供给到第一反应部110的下游侧或第二反应部120的上游侧。第二燃料流到燃料供给通路190的一端中，壳体130的第三开口137可以形成在燃料供给通路190的一端处。燃料供给通路190的另一端192可以靠近第二个点P2打开。

[0070] 在一个实施例中，第二燃料可以是与第一燃料中的未燃烧的燃料相比更易于在网格层160中燃烧的材料。可以仅供给一定量的(或者预定量的)第二燃料。例如，当每小时供给大约20L用化学式CmH2n表示的易燃烃(例如，甲烷、丁烷等)时，可以每小时供给大约0.2L至大约3L的第二燃料。如果第二燃料的供给量少于第一燃料的供给量的1％或超过第一燃料的的供给量的15％，则未燃烧的燃料的二次氧化效率由于第二燃料的添加而降低。此外，如果第二燃料的供给量超过第一燃料的供给量的15％，则增加了包括第二燃 料的全部燃料的用量，因此降低了其效率。

[0071] 当使用易燃烃作为第一燃料和/或第二燃料时，催化燃烧器中的燃料的燃烧反应式如下：

[0072] CmH2n+(m+n)O2→mCO2+nH2O+卡路里......(1)

[0073] 根据上述构造，当第一燃料和氧化剂通过第一开口131流到第一反应部110中时，第一燃料经由回火防止部180和分配部170穿过催化剂层150的区域。在这种情况下，第一燃料在催化剂层150中被氧化。第一燃料中的未燃烧的燃料在穿过网格层160的同时与在第一反应部110的下游侧或第二反应部120的上游侧供给的第二燃料一起被二次氧化。这里，如果第二燃料是比未燃烧的燃料更容易被氧化的材料，则与第二燃料混合的未燃烧的燃料由于第二燃料的氧化热而更有效地被氧化。

[0074] 另外，可以按照这样的方式实现根据本发明再一实施例的催化燃烧器，即，图7的催化燃烧器沿IV-IV线截取的剖视图包括参照图5的剖视图描述的组件。

[0075] 换言之，除了在第二反应部中提供第二催化剂层之外，根据本发明实施例的催化燃烧器可以与图6和图7示出的催化燃烧器300基本相同。第二催化剂层可以与图5示出的催化燃烧器100a的第二催化剂层60a基本相同。

[0076] 图8是用于描述图6的催化燃烧器的应用的燃料电池系统的示意性框图。 [0077] 参照图8，供给到根据本发明实施例的催化燃烧器300的第二燃料包括从燃料电池500的阳极排出的阳极流出物。阳极流出物可以直接用作第二燃料或用作含氢的适当过滤的气体。

[0078] 燃料电池500包括用于通过燃料(第四燃料)和氧化剂的电化学反应产生电和水的发电系统。燃料电池500可以是诸如聚合物电解质膜燃料电池(在本领域中已知)的各种合适燃料电池中的一种。第四燃料包括富含氢的重整物或烃类燃料，氧化剂包括空气中的氧。阴极流出物包括水。

[0079] 另外，根据本发明实施例的催化燃烧器可以用于向燃料重整器供给热，燃料重整器将第四燃料供给到燃料电池500。例如，如图7所示，重整反应部400设置在第一反应部110和第二反应部120之间，使得催化燃烧器300产生的热可以供给到重整反应部400。重整反应部400可以包括用于蒸汽重整第三燃料以产生重整物的蒸汽重整反应部。第三燃料包括烃类燃料。重整物可以用作图8的第四燃料。根据本发明实施例的燃料重整器可以包括催化 燃烧器300和重整反应部400。

[0080] 重整反应部400的详细结构和形状对于本领域技术人员来说是公知的。因此，将不提供重整反应部400的详细描述。

[0081] 虽然已经围绕特定示例性实施例描述了本发明，但应当理解，本发明不限于公开的实施例，而是相反，本发明意在覆盖包括在权利要求及其等同物的精神和范围内的各种修改和等同布置。